KR20230165155A - 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 배터리 모듈의 측면에서 배터리 셀의 스웰링 제어 및 모듈 고정 역할을 수행하는데 있어, 필요한 강성을 만족시킬 수 있는 사이드 플레이트를 포함하는 배터리 모듈을 개시한다. 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 지지하도록 구성하는 모듈 트레이; 및 상기 셀 어셈블리의 일 측 및 타 측을 각각 커버하도록 구성되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하며, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 외측을 향해 돌출된 제 1 플랜지부를 구비하는 제 1 서브 플레이트; 및 외측을 향해 돌출되어 상기 제 1 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 제 2 플랜지부를 구비하며 상기 제 1 서브 플레이트와 중첩되어 결합되는 제 2 서브 플레이트;를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 모듈의 측면에서 배터리 모듈의 연결을 위한 플랜지부를 구비하는 사이드 플레이트를 포함하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩과 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. 그 중, 배터리 셀을 측면에서 커버하는 사이드 플레이트는 배터리 셀의 스웰링 제어 및 모듈 고정 등의 역할을 수행하기 때문에 기타 구성요소 중 형상이 가장 복잡하고 요구되는 강성을 필수적으로 만족시켜야 한다. 따라서 보다 제조가 용이하게 필요한 강성을 만족시킬 수 있는 사이드 플레이트를 포함하여 배터리 모듈을 구성하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 제조가 용이하고 필요한 강성을 쉽게 만족시킬 수 있는 사이드 플레이트를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈은, 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 지지하도록 구성되는 모듈 트레이; 및 상기 셀 어셈블리의 일 측 및 타 측을 각각 커버하도록 구성되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하며, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 외측을 향해 돌출된 제 1 플랜지부를 구비하는 제 1 서브 플레이트; 및 외측을 향해 돌출되어 상기 제 1 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 제 2 플랜지부를 구비하며 상기 제 1 서브 플레이트와 중첩되어 결합되는 제 2 서브 플레이트를 포함한다.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 상기 제 1 서브 플레이트 및 제 2 서브 플레이트와 중첩되어 결합되며, 상기 제 1 플랜지부 및 제 2 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 제 3 플랜지부를 구비하는 적어도 하나의 제 3 서브 플레이트를 더 포함한다.
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는, 상기 제 1 서브 플레이트와 상기 제 2 서브 플레이트가 레이저 용접에 의해 상호 결합된다.
상기 제 2 서브 플레이트는 상기 제 1 서브 플레이트보다 더 외측에 위치하고, 상기 제 1 플랜지부는 상기 제 2 서브 플레이트를 통과하여 상기 제 2 플랜지부와 중첩된다.
상기 제 2 플랜지부는 상기 제 2 서브 플레이트의 일부가 절개되어 상기 제 2 서브 플레이트의 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 갖는다.
상기 제 1 플랜지부는, 상기 제 2 서브 플레이트의 절개 및 벤딩에 의해 형성된 개구를 통해 상기 제 2 서브 플레이트를 통과하여 상기 제 2 플랜지부와 중첩되도록 배치된다.
상기 제 1 플랜지부는, 상기 제 1 서브 플레이트의 일부가 절개되어 상기 제 1 서브 플레이트의 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 갖는다.
상기 제 1 플랜지부의 벤딩 방향과 상기 제 2 플랜지부의 벤딩 방향은 서로 반대일 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트와 결합되는 밴드 부재를 포함한다.
상기 밴드 부재는, 상기 배터리 모듈의 상부에 배치된다.
상기 밴드 부재의 양 단부 중 적어도 일 측 단부는, 상기 제 1 서브 플레이트와 상기 제 2 서브 플레이트 사이에 개재된다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 모듈을 포함한다.
본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 단일 부재로 만들어진 사이드 플레이트에 비해 셀 어셈블리의 커버 및 모듈의 고정을 효과적으로 할 수 있도록 더욱 뛰어난 강성 확보가 가능하다. 따라서 효과적인 셀 스웰링 제어 및 모듈의 고정이 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리 모듈 고정을 위한 플랜지부에 대응하는 별도의 부재를 사이드 플레이트에 결합할 필요 없이, 플랜지부는 사이드 플레이트의 일부가 절개되어 벤딩된 형태를 갖는다. 따라서 에너지 밀도가 중요한 이차전지에서 플랜지부 부재의 무게 감소를 통해 에너지 밀도를 높일 수 있으며, 플랜지부 부재를 위한 별도의 접합과정을 생략할 수 있으며, 같은 형상을 가진 서브 플레이트의 생산만 하면 되므로 제작이 용이하고 생산 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 벤딩으로 인해 단일의 벤딩부는 벤딩되는 방향 및 반대 방향에 대한 응력에 취약할 수 있지만, 결합을 통해 이를 상호 보완할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 밴드 부재를 통해 별도의 모듈 커버 없이 셀 어셈블리를 커버할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 밴드 부재가 서브 플레이트들 사이에 개재됨으로써, 사이드 플레이트 외측에 단순히 개재되는 것에 비해 더욱 안정적인 결합이 가능하다.
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 모듈의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 배터리 모듈에 포함되는 밴드 부재를 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 분해사시도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 배터리 모듈에 포함되는 밴드 부재를 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차를 개략적으로 나타내는 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.
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.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100), 모듈 트레이(200), 한 쌍의 사이드 플레이트(300)를 포함한다.
구체적으로, 셀 어셈블리(100)는 하나 이상의 배터리 셀을 구비할 수 있다. 여기서 각각의 배터리 셀은, 이차 전지를 의미할 수 있다. 이차 전지는 전극 조립체, 전해질 및 전지 케이스를 구비할 수 있다. 다만, 이차 전지의 다른 형태, 이를테면 원통형 전지나 각형 전지도 본 발명의 셀 어셈블리(100)에 채용될 수 있다. 셀 어셈블리(100)는, 예를 들어 버스바 및 버스바를 고정시키는 버스바 프레임을 포함하는 버스바 프레임 어셈블리와 결합될 수 있으며, 셀 어셈블리(100)에 포함되는 각각의 배터리 셀들은 버스바에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
모듈 트레이(200)는 셀 어셈블리(100)를 지지하도록 구성될 수 있다. 모듈 트레이(200)는 수납된 셀 어셈블리(100)가 운송과정에서 파손되지 않도록 충격을 흡수할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한 쌍의 사이드 플레이트(300)는 셀 어셈블리(100)의 일 측 및 타 측(X축의 연장방향)을 각각 커버하도록 구성될 수 있다. 한 쌍의 사이드 플레이트(300) 중 적어도 어느 하나는, 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b)를 포함한다. 상기 제 2 서브 플레이트(300b)는, 제 1 서브 플레이트(300a)와 중첩되어 결합된다. 상기 제 1 서브 플레이트(300a)는 외측을 향해, 즉 셀 어셈블리(100)를 향하는 방향과 반대 방향으로 돌출된 제 1 플랜지부(310a)를 구비한다. 상기 제 2 서브 플레이트(300b)는 외측을 향해, 즉 셀 어셈블리(100)를 향하는 방향과 반대 방향으로 돌출된 제 2 플랜지부(310b)를 구비한다. 상기 제 2 플랜지부(310b)는 제 1 플랜지부(310a)와 중첩되도록 배치된다.
사이드 플레이트(300)는 모듈 트레이(200)와 대략 수직하게 결합되어 셀 어셈블리(100)를 커버할 수 있다. 모듈 트레이(200)와 대략 수직하게 위치하는 사이드 플레이트(300)에서 외측으로 돌출된 제 1 플랜지부(310a) 및 제 1 플랜지부(310a)에 중첩되도록 배치된 제 2 플랜지부(310b)는 배터리 모듈(10)의 고정에 이용될 수 있다. 이처럼 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b)를 포함하는 사이드 플레이트(300)는 단일 부재로 만들어진 사이드 플레이트(300)에 비해 더욱 뛰어난 강성을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 사이드 플레이트(300) 구조를 적용함으로써 배터리 모듈(10) 자체의 강성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 배터리 셀의 스웰링 제어를 효과적으로 할 수 있게 된다. 또한, 상술한 바와 같은 실시 구성에 따르면, 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b)의 중첩 구조로 인해 모듈 플랜지(310)(도 12 참조)가 갖는 강성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(10)을 팩 트레이 등의 구조물에 고정시킬 때 고정부의 강성 확보가 가능하게 된다.
사이드 플레이트(300)의 모듈 플랜지(310)는 셀 어셈블리(100)의 높이(또는, 사이드 플레이트(300)의 높이)(l)를 기준으로 해당 높이의 절반에 해당하는 높이(0.5l) 또는 절반에 해당하는 높이(0.5l)보다 낮은 높이에서 셀 어셈블리(100)와 멀어지는 방향(X축 방향)으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
배터리 모듈(10)은, 도 1 및 도 2를 참고하면, 셀 어셈블리(100)의 길이방향(Y축의 연장 방향) 양 측의 커버를 위한 프런트 커버(210) 및 리어 커버(220)를 포함할 수 있다. 프런트 커버(210)는 셀 어셈블리(100)의 전방(Y축의 양의 방향)을 커버하며, 리어 커버(220)는 셀 어셈블리(100)의 후방(Y축의 음의 방향)을 커버할 수 있다. 프런트 커버(210) 및 리어 커버(220)는 모듈 트레이(200)와 대략 수직으로 결합되어 셀 어셈블리(100)를 커버할 수 있다. 또한, 상기 프런트 커버(210) 및 리어 커버(220)는, 사이드 플레이트(300)와도 결합하여 셀 어셈블리(100)를 커버할 수 있다. 한편, 상기 프런트 커버(210) 및/또는 리어 커버(220)는, 모듈 트레이(200)와 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)와 모듈 트레이(200) 사이 및/또는 셀 어셈블리(100)와 프런트 커버(210)의 사이 및/또는 셀 어셈블리(100)와 리어 커버(220) 사이에 TIM(Thermal Interface Material) 층을 더 포함할 수 있다. 이러한 TIM 층은 금속, 폴리머 또는 세라믹 등 다양한 열전도성 물질을 포함할 수 있으며, TIM 층은 겔(gel) 타입으로 구성되거나 상 변화 물질(phase change material)로 구성될 수 있다.
이 경우, 모듈 트레이(200) 및/또는 프런트 커버(210) 및/또는 리어 커버(220)는 열전도성 소재로 구성되어, 해당 배터리 모듈(10)의 히트 싱크(heat sink)로서의 역할을 수행할 수 있다.
특히, 모듈 트레이(200) 및/또는 프런트 커버(210) 및/또는 리어 커버(220)는 격자 형태로 형성된 복수의 관통 홀(A)을 구비할 수 있다. 이 경우, 복수의 관통 홀(A)은 각각의 관통 홀 내부에 TIM(Thermal Interface Material)이 충전될 수 있다. 이러한 TIM은 금속, 폴리머 또는 세라믹 등 다양한 열전도성 물질을 포함할 수 있으며, 겔(gel) 타입으로 구성되거나 상 변화 물질(phase change material)로 구성될 수 있다.
이와 같이, 격자 구조를 가진 모듈 트레이(200) 및/또는 프런트 커버(210) 및/또는 리어 커버(220)가 배터리 모듈(10)에 적용됨으로써, 배터리 모듈(10)과 이를 포함하는 배터리 팩(20)이 더욱 경량화될 수 있다.
제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b)는 핀, 볼트 등의 고정 부재를 통한 고정을 위해서 플랜지홀(H)을 구비할 수 있다. 도 1에서, 플랜지홀(H)은 원 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 플랜지홀(H)의 형태 및 개수에 한정되는 것은 아니다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트(300)의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 한 쌍의 사이드 플레이트(300) 중 적어도 하나는, 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b) 외에 적어도 하나의 제 3 서브 플레이트(300c)를 더 포함할 수도 있다. 상기 제 3 서브 플레이트(300c)는 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b)와 중첩되어 결합될 수 있다. 상기 제 3 서브 플레이트(300c)는, 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b)와 중첩되도록 배치되는 제 3 플랜지부(310c)를 구비할 수 있다. 상기 적어도 하나의 제 3 서브 플레이트(300c)는 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b) 사이에 개재되어 사이드 플레이트(300)를 구성할 수 있다. 복수의 제 3 서브 플레이트(300c)가 구비되는 경우, 복수의 제 3 플랜지부(310c)들은 서로 중첩되도록 배치될 수 있으며, 또한 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b)와도 중첩되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 따르면, 배터리 모듈(10)의 설계에 있어 요구되는 사이드 플레이트(300)의 강성이 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b)의 결합으로 인한 강성으로 부족한 경우에 필요한 강성에 따라 제 3 서브 플레이트(300c)의 개수를 추가하여 맞춤형 사이드 플레이트(300)를 생산하기 용이하다.
한 쌍의 사이드 플레이트(300) 중 적어도 하나는, 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b)가 레이저 용접에 의해 상호 결합될 수 있다. 본 발명에 있어서 부품 간의 결합 방식은 레이저 용접뿐만 아니라 볼팅 결합, 초음파 용접 등 다양한 결합 방식이 이용될 수 있다. 이 경우, 별도의 결합을 하지 않은 경우와 비교하여, 결합을 통해 배터리 셀 스웰링 제어 및 모듈 고정을 효과적으로 할 수 있는 더욱 뛰어난 강성 확보가 가능하다. 상기 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b) 역시 레이저 용접 등에 의해 결합될 수 있다. 이 경우, 별도의 결합을 하지 않은 경우와 비교하여 플랜지부의 강성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(300) 중 적어도 하나가 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b) 외에도 적어도 하나의 제 3 서브 플레이트(300c)를 더 포함하는 경우에 있어서, 모든 서브 플레이트들(300a, 300b, 300c)은 레이저 용접 등에 의해 상호 결합될 수 있다. 마찬가지로, 모든 플랜지부들(310a, 310b, 310c) 역시 레이저 용접 등에 의해 상호 결합될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 플레이트(300)의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 제 2 서브 플레이트(300b)는 제 1 서브 플레이트(300a)보다 더 외측에 위치할 수 있으며, 이 경우 제 1 플랜지부(310a)가 제 2 서브 플레이트(300b)를 통과하여 제 2 플랜지부(310b)와 중첩될 수 있다. 예를 들어, 제 1 서브 플레이트(300a)에 구비된 제 1 플랜지부(310a)가 제 2 서브 플레이트(300b)에 형성된 개구(O)를 통과하여 제 2 플랜지부(310b)상에 안착하여 중첩될 수 있다. 다만, 본 발명이 도 4에 도시된 플랜지부(310a, 310b) 및 특정 개구(O)의 형상으로 한정되는 것은 아니다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 플레이트(300a, 300b)의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 4 및 5를 참고하면, 제 2 플랜지부(310b)는 제 2 서브 플레이트(300b)의 일부가 절개되어 제 2 서브 플레이트(300b)의 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 가질 수 있다. 제 1 플랜지부(310a)는 제 2 서브 플레이트(300b)의 절개 및 벤딩에 의해 형성된 개구(O)를 통해 제 2 서브 플레이트(300b)를 통과하여 제 2 플랜지부(310b)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 상기 제 1 플랜지부(310a)는, 제 1 서브 플레이트(300a)의 일부가 절개되어 제 1 서브 플레이트(300a) 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5의 (a) 상태와 같이, 서브 플레이트(300a, 300b)의 일부가 플랜지부(310a, 310b)의 모양대로 레이저 가공이나 프레스 가공에 의해 절개된 후, 도 5의 (b) 상태와 같이, 벤딩에 의해 플랜지부(310a, 310b)가 형성될 수 있다. 그 후, 상기 제 1 서브 플레이트(300a) 및 제 2 서브 플레이트(300b)가 도 4의 (a) 상태와 같이, 제 1 서브 플레이트(300a)의 플랜지부(310a)가 제 2 서브 플레이트(300b)의 절개 및 벤딩에 의해 형성된 개구(O)를 통해 제 2 서브 플레이트(300b)를 통과하여 제 2 플랜지부(310b)와 중첩되도록 배치된 후 결합될 수 있다. 이 경우, 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b) 간의 원활한 결합 및 제 1 플랜지부(310a)와 제 2 플랜지부(310b)의 정확한 중첩을 위해, 제 1 플랜지부(310a)의 형성을 위한 높이 방향(Z축의 연장 방향) 절개 길이는 제 2 플랜지부(310b)의 형성을 위한 높이 방향(Z축의 연장 방향) 절개 길이와 비교하여 대략 제 2 서브 플레이트(300b)의 두께만큼 더 길게 절개될 수 있다. 이 경우, 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b) 각각에 형성된 플랜지홀(H)이 정확히 중첩될 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 절개 및 벤딩 방법에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(10) 고정을 위한 플랜지부(310a, 310b)에 대응하는 별도의 부재를 사이드 플레이트(300)에 결합할 필요가 없게 된다. 따라서, 배터리 모듈의 제작이 용이해지며 생산 효율성을 높일 수 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 사이드 플레이트(300)의 예시적 형태의 변화 상태를 나타내는 도면이다. 도 6에 도시된 실시 형태는, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 형태와 비교하여, 제 1 플랜지부(310a)와 제 2 플랜지부(310b) 각각의 벤딩 방향이 서로 반대된다는 점에서 차이가 있으며, 그 밖의 사항들은 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하의 설명에서는 차이점이 있는 부분에 대해서 중점적으로 설명하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 제 1 플랜지부(310a)의 벤딩 방향과 제 2 플랜지부(310b)의 벤딩 방향은 서로 반대일 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참고하면, 도 6(a) 상태처럼, 제 1 서브 플레이트(300a)의 일부가 절개 후 상측방향으로 벤딩되어 제 1 플랜지부(310a)를 형성할 수 있다. 유사하게, 상기 제 2 서브 플레이트(300b)의 일부가 절개 후 하측 방향으로 벤딩되어 제 2 플랜지부(310b)를 형성할 수 있다. 상기 제 1 플랜지부(310a)는, 도 6(b) 상태처럼, 제 2 서브 플레이트(300b)를 통과하여 제 2 플랜지부(310b)와 중첩될 수 있다. 다만, 본 발명이 이러한 절개 및 벤딩 방법에 의해 한정되는 것은 아니다.
일 방향으로 벤딩된 부재는, 벤딩된 방향과 반대되는 방향으로 작용하는 힘에 취약하여 변형이 되기 쉬울 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 서로 반대 방향으로 벤딩되어 형성된 제 1 플랜지부(310a)와 제 2 플랜지부(310b)를 중첩시킴으로써 상호 보완이 가능하다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(10)의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
배터리 모듈(10)은, 도 7을 참고하면, 한 쌍의 사이드 플레이트(300)와 결합되는 밴드 부재(400)를 포함할 수 있다. 이 경우, 밴드 부재(400)는 별도의 모듈 커버 없이 셀 어셈블리(100)를 커버할 수 있다. 예를 들어, 밴드 부재(400)는 배터리 모듈(10)의 상부에 배치될 수 있다.
밴드 부재(400)는 그 일 단이 셀 어셈블리(100)의 일 측면을 커버하는 사이드 플레이트(300)에 밀착되고, 그 타 단이 셀 어셈블리(100)의 타 측면을 커버하는 사이드 플레이트(300)에 밀착되어 한 쌍의 사이드 플레이트(300)를 지지하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈(10)은 밴드 부재(300)를 1개 또는 2개 이상 포함할 수 있다.
밴드 부재(400)는 탄성력과 강성을 가진 메탈 소재로 구성될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 배터리 모듈에 포함되는 밴드 부재를 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 밴드 부재는 지지부(410)와 가압부(420)를 포함할 수 있다.
지지부(410)는 소정 폭을 가지며 연장되어 한 쌍의 사이드 플레이트 사이의 간격에 대응하는 길이를 가지도록 구성될 수 있다.
가압부(420)는 지지부(410)의 길이 방향 양 단에서 각각 연장되어 상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 대응 사이드 플레이트에 각각 밀착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가압부(420)는 다양한 방식으로 대응 사이드 플레이트와 결합될 수 있다. 예컨대, 가압부(420)는 대응 사이드 플레이트와 스냅 피트(snap-fit) 방식으로 결합되거나, 별도의 체결 부재를 사용하여 결합되거나, 용접이나 접착 등을 통해 결합될 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하면, 가압부(420)는 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어, 밴드 부재(400)의 일 측 가압부(420)가 셀 어셈블리(100)의 일 측면을 커버하는 사이드 플레이트(300)의 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b) 사이에 위치하여 결합하고, 타 측 가압부(420)가 셀 어셈블리(100)의 타 측면을 커버하는 사이드 플레이트(300)의 제 1 서브 플레이트(300a)와 제 2 서브 플레이트(300b) 사이에 위치하여 결합할 수 있다. 다만, 이러한 밴드 부재(400) 및 사이드 플레이트(300)의 배치 및 결합 방식에 대해 한정하는 것은 아니다.
배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)와 밴드 부재(400) 사이에 개재되는 절연 시트(미도시)를 더 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 배터리 모듈(10)은 셀 어셈블리(100)와 밴드 부재(400) 사이에 개재되어 밴드 부재(400)와의 접촉으로 인한 셀 어셈블리(100)의 손상을 방지하는 완충 패드(미도시)를 더 포함할 수 있다
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 예시적 형태를 나타낸 도면이다.
도 10을 참고하면, 밴드 부재(400)는 결합부(430)를 구비할 수 있다.
결합부(430)는 가압부(420)에서 연장되되 가압부(420)가 밀착된 대응 사이드 플레이트(300)의 모듈 플랜지(310) 측으로 연장되어 모듈 플랜지(310)와 함께, 후술할 팩 트레이(500)의 고정부(520)에 결합되도록 구성될 수 있다.본 발명의 이러한 구성에 따르면, 밴드 부재(400)가 서브 플레이트(300a, 300b)들 사이에 개재됨으로써, 사이드 플레이트(300) 외측에 단순히 개재되는 것에 비해 더욱 안정적인 결합이 가능하다.
도 11은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
배터리 팩은, 도 11을 참고하면, 배터리 모듈(10)이 안착되는 팩 트레이(500)를 포함할 수 있다.
팩 트레이(500)는 배터리 모듈(10)들의 하중을 받으며 해당 배터리 모듈(10)들을 지지할 수 있는 강성을 가진 금속 소재, 탄소 소재, 고분자 합성수지, 또는 이들 중 2 이상의 결합으로 구성될 수 있다.
팩 트레이(200)는 안착부(510)와 고정부(520)를 포함할 수 있다.
안착부(510)는 배터리 모듈(10)이 안착되는 안착면을 구비하도록 구성될 수 있다. 안착부(510)는 Al을 포함한 열전도성 금속 소재로 구성될 수 있다.
고정부(520)는 팩 트레이(500)의 상면에 소정 높이로 돌출될 수 있다. 고정부(520)는 배터리 모듈(10)이 안착되는 안착면 양측에서 각각 소정 높이로 돌출되어 해당 안착면과 단차를 가지도록 구성될 수 있다. 고정부(520)는 해당 안착면에 안착된 배터리 모듈(10)의 높이보다 낮은 높이로 돌출될 수 있다. 고정부(520)는 해당 안착면에 안착된 배터리 모듈(10)의 높이의 절반보다 낮은 높이로 돌출될 수 있다. 고정부(520)는 Al을 포함한 금속 소재로 구성될 수 있다.
고정부(520)는 일정 폭과 두께를 가지며 연장된 사각 빔 또는 사각 파이프 형태로 구성되어 안착부(510)에 결합될 수 있다. 고정부(520)는 중공 관 구조를 가질 수 있다.
팩 트레이(500)의 안착부(510)와 고정부(520)는 일체로 형성될 수도 있다. 팩 트레이(500)는 소성 재료에 주조, 판금 또는 프레스 공정 등을 적용하여 일체로 제조되되, 그 바닥면에 상대적으로 오목한 안착부(510)와 상대적으로 볼록한 고정부(520)가 일 방향으로 교번하며 반복적으로 형성되도록 제조될 수 있다.
고정부(520)는 안착부(510)의 안착면에 안착된 배터리 모듈(10)의 양측 사이드 플레이트(300)에서 각각 돌출된 모듈 플랜지(310)와 결합함으로써 배터리 모듈(10)을 고정할 수 있다.
고정부(520)는 배터리 모듈(10)의 양측에서 각각 배터리 모듈(10)과 결합하여 해당 배터리 모듈(10)을 고정함으로써, 배터리 팩(20)에 충격이 가해지는 경우에도 해당 충격을 완화하여 배터리 팩(20) 내부에 배치된 배터리 모듈(10)을 보호할 수 있다.
고정부(520)의 상부에 확보되는 여유 공간은 배터리 팩(20)에 구조적 변형이 발생하더라도 배터리 모듈(10)들 간의 충돌을 방지하여 각각의 배터리 모듈(10)을 구성하는 배터리 셀들의 손상을 최소화할 수 있다.
전기 유닛(600)은 팩 트레이(500)에 수용된 배터리 모듈들의 충·방전 동작을 제어하거나, 각각의 배터리 모듈 또는 각각의 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들의 SOC(State Of Charge), SOH(State Of Health) 등을 모니터링하는 각종 전장 부품들을 포함할 수 있으며, 배터리 모듈들과 함께 팩 트레이(500)에 수용되어 고정될 수 있다.
도 12는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 예시적 형태를 나타내는 도면이다.
배터리 팩은, 도 12를 참고하면, 배터리 모듈(10)이 안착되는 팩 트레이(500)를 포함할 수 있다. 상기 팩 트레이(500)의 상면에는 소정 높이로 돌출되는 고정부(520)가 구비될 수 있다. 상기 배터리 모듈(10)은 제 1 플랜지부(310a) 및 제 2 플랜지부(310b)가 중첩되어 형성된 모듈 플랜지(310)를 통해 고정부(520)에 결합될 수 있다. 모듈 플랜지(310)와 고정부(520)는 플랜지홀(H)에 핀, 볼트 등의 체결부재를 통하여 결합될 수 있다. 배터리 모듈(10)의 양측의 사이드 플레이트(300)의 모듈 플랜지(310) 개수 및 위치를 다르게 하여 일측 사이드 플레이트(300)의 모듈 플랜지(310)가 타측 사이드 플레이트(300)의 모듈 플랜지(310) 사이에 위치하도록 할 수 있다. 이 경우, 에너지 밀도가 중요한 이차전지에서 공간 효율을 높여 에너지 밀도를 높일 수 있다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩(20)은 이러한 배터리 모듈(10) 이외에 다른 다양한 구성요소, 이를 테면 BMS나 버스바, 팩 케이스, 릴레이, 전류 센서 등과 같은 본 발명의 출원 시점에 공지된 배터리 팩의 구성요소 등을 더 포함할 수 있다.
도 13은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 포함하는 자동차를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(30)는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 자동차(30)는, 이러한 배터리 모듈(10)이나 배터리 팩(20) 이외에 자동차(30)에 포함되는 다른 다양한 구성요소 등을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 자동차(30)는, 본 발명에 따른 배터리 모듈 이외에, 차체나 모터, ECU(electronic control unit) 등의 제어 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.
배터리 모듈(10)
배터리 팩(20)
자동차(30)
셀 어셈블리(100)
모듈 트레이(200)
프런트 커버(210)
리어 커버(220)
관통 홀(A)
사이드 플레이트(300)
제 1 서브 플레이트(300a)
제 2 서브 플레이트b(300b)
제 3 서브 플레이트(300c)
모듈 플랜지 (310)
제 1 플랜지부(310a)
제 2 플랜지부(310b)
제 3 플랜지부(310c)
밴드 부재(400)
지지부(410)
가압부(420)
결합부(430)
팩 트레이(500)
안착부(510)
고정부(520)
전기 유닛(600)
플랜지홀(H)
개구(O)
배터리 팩(20)
자동차(30)
셀 어셈블리(100)
모듈 트레이(200)
프런트 커버(210)
리어 커버(220)
관통 홀(A)
사이드 플레이트(300)
제 1 서브 플레이트(300a)
제 2 서브 플레이트b(300b)
제 3 서브 플레이트(300c)
모듈 플랜지 (310)
제 1 플랜지부(310a)
제 2 플랜지부(310b)
제 3 플랜지부(310c)
밴드 부재(400)
지지부(410)
가압부(420)
결합부(430)
팩 트레이(500)
안착부(510)
고정부(520)
전기 유닛(600)
플랜지홀(H)
개구(O)
Claims (15)
- 복수 개의 배터리 셀들을 포함하는 셀 어셈블리;
상기 셀 어셈블리를 지지하도록 구성되는 모듈 트레이; 및
상기 셀 어셈블리의 일 측 및 타 측을 각각 커버하도록 구성되는 한 쌍의 사이드 플레이트;
를 포함하며,
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는,
외측을 향해 돌출된 제 1 플랜지부를 구비하는 제 1 서브 플레이트; 및
외측을 향해 돌출되어 상기 제 1 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 제 2 플랜지부를 구비하며 상기 제 1 서브 플레이트와 중첩되어 결합되는 제 2 서브 플레이트;
를 포함하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는,
상기 제 1 서브 플레이트 및 제 2 서브 플레이트와 중첩되어 결합되며, 상기 제 1 플랜지부 및 제 2 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 제 3 플랜지부를 구비하는 적어도 하나의 제 3 서브 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 어느 하나는,
상기 제 1 서브 플레이트와 상기 제 2 서브 플레이트가 레이저 용접에 의해 상호 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제 2 서브 플레이트는 상기 제 1 서브 플레이트보다 더 외측에 위치하고,
상기 제 1 플랜지부는 상기 제 2 서브 플레이트를 통과하여 상기 제 2 플랜지부와 중첩되는 것을 특징으로 하는
배터리 모듈. - 제4항에 있어서,
상기 제 2 플랜지부는 상기 제 2 서브 플레이트의 일부가 절개되어 상기 제 2 서브 플레이트의 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는
배터리 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 제 1 플랜지부는,
상기 제 2 서브 플레이트의 절개 및 벤딩에 의해 형성된 개구를 통해 상기 제 2 서브 플레이트를 통과하여 상기 제 2 플랜지부와 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는
배터리 모듈. - 제5항에 있어서,
상기 제 1 플랜지부는,
상기 제 1 서브 플레이트의 일부가 절개되어 상기 제 1 서브 플레이트의 외측을 향하는 방향으로 벤딩된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는
배터리 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 제 1 플랜지부의 벤딩 방향과 상기 제 2 플랜지부의 벤딩 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 한 쌍의 사이드 플레이트와 결합되는 밴드 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제9항에 있어서,
상기 밴드 부재는,
상기 배터리 모듈의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제 10항에 있어서,
상기 밴드 부재의 양 단부 중 적어도 일 측 단부는,
상기 제 1 서브 플레이트와 상기 제 2 서브 플레이트 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 포함하는 배터리 팩.
- 제12항에 있어서,
상기 배터리 팩은,
상기 배터리 모듈이 안착되는 팩 트레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제13항에 있어서,
상기 팩 트레이의 상면에는,
소정 높이로 돌출되는 마운팅 빔이 구비되며,
상기 배터리 모듈은, 상기 제 1 플랜지부 및 제 2 플랜지부가 중첩되어 형성된 모듈 플랜지를 통해 상기 마운팅 빔에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩. - 제12항에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 자동차.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220064703 | 2022-05-26 | ||
| KR20220064703 | 2022-05-26 | ||
| KR20220065674 | 2022-05-27 | ||
| KR1020220065674 | 2022-05-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230165155A true KR20230165155A (ko) | 2023-12-05 |
Family
ID=88919825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230068710A KR20230165155A (ko) | 2022-05-26 | 2023-05-26 | 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230165155A (ko) |
| WO (1) | WO2023229444A1 (ko) |
Family Cites Families (5)
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| KR20200111988A (ko) * | 2019-03-20 | 2020-10-05 | 주식회사 성우하이텍 | 전기 자동차용 배터리 모듈 케이스의 제조방법 |
| KR20220012038A (ko) * | 2020-07-22 | 2022-02-03 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 |
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-
2023
- 2023-05-26 KR KR1020230068710A patent/KR20230165155A/ko active Search and Examination
- 2023-05-26 WO PCT/KR2023/007330 patent/WO2023229444A1/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| WO2023229444A1 (ko) | 2023-11-30 |
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