KR20210017275A - 상부 냉각 방식 배터리 팩 - Google Patents

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KR20210017275A
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김경모
박진용
박진하
이정훈
진희준
문정오
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따르면, 복수 개의 배터리 모듈들과, 상기 배터리 모듈들을 내부에 고정 설치할 수 있는 팩 케이스를 구비하는 배터리 팩으로서, 상기 배터리 모듈들의 하부를 지지하는 팩 트레이와, 상기 배터리 모듈들을 커버하되 상기 배터리 모듈들의 상단면과 접촉하게 마련된 팩 커버를 구비하는 팩 케이스; 및 상기 팩 커버의 상부에 설치되는 히트싱크를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

Description

상부 냉각 방식 배터리 팩{Top cooling type battery pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩의 냉각 및 조립 구조에 관한 것이다.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS), 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)의 동력원으로 사용되고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬이온 전지, 리튬폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압과 에너지 용량이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성하거나 상기 배터리 모듈을 2개 이상 직렬 내지 병렬로 연결하고 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성한다. 이를테면 배터리 모듈은 다수의 이차 전지가 직렬 내지 병렬로 연결된 장치를 의미하고, 배터리 팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 배터리 모듈이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다고 할 수 있다.
배터리 팩은 상기 배터리 모듈들을 비롯하여 상기 배터리 모듈들의 온도를 적정하게 유지하기 위한 냉각 장치와, 배터리 모듈들의 작동 상태를 모니터링하기 위한 제어장치 그리고 이들을 패키징하기 위한 팩 케이스 등을 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 전기 자동차용 배터리 팩의 경우 전기 자동차의 전장과 전폭 등에 따라 배터리 팩의 설치 공간이 제한되기 때문에, 배터리 모듈들을 비롯한 구성품들을 팩 케이스 내부에 최대한 공간 효율적으로 탑재함으로써 에너지 밀도를 높이는 것이 중요하다.
배터리 팩을 조립할 때 종래의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 팩 케이스의 바닥면에 해당하는 팩 트레이(1)의 상면에 배터리 모듈(2)들을 배치하고 팩 트레이(1)에 볼트 체결하여 배터리 모듈(2)들을 기계적으로 고정한다. 일반적으로 배터리 모듈(2)은 전방과 후방 코너 부위의 총 4개소에 장볼트를 끼워넣고 팩 트레이(1) 상면에 고정되는 것들이 많다. 배터리 모듈들 간의 전기적 연결 구조는 일측 배터리 모듈(2)의 양극 터미널(2a)과 타측 배터리 모듈(2)의 음극 터미널(2b)의 상면에 금속 바 형상의 인터 버스바(3)의 양단을 걸쳐 놓고 2개의 볼트를 사용하여 이들을 고정한 구조가 많이 채용되고 있다.
그리고 배터리 팩의 냉각 구성으로는 히트싱크(4)를 팩 트레이(1)의 바닥면에 설치하고 이에 냉각수 공급 파이프를 연결하여 팩 케이스 내외로 냉각수를 순환시키는 구성이 많이 채용되고 있다.
그런데 최근 이러한 종래의 배터리 팩의 조립 구조에 대해 몇 가지 문제점들이 지적되고 있는데, 그 중에서도 배터리 모듈들 및 인터 버스바들을 고정하는데 너무 많은 개수의 볼트들이 사용됨에 따른 조립 공정의 비효율, 비용 증가의 문제와, 도 1의 'O' 영역과 같은 공간 손실 및 히트싱크 설치로 인한 에너지 밀도 저하, 냉각수 누수와 파이프, 냉각 포트 등의 실링 신뢰성 확보 문제 등이 많이 지적되고 있다.
따라서 위와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 냉각 및 조립 구조가 적용된 배터리 팩 개발이 이슈화되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2018-0081996호 (2018.07.18) 주식회사 엘지화학
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각수 누액으로 인한 위험 해소, 에너지 밀도 개선, 조립 공정 효율화를 도모할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 복수 개의 배터리 모듈들과, 상기 배터리 모듈들을 내부에 고정 설치할 수 있는 팩 케이스를 구비하는 배터리 팩으로서,
상기 배터리 모듈들의 하부를 지지하는 팩 트레이와, 상기 배터리 모듈들을 커버하되 상기 배터리 모듈들의 상단면과 접촉하게 마련된 팩 커버를 구비하는 팩 케이스; 및 상기 팩 커버의 상부에 설치되는 히트싱크를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
상기 히트싱크는 상기 팩 커버와 일체로 마련될 수 있다.
상기 히트싱크는 미리 정해진 외부 구조물에 선 장착 가능하게 마련될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 배터리 모듈들의 전극 터미널을 서로 전기적으로 연결하는 터미널 연결부가 상단 내면에 마련될 수 있다.
상기 배터리 모듈들은, 상기 팩 커버에 의해 상부가 커버될 때 어느 하나의 상기 배터리 모듈의 전극 터미널과 이웃한 다른 하나의 상기 배터리 모듈의 전극 터미널이 각각 상기 터미널 연결부에 상하 방향으로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
각각의 상기 배터리 모듈은, 배터리 셀들과 상기 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스를 포함하고, 상기 전극 터미널은 사각 플레이트 형상으로 상기 모듈 케이스의 일 측면에서 돌출되게 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스는 상기 전극 터미널의 하부를 지지하도록 일 측면에서 돌출되게 형성되고 수직 방향으로 관통홀을 구비하는 터미널 지지부를 포함할 수 있다.
상기 팩 커버는, 상단 내면에 마운팅 너트를 더 구비하고 상기 각각의 배터리 모듈은, 상기 터미널 지지부의 관통홀에 끼워지고 상기 마운팅 너트에 수직으로 체결되는 마운팅 볼트에 의해 상기 팩 커버에 고정될 수 있다.
상기 마운팅 볼트 및 상기 마운팅 너트 중 적어도 어느 하나는 절연 소재로 마련될 수 있다.
상기 터미널 연결부는, 상기 전극 터미널과 면 접촉하되 상기 마운팅 볼트가 통과할 수 있는 체결홀을 구비한 인터-버스바; 및 상기 인터-버스바를 지지하며 상기 팩 커버의 내면에 고정 결합되는 브라켓 부재를 포함할 수 있다.
상기 브라켓 부재는 상기 마운팅 너트와 형상 맞춤되며 상기 팩 커버의 내면에 부착될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈들은 2열로 배치되되 전극 터미널들이 상기 팩 케이스의 중심부를 기준으로 서로 마주보게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다. 상기 자동차는 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 히트싱크가 팩 케이스 외부에 설치됨으로써 냉각수 누액으로 인한 위험에서 자유롭고, 팩 케이스 내부 조립 구조의 단순화, 에너지 밀도 개선 효과를 도모할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 팩 케이스 내의 배터리 모듈들의 기계적 고정 및 전기적 연결 구조가 통합됨으로써 조립 공정 효율화를 도모할 수 있다.
본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다.
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 아니된다.
도 1은 종래 기술에 따른 배터리 팩의 조립예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 2의 I-I'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'에 따른 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터미널 연결부와 마운팅 너트의 개략적인 사시도이다.
도 9는 도 8에 대응하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 고정 및 전기적 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 7과 대응하는 도면으로 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 사시도, 도 3은 도 2의 배터리 팩의 부분 분해 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 개략적인 사시도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 다수의 배터리 모듈(100)들과, 상기 배터리 모듈(100)들을 수용하는 팩 케이스(200)와, 상기 팩 케이스(200)의 상부에 설치되는 히트싱크(300)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 팩 케이스(200)는 상호 결합하는 팩 트레이(210)와 팩 커버(220)를 포함한다. 팩 트레이(210)는 상기 배터리 모듈(100)들의 하부를 지지하게 대략 넓은 면적의 판상체 형상으로 마련되고, 팩 커버(220)는 상기 팩 트레이(210)와 결합하여 배터리 모듈(100)들 전체를 커버할 수 있도록 마련된다.
특히, 후술하겠으나 각 배터리 셀(110)들은 팩 커버(220)의 상단 내면에 구비되어 있는 터미널 연결부(221)를 매개로 전기적 연결과 기계적 고정이 동시에 이루어진다.
배터리 팩(10)을 구성하는 주요 구성들 중 냉각 구성에 해당하는 히트싱크(300)를 먼저 살펴보고 그 다음 배터리 팩(10)의 내부 조립 구조를 살펴보기로 한다.
본 실시예의 히트싱크(300)는 냉매가 순환할 수 있는 유로(미도시)를 내부에 구비한다. 상기 유로에 흐르는 냉매는 유로에서 용이하게 흐르면서 냉각성이 우수한 유체이면 특별한 제한이 없다.
상기 히트싱크(300)는 팩 커버(220)의 상단 외면에 위치한다. 즉, 본 발명의 배터리 팩(10)은 히트싱크(300)를 팩 케이스(200) 외부에 마련해 놓음으로써 전기적 요소와 냉각적 요소가 분리되어 있다. 따라서 외부 충격 등에 따른 냉각수 누액으로 인한 위험에서 자유롭다. 또한, 히트싱크(300)가 팩 케이스(200) 내부에서 없어짐으로써 조립 구조 단순화 및 에너지 밀도 증대 효과를 도모할 수 있다.
상기 히트싱크(300)를 팩 커버(220)의 상단에 설치하는 방안으로는 히트싱크(300)를 팩 커버(220)와 별개로 제작하고 이를 팩 커버(220) 위에 놓고 고정하는 방안이 있으나, 이 경우 히트싱크(300)와 팩 커버(220)의 표면 조도차이 때문에 열 접촉 저항이 커서 냉각 효율이 떨어질 수 있다.
이에 본 실시예는 팩 커버(220)와 히트싱크(300)를 일체형으로 구성하였다. 이를테면 히트싱크(300)를 팩 커버(220)의 일부분으로 통합하여 열 접촉 저항과 열 전도 경로를 최소화한 것이라 할 수 있다. 이 같은 히트싱크(300) 일체형 팩 커버(220)로 팩 케이스(200) 내부의 열을 흡수함으로써, 히트싱크(300)가 팩 케이스(200) 외부에 있어도 냉각 성능이 저하되지 않을 수 있다.
본 실시예의 대안 예로는 팩 커버(220)의 상단 외면에 TIM(Thermal Interface Material)를 두고 그 위에 히트싱크(300)를 배치하는 예를 고려해 볼 수 있겠다. TIM은 팩 커버(220)와 히트싱크(300) 사이의 갭을 메워주어 열 접촉 저항을 줄여주는 기능을 한다. 상기 TIM으로는 열 전도율이 높은 써멀패드 또는 레진을 채용할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 팩 케이스(200)의 내부에 수납되는 각 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)들과, 상기 배터리 셀(110)들을 내부 공간에 수용하기 위한 모듈 케이스(120), 그리고 모듈 케이스(120)의 외측에 노출되게 마련되는 전극 터미널(150a, 150b)을 포함한다.
상기 배터리 셀(110)들은 당업계에 널리 알려진 파우치형 이차전지 셀이다. 파우치형 이차전지는 모듈 케이스(120)의 내부 공간에 적층시킬 수 있어 에너지 밀도를 높이는데 유리하다. 물론, 배터리 셀(110)이 반드시 파우치형 배터리 셀(110)이어야 하는 것은 아니다. 예컨대 원통형 이차전지 셀 또는 각형 이차전지 셀 등으로 대체하는 것도 가능하다.
모듈 케이스(120)는 배터리 셀(110)들의 하부와 상부를 각각 커버하는 베이스 플레이트(121)와 탑 플레이트(122) 그리고 배터리 셀(110)들의 배열 방향에 따른 최외곽에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트(123) 및 배터리 셀(110)들의 전방과 후방을 각각 커버하는 전면 커버(124)와 후면 커버(125)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모듈 케이스(120)의 탑 플레이트(122)는 팩 커버(220)의 내면과 면 접촉하게 마련될 수 있다. 탑 플레이트(122)와 팩 커버(220)의 내면 사이에 써멀 패드를 더 개재해도 좋다.
전면 커버(124)와 후면 커버(125)는 배터리 셀(110)들의 전방에 위치하여 배터리 셀(110)들의 전극 리드들 또는 ICB(inter connection board)와 같은 부품이 외부에 노출되지 않도록 한다. 전극 터미널(150a, 150b)은 양극 터미널(150a)과 음극 터미널(150b)을 포함하고 상기 전면 커버(124) 상단 외측에 위치하고 사각 플레이트 형태로 넓은 면이 수평하게 놓이며 홀을 구비하여 상하 방향으로 볼트를 끼울 수 있게 마련된다.
상기 전극 터미널(150a, 150b)은 터미널 지지부(126) 상에 놓여 지지될 수 있다. 여기서 터미널 지지부(126)는 전면 커버(124)로부터 돌출된 부분으로 전극 터미널(150a, 150b)의 하부 지지 및 배터리 모듈(100)의 볼트 체결 장소로 활용될 수 있다.
상기 터미널 지지부(126)는 전면 커버(124)의 폭 방향으로 따라 연장되게 마련될 수 있으며, 양극 터미널(150a)과 음극 터미널(150b)이 놓이는 곳에는 볼트를 끼워넣을 수 있는 관통홀이 하나씩 수직 방향으로 형성될 수 있다. 상기 관통홀은, 도면에 미도시되어 있으나, 전극 터미널(150a, 150b)의 홀과 상하로 일치하게 형성될 수 있다.
참고로, 전면 커버(124)와 터미널 지지부(126)를 구분하여 설명하였으나 이들은 일체형으로 제작될 수 있다. 또한, 미도시 되어 있지만 전극 터미널(150a, 150b)이 위치하지 않은 다른 곳에도 마운팅 볼트(201)를 끼워 넣을 수 있게 관통홀을 마련하여 상기 마운팅 볼트(201)를 팩 커버(220)에 체결할 수도 있다.
한 쌍의 사이드 플레이트(123)는 배터리 셀(110)들의 배열 방향에 따른 최외곽 배터리 셀(110)의 외측에서 배터리 셀(110)들의 압박 및 지지하는 역할을 할 수 있다.
이어서 도 6 내지 도 10을 참조하여, 팩 케이스(200) 내부에서 각각의 상기 배터리 모듈(100)(100)들에 대한 기계적 고정, 전기적 연결 구조에 관해 자세히 설명하기로 한다.
본 실시예의 경우, 배터리 모듈(100)들은 총 8개이고 4개씩 2열로 팩 케이스(200) 내부에 수납될 수 있다. 이때, (도 3 참조) 1열의 배터리 모듈(100) 군과 2열의 배터리 모듈(100) 군은 전극 터미널(150a, 150b)이 팩 케이스(200)의 중심부를 기준으로 서로 마주하게 위치할 수 있다. 이러한 배터리 모듈(100)의 배치는 각 배터리 모듈(100)들 간의 전기적 연결 거리를 최소화하는데 유리할 수 있다. 물론, 이와 같은 배터리 모듈(100)의 배치는 일 예이므로 배터리 모듈(100)의 총 개수나 배치 구조는 얼마든지 달라질 수 있다.
상기 8개의 배터리 모듈(100)들은 팩 트레이(210) 바닥에 놓여 지지될 수 있고 팩 커버(220)의 상단 내면에 구비되어 있는 터미널 연결부(221)와 볼트 체결되어 고정될 수 있다. 더불어 인접한 배터리 모듈(100)들의 전극 터미널(150a, 150b)들은 상기 터미널 연결부(221)에 접촉하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이를테면, 팩 커버(220)에 의해 상기 모듈 케이스(120)의 상부가 커버될 때 어느 하나의 배터리 모듈(100)의 전극 터미널(150a, 150b)과 다른 하나의 배터리 모듈(100)의 전극 터미널(150a, 150b)이 각각 상기 터미널 연결부(221)에 상하 방향으로 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 팩 커버(220)는 그 상단 내면에 마운팅 너트(225)를 더 구비할 수 있다. 마운팅 너트(225)는 용접에 의해 팩 커버(220)에 미리 부착될 수 있다. 터미널 연결부(221)는 상기 마운팅 너트(225)와 형합하며 팩 커버(220)에 부착될 수 있다.
상기 터미널 연결부(221)는 마운팅 볼트(201)가 통과할 수 있는 체결홀(221c)을 구비하고 배터리 모듈(100)의 전극 터미널(150a, 150b)과 면 접촉할 수 있는 금속 바 형상의 인터-버스바(221b)와, 상기 인터-버스바(221b)를 지지하며 팩 커버(220)의 상단 내면에 고정 결합되는 절연성 소재로 형성된 브라켓 부재(221a)를 포함할 수 있다.
상기 브라켓 부재(221a)는 그 후면부가 상기 마운팅 너트(225)와 형상 맞춤되게 마련되고 그 전면부는 인터-버스바(221b)의 체결홀(221c)이 마운팅 너트(225)와 상하로 일치하게 인터-버스바(221b)를 탈부착할 수 있게 마련된다.
브라켓 부재(221a)는 그 후면부에 양면 테이프(221d)를 붙여서 팩 커버(220)에 간단하게 부착시킬 수 있다. 물론 볼트, 너트 조합 등 다른 방식으로 브라켓 부재(221a)를 부착해도 좋다.
이러한 구성으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 각 배터리 모듈(100)은 마운팅 볼트(201)를 터미널 지지부(126)의 관통홀부터 전극 터미널(150a, 150b)의 홀과, 인터-버스바(221b)의 체결홀(221c)에 통과시켜 마운팅 너트(225)에 체결함으로써 팩 커버(220)에 고정될 수 있다. 이때, 이웃한 2개의 배터리 모듈(100)은 양극 터미널(150a)과 음극 터미널(150b)이 터미널 연결부(221)의 인터-버스바(221b)에 각각 접촉하게 되므로 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
마운팅 볼트(201)와 마운팅 너트(225) 중 적어도 어느 하나는 절연 볼트와 절연 너트일 수 있다. 절연 볼트와 절연 너트를 사용함으로써 팩 커버(220)에 각 배터리 모듈(100)의 기계적 고정과 전기적 연결이 동시에 이루어지더라도 쇼트가 방지될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 배터리 팩(10)은 배터리 모듈(100)들의 기계적 고정과 전기적 연결 구조가 통합되어 있어, 조립 공정이 매우 수월하다. 또한, 각 배터리 모듈(100)들을 팩 트레이(210) 상에 볼트로 고정하는 대신 팩 커버(220)에 고정함으로써 팩 트레이(210)의 공간 활용율 내지 자유도가 좋아질 수 있다.
본 발명의 배터리 팩(10)의 조립예를 간략히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 배터리 팩(10)은, 일반적인 배터리 팩(10)의 조립 방식과 반대로, 팩 커버(220)를 뒤집어 놓고 그 속에 배터리 모듈(100)들 배치한 후 이들을 고정하는 것이 바람직하다.
즉, 팩 커버(220)를 뒤집어 놓고 배터리 모듈(100)의 전극 터미널(150a, 150b)을 팩 커버(220)의 쿨링 파이프와 터미널 연결부(221)에 각각 대면하게 각 배터리 모듈(100)을 위치시킨다.
그 다음, 마운팅 볼트(201)를 각 배터리 모듈(100)과 팩 커버(220) 간의 체결 부위에 체결하면 된다. 즉, 각 배터리 모듈(100)을 미리 정해진 위치에 놓고 마운팅 볼트(201)를 체결하는 것으로 배터리 모듈(100)들의 기계적 고정 작업과 직렬 및/또는 병렬연결 작업이 한번에 쉽게 해결될 수 있다.
그 다음, 오링(230)을 팩 커버(220)의 요철부에 개재하고 상기 요철부를 팩 트레이(210)의 테두리 부분에 맞추어 넣으면 주요 조립 공정이 마무리될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(10)을 간략히 설명한다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(10)은 전술한 실시예에 따른 배터리 팩(10)과 기본적인 기계적, 전기적 조립 구조는 동일하나 냉각 구성에 차이가 있다.
즉, 전술한 실시예는 팩 커버(220)와 히트싱크(300)가 일체형이나 본 실시예의 경우, 팩 커버(220)와 히트싱크(300)가 분리형으로 마련된다.
상기 히트싱크(300)는 미리 정해진 외부 구조물에 선 장착 가능하게 마련될 수 있다. 예컨대, 히트싱크(300)의 상부는 자동차의 차체(20)에 장착 가능한 형태로 마련하고, 히트싱크(300)의 하부는 팩 커버(220)의 상면에 대면하게 마련한다. 그리고 자동차 차체(20)에 상기 히트싱크(300)를 선 장착한 후 나머지 배터리 모듈(100)들을 수납한 팩 케이스(200)를 상기 히트싱크(300) 아래에 설치한다. 이때, 팩 커버(220)의 상면에는 TIM(400)이 더 구비될 수 있다.
이에 따르면 배터리 팩(10)을 이루는 전기적 에너지 구성품과 냉각 구성품이 완전히 분리되는 것이어서 각 구성품들의 구조를 더 단순화할 수 있는 이점이 있고 특히, 히트싱크(300)를 차량단에 선 장착할 수 있도록 마련함으로써 냉각 구성에 필요한 냉각수 배관 연결 및 실링성 확보 작업이 수월해질 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 물론, 상기 배터리 팩은 전력 저장장치 또는 기타 IT 제품군 등에 적용될 수도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
10: 배터리 팩 100: 배터리 모듈
110: 배터리 셀 120: 모듈 케이스
121: 베이스 플레이트 124: 전면 커버
126: 터미널 지지부 150a,150b: 전극 터미널
200: 팩 케이스 210: 팩 트레이
220: 팩 커버 221: 터미널 연결부
221a: 브라켓 부재 221b: 인터-버스바
225 :마운팅 너트 300 : 히트싱크

Claims (13)

  1. 복수 개의 배터리 모듈들과, 상기 배터리 모듈들을 내부에 고정 설치할 수 있는 팩 케이스를 구비하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 배터리 모듈들의 하부를 지지하는 팩 트레이와, 상기 배터리 모듈들을 커버하되 상기 배터리 모듈들의 상단면과 접촉하게 마련된 팩 커버를 구비하는 팩 케이스; 및
    상기 팩 커버의 상부에 설치되는 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 상기 팩 커버와 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트싱크는 미리 정해진 외부 구조물에 선 장착 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 팩 커버는,
    상기 배터리 모듈들의 전극 터미널을 서로 전기적으로 연결하는 터미널 연결부가 상단 내면에 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈들은,
    상기 팩 커버에 의해 상부가 커버될 때 어느 하나의 상기 배터리 모듈의 전극 터미널과 이웃한 다른 하나의 상기 배터리 모듈의 전극 터미널이 각각 상기 터미널 연결부에 상하 방향으로 접촉하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    각각의 상기 배터리 모듈은,
    배터리 셀들과 상기 배터리 셀들을 수용하는 모듈 케이스를 포함하고,
    상기 전극 터미널은 사각 플레이트 형상으로 상기 모듈 케이스의 일 측면에서 돌출되게 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는 상기 전극 터미널의 하부를 지지하도록 일 측면에서 돌출되게 형성되고 수직 방향으로 관통홀을 구비하는 터미널 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팩 커버는, 상단 내면에 마운팅 너트를 더 구비하고
    상기 각각의 배터리 모듈은, 상기 터미널 지지부의 관통홀에 끼워지고 상기 마운팅 너트에 수직으로 체결되는 마운팅 볼트에 의해 상기 팩 커버에 고정되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마운팅 볼트 및 상기 마운팅 너트 중 적어도 어느 하나는 절연 소재로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 터미널 연결부는,
    상기 전극 터미널과 면 접촉하되 상기 마운팅 볼트가 통과할 수 있는 체결홀을 구비한 인터-버스바; 및
    상기 인터-버스바를 지지하며 상기 팩 커버의 내면에 고정 결합되는 브라켓부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 브라켓 부재는 상기 마운팅 너트와 형상 맞춤되며 상기 팩 커버의 내면에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈들은 2열로 배치되되 전극 터미널들이 상기 팩 케이스의 중심부를 기준으로 서로 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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