KR20230099654A - 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들 및 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들과 전기적으로 연결되며, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 적어도 둘 이상의 그룹으로 관리하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치{BATTERY PACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치에 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 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
아울러, 최근, 전력 부족이나 친환경 에너지 등과 같은 이슈가 부각되면서, 생산된 전력을 저장하기 위한 에너지 저장 장치(ESS; Energy Storage System)가 많은 주목을 받고 있다. 대표적으로, 이러한 에너지 저장 장치를 이용하면, 스마트 그리드 시스템(Smart Grid System)과 같은 전력 관리 체계 구축이 용이하여, 특정 지역이나 도시 등에서 용이하게 전력 수급 조절이 가능할 수 있다. 또한, 전기 자동차에 대한 상용화가 본격화되면서 전기 자동차를 충전시킬 수 있는 전기 충전소에도 이러한 에너지 저장 장치가 적용될 수 있다.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들 및 이러한 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 제어하는 제어 모듈을 포함하여 구성된다. 종래 제어 모듈에서는, 일반적으로, 하나의 제어 모듈로써, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들 전부를 제어하는데, 이러한 제어로 인해 처리 속도의 지연이나 처리 품질의 저하가 빈번하게 발생하는 문제가 있다.
또한, 종래 배터리 팩에서는, 이를 해결하기 위해, 각 셀 모듈 어셈블리마다 개별적인 제어 모듈을 구비하여 일대일 제어를 통해 전술한 문제를 해결하려고 하였으나, 이 경우, 셀 모듈 어셈블리의 개수만큼 제어 모듈의 개수가 필요하게 되어, 제조 원가 측면에서 제조비가 상승하는 문제가 있으며, 늘어난 제어 모듈의 개수만큼 배터리 팩 내에서 차지하는 공간이 늘어나 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
그러므로, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 제어하는 제어 모듈의 제어 효율을 보다 더 높임과 아울러 가격 경쟁력을 확보하면서 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 제어하는 제어 모듈의 제어 효율을 보다 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 제조 비용을 저감할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
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.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들 및 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들과 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 적어도 둘 이상의 그룹으로 관리하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
또한, 바람직하게, 상기 적어도 둘 이상의 그룹은, 각각, 적어도 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들은, 적어도 2열로 상호 적층되며, 상기 제어 모듈은, 각 열의 셀 모듈 어셈블리들을 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 적어도 둘 이상의 그룹은, 소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 제1 셀 모듈 그룹; 및 상기 제1 셀 모듈 그룹과 소정 거리 이격 배치되며, 소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 제2 셀 모듈 그룹을 포함하며, 상기 제어 모듈은, 상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹을 개별적으로 관리할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹 사이에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제어 모듈은, 상기 제1 셀 모듈 그룹과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 셀 모듈 그룹을 제어하는 제1 제어부; 및 상기 제2 셀 모듈 그룹과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 셀 모듈 그룹을 제어하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹 사이에 구비되며, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 배터리 팩은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제어 모듈을 연결하는 연결 케이블 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각, 각각의 셀 모듈 그룹을 관리하기 위한 제어 보드; 및 상기 제어 보드에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛과 연결되는 케이블 접속부를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각, 상기 제어 보드에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛을 고정하는 케이블 홀더를 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 연결 케이블 유닛은, 상기 제1 셀 모듈 그룹의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제1 제어부를 연결하는 제1 연결 케이블; 및 상기 제2 셀 모듈 그룹의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제2 제어부를 연결하는 제2 연결 케이블을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부의 사이에는, 상기 제1 연결 케이블과 상기 제2 연결 케이블의 수용을 위한 케이블 수용 공간이 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각, 네 개의 셀 모듈 어셈블리를 관리하도록 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 에너지 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 제어하는 제어 모듈의 제어 효율을 보다 높일 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 제조 비용을 저감할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 후방을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 평면도이다.
도 4는 도 3의 배터리 팩의 주요부의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제어 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 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 안 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용될 수 있으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이하의 설명에서 사용되는 제1, 제2, 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 후방을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 팩(10)은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200) 및 제어 모듈(500)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)은, 각각, 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 배터리 셀은, 이차 전지로 구비될 수 있다. 예로써, 상기 하나 이상의 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 하나 이상의 배터리 셀이 파우치형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
각각의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들, 이러한 복수 개의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 버스바 유닛 및 상기 복수 개의 배터리 셀들 및 버스바 유닛의 적어도 일부를 커버하는 커버 하우징을 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 관리하기 위한 것으로서, BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)일 수 있다.
구체적으로, 상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)의 충방전, 전압 및 온도 센싱 등을 통해 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 동작을 제어할 수 있다. 한편, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)의 개수는, 요구되는 배터리 팩(10)의 용량이나 사이즈에 따라 가변될 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 적어도 둘 이상의 그룹(100, 200)으로 나누어 관리할 수 있다. 즉, 상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 적어도 둘 이상의 그룹(100, 200)으로 나누어 각각의 그룹을 개별적으로 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제어 모듈(500)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 적어도 두 개의 그룹(100, 200)으로 나누어 관리하도록 구성됨으로써, 종래와 같은 하나의 제어 모듈로 복수 개의 셀 모듈 어셈블리 전체를 관리할 때와 대비하여 보다 더 빠르게 정확한 제어 처리 속도를 확보할 수 있고, 제어 품질 또한 현저히 높일 수 있다.
상기 적어도 둘 이상의 그룹(100, 200)은, 각각, 적어도 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140; 210, 220, 230, 240)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제어 모듈(500)은, 적어도 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140; 210, 220, 230, 240)을 포함하는 그룹들(100, 200)을 관리하도록 구성되는 바, 종래 하나의 셀 모듈 어셈블리마다 하나의 제어 모듈로써 관리하는 구조와 대비하여 제조 원가를 보다 더 낮출 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 적어도 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140; 210, 220, 230, 240)을 포함하는 그룹들(100, 200)을 관리하도록 구성되는 상기 제어 모듈(500)을 통해, 상기 제어 모듈(500)의 제어 품질을 확보하면서 전체 배터리 팩(10)에서 상기 제어 모듈(500)의 점유 공간을 줄여 상기 배터리 팩(10)의 에너지 밀도를 최대한 확보할 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 평면도이며, 도 4는 도 3의 배터리 팩의 주요부의 확대도이다.
도 3, 도 4, 앞선 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)은, 적어도 2열로 상호 적층될 수 있다. 상기 제어 모듈(500)은, 각 열의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 개별적으로 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 제어 모듈(500)이 동일 열에 배열되는 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 개별적으로 제어함으로써, 추후 점검이나 관리 시 작업자 등의 관리 효율을 보다 더 높일 수 있다.
상기 적어도 둘 이상의 그룹(100, 200)은, 제1 셀 모듈 그룹(100) 및 제2 셀 모듈 그룹(200)을 포함할 수 있다.
상기 제1 셀 모듈 그룹(100)은, 소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다. 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 셀 모듈 그룹(200)은, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 소정 거리 이격 배치되며, 소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)을 포함할 수 있다. 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은, 상기 제1 모듈 그룹(100)과 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)을 개별적으로 관리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 모듈(500)은, 상기 제1 모듈 그룹(100) 및 상기 제2 모듈 그룹(200)의 충방전, 전압 및 온도 센싱 등을 각 그룹마다 개별적으로 제어할 수 있다.
상기 제어 모듈(500)은, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 상기 제2 셀 모듈 그룹(200) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제어 모듈(500)의 배치에 따라, 상기 제어 모듈(500)과 각 셀 모듈 그룹(100, 200) 간의 연결 구조를 최대한 간소화할 수 있으며, 상기 배터리 팩(10) 내에서 각 셀 모듈 그룹들(100, 200)과의 최단 거리의 연결 거리를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제어 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 앞선 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 제어 모듈(500)은, 제1 제어부(510) 및 제2 제어부(520)를 포함할 수 있다.
상기 제1 제어부(510)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 제어부(510)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)을 묶어 하나의 그룹으로 제어할 수 있다.
상기 제2 제어부(520)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 제어부(520)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)을 묶어 하나의 그룹으로 제어할 수 있다.
상기 제1 제어부(510)와 상기 제2 제어부(520)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 상기 제2 셀 모듈 그룹(200) 사이에 구비되며, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 제어부(510)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 상기 제2 셀 모듈 그룹(200) 사이에서 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 적어도 일부와 마주하게 배치되며, 상기 제2 제어부(520)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)과 상기 제2 셀 모듈 그룹(200) 사이에서 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 적어도 일부와 마주하게 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일측면도이다.
도 6, 및 앞선 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 연결 케이블 유닛(600)을 포함할 수 있다.
상기 연결 케이블 유닛(600)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)과 상기 제어 모듈(500)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 연결 케이블 유닛(600)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)과 상기 제어 모듈(500) 사이의 전기적 연결을 가이드 할 수 있다.
상기 제1 제어부(510)는, 제어 보드(511) 및 케이블 접속부(513)를 포함할 수 있다.
상기 제어 보드(511)는, 인쇄회로기판을 구비하며, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)을 관리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 보드(511)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)의 충방전, 전압 및 온도 센싱 등을 제어할 수 있다.
상기 케이블 접속부(513)는, 상기 제어 보드(511)에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛(600)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 케이블 접속부(513)는, 후술하는 제1 연결 케이블(610)과 연결될 수 있다.
상기 제1 제어부(510)는, 케이블 홀더(515)를 포함할 수 있다.
상기 케이블 홀더(515)는, 상기 제어 보드(511)에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛(600)의 장착 시 상기 연결 케이블 유닛(600)의 유동을 제한할 수 있게 상기 연결 케이블 유닛(600)을 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 케이블 홀더(515)는, 후술하는 제1 연결 케이블(610)을 고정할 수 있다.
이러한 상기 케이블 홀더(515)는, 상기 제어 보드(511)의 후방에 구비되며, 상기 제1 연결 케이블(610)을 끼울 수 있는 대략적으로 후크 형상으로 마련될 수 있다.
상기 케이블 홀더(515)의 형상은 이러한 후크 형상에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 제1 연결 케이블(610)의 유동을 제한하여 안정적인 고정을 위한 기타 다른 형상으로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 제2 제어부(520)는, 상기 제1 제어부(510)와 같이, 제어 보드(521) 및 케이블 접속부(523)를 포함할 수 있다.
상기 제어 보드(521)는, 인쇄회로기판을 구비하며, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)을 관리할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 보드(521)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)의 충방전, 전압 및 온도 센싱 등을 제어할 수 있다.
상기 케이블 접속부(523)는, 상기 제어 보드(521)에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛(600)과 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 케이블 접속부(523)는, 후술하는 제2 연결 케이블(620)과 연결될 수 있다.
상기 제2 제어부(520)는, 상기 제1 제어부(510)와 같이, 케이블 홀더(525)를 포함할 수 있다.
상기 케이블 홀더(525)는, 상기 제어 보드(521)에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛(600)의 장착 시 상기 연결 케이블 유닛(600)의 유동을 제한할 수 있게 상기 연결 케이블 유닛(600)을 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 케이블 홀더(525)는, 후술하는 제2 연결 케이블(620)을 고정할 수 있다.
이러한 상기 케이블 홀더(525)는, 상기 제어 보드(521)의 후방에 구비되며, 상기 제2 연결 케이블(620)을 끼울 수 있는 대략적으로 후크 형상으로 마련될 수 있다.
상기 케이블 홀더(525)의 형상은, 상기 제1 제어부(510)의 상기 케이블 홀더(525)와 같이, 이러한 후크 형상에 한정되는 것은 아니며, 후술하는 제2 연결 케이블(620)의 유동을 제한하여 안정적인 고정을 위한 기타 다른 형상으로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 연결 케이블 유닛(600)은, 제1 연결 케이블(610) 및 제2 연결 케이블(620)을 포함할 수 있다.
상기 제1 연결 케이블(610)은, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)과 상기 제1 제어부(510)를 연결할 수 있다.
이러한 상기 제1 연결 케이블(610)은, 케이블 바디(611), 셀 모듈 포트(613) 및 제어 모듈 포트(615)를 포함할 수 있다.
상기 케이블 바디(611)는, 소정 길이의 전선 케이블로 마련될 수 있다. 이러한 상기 케이블 바디(611)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)의 테두리를 모두 커버할 수 있는 길이로 마련될 수 있다.
상기 케이블 바디(611)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)의 테두리를 따라 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있게 배치될 수 있다.
상기 셀 모듈 포트(613)는, 상기 케이블 바디(611)에 구비되며, 상기 셀 모듈 어셈블리(110, 120, 130, 140)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 셀 모듈 포트(613)는, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리(110, 120, 130, 140)와의 연결을 위해 복수 개로 마련될 수 있다.
상기 제어 모듈 포트(615)는, 상기 케이블 바디(611)에 구비되며, 상기 제어 모듈(500)의 상기 제1 제어부(510)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 모듈 포트(615)는, 상기 제1 제어부(510)의 상기 제어 보드(511)와 연결될 수 있다.
상기 제2 연결 케이블(620)은, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)과 상기 제2 제어부(520)를 연결할 수 있다.
이러한 상기 제2 연결 케이블(620)은, 케이블 바디(621), 셀 모듈 포트(623) 및 제어 모듈 포트(625)를 포함할 수 있다.
상기 케이블 바디(621)는, 소정 길이의 전선 케이블로 마련될 수 있다. 이러한 상기 케이블 바디(621)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)의 테두리를 모두 커버할 수 있는 길이로 마련될 수 있다.
상기 케이블 바디(621)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)의 테두리를 따라 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있게 배치될 수 있다.
상기 셀 모듈 포트(623)는, 상기 케이블 바디(621)에 구비되며, 상기 셀 모듈 어셈블리(210, 220, 230, 240)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 셀 모듈 포트(623)는, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리(210, 220, 230, 240)와의 연결을 위해 복수 개로 마련될 수 있다.
상기 제어 모듈 포트(625)는, 상기 케이블 바디(621)에 구비되며, 상기 제어 모듈(500)의 상기 제2 제어부(520)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 제어 모듈 포트(625)는, 상기 제2 제어부(520)의 상기 제어 보드(521)와 연결될 수 있다.
상기 제1 제어부(510)와 상기 제2 제어부(520)의 사이에는, 상기 제1 연결 케이블(610)과 상기 제2 연결 케이블(620)의 수용을 위한 케이블 수용 공간이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 케이블 수용 공간에는, 상기 제1 연결 케이블(610)의 상기 케이블 바디(611)의 일부 및 상기 제2 연결 케이블(620)의 상기 케이블 바디(621)의 일부가 수용될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 연결 케이블(610) 및 상기 제2 연결 케이블(620)의 유동을 방지함과 아울러 보다 더 효율적으로 상기 배터리 팩(10) 내에 배치시킴으로써 전체 배터리 팩(10)의 에너지 밀도를 보다 더 높일 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 상기 배터리 팩(10)의 기타 구성들을 살펴 보면, 상기 배터리 팩(10)은, 팩 케이스(700)를 포함할 수 있다.
상기 팩 케이스(700)는, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200), 상기 제어 모듈(500) 및 상기 연결 케이블 유닛(600)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 케이스(700)에는, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200), 상기 제어 모듈(500) 및 상기 연결 케이블 유닛(600)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다. 상기 수용 공간은, 상기 팩 케이스(700)의 테두리부로부터 소정 깊이로 단차지게 형성되는 상기 팩 케이스(700)의 저부 공간일 수 있다.
아울러, 도시되지는 않았지만, 상기 팩 케이스(700)는, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200), 상기 제어 모듈(500) 및 상기 연결 케이블 유닛(600)를 덮는 팩 커버를 더 포함하여 구성되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다. 여기서, 상기 팩 케이스(700)는 상기 팩 커버와 볼팅부재를 통해 볼팅 결합될 수 있다.
또한, 상기 팩 케이스(700)의 테두리와 상기 팩 커버의 테두리 사이에는 실링부재가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 실링부재는, 상기 팩 케이스(700)와 상기 팩 커버 사이를 통한 수분이나 이물질 등의 침투를 방지하기 위한 것으로서, 예로써, 실링 개스킷으로 마련될 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 실링부재는, 상기 실링 개스킷 이외에도 상기 팩 케이스(700)와 상기 팩 커버 사이를 밀폐시킬 수 있는 높은 실링 성능을 갖는 기타 다른 부재로 마련되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이외에도, 도시되지는 않았지만, 상기 배터리 팩(10)은, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)의 냉각을 위한 히트 싱크와 같은 냉각 유닛의 구성을 더 포함할 수 있다. 상기 히트 싱크는, 공냉식 또는 수냉식으로 마련될 수 있으며, 상기 팩 케이스(700)의 저부 상측 또는 하측에 구비될 수 있다.
이러한 상기 히트 싱크에는 냉각 유체의 유동을 위한 냉각 유로가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 냉각 유체는 일반적으로 물로 마련되는 냉각수로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 냉각 유체는 액체의 기화, 잠열 등을 통한 상변화물질이나 기타 상기 배터리 팩(10)의 냉각을 위한 다른 냉각 물질로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 상기 제어 모듈(500)의 상기 제1 제어부(510)와 상기 제2 제어부(520)는, 각각, 네 개의 셀 모듈 어셈블리(110, 120, 130, 140; 210, 220, 230, 240)을 관리하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 제어부(510)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(100)의 네 개의 셀 모듈 어셈블리들(110, 120, 130, 140)을 제어하며, 상기 제2 제어부(520)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(200)의 네 개의 셀 모듈 어셈블리들(210, 220, 230, 240)을 제어할 수 있다.
이러한 상기 제1 제어부(510) 및 상기 제2 제어부(520)의 개별적인 그룹 제어를 통해, 상기 제1 제어부(510) 및 상기 제2 제어부(520) 중 어느 하나에서 문제가 생기더라도 나머지 제어부를 통한 셀 모듈 어셈블리들의 제어 동작이 가능할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 어느 하나의 제어부에서 문제가 생기더라도 전체 배터리 팩의 동작 불능 등의 문제가 원천적으로 방지될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 각 셀 모듈 그룹 중 어느 하나의 셀 모듈 어셈블리들 중 일부에서 문제가 생길 경우에도 상기 제어 모듈(500)의 그룹 간 개별 제어를 통해 다른 하나의 셀 모듈 그룹을 개별적으로 제어할 수 있는 바, 각 셀 모듈 그룹 중 어느 하나의 셀 모듈 그룹에서 문제가 생기더라도 전체 배터리 팩의 동작 불능 등의 문제가 원천적으로 방지될 수 있다.
결국, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)에서는, 각 셀 모듈 그룹들(100, 200) 중 어느 하나의 셀 모듈 그룹들(100, 200), 또는 각 제어부(510, 520) 중 어느 하나의 제어부(510, 520)에서 문제가 생기는 경우, 문제가 된 셀 모듈 그룹이나 제어부의 동작을 차단하고, 나머지 정상 상태의 제어부를 통해 정상 상태의 셀 모듈 그룹의 동작을 제어할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(10)의 특정 셀 모듈 그룹(100, 200)에 속하는 어느 하나의 셀 모듈 어셈블리에서 문제 발생 시에도, 상기 제어 모듈(500)을 통해 전체 배터리 팩(10) 중 나머지 정상 상태의 셀 모듈 그룹(100, 200)의 동작을 제어할 수 있기에, 일부 셀 모듈 어셈블리의 문제 발생 시에도 배터리 팩(10) 전체의 작동 불량을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 팩(20)은, 제1 셀 모듈 그룹 내지 제4 셀 모듈 그룹(105, 205, 305, 405) 및 각 셀 모듈 그룹들(105, 205, 305, 405)들을 제어하는 제어 모듈(505)을 포함할 수 있다.
상기 제1 셀 모듈 그룹(105)은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(115, 125, 135, 145)를 포함할 수 있다. 상기 제2 셀 모듈 그룹(205)은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(215, 225, 235, 245)를 포함할 수 있다. 상기 제3 셀 모듈 그룹(305)은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(315, 325, 335, 345)를 포함할 수 있다. 상기 제4 셀 모듈 그룹(405)은, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(415, 425, 435, 445)를 포함할 수 있다.
상기 제어 모듈(505)은, 제1 제어부 내지 제4 제어부(530, 540, 550, 560)를 포함할 수 있다.
상기 제1 제어부(530)는, 상기 제1 셀 모듈 그룹(105)의 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(115, 125, 135, 145)을 제어할 수 있다. 상기 제2 제어부(540)는, 상기 제2 셀 모듈 그룹(205)의 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(215, 225, 235, 245)을 제어할 수 있다. 상기 제3 제어부(550)는, 상기 제3 셀 모듈 그룹(305)의 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(315, 325, 335, 345)을 제어할 수 있다. 상기 제4 제어부(560)는, 상기 제4 셀 모듈 그룹(405)의 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(415, 425, 435, 445)을 제어할 수 있다.
이처럼, 상기 제어 모듈(505)은, 요구되는 배터리 팩(20)의 용량이나 크기 등에 따라, 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 네 개의 셀 모듈 그룹들을 그룹 별로 개별 제어하는 것도 가능할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 제어 모듈을 통해 세 개의 셀 모듈 그룹 제어나 네 개 이상의 셀 모듈 그룹들을 그룹 별로 제어할 수 있게 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10, 20)을 하나 이상 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 이러한 배터리 팩(10, 20) 이외에, 에너지 저장 장치에 포함되는 일반적인 구성요소를 더 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 가정용 주택, 사무용 주택이나 빌딩 등에서 에너지를 저장하기 위해 사용되는, 가정용 또는 사무용으로써의 주택용(건물용) 에너지 저장 장치일 수 있다.
또한, 상기 에너지 저장 장치는, 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10, 20)이 서로 전기적으로 연결된 형태로 다수 포함되도록 할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 에너지 저장 장치의 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 상기 에너지 저장 장치는, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 장소나 장치에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10, 20)을 하나 이상 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 이러한 배터리 팩 이외에 자동차에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10, 20) 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들(100, 200)을 제어하는 제어 모듈(500)의 제어 효율을 보다 높일 수 있는 배터리 팩(10, 20) 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 제조 비용을 저감할 수 있는 배터리 팩(10, 20) 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩(10, 20) 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치를 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.
10: 배터리 팩
20: 배터리 팩
100: 제1 셀 모듈 그룹
110, 120, 130, 140: 셀 모듈 어셈블리
200: 제2 셀 모듈 그룹
210, 220, 230, 240: 셀 모듈 어셈블리
500: 제어 모듈
505: 제어 모듈
510: 제1 제어부
511: 제어 보드, 513: 케이블 접속부, 515: 케이블 홀더
520: 제2 제어부
521: 제어 보드, 523: 케이블 접속부, 525: 케이블 홀더
600: 연결 케이블 유닛
610: 제1 연결 케이블
611: 케이블 바디, 613: 셀 모듈 포트, 615: 제어 모듈 포트
620: 제2 연결 케이블
621: 케이블 바디, 623: 셀 모듈 포트, 625: 제어 모듈 포트
700: 팩 케이스

Claims (14)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    하나 이상의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들; 및
    상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들과 전기적으로 연결되며, 상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 적어도 둘 이상의 그룹으로 관리하는 제어 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 그룹은, 각각,
    적어도 둘 이상의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들은,
    적어도 2열로 상호 적층되며,
    상기 제어 모듈은,
    각 열의 셀 모듈 어셈블리들을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 그룹은,
    소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 제1 셀 모듈 그룹; 및
    상기 제1 셀 모듈 그룹과 소정 거리 이격 배치되며, 소정 방향으로 일렬로 배열되는 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들을 포함하는 제2 셀 모듈 그룹
    을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹을 개별적으로 관리하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제1 셀 모듈 그룹과 전기적으로 연결되며, 상기 제1 셀 모듈 그룹을 제어하는 제1 제어부; 및
    상기 제2 셀 모듈 그룹과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 셀 모듈 그룹을 제어하는 제2 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는,
    상기 제1 셀 모듈 그룹과 상기 제2 셀 모듈 그룹 사이에 구비되며, 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 복수 개의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제어 모듈을 연결하는 연결 케이블 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각,
    각각의 셀 모듈 그룹을 관리하기 위한 제어 보드; 및
    상기 제어 보드에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛과 연결되는 케이블 접속부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각,
    상기 제어 보드에 구비되며, 상기 연결 케이블 유닛을 고정하는 케이블 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 연결 케이블 유닛은,
    상기 제1 셀 모듈 그룹의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제1 제어부를 연결하는 제1 연결 케이블; 및
    상기 제2 셀 모듈 그룹의 셀 모듈 어셈블리들과 상기 제2 제어부를 연결하는 제2 연결 케이블
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부의 사이에는,
    상기 제1 연결 케이블과 상기 제2 연결 케이블의 수용을 위한 케이블 수용 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어부와 상기 제2 제어부는, 각각,
    네 개의 셀 모듈 어셈블리를 관리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
KR1020220181054A 2021-12-27 2022-12-21 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 KR20230099654A (ko)

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