KR20230086270A - 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩 - Google Patents

셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩에 관한 것으로, 실시예에 따른 배터리 팩은, 내부에 다수의 배터리 셀이 소정 간격 이격되어 격자 구조로 정렬되며, 외측에 유입관 및 유출관이 설치된 하우징, 하우징 내에 배치되며, 다수의 배터리 셀 각각이 무용접에 의해 접속되는 인쇄회로기판, 및 다수의 배리리 셀 각각의 측면을 개별적으로 감싸도록 하우징 내에 배치된 방열판을 포함하고, 유입관 및 유출관과 연결된 유로가 하우징에 형성되고, 유로를 통해 흐르는 유체에 의해 다수의 배터리 셀의 온도를 낮추거나 다수의 배터리 셀의 온도를 상승시킬 수 있다.

Description

셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩{BATTERY PACK FOR SMALL ELECTRIC VEHICLE WITH HEATING RADIATING STRUCTURE PER CELL}
본 발명은 소형 전기차용 배터리 팩에 관한 것으로, 상세하게는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩에 관한 것이다.
현재, 소형 전기모터를 포함하는 구동장치에 의해 구동되는 전기차(이하, 소형 전기차)(ex, 이륜 전기차, 농업용 기계 및 전기차, 20kW 이하 카트 등)는 주행거리가 짧고, 충전시간이 길다는 문제점이 있다.
짧은 주행 거리를 해결하는 방법으로 배터리를 병렬로 여러 개 연결하여 배터리 용량을 늘리는 방법을 사용하고 있다. 용량 증대를 위해서 배터리 수량만 증가시키게 되면 전체 시스템 무게가 증가되고 시스템 비용 또한 증가된다.
물리적으로 배터리 수량을 증가시키는 것만으로도 주행거리를 해결할 수는 있지만 충전시간을 단축시키는 데에는 여전히 해결방법이 기술이나 비용적인 측면에서 좋은 해결 방법이 제시되지 않고 있다.
배터리를 집약적으로 모아서 팩을 형성하게 되면 충방전 시 발생하는 자체 발열에 의해 배터리의 온도가 상승하게 되어 화재의 위험이 따르게 된다. 온도 상승을 제한하기 위해서 충전 전류를 낮추게 되면 충전 시간 또한 길어지게 되는 단점이 있다.
또한 배터리의 특성상 저온 상태에서 정격 용량의 절반 정도까지 용량이 감소하는데 별도의 온도 관리 방안이 없는 기존의 배터리 팩 방식은 저온에 그대로 노출되어 전체 용량이 감소되어 주행거리가 짧아지는 한계가 있다.
일반적인 소형전기차용 배터리 팩은 셀단위로 전극을 용접하여 직/병렬구조로 결합한다. 여러 개의 셀이 모여 있는 팩에 하나의 셀이 불량이라도 전체 팩을 교체해야 하므로 비용적으로 단점이 있고 사용가능한 배터리 셀이 버려 지므로 환경문제도 증가되고 있다.
종래의 소형전기차용 배터리 팩은 셀을 직/병렬로 연결하여 플라스틱 케이스나 비닐로 씌워서 장착된다. 항상 사고에 의한 물리적인 충격의 위험이 있는 소형 전기차는 사고 충격에 의해서 배터리 팩이 소손 될 수 있고 이로 인해 배터리 셀이 소손 되면 화재의 위험이 있다.
이러한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공증에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
상기의 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 명세서에서 개시되는 실시예들은 셀 단위로 방열판을 적용하여 방열 효과를 증대시킬 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 동일한 구조의 방열판을 셀에 적용하여, 여러 개의 방열판이 사용되더라도 제조 공정상 비용 증가를 최소화하면서 방열 효과를 증대시킬 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 방열판이 각각 적용된 셀들을 통합적으로 감싸는 하우징에 유로를 마련하고, 유로를 통해 흐르는 냉각수를 통해 방열 효과를 증대시킬 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 배터리에 의해 발생하는 열을 셀 단위 및 팩 단위로 방열시켜 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지함으로써 배터리의 발열을 최소화할 수 있어 높은 전류에도 배터리의 발열이 최소화되어 높은 전류로 급속 충전할 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 저온 상태에서 하우징에 마련된 유로를 흐르는 냉각수의 온도를 조절하여 셀단위로 배터리의 온도를 관리할 수 있으며, 배터리의 온도를 상승시킴으로써(배터리의 온도가 낮아지는 것을 방지함으로써) 저온 상태에서 배터리의 용량이 감소하는 것을 방지할 수 있으며, 배터리의 용량 감소에 따른 주행거리 감소 문제를 해결할 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 배터리 셀의 전극이 BMS, 제어IC 등이 실장된 PCB에 직접 접촉되어 PCB 패턴에 의해 배터리 셀이 직/병렬로 연결되도록 함으로써, 배터리 셀의 연결을 위한 용접 공정이 필요하지 않으며, 용접부가 없기 때문에 하나의 셀이 불량 나더라도 쉽게 불량 셀만 교체하면 되기 때문에 유지보수에 경제적이며 환경오염을 감소시키는 효과가 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 배터리 셀이 방열판에 의해 1차적으로 외측면이 보호되고, 배터리 셀 전체를 통합적으로 감싸는 하우징에 의해 2차적으로 보호되도록 함으로써 외부 충격에 의한 파손, 및 이로 인한 폭발/화재 등의 사고를 방지할 수 있는 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 전면 인쇄회로기판이 상측 및 하측 인쇄회로기판과 커넥터를 통해 직접 연결되는 구조를 통해 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 이루어지기 때문에 공정이 단순하여 제조 원가를 낮출 수 있으며, 상측 인쇄회로기판과 하측 인쇄회로기판의 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 추가적인 부품없이 바로 이루어지기 때문에 경제적인 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
실시예들은 동일한 구조의 배터리 팩을 전원 연결 버스바를 추가하는 것만으로 적층 하여 용량을 늘릴 수 있어 용량 증대를 위한 추가 적인 제품 설계가 불필요하여 경제적인 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 사항에 제한되지 않으며, 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 의도하는 기타의 과제들 또한 명료하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 셀별 방열 구조가 적용되며, 소형 전기차용으로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 팩은, 내부에 다수의 배터리 셀이 소정 간격 이격되어 격자 구조로 정렬되며, 외측에 유입관 및 유출관이 설치된 하우징, 하우징 내에 배치되며, 다수의 배터리 셀 각각이 무용접에 의해 접속되는 인쇄회로기판, 및 다수의 배리리 셀 각각의 측면을 개별적으로 감싸도록 하우징 내에 배치된 방열판을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유입관 및 유출관과 연결된 유로가 하우징에 형성되고, 유로를 통해 흐르는 유체에 의해 다수의 배터리 셀의 온도를 낮추거나 다수의 배터리 셀의 온도를 상승시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하우징은 유입관과 연결되는 상측 관로가 형성된 상측 하우징, 유출관과 연결되는 하측 관로가 형성된 하측 하우징, 및 외부 장치와 연결되는 전원 커넥터, 유입관 및 유출관이 설치되며, 상측 관로와 하측 관로를 연결하는 연결 관로가 형성된 전면 하우징을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연결 관로는, 상측 관로와 연결된 제1 연결관, 하측 관로와 연결된 제2 연결관, 및 전면 하우징의 내부에 형성되고 제1 연결관과 제2 연결관을 연결하는 내부 홀을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소정 간격 이격되어 하우징 내부로 돌출되고, 상측 관로가 형성된 상측 돌기부가 상측 하우징에 형성되고, 소정 간격 이격되어 상측 돌기부와 대응하도록 하우징 내부로 돌출되고, 하측 관로가 형성된 하측 돌기부가 하측 하우징에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상측 돌기부 및 하측 돌기부는 다수의 배터리 셀 사이에 배치되어 다수의 배터리 셀의 측면을 감쌀 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 인쇄회로기판은, 상측 하우징의 하부에 배치되고, 상측 버스 바 소켓이 배치된 상측 인쇄회로기판, 하측 하우징의 상부에 배치되고, 하측 버스 바 소켓이 배치된 하측 인쇄회로기판, 및 전면 하우징의 내측면에 배치된 전면 인쇄회로기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상측 및 하측 하우징 각각에 상측 및 하측 버스 바 소켓과 대응하도록 제1 및 제2 통과 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 팩은 상측 하우징의 외측에 배치되고, 제1 통과 홀과 대응하도록 제3 통과 홀이 형성된 상측 커버, 하측 하우징의 외측에 배치되고, 제2 통과 홀과 대응하도록 제4 통과 홀이 형성된 하측 커버, 상측 커버의 제3 통과 홀을 덮는 상측 캡, 및 하측 커버의 제4 통과 홀을 덮는 하측 캡을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀의 단자와 연결되고, 소정 간격 이격되어 스트라이프 형태로 배치된 다수의 상측 단자부가 상측 인쇄회로기판에 패턴 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀의 단자와 연결되며, 소정 간격 이격되어 스트라이프 형태로 배치된 다수의 하측 단자부가 상측 단자부와 대응하도록 하측 인쇄회로기판에 패턴 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상측 돌기부는 상측 단자부 사이를 통과하여 배터리 셀의 측면을 감싸고, 하측 돌기부는 하측 단자부 사이를 통과하여 배터리 셀의 측면을 감쌀 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상측 인쇄회로기판에 다수의 상측 단자부와 연결되는 상측 커넥터가 배치되고, 하측 인쇄회로기판에 다수의 하측 단자부와 연결되는 하측 커넥터가 배치되고, 전면 인쇄회로기판에 전원 커넥터와 연결되는 전원 단자, 상측 커넥터와 직접 접속되는 제1 연결 커넥터, 및 하측 커넥터와 직접 접속되는 제2 연결 커넥터가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 방열판은 스트라이프 형태로 배치되는 다수의 방열판들로 구성되며, 양쪽 가장자리에 각각 배치되고, 동일한 형상으로 형성된 외측 방열판, 및 외측 방열판 사이에 배치되고, 동일한 형상으로 형성된 다수의 내측 방열판을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀과 접촉되는 외측 방열판의 부위는 배터리 셀의 측면과 동일한 형상으로 형성되고, 배터리 셀과 접촉되는 내측 방열판의 부위는 배터리 셀의 측면과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
위에서 언급된 과제의 해결 수단 이외의 본 발명의 다양한 예에 따른 구체적인 사항들은 아래의 기재 내용 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서에서 기재된 실시예들에 따르면, 셀 단위로 방열판을 적용하기 때문에 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
실시예들에 따르면, 동일한 구조의 방열판을 셀에 적용하기 때문에, 여러 개의 방열판이 사용되더라도 제조 공정상 비용 증가를 최소화하면서 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
실시예들에 따르면, 방열판이 각각 적용된 셀들을 통합적으로 감싸는 하우징에 유로를 마련하고, 유로를 통해 냉각수가 흐르도록 함으로써, 냉각수에 통해 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
실시예들에 따르면, 배터리에 의해 발생하는 열을 셀 단위 및 팩 단위로 방열시켜 배터리의 온도가 상승하는 것을 방지함으로써 배터리의 발열을 최소화할 수 있어 높은 전류에도 배터리의 발열이 최소화되어 높은 전류로 급속 충전할 수 있다.
실시예들에 따르면, 저온 상태에서 하우징에 마련된 유로를 흐르는 냉각수의 온도를 조절하여 셀단위로 배터리의 온도를 관리할 수 있으며, 배터리의 온도를 상승시킴으로써(배터리의 온도가 낮아지는 것을 방지함으로써) 저온 상태에서 배터리의 용량이 감소하는 것을 방지할 수 있으며, 배터리의 용량 감소에 따른 주행거리 감소 문제를 해결할 수 있다.
실시예들에 따르면, 배터리 셀의 전극이 BMS, 제어IC 등이 실장된 PCB에 직접 접촉되어 PCB 패턴에 의해 배터리 셀이 직/병렬로 연결되도록 함으로써, 배터리 셀의 연결을 위한 용접 공정이 필요하지 않으며, 용접부가 없기 때문에 하나의 셀이 불량 나더라도 쉽게 불량 셀만 교체하면 되기 때문에 유지보수에 경제적이며 환경오염을 감소시키는 효과가 있다.
실시예들에 따르면, 배터리 셀이 방열판에 의해 1차적으로 외측면이 보호되고, 배터리 셀 전체를 통합적으로 감싸는 하우징에 의해 2차적으로 보호되도록 함으로써 외부 충격에 의한 파손, 및 이로 인한 폭발/화재 등의 사고를 방지할 수 있다.
실시예들에 따르면, 전면 인쇄회로기판이 상측 및 하측 인쇄회로기판과 커넥터를 통해 직접 연결되는 구조를 통해 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 이루어지기 때문에 공정이 단순하여 제조 원가를 낮출 수 있으며, 상측 인쇄회로기판과 하측 인쇄회로기판의 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 추가적인 부품없이 바로 이루어지기 때문에 경제적이다.
실시예들에 따르면, 동일한 구조의 배터리 팩을 전원 연결 버스바를 추가하는 것만으로 적층 하여 용량을 늘릴 수 있어 용량 증대를 위한 추가 적인 제품 설계가 불필요하여 경제적이다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에서 언급된 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과의 내용은 청구범위의 필수적인 특징을 특정하는 것은 아니므로, 청구범위의 권리 범위는 발명의 내용에 기재된 사항에 의하여 제한되지 않는다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명의 실시예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전면 하우징의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전면부를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연결 관로를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상측 관로를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하측 관로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 주요 부분을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 배터리 셀과 방열판이 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 인쇄회로기판에 방열판이 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 적층된 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 적층되기 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라 적층된 배터리 팩의 전면부를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 적층된 배터리 팩의 전면부를 나타낸 다른 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 오차 범위에 대한 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, "상에", "상부에", "하부에", "옆에" 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, 예를 들면, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, "후에", "이어서", "다음에", "전에" 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데에 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 간접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있는 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
"적어도 하나"는 연관된 구성요소의 하나 이상의 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들면, "제1, 제2, 및 제3 구성요소의 적어도 하나"의 의미는 제1, 제2, 또는 제3 구성요소뿐만 아니라, 제1, 제2, 및 제3 구성요소의 두 개 이상의 모든 구성요소의 조합을 포함한다고 할 수 있다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시예를 통해 본 발명의 실시예를 살펴보면 다음과 같다. 도면에 도시된 구성요소들의 스케일은 설명의 편의를 위해 실제와 다른 스케일을 가지므로, 도면에 도시된 스케일에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 분해도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전면 하우징의 일례를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 전면부를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연결 관로를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 상측 관로를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 하측 관로를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 하우징(100), 하우징(100) 내부에 각각 배치된 다수의 배터리 셀(200), 인쇄회로기판(PCB: printed circuit board)(300), 방열판(400)을 포함할 수 있다.
하우징(100)은 서로 분리된 상측 하우징(또는 제1 측 하우징)(110), 하측 하우징(또는 제2 측 하우징)(120), 및 전면 하우징(또는 제3 측 하우징)(130)이 결합된 형태일 수 있으며, 하우징(100)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
상측 하우징(110)과 하측 하우징(120) 각각의 측면(또는 가장자리)이 서로 맞닿는 형태로 상측 하우징(100)과 하측 하우징(120)이 결합될 수 있고, 상측 하우징(110)과 하측 하우징(120) 각각의 대응하는 일 측면은 개방되고, 개방된 일 측면에 전면 하우징(130)이 결합될 수 있다.
이에 따라, 상측 하우징(110)과 하측 하우징(120)이 결합된 형태의 하우징(100)의 일 측면은 개방되고, 개방된 일 측면에 전면 하우징(130)이 결합되어 배터리 팩(1)의 외형이 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 하우징(100)에는 유체의 통로인 유로가 상측 하우징(110), 하측 하우징(120), 및 전면 하우징(130)에 걸쳐 형성될 수 있으며, 유로로 유체가 유입되는 유입관(101), 유로 내의 유체가 유출되는 유출관(102)이 하우징(100)에 배치될 수 있다.
유입관(101) 및 유출관(102)은 전면 하우징(130)에 배치될 수 있으며, 유입관(101)은 전면 하우징(130)의 상측에 위치하여 전면 하우징(130)을 관통하는 형태로 배치될 수 있고, 유출관(102)은 전면 하우징(130)의 하측에 위치하여 전면 하우징(130)을 관통하는 형태로 배치될 수 있다.
아울러, 전면 하우징(130)에는 외부 장치와의 연결을 위한 전원 커넥터(103)가 설치될 수 있으며, 실시예에 따라 신호 커넥터도 설치될 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(1)은 전원 커넥터(103) 및 신호 커넥터를 통해 외부 장치와 연결되어, 신호를 송수신하거나 전원을 공급할 수 있다.
상측 하우징(110)에는 유입관(101)과 연결되는 상측 관로(또는 제1 관로)(111)가 형성되고, 하측 하우징(120)에는 유출관(102)과 연결되는 하측 관로(또는 제2 관로)(121)가 형성되며, 전면 하우징(130)에는 상측 관로와 하측 관로를 연결하는 연결 관로(131)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 연결 관로(131)는 전면 하우징(130)의 상측에 위치하여 상측 관로(111)와 연결되는 제1 연결관(131a), 전면 하우징(130)의 하측에 위치하여 하측 관로(121)와 연결되는 제2 연결관(131b), 및 전면 하우징(130)의 내부에 일 방향(ex, 세로)로 형성되어 제1 연결관(131a)과 제2 연결관(131b) 사이를 연결하는 내부 홀(131c)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 유입관(101), 유출관(102), 제1 연결관(131a), 및 제2 연결관(131b)은 니플(nipple) 형태일 수 있으며, 이들의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따르면, 상측 관로(111)의 일단은 유입관(101)에 연결되고, 상측 관로(111)의 타단은 제1 연결관(131a)에 연결되며, 하측 관로(121)의 일단은 유출관(102)에 연결되고, 하측 관로(121)의 타단은 제2 연결관(131b)에 연결될 수 있다.
이에 따라, 유입관(101)을 통해 유입되는 유체(ex, 냉각수, 상온수 등)는 상측 관로(111)를 따라 상측 하우징(110) 내를 이동한 후, 연결 관로(131)를 통해 하측 관로(121)로 이동되며, 하측 관로(131)를 따라 하측 하우징(120) 내를 이동한 후 유출관(102)을 통해 배터리 팩(1)의 외부로 유출될 수 있다.
하우징(100)에 형성된 유로를 통해 저온의 유체(ex, 냉각수)를 유입시키면, 다수의 배터리 셀(200)에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있고, 이에 따라, 높은 전류에도 배터리 셀(200)의 온도를 최소화시킬 수 있어 높은 전류로 급속 충전할 수 있다.
또한, 겨울철과 같이 배터리 셀(200)의 용량이 저하되는 환경에서는 유로를 통해 일정 온도의 유체(ex, 상온수)를 유입시키면, 배터리 셀(200)의 온도가 낮아지는 것을 방지할 수 있어, 배터리의 용량 감소에 따른 주행거리 감소 문제를 해결할 수 있다.
실시예에 따라, 유입관(101)과 상측 관로(111)의 연결 부위, 유출관(102)과 하측 관로(121)의 연결 부위, 제1 연결관(131a)과 상측 관로(111)의 연결 부위, 및 제2 연결관(131b)과 하측 관로(121)의 연결 부위에서 발생할 수 있는 누수를 방지하기 위하여, 상측 관로(111)와 연결되는 유입관(101) 및 제1 연결관(131a) 각각의 연결 부위, 및 하측 관로(121)와 연결되는 유출관(102) 및 제2 연결관(131b) 각각의 연결 부위에는 오링(또는 가스켓)(140)이 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상측 하우징(110)에는 소정 간격 이격되어 하우징(100) 내부로 돌출된 상측 돌기부(또는 제1 돌기부 또는 상측 하우징 돌기부)(112)가 형성되고, 하측 하우징(120)에는 소정 간격 이격되어 상측 돌기부(112)와 대응하도록 하우징(100) 내부로 돌출된 하측 돌기부(또는 제2 돌기부 또는 하측 하우징 돌기부)(122)가 형성될 수 있다.
상측 돌기부(112) 및 하측 돌기부(122)는 배터리 셀(200) 사이에 배치되어, 배터리 셀(200)의 측면을 감쌀 수 있다.
상측 하우징(110)에 형성되는 상측 관로(111)는 상측 돌기부(112)를 따라 상측 돌기부(112) 내에 형성될 수 있고, 하측 하우징(120)에 형성되는 하측 관로(121)는 하측 돌기부(122)를 따라 하측 돌기부(122) 내에 형성될 수 있다.
따라서, 배터리 셀(200)은 상측 관로(111) 및 하측 관로(121)를 따라 흐르는 유체에 의해 영향을 받으며, 배터리 셀(200)에 의해 발생하는 열이 유체에 의해 흡수되거나, 유체에 의해 배터리 셀(200)의 온도가 낮아지는 것이 방지되거나 배터리 셀(200)의 온도가 높아질 수 있다.
실시예에 따르면, 유로를 통해 흐르는 유체가 외부로 누수되는 것을 방지할 수 있으며, 배터리 팩(1)의 외형을 마감하는 커버(500)가 하우징(100)의 외측에 배치될 수 있다.
커버(500)는 상측 하우징(110)의 외측에 배치되는 상측 커버(또는 제1 커버(510), 및 하측 하우징(120)의 외측에 배치되는 하측 커버(또는 제2 커버)(520)를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 배터리 팩(1)은 적층된 형태로 병렬로 연결될 수 있으며, 배터리 팩(1)의 연결을 위해 전원 버스 바(PB)가 적용될 수 있으며, 전원 버스 바(PB)가 통과하는 홀이 하우징(100) 및 커버(500)에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상측 하우징(110)에 제1 통과 홀(113)이 형성되고, 하측 하우징(120)에 제2 통과 홀(123)이 형성되고, 상측 커버(510)에 제3 통과 홀(511)이 형성되고, 하측 커버(520)에 제4 통과 홀(521)이 형성될 수 있다.
제1 내지 제4 통과 홀(113, 123, 511, 521)은 인쇄회로기판(300)에 배치된 버스 바 소켓(710, 720)과 대응하도록 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 커버(510, 520)에 형성된 통과 홀(511, 521)을 덮는 캡(600)이 커버(510, 520)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상측 캡(또는 제1 캡)(610)이 상측 커버(510) 외측에 배치되어 상측 커버(510)에 형성된 제3 통과 홀(511)을 덮을 수 있고, 하측 캡(또는 제2 캡)(620)이 하측 커버(520) 외측에 배치되어 하측 커버(520)에 형성된 제4 통과 홀(521)을 덮을 수 있다.
캡(600)은 커버(500)에 탈부착 가능하며, 전원 버스 바(PB)가 적용되는 경우에는 커버(500)에서 탈착되어 통과 홀(511, 521)을 개방하고, 전원 버스 바(PB)가 적용되지 않는 경우에는 커버(500)에 부착되어 통과 홀(511, 521)을 덮을 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 주요 부분을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따라 배터리 셀과 방열판이 결합된 상태를 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따라 인쇄회로기판에 방열판이 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
인쇄회로기판(300)은 상측 인쇄회로기판(또는 제1 인쇄회로기판 또는 상측 PCB 또는 제1 PCB)(310), 하측 인쇄회로기판(또는 제2 인쇄회로기판 또는 하측 PCB 또는 제2 PCB)(320), 및 전면 인쇄회로기판(또는 제3 인쇄회로기판)(330)을 포함할 수 있으며, 인쇄회로기판(300)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
상측 인쇄회로기판(310)은 상측 하우징(110)의 하부에 배치되고, 하측 인쇄회로기판(320)은 하측 하우징(120)의 상부에 배치되고, 전면 인쇄회로기판(330)은 전면 하우징(130)의 내측면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상측 인쇄회로기판(310), 하측 인쇄회로기판(320), 및 전면 인쇄회로기판(330)은 접착테이프 등의 접착부재에 의해 하우징(100)에 부착되어 고정될 수 있으며, 고정 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 인쇄회로기판(330)은 배터리 팩(1)과 외부 장치를 전기적으로 연결하는 구성으로서, 전원 단자(331)를 통해 하우징(100)의 전면 하우징(130)에 배치된 전원 커넥터(103)와 연결되고, 제1 연결 커넥터(또는 전면부 상측 전원 및 신호 커넥터)(332)를 통해 상측 인쇄회로기판(310)과 연결되고, 제2 연결 커넥터(또는 전면부 하측 전원 및 신호 커넥터)(333)를 통해 하측 인쇄회로기판(320)과 연결될 수 있다.
인쇄회로기판(300)에는 배터리 모니터링 IC, 전압 측정 센서, 충방전 제어 IC, 보호 회로부 등의 전자 부품이 배치되며, 예를 들어, 전자 부품은 상측 인쇄회로기판(310), 하측 인쇄회로기판(320), 및 전면 인쇄회로기판(330)에 선택적으로 배치될 수 있다.
전원 단자(331)는 (+)단자와 (-)단자를 포함하며, 전면 인쇄회로기판(330)을 관통하도록 배치되어, 일단은 전면 인쇄회로기판(330)의 내측면에 배치되고, 타단은 전면 인쇄회로기판(300)의 외측면을 통과하여 노출될 수 있으며, 전원 단자(331)의 타단은 전면 하우징(130)을 관통하여 노출될 수 있고, 노출된 타단이 전원 커넥터(103)에 연결될 수 있다.
전면 인쇄회로기판(330)의 외측면에 배치되는 일단은 전면 하우징(130)에 배치되어 외부 장치와 연결되는 전원 커넥터(103)와 연결되고, 전면 인쇄회로기판(330)의 내측면에 배치되는 타단은 전면 인쇄회로기판(330)의 배선에 의해 연결 커넥터(332, 333)에 연결될 수 있다.
상측 인쇄회로기판(310) 및 하측 인쇄회로기판(320)에는 배터리 셀(200) 각각의 (+)단자 또는 (-)단자가 접촉되는 단자부가 패턴 형성되어 있다.
예를 들어, 상측 인쇄회로기판(310)에는 배터리 셀(200)의 (+)단자 또는 (-)단자와 연결되는 상측 단자부(또는 제1 단자부)(311)가 패턴 형성되고, 하측 인쇄회로기판(320)에는 배터리 셀(200)의 (+)단자 또는 (-)단자와 연결되는 하측 단자부(또는 제2 단자부)(321)가 형성될 수 있다.
상측 단자부(311) 및 하측 단자부(321)는 다수 형성될 수 있고, 상측 단자부(311) 및 하측 단자부(321)는 배터리 셀(200)의 단자와 직접 접속되는 다수의 접속 단자를 포함할 수 있다.
상측 단자부(311) 및 하측 단자부(321)는 서로 대응하도록 형성되며, 상측 단자부(311) 및 하측 단자부(321) 각각은 소정 간격 이격되어 스트라이프 형태로 배치될 수 있다. 그리고, 상측 단자부(311) 사이에는 상측 하우징(110)의 상측 돌기부(112)가 배치될 수 있고, 하측 단자부(321) 사이에는 하측 하우징(120)의 하측 돌기부(122)가 배치될 수 있다.
상측 단자부(311) 사이의 간격을 통해 상측 돌기부(112)가 통과하고, 하측 단자부(321) 사이의 간격을 통해 하측 돌기부(122)가 통과할 수 있다.
상측 인쇄회로기판(310)에는 상측 단자부(311)와 연결되는 상측 커넥터(또는 상측 전원 및 신호 커넥터)(312)가 배치되고, 하측 인쇄회로기판(320)에는 하측 단자부(321)와 연결되는 하측 커넥터(또는 하측 전원 및 신호 커넥터(322)가 배치될 수 있다.
전면 인쇄회로기판(330)은 상측 인쇄회로기판(310) 및 하측 인쇄회로기판(320) 각각과 물리적으로 연결될 수 있으며, 제1 연결 커넥터(332)를 통해 상측 인쇄회로기판(310)과 전기적으로 연결되고, 제2 연결 커넥터(333)를 통해 하측 인쇄회로기판(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.
예를 들어, 전면 인쇄회로기판(330)의 제1 연결 커넥터(332)가 상측 인쇄회로기판(310)의 상측 커넥터(312)와 접속되고, 전면 인쇄회로기판(330)의 제2 연결 커넥터(333)가 하측 인쇄회로기판(320)의 하측 커넥터(322)와 접속될 수 있다.
이에 따라, 전면 인쇄회로기판(330)이 상측 인쇄회로기판(310) 및 하측 인쇄회로기판(320)과 연결됨으로써, 전면 인쇄회로기판(330)에 배치된 전자 부품이 배터리 셀(200)과 관련한 동작을 수행할 수 있다.
이와 같이, 전면 인쇄회로기판(330)이 상측 및 하측 인쇄회로기판(310, 320)과 커넥터(312, 322, 332, 333)를 통해 직접 접속되는 구조를 통해 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 이루어지기 때문에 공정이 단순하여 제조 원가를 낮출 수 있으며, 상측 인쇄회로기판(310)과 하측 인쇄회로기판(320)의 전원 및 신호를 위한 전기적 연결이 추가적인 부품없이 바로 이루어지기 때문에 경제적이다.
실시예에 따르면, 배터리 팩(1)을 병렬로 연결하기 위한 전원 버스 바(PB)가 인쇄회로기판(300)에 배치되는데, 전원 버스 바(PB)는 인쇄회로기판(300)에 배치된 버스 바 소켓(700)에 연결될 수 있다.
상측 인쇄회로기판(310)에 상측 버스 바 소켓(또는 제1 버스 바 소켓)(710)이 배치되고, 하측 인쇄회로기판(320)에 하측 버스 바 소켓(또는 제2 버스 바 소켓)(720)이 배치될 수 있다.
상측 버스 바 소켓(710)은 상측 하우징(110)에 형성된 제1 통과 홀(113) 및 상측 커버(510)에 형성된 제3 통과 홀(511)과 대응하도록 상측 인쇄회로기판(310)에 배치되고, 하측 버스 바 소켓(720)은 하측 하우징(120)에 형성된 제2 통과 홀(123) 및 하측 커버(520)에 형성된 제4 통과 홀(521)과 대응하도록 하측 인쇄회로기판(320)에 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 배터리 팩(1)의 상호 연결을 위해 신호 버스 바가 추가적으로 배치될 수 있으며, 이를 위해, 인쇄회로기판(300)에 배치된 버스 바 소켓(710)은 전원의 경로를 형성할 수 있도록 구현되거나, 신호의 경로를 형성할 수 있도록 구현되거나, 전원 및 신호의 경로를 형성할 수 있도록 구현될 수 있다.
버스 바 소켓(710, 720)이 전원 및 신호를 위한 경로를 형성할 수 있도록 구현된 경우, 상측 인쇄회로기판(310) 및 하측 인쇄회로기판(320) 각각에는 전원용 버스 바 소켓(상측 전원용 버스 바 소켓, 하측 전원용 버스 바 소켓)과 신호용 버스 바 소켓(상측 신호용 버스 바 소켓, 하측 신호용 버스 바 소켓)이 배치될 수 있다.
아울러, 상측 하우징(110), 하측 하우징(120), 상측 커버(510), 및 하측 커버(520) 각각에는 신호용 버스 바 소켓과 대응하는 통과 홀(제5 내지 제8 통과 홀)이 형성될 수 있다. 실시 예에 따르면, 다수의 배터리 셀(200)은 하우징(100) 내부에 일방향으로 인쇄회로기판(300)에 접촉되도록 배치되며, 상측 인쇄회로기판(310)과 하측 인쇄회로기판(320) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀(200)은 상측 인쇄회로기판(310)의 상측 단자부(311)에 (+)단자가 접촉되고 하측 인쇄회로기판(320)의 하측 단자부(321)에 (-)단자가 접촉되는 형태로 배치되거나, 상측 인쇄회로기판(310)의 상측 단자부(311)에 (-)단자가 접촉되고 하측 인쇄회로기판(320)의 하측 단자부(321)에 (+)단자가 접속되는 형태로 배치될 수 있다.
이와 같이, 배터리 셀(200)이 인쇄회로기판(300)에 패턴 형성된 단자부(311, 321)에 직접 접촉되어 직/병렬로 연결되기 때문에 배터리 셀(200)의 연결을 위한 용접 공정이 필요하지 않다. 용접부가 없기 때문에 하나의 배터리 셀이 불량 나더라도 쉽게 불량 셀만 교체하면 되기 때문에 유지보수에 경제적이며 환경오염을 감소시키는 효과가 있다.
실시예에 따라, 배터리 셀(200)과 단자부(311, 321) 사이의 접촉력을 높이기 위하여, 배터리 셀(200)과 단자부(311, 321) 사이에는 스프링 형태의 금속판이 추가적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 스프링 형태의 금속판은 단자부(311, 321)에 고정적으로 설치될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 셀(200)을 개별적으로 감싸는 형태의 방열판(400)이 하우징(100) 내부에 배치될 수 있다.
예를 들어, 다수의 배터리 셀(200)은 서로 소정 간격 이격되어 격자 구조로 배치될 수 있고, 방열판(400)은 다수의 배터리 셀(200) 사이의 간격을 메우는 형태로 배치될 수 있으며, 다수의 배터리 셀(200) 각각의 측면을 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
이와 같이 배터리 셀(200) 단위로 방열판(400)을 적용하기 때문에, 배터리 셀(200)에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있으며, 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
방열판(400)의 두께는 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있으며, 배터리 셀(200)과 방열판(400)의 접촉 면적이 넓으면 배터리 셀(200)과 방열판(400) 사이의 열전도를 높일 수 있어 방열 효과를 증대시킬 수 있으므로, 방열판(400)은 배터리 셀(200)의 측면 전체를 감싸는 형태로 배치될 수 있으며, 방열판(400)이 배터리 셀(200)을 감싸는 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따라, 배터리 셀(200)과 방열판(400) 사이의 밀착력 및 열 전도성을 증가시키기 위해 배터리 셀(200)과 방열판(400) 사이에 써멀 그리스 또는 써멀 패드 등이 배치될 수 있다.
실시예에 따르면, 방열판(400)은 스트라이프 형태로 배치되는 다수의 방열판들로 구성될 수 있으며, 다수의 방열판들은 양쪽 가장자리에 각각 배치되는 외측 방열판(410)과, 외측 방열과(410) 사이에 배치되는 내측 방열판(420)을 포함할 수 있다.
외측 방열판(410)의 배터리 셀(200)과 접촉되는 부위는 배터리 셀(200)의 측면과 동일한 형상으로 형성되고, 내측 방열판(420)의 배터리 셀(200)과 접촉되는 부위는 배터리 셀(200)의 측면과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
외측 방열판(410)은 동일한 형상으로 형성되고, 내측 방열판(420)은 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 내측 방열판(420)의 개수가 증가하더라도, 내측 방열판(420)의 구조가 동일하므로 제조 공정상 비용 증가를 최소화하면서 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
또한, 배터리 셀(200)이 방열판(400)에 의해 1차적으로 외측면이 보호되고, 배터리 셀 전체를 통합적으로 감싸는 하우징(100)에 의해 2차적으로 보호되기 때문에, 외부 충격에 의한 파손, 및 이로 인한 폭발/화재 등의 사고를 방지할 수 있다.
실시예에 따라, 상측 하우징(110)에 상측 관로(111)가 내부에 배치된 상측 돌기부(112)가 형성되고, 하측 하우징(120)에 하측 관로(121)가 내부에 배치된 하측 돌기부(122)가 형성되는 경우, 방열판(400)은 상측 돌기부(112) 및 하측 돌기부(122)와 접촉할 수 있으며, 이에 따라, 상측 돌기부(112)는 방열판(400)의 상면과 접촉하고, 하측 돌기부(122)는 방열판(400)의 하면에 접촉할 수 있다.
상측 돌기부(112)의 내부에는 상측 관로(111)가 배치되고, 하측 돌기부(122)의 내부에는 하측 관로(121)가 배치되기 때문에, 방열판(400)의 열도 상측 관로(111) 및 하측 관로(121)을 따라 흐르는 냉각수에 의해 흡수될 수 있기 때문에, 배터리 셀(200)의 온도를 보다 효율적으로 낮출 수 있다.
한편, 방열판(400)과 돌기부(112, 122) 사이의 밀착력을 높이기 위해서, 방열판(400)과 돌기부(112, 122) 사이에 써멀 그리스 또는 써멀 패드 등이 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 적층된 상태를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩이 적층되기 전 상태를 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따라 적층된 배터리 팩의 전면부를 나타낸 단면도이며, 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 적층된 배터리 팩의 전면부를 나타낸 다른 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 배터리 팩(1)을 연결하여 용량을 늘릴 수 있는 구조를 가지며, 예를 들어, 다수의 배터리 팩(1)은 적층 형태로 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 2개의 배터리 팩(1-1, 1-2)이 연결되는 것이 예시되나 이에 한정되는 것은 아니며, 3개 이상의 배터리 팩이 이하에서 설명되는 방법에 따라 연결될 수 있다.
적층된 2개의 배터리 팩(1-1, 1-2)은 전원 버스 바(PB)를 통해 연결되며, 전원 버스 바(PB)는 배터리 팩(1-1, 1-2) 각각의 인쇄회로기판에 배치된 버스 바 소켓에 연결될 수 있다.
배터리 팩(1-1, 1-2)이 적층된 구조에서 2개의 배터리 팩(1-1, 1-2) 각각은 단위 배터리 팩(또는 서브 배터리 팩)이 될 수 있으며, 적층된 2개의 단위 배터리 팩(1-1, 1-2)이 하나의 배터리 팩(1')을 구성할 수 있다.
하부에 위치하는 배터리 팩(제1 배터리 팩 또는 제1 서브 배터리 팩)(1-1) 과 상부에 위치하는 배터리 팩(제2 배터리 팩 또는 제2 서브 배터리 팩)(1-2)을 연결하기 위해, 제1 배터리 팩(1-1)의 상측 캡(610)과 제2 배터리 팩(1-2)의 하측 캡(620)이 제거되어, 제1 배터리 팩(1-1)의 상측 커버(510')의 제3 통과 홀(511')과 제2 배터리 팩(1-2)의 하측 커버(520")의 제4 통과 홀(521")은 개방되어 연결된 상태가 된다.
전원 버스 바(PB)는 제1 배터리 팩(1-1)의 상측 인쇄회로기판(310')에 배치된 상측 버스 바 소켓(710')과, 제2 배터리 팩(1-2)의 하측 인쇄회로기판(320")에 배치된 하측 버스 바 소켓(720")에 각각 연결될 수 있다.
전원 버스 바(PB)는 제1 배터리 팩(1-1)의 상측 하우징(110')에 형성된 제1 통과 홀(111'), 제1 배터리 팩(1-1)의 상측 커버(510')에 형성된 제3 통과 홀(511'), 제2 배터리 팩(1-2)의 하측 하우징(120")에 형성된 제2 통과 홀(121"), 및 제2 배터리 팩(1-2)의 하측 커버(520")에 형성된 제4 통과 홀(521")을 통과할 수 있다.
또한, 제1 배터리 팩(1-1) 및 제2 배터리 팩(1-2) 중 하나의 배터리 팩에 설치된 전원 커넥터(103)가 제거될 수 있으며, 본 실시예에서는 제1 배터리 팩(1-1)에 설치된 전원 커넥터가 제거되어 제2 배터리 팩(1-2)에 설치된 전원 커넥터(103")이 구비되어 있으며, 제2 배터리 팩(1-2)에 설치된 전원 커넥터(103")가 제거될 수 있고, 제거된 전원 커넥터 대신에 전면 캡(800)이 적용될 수 있다.
실시예에 따르면, 유체가 제1 배터리 팩(1-1)과 제2 배터리 팩(1-2)을 경유할 수 있도록 하기 위해, 제2 배터리 팩(1-2)의 유출관(102")과 제1 배터리 팩(1-1)의 유입관(101')을 연결하는 관 연결부(900)가 적용될 수 있다.
따라서, 제2 배터리 팩(1-2)의 유입관(101")을 통해 유입되는 유체는 제2 배터리 팩(1-2)에 형성된 유로, 관 연결부(900), 및 제1 배터리 팩(1-1)에 형성된 유로를 따라 이동된 후 제1 배터리 팩(1-1)의 유출관(102')를 통해 유출될 수 있다.
관 연결부(900)는 도 12 내지 도 14에서와 같이 제1 배터리 팩(1-1)과 제2 배터리 팩(1-2)의 외측에 배치되어 제2 배터리 팩(1-2)의 유출관(102")과 제1 배터리 팩(1-1)의 유입관(101')을 연결하는 관일 수 있다.
관 연결부(900)는 도 15에서와 같이 제1 배터리 팩(1-1)의 전면 하우징(130') 내부 및 제2 배터리 팩(1-2)의 전면 하우징(130") 내부에 걸쳐 배치되며, 제2 배터리 팩(1-2)의 유출관(102")의 하부와 제1 배터리 팩(1-1)의 유입관(101')의 상부를 연결하는 관일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(1)을 조립하는 방식을 설명하면, 배터리 셀(200)과 내측 방열판(420)에 써멀 그리스를 도포하거나, 배터리 셀(200)과 내측 방열판(420) 사이에 써멀 패드를 배치시킨 상태에서 배터리 셀(200)과 내측 방열판(420)을 정렬시킨 후 측면에서 압력을 가하여 배터리 셀(200)과 내측 방열판(420)을 결합시킬 수 있다.
배터리 셀(200)과 내측 방열판(420)이 결합된 상태에서 써멀 그리스가 도포된 외측 방열판(410)을 정렬 및 밀착시켜 배터리 셀(200)과 방열판(400)이 결합된 배터리-방열판 조립체를 제조할 수 있다.
그리고, 상측 하우징(110), 상측 인쇄회로기판(310), 상측 커버(510), 및 상측 캡(610)을 결합하여 상측 구조물 조립체를 제조하고, 하측 하우징(120), 하측 인쇄회로기판(320), 하측 커버(520), 및 하측 캡(620)을 결합하여 하측 구조물 조립체를 제조하고, 전면 하우징(130)과 전면 인쇄회로기판(330)을 결합하여 측면 구조물 조립체을 제조할 수 있다.
배터리-방열 조립체, 상측 구조물 조립체, 하측 구조물 조립체, 및 측면 구조물 조립체를 제조하는 순서는 공정에 따라 변경될 수 있다.
이후, 배터리-방열 조립체, 상측 구조물 조립체, 하측 구조물 조립체, 및 측면 구조물 조립체를 결합시켜 배터리 팩(1)을 제조할 수 있다.
예를 들어, 상측 하우징(110)의 상측 돌기부(112)에 써멀 그리스를 도포한 상태에서 상측 구조물 조립체가 배터리-방열 조립체와 결합되고, 하측 하우징(120)의 하측 돌기부(122)에 써멀 그리스를 도포한 상태에서 하측 구조물 조립체가 배터리-방열 조립체와 결합되어 몸체 조립체가 제조된 후, 측면 구조물 조립체가 몸체 조립체에 결합될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 100: 하우징
110: 상측 하우징 120: 하측 하우징
130: 전면 하우징 200: 배터리 셀
300: 인쇄회로기판 310: 상측 인쇄회로기판
320: 하측 인쇄회로기판 330: 전면 인쇄회로기판
400: 방열판 410: 외측 방열판
420: 내측 방열판 500: 커버
510: 상측 커버 520: 하측 커버
600: 캡 610: 상측 캡
620: 하측 캡 700: 버스 바 소켓
710: 상측 버스 바 소켓 720: 하측 버스 바 소켓
800: 전면 캡 900: 관 연결부

Claims (12)

  1. 내부에 다수의 배터리 셀이 소정 간격 이격되어 격자 구조로 정렬되며, 외측에 유입관 및 유출관이 설치된 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되며, 상기 다수의 배터리 셀 각각이 무용접에 의해 접속되는 인쇄회로기판; 및
    상기 다수의 배리리 셀 각각의 측면을 개별적으로 감싸도록 상기 하우징 내에 배치된 방열판을 포함하고,
    상기 유입관 및 상기 유출관과 연결된 유로가 상기 하우징에 형성되고, 상기 유로를 통해 흐르는 유체에 의해 상기 다수의 배터리 셀의 온도를 낮추거나 상기 다수의 배터리 셀의 온도를 상승시키는, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은, 상기 유입관과 연결되는 상측 관로가 형성된 상측 하우징;
    상기 유출관과 연결되는 하측 관로가 형성된 하측 하우징; 및
    외부 장치와 연결되는 전원 및 신호 커넥터, 상기 유입관 및 상기 유출관이 설치되며, 상기 상측 관로와 상기 하측 관로를 연결하는 연결 관로가 형성된 전면 하우징을 포함하고,
    상기 연결 관로는,
    상기 상측 관로와 연결된 제1 연결관;
    상기 하측 관로와 연결된 제2 연결관; 및
    상기 전면 하우징의 내부에 형성되고 상기 제1 연결관과 상기 제2 연결관을 연결하는 내부 홀을 포함하는, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  3. 제 2 항에 있어서,
    소정 간격 이격되어 상기 하우징 내부로 돌출되고, 상기 상측 관로가 형성된 상측 돌기부가 상기 상측 하우징에 형성되고,
    소정 간격 이격되어 상기 상측 돌기부와 대응하도록 상기 하우징 내부로 돌출되고, 상기 하측 관로가 형성된 하측 돌기부가 상기 하측 하우징에 형성되고,
    상기 상측 돌기부 및 상기 하측 돌기부는 상기 다수의 배터리 셀 사이에 배치되어 상기 다수의 배터리 셀의 측면을 감싸는 한편, 상기 상측 돌기부는 상기 방열판의 상면과 접촉하고, 상기 하측 돌기부는 상기 방열판의 하면과 접촉하는, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판은,
    상기 상측 하우징의 하부에 배치되고, 전원용 및 신호용 상측 버스 바 소켓이 배치된 상측 인쇄회로기판;
    상기 하측 하우징의 상부에 배치되고, 전원용 및 신호용 하측 버스 바 소켓이 배치된 하측 인쇄회로기판; 및
    상기 전면 하우징의 내측면에 배치된 전면 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 상측 및 하측 하우징 각각에 상기 전원용 및 신호용 상측 버스 바 소켓과 대응하도록 제1 및 제5 통과홀이 형성되고, 상기 전원용 및 신호용 하측 버스 바 소켓과 대응하도록 제2 및 제6 통과 홀이 형성된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상측 하우징의 외측에 배치되고, 상기 제1 및 제5 통과 홀과 대응하도록 제3 및 제7 통과 홀이 형성된 상측 커버;
    상기 하측 하우징의 외측에 배치되고, 상기 제2 및 제6 통과 홀과 대응하도록 제4 및 제8 통과 홀이 형성된 하측 커버;
    상기 상측 커버의 상기 제3 통과 홀을 덮는 상측 캡; 및
    상기 하측 커버의 상기 제4 통과 홀을 덮는 하측 캡을 포함하는, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 단자와 연결되고, 소정 간격 이격되어 스트라이프 형태로 배치된 다수의 상측 단자부가 상기 상측 인쇄회로기판에 패턴 형성되고,
    상기 배터리 셀의 단자와 연결되며, 소정 간격 이격되어 스트라이프 형태로 배치된 다수의 하측 단자부가 상기 상측 단자부와 대응하도록 상기 하측 인쇄회로기판에 패턴 형성되고,
    상기 상측 돌기부는 상기 상측 단자부 사이를 통과하여 상기 배터리 셀의 측면을 감싸고, 상기 하측 돌기부는 상기 하측 단자부 사이를 통과하여 상기 배터리 셀의 측면을 감싸는, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상측 인쇄회로기판에 상기 다수의 상측 단자부와 연결되는 상측 커넥터가 배치되고,
    상기 하측 인쇄회로기판에 상기 다수의 하측 단자부와 연결되는 하측 커넥터가 배치되고,
    상기 전면 인쇄회로기판에 상기 전원 커넥터와 연결되는 전원 단자, 상기 상측 커넥터와 직접 접속되는 제1 연결 커넥터와 상기 하측 커넥터, 및 직접 접속되는 제2 연결 커넥터가 배치된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판은 스트라이프 형태로 배치되는 다수의 방열판들로 구성되며,
    양쪽 가장자리에 각각 배치되고, 동일한 형상으로 형성된 외측 방열판; 및
    상기 외측 방열판 사이에 배치되고, 동일한 형상으로 형성된 다수의 내측 방열판을 포함하고,
    상기 배터리 셀과 접촉되는 상기 외측 방열판의 부위는 상기 배터리 셀의 측면과 동일한 형상으로 형성되고, 상기 배터리 셀과 접촉되는 상기 내측 방열판의 부위는 상기 배터리 셀의 측면과 동일한 형상으로 형성된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  9. 적층되어 병렬 연결된 다수의 서브 배터리 팩을 포함하고,
    상기 다수의 서브 배터리 팩 중 하부에 위치하는 제1 서브 배터리 팩, 및 상기 제1 서브 배터리 팩의 상부에 위치하는 제2 서브 배터리 팩 각각은 제 5 항의 배터리 팩이고,
    상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 상측 캡, 및 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 하측 캡은 제거되어 상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 상측 커버에 형성된 상기 제3 통과 홀과 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 하측 커버에 형성된 상기 제4 통과 홀이 개방되어 연결되고,
    전원 버스 바 및 신호 버스 바가 상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 상측 인쇄회로기판에 배치된 전원용 및 신호용 상측 버스 바 소켓과 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 하측 인쇄회로기판에 배치된 전원용 및 신호용 하측 버스 바 소켓에 연결된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전원 버스 바 및 상기 신호 버스 바는 상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 상측 하우징에 형성된 상기 제1 및 제5 통과 홀, 상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 상측 커버에 형성된 상기 제3 및 제7 통과 홀, 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 하측 하우징에 형성된 상기 제2 및 제6 통과 홀, 및 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 하측 하우징에 형성된 상기 제4 및 제8 통과 홀을 관통하도록 배치된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 유입관과 상기 제2 서브 배터리 팩의 상기 유출관을 연결하는 관 연결부가 배치되고,
    상기 제1 서브 배터리 팩의 상기 전원 커넥터 대신에 전면 캡이 배치된, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 관 연결부는 상기 제1 및 제2 서브 배터리 팩의 외측에 배치되어 상기 제1 서브 배터리 팩의 유입관과 상기 제2 서브 배터리 팩의 유출관을 연결하는 관이거나, 상기 제1 서브 배터리 팩의 전면 하우징의 내부 및 상기 제2 서브 배터리 팩의 전면 하우징의 내부에 걸쳐 배치되며, 상기 제2 서브 배터리 팩의 유출관의 하부와 상기 제1 서브 배터리 팩의 유입관의 상부를 연결하는 관인, 셀별 방열 구조가 적용된 소형 전기차용 배터리 팩.
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