KR20180116007A - 서랍형 배터리 팩 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징 및 상기 팩 하우징 내에 수납되는 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 상기 팩 하우징은, 양 측에 형성된 개방부가 연통되는 형태를 가지고, 또한 복수의 가이드 홈을 구비하고, 상기 배터리 모듈은, 상기 가이드 홈을 따라 슬라이딩 방식으로 이동됨으로써 상기 개방부를 통해 상기 팩 하우징의 내부 공간에 수납되거나 상기 내부 공간으로부터 탈거된다.

Description

서랍형 배터리 팩{Drawer type battery pack}

본 발명은 서랍형 배터리 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 크레쉬 빔 역할을 하는 사이드 플레이트를 구비하는 배터리 모듈 복수 개가 구비된 배터리 팩에 관한 것이다.

전기화학 에너지로 구동되는 기기들이 발전함에 따라 고 에너지 밀도를 갖는 배터리 팩에 대한 니즈가 증가하고 있다.

특히 자동차용 배터리 팩의 경우, 외부로부터 가해지는 충격을 버텨내기 위해 크레쉬 빔(Crash beam)이 필수적으로 설치되는데, 이러한 크레쉬 빔이 차지하는 공간이 적지 않고, 또한 종래의 배터리 팩은 이러한 크레쉬 빔이 차지하는 공간을 다른 용도로 이용할 수 있는 구조가 아니어서 공간 활용의 효율성 측면에서 불리할 수 밖에 없었다.

도 1을 참조하면, 크레쉬 빔이 적용된 종래의 배터리 팩 구조가 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 종래의 배터리 팩은 서로 인접한 배터리 모듈(1) 사이마다 소정 두께의 크레쉬 빔(2)이 배치되며, 한 쌍의 크레쉬 빔 사이마다 배터리 모듈(1)이 안착된 구조를 갖는다.

이러한 배터리 팩 구조에 있어서는, 배터리 모듈(1)이 각각의 삽입 공간 내에 삽입될 때 상방으로부터 하방을 향해 삽입/고정되며, 이 경우 배터리 모듈(1)을 팩 하우징(3)에 견고하게 체결하면 배터리 모듈(1)의 정비를 위한 분리에 많은 시간이 걸리 수 밖에 없다.

또한, 이러한 구조의 배터리 팩은, 배터리 모듈(1)이 차지하는 공간 외에도, 인접한 배터리 모듈 사이마다 배치되는 크레쉬 빔(2)이 차지하는 공간이 필요하기 때문에 에너지 밀도의 측면에서 손해를 볼 수 밖에 없다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 팩에 구비되는 크레쉬 빔이 차지하는 공간을 유용하게 활용하고 또한 배터리 모듈의 탈부착을 용이하게 할 수 있도록 함으로써 배터리 팩의 정비성을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징 및 상기 팩 하우징 내에 수납되는 복수의 배터리 모듈을 포함하며, 상기 팩 하우징은, 양 측에 형성된 개방부가 연통되는 형태를 가지고, 또한 복수의 가이드 홈을 구비하고, 상기 배터리 모듈은, 상기 가이드 홈을 따라 슬라이딩 방식으로 이동됨으로써 상기 개방부를 통해 상기 팩 하우징의 내부 공간에 수납되거나 상기 내부 공간으로부터 탈거된다.

상기 배터리 모듈은, 배터리 셀 적층체; 및 상기 배터리 셀 적층체를 수납하는 모듈 케이스;를 포함할 수 있다.

상기 모듈 케이스는, 서로 마주보는 한 쌍의 크레쉬 플레이트를 구비할 수 있다.

상기 크레쉬 플레이트의 상면 및 하면의 모서리에는 상기 가이드 홈에 대응되는 형상을 갖는 슬라이딩 돌기가 구비될 수 있다.

서로 반대편의 상기 개방부를 통해 삽입되어 마주보는 한 쌍의 크레쉬 플레이트는, 연결 부재에 의해 상호 간에 물리적으로 연결될 수 있다.

서로 인접한 배터리 모듈 사이에는 빈 공간이 형성될 수 있다.

상기 배터리 팩은, 양측의 상기 개방부를 덮으며 상기 배터리 모듈에 고정되는 팩 커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩에 구비되는 크레쉬 빔이 차지하는 공간을 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 모듈의 탈부착이 용이해짐으로써 배터리 팩의 정비성이 향상된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 일부 배터리 모듈에서 발화 등의 이벤트 발생 시에도 인접한 배터리 모듈로 이벤트가 옮겨 가는 현상을 최소화 할 수 있으므로, 배터리 팩 사용상의 안전성이 증대된다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 배터리 팩 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 완성 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부를 나타내는 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 팩 하우징에 배터리 모듈이 삽입되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 고정 플레이트가 제거된 상태를 나타내는 일부 확대도이다.
도 8은 마주보는 배터리 모듈 각각의 크레쉬 플레이트 상호 간의 물리적 연결 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 방향에서 크레쉬 플레이트에 가해진 힘이 전달되는 방향을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체적인 구조를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈(10) 및 배터리 모듈(10)들을 수납하는 팩 하우징(20)을 포함하며, 팩 하우징(20)의 양 측에 형성된 개방부를 커버하는 팩 커버(30)를 더 포함하는 형태로 구현될 수도 있다.

상기 팩 하우징(20)은 복수의 가이드 홈(21)을 구비하며, 각각의 배터리 모듈(10)은 이러한 가이드 홈을 따라 슬라이딩 방식으로 이동함으로써 개방부를 통해 팩 하우징(20)의 내부 공간에 수납되거나 탈거된다.

즉, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징(20)의 양 측 개방부를 통해 배터리 모듈(10)을 슬라이딩 방식으로 밀어 넣어 장착하거나, 또는 잡아당겨 탈거하는 서랍형(Drawer type) 배터리 팩에 해당하는 것이다.

다음은, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 적용되는 배터리 모듈(10)의 구체적인 구조를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈의 완성 사시도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부(도 4의 A 영역)를 나타내는 확대도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 적용되는 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀들이 적층되어 이루어진 셀 적층체(11) 및 셀 적층체(11)를 수납하는 모듈 케이스를 포함한다.

상기 셀 적층체(11)를 이루는 배터리 셀로는, 예를 들어, 파우치 타입 배터리 셀이 적용될 수 있다. 이 경우, 복수의 배터리 셀 각각의 외부로 인출되는 전극 리드 상호간의 연결에 의해 복수의 배터리 셀들은 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 전기적인 연결 관계를 이룰 수 있다.

상기 모듈 케이스는, 한 쌍의 제1 커버 플레이트(12), 한 쌍의 제2 커버 플레이트(13) 및 한 쌍의 크레쉬 플레이트(Crash plate)(14)를 포함한다. 상기 모듈 케이스를 이루는 각각의 플레이트들은, 예를 들어, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우 각각의 플레이트들 상호 간의 결합은 용접이나 볼팅 등에 의해 이루어질 수 있다.

상기 한 쌍의 제1 커버 플레이트(12)는 전체적으로 대략 직육면체 형상을 나타내는 셀 적층체(11)의 상하 면을 각각 커버하고, 한 쌍의 제2 커버 플레이트는(13)는 셀 적층체(11)의 전후 면을 각각 커버한다.

한편, 상기 한 쌍의 크레쉬 플레이트(14)는, 셀 적층체(11)의 좌우 방향 양 측면을 각각 커버하며, 배터리 팩의 구조적 강성을 확보하기 위해 적용되는 부품으로서 나머지 플레이트(112,13)보다 더 두꺼운 두께를 갖는 플레이트로 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명에 적용되는 크레쉬 플레이트(14)는, 배터리 모듈을 구성하는 케이스의 일부로서 기능하는 동시에, 기존의 배터리 팩에 있어서 구조적 강성을 위해 적용되던 크레쉬 빔(Crash beam)의 기능까지 함께 수행할 수 있는 것이다.

이러한 크레쉬 플레이트(14)의 두께를 이루는 상면 및 하면의 모서리에는 팩 하우징(20)의 가이드 홈(21)에 삽입될 수 있도록 가이드 홈(21)에 대응되는 형상을 갖는 슬라이딩 돌기(14a)가 구비된다. 또한 크레쉬 플레이트(14)의 두께를 이루는 전면 및 후면 상에는 반대편에서 삽입되는 크레쉬 플레이트(14)와의 물리적 연결 또는 후술할 팩 커버(31)와의 체결을 위한 체결 홈(14b)이 형성된다.

한편, 상기 크레쉬 플레이트(14)는 전후 방향의 길이가 제1 커버 플레이트(12)의 전후 방향 길이와 비교하여 더 길게 형성된다. 따라서, 상기 크레쉬 플레이트(14)는, 도 5에 나타난 바와 같이 제2 크레쉬 플레이트(13)보다 일정 거리(D)만큼 더 돌출되어 있다.

또한, 상기 크레쉬 플레이트(14)는 상하 방향의 폭이 제2 커버 플레이트(13)의 상하 방향 폭보다 일정거리(d)만큼 더 돌출되어 있다.

상기 배터리 모듈(10)은, 이처럼 크레쉬 플레이트(14)가 제1 커버 플레이트(13) 및 제2 커버 플레이트(13)와 비교하여 더 돌출된 구조를 가짐으로써, 특히 배터리 팩의 전후 방향 및 상하 방향에서 가해지는 충격이 있는 경우에 있어서 셀 적층체(11)에 직접적인 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

다음은, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서 배터리 모듈(10)이 탈착되는 방식과 배터리 모듈(10)이 장착된 상태에서의 배터리 팩 내부 구조를 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 팩 하우징에 배터리 모듈이 삽입되는 형태를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 고정 플레이트가 제거된 상태를 나타내는 일부 확대도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 하우징(20)의 전후 방향 양 측에 형성된 개방부를 통해 배터리 모듈(10)을 슬라이딩 방식으로 삽입한 후 양 측 개방부를 팩 커버(30)로 마감함으로써 완성될 수 있다.

상기 팩 커버(30)는, 크레쉬 플레이트(14)에 형성된 체결 홈(14b)과 대응되는 위치에 형성되는 체결 홀(31)을 구비한다. 상기 팩 커버(30)는, 체결 홀(31)을 관통하여 체결 홈(14b)에 삽입되는 체결 부재(P1)에 의해 크레쉬 플레이트(14)에 고정됨으로써 각각의 배터리 모듈(10)이 한꺼번에 체결되도록 한다.

상기 체결 부재(P1)로는 나사 또는 리벳 등이 이용될 수 있는데, 각각의 배터리 모듈(10)을 팩 하우징(20)으로부터 꺼내어 정비하는 경우를 감안한다면 나사가 이용되는 것이 유리할 수 있다.

한편, 도 7을 참조하면, 좌우 방향으로 서로 이웃하여 배치되는 배터리 모듈(10) 상호 간은 좌우 방향으로 서로 이웃하는 슬라이딩 홈(21) 사이의 거리로 인해 서로 일정 거리 이격되어 위치하기 때문에, 인접한 배터리 모듈(10) 사이에는 빈 공간(S1)이 형성된다. 이로 인해 하나의 배터리 모듈(10)에 발화 등의 이벤트가 발생되더라도 이것이 이웃하는 배터리 모듈(10)로 옮겨가지 않게 되며, 이로써 배터리 팩 사용상의 안전성이 확보될 수 있다.

다음은, 도 8 및 도 9를 참조하여, 팩 하우징(20)의 서로 반대측 개방부를 통해 삽입되는 한 쌍의 배터리 모듈(10)간의 연결 구조에 대해서 설명하기로 한다.

도 8은 마주보는 배터리 모듈 각각의 크레쉬 플레이트 상호 간의 물리적 연결 관계를 나타내는 도면이고, 도 9는 일 방향에서 크레쉬 플레이트에 가해진 힘이 전달되는 방향을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 8을 참조하면, 팩 하우징(20)의 서로 반대편에 위치하는 개방부를 통해 삽입되는 한 쌍의 배터리 모듈(20)은 연결 부재(P2)를 이용하여 서로 물리적으로 연결될 수 있다.

이 때, 사용되는 연결 부재(P2)로는 삽입 홈(14b) 내에 삽입되어 한 쌍의 크레쉬 플레이트(14) 사이를 결속시키지는 않고 단순히 물리적으로 연결시켜주는 역할만 하는 연결 핀이 적용될 수도 있고, 한 쌍의 크레쉬 플레이트(14) 사이를 체결시키는 양 방향 피스 또는 나사가 적용될 수도 있다.

도 9를 참조하면, 팩 하우징(20)의 서로 반대편에 위치하는 개방부를 통해 삽입되어 서로 나란히 위치하는 배터리 모듈(10)은, 서로의 크레쉬 플레이트(14)끼리만 물리적으로 연결되어 있을 뿐, 크레쉬 플레이트(14) 이 외의 다른 부분은 서로 접하지 않아 한 쌍의 배터리 모듈(10) 사이에는 제2 커버 플레이트(13)와 크레쉬 플레이트(14)로 둘러싸인 빈 공간(S2)이 형성된다.

따라서, 도 9에 나타난 화살표 방향을 따라 배터리 팩에 충격이 가해지더라도 그 충격은 배터리 모듈(10) 내에 위치한 셀 적층체(11)로는 거의 전달이 되지 않고, 서로 연결된 크레쉬 플레이트(14)들을 따라서만 전달됨으로써 배터리 모듈(10)의 내부에는 데미지가 가해지지 않게 된다.

또한, 한 쌍의 배터리 모듈(10) 사이에 형성되는 이러한 빈 공간(S2)으로 인해, 하나의 배터리 모듈(10)에서 발생된 발화 등의 이벤트가 나란히 위치한 다른 배터리 모듈(10)쪽으로 옮겨 가는 것 또한 방지할 수 있기 때문에 배터리 사용상의 안전성 또한 확보할 수 있게 된다.

한편, 도 6 및 도 9를 함께 참조하면, 서로 나란히 위치하는 한 쌍의 배터리 모듈(10) 사이에 형성되는 빈 공간(S2)에는 버스 바가 배치되어 한 쌍의 배터리 모듈(10) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이 경우, 각 배터리 모듈(10)의 제2 커버 플레이트(13)의 외측으로 모듈 단자가 인출되어 버스 바와 연결되거나, 또는 배터리 모듈(10)을 구성하는 모듈 케이스 자체가 극성을 갖는 단자로서 기능하며 버스 바와 연결될 수도 있다.

또한, 팩 하우징(20)은, 버스 바가 위치하는 빈 공간(S2)에 대응되는 위치, 즉 팩 하우징(20)의 상면 중 전후 방향 중심부분에 형성된 절개부(B)를 구비함으로써 배터리 팩의 외측에서 복수의 버스 바끼리 연결을 시킴으로써 더 많은 배터리 모듈 상호간의 전기적 연결을 구현할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 모듈 케이스를 이루는 커버 플레이트들 중 좌우 방향 측부를 커버하는 커버 플레이트가 크레쉬 빔의 역할을 할 수 있도록 구성됨으로써 종래의 배터리 팩과 비교하여 크레쉬 빔이 차지하는 별도의 공간을 절약하여 높은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명이 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 인접한 배터리 모듈(10) 사이에 형성되는 빈 공간(S1,S2)으로 인해 하나의 배터리 모듈(10)에서 발생된 발화 등의 이벤트가 이웃하는 배터리 모듈(10)로 옮겨가는 현상을 방지함으로서 배터리 팩 사용상의 안전성을 확보할 수 있게 된다.

본 발명을 설명함에 있어서, 방향을 나타내는 용어들, 즉 “전후 방향”, “좌우 방향” 및 “상하 방향”과 같은 용어들은 도면에 표시된 좌표에 있어서 각각 x축, y축 및 z축과 나란한 방향을 의미하는 것임을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 배터리 모듈
11: 셀 적층체
12: 제1 플레이트
13: 제2 플레이트
14: 크레쉬 플레이트
14a: 슬라이딩 돌기
14b: 체결 홈
20: 팩 하우징
21: 가이드 홈
30: 팩 커버
31: 체결 홀
P1: 체결 부재
P2: 연결 부재
B: 절개부

Claims (7)

1. 팩 하우징 및 상기 팩 하우징 내에 수납되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 있어서,
   상기 팩 하우징은, 양 측에 형성된 개방부가 연통되는 형태를 가지고, 또한 복수의 가이드 홈을 구비하며,
   상기 배터리 모듈은, 상기 가이드 홈을 따라 슬라이딩 방식으로 이동됨으로써 상기 개방부를 통해 상기 팩 하우징의 내부 공간에 수납되거나 상기 내부 공간으로부터 탈거되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 모듈은,
   배터리 셀 적층체;
   상기 배터리 셀 적층체를 수납하는 모듈 케이스;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
3. 제2항에 있어서,
   상기 모듈 케이스는,
   서로 마주보는 한 쌍의 크레쉬 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
4. 제3항에 있어서,
   상기 크레쉬 플레이트의 상면 및 하면의 모서리에는 상기 가이드 홈에 대응되는 형상을 갖는 슬라이딩 돌기가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
5. 제4항에 있어서,
   서로 반대편의 상기 개방부를 통해 삽입되어 마주보는 한 쌍의 크레쉬 플레이트는, 연결 부재에 의해 상호 간에 물리적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
6. 제1항에 있어서,
   서로 인접한 배터리 모듈 사이에는 빈 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
7. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 팩은,
   양측의 상기 개방부를 덮으며 상기 배터리 모듈에 고정되는 팩 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.

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