KR20210078139A - 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

Info

Publication number
KR20210078139A
KR20210078139A KR1020190169899A KR20190169899A KR20210078139A KR 20210078139 A KR20210078139 A KR 20210078139A KR 1020190169899 A KR1020190169899 A KR 1020190169899A KR 20190169899 A KR20190169899 A KR 20190169899A KR 20210078139 A KR20210078139 A KR 20210078139A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sub
bms
module
pack
battery
Prior art date
Application number
KR1020190169899A
Other languages
English (en)
Inventor
이정훈
윤두한
양재훈
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020190169899A priority Critical patent/KR20210078139A/ko
Priority to EP20901113.9A priority patent/EP4037059A4/en
Priority to US17/633,858 priority patent/US20220399578A1/en
Priority to PCT/KR2020/008813 priority patent/WO2021125476A1/ko
Priority to JP2022502151A priority patent/JP7325601B2/ja
Priority to CN202022866719.7U priority patent/CN213752926U/zh
Priority to CN202011396538.0A priority patent/CN113013540B/zh
Publication of KR20210078139A publication Critical patent/KR20210078139A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩은, 복수의 단위 모듈을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리; 및 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되는 BMS 어셈블리;를 포함하는 서브 팩에 있어서, 상기 배터리 모듈 어셈블리는, 길이 방향을 따라 연결되는 복수의 단위 모듈을 포함하는 제1 서브 모듈; 및 복수의 단위 모듈을 포함하며, 상기 단위 모듈의 폭 방향을 따라 제1 서브 모듈과 연결되는 제2 서브 모듈; 을 포함하고, 상기 BMS 어셈블리는, 상기 제1 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제1 BMS; 상기 제2 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제2 BMS; 및 상기 제1 BMS와 제2 BMS의 둘레를 감싸며 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 체결되는 BMS 프레임; 을 포함한다.

Description

복수의 단위 모듈과 BMS 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩{Subpack comprising a plurality of unit modules and BMS assembly, and a battery pack comprising the same}
본 발명은, 복수의 단위 모듈과 BMS 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 복수의 단위 모듈이 커넥팅 와이어를 통해 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 전기적으로 연결된 구조를 갖는 서브 팩 및 이러한 서브 팩 한 쌍이 직렬 버스바를 통해 직렬로 연결된 구조를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
따라서, 복수의 단위 모듈 간의 전기적/기계적 체결, 그리고 단위 모듈과 BMS(Battery management system) 간의 전기적/기계적 체결이 최대한 간소하게 이루어질 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩의 개발을 통해 부품 비용 절감 및 관리적 측면에서의 손실을 최소화할 필요가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 복수의 단위 모듈 간의 전기적/기계적 체결, 그리고 단위 모듈과 BMS 간의 전기적/기계적 체결이 최대한 간소하게 이루어질 수 있는 구조를 갖는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공함으로써, 부품 비용 절감 및 관리적 측면에서의 손실을 최소화 하는 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 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩은, 복수의 단위 모듈을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리; 및 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되는 BMS 어셈블리;를 포함하는 서브 팩에 있어서, 상기 배터리 모듈 어셈블리는, 길이 방향을 따라 연결되는 복수의 단위 모듈을 포함하는 제1 서브 모듈; 및 복수의 단위 모듈을 포함하며, 상기 단위 모듈의 폭 방향을 따라 제1 서브 모듈과 연결되는 제2 서브 모듈; 을 포함하고, 상기 BMS 어셈블리는, 상기 제1 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제1 BMS; 상기 제2 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제2 BMS; 및 상기 제1 BMS와 제2 BMS의 둘레를 감싸며 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 체결되는 BMS 프레임; 을 포함한다.
상기 단위 모듈은, 복수의 셀 그룹을 형성하는 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 지지하는 로워 하우징; 상기 로워 하우징의 상부에 결합되며 상기 복수의 배터리 셀의 수용 공간을 제공하는 어퍼 하우징; 및 상기 어퍼 하우징의 상면에 안착되며 상호 이격되어 나란히 배치되는 복수의 병렬 버스바; 를 포함할 수 있다.
상기 셀 그룹은, 상기 단위 모듈의 길이 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
동일한 셀 그룹 내에 포함되는 배터리 셀들은, 상기 병렬 버스바를 통해 병렬 연결될 수 있다.
상기 제1 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈은 동일 연장선 상에 위치하는 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 병렬 연결되고, 상기 제2 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈은 동일 연장선 사에 위치하는 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 병렬 연결될 수 있다.
상기 제1 서브 모듈과 제2 서브 모듈 상호 간은 서로 인접한 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 서로 직렬로 연결될 수 있다.
상기 동일한 셀 그룹 내에 포함되는 복수의 배터리 셀들 간의 병렬 연결, 동일한 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈 간의 병렬 연결 및 서로 인접한 복수의 서브 모듈 간의 직렬 연결은 모두 와이어 본딩에 의해 이루어질 수 있다.
상기 로워 하우징은, 볼팅 홀을 구비하며 상기 로워 하우징의 길이 방향 일 측에 구비되는 적어도 하나의 체결 돌출부; 고정 돌기를 구비하며 상기 로워 하우징의 길이 방향 일 측에 구비되는 적어도 하나의 고정 돌출부; 상기 로워 하우징의 길이 방향 타 측에 구비되되 상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 제1 체결 수용부; 및 상기 로워 하우징의 길이 방향 타 측에 구비되되 상기 고정 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 제1 고정 수용부; 를 포함할 수 있다.
상기 어퍼 하우징은, 상기 제1 체결 수용부와 대응되는 위치에 형성되는 볼팅 홀; 및 상기 제1 고정 수용부와 대응되는 위치에 형성되며 상기 고정 돌기와 대응되는 형상을 갖는 돌기 수용 홈; 을 포함할 수 있다.
상기 BMS 프레임은, 상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 구비되며 볼팅 홀을 구비하는 복수의 프론트 체결부; 상기 프론트 체결부 및 상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 구비되는 복수의 제2 체결 수용부; 및 상기 고정 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 복수의 제2 고정 수용부; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 BMS 및 제2 BMS 각각은 복수의 센싱 단자를 포함하고, 상기 제1 BMS의 센싱 단자는 상기 제1 서브 모듈의 병렬 버스바와 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 제2 BMS의 센싱 단자는 상기 제2 서브 모듈의 병렬 버스바와 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩이 상기 서브 팩의 길이 방향과 나란한 중심축을 기준으로 서로 거울 대칭 형태로 결합된다.
상기 배터리 팩은, 한 쌍의 상기 서브 팩 사이를 직렬로 연결하며, 상기 BMS 프레임 상에 안착되는 직렬 버스바; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩을 구성하는 복수의 단위 모듈 간의 전기적/기계적 체결, 그리고 단위 모듈과 BMS 간의 전기적/기계적 체결이 최대한 간소하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 부품 비용 절감 및 관리적 측면에서의 손실을 최소화할 수 있게 된다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 전면이 잘 나타나도록 도시된 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 서브 팩의 하면이 잘 나타나도록 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩에 적용되는 배터리 모듈 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 단위 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 단위 모듈의 하면이 잘 나타나도록 도시된 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 서브 모듈을 구성하기 위한 한 쌍의 단위 모듈 간의 결합 관계를 나타내는 부분 확대도이다.
도 9는 도 6에 도시된 단위 모듈의 상면의 구조가 잘 나타나도록 도시된 부분 사시도이다.
도 10은 도 5에 도시된 배터리 모듈 어셈블리를 구성하는 단위 모듈들 간의 전기적 연결 관계를 나타내기 위한 도면이다.
도 11은 도 5에 도시된 배터리 모듈 어셈블리에 적용되는 리어 블록이 나타나도록 도시된 도면이다.
도 12 및 도 13은 도 3에 도시된 서브 팩을 구성하는 BMS 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 14는 도 12 및 도 13에 도시된 BMS 조립체와 도 5에 도시된 배터리 모듈 어셈블리 간의 전기적인 결합 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 서브 팩 간의 전기적 연결 관계를 나타내기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩을 구성하는 BMS 조립체와 배터리 모듈 어셈블리 간의 결합 구조를 나타내기 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.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 대한 개략적인 구조를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 한 쌍의 서브 팩(1), 히트 싱크(heat sink)(2), 직렬 버스바(3) 및 복수의 체결 볼트(4)를 포함한다.
상기 한 쌍의 서브 팩(1)은 그 사이에 히트 싱크(2)를 개재한 상태로 배터리 팩의 폭 방향(Y축 방향)과 나란한 중심축을 기준으로 상호 거울 대칭된 형태를 가지며 결합된다. 즉, 상기 한 쌍의 서브 팩(1)은 각각의 바닥면이 서로 대면한 상태로 결합된다. 이하, 설명의 편의를 위해 필요한 경우, 상부에 위치하는 서브 팩(1)을 제1 서브 팩, 하부에 위치하는 서브 팩(1)을 제2 서브 팩이라 지칭하기로 한다. 상기 서브 팩(1)의 구체적인 구조에 대해서는 도 3 이하를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
상기 히트 싱크(2)는 배터리 팩의 냉각을 위해 적용되는 구성요소로서, 한 쌍의 서브 팩(1) 사이에 개재되며, 이에 따라 그 양 면이 한 쌍의 서브 팩(1) 각각의 바닥면과 접촉한다.
상기 직렬 버스바(3)는, 서로 거울 대칭 형태로 결합된 한 쌍의 서브 팩(1)을 직렬로 연결시켜준다. 즉, 상기 제1 서브 팩(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측 최외각에 위치하는 병렬 버스바(114)와 제2 서브 팩(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측 최 외각에 위치하는 병렬 버스바(114)는 서로 다른 극성을 가지며, 직렬 버스바(3)는 이러한 한 쌍의 병렬 버스바(114) 사이를 연결함으로써 한 쌍의 서브 팩(1)이 서로 직렬로 연결되도록 하는 것이다.
상기 체결 볼트(4)는, 한 쌍의 서브 팩(1) 간의 체결에 이용될 수 있다. 또한, 상기 체결 볼트(4)는, 이와는 달리, 단위 모듈(110)들 사이의 체결 및 배터리 모듈 어셈블리(10)와 BMS 어셈블리(20) 간의 체결에 이용되고, 이에 따라 완성된 서브 팩(1) 한 쌍의 결합은 제1 서브 팩(1)과 히트 싱크(2) 사이 및 제2 서브 팩(1)과 히트 싱크(2) 사이에 개재되는 접착층에 의해 이루어질 수도 있다. 또한, 결합력의 극대화를 위해 볼팅에 의한 체결 및 접착층이 개재에 의한 결합을 모두 적용하는 것도 가능하다.
다음은, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩(1)의 개략적인 구조를 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 팩(1)은, 배터리 모듈 어셈블리(10) 및 BMS 어셈블리(20)를 포함한다.
상기 배터리 모듈 어셈블리(10)는, 복수의 서브 모듈(100), 리어 블록(200) 및 사이드 빔(300)을 포함한다.
상기 복수의 서브 모듈(100)은 서로 직렬로 연결되며, 각각의 서브 모듈(100)은 서로 병렬로 연결되는 복수의 단위 모듈(110)을 포함한다. 본 발명의 도면에서는 하나의 서브 모듈(100)이 2개의 단위 모듈(110)이 결합된 형태를 갖고, 또한 하나의 배터리 모듈 어셈블리(10)가 2개의 서브 모듈(100)이 결합된 형태를 갖는 경우에 대해서만 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 하나의 서브 모듈(100)이 3개 이상의 단위 모듈(110)이 결합된 형태를 가질 수 있고, 또한 하나의 배터리 모듈 어셈블리(10)가 3개 이상의 서브 모듈(100)이 결합된 형태를 갖는 것도 가능하다. 한편, 설명의 편의상 도 5에 나타난 한 쌍의 서브 모듈(100) 각각을 제1 서브 모듈(100) 및 제2 서브 모듈(100)로 구분하여 칭하기로 한다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 상기 단위 모듈(110)의 구체적인 구조에 대해서 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 단위 모듈(110)은, 복수의 배터리 셀(111), 로워 하우징(112), 어퍼 하우징(113) 및 복수의 병렬 버스바(114)를 포함한다.
상기 배터리 셀(111)로는, 예를 들어 원통형 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(111)은 단위 모듈(110)의 길이 방향(도 6의 X축과 나란한 방향)을 따라 복수개가 구비될 수 있고, 또한 단위 모듈(110)의 폭 방향(도 6의 Y축과 나란한 방향)을 따라 복수개가 구비될 수 있다. 상기 복수의 배터리 셀(111)은 로워 하우징(112) 상에 기립 배치된다. 상기 복수의 배터리 셀(111) 각각은, 어퍼 하우징(113)의 상면을 통해 외부로 노출되는 양극 단자(111a) 및 음극 단자(111b)를 구비한다. 상기 배터리 셀(111)이 원통형 배터리 셀인 경우, 전극 조립체를 수용하는 캔(can)이 음극 단자(111b)로서 기능할 수 있다.
상기 단위 모듈(110)의 길이 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 셀(111)들은 서로 병렬로 연결되어 하나의 셀 그룹(C)을 형성한다. 또한, 상기 단위 모듈(110)의 폭 방향을 따라 배치되는 복수의 셀 그룹(C)들은, 서로 직렬로 연결된다. 이하, 설명의 편의상 필요한 경우 복수의 셀 그룹(C)들 중 서로 인접한 두 개의 셀 그룹(C)을 제1 셀 그룹 및 제2 셀 그룹으로 구분하여 지칭하기로 한다.
도 9를 참조하면, 이러한 병렬/직렬 연결은, 복수의 병렬 버스바(114) 및 커넥팅 와이어(W)를 이용하여 구현된다. 각각의 셀 그룹(C)의 양 측에는 병렬 버스바(114)가 배치된다. 상기 제1 셀 그룹(C)을 이루는 배터리 셀(111)들의 양극 단자(111a)들은 제1 셀 그룹(C)의 일 측에 위치하는 병렬 버스바(114)와 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 연결된다. 상기 제1 셀 그룹(C)을 이루는 배터리 셀(111)들의 음극 단자(111b)들은 제1 셀 그룹(C)의 타 측에 위치하는 병렬 버스바(114)와 와이어 본딩에 의해 연결된다. 이로써 제1 셀 그룹(C)을 이루는 복수의 배터리 셀(111)들은 서로 병렬로 연결되는 것이다.
또한, 상기 제1 셀 그룹(C)과 인접한 제2 셀 그룹(C)을 이루는 복수의 배터리 셀(111)들의 양극 단자(111a)들은 제2 셀 그룹의 일 측에 위치하는 병렬 버스바(114), 즉 제1 셀 그룹(C)의 타 측에 위치하는 병렬 버스바(114)와 와이어 본딩에 의해 연결된다. 상기 제2 셀 그룹(C)을 이루는 복수의 배터리 셀(111)들의 음극 단자(111b)들은 제2 셀 그룹(C)의 타 측에 위치하는 병렬 버스바(114)와 와이어 본딩에 의해 연결된다. 이로써 제2 셀 그룹(C)을 이루는 복수의 배터리 셀(111)들은 서로 병렬 연결을 이루고, 또한 제1 셀 그룹(C)과 제2 셀 그룹(C)은 서로 직렬 연결을 이루는 것이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 상기 로워 하우징(112)은, 복수의 배터리 셀(111)들을 지지하며, 체결 돌출부(112a), 고정 돌출부(112b), 제1 체결 수용부(112c) 및 제1 고정 수용부(112d)를 구비할 수 있다. 상기 고정 돌출부(112b) 및 제1 고정 수용부(112d)는 필수적으로 요구되는 구성요소는 아니지만, 단위 모듈(110) 간의 체결의 편리성을 위해 구비될 수 있는 구성요소이다.
상기 체결 돌출부(112a)는 로워 하우징(112)의 길이 방향(도 6의 X축과 나란한 방향) 일 측에 적어도 하나 구비되며, 로워 하우징(112)의 외측으로 돌출 형성된다. 상기 체결 돌출부(112a)는 단위 모듈(110)의 높이 방향(도 6의 Z축과 나란한 방향)을 따라 체결 볼트(4)(도 1 참조)가 삽입될 수 있는 볼팅 홀(H1)을 구비한다. 상기 고정 돌출부(112b)는 로워 하우징(112)의 길이 방향 일 측에 적어도 하나 구비되며, 로워 하우징(112)의 외측으로 돌출 형성된다. 상기 고정 돌출부(112b)는 상방(도 6의 Z축과 나란한 방향)으로 돌출 형성된 고정 돌기(f)를 구비한다.
상기 제1 체결 수용부(112c)는 로워 하우징(112)의 길이 방향 타 측에 구비되며, 체결 돌출부(112a)와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비된다. 따라서, 서브 모듈(100)의 형성을 위해 복수의 단위 모듈(110)을 길이 방향을 따라 체결하는 경우에 있어서, 하나의 단위 모듈(110)의 체결 돌출부(112a)는 인접한 다른 단위 모듈(110)의 제1 체결 수용부(112c) 내에 삽입된다. 또한, 상기 어퍼 하우징(113)은, 제1 체결 수용부(112c)와 대응되는 위치에 형성되는 볼팅 홀(H2)을 구비한다. 이에 따라, 한 쌍의 단위 모듈(110)이 결합되었을 때 로워 하우징(112)에 구비되는 볼팅 홀(H1)과 어퍼 하우징(113)에 구비되는 볼팅 홀(H2)은 하나의 체결 볼트(4)(도 1 참조)가 통과할 수 있도록 서로 동일한 위치에 놓여진다.
상기 제1 고정 수용부(112d)는 로워 하우징(112)의 길이 방향 타 측에 구비되며, 고정 돌출부(112b)와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비된다. 따라서, 서브 모듈(100)의 형성을 위해 복수의 단위 모듈(110)을 길이 방향을 따라 체결하는 경우에 있어서, 하나의 단위 모듈(110)의 고정 돌출부(112b)는 인접한 다른 단위 모듈(110)의 제1 고정 수용부(112d) 내에 삽입된다. 또한, 상기 어퍼 하우징(113)은, 제1 고정 수용부(112d)와 대응되는 위치에 형성되는 돌기 수용 홈(G)을 구비한다. 이에 따라, 한 쌍의 단위 모듈(110)이 결합되었을 때 로워 하우징(112)에 구비되는 고정 돌기(f)는 어퍼 하우징(113)에 구비되는 돌기 수용 홈(G) 내에 삽입되며, 이로써 한 쌍의 단위 모듈(110)이 수평 방향(도 6의 X-Y 평면에 나란한 방향)을 따라 움직이지 않도록 고정될 수 있다.
상기 어퍼 하우징(113)은, 복수의 배터리 셀(111)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 적어도 하나의 볼팅 홀(H2) 및 상면에 형성되는 복수의 셀 노출부(113a)를 구비한다.
상기 볼팅 홀(H2)은, 앞서 언급한 바와 같이, 로워 하우징(112)의 제1 체결 수용부(112c)와 대응되는 위치에 형성되어 체결 볼트(4)(도 1 참조)가 삽입될 수 있는 공간을 제공한다.
상기 셀 노출부(113a)는 어퍼 하우징(113)의 길이 방향(도 6의 X축과 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 가지며, 셀 그룹(C)과 대응되는 위치에 셀 그룹(C)의 개수와 동일한 개수로 구비된다. 상기 셀 노출부(113a)는 배터리 셀(111)의 양극 단자(111a) 및 음극 단자(111b)가 어퍼 하우징(113)의 상면을 통해 외부로 노출될 수 있도록 복수의 슬릿(S)을 구비한다.
하나의 단위 모듈(110) 내에 구비되는 복수의 상기 배터리 셀(111)들은, 슬릿(S)을 통해 노출된 양극 단자(111a) 및 음극 단자(111b)가 병렬 버스바(114)와 와이어 본딩에 의해 연결됨으로써 직렬/병렬이 혼합된 형태로 전기적인 연결을 이룬다.
상기 병렬 버스바(114)는 셀 노출부(113a)와 나란한 방향으로 연장된 형태를 가지며, 어퍼 하우징(113)의 상면에 안착된다. 상기 병렬 버스바(114)는 복수의 셀 노출부(113a) 각각의 양 측에 배치된다. 복수의 병렬 버스바(114)들 중 단위 모듈(110)의 폭 방향(도 6의 Y축과 나란한 방향) 일 측 단부에 배치되는 병렬 버스바(114)와 타 측 단부에 배치되는 병렬 버스바(114)는 서로 다른 극성을 갖는다. 이는, 상기 단위 모듈(110)의 폭 방향을 따라 복수의 서브 모듈(100)을 연결함에 있어서 서로 직렬 연결이 가능하도록 하기 위함이다. 도 10을 참조하면, 서로 인접한 서브 모듈(100) 각각의 최 외측에 구비된 한 쌍의 병렬 버스바(114)가 서로 맞닿거나 또는 와이어 본딩에 의해 연결됨으로써 인접한 서브 모듈(100) 간의 직렬 연결이 이루어질 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 리어 블록(200)은 복수의 서브 모듈(100)의 기계적인 체결을 위해 적용되는 부품으로서, 복수의 리어 체결부(210) 및 복수의 리어 고정부(220)를 구비한다.
상기 리어 체결부(210)는 로워 하우징(112)의 제1 체결 수용부(112c)와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비된다. 상기 리어 체결부(210)는 어퍼 하우징(113)의 볼팅 홀(H2)과 대응되는 위치에 대응되는 사이즈로 형성되는 볼팅 홀(H3)을 구비한다.
상기 리어 고정부(220)는 로워 하우징(112)의 제1 고정 수용부(112d)와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비된다. 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 리어 고정부(220)는 어퍼 하우징(113)의 돌기 수용 홈(G)(도 7 참조)과 대응되는 위치에 대응되는 사이즈로 형성되는 고정 돌기를 구비할 수 있다.
다음은, 도 12 내지 도 16을 참조하여, 상기 BMS 어셈블리(20)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 16을 참조하면, 상기 BMS 어셈블리(20)는 복수의 BMS(battery management system)(21) 및 복수의 BMS(21)를 한꺼번에 감싸며 고정시키는 BMS 프레임(22)을 포함한다. 상기 BMS 어셈블리(20)는, 배터리 모듈 어셈블리(10)(도 5 참조)의 길이 방향(도 5의 X축과 나란한 방향) 일 측에 결합된다. 즉, 상기 BMS 어셈블리(20)는, 서브 팩(1)의 개수와 동일한 개수로 구비된다.
상기 BMS(21)는 복수개가 구비되며, 각각의 BMS(21)는 상부에 구비된 복수의 센싱 단자(T)를 통해 각각의 서브 모듈(100)과 1대1로 연결된다. 즉, 상기 BMS(21)는 서브 모듈(100)의 개수와 동일하게 구비된다. 도 14에 나타난 바와 같이, BMS(21)의 센싱 단자(T)들은 커넥팅 와이어(W)를 이용한 와이어 본딩에 의해 병렬 버스바(114)들과 1대1로 연결된다. 이로써, 하나의 BMS(21)는 복수의 셀 그룹(C)(도 7 참조)의 전압 및/또는 전류를 센싱하고 이에 따라 서브 모듈(100)의 충방전을 제어할 수 있다. 본 발명의 도면에서는 하나의 BMS 어셈블리(20)마다 BMS(21)가 두 개씩 구비되는 경우를 예시적으로 도시하고 있는데, 이 경우 각각의 BMS(21)를 설명의 편의를 위해 제1 BMS(21) 및 제2 BMS(21)로 칭하기로 한다.
상기 제1 BMS(21)는 제1 서브 모듈(100)(도 5 참조)의 충방전을 제어하고, 제2 BMS(21)는 제1 서브 모듈(100)에 인접한 제2 서브 모듈(100)(도 5 참조)의 충방전을 제어한다.
상기 BMS 프레임(22)은, 복수의 BMS(21)를 한꺼번에 감싸서 고정시키며, 배터리 모듈 어셈블리(10)(도 5 참조)의 길이 방향 일 측에 결합된다. 상기 BMS 프레임(22)은, 배터리 모듈 어셈블리(10)(도 5 참조)의 폭 방향(도 5의 Y축과 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 가지며, 배터리 모듈 어셈블리(10)의 폭과 대응되는 길이를 갖는다.
상기 BMS 프레임(22)은 복수의 프론트 체결부(22a), 복수의 제2 체결 수용부(22b), 복수의 제2 고정 수용부(22c) 및 버스바 안착부(22d)를 구비할 수 있다.
상기 프론트 체결부(22a)는 체결 돌출부(112a)와 대응되는 위치에 구비되며, 볼팅 홀(H4)을 구비한다. 상기 프론트 체결부(22a)에 형성된 볼팅 홀(H4)은 로워 하우징(112)에 형성된 볼팅 홀(H1)과 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비된다. 이에 따라 하나의 체결 볼트(4)(도 1 및 도 2 참조)가 프론트 체결부(22a)에 형성된 볼팅 홀(H4)과 로워 하우징(112)에 형성된 볼팅 홀(H1)을 동시에 통과할 수 있으며, 이로써 배터리 모듈 어셈블리(10)와 BMS 어셈블리(20)가 체결될 수 있다.
상기 제2 체결 수용부(22b)는 프론트 체결부(22a) 및 체결 돌출부(112a)와 대응되는 위치에 홈 형태로 구비된다. 상기 제2 체결 수용부(22b)는 체결 돌출부(112a)와 대응되는 형상을 가지며, 이에 따라 체결 돌출부(112a)가 제2 체결 수용부(22b) 내에 삽입되어 BMS 어셈블리(20)와 배터리 모듈 어셈블리(10)가 서로 밀착될 수 있다.
상기 제2 고정 수용부(22c)는 고정 돌출부(112b)와 대응되는 위치에 홈 형태로 구비된다. 상기 제2 고정 수용부(22c)는 고정 돌출부(112b)와 대응되는 형상을 가지며, 이에 따라 고정 돌출부(112b)가 제2 고정 수용부(22c) 내에 삽입되어 BMS 어셈블리(20)와 배터리 모듈 어셈블리(10)가 서로 밀착될 수 있다.
상기 버스바 안착부(22d)는, BMS 프레임(22)의 길이 방향 일 측에 홈 형태로 구비된다. 상기 버스바 안착부(22d)는, 서로 거울 대칭 형태로 결합된 한 쌍의 서브 팩(1) 한 쌍의 서브 팩(1) 사이를 직렬로 연결시키는 직렬 버스바(3)가 안착될 수 있는 공간을 제공한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 BMS 어셈블리(20)는 배터리 팩의 폭 방향(도 15의 Y축과 나란한 방향)과 나란한 중심축을 기준으로 상호 거울 대칭된 형태를 가지며 결합된다. 이처럼 결합된 한 쌍의 BMS 어셈블리(20) 각각에 구비된 버스바 안착부(22d)가 서로 연결되어 직렬 버스바(3)가 안착될 수 있는 공간을 제공한다.
이처럼 버스바 안착부(22d)에 안착된 직렬 버스바(3)는, 한 쌍의 서브 팩(1) 각각의 최 외각에 구비된 병렬 버스바(114) 사이를 연결하며, 이에 따라 한 쌍의 서브 팩(1) 상호 간은 직렬로 연결된다. 상기 직렬 버스바(3)와 병렬 버스바(114) 사이의 전기적 연결은 커넥팅 와이어(W)를 이용한 와이어 본딩에 의해 이루어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 단위 모듈(110)들이 볼팅 결합에 의해 간단히 체결될 수 있는 구조를 가질 뿐만 아니라, 복수의 단위 모듈(110)들이 결합되어 형성된 배터리 모듈 어셈블리(10)와 BMS 어셈블리(20) 간의 결합 역시 볼팅 결합에 의해 간단히 체결될 수 있는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 서브 팩(1)이 서로 거울 대칭 형태로 대면한 상태에서 체결 볼트(4)를 볼팅 홀(H1~H4) 내에 삽입하여 한 쌍의 서브 팩(1) 간의 체결이 이루어질 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 이러한 한 쌍의 서브 팩(1) 간의 체결을 통해 각각의 서브 팩(1)을 이루는 단위 모듈(110)들 간의 체결 및 배터리 모듈 어셈블리(10)와 BMS 어셈블리(20) 간의 체결 역시 동시에 이루어질 수 있는 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 따르면, 병렬 버스바(114) 및 직렬 버스바(3)를 이용하고 구성요소 간의 전기적 연결에 와이어 본딩을 적용함으로써, 복수의 단위 모듈(110)들이 직렬과 병렬이 혼합된 형태를 간단히 만들어낼 수 있으며, 이에 따라 필요에 따라 용량 및 출력 전압의 확대가 매우 용이하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
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.
1: 서브 팩
10: 배터리 모듈 어셈블리
100: 서브 모듈
110: 단위 모듈
111: 배터리 셀
111a: 양극 단자
111b: 음극 단자
112: 로워 하우징
112a: 체결 돌출부
112b: 고정 돌출부
f: 고정 돌기
112c: 제1 체결 수용부
112d: 제1 고정 수용부
113: 어퍼 하우징
113a: 셀 노출부
S: 슬릿
G: 돌기 수용 홈
114: 병렬 버스바
W: 커넥팅 와이어
200: 리어 블록
210: 리어 체결부
220: 리어 고정부
300: 사이드 빔
20: BMS 어셈블리
21: BMS
T: 센싱 단자
22: BMS 프레임
22a: 프론트 체결부
H1~H4: 볼팅 홀
22b: 제2 체결 수용부
22c: 제2 고정 수용부
22d: 버스바 안착부
2: 히트 싱크
3: 직렬 버스바
4: 체결 볼트

Claims (14)

  1. 복수의 단위 모듈을 포함하는 배터리 모듈 어셈블리; 및 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 결합되는 BMS 어셈블리;를 포함하는 서브 팩에 있어서,
    상기 배터리 모듈 어셈블리는,
    길이 방향을 따라 연결되는 복수의 단위 모듈을 포함하는 제1 서브 모듈; 및
    복수의 단위 모듈을 포함하며, 상기 단위 모듈의 폭 방향을 따라 제1 서브 모듈과 연결되는 제2 서브 모듈; 을 포함하고,
    상기 BMS 어셈블리는,
    상기 제1 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제1 BMS;
    상기 제2 서브 모듈의 충/방전을 제어하는 제2 BMS; 및
    상기 제1 BMS와 제2 BMS의 둘레를 감싸며 상기 배터리 모듈 어셈블리의 길이 방향 일 측에 체결되는 BMS 프레임; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 모듈은,
    복수의 셀 그룹을 형성하는 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 지지하는 로워 하우징;
    상기 로워 하우징의 상부에 결합되며 상기 복수의 배터리 셀의 수용 공간을 제공하는 어퍼 하우징; 및
    상기 어퍼 하우징의 상면에 안착되며 상호 이격되어 나란히 배치되는 복수의 병렬 버스바;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 그룹은,
    상기 단위 모듈의 길이 방향을 따라 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    동일한 셀 그룹 내에 포함되는 배터리 셀들은, 상기 병렬 버스바를 통해 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈은 동일 연장선 상에 위치하는 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 병렬 연결되고, 상기 제2 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈은 동일 연장선 사에 위치하는 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 서브 모듈과 제2 서브 모듈 상호 간은 서로 인접한 병렬 버스바 간의 전기적인 연결에 의해 서로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 동일한 셀 그룹 내에 포함되는 복수의 배터리 셀들 간의 병렬 연결, 동일한 서브 모듈에 포함되는 복수의 단위 모듈 간의 병렬 연결 및 서로 인접한 복수의 서브 모듈 간의 직렬 연결은 모두 와이어 본딩에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 로워 하우징은,
    볼팅 홀을 구비하며 상기 로워 하우징의 길이 방향 일 측에 구비되는 적어도 하나의 체결 돌출부;
    고정 돌기를 구비하며 상기 로워 하우징의 길이 방향 일 측에 구비되는 적어도 하나의 고정 돌출부;
    상기 로워 하우징의 길이 방향 타 측에 구비되되 상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 제1 체결 수용부; 및
    상기 로워 하우징의 길이 방향 타 측에 구비되되 상기 고정 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 제1 고정 수용부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 어퍼 하우징은,
    상기 제1 체결 수용부와 대응되는 위치에 형성되는 볼팅 홀; 및
    상기 제1 고정 수용부와 대응되는 위치에 형성되며 상기 고정 돌기와 대응되는 형상을 갖는 돌기 수용 홈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 BMS 프레임은,
    상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 구비되며 볼팅 홀을 구비하는 복수의 프론트 체결부;
    상기 프론트 체결부 및 상기 체결 돌출부와 대응되는 위치에 구비되는 복수의 제2 체결 수용부; 및
    상기 고정 돌출부와 대응되는 위치에 대응되는 형상으로 구비되는 복수의 제2 고정 수용부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 BMS 및 제2 BMS 각각은 복수의 센싱 단자를 포함하고,
    상기 제1 BMS의 센싱 단자는 상기 제1 서브 모듈의 병렬 버스바와 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 BMS의 센싱 단자는 상기 제2 서브 모듈의 병렬 버스바와 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 팩.
  12. 제1항에 따른 서브 팩 한 쌍이 상기 서브 팩의 길이 방향과 나란한 중심축을 기준으로 서로 거울 대칭 형태로 결합된 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    한 쌍의 상기 서브 팩 사이를 직렬로 연결하며, 상기 BMS 프레임 상에 안착되는 직렬 버스바; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제12항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
KR1020190169899A 2019-12-18 2019-12-18 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩 KR20210078139A (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190169899A KR20210078139A (ko) 2019-12-18 2019-12-18 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩
EP20901113.9A EP4037059A4 (en) 2019-12-18 2020-07-06 SUB PACKAGE WITH MULTIPLE UNIT MODULES AND BMS ARRANGEMENT AND BATTERY PACK THEREOF
US17/633,858 US20220399578A1 (en) 2019-12-18 2020-07-06 Sub pack comprising multiple unit modules and bms assembly, and battery pack comprising same
PCT/KR2020/008813 WO2021125476A1 (ko) 2019-12-18 2020-07-06 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩
JP2022502151A JP7325601B2 (ja) 2019-12-18 2020-07-06 複数の単位モジュールとｂｍｓアセンブリを含むサブパック、及びそれを含むバッテリーパック
CN202022866719.7U CN213752926U (zh) 2019-12-18 2020-12-03 子电池组以及包括该子电池组的电池组和车辆
CN202011396538.0A CN113013540B (zh) 2019-12-18 2020-12-03 子电池组以及包括该子电池组的电池组和车辆

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190169899A KR20210078139A (ko) 2019-12-18 2019-12-18 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210078139A true KR20210078139A (ko) 2021-06-28

Family

ID=76383175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190169899A KR20210078139A (ko) 2019-12-18 2019-12-18 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220399578A1 (ko)
EP (1) EP4037059A4 (ko)
JP (1) JP7325601B2 (ko)
KR (1) KR20210078139A (ko)
CN (2) CN213752926U (ko)
WO (1) WO2021125476A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210078139A (ko) * 2019-12-18 2021-06-28 주식회사 엘지에너지솔루션 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2022270949A1 (ko) * 2021-06-24 2022-12-29 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR20230015051A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 에스케이온 주식회사 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100895203B1 (ko) * 2006-05-15 2009-05-06 주식회사 엘지화학 중대형 전지모듈
KR100892046B1 (ko) * 2006-09-18 2009-04-07 주식회사 엘지화학 전지모듈 및 그것을 포함하고 있는 중대형 전지팩
JP2009231143A (ja) * 2008-03-24 2009-10-08 Toshiba Corp 電池装置
WO2012153239A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-15 Optimal Energy (Pty) Ltd Battery module and control circuit therefor
KR20140031298A (ko) * 2011-06-17 2014-03-12 신코베덴키 가부시키가이샤 전기 화학 셀 모듈 및 전기 화학 셀 모듈·유닛 및 홀더
CN202308118U (zh) * 2011-11-08 2012-07-04 苏州新中能源科技有限公司 新型锂离子动力电池模块结构
KR102040063B1 (ko) * 2012-06-05 2019-11-06 에스케이이노베이션 주식회사 에너지 저장 장치 및 방법
KR101805757B1 (ko) * 2013-08-23 2017-12-07 주식회사 엘지화학 전면에 bms의 통신단자가 돌출되어 있는 전지모듈 어셈블리
KR101586668B1 (ko) * 2013-12-27 2016-01-19 주식회사 엘지화학 서브 모듈들이 내부에 장착되어 있는 전지모듈 어셈블리
KR101666376B1 (ko) * 2013-12-27 2016-10-14 주식회사 엘지화학 하니스 커버
KR101776853B1 (ko) * 2015-06-30 2017-09-12 인지컨트롤스 주식회사 배터리 팩
KR102162968B1 (ko) * 2017-04-07 2020-10-07 주식회사 엘지화학 확장형 배터리 모듈 구조를 갖는 배터리 팩
CN111033806B (zh) * 2017-09-04 2023-03-21 松下知识产权经营株式会社 电池模块
US20190081370A1 (en) * 2017-09-12 2019-03-14 Sf Motors, Inc. Embedded current collector for electric vehicle battery monitoring
KR102249509B1 (ko) * 2017-09-20 2021-05-06 주식회사 엘지화학 가이드 결합 구조를 포함한 배터리 모듈 및 그것을 포함한 배터리 팩
US20190131672A1 (en) * 2017-11-01 2019-05-02 Lithos Energy, Inc. High power battery modules with pcb sensing assembly
US10243184B1 (en) * 2018-02-03 2019-03-26 Thor Trucks Inc. Modular battery configured for wire bonding
KR20210078139A (ko) * 2019-12-18 2021-06-28 주식회사 엘지에너지솔루션 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩

Also Published As

Publication number Publication date
CN113013540A (zh) 2021-06-22
WO2021125476A1 (ko) 2021-06-24
EP4037059A1 (en) 2022-08-03
EP4037059A4 (en) 2023-11-01
JP2022540489A (ja) 2022-09-15
CN113013540B (zh) 2024-04-12
CN213752926U (zh) 2021-07-20
JP7325601B2 (ja) 2023-08-14
US20220399578A1 (en) 2022-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210080256A (ko) 복수의 단위 모듈과 bms 어셈블리를 포함하는 서브 팩 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR101217564B1 (ko) 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈
KR102082903B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
EP2445047A2 (en) Instrument connection type unit pack combined cell cartridge
CN213752926U (zh) 子电池组以及包括该子电池组的电池组和车辆
KR102353367B1 (ko) 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102250204B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102352686B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP7453376B2 (ja) バッテリーパック及びそれを含む自動車
KR102317501B1 (ko) 배터리 팩
JP2020513675A (ja) バッテリーセル、バッテリーモジュール、これを含むバッテリーパック及び自動車
WO2018143465A1 (ja) 電池パック、ホルダ
KR102321794B1 (ko) 양방향 체결 구조를 갖는 커넥터를 포함하는 전지 모듈
KR102633457B1 (ko) 배터리 모듈 어셈블리
JP7346715B2 (ja) バッテリーモジュール、該バッテリーモジュールを含むバッテリーパック及び自動車
KR102107220B1 (ko) 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102167624B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR102111767B1 (ko) 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
CN117795758A (zh) 电池模块、包括该电池模块的电池组和车辆
KR20240001437A (ko) 배터리 팩
KR20200011780A (ko) 배터리 셀 연결장치
JP2010268550A (ja) 蓄電装置

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant