KR20240001663A

KR20240001663A - 배터리 팩

Info

Publication number: KR20240001663A
Application number: KR1020230070836A
Authority: KR
Inventors: 장병도; 이재현; 김대길; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2024-01-03

Abstract

본 발명은 복수개의 배터리 어셈블리와 이를 수용할 수 있는 팩 하우징을 포함하고, 상기 팩 하우징이 측방향을 따라 일렬로 결합될 수 있는 단위프레임 어셈블리를 포함함으로써, 배터리 팩의 바닥부 면적을 자유롭게 확장할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 배터리 팩은 배터리 모듈 없이 배터리 어셈블리를 직접 팩 하우징 내에 수용함으로써, 구조가 간소화되고 부품 개수 및 부품이 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 이에 의하여 제조원가를 줄일 수 있고, 배터리 팩의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 복수개의 배터리 어셈블리들을 수용하는 배터리 팩에 관한 것이다.

보다 상세하게는 공용부품으로 사용 가능한 단위프레임들로 배터리 팩을 구성함으로써, 배터리 셀의 종류, 크기, 개수, 필요한 전기 용량 등에 대응하여 배터리 팩의 크기를 자유롭게 변경 및 확장할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.

전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 고출력을 얻기 위해 복수의 이차전지를 포함하는 다수의 배터리 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결한 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 이차전지는 양극 및 음극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 반복적인 충방전이 가능하다.

그러나, 종래의 배터리 팩은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

배터리 셀의 종류나 크기가 달라질 경우, 혹은 배터리 셀의 개수를 증감하여 배터리 팩의 용량을 변경할 필요가 있는 경우에, 상기 배터리 셀을 수용하는 배터리 팩의 크기나 규격을 변경하여야 한다. 그러나, 종래의 배터리 팩은 배터리 셀들이 안착되는 베이스판의 규격이 정해져 있어 배터리 팩의 크기나 면적을 자유롭게 변경할 수 없었다. 특히, 새롭게 출시되는 자동차의 종류에 따라 새로운 사양 및 용량의 다종다양한 배터리 팩을 제작할 필요가 있는 경우, 이에 대응하기 곤란하였다. 즉, 종래의 배터리 팩은 설계 변경의 자유도가 현저하게 떨어지는 문제가 있었다.

따라서, 배터리 셀 또는 상기 셀이 사용되는 자동차 등의 종류에 따라 크기 나 면적을 자유롭게 변경할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.

한국공개특허 제10-2022-0014027호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공용부품으로 사용 가능한 단위프레임들로 배터리 팩을 구성함으로써, 요구 사양에 따라 배터리 팩의 크기를 자유롭게 변경할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 어셈블리등과, 상기 배터리 어셈블리들을 수용하는 팩 하우징을 포함하고, 상기 팩 하우징은 측벽부와 상기 측벽부 하단으로부터 일측방향으로 연장되는 베이스부를 각각 가지는 복수개의 단위프레임의 어셈블리로서, 하나의 단위프레임의 베이스부의 측벽부 하단측 단부가 후속 단위프레임 베이스부의 일측방향 연장 단부와 차례차례 결합하는 것에 의하여 상기 단위프레임이 측방향을 따라 일렬로 결합되어 이루어지는 단위프레임 어셈블리; 상기 단위프레임 어셈블리의 전후방향 전단에 결합되는 전방프레임; 및 상기 단위프레임 어셈블리의 전후방향 후단에 결합되는 후방프레임을 포함하며, 각각의 배터리 어셈블리는, 각각의 단위프레임의 베이스부에 하부면이 지지되고, 이웃하는 단위프레임의 대향하는 측벽부에 양측면이 지지되도록 각 단위프레임에 수용된다.

상기 측벽부의 높이는, 상기 배터리 어셈블리의 높이보다 높을 수 있다.

또한, 상기 단위프레임의 베이스부의 측벽부 하단측 단부에 후속 단위프레임 베이스부의 전방측 단부 형상과 정합하는 형상의 단차부가 형성되고, 상기 단차부에 후속 단위프레임 베이스부의 전방측 단부가 결합될 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩은, 상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최선단의 단위프레임의 베이스부에 결합되는 제1 사이드프레임을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 최선단 단위프레임에 수용되는 배터리 어셈블리는, 하부면이 상기 최선단 단위프레임의 베이스부에 지지되고, 양측면이 상기 제1 사이드프레임과 이에 대향하는 최선단 단위프레임의 측벽부에 각각 지지될 수 있다.

또한, 상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최후단의 단위프레임의 측벽부에 결합되는 제2 사이드프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최후단의 단위프레임의 측벽부 폭은 상기 제1 사이드프레임의 폭과 동일할 수 있다.

상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최선단의 단위프레임은, 상기 베이스부의 일측방향 연장 단부에 상기 측벽부에 대향하는 제2 측벽부를 더 가질 수 있다.

상기 일측방향 최선단의 단위프레임에 수용되는 배터리 어셈블리는, 하부면이 상기 최선단 단위프레임의 베이스부에 지지되고, 양측면이 상기 측벽부 및 제2 측벽부에 각각 지지될 수 있다.

상기 제2 측벽부의 폭은 다른 단위프레임의 측벽부 폭보다 클 수 있다.

또한, 상기 단위프레임 어셈블리의 이웃하는 단위프레임의 대향하는 측벽부 사이 거리는, 상기 각 배터리 어셈블리의 폭보다 작을 수 있다.

상기 배터리 어셈블리는, 적층된 배터리 셀 사이에 적어도 하나의 완충패드를 포함할 수 있다.

상기 배터리 어셈블리와 상기 베이스부 사이에 열 전달부재가 구비될 수 있다.

또한, 상기 베이스부는 냉각 유로를 내부에 구비할 수 있으며, 상기 전방프레임 및 후방프레임은 상기 베이스부의 냉각유로에 연통하는 냉각 유로를 각각 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예의 배터리 팩에 있어서, 각각의 단위프레임은, 전후방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되어 일렬로 위치하는 2개 이상의 측벽부와 상기 각 측벽부 하단으로부터 일측방향으로 연장되고 또한 전후방항을 따라 길게 연장되는 하나의 베이스부를 가지며, 상기 복수개의 배터리 어셈블리는 상기 측벽부의 개수에 대응하여 전후방향을 따라 2개 이상의 열로 배치되고, 각각의 열의 배터리 어셈블리는, 각각의 단위프레임의 하나의 베이스부에 그 하부면이 지지되고, 이웃하는 단위프레임의 서로 대향하며 전후방향을 따라 배치된 각각의 측벽부에 양측면이 지지되도록 각 단위프레임에 수용될 수 있다.

이 경우, 상기 배터리 팩은, 전후방향으로 이격된 측벽부 사이 간격에 위치하여 상기 배터리 어셈블리를 열 단위로 구획하며, 각 단위프레임의 베이스부들을 따라 측방향으로 연장되어 상기 단위프레임 어셈블리에 결합되는 센터프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 팩 하우징은, 상기 배터리 어셈블리를 덮으며 상기 단위프레임 어셈블리에 결합되는 팩 커버를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 공용 부품으로 사용 가능한 단위프레임의 조립 개수를 증감함으로써, 배터리 팩의 크기 및 면적을 자유롭게 변경할 수 있다. 따라서, 요구되는 사양에 따라 배터리 팩의 크기를 변경할 수 있어 배터리 팩의 설계 자유도가 크게 향상된다. 또한, 단위프레임을 표준 부품화, 혹은 공용 부품화하여 부품 생산단가를 낮출 수 있다.

도 1은 통상적인 배터리 모듈의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 배터리 팩의 개략도이다.
도 3은 종래의 배터리 팩 구조의 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 일부 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 배터리 팩에 수용되는 배터리 어셈블리의 개략도이다.
도 6은 본 발명 배터리 팩의 팩 하우징의 분해사시도이다.
도 7은 본 발명 배터리 팩의 구성요소인 단위프레임의 결합과정을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 단위프레임에 배터리 어셈블리가 설치되는 모습을 나타낸 개략사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 단위프레임에 배터리 어셈블리가 설치되는 모습을 나타낸 정면도이다.
도 10은 본 발명의 배터리 팩에 배터리 어셈블리가 설치되는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 11은 종래의 배터리 팩과 본 발명의 배터리 팩을 대비한 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 일부 분해사시도이다.
도 13은 단위프레임의 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예의 배터리 팩의 일부 분해사시도이다.
도 15는 도 14의 실시예의 배터리 팩의 단위프레임과 배터리 어셈블리의 결합도이다.
도 16은 본 발명의 변형예에 따른 배터리 팩의 구성요소인 단위프레임의 개략도이다.

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.

이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은 통상적인 배터리 모듈의 구조를 나타내는 개략도이고, 도 2는 종래의 배터리 팩의 개략도이고, 도 3은 종래의 배터리 팩 구조의 개략 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 배터리 모듈(10)은 복수개의 배터리 셀(11)을 수용하는 모듈 하우징(12: 12A,12B)을 구비하고, 모듈 하우징의 전단과 후단을 커버하는 전단부판(13)과 후단부판(14)을 구비하고 있다. 또한, 상기 배터리 셀과 모듈 하우징 사이에는 열전도성 접착제 등으로 이루어지는 열전달부재(1)가 위치한다(도 3 참조).

도 2 및 도 3에는 이러한 복수개의 배터리 모듈(10)이 배터리 팩(20)의 팩 하우징(21)에 설치된 것을 나타내고 있다. 각각의 배터리 모듈(10)은 팩 하우징(21)의 베이스판(23)에 구비된 격벽(22) 사이에 설치된다. 또한, 상기 배터리 모듈과 상기 모듈이 탑재되는 베이스판(23) 사이에는 열전도성 접착제 등으로 이루어지는 열전달부재(1')가 추가적으로 배치되고, 상기 베이스판(23) 하부에는 냉각판(24)이 배치될 수 있다.

이러한 종래의 배터리 팩은 베이스판(23)의 규격이 정해져 있어 배터리 팩의 크기나 면적을 자유롭게 변경할 수 없었다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 일부 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 배터리 팩에 수용되는 배터리 어셈블리의 개략도이고, 도 6은 본 발명 배터리 팩의 팩 하우징의 분해사시도이고, 도 7은 본 발명 배터리 팩의 구성요소인 단위프레임의 결합과정을 나타내는 개략도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 단위프레임에 배터리 어셈블리가 설치되는 모습을 나타낸 개략사시도 및 정면도이다.

본 명세서에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어는 관측자의 위치나 대상의 배치 형태에 따라 달라질 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 도 4의 화살표(F)방향에서 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내기로 한다. 즉, 전후방향은 X방향, 좌우방향은 Y방향, 높이방향은 Z방향으로 규정하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 어셈블리와, 상기 배터리 어셈블리를 수용하는 팩 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배터리 어셈블리는, 복수개의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀은 케이스의 형태에 따라 파우치형 배터리 셀, 캔형 배터리 셀로 구분할 수 있다. 캔형 배터리 셀은 원통형 배터리 셀과 각형 배터리 셀을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 셀들 각각은 배터리 케이스에 내장되는 전극 어셈블리를 포함한다. 상기 전극 어셈블리는 양극, 음극, 및 양극와 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 전극 어셈블리는 조립 형태에 따라 젤리-롤 타입 및 스택 타입으로 분류될 수 있다. 젤리-롤 타입의 전극 어셈블리는 양극, 음극, 및 그들 사이에 개재된 분리막을 권취한 것이다. 스택 타입의 전극 어셈블리는 양극, 분리막, 음극을 순차로 적층한 것이다.

상기 배터리 어셈블리는, 도 1과 같이 복수개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 구비한 배터리 모듈(10)일 수 있다. 상기 배터리 모듈은 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징의 일부가 제거된 형태일 수 있다. 예컨대, 구조 간소화를 위하여, 상부 하우징(12A)이 제거되거나, 하부 하우징(12B)의 바닥부가 제거된 형태의 모듈 하우징을 구비한 배터리 모듈도 본 발명의 배터리 어셈블리가 될 수 있다.

혹은, 도 4 및 도 5와 같이, 복수개의 배터리 셀의 상하좌우면을 감싸는 모듈 하우징 자체가 제거된 형태의 배터리 셀 적층체도 배터리 어셈블리가 될 수 있다.

도 4 및 도 5에 개시된 실시예에는, 상기 배터리 어셈블리로서, 배터리 셀(110)이 다수개 적층된 배터리 셀 적층체, 즉, 셀 적층체 단위유닛(100)을 적용하고 있다.

상기 배터리 셀(110)은 측면이 서로 접촉한 상태가 되도록 적층되며, 이웃하는 배터리 셀(110)의 측면끼리 양면 테이프를 통해 고정될 수 있다. 혹은, 적층된 다수개의 배터리 셀(110)을 밴드(111)로 묶어서 하나의 셀 적층체 단위유닛(100)으로 할 수도 있다(도 5(a) 참조). 본 실시예에서 셀 적층체 단위유닛 (100)은 도 4에 도시된 바와 같이, 좌우방향(또는 수평방향)으로 적층되어 구성될 수 있다. 그러나, 필요에 따라 배터리 셀(110)을 상하방향(높이방향)으로 적층하도록 구성하는 것도 가능하다.

본 실시예에서, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)의 전단 및 후단의 전극 리드에는 버스바 어셈블리(120)가 결합될 수 있다. 버스바 어셈블리(120)는 배터리 셀 간을 전기적으로 연결하는 인터버스바(121) 또는 외부 전원과 연결될 수 있는 터미널 버스바(122) 등을 구비할 수 있다. 하나의 셀 적층체 단위유닛(100)에 적층되는 배터리 셀(110)의 개수는 예컨대 2개, 4개, 6개, 8개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 셀 적층체 단위유닛(100)은 적층된 배터리 셀(110) 사이에 적어도 하나의 완충패드(130)를 포함할 수 있다(도 5(b) 참조). 상기 완충패드는, 스웰링 현상에 의한 배터리 셀(110)의 팽창을 흡수하기 위한 것이다.

본 실시예에서는, 배터리 셀(110)로서 파우치형 배터리 셀이 사용되는 경우를 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 캔형 배터리 셀로 배터리 어셈블리를 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 팩 하우징(1100)은, 단위프레임 어셈블리(200)와, 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 전후방향 전단 및 후단에 결합되는 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)을 각각 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 배터리 어셈블리의 하부면과 일측면을 지지하는 복수개의 단위프레임(210)을 구비하고, 상기 단위프레임들을 레고블록처럼 순차 결합시켜 배터리 팩(1000)의 바닥부 면적을 필요에 따라 증가 및 감소시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 단위프레임 어셈블리(200)는, 종래의 배터리 팩의 베이스판과 격벽의 기능을 수행할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 단위프레임(210)은 높이방향으로 연장되는 측벽부(211)와, 상기 측벽부 하단(211b)으로부터 일측방향(좌우방향 중 한쪽의 방향)을 따라 연장되는 베이스부(212)를 구비한다. 상기 측벽부(211)는 높이방향 상하로 각각 단부(211a,211b)를 구비한다. 상기 베이스부(212)는 좌우측으로 연장되며 수평방향으로 양단부(212a,212b)를 구비한다. 상기 베이스부(212)의 우측단부(212b)는 측벽부 하단(211b)과 연결된다. 상기 단위프레임들의 베이스부는 일측방향을 따라 일렬로 순차결합되어 단위프레임 어셈블리(200)를 형성한다. 즉, 하나의 단위프레임의 베이스부의 측벽부 하단측 단부(212b)가 후속하는 단위프레임 베이스부의 일측방향 연장 단부(212a)와 차례차례 결합하는 것에 의하여 상기 단위프레임(210)이 측방향(좌우방향)을 따라 일렬로 결합되어 단위프레임 어셈블리(200)를 형성한다. 상기 베이스부(212)는 각 배터리 어셈블리의 하부면을 지지한다. 따라서, 상기 결합된 베이스부들은 종래의 배터리 팩의 베이스판을 형성한다. 상기 단위프레임(210)의 결합 개수를 증가시키거나 감소시키면, 상기 단위프레임 어셈블리(200)는 측방향으로 더욱 커지거나 작아질 수 있다. 즉, 베이스부들이 구성하는 배터리 팩(1000)의 바닥 면적을 필요에 따라 변경할 수 있다.

또한, 상기 단위프레임(210)의 측벽부(211)는 종래의 배터리 팩에서 배터리 모듈을 구획하는 격벽과 같은 기능을 한다. 즉, 도 7과 같이 단위프레임(210)을 측방향으로 순차 결합함으로써, 이웃하는 단위프레임(210)의 측벽부(211)가 서로 대향 배치된다. 이 대향 배치되는 측벽부(211) 사이 공간에 배터리 모듈(10) 또는 셀 적층체 단위유닛(100)과 같은 배터리 어셈블리를 배치할 수 있다. 따라서, 상기 단위프레임(210)을 측방향으로 순차 결합해 나가는 것에 의하여, 배터리 어셈블리가 놓여지는 바닥부의 면적이 증가되고, 배터리 어셈블리를 구획하는 격벽의 개수도 자연히 늘릴 수 있다.

이와 같이, 단위프레임들을 마치 레고블록과 같이 결합 개수를 달리하여 측방향으로 결합하는 것에 의하여 다종 다양한 요구 사양에 대응하여 배터리 팩의 크기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩의 전기용량도 요구성능에 부합하도록 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 배터리 팩의 설계자유도를 현저하게 증가시킬 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 배터리 어셈블리들은, 셀 적층방향(좌우방향에 나란한 방향)으로 일정 폭을 가지고, 길이방향(전후방향에 나란한 방향)으로 길게 연장되어 일정 길이를 가진다. 예컨대, 상기 각각의 셀 적층체 단위유닛(100)은 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 이웃하는 단위프레임(210) 사이 공간에 수용된다. 즉, 각 셀 적층체 단위유닛(100)의 하부면이 각 단위프레임(210)의 베이스부(211)에 지지된다. 또한, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)의 폭방향 양측면이 이웃하는 단위프레임(210)의 대향하는 측벽부(212)에 각각 지지되도록, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)이 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 각 단위프레임(210)에 수용된다.

배터리 어셈블리로서 도 1의 배터리 모듈(10)이 적용되는 경우는, 상기 배터리 모듈(10)이 이웃하는 단위프레임(210) 사이 공간에 수용된다. 또한, 배터리 모듈(10)의 하부면(하부 하우징(12B)의 하부면)이 각 단위프레임(210)의 베이스부(211)에 지지된다. 또한, 상기 배터리 모듈(10)의 폭방향 양측면(하부 하우징(12B)의 양측면)이 이웃하는 단위프레임(210)의 대향하는 측벽부(212)에 각각 지지되도록, 상기 배터리 모듈(10)이 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 각 단위프레임(210)에 수용된다.

한편, 상기 단위프레임(210)은 전후방향을 따라 일정 길이로 연장된다. 즉, 상기 측벽부(211) 및 베이스부(212)는 전후방향을 따라 연장된다. 상기 측벽부 및 베이스부의 전후방향 길이는, 상기 배터리 어셈블리의 전후방향 길이를 충분히 수용할 수 있도록 정해진다. 즉, 상기 단위프레임(210)의 전후방향 길이는 상기 배터리 어셈블리를 구성하는 배터리 셀(110)의 길이에 따라 정해진다. 혹은, 후술하는 바와 같이 상기 배터리 어셈블리(10,100)가 전후방향을 따라 복수개로 일렬로 배치될 경우에, 그에 대응하여 상기 단위프레임(210)의 길이를 전후방향으로 길게 형성할 수 있다. 즉, 본 발명은 측방향으로 단위프레임(210)의 결합 개수를 증감하는 것에 의하여, 배터리 팩의 바닥 크기를 측방향으로 변화시킬 뿐만 아니라, 배터리 어셈블리의 길이나 혹은 길이방향 배열 개수에 따라 전후방향으로 단위프레임(210)의 길이를 늘리는 것에 의하여 배터리 팩의 바닥 크기를 길이방향으로 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 9와 같이, 단위프레임(210)의 측벽부(211)는 배터리 어셈블리, 예컨대 셀 적층체 단위유닛(100)의 높이보다 높게 형성할 수 있다. 이에 의하여 측벽부(211)가 배터리 어셈블리의 측면을 안정적으로 지지할 수 있다.

상기 측벽부(211)와 베이스부(212)는 일체로 성형하는 것에 의하여 제조될 수 있다. 혹은, 2개의 평판 플레이트를 일단부가 접촉하도록 수직방향으로 배치하고 접촉한 평판 플레이트의 단부들을 용접 결합하는 것에 의하여 상기 단위프레임(210)을 제조하는 것도 가능하다.

상기 단위프레임(210)은, 내부에 빈 공간(H,f1)이 형성되도록 알루미늄 등의 금속 소재를 압출하여 중공형의 프레임으로 제작할 수 있다. 이와 같이 단위프레임들을 중공형으로 구성함으로써, 배터리 팩의 중량을 줄이고, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 내부 공간에 리브 형태의 구획벽을 형성하면, 프레임들의 기계적 강성을 신뢰성 있는 수준으로 유지할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 단위프레임(210)에 형성된 중공 공간은 냉각 유체가 통과하는 통로나 배터리 팩 내에서 발생하는 가스를 벤팅시키는 벤팅 채널로도 사용 가능하다.

상기 단위프레임들은 예컨대 마찰 교반용접과 같은 용접에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 단위프레임(210)의 베이스부(212)의 측벽부 하단측 단부(212b)에 후속하는 단위프레임 베이스부의 전방측 단부(212a) 형상과 정합하는 형상의 단차부(P)가 형성될 수 있다. 즉, 도 7 및 도 9와 같이, 베이스부의 측벽부 하단측 단부(212b)(혹은 베이스부 단부와 이어지는 측벽부 하단부(211b))에 단차부(P)가 구비된다. 이 단차부 형상은 후속하는 단위프레임 베이스부의 전방측 단부(212a)의 형상과 맞물리도록 되어 있다. 따라서, 측방향으로 이웃하는 베이스부(212) 끼리 상기 단차부(P)에서 서로 맞물리도록 결합함으로써, 단위프레임(210)의 결합강도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 단차부(P)와 베이스부의 결합면이 높이방향으로 단위프레임의 측벽부(211) 및 상기 배터리 어셈블리의 하중을 지지할 수 있으므로, 배터리 어셈블리의 하중을 적절하게 분산할 수 있다는 장점이 있다.

도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 전후방향 전단에는 전방프레임(300)이 결합된다. 또한, 단위프레임 어셈블리(200)의 전후방향 후단에는 후방프레임(400)이 결합된다.

상기 전방프레임과 후방프레임은 상기 배터리 어셈블리의 전면과 후면을 커버하며 상기 단위프레임 어셈블리(200)에 결합된다. 따라서, 상기 단위프레임의 베이스부(212), 이웃하는 단위프레임의 대향하는 측벽부(211), 상기 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)에 의하여 상기 배터리 어셈블리의 수용공간이 형성된다.

상기 전방프레임(300)은 좌우방향으로 길게 연장되며 높이방향으로 세워진 형태를 가질 수 있다. 전방프레임은 높이방향으로 연장되는 전방커버부(310)와, 상기 전방커버부(310)의 하부로부터 전방으로 돌출되는 전방 플레이트부(320)를 구비할 수 있다. 상기 전방 플레이트(320)부는 차량과 같은 구조물에 고정 결합될 수 있다.

후방프레임(400)은 좌우방향으로 길게 연장되며 높이방향으로 세워진 형태를 가질 수 있다. 후방프레임은 상기 전방프레임과 동일 또는 상이한 형태로 이루어질 수 있다. 상기 후방프레임은 높이방향으로 연장되는 후방커버부(410)와, 상기 후방커버부(410)의 하부로부터 후방으로 돌출되는 후방 플레이트부(420)를 구비하여 전방프레임과 동일한 형태로 되어 있다. 상기 후방 플레이트부(420)는 차량과 같은 구조물에 고정 결합될 수 있다.

상기 전방커버부 및 후방커버부의 높이는 상기 단위프레임의 측벽부(211) 높이와 동일할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 일측방향 최선단의 단위프레임(210)은 베이스부 단부 측이 개방되어 있다. 따라서, 최선단의 단위프레임(210)의 베이스부 상에는 상기 배터리 어셈블리를 수용할 수 없다. 이 경우, 상기 최선단 단위프레임(210)의 베이스부를 차량과 같은 구조물에 결합되는 결합부로 사용할 수 있다. 이러한 예에서는, 상기 단위프레임 어셈블리(200)에 결합되는 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)의 좌우방향 길이는 일측방향 최후단의 단위프레임으로부터 일측방향 최선단 단위프레임의 측벽부까지 연장되도록 할 수 있다.

그러나, 상기 최선단의 단위프레임(210)에도 배터리 어셈블리를 수용할 수 있도록, 예컨대 상기 최선단 단위프레임(210)의 베이스부에 결합되는 제1 사이드프레임(500)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 사이드프레임(500)은, 전후방향으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 제1 사이드프레임(500)의 전후방향 길이는 상기 단위프레임(210)의 전후방향 길이와 동일할 수 있다. 따라서, 상기 제1 사이드프레임(500)은 상기 최선단 단위프레임(210)의 베이스부 단부에 결합하여 단위프레임 어셈블리(200)의 일측방향 최선단을 커버할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 사이드프레임(500)과 최선단 단위프레임(210)이 형성하는 공간에 배터리 어셈블리를 추가적으로 수용할 수 있다. 이때, 상기 배터리 어셈블리의 하부면은 상기 최선단 단위프레임(210)의 베이스부에 지지되고, 양측면은 상기 제1 사이드프레임(500)과 이에 대향하는 최선단 단위프레임(210)의 측벽부(211)에 각각 지지된다. 이 경우, 상기 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)의 좌우방향 길이는 일측방향 최후단의 단위프레임(210)으로부터 상기 제1 사이드프레임(500)까지 연장될 수 있다. 이에 따라, 최선단 단위프레임(210)의 베이스부(212), 제1 사이드프레임(500), 상기 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)에 의하여 일측방향 최선단의 배터리 어셈블리의 수용공간이 형성된다. 상기 제1 사이드프레임(500)의 높이는 상기 전방프레임(300) 및 후방프레임(400) 높이와 동일할 수 있다.

상기 단위프레임(210) 외에 제1 사이드프레임(500), 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)도 내부에 공간이 형성되는 중공형 프레임으로 제작할 수 있다. 이에 의하여, 배터리 팩의 중량을 더욱 줄일 수 있다. 또한, 상기 내부 공간에 리브 형태의 구획벽을 형성하여 프레임들의 기계적 강성을 신뢰성 있는 수준으로 유지할 수 있다.

또한, 상기 팩 하우징(1100)은 상기 배터리 어셈블리를 덮으며 상기 단위프레임 어셈블리(200)에 결합되는 팩 커버(600)를 더 포함할 수 있다. 도 6과 같이, 상기 팩 커버(600)의 하면 테두리부는, 상기 전방프레임(300), 후방프레임(400), 제1 사이드프레임(500), 상기 단위프레임 어셈블리(200)의 최후단 측벽부(211)의 상단에 각각 결합될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 단위프레임(210)의 베이스부(212)는 냉각 유로(f1)를 내부에 구비할 수 있다. 예컨대, 베이스부(212)를 압출 성형하면 압출부재의 진행방향에 따라 베이스부의 내부에 공간이 형성될 수 있다. 상기 내부 공간은 리브와 같은 구획벽에 의하여 복수의 중공 채널로 구획될 수 있다. 이 중공 채널들 중 적어도 하나에 별도의 냉각 유로를 설치하거나 혹은 상기 중공 채널 자체를 냉각 유로로 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 베이스부(212)를 따라서 전후방향으로 연장되는 냉각 유로(f1)가 구비된 단위프레임 어셈블리(200)를 구성할 수 있다. 이 냉각 유로(f1)를 통하여 냉각 유체를 유동시킴으로써, 상기 배터리 어셈블리를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 단위프레임(210)의 베이스부를 냉각 일체형의 구조로 함으로써, 종래와 같이 별도의 냉각판을 베이스부에 설치할 필요가 없다. 이에 의하여, 배터리 팩(1000)의 높이를 줄여서 보다 컴팩트하게 배터리 팩을 구성할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전방프레임(300) 및 후방프레임(400)은 상기 베이스부의 냉각유로에 연통하는 냉각 유로(f2,f3)를 각각 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 전방프레임 및 후방프레임 중 하나에 상기 냉각 유로와 연통되는 냉매 주입구 및 냉매 배출구가 구비될 수 있다. 혹은, 상기 전방프레임 및 후방 프레임 중 하나에 냉매 주입구를, 다른 하나에 냉매 배출구를 형성할 수 있다. 이에 의하여, 본 발명의 배터리 팩은 전방프레임(300)의 냉각 유로(f2), 단위프레임 어셈블리(200)의 냉각 유로(f1) 및 후방프레임의 냉각 유로(f3)로 이어지는 냉각 경로를 다양하게 설계할 수 있다.

상기 배터리 어셈블리와 상기 베이스부(212) 사이에는 열 전달부재(R)가 구비될 수 있다. 이러한 열전달 부재(R)는 열전달이 잘 이루어지도록 하기 위하여, 열전도성 그리스, 열전도성 접착체, 열전도성 에폭시, 방열 패드 중 적어도 일부를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 열전달부재(R)는 배터리 어셈블리의 하부면을 단위프레임 어셈블리(200)의 베이스부에 고정하는 역할을 수행하므로, 일정 이상의 접착력을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 열전달부재(R)에 의하여, 냉각 유로를 구비한 베이스부로 용이하게 열이 전달되어 배터리 팩의 방열이 효과적으로 이루어질 수 있다.

도 10은 본 발명의 배터리 팩에 배터리 어셈블리가 설치되는 과정을 나타내는 개략도이고, 도 11은 종래의 배터리 팩과 본 발명의 배터리 팩을 대비한 개략도이다.

상기 단위프레임 어셈블리(200)의 이웃하는 단위프레임의 측벽부(211) 사이 거리는 각 배터리 어셈블리의 폭보다 작게 형성될 수 있다. 예컨대, 배터리 어셈블리로서 셀 적층체 단위유닛(100)을 사용하는 경우, 상기 측벽부(211) 사이 거리는 셀 적층체 단위유닛(100)의 폭보다 작게 형성할 수 있다.

따라서, 상기 각 셀 적층체 단위유닛(100)을 각 단위프레임(210)에 수용하기 위해서는, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)을 폭방향(배터리 셀 적층방향)으로 압축하여 이웃하는 단위프레임(210)의 측벽부(211) 사이로 끼워넣어야 한다. 또한, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)을 폭방향으로 압축할 때, 상기 완충패드(130)가 압축되는 것에 의하여 용이하게 상기 셀 적층체 단위유닛(100)을 압축시킬 수 있다.

반면, 배터리 어셈블리로서 배터리 모듈(10)을 사용하는 경우에는, 다음과 같은 문제가 있을 수 있다.

먼저, 배터리 모듈을 구성하기 위해서, 모듈 하우징, 단부판, 그 외 각종 부수적인 부품이 필요하여 제조원가가 높아진다.

또한, 도 3(a)와 같이 배터리 모듈(10)을 팩 하우징의 격벽(22) 사이에 설치하기 위해서는 필연적으로 조립 공차(G)가 발생한다. 따라서, 이 조립 공차와 배터리 모듈의 하우징 두께만큼 배터리 팩 내에 설치되는 배터리 셀의 개수가 줄어들어 배터리 팩의 에너지밀도가 감소할 수 있다.

또한, 도 3(b)와 같이 모듈 하우징(12)이 배터리 셀(11)과 팩 하우징의 베이스판(23) 상에 설치되는 경우, 열전달 효율을 위하여, 모듈 하우징 상하로 2층의 열전달부재(1,1')가 필요하게 된다. 또한, 냉각판(24)과 모듈 하우징(12)으로 인하여 배터리 팩의 높이방향 공간이 증가하고 팩 중량이 증가한다. 이 때문에, 제조원가가 상승할 뿐 아니라, 배터리 팩의 중량 증가 및 설치공간 확대로 인하여 에너지 밀도가 더욱 감소한다.

그러나, 배터리 어셈블리로서, 상기 셀 적층체 단위유닛(100)을 사용하는 경우 등에는, 상술한 문제점을 해소할 수 있다.

즉, 셀 적층체 단위유닛을 적용하면, 모듈 하우징 없이 직접 배터리 셀이 팩 하우징 내에 수용되는 이른바 셀투팩 구조를 가지므로, 모듈 부품 생산 및 조립에 따른 공정이나 비용을 없앨 수 있다.

특히, 모듈 설치에 필요한 조립 공차를 없애고, 높이방향으로 팩 내의 공간을 보다 컴팩트하게 하고 배터리 팩 중량을 저감할 수 있으므로, 동일 배터리 팩 공간이 차지하는 에너지 밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 셀(110)을 배터리 팩에 수용할 때, 종래의 배터리 모듈 사용시에 필요한 조립 공차(G)를 둘 필요가 없다. 또한, 상기와 같이, 셀 적층체 단위유닛(100)을 대향하는 단위프레임(210)의 측벽부 사이에 압축하여 삽입할 수 있다. 이에 따라, 좌우방향으로 배터리 팩의 공간을 절감할 수 있으므로, 동일 공간에 더 많은 배터리 셀(110)을 설치할 수 있으므로, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

한편, 단위프레임(210)의 베이스부(212)의 좌우방향 길이는, 이웃하는 단위프레임(210)의 측벽부(211) 사이 거리가 각 셀 적층체 단위유닛(100)의 폭보다 작게 되는 범위에서 결정될 수 있다. 즉, 상기 베이스부의 좌우방향 길이는 상기 셀 적층체 단위유닛(100)의 삽입 공간을 고려하여 적절하게 정할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 배터리 어셈블리는 이웃하는 단위프레임(210)의 대향하는 측벽부에 양측면이 끼워져 단단하게 고정될 수 있다. 또한, 배터리 어셈블리 하부면에 구비되는 열전도성 접착제와 같은 열전달부재에 의하여 단위프레임(210)의 베이스부에 고정된다. 따라서, 본 발명에 의하면 별도의 체결부재 없이도, 배터리 어셈블리를 각 단위프레임(210)에 강고하게 결합할 수 있으므로, 전체적인 조립성이 향상된다는 이점이 있다.

도 11에는 배터리 어셈블리로서 셀 적층체 단위유닛(100)을 사용한 경우의 장점이 명확하게 나타나 있다.

도 11(b)에서 셀 적층체 단위유닛(100)이 모듈 하우징 없이 직접 팩 하우징 내에 수용된다. 따라서, 도 11(a)의 배터리 모듈과 같이 모듈을 팩에 수용할 때 필요한 조립 공차를 둘 필요가 없고 모듈 하우징 두께만큼 좌우 폭을 줄일 수 있다. 또한, 모듈 하우징이 없으므로, 열전달부재(R)도 셀 적층체 단위유닛(100)과 베이스부(212) 사이의 1개소로 충분하므로, 재료를 절감할 수 있고 냉각 경로를 보다 단순화하여 방열 효율을 개선할 수 있다. 또한, 베이스부(212)를 냉각 유로가 구비된 냉각 일체형 구조로 함으로써 냉각판도 필요하지 않다. 이와 같이, 셀 적층체 단위유닛(100)을 배터리 어셈블리로서 적용하면 좌우방향뿐만 아니라, 높이방향으로도 공간이 절감된다. 따라서, 종래의 배터리 팩과 대비할 때, 동일 부피를 갖는 공간에 보다 많은 배터리 셀(110)을 수용할 수 있어 에너지 밀도가 크게 향상된다.

한편, 상기 단위프레임 어셈블리(200)에 포함되는 일부 단위프레임에는 배터리 어셈블리를 설치하지 않고, 전장품 어셈블리(도시하지 않음)를 수용할 수 있다. 전장품 어셈블리에는 릴레이 장치, 전류 센서, 퓨즈, BMS, MSD(Manual Service Disconnector) 등을 수용할 수 있다. 이러한 전장품 어셈블리는 배터리 어셈블리들과 함께 외부에 노출되지 않게 배터리 팩 내에 패키징될 수 있다.

(제2 실시형태)

도 12는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이고, 도 13은 단위프레임의 변형예들을 나타내는 사시도이다.

도 12의 실시예는 도 6의 실시예에 더하여, 단위프레임 어셈블리(200)의 일측방향 최후단의 단위프레임(210)의 측벽부에 결합되는 제2 사이드프레임(500')을 더 포함하는 것이다.

도 6의 실시예에서 최후단 단위프레임(210)의 측벽부(211)는 두께가 얇으므로 배터리 팩의 우측을 커버하는 제2 사이드프레임(500')을 포함하도록 하였다. 상기 제2 사이드프레임(500')의 길이 및 높이는 제1 사이드프레임(500)과 동일한 것을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 최후단 단위프레임(210)의 측벽부와 제2 사이드프레임(500')이 결합하여 배터리 팩의 우측벽을 형성하므로, 상기 측벽부의 두께만큼 제2 사이드프레임(500')의 폭을 제1 사이드프레임(500) 폭보다 작게 할 수 있다.

도 6 및 도 12의 실시예에서는, 단위프레임 어셈블리(200)의 일측방향 최선단의 단위프레임(210)에 배터리 어셈블리(예컨대, 셀 적층체 단위유닛(100))을 수용할 수 있도록, 상기 배터리 어셈블리의 일측면을 커버할 수 있는 제1 사이드프레임(500)을 구비하고 있다.

도 13의 도면 좌측 부분은, 상기 제1 사이드프레임 대신, 상기 최선단 단위프레임(210) 자체를 상기 배터리 어셈블리를 수용할 수 있는 형태로 제2 측벽부(214)를 구비한 단위프레임(211)이 도시되어 있다. 즉, 본 실시예의 최선단 단위프레임(210)은, 베이스부(212)의 일측방향 연장 단부에 측벽부에 대향하는 제2 측벽부(214)를 더 가진다. 따라서, 상기 최선단 단위프레임(210)은 후속의 단위프레임(210)과는 달리 베이스부의 양측에 측벽부(211,214)를 각각 가진다. 이에 따라, 배터리 어셈블리의 하부면이 상기 최선단 단위프레임(210)의 베이스부에 지지되고, 양측면이 상기 측벽부(211) 및 제2 측벽부(214)에 각각 지지되도록 배터리 어셈블리를 최선단 단위프레임(210)에 수용할 수 있다. 상기 제2 측벽부(214)는 배터리 팩의 좌측벽을 형성하므로, 제2 측벽부의 폭은 다른 단위프레임(210)의 측벽부 폭보다 클 수 있다. 예컨대, 상기 제2 측벽부 폭은 제1 사이드프레임의 폭과 동일할 수 있다.

또한, 도 13의 도면 우측 부분에는 단위프레임 어셈블리(200)의 최후단 단위프레임(210)의 측벽부 폭을 제1 사이드프레임의 폭과 동일하게 한 예가 나타나 있다. 즉, 본 예에서는, 제2 사이드프레임(500')을 최후단 단위프레임(210)의 측벽부에 결합하지 않고, 최후단 단위프레임(210) 측벽부 자체의 폭을 키운 것이다. 따라서, 통상의 측벽부와 달리 최후단 단위프레임의 측벽부(216)는 도면부호를 다르게 나타내었다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 단위프레임(210)을 3가지 형태의 전용 부품으로 구성할 수 있음을 제안하였다. 즉, 통상의 측벽부와 베이스부를 가지는 단위프레임(T1)과, 제2 측벽부(214)를 가지는 최선단 단위프레임(T2), 측벽부 폭이 큰 최후단 단위프레임의 3종류(T3)로 구성하면, 이러한 단위프레임들을 적절히 조합하여 단위프레임 어셈블리(200)를 구성할 수 있다. 본 실시예의 경우는, 여러 종류의 단위프레임을 규격화하여 미리 제조할 수 있으므로, 예컨대, 제1 사이드프레임(500)을 최선단 단위프레임에 별도로 결합할 필요가 없다.

(제3 실시형태)

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 사시도이고, 도 15는 도 14의 실시예의 배터리 팩의 단위프레임과 배터리 어셈블리의 결합도이다.

도 14의 실시예는, 복수개의 배터리 어셈블리가 측방향(좌우방향)을 따라서 복수개의 열로 나란하게 배치되어 각각의 단위프레임(210)에 수용되어 있다.

도 14의 실시예는, 상기 배터리 어셈블리가 전후방향을 따라 2개 이상의 열로 배치되었을 때, 이를 수용할 수 있는 배터리 팩(200) 구조를 도시한 것이다.

도 15는, 이러한 배터리 팩 구조의 단위프레임(210)의 예시로서 배터리 어셈블리의 전후방향을 따라 2열로 배치된 경우의 단위프레임(210)의 형상을 도시하고 있다.

도 15를 참조하면, 상기 단위프레임(220)의 측벽부(221)는, 전후방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되어 2개의 측벽부(221A,221B)가 일렬로 위치한다. 베이스부(222)는, 각 측벽부 하단으로부터 일측방향으로 연장되고 또한 전후방항을 따라 길게 연장되어 있다. 즉, 본 실시예에서, 측벽부는 배터리 어셈블리(예컨대 셀 적층체 단위유닛(100))의 열의 개수와 동일한 개수 구비된다. 따라서, 상기 2열의 배터리 어셈블리의 하부면은 하나의 베이스부(222)에 의하여 지지된다. 각 열의 배터리 어셈블리의 일측면은 상기 단위프레임(220)의 2개의 측벽부(221A,221B)에 의하여 각각 지지된다. 도 15와 같이, 2개의 단위프레임(220)이 측방향으로 결합되면, 대향하는 단위프레임(220)의 측벽부 사이에 상기 2열의 배터리 어셈블리가 수용되는 공간이 형성된다. 2열의 배터리 어셈블리의 폭을 도 10과 같이 압축하여 대향하는 측벽부 사이에 삽입할 수 있다. 이에 따라, 각각의 열의 배터리 어셈블리는 단위프레임(220)의 하나의 베이스부(222)에 하부면이 지지되도록 상기 공간에 수용된다. 이 경우, 각 열의 단위유닛(100)의 양측면은, 이웃하는 단위프레임(220)의 서로 대향하며 전후방향을 따라 배치된 각각의 측벽부에 지지된다.

도 14에는 전후방향으로 2열로 배치된 배터리 어셈블리가 측방향으로 다시 복수개로 나란하게 배치되어, 각각의 단위프레임(210)에 수용되는 것이 도시되어 있다.

이와 같이, 배터리 어셈블리를 전후방향과 측방향으로 행과 열을 가지도록 배치함으로써, 배터리 팩(2000)에 수용되는 배터리 셀의 개수를 크게 늘릴 수 있다. 이에 따라, 보다 크고 대용량의 배터리 팩을 구성할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 배터리 팩의 바닥부 면적을 더욱 크게 할 수 있어, 배터리 팩 설계자유도를 더욱 높일 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 각 단위프레임(220)의 측벽부(221A,221B)는 전후방향으로 소정 간격(S)을 두고 이격 배치된다. 이는 첫째, 전후 열의 배터리 어셈블리를 구획하여 서로 간섭되는 것을 피하기 위함이다. 둘째, 상기 이격된 측벽부(221A,221B) 사이 간격(S)에 배터리 어셈블리를 구획하고 배터리 팩의 구조강성을 보강할 수 있는 보강부재를 설치하기 위함이다.

단위프레임(220)이 전후방향으로 길어지면 배터리 팩의 길이방향의 강성이 약해진다. 특히, 상기 단위프레임(220)에 수용되는 배터리 어셈블리의 수가 증가하면 길이방향으로 단위프레임(220)이 받는 하중도 증가한다. 따라서, 단위프레임(220) 또는 배터리 팩의 전후방향(길이방향)의 강성을 보강하기 위한 보강부재가 필요하게 된다. 도 14를 참조하면, 보강부재로서 센터프레임(250)이 각 단위프레임(220)의 베이스부들을 따라 측방향으로 연장되어 상기 단위프레임 어셈블리(200')에 결합되어 있다. 상기 센터프레임(250)은 전후 열의 배터리 어셈블리를 자연히 구분하고 있다. 또한, 측방향으로 단위프레임 어셈블리(200')의 베이스부들을 가로질러 상기 전후방향으로 배치된 측벽부(221A,221B) 사이 공간에 결합된다. 이에 따라, 단위프레임 어셈블리(200')가 전후방향으로 길어지더라도 상기 센터프레임(250)이 배터리 팩(2000)의 강성을 보강하여 견고하게 배터리 어셈블리를 지지할 수 있게 된다.

도 16은 본 발명의 변형예에 따른 배터리 팩의 구성요소인 단위프레임의 개략도이다.

도 16은 상기 단위프레임(230)의 측벽부(231)가 전후방향을 따라 소정 간격을 두고 3열(231A,231B,231C)로 배치된 것을 도시하고 있다. 이 경우에는 전후방향으로 3열의 배터리 어셈블리(예컨대, 셀 적층체 단위유닛(100))을 상기 단위프레임(230)에 설치할 수 있다.

따라서, 전후방향으로 단위프레임 어셈블리 및 배터리 팩의 바닥 면적이 더욱 증가된다. 이론상으로는 상기 단위프레임(230)의 전후방향 길이 혹은 전후방향으로 배열되는 측벽부의 개수는 제한이 없다. 다만, 차량의 설치공간과 요구되는 배터리 팩의 용량에 따라서, 필요한 배터리 어셈블리의 개수가 정해진다. 따라서, 배터리 어셈블리의 설정 개수를 적절하게 배터리 팩의 측방향 및 전후방향을 따라 행과 열로 구분하여 배치할 수 있다. 본 발명은 레고블록과 같이 측방향을 따라 단위프레임을 조립해나감으로써, 측방향으로 필요한 배터리 어셈블리의 개수에 따라 단위프레임 어셈블리 또는 배터리 팩 바닥부를 용이하게 변경하여 대응할 수 있다. 또한, 전후방향으로 필요한 배터리 어셈블리의 열의 개수에 대응하여 단위프레임의 전후방향 길이를 길게 하고, 본 실시예와 같이, 측벽부의 개수도 각 열의 개수에 부합하도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 다종 다양하게 요구되는 설계규격에 대응하여 한 배터리 팩의 바닥부 면적을 자유롭게 변경할 수 있으므로, 범용성이 높은 배터리 팩을 제조할 수 있다.

한편, 도 16과 같이 3열의 배터리 어셈블리를 배치할 수 있는 단위프레임(230)에는 측벽부 사이에 2개의 간격(S1,S2)이 형성된다. 이 간격에는 2개의 센터프레임(250)을 배치할 수 있다. 즉, 전후방향으로 배터리 어셈블리의 열이 증가하더라도, 센터프레임(250)을 측벽부 사이 간격의 베이스부(232) 상에 적절히 배치함으로써, 배터리 팩의 강성을 보강할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 배터리 모듈
100: 셀 적층체 단위유닛
110: 배터리 셀
120: 버스바 어셈블리
121: 인터버스바
122: 터미널 버스바
130: 완충패드
200,200': 단위프레임 어셈블리
210,220,230,T1,T2,T3; 단위프레임
211,221,231: 측벽부
212,222,232: 베이스부
250: 센터프레임
300: 전방프레임
400; 후방프레임
500: 제1 사이드프레임
500': 제2 사이드프레임
600: 팩 커버
1100,2100: 팩 하우징
1000,2000: 배터리 팩

Claims

복수의 배터리 어셈블리들과, 상기 배터리 어셈블리들을 수용하는 팩 하우징을 포함하고, 상기 팩 하우징은
측벽부와 상기 측벽부 하단으로부터 일측방향으로 연장되는 베이스부를 각각 가지는 복수개의 단위프레임의 어셈블리로서, 하나의 단위프레임의 베이스부의 측벽부 하단측 단부가 후속 단위프레임 베이스부의 일측방향 연장 단부와 차례차례 결합하는 것에 의하여 상기 단위프레임이 측방향을 따라 일렬로 결합되어 이루어지는 단위프레임 어셈블리;
상기 단위프레임 어셈블리의 전후방향 전단에 결합되는 전방프레임; 및
상기 단위프레임 어셈블리의 전후방향 후단에 결합되는 후방프레임을 포함하며,
각각의 배터리 어셈블리는, 각각의 단위프레임의 베이스부에 하부면이 지지되고, 이웃하는 단위프레임의 대향하는 측벽부에 양측면이 지지되도록 각 단위프레임에 수용되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 측벽부의 높이는, 상기 배터리 어셈블리의 높이보다 높은 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단위프레임의 베이스부의 측벽부 하단측 단부에 후속 단위프레임의 베이스부의 전방측 단부 형상과 정합하는 형상의 단차부가 형성되고,
상기 단차부에 후속 단위프레임 베이스부의 전방측 단부가 결합되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최선단의 단위프레임의 베이스부에 결합되는 제1 사이드프레임을 더 포함하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 최선단 단위프레임에 수용되는 배터리 어셈블리는, 하부면이 상기 최선단 단위프레임의 베이스부에 지지되고, 양측면이 상기 제1 사이드프레임과 이에 대향하는 최선단 단위프레임의 측벽부에 각각 지지되는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최후단의 단위프레임의 측벽부에 결합되는 제2 사이드프레임을 더 포함하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,
상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최후단의 단위프레임의 측벽부 폭은 상기 제1 사이드프레임의 폭과 동일한 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단위프레임 어셈블리의 일측방향 최선단의 단위프레임은, 상기 베이스부의 일측방향 연장 단부에 상기 측벽부에 대향하는 제2 측벽부를 더 가지는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 일측방향 최선단의 단위프레임에 수용되는 배터리 어셈블리는, 하부면이 상기 최선단 단위프레임의 베이스부에 지지되고, 양측면이 상기 측벽부 및 제2 측벽부에 각각 지지되는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 제2 측벽부의 폭은 다른 단위프레임의 측벽부 폭보다 큰 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 단위프레임 어셈블리의 이웃하는 단위프레임의 대향하는 측벽부 사이 거리는, 상기 각 배터리 어셈블리의 폭보다 작은 배터리 팩.
제11항에 있어서,
상기 배터리 어셈블리는, 적층된 배터리 셀 사이에 적어도 하나의 완충패드를 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 배터리 어셈블리와 상기 베이스부 사이에 열 전달부재가 구비되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스부는 냉각 유로를 내부에 구비하는 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 전방프레임 및 후방프레임은 상기 베이스부의 냉각유로에 연통하는 냉각 유로를 각각 구비하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
각각의 단위프레임은, 전후방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되어 일렬로 위치하는 2개 이상의 측벽부와 상기 각 측벽부 하단으로부터 일측방향으로 연장되고 또한 전후방항을 따라 길게 연장되는 하나의 베이스부를 가지며,
상기 복수개의 배터리 어셈블리는 상기 측벽부의 개수에 대응하여 전후방향을 따라 2개 이상의 열로 배치되고,
각각의 열의 배터리 어셈블리는, 각각의 단위프레임의 하나의 베이스부에 그 하부면이 지지되고, 이웃하는 단위프레임의 서로 대향하며 전후방향을 따라 배치된 각각의 측벽부에 양측면이 지지되도록 각 단위프레임에 수용되는 배터리 팩.
제16항에 있어서,
전후방향으로 이격된 측벽부 사이 간격에 위치하여 상기 배터리 어셈블리를 열 단위로 구획하며,
각 단위프레임의 베이스부들을 따라 측방향으로 연장되어 상기 단위프레임 어셈블리에 결합되는 센터프레임을 더 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팩 하우징은, 상기 배터리 어셈블리를 덮으며 상기 단위프레임 어셈블리에 결합되는 팩 커버를 더 포함하는 배터리 팩.