KR20230030527A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 트레이 및 팩 트레이 상에 구비되는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하며, 적어도 하나의 배터리 모듈은, 팩 트레이 상에 장착되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체, 배터리 셀 조립체를 지지할 수 있게 배터리 셀 조립체의 양측면에 구비되며, 팩 트레이에 고정되는 한 쌍의 사이드 플레이트 및 한 쌍의 사이드 플레이트와 연결되며, 배터리 셀 조립체의 상측 및 하측을 적어도 부분적으로 커버하는 밴드 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{BATTERY PACK AND VEHICLE COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 에너지 밀도를 보다 더 높이며, 전체 무게를 줄일 수 있게 마련되는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 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.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 배터리 셀들을 포함하는 적어도 하나의 배터리 셀 조립체 및 이러한 적어도 하나의 배터리 셀 조립체를 수용하는 박스 형태의 금속 소재의 하우징 구조를 포함한다. 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 배터리 셀 조립체를 수용한 하우징 구조가 자동차의 팩 트레이 상에 장착된다.
그러나, 이러한 종래 배터리 팩의 구조에서는, 이러한 별도의 하우징 구조 자체 무게나 부피 등에 의해 전체 배터리 팩의 에너지 밀도가 저하되며, 전체 배터리 팩의 무게가 증가되는 문제가 있다.
그러므로, 에너지 밀도를 보다 더 높일 수 있으며, 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 셀 스웰링을 보다 더 효율적으로 제어할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 팩 트레이; 및 상기 팩 트레이 상에 구비되는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈은, 상기 팩 트레이 상에 장착되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체; 상기 배터리 셀 조립체를 지지할 수 있게 상기 배터리 셀 조립체의 양측면에 구비되며, 상기 팩 트레이에 고정되는 한 쌍의 사이드 플레이트; 및 상기 한 쌍의 사이드 플레이트와 연결되며, 상기 배터리 셀 조립체의 상측 및 하측을 적어도 부분적으로 커버하는 밴드 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
바람직하게, 상기 밴드 유닛은, 상기 배터리 셀 조립체의 상측을 적어도 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 상측 밴드부재; 및 상기 상측 밴드부재와 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 적어도 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 하측 밴드부재를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 상측 밴드부재는, 상기 배터리 셀 조립체의 상측에 배치되는 상측 밴드 본체; 및 상기 상측 밴드 본체로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들에 고정되는 상측 밴드 고정부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 하측 밴드부재는, 상기 배터리 셀 조립체의 하측에 배치되는 하측 밴드 본체; 및 상기 하측 밴드 본체로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들에 고정되는 하측 밴드 고정부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 상측 밴드부재는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 상측 밴드부재는, 상기 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 하측 밴드부재는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 하측 밴드부재는, 상기 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트는, 상기 배터리 셀 조립체를 지지하는 지지부; 및 상기 지지부로부터 연장되며, 상기 팩 트레이에 고정되는 고정부를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 지지부는, 상기 배터리 셀 조립체의 측면을 커버하며, 상기 팩 트레이와 수직하게 배치되며, 상기 고정부는, 상기 지지부와 수직하게 상기 지지부로부터 소정 길이로 돌출 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 팩 트레이의 상면에는, 소정 길이의 마운팅 빔이 구비되며, 상기 고정부는, 상기 마운팅 빔에 고정될 수 있다.
바람직하게, 상기 고정부는, 상기 팩 트레이의 높이 방향에서, 상기 마운팅 빔의 높이보다 높게 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 배터리 모듈은, 상기 고정부와 상기 마운팅 빔의 고정을 위한 적어도 하나의 체결부재를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 체결부재는, 상기 고정부를 관통하여 상기 마운팅 빔에 체결될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 셀 스웰링을 보다 더 효율적으로 제어할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 다른 실시예에 따른 팩 트레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 배터리 모듈의 사이드 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 배터리 모듈의 밴드 유닛의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 주요부를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 배터리 팩의 다른 실시예에 따른 팩 트레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 자동차(V, 도 13 참조) 등에 구비되며, 팩 트레이(10) 및 배터리 모듈(50)을 포함할 수 있다.
상기 팩 트레이(10)는, 상기 자동차(V)에 장착되며, 후술하는 적어도 하나의 배터리 모듈(50) 및 전장 유닛(70) 등을 지지할 수 있다.
이러한 상기 팩 트레이(10)는, 트레이 본체(12) 및 마운팅 빔(15)을 포함할 수 있다.
상기 트레이 본체(12)는, 상기 자동차(V, 도 13 참조)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 트레이 본체(12)에는 상기 배터리 모듈(50) 및 상기 전장 유닛(70)이 안착될 수 있다.
상기 마운팅 빔(15)은, 상기 트레이 본체(12)의 상면에 소정 길이로 구비되며, 후술하는 적어도 한 쌍의 배터리 모듈들(50) 사이 사이에 구비될 수 있다. 이러한 상기 마운팅 빔(15)은, 외부 충격 등으로부터 상기 배터리 모듈들(50) 측으로 전달되는 충격 등을 완충시킬 수 있다.
상기 마운팅 빔(15)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 마운팅 빔(15)은, 후술하는 배터리 모듈들(50) 사이 사이에 구비될 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 마운팅 빔(15)은 일부 배터리 모듈들(50) 사이에만 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 팩 트레이(11)의 마운팅 빔(16)은, 트레이 본체(13)로부터 일체로 형성되는 것도 가능할 수 있다. 이러한 상기 마운팅 빔(16)은, 상기 트레이 본체(13)로부터 요철 형상으로 돌출되어 배터리 모듈들(50)의 저부를 수용할 수 있는 간격만큼 이격되어 배치될 수 있다.
상기 배터리 모듈(50)은, 상기 팩 트레이(10) 상에 구비되며, 적어도 하나 또는 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(50)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다. 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50)에서는 하기 관련 설명에서 보다 더 상세히 살펴 본다.
아울러, 상기 배터리 팩(1)은, 전장 유닛(70)을 더 포함할 수 있다.
상기 전장 유닛(70)은, 상기 팩 트레이(10)의 상기 트레이 본체(12) 상에 장착될 수 있다. 이러한 상기 전장 유닛(70)은 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50)을 관리하거나 또는 제어할 수 있는 각종 전장 부품 등을 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(50)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 4의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 6은 도 5의 배터리 모듈의 사이드 플레이트를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 5의 배터리 모듈의 밴드 유닛의 조립을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(50)은, 배터리 셀 조립체(100), 한 쌍의 사이드 플레이트(200) 및 밴드 유닛(300)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(100)는, 상기 팩 트레이(10) 상에 장착될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀 조립체(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(150)을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀 조립체(100)가 복수 개의 배터리 셀(150)을 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(150)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(150)이 파우치형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(150)은, 각각, 전극 조립체, 이러한 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 한 쌍의 전극 리드(155)를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)를 지지할 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)의 양측면에 구비되며, 상기 팩 트레이(10)에 고정될 수 있다.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)는, 각각, 지지부(210) 및 고정부(250)를 포함할 수 있다.
상기 지지부(210)는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)의 측면을 커버하며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)를 지지할 수 있다. 이러한 상기 지지부(210)는, 상기 팩 트레이(10)와 수직하게 배치될 수 있다.
상기 지지부(210)에는, 히트 싱크 체결홀(213)이 구비될 수 있다.
상기 히트 싱크 체결홀(213)은, 상기 지지부(210)의 하측에 구비되며, 복수 개로 마련될 수 있다. 상기 복수 개의 히트 싱크 체결홀(213)에는, 각각, 상기 히트 싱크(500)와의 체결을 위한 체결부재(600)가 관통되거나 또는 관통 체결될 수 있다.
상기 고정부(250)는, 상기 지지부(210)로부터 연장되며, 상기 팩 트레이(10)에 고정될 수 있다. 이러한 상기 고정부(250)는, 상기 지지부(210)와 수직하게 상기 지지부(210)로부터 소정 길이로 돌출 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 이러한 상기 고정부(250)의 돌출 구조를 통해, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 셀 스웰링에 따른 팽창 등의 이상 상황 발생 시, 상기 고정부(250)를 통해, 상기 셀 스웰링 제어를 위한 상기 배터리 모듈(50)의 강성 구조를 확보할 수 있다.
상기 고정부(250)는 상기 팩 트레이(10)의 상기 마운팅 빔(15)에 고정될 수 있다. 이러한 상기 고정부(250)는, 상기 팩 트레이(10)의 높이 방향에서, 상기 마운팅 빔(15)의 높이보다 높게 형성될 수 있다.
상기 고정부(250)에는, 빔 체결홀(253)이 구비될 수 있다.
상기 빔 체결홀(253)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 빔 체결홀(253)에는, 각각, 상기 팩 트레이(10)의 상기 마운팅 빔(15)과의 체결을 위한 체결부재(600)가 관통 체결될 수 있다.
본 실시예의 경우, 이러한 상기 복수 개의 배터리 모듈(50), 각각에 마련되는 한 쌍의 사이드 플레이트(200)를 통해 상기 배터리 모듈(50)을 상기 팩 트레이(10)의 상기 마운팅 빔(15)에 직접적으로 체결할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 별도의 팩 트레이(10)와의 고정을 위한 추가 케이스 구조 없이도 상기 배터리 모듈들(50)을 상기 팩 트레이(10)에 안정적으로 장착시킬 수 있음과 아울러, 별도의 배터리 모듈의 커버 케이스 등과 같은 부재 없이도 배터리 셀 조립체(100)를 안정적으로 지지 및 고정할 수 있다.
결국, 본 실시예에서는, 종래와 같은 별도의 추가 케이스 및 커버 케이스 구조를 생략할 수 있어, 상기 배터리 팩(1)의 전체 에너지 밀도를 현저히 높일 수 있으며, 상기 배터리 팩(1)의 보다 더 슬림한 구조를 구현할 수 있다.
상기 밴드 유닛(300)은, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)와 연결되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측 및 하측을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다.
이러한 상기 밴드 유닛(300)은, 상측 밴드부재(310) 및 하측 밴드부재(330)를 포함할 수 있다.
상기 상측 밴드부재(310)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측을 적어도 부분적으로 커버하고, 탄성 재질의 금속부재로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 상측 밴드부재(310)는, 소정의 탄성을 갖는 알루미늄 또는 스틸 재질의 금속부재로 구비될 수 있다.
이러한 상기 상측 밴드부재(310)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 상측 밴드부재(310)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 상측 밴드부재(310)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 상측 밴드부재(310)는, 각각, 상측 밴드 본체(313) 및 상측 밴드 고정부(315)를 포함할 수 있다.
상기 상측 밴드 본체(313)는, 소정 길이의 탄성을 갖는 재질로 구비되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측을 적어도 부분적으로 커버할 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)의 상측에 배치될 수 있다.
상기 상측 밴드 고정부(315)는, 상기 상측 밴드 본체(313)와 일체로 형성되고, 상기 상측 밴드 본체(313)로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 상측 밴드 고정부(315)는, 상기 상측 밴드 본체(313)의 양단에서 하측으로 절곡되고, 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다.
상기 상측 밴드 고정부(315)는, 각각의 사이드 플레이트(200)에 탄성을 가지면서 밀착 접촉될 수 있다. 한편, 상기 상측 밴드 고정부(315)는, 각각의 사이드 플레이트(200)에 용접 결합 등으로 추가 고정되는 것도 가능할 수 있다. 이에 따라, 상기 상측 밴드부재(310)는, 보다 더 안정적으로 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다.
상기 하측 밴드부재(330)는, 상기 상측 밴드부재(310)와 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 하측을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다. 이러한 상기 하측 밴드부재(330)는, 탄성 재질의 금속부재로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 하측 밴드부재(330)는, 상기 상측 밴드부재(310)와 같이, 소정의 탄성을 갖는 알루미늄 또는 스틸 재질의 금속부재로 구비될 수 있다.
상기 하측 밴드부재(330)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 하측 밴드부재(330)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 하측 밴드부재(330)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 하측 밴드부재(330)는, 각각, 하측 밴드 본체(333) 및 하측 밴드 고정부(335)를 포함할 수 있다.
상기 하측 밴드 본체(333)는, 소정 길이의 탄성을 갖는 재질로 구비되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 하측을 적어도 부분적으로 커버할 수 있게 상기 적어도 하나의 배터리 셀 조립체(100)의 하측에 배치될 수 있다.
상기 하측 밴드 고정부(335)는, 상기 하측 밴드 본체(333)와 일체로 형성되고, 상기 하측 밴드 본체(333)로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 하측 밴드 고정부(335)는, 상기 하측 밴드 본체(333)의 양단에서 하측으로 절곡되고, 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다.
상기 하측 밴드 고정부(335)는, 각각의 사이드 플레이트(200)에 탄성을 가지면서 밀착 접촉될 수 있다. 한편, 상기 하측 밴드 고정부(335)는, 각각의 사이드 플레이트(200)에 용접 결합 등으로 추가 고정되는 것도 가능할 수 있다. 이에 따라, 상기 하측 밴드부재(330)는, 보다 더 안정적으로 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(50)은, 버스바 어셈블리(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(400)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)와 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방 및 후방을 커버할 수 있다.
이러한 상기 버스바 어셈블리(400)는, 버스바 커버(410), 버스바부재(430), 센싱 PCB(450) 및 커넥터(470)를 포함할 수 있다.
상기 버스바 커버(410)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방 및 후방을 커버할 수 있다. 이를 위해, 상기 버스바 커버(410)는 한 쌍으로 구비되어, 각각, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 전방 및 후방을 커버할 수 있다.
상기 버스바부재(430)는, 상기 버스바 커버(410)에 구비되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상기 복수 개의 배터리 셀들(150)의 전극 리드들(155)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 버스바부재(430)는 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 센싱 PCB(450)는, 상기 한 쌍의 버스바 커버(410)를 연결할 수 있으며, 플렉서블 인쇄회로기판으로 마련될 수 있다. 이러한 상기 센싱 PCB(450)는, 소정 길이로 구비되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측에 배치될 수 있다.
상기 커넥터(470)는, 적어도 하나의 버스바 커버(410)에 구비되며, 외부 기기 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 커넥터(470)는 복수 개로 구비될 수 있다. 예로서, 상기 복수 개의 커넥터(470)는 고전압 커넥터, 저전압 커넥터 등으로 구비될 수 있다.
한편, 상기 배터리 모듈(50)은, 히트 싱크(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크(500)는, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 냉각을 위한 것으로서, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 하측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 히트 싱크(500)는 상기 팩 트레이(10)의 상기 트레이 본체(12) 상에 구비될 수 있다.
상기 히트 싱크(500)에는 복수 개의 체결홀(550)이 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 체결홀(550)에는 상기 사이드 플레이트(200)와의 결합을 위한 체결부재(600)가 체결될 수 있다.
한편, 상기 히트 싱크(500)는 상기 체결부재(600)를 통한 체결 이외에 상기 사이드 플레이트(200)와 용접 결합 등과 같은 결합 방식으로 고정되는 것도 가능할 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 히트 싱크(500)가 상기 배터리 모듈(50)마다 개별적으로 구비되는 바, 상기 배터리 모듈(50)의 냉각 경로를 단축함과 아울러 전체 배터리 팩(1)의 경량화를 구현할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈(50)은, 체결부재(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 체결부재(600)는, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)의 상기 고정부(250)와 상기 팩 트레이(10)의 상기 마운팅 빔(15)의 고정을 위한 것으로서, 복수 개로 구비될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 체결부재(600)는, 볼팅 부재로 구비될 수 있다. 아울러, 상기 복수 개의 체결부재(600)는 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)와 상기 히트 싱크(500)를 상호 체결할 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 체결부재(600)는, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200)의 상기 지지부(210)를 관통하여 상기 히트 싱크(500)의 상기 체결홀(550)에 체결될 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 전술한 구조를 통해, 에너지 밀도를 높임과 아울러 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)은, 상기 사이드 플레이트(200)에 탄성을 가지면서 고정된 밴드 유닛(300)을 통해, 셀 스웰링 발생을 보다 더 효율적으로 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(51)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(50)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(51)은, 배터리 셀 조립체(100), 한 쌍의 사이드 플레이트(200), 밴드 유닛(301), 버스바 어셈블리(400), 히트 싱크(500) 및 체결부재(600)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 조립체(100), 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(200), 상기 버스바 어셈블리(400), 상기 히트 싱크(500) 및 상기 체결부재(600)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 밴드 유닛(301)는, 복수 개로 구비되의 밴드 부재(301)로 구비되어 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측 및 하측에 각각 배치되며, 상호 소정 거리 이격되게 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체(100)을 적어도 부분적으로 커버할 수 있게 상기 사이드 플레이트들(200)에 고정될 수 있다.
상기 복수 개의 밴드부재들(301) 중 최외곽에 배치되는 밴드부재들(301)은, 상기 버스바 어셈블리(400) 가까이에 구비될 수 있다. 상기 버스바 어셈블리(400)에는, 앞선 살펴 본 바와 같이, 전기적 연결을 위해 상기 배터리 셀 조립체(100)의 배터리 셀들(150, 도 5 참조)의 전극 리드들(155)이 배치될 수 있다.
상기 버스바 어셈블리(400) 가까이에 구비되는 상기 복수 개의 밴드부재들(301) 중 최외곽에 배치되는 밴드부재들(301)은, 상기 버스바 어셈블리(400) 가까이에서 상기 전극 리드들(155) 부근의 상기 배터리 셀 조립체(100)의 상측 및 하측을 커버하면서 상기 버스바 어셈블리(400) 가까이에서 배터리 셀 조립체(100)의 지지 강도를 확보할 수 있다.
따라서, 상기 버스바 어셈블리(400) 가까이에 구비되는 상기 복수 개의 밴드부재들(301) 중 최외곽에 배치되는 밴드부재들(301)은, 상기 전극 리드들(155)과 상기 버스바 어셈블리(400) 사이의 연결 안전성을 보다 높일 수 있으며, 연결 이후에도 상기 버스바 어셈블리(400)로부터의 상기 전극 리드들(155)의 이탈이나 위치 어긋남 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(52)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(50)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9를 참조하면, 상기 배터리 모듈(51)의 한 쌍의 사이드 플레이트(201)에는, 소정의 홈이나 홀 형상을 갖는 후크 결합부(205)가 형성될 수 있다. 상기 후크 결합부(205)에는, 후술하는 밴드부재들(301)이 후크 결합될 수 있으며, 이에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 구체적으로 살펴 본다.
상기 배터리 모듈(52)의 밴드 유닛의 밴드부재들(311)은, 앞선 실시예의 상기 상측 밴드부재들 및 상기 하측 밴드부재들을 모두 포함할 수 있다. 이러한 상기 밴드부재들(311)은, 밴드 본체(317) 및 밴드 고정부(318)를 포함할 수 있다.
상기 밴드 본체(317)는, 소정 길이의 탄성을 갖는 재질로 구비되며, 앞선 실시예와 같이, 소정의 탄성을 갖는 알루미늄 또는 스틸 재질의 금속부재로 구비될 수 있다.
상기 밴드 고정부(318)는, 상기 밴드 본체(317)와 일체로 형성되며, 상기 밴드 본체(317)로부터 절곡되고, 상기 사이드 플레이트들(200)에 끼워질 수 있다. 이를 위해, 상기 밴드 고정부(318)의 단부에는, 결합 돌기(319)가 형성될 수 있다. 상기 결합 돌기(319)는, 상기 사이드 플레이트(201)의 후크 결합부(205)에 후크 결합될 수 있다.
본 실시예에서는, 상기 밴드부재들(311)이 상기 사이드 플레이트(200)에 후크 결합을 통해 고정되므로, 상기 밴드부재들(311)이 상기 사이드 플레이트(200)에 보다 더 안정적이고 견고하게 고정될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(53)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(52)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 팩(53)의 상기 한 쌍의 사이드 플레이트들(203)에는, 상기 사이드 플레이트들(203)의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 슬라이딩 레일(207)이 형성될 수 있다. 이러한 상기 슬라이딩 레일(207)은, 소정 깊이의 홀이나 홈 형상을 가지며, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트들(203)의 상측 및 하측에 각각 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 밴드부재들(311)은, 앞선 실시예와 같이, 상기 밴드 본체(317) 및 상기 결합 돌기(319)를 구비하는 밴드 고정부(318)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 밴드부재들(311)은, 상기 배터리 모듈(53)의 길이 방향에서 상기 슬라이딩 레일(207)에 삽입되어 상기 배터리 모듈(53)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 상기 사이드 플레이트들(203)과 결합될 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 밴드부재들(311)의 결합 돌기(319)는, 상기 슬라이딩 레일(207)에 상기 배터리 모듈(53)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 삽입 장착될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 밴드부재들(311)이 상기 배터리 모듈(53)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 상기 사이드 플레이트들(203)에 장착될 수 있으므로, 상기 밴드부재들(311)의 장착 위치를 가변할 수 있다.
따라서, 본 실시예에는, 상기 배터리 모듈(53)의 사이즈나 배터리 셀들의 개수 등에 따른 설계 조건이나 추후 배터리 모듈(53)의 사용 용량 등에 따라, 상기 배터리 셀 조립체(100)의 보다 더 안정적인 지지 및 고정을 확보할 수 있는 최적의 위치로 상기 밴드부재들(311)의 고정 위치를 간편하고 용이하게 변경할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(2)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(1)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 상기 배터리 팩(2)은, 복수 개의 배터리 모듈(50), 팩 트레이(80) 및 통합 히트 싱크(90)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(50)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 팩 트레이(80)는, 트레이 본체(82) 및 마운팅 빔(85)을 포함할 수 있다.
상기 트레이 본체(82) 및 상기 마운팅 빔(85)은, 앞선 실시예의 상기 트레이 본체(12) 및 상기 마운팅 빔(15)과 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 통합 히트 싱크(90)는, 상기 팩 트레이(80)의 상기 트레이 본체(82) 상에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(50) 전부를 커버할 수 있는 형상 및 크기로 마련될 수 있다.
이러한 상기 통합 히트 싱크(90)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50)의 저면을 통합적으로 커버하면서 상기 팩 트레이(80)의 상기 트레이 본체(82) 상에 구비될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(2)은, 상기 통합 히트 싱크(90)를 통해, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50)의 냉각을 통합적으로 제어함과 아울러, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50)을 보다 더 안정적으로 지지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(3)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(2)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 12를 참조하면, 상기 배터리 팩(3)은, 복수 개의 배터리 모듈(50), 팩 트레이(80) 및 통합 히트 싱크(95)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(50)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 팩 트레이(80)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(50)의 저부를 지지하는 트레이 본체(82) 및 상기 트레이 본체(82)에 구비되어 상기 복수 개의 배터리 모듈들(50) 사이에 배치되는 마운팅 빔(85)을 포함할 수 있다.
상기 통합 히트 싱크(95)는, 냉각을 위한 냉각 파이프를 구비할 수 있으며, 앞선 실시예와 달리, 상기 트레이본체(82)의 저부에 마련될 수 있다. 즉, 상기 통합 히트 싱크(95)는, 상기 팩 트레이(80)의 상측이 아닌 상기 팩 트레이(80)의 하측에 마련되는 것도 가능할 수 있다.
한편, 상기 통합 히트 싱크(95)와 상기 팩 트레이(80) 사이에는 냉각 성능을 보다 더 확보할 수 있게 열전달을 보다 더 향상시킬 수 있는 써멀인터페이스부재가 구비되는 것도 가능할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 자동차(V)는, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(1)를 포함할 수 있다. 이러한 상기 자동차(V)에 구비되는 상기 배터리 팩(1)은 자동차의 연료원으로써 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(1)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(V)에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(1)은 상기 자동차(V) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 자동차(V)는, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 팩(2, 3, 도 11 및 도 12 참조)을 포함하는 것도 가능할 수 있으며, 상기 배터리 팩(1)과 상기 배터리 팩(2, 3, 도 11 및 도 12 참조)의 조합체를 포함하는 것도 가능할 수 있다.
본 실시예에서는, 전술한 상기 배터리 팩(1, 2, 3)이 높은 에너지 밀도를 갖는 컴팩트한 구조로 구비되는 바, 상기 자동차(V)에 장착 시, 복수 개의 배터리 팩(1, 2, 3)들의 모듈화 구조 구현이 용이하며, 상기 자동차(V)의 다양한 내부 공간 형상에서도 상대적으로 높은 장착 자유도를 확보할 수 있다
따라서, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 팩(1, 2, 3) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 경량화를 통해 전체 무게를 줄일 수 있는 배터리 팩(1, 2, 3) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 셀 스웰링을 보다 더 효율적으로 제어할 수 있는 배터리 팩(1, 2, 3) 및 이를 포함하는 자동차(V)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
V: 자동차 1, 2, 3: 배터리 팩
10, 11: 팩 트레이 12, 13: 트레이 본체
15, 16: 마운팅 빔 50, 51, 52, 53: 배터리 모듈
70: 전장 유닛 80: 팩 트레이
85: 마운팅 빔 90, 95: 통합 히트 싱크
100: 배터리 셀 조립체 150: 배터리 셀
155: 전극 리드 200, 201, 203: 사이드 플레이트
205: 후크 결합부 207: 슬라이딩 레일
210: 지지부 213: 히트 싱크 체결홀
250: 고정부 253: 빔 체결홀
300, 301: 밴드 유닛 310: 상측 밴드부재
311: 밴드부재 313: 상측 밴드 본체
315: 상측 밴드 고정부 317: 밴드 본체
318: 밴드 고정부 319: 결합 돌기
330: 하측 밴드부재 333: 하측 밴드 본체
335: 하측 밴드 고정부 400: 버스바 어셈블리
410: 버스바 커버 430: 버스바부재
450: 센싱 PCB 470: 커넥터
500: 히트 싱크 550: 체결홀
600: 체결부재

Claims (13)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    팩 트레이; 및
    상기 팩 트레이 상에 구비되는 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈은,
    상기 팩 트레이 상에 장착되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 셀 조립체;
    상기 배터리 셀 조립체를 지지할 수 있게 상기 배터리 셀 조립체의 양측면에 구비되며, 상기 팩 트레이에 고정되는 한 쌍의 사이드 플레이트; 및
    상기 한 쌍의 사이드 플레이트와 연결되며, 상기 배터리 셀 조립체의 상측 및 하측을 적어도 부분적으로 커버하는 밴드 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밴드 유닛은,
    상기 배터리 셀 조립체의 상측을 적어도 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 상측 밴드부재; 및
    상기 상측 밴드부재와 대향 배치되며, 상기 배터리 셀 조립체의 하측을 적어도 부분적으로 커버하는 적어도 하나의 하측 밴드부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상측 밴드부재는,
    상기 배터리 셀 조립체의 상측에 배치되는 상측 밴드 본체; 및
    상기 상측 밴드 본체로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들에 고정되는 상측 밴드 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 하측 밴드부재는,
    상기 배터리 셀 조립체의 하측에 배치되는 하측 밴드 본체; 및
    상기 하측 밴드 본체로부터 절곡되며, 상기 사이드 플레이트들에 고정되는 하측 밴드 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 상측 밴드부재는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 상측 밴드부재는,
    상기 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 하측 밴드부재는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 하측 밴드부재는,
    상기 배터리 셀 조립체의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 사이드 플레이트는,
    상기 배터리 셀 조립체를 지지하는 지지부; 및
    상기 지지부로부터 연장되며, 상기 팩 트레이에 고정되는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 배터리 셀 조립체의 측면을 커버하며, 상기 팩 트레이와 수직하게 배치되며,
    상기 고정부는,
    상기 지지부와 수직하게 상기 지지부로부터 소정 길이로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 팩 트레이의 상면에는,
    소정 길이의 마운팅 빔이 구비되며,
    상기 고정부는,
    상기 마운팅 빔에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 팩 트레이의 높이 방향에서, 상기 마운팅 빔의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈은,
    상기 고정부와 상기 마운팅 빔의 고정을 위한 적어도 하나의 체결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 체결부재는,
    상기 고정부를 관통하여 상기 마운팅 빔에 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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