KR20200061908A - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈 프레임의 상면에 배치되는 상부 하우징, 및 상기 전지 모듈 프레임의 측면에 배치되며, 상기 상부 하우징과 결합되는 포트 플레이트를 포함하고, 상기 포트 플레이트는, 상기 포트 플레이트와 일체화되어 형성된 브라켓을 포함할 수 있다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스{BATTERY PACK, AND DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 브라켓이 일체화된 포트 플레이트를 포함하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.

현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기의 사용이 일상화되면서, 상기와 같은 모바일 기기와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다.

소형 기기들에 이용되는 이차 전지의 경우, 2-3개의 전지셀들이 배치되나, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에 이용되는 이차 전지의 경우는, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지 모듈이 이용된다.

이차 전지를 이용하는 기기의 효율성을 높이기 위하여, 이차 전지는 소형에 낮은 중량을 가지면서 용량이 큰 것을 이용하는 것이 바람직하며, 이에 최근에는, 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 주로 이용되고 있다.

이러한 이차 전지는, 전지팩 내부에서 발생하는 가스가 전지팩 외부로 유출되거나, 외부로부터 전지팩 내부로 수분이 유입되는 등의 문제가 있으며, 이를 방지하기 위하여, 다수개의 볼트를 이용하여 각 구성을 체결시켜 전지팩의 내/외부를 격리시키는 방식이 이용되어 오고 있다.

도 1은 기존에 이용되고 있는 전지팩의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1에서 확인할 수 있듯이, 기존의 전지팩에서는 전지 모듈 프레임(frame)과 이를 감싸는 상부 하우징(upper housing)의 결합에 다수의 볼트(bolts)를 이용하고 있다. 다만, 볼트 체결부가 배치됨으로써, 전지 모듈 프레임(frame)과 상부 하우징(upper housing) 등 그 밖의 구성과의 관계에서 공간 제약이 있을 수 밖에 없었으며, 빈 공간이 생기게 되는 볼트 체결 구조의 특성상 각 구성간의 실링(sealing) 성능이 낮아지는 문제가 있었다.

또한, 전지팩을 차량에 고정시키는 역할을 하는 브라켓에 있어서, 도 1로부터 브라켓(bracket)이 별도의 독립된 구성으로 포함되어 있는 것을 확인할 수 있는 바, 아래 도 2에서 기존의 전지팩에서 이용되는 브라켓에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 기존에 이용되고 있는 전지팩의 브라켓 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

브라켓은 전지팩을 디바이스, 즉 차량에 고정시키기 위해서 이용되는 구성으로서 필수적인 구성요소이다. 다만, 조립하는 부품의 특성상, 상관 부품과의 위치를 매번 고려하여야 하며, 개별 조립하는 과정에서 위치적 제약이 있었고, 별도의 구성이어서 제조 시 필요한 부품 수가 증가하여 단가가 올라가고, 공정 단계가 늘어나는 문제가 있었다.

또한, 기존의 브라켓의 경우, 커버 플레이트(cover plate)에 용접시키는 방식으로 고정시켰는바, 용접 과정이 번거로웠으며, 한 번 위치 시킨 브라켓의 위치 수정이 불가능한 바, 정확한 위치에 브라켓을 배치시키기 위하여 포트 플레이트와 브라켓 간의 위치 관계를 검토하는 과정이 반드시 포함되어야 했다는 점에서, 다소 불편함이 있었다.

본 발명에서는 상기와 같은 문제를 개선하기 위한 것으로서, 브라켓이 일체화된 포트 플레이트를 이용하여, 부품 수, 공정을 줄이고, 별도로 포트 플레이트와 브라켓 간의 위치 관계를 검토하는 과정을 거치지 않아도 되는, 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 대한 개발이 필요하다.

본 발명의 실시예들은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전지팩 제조 공정에서 커버 플레이트에서의 적합한 위치를 찾아 해당 위치에 브라켓을 용접시켜야 하는 복잡한 공정을 생략하고, 필요한 부품 수를 줄여 단가를 낮출 수 있도록 하는, 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 전지팩은, 전지 모듈 프레임의 상면에 배치되는 상부 하우징, 및 상기 전지 모듈 프레임의 측면에 배치되며, 상기 상부 하우징과 결합되는 포트 플레이트를 포함하고, 상기 포트 플레이트는, 상기 포트 플레이트와 일체화되어 형성된 브라켓을 포함할 수 있다.

상기 상부 하우징과 상기 포트 플레이트는 벤딩 결합부에 의해 결합될 수 있다.

상기 벤딩 결합부는, 상기 벤딩 결합부의 걸림부가 상기 상부 하우징의 홈에 끼워 맞춰지면서 결합될 수 있다.

상기 브라켓은 상기 포트 플레이트가 형성된 평면에 수직한 방향으로 꺾인 구조를 가질 수 있다.

상기 포트 플레이트와 동일한 평면상에 배치된 상기 브라켓 면 주변에는 절개부가 배치될 수 있다.

상기 절개부는 상기 브라켓의 양측면 및 하면을 포함한 3면을 감싸는 형태일 수 있다.

상기 전지 모듈 프레임의 외측면에는, 상기 전지 모듈 프레임과 나란하게 배치된 측면 커버 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 측면 커버 플레이트의 외측면에는, 상기 측면 커버 플레이트와 나란하게 배치된 매니폴드를 더 포함할 수 있다.

상기 포트 플레이트는 교체가 가능할 수 있다.

상기 브라켓은 상기 포트 플레이트의 중앙에 위치가 고정되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따른, 디바이스는, 전지 모듈 프레임의 상면에 배치되는 상부 하우징, 및 상기 전지 모듈 프레임의 측면에 배치되며, 상기 상부 하우징의 측면 끝단과 결합되는 포트 플레이트를 포함하고, 상기 포트 플레이트는, 상기 포트 플레이트와 일체화되어 형성된 브라켓을 포함하는 전지팩을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 브라켓이 일체화된 포트 플레이트를 이용하여, 별도로 포트 플레이트와 브라켓 간의 위치 관계를 검토하는 과정을 생략하여 제조 공정을 줄이고, 부품 수를 줄임으로써 제조 단가를 낮출 수 있다.

도 1은 기존에 이용되고 있는 전지팩의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 기존에 이용되고 있는 전지팩의 브라켓 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 있어서, 각 구성이 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 있어서, 벤딩 결합부에 의하여 결합된 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 설명하기 위하여 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 있어서, 각 구성이 결합된 모습을 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(10)은, 전지 모듈 프레임(100)의 상면에 배치되는 상부 하우징(200), 및 전지 모듈 프레임(100)의 측면에 배치되며, 상부 하우징(200)과 결합되는 포트 플레이트(300)를 포함하고, 포트 플레이트(300)는 포트 플레이트(300)와 일체화되어 형성된 브라켓(400)을 포함할 수 있다.

브라켓(400)은 포트 플레이트(300)의 중앙에 위치가 고정되도록 형성될 수 있으며, 브라켓(400)은 포트 플레이트(300)가 형성된 평면에 대하여 수직한 방향으로 꺾인 구조를 가질 수 있다.

포트 플레이트(300)가 형성된 평면에 수직한 방향으로 꺾인 부분을 제외한브라켓의 부분으로서, 포트 플레이트(300)와 동일한 하나의 평면상에 배치되어, 포트 플레이트(300)와 평행하도록 배치된 브라켓(400) 면의 주변에는 절개부가 배치될 수 있으며, 절개부는 브라켓(400)의 양측면 및 하면을 포함한 3면을 감싸는 형태일 수 있다. 즉, 브라켓(400)과 포트 플레이트(300) 사이에는 절개부라는 빈 공간이 포함되는 형태일 수 있다.

또한, 도 3에서의 확대된 도면에서 볼 수 있듯이, 전지 모듈 프레임(100)의 외측면에는 전지 모듈 프레임(100)의 측면과 나란하게 배치된 측면 커버 플레이트(110)가 더 포함될 수 있고, 측면 커버 플레이트(110)의 외측면에는, 측면 커버 플레이트(110)와 나란하게 배치될 매니폴드(120)가 더 포함되어 배치될 수 있다.

일반적으로 포트 플레이트(300)는 냉각 포트(미도시)를 고정시키고, 매니폴드(120)를 보호하는 역할을 하는 부품으로서, 본 발명에서의 브라켓(400)이 일체화되도록 형성된 포트 플레이트(300) 역시 매니폴드(120)의 외측면에 배치되어 매니폴드(120)를 보호하는 역할을 할 수 있다.

다만, 본 발명의 포트 플레이트(300)는 이러한 포트 플레이트(300)의 기본적인 기능과 더불어, 브라켓(400)이 일체화되어 있는 구조로서 브라켓(400)의 기능적 역할까지 함께 수행한다는 점에 본 발명의 특징이 있다.

본 발명에서의 전지팩(10)의 일 구성인 포트 플레이트(300)는 교체가 가능한 것으로, 포트 플레이트(300)를 교체하는 과정에서, 브라켓(400)의 위치가 상이한 포트 플레이트(300)를 이용함으로써, 브라켓(400)의 위치를 용이하게 바꿀 수 있다. 이는, 기존의 경우 브라켓은, 측면 커버 플레이트에 용접하여 고정시켜야 했기 때문에, 한 번 고정시킨 브라켓의 위치 변경이 불가능했던 문제를 개선한 것으로, 본 발명에서는 포트 플레이트(300)만을 교체함으로써 브라켓(400)의 형상, 위치를 변경할 수 있도록 한 것이다.

상부 하우징(200)과 포트 플레이트(300)는 벤딩 결합부(310)에 의해 결합될 수 있다. 즉, 포트 플레이트(300)는 포트 플레이트(300)의 상단과 상부 하우징(200)과 결합되는 부분에 배치된, 접힌 구조로 형성된 벤딩 결합부(310)를 더 포함할 수 있다. 상부 하우징(200)의, 벤딩 결합부(310)와 결합되는 위치에는 홈(314)이 있으며, 벤딩 결합부(310)의 최상단에는 상부 하우징(200)의 홈(314)에 끼워지도록 결합될 수 있는 형상의 걸림부(312)가 포함될 수 있다. 즉, 벤딩 결합부(310)는, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)가 상부 하우징(200)의 홈(314)에 끼워 맞춰지면서 결합될 수가 있다.

포트 플레이트(300)에 형성되어 있는 벤딩 결합부(310)는 벤딩 구조로서, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)가 상부 하우징(200)의 홈(314)에 밀착되도록 결합된 모습을 도시한 도 4에서 볼 수 있듯이, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)가 상부 하우징(200)의 홈(314)을 아래 방향으로 가압하게 되며, 이로써 포트 플레이트(300), 전지 모듈 프레임(100)과 상부 하우징(200)을 서로 밀착되도록 결합시킬 수 있다.

본 발명에서는 기존의 볼트 체결 방식(도 1, 도 2 참고) 대신, 벤딩 결합부(310)를 이용한 체결 방식을 이용하는 것으로, 기존의 볼트 체결구, 볼트가 배치되는 공간을 확보할 수 있게 되어, 상관 부품의 공간적 제약을 없애는 장점도 있다.

즉, 기존의 구조를 도시한 위의 도 1 및 도 2에서는, 상부 하우징의 측면 끝단에, 볼트가 결합되는 볼트 체결구들이 배치되어 있으며, 이를 통하여 각 구성간 볼트 결합 방식으로 위치를 고정시키는 것을 확인 할 수 있다. 이와는 달리, 본 발명에서는, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)가 상부 하우징(200)의 홈(314)을 가압하는 방식을 이용함으로써, 해당 부분에 볼트 체결구 구성을 생략함으로써, 상부 하우징(200) 측면 부분의 볼트 체결구의 자리만큼, 내, 외측으로 공간의 자유도가 높아짐을 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)는 가로, 세로의 특정 면적을 가지는 면 형상이며, 이러한 면 형상을 이용한 가압방식이라는 점에서, 상부 하우징(200)과의 결합에 있어서, 실링(sealing) 성능을 높이는 효과가 있다. 아래의 도 5를 통하여 기존 구조와 비교해보도록 한다.

걸림부(312)와 홈(314)이 접촉되어 가압하는 면적에 있어서, 접촉되는 면적이 넓을수록, 실링(sealing) 성능을 높일 수 있게 된다. 실시예에 따라서는, 걸림부(312)와 홈(314)이 접촉되는 면의 폭은, 상부 하우징(200)의 측면 끝단면의 폭의 1/4~1/2 범위 내일 수 있다. 여기서의 접촉되는 면의 폭이란, 도 4에 도시된 상부 하우징(200)과 결합되는, 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)의 가로 길이를 의미한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 있어서, 벤딩 결합부에 의하여 결합된 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

즉, 기존 결합 방식과 본 발명에서의 결합 방식의 차이에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도 5(a)는 기존의 포트 플레이트를 포함한 전지팩의 일부를 나타낸 도면으로, 상부 하우징이 기존의 볼트 체결 방식으로 결합된 구조를 도시한 것이고, 도 5(b)는 본 발명의 벤딩 결합부(310)가 형성된 포트 플레이트(300)를 포함한 전지팩(10)의 일부를 나타낸 도면으로서, 상부 하우징(200)에 벤딩 결합부(310)가 가압하는 방식으로 결합된 구조를 도시한 것이다.

도 5(a)는 볼트 체결구에 볼트를 삽입하는 방식으로서, 상부 하우징, 볼트 체결구, 볼트 등 각각의 구성이 배치되는 공간 사이에 빈 공간이 생길 수 밖에 없으나, 도 5(b)는 볼트 체결구, 볼트가 배치되지 않으며, 얇은 면 형태인 벤딩 결합부(310)의 걸림부(312)가, 상부 하우징(200)과 전지 모듈 프레임(100) 사이에, 구성간 빈 공간이 생기지 않도록 밀착되어 끼워 넣어지도록 배치됨으로써, 실링(sealing) 성능을 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는, 전지 모듈 프레임(100)의 상면에 배치되는 상부 하우징(200), 및 전지 모듈 프레임(100)의 측면에 배치되며, 상부 하우징(200)의 측면 끝단과 결합되는 포트 플레이트(300)를 포함하고, 포트 플레이트(300)는, 포트 플레이트(300)와 일체화되어 형성된 브라켓(400)을 포함하는 전지팩(10)을 포함할 수 있다.

상기의 디바이스는 LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 브라켓이 일체화되어 형성된 포트 플레이트를 이용하여, 기존의 브라켓을 커버 플레이트에 용접시키는 과정, 정확한 위치에 브라켓을 배치시키기 위하여 포트 플레이트와 브라켓 간의 위치 관계를 검토하는 과정을 생략하도록 하였고, 포트 플레이트 상단의 벤딩 결합부를 통하여 상부 하우징과 결합시킴으로써, 기존의 볼트 체결 방식 대비 공간 자유도를 높이며, 구성 간 실링(sealing) 성능을 향상시키도록 한다는 점에서 의의가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 전지팩
100: 전지 모듈 프레임
110: 측면 커버 플레이트
120: 매니폴드
200: 상부 하우징
300: 포트 플레이트
310: 벤딩 결합부
312: 걸림부
314: 홈
400: 브라켓

Claims (11)

1. 전지 모듈 프레임의 상면에 배치되는 상부 하우징; 및
   상기 전지 모듈 프레임의 측면에 배치되며, 상기 상부 하우징과 결합되는 포트 플레이트를 포함하고,
   상기 포트 플레이트는,
   상기 포트 플레이트와 일체화되어 형성된 브라켓을 포함하는 전지팩.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 하우징과 상기 포트 플레이트는 벤딩 결합부에 의해 결합되는 전지팩.
3. 제2항에 있어서,
   상기 벤딩 결합부는,
   상기 벤딩 결합부의 걸림부가 상기 상부 하우징의 홈에 끼워 맞춰지면서 결합되는 전지팩.
4. 제1항에 있어서,
   상기 브라켓은,
   상기 포트 플레이트가 형성된 평면에 수직한 방향으로 꺾인 구조를 갖는 전지팩.
5. 제1항에 있어서,
   상기 포트 플레이트와 동일한 평면상에 배치된 상기 브라켓 면 주변에는 절개부가 배치된 전지팩.
6. 제5항에 있어서,
   상기 절개부는 상기 브라켓의 양측면 및 하면을 포함한 3면을 감싸는 형태인 전지팩.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전지 모듈 프레임의 외측면에는, 상기 전지 모듈 프레임의 측면과 나란하게 배치된 측면 커버 플레이트를 더 포함하는 전지팩.
8. 제7항에 있어서,
   상기 측면 커버 플레이트의 외측면에는, 상기 측면 커버 플레이트와 나란하게 배치된 매니폴드를 더 포함하는 전지팩.
9. 제1항에 있어서,
   상기 포트 플레이트는 교체가 가능한 전지팩.
10. 제1항에 있어서,
    상기 브라켓은,
    상기 포트 플레이트의 중앙에 위치가 고정되도록 형성된 전지팩.
11. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.

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