KR20240006431A

KR20240006431A - 배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법

Info

Publication number: KR20240006431A
Application number: KR1020230070867A
Authority: KR
Inventors: 김기영; 신주환; 이재현; 전보라; 이형석
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2024-01-15

Abstract

본 발명은 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 베이스판과 함께 사이드 프레임의 제1 연장부가 모듈 탑재 영역을 형성하도록 하여, 배터리 팩 내에 탑재되는 배터리 모듈의 하중을 균일하게 분산시킬 수 있으며, 이에 따라 배터리 팩의 구조를 간소하게 할 수 있다.
본 발명은 상술한 하중 분산 구조와 함께 냉각 일체형의 구조를 가질 수 있다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩의 제조방법{BATTERY PACK AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩 및 상기 배터리 팩의 제조방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 배터리 모듈의 하중을 효율적으로 분산시키면서도 팩 하우징의 구조를 간소화할 수 있는 배터리 팩 및 그 배터리 팩의 제조방법에 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.

배터리 팩은 다수개의 배터리 모듈을 탑재하므로, 이 모듈들의 하중을 안정적으로 지지할 수 있는 구조로 설계할 필요가 있다. 또한, 에너지 절감 및 에너지 효율의 개선을 위해서, 배터리 팩의 중량을 저감하면서도 그 기계적 강성은 유지 내지 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요망된다.

도 1은 본 출원인이 제안한 종래의 배터리 팩 제조과정을 나타내는 개략도이고, 도 2는 제조된 배터리 팩의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래에는 전방 프레임(11), 후방 프레임(12), 양측 사이드 프레임(13,14)을 결합하여 사각틀 형상 프레임을 만들고(도 1(a), 상기 사각틀 형상 프레임에 센터 프레임(21)과 복수개의 사이드 빔(22)을 결합하여 배터리 팩의 뼈대 프레임(20)을 형성한 후(도 1(b), 이 뼈대 프레임(20)을 뒤집고(도 1(c), 상기 뼈대 프레임(20)의 하부에 냉각 유로가 형성된 냉각 패널(30)을 결합하고(도 1(d), 상기 냉각 패널에 베이스판(40)을 위치하고, 상기 베이스판(40)을 뼈대 프레임(20)에 결합하였다(도 1(e)).

도 2에는 이렇게 제조된 배터리 팩(1)의 단면 구조가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 베이스판(40)은, 배터리 모듈(M)의 전체 하부면 면적을 수용 및 지지할 수 있는 크기로 제작되며, 베이스판(40)의 가장자리부(41) 상부면이 사이드 프레임의 하단부와 용접 결합되어 결합부(B)를 형성한다.

그러나, 상기 구조의 배터리 팩(1)은 다음과 같은 결점이 존재한다.

첫째, 베이스판(40)이 배터리 모듈(M)의 하중을 전부 지지하므로, 높이방향, 즉 Z축방향의 하중이 베이스판 가장자리부(41)와 사이드 프레임의 용접 결합부(B)에 집중된다. 따라서, 장기간의 반복 사용시에 Z축방향의 하중에 의하여, 상기 베이스판 가장자리부(41)가 사이드 프레임(13,14)의 용접 결합부로부터 아래로 처지거나 해당 결합부(B)가 벌어질 위험성이 있다.

둘째, 상기 결합부(B)에 가해지는 하중을 견딜 수 있도록 베이스판(40)을 두껍게 하거나, 하중을 분산시키기 위한 별도의 하부 보강 구조물(50)을 설치할 필요가 있다. 그러나, 베이스판(40)을 두껍게 하면, 팩 중량이 증가하여 에너지 효율을 떨어뜨린다. 또한, 베이스판(40) 자체의 하중이 증가하므로, 상기 용접 결합부(B)에 오히려 하중이 더 크게 작용할 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 하부 보강 구조물(50)을 설치할 경우는, 부품 개수가 증가하고 별도의 결합작업이 필요하여 제조원가를 상승시킨다.

셋째, 냉각 패널(30)과 베이스판(40)을 별도로 설치하였으므로, 배터리 팩 중량이 증가하고 구조가 복잡해진다.

따라서, 베이스판과 사이드 프레임의 결합부에 걸리는 하중을 효과적으로 분산시키고, 배터리 팩의 구조를 간소화할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.

한국공개특허 제10-2022-0031530호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배터리 팩 내의 배터리 모듈의 하중을 효과적으로 분산시키면서도 간소한 구조를 가지는 배터리 팩 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩으로서, 상기 배터리 모듈이 탑재되는 베이스판; 상기 베이스판의 전단부에 결합되는 전방 프레임;

상기 베이스판의 후단부에 결합되는 후방 프레임; 및 상기 베이스판의 양측에 결합되는 사이드 프레임;을 포함하고, 상기 베이스판은 상기 모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가지며, 상기 사이드 프레임은, 상기 배터리 모듈과 대향하는 측벽부와, 상기 측벽부 하부로부터 상기 베이스판을 향하여 연장되어 상기 베이스판의 측면에 결합되고 상기 베이스판과 함께 상기 모듈 탑재 영역을 형성하여 상기 배터리모듈의 하중을 지지하는 제1 연장부를 포함한다.

상기 제1 연장부는, 상기 배터리 모듈 하부 면적의 적어도 일부를 지지하도록 소정 길이만큼 연장될 수 있다.

또한, 상기 베이스판 상면과 상기 제1 연장부 상면은 동일 높이의 평면을 형성할 수 있다.

이 경우, 상기 베이스판 측면과 이에 결합되는 제1 연장부의 측면에 서로 맞물리는 형상의 단차부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 사이드 프레임은 상기 배터리 팩 외측으로 연장되는 제2 연장부를 더 구비할 수 있다.

상기 제2 연장부는, 상기 제1 연장부보다 굵은 두께를 가지며 배터리 팩이 설치되는 구조물에 고정 지지될 수 있다.

하나의 예로서, 상기 전방 프레임으로부터 후방프레임으로 연장되며, 상기 베이스판에 결합되는 센터 프레임을 더 포함하고, 상기 센터 프레임과 상기 사이드 프레임의 측벽부 사이에 모듈 탑재 영역이 형성되며, 상기 모듈 탑재 영역은 상기 사이드 프레임의 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함할 수 있다.

상기 베이스판은 상기 센터 프레임의 양측에 1개씩 배치되어, 상기 양측의 베이스판 측면과 상기 센터 프레임 양측면이 결합될 수 있다.

이 경우, 상기 센터 프레임은, 수직 격벽부와 상기 수직 격벽부 하부로부터 상기 베이스판을 향하여 좌우로 연장되어 상기 베이스판과 결합되는 수평 연장부를 구비하며, 상기 수평 연장부의 상면과 상기 베이스판의 상면은 동일 평면 상에 위치할 수 있다.

또한, 상기 배터리 팩은 상기 센터 프레임의 수직 격벽부와 상기 양측의 사이드 프레임 사이에서 연장 설치되는 복수개의 사이드 빔을 더 포함하고, 상기 사이드 빔은 상기 수직 격벽부 및 사이드 프레임부에 각각 결합되어 상기 모듈 탑재 영역을 복수개의 영역으로 구획할 수 있다.

상기 배터리 모듈은 상기 사이드 프레임의 측벽부에 체결될 수 있다.

다른 예로서, 상기 베이스판 및 사이드 프레임 중 적어도 하나는, 외벽과, 상기 외벽으로 둘러싸인 내부 공간을 구비하고, 상기 내부 공간은 상기 외벽으로부터 연장되는 복수개의 구획벽에 의하여 분할되어 복수개의 중공 채널을 형성할 수 있다.

상기 베이스판은 상기 중공 채널에 제1 냉각 유로가 구비된 냉각 일체형의 베이스판일 수 있다.

이 경우, 상기 사이드 프레임의 제1 연장부가 중공 채널을 가지며, 상기 중공 채널에 제2 냉각 유로가 구비될 수 있다.

또한, 상기 전방 프레임 및 후방 프레임은 상기 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로와 연통하는 제3 냉각 유로를 각각 구비하고, 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 주입구 및 냉매 배출구가 형성될 수 있다.

또는, 상기 전방 프레임 및 후방 프레임은 상기 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로와 연통하는 제3 냉각 유로를 각각 구비하고, 상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 주입구가 형성되고, 다른 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 배출구가 형성될 수 있다.

상기 양측의 사이드 프레임에 각각 구비되는 제1 연장부의 소정 길이는 서로 동일하며, 양측의 사이드 프레임 사이에 단일의 베이스판이 위치하고,

상기 양측 사이드 프레임 사이에서 연장되는 상기 베이스판의 길이의 1/2과 상기 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1일 수 있다.

일측의 사이드 프레임과 타측의 사이드 프레임에 각각 구비되는 제1 연장부의 소정 길이는 서로 동일하며,

상기 일측의 사이드 프레임과 타측의 사이드 프레임 사이에, 대응하는 각 사이드 프레임과 결합하며 크기가 동일한 2개의 베이스판이 위치하고,

대응하는 사이드 프레임으로 연장되는 각 베이스판의 길이와, 상기 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 배터리 팩의 제조방법을 제공한다. 상기 배터리 팩 제조방법은, 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법으로서, 상기 모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가지는 베이스판의 양측면에 상기 베이스판을 향하여 연장되며 상기 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 양측 사이드 프레임의 제1 연장부의 측면을 각각 결합하는 단계; 상기 베이스판 및 제1 연장부의 전단부 및 후단부에 전방 프레임 및 후방 프레임을 각각 결합하는 단계; 및 상기 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역에 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩 제조방법은, 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법으로서, 센터 프레임의 양측에 베이스판을 각각 배치하고 상기 양측의 베이스판과 상기 센터 프레임을 결합하는 단계; 상기 센터 프레임 일측의 베이스판을 향하여 연장되며 상기 일측의 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 일측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 일측의 베이스판을 결합하는 단계; 상기 센터 프레임 타측의 베이스판을 향하여 연장되며 상기 타측의 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 타측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 타측의 베이스판을 결합하는 단계; 상기 일측 및 타측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 양측 베이스판의 전단부 및 후단부에 전방 프레임 및 후방 프레임을 각각 결합하는 단계; 및 상기 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역에 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 단계;를 포함한다.

본 발명은 이상의 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈의 하중을 베이스판과 사이드 프레임으로 안정적으로 분산시킬 수 있다.

또한, 하중 분산에 의하여 종래와 같은 추가적인 보강 구조물이 필요하지 않으므로, 팩 하우징의 구조를 간소화할 수 있다.

또한, 하중이 베이스판과 사이드 프레임으로 효과적으로 분산되기 때문에, 베이스판의 두께를 그만큼 줄일 수 있으며, 이에 따라 배터리 팩의 중량을 저감할 수 있다.

또한, 배터리 팩의 하부구조를 냉각 일체형의 구조로 하여 팩 구조를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.

도 1은 본 출원인이 제안한 종래의 배터리 팩 제조과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 배터리 팩의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 결합사시도이다.
도 5는 배터리 팩의 일부 구성요소를 제외하여 나타낸 결합사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조과정을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 결합사시도이다.
도 11은 도 9의 실시예에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 예를 나타내는 개략도이다.
도 12는 도 9의 실시예의 배터리 팩의 냉각 경로의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 13은 배터리 팩의 냉각 경로의 다른 예를 나타내는 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 3은 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩을 나타내는 결합사시도이고, 도 5는 배터리 팩의 일부 구성요소를 제외하여 나타낸 결합사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(100)은, 베이스판(110), 전방 프레임(120), 후방 프레임(130) 및 양측 사이드 프레임(140,150)을 포함한다.

상기 베이스판(110)에는 복수개의 배터리 모듈(M)이 탑재된다.

상기 배터리 모듈(M)은 복수개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 하우징을 구비할 수 있다. 상기 배터리 셀은 이차전지로서, 파우치형 이차전지, 각형 이차전지 또는 원통형 이차전지일 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀은 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 셀이 채용될 수 있다.

상기 배터리 모듈(M)은 복수의 배터리 셀을 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나의 버스바(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 복수의 배터리 모듈(M)은 전원 케이블 또는 버스바를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(M)의 세부 구성은 일반적으로 공지된 구성이 채용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

또한, 상기 배터리 팩(100)은 전장품 어셈블리(도시하지 않음)를 수용할 수 있다. 전장품 어셈블리는 릴레이 장치, 전류 센서, 퓨즈, BMS, MSD(Manual Service Disconnector) 등을 수용할 수 있다. 이러한 전장품 어셈블리는 배터리 모듈들과 함께 외부에 노출되지 않게 배터리 팩(100) 내에 패키징될 수 있다.

상기 베이스판(110)은 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 여기서, 수평 방향이란 평평한 지면의 면 방향을 의미한다. 상기 베이스판(110)은 기계적 강성이 우수한 금속 소재를 구비할 수 있다.

또한, 상기 베이스판(110)에는 전방 프레임(120), 후방 프레임(120), 및 양측 사이드 프레임(140,150)이 각각 결합된다. 상기 결합방법은 예컨대, 마찰 교반 용접일 수 있다.

도 3의 화살표(F)를 기준으로 정면에서 바라볼 경우, 상기 전방 프레임(120)은 배터리 모듈(M)의 전방을 커버하도록 상기 베이스판(110)의 전단부에 결합될 수 있고, 후방 프레임(130)은 상기 베이스판(110)의 후단부에 결합될 수 있다.

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 3의 화살표(F)방향에서 바라볼 때를 기준으로 하여, 전, 후, 좌, 우, 상, 하 등의 방향을 구분하여 나타내기로 한다.

상기 베이스판(110) 상부에는 복수개의 배터리 모듈(M)이 위치될 수 있다. 따라서, 베이스판(110) 상부면은 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 형성한다.

도 5는 모듈 탑재 영역(A)을 보다 명확하게 표시하기 위하여, 후술하는 사이드 빔을 제외하고 배터리 팩 하우징을 나타낸 것이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 베이스판(110)의 폭, 즉 X방향의 길이는 전체 배터리 팩의 폭(X방향 길이)보다 작다. 특히, 본 발명의 베이스판(110)은 배터리 팩 내의 모듈 탑재 영역(A)의 폭보다 작은 양측 폭을 가진다. 즉, 베이스판 폭의 크기는, 모듈 탑재 영역(A)의 X방향의 길이보다 작다. 따라서, 상기 베이스판(110)은 모듈 탑재 영역(A)의 일부만을 형성하는 크기를 가진다. 이에 따라, 복수개의 배터리 모듈들의 하부 면적의 일부는 베이스판(110)에 의하여 지지되지만, 나머지 면적의 부분들은 베이스판(110)을 벗어나서 위치한다. 이 나머지 하부 면적부는 후술하는 바와 같이, 사이드 프레임에 의하여 지지된다.

본 명세서에서, 베이스판(110)이 '모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가진다'는 것의 의미는, 첫째로 배터리 팩 하부에 한 개의 베이스판(110)이 설치될 때 그 베이스판의 폭이 모듈 탑재 영역(A)의 폭보다 작게 형성된다는 것을 기본적으로 포함한다. 또한, 도 3 및 도 4와 같이, 2개의 베이스판(110A,110B) 사이에 센터 프레임(160)이 결합되고, 상기 센터 프레임(160)과 양측 사이드 프레임(140,150) 사이에 모듈 탑재 영역(A)이 위치할 때, 2개의 베이스판(110A,110B) 각각이 상기 모듈 탑재 영역(A)의 일부만을 형성하도록 하는 작은 크기(폭)을 가지는 경우도 포함한다. 즉, 본 명세서에서 배터리 팩을 구성하는 베이스판(110)은 그 자체의 폭 만으로는 모듈 탑재 영역(A)의 전체 폭을 구성할 수 없으며, 다른 구성요소(후술하는 사이드 프레임의 제1 연장부)의 폭과 합쳐서 비로소 전체 모듈 탑재 영역을 형성하게 된다.

한편, 상기 베이스판(110)의 길이(Y방향 길이)는, 배터리 팩(100)의 Y방향 길이와 동일할 수 있다.

상기 전방 프레임(120)은 좌우방향(X방향)으로 길게 연장되며 높이방향(Z방향)으로 세워진 형태를 가질 수 있다. 상기 전방 프레임(120)의 하면은 상기 베이스판(110)의 상면과 결합될 수 있다. 또한, 상기 전방 프레임(120)의 좌우 단부측 하면은 후술하는 사이드 프레임의 제1 연장부의 상면과 결합될 수 있다. 전방 프레임(120)은 높이방향으로 연장되는 전방 커버부(121)와, 상기 전방 커버부의 하부로부터 전방으로 돌출되는 전방 플레이트부(122)를 구비할 수 있다. 상기 전방 플레이트부(122)는 차량과 같은 구조물에 고정 결합될 수 있다.

후방 프레임(130)은 좌우방향(X방향)으로 길게 연장되며 높이방향(Z방향)으로 세워진 형태를 가질 수 있다. 상기 후방 프레임(130)의 하면은 상기 베이스판(110)의 상면과 결합될 수 있으며, 또한 후방 프레임(130)의 좌우 단부측 하면은 후술하는 사이드 프레임의 제1 연장부의 상면과 결합될 수 있다. 후방 프레임(130)은 상기 전방 프레임과 동일 또는 상이한 형태로 이루어질 수 있다. 도 3 및 도 4에서는, 상기 후방 프레임(130)이 높이방향으로 연장되는 후방 커버부(131)와, 상기 후방 커버부(131)의 하부로부터 후방으로 돌출되는 후방 플레이트부(132)를 구비하여 전방 프레임과 동일한 형태로 되어 있다. 상기 후방 플레이트부(132)는 차량과 같은 구조물에 고정 결합될 수 있다.

양측 사이드 프레임(140,150)은, 전후방향(Y방향)으로 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 사이드 프레임은 배터리 모듈의 좌측을 커버하는 제1 사이드 프레임(140)과 우측을 커버하는 제2 사이드 프레임(150)으로 구성된다. 1개의 베이스판이 배터리 팩 하부에 구비되는 경우, 상기 제1 사이드 프레임(140)은 베이스판의 좌단부와 결합되고, 상기 제2 사이드 프레임(150)은 베이스판의 우단부와 결합된다. 즉, 사이드 프레임은 베이스판의 양측에 결합된다.

또는, 도 3 내지 도 5와 같이, 센터 프레임(160) 양측에 좌우 베이스판(110A,110B)이 각각 결합되는 경우에는, 상기 제1 사이드 프레임(140)은 좌측 베이스판(110A)의 좌단부에 결합되고, 상기 제2 사이드 프레임(150)은 우측 베이스판(110B)의 우단부에 결합될 수 있다.

이에 의하여, 본 발명은 배터리 모듈의 전측, 후측, 좌측, 우측을 커버할 수 있도록, 전방 프레임(120), 후방 프레임(130), 제1,2 사이드 프레임(140,150)을 구비한다.

상기 제1 사이드 프레임(140)은, 배터리 모듈과 대향하는 측벽부(141)와, 상기 측벽부 하부로부터 (좌측) 베이스판(110A)을 향하여 연장되는 제1 연장부(142)를 포함한다. 상기 제2 사이드 프레임(150) 또한, 배터리 모듈과 대향하는 측벽부(151)와, 상기 측벽부 하부로부터 (우측) 베이스판(110B)을 향하여 연장되는 제1 연장부(152)를 포함한다. 본 발명의 특징적인 점은, 상기 제1 연장부(142,152)가 상기 좌우측의 베이스판의 측면에 각각 결합되어 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역(A)을 형성한다는 점이다. 즉, 상기 제1,2 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)는 배터리 모듈 하부 면적의 적어도 일부를 지지하도록 베이스판(110)을 향하여 소정 길이만큼 연장된다. 이에 따라, 상기 제1 연장부(142,152)의 상부면의 적어도 일부와, 상기 베이스판(110A,110B)의 상부면이 함께 모듈 탑재 영역(A)을 형성한다. 도시된 바와 같이, 베이스판(110A,110B)의 폭은 상기 제1 연장부(142,152)의 폭보다 크므로 베이스판에 지지되는 배터리 모듈 하부 면적이 제1 연장부에 의하여 지지되는 모듈 하부 면적보다 크다. 상기 제1 연장부(142,152)는 베이스판보다 상대적으로 작은 면적의 모듈 하부면을 지지한다. 그러나, 베이스판과 사이드 프레임이 함께, 구체적으로 사이드 프레임의 제1 연장부(142,152)와 베이스판(110A,110B)이 함께 배터리 모듈의 하중을 지지하므로, 배터리 모듈을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

상기 제1 사이드 프레임(140)에 구비되는 제1 연장부(142)와 제2 사이드 프레임(150)에 구비되는 제1 연장부(152)의 길이는 서로 동일할 수 있다. 즉, 각 측벽부 하부로부터 베이스판을 향하여 연장되는 각 제1 연장부(142,152)의 연장 길이(소정 길이)는 서로 동일할 수 있다. 이 경우, 제1,2 사이드 프레임(140,150) 사이에 단일의 베이스판이 위치할 수 있다.

베이스판과 제1 연장부의 적절한 하중 분산을 위하여, 상기 제1 사이드 프레임(140)과 제2 사이드 프레임(150) 사이에서 연장되는 단일의 베이스판의 길이의 1/2과 상기 각 제1 연장부(142,152)의 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1일 수 있다. 예컨대, 그 길이의 비가 6:4 미만이면, 제1 연장부의 길이가 너무 커져서 제1 사이드 프레임의 중량이 커지고 제1 사이드 프레임의 용접작업이 번거롭게 될 수 있다. 또한, 그 길이의 비가 9:1보다 크면 제1 연장부의 길이가 너무 작아져서 모듈의 하중 분산효과가 반감될 수 있다.

한편, 도 3 내지 도 5에 개시된 바와 같이, 제1 사이드 프레임(140)과 제2 사이드 프레임(150) 사이에 크기가 동일한 2개의 베이스판(110A,110B)이 위치할 수 있다. 이 경우에는 각 베이스판과 제1 연장부의 적절한 하중 분산을 위하여, 대응하는 사이드 프레임으로 연장되는 각 베이스판(110A,110B)의 길이(X방향 길이)와, 상기 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1일 수 있다.

상기 제1,2 사이드 프레임(140,150)은 배터리 팩 외측방향으로 연장되는 제2 연장부(143,153)를 각각 구비한다. 상기 제2 연장부(143,153)는 배터리 팩(100)이 설치되는 구조물, 예컨대 차량에 고정 지지되는 부분이다. 즉, 상기 제2 연장부(143,153)는 차량에의 체결점을 구비한다. 제2 연장부(143,153)는 차량에 직접 체결되므로, 제1 연장부(142,152)에 비하여 하중을 더 많이 받는다. 따라서, 안정적으로 배터리 팩을 차량에 체결 및 고정하기 위하여, 상기 제2 연장부(143,153)는 상기 제1 연장부(142,152)보다 굵은 두께로 형성된다.

도 6에는 본 발명의 배터리 팩에 의한 하중 분산효과가 잘 나타나 있다. 도 6에서, 우측 베이스판(110B)의 우측면과 제2 사이드 프레임(150)의 제1 연장부(152)의 일측면이 결합되어 있다. 상기 결합은 예컨대 용접에 의하여 행할 수 있다. 제2 사이드 프레임(150)의 제2 연장부(153)는 차량 등 구조물에 고정 결합된다.

상기 베이스판(110B) 상면과 제1 연장부(152)의 상면은 동일 높이의 평면을 형성하도록, 베이스판 우측면과 제1 연장부 측면이 결합된다. 따라서, 배터리 모듈은 동일 높이의 평탄한 평면 상에서 안정적으로 지지될 수 있다. 도 6과 같이, 배터리 모듈(M) 하부면의 대부분은 베이스판(110B) 상면에 의하여 지지되지만, 하부면의 일측은 제1 연장부(152)의 상면에 의하여 지지된다. 즉, 배터리 모듈(M)의 하부면이 베이스판(110B)과 제1 연장부(152)의 상부면에 걸쳐 고르게 지지되므로, 배터리 모듈의 하중은 베이스판과 제1 연장부에 의하여 함께 지지된다. 또한, 베이스판과 사이드 프레임의 결합부위가 도 1과 같이 베이스판의 측부 끝단 측에 편중되게 배치되지 않고, 베이스판 내측을 향하여 소정 길이 만큼 연장된 제1 연장부(152)의 단부 측에 위치하므로, 배터리 모듈의 하중이 균일하게 분산될 수 있다. 따라서, 종래와 같이 배터리 모듈의 하중이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 제2 연장부(153)는 구조물에 고정되어 배터리 모듈의 하중과 반대방향의 응력을 받지만, 제1 연장부(152)보다 굵은 두께로 형성되어 있어 그 응력을 충분히 감당할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)와 베이스판(110)이 함께 모듈 탑재 영역(A)을 형성하는 것에 의하여, 배터리 모듈의 하중을 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 종래와 같이 베이스판을 보강하기 위한 별도의 보강 구조물을 설치할 필요가 없다. 또한, 베이스판의 폭도 종래와 같이 길게 형성할 필요가 없고, 사이드 프레임이 하중을 분산하여 부담하는 만큼 베이스판의 두께도 줄일 수 있다. 이에 따라, 베이스판 등 배터리 팩의 구조를 간소화할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 베이스판을 냉각 일체형으로 구성하면 배터리 팩의 구조를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.

도 6에서는 우측 베이스판(110B)과 제2 사이드 프레임(150)의 결합구조를 도시하였지만, 좌측 베이스판(110A)과 제1 사이드 프레임(140)의 결합구조도 동일하다.

도 7은 본 발명에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 다른 예를 나타내는 개략도이다. 도 7에는, 베이스판(110B) 측면과 이에 결합되는 제2 사이드 프레임(150)의 제1 연장부(152)의 측면에 서로 맞물리는 형상의 단차부(115,155)가 각각 형성되어 있다. 즉, 우측 베이스판(110B)의 우측면이 2개의 수직면과, 2개 수직면 사이에 배치된 수평면으로 구성된 단차부(115)를 구비한다. 또한, 제1 연장부(152)의 좌측면 역시 2개의 수직면과 그 사이에 배치되는 수평면으로 구성되어, 상기 베이스판의 단차부(115)에 맞물리는 형상의 단차부(155)를 구비하고 있다. 베이스판(110B)과 제1 연장부(152)의 결합시, 상기 베이스판 단차부(115)의 수평면과 제1 연장부 단차부(155)의 수평면이 맞닿아 서로 하중을 부담하므로, 도 5의 예에서 보다 더욱 효율적으로 모듈 하중을 분산시킬 수 있다. 또한, 상기 단차부들(115,155)의 대향하는 수직면끼리 결합할 때, 상기 수직면의 상단과 하단을 용접하는 것에 의하여, 베이스판(110B)과 제2 사이드 프레임(150)의 제1 연장부(152)를 용이하게 결합할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7과 같이, 베이스판(110B) 및 제1 연장부(152) 상에 탑재되는 배터리 모듈(M)은 상기 사이드 프레임의 측벽부(151)와 체결부재(180)에 의하여 체결될 수 있다. 상기 체결부재(180)에 의한 모듈 체결은 여러 가지 기술적 의미를 가진다. 첫째는, 상기 배터리 모듈(M)을 체결부재(180)에 의하여 측벽부(151)에 고정함으로써, 배터리 팩(100) 내의 설정된 모듈 탑재 영역(A)에 배터리 모듈을 정확하게 위치시킬 수 있다는 점이다. 둘째로는, 상기 배터리 모듈(M)을 사이드 프레임의 측벽부(151)에 체결함으로써 차량 운전시 진동이 발생하는 경우에도 배터리 모듈이 배터리 팩 내의 모듈 탑재 영역(A)에서 이동되지 않고 안정적으로 유지될 수 있다는 점이다. 마지막으로, 체결부재(180)로 배터리 모듈을 측벽부에 고정함으로써, 배터리 모듈(M)의 하중을 더욱 분산시킬 수 있다는 것이다. 이 경우 배터리 모듈의 하중은 베이스판(110B), 사이드 프레임의 측벽부(151) 및 제1 연장부(152)에 의하여 분산 지지되므로, 하중 집중의 문제를 극력 회피할 수 있다는 장점이 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예의 배터리 팩(100)은, 좌우 베이스판(110A,110B)의 사이에 센터 프레임(160)을 더 포함한다. 상기 센터 프레임(160)은 복수개의 배터리 모듈(M)을 좌우로 구획하는 역할을 하며, 전방 프레임(120)으로부터 후방 프레임(130)으로 연장되며 상기 베이스판(110)에 결합된다. 배터리 모듈(M)은 상기 센터 프레임(160)과 사이드 프레임(140,150)의 측벽부(141,151) 사이에 탑재된다. 즉, 센터 프레임(160)과 사이드 프레임의 측벽부 사이에 모듈 탑재 영역이 형성된다. 상기 좌우 베이스판(110A,110B)은 각각 제1,2 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)와 결합되며, 상기 모듈 탑재 영역(A)은 상기 사이드 프레임의 제1 연장부(141,151)의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면이 된다(도 5 참조).

상기 센터 프레임(160)은 수직 격벽부(161)와 상기 수직 격벽부 하부로부터 좌우로 연장되어 좌우의 베이스판(110A,110B)과 각각 결합되는 수평 연장부(162)를 가질 수 있다. 상기 수평 연장부(162)와 베이스판(110A,110B)의 대향하는 측면을 용접하면 센터 프레임(160)과 좌우 베이스판(110A,110B)을 결합할 수 있다. 상기 수평 연장부(162)의 상면과 베이스판(110A,110B)의 상면은 동일 평면상에 위치한다. 즉, 수평 연장부(162)와 베이스판(110A,110B)의 상면은 평탄한 면을 형성하므로, 배터리 모듈을 평탄한 면 상에서 안정적으로 지지할 수 있다. 이 경우, 상기 수평 연장부(162)도 상기 베이스판(110A,110B)과 제1 연장부(142,152)와 함께 모듈 탑재 영역을 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서 '베이스판이 모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가진다'는 기술적사상에는, 센터 프레임의 수평 연장부가 모듈 탑재 영역의 일부를 형성하는 도 3 및 도 4의 경우도 포함한다.

본 실시예에서는, 상기 센터 프레임(160)이 수평 연장부(162)를 구비하고 있지만, 수평 연장부를 구비하지 않는 경우도 가능하다. 즉, 센터 프레임이 수직 격벽부(161)만으로 형성되고, 상기 좌우의 베이스판이 상기 수직 격벽부의 하부 양측면에 결합하는 것도 가능하다.

본 실시예의 배터리 팩(100)은 또한, 각 배터리 모듈을 구획하기 위한 사이드 빔(170)을 더 포함한다. 사이드 빔(170)은 센터 프레임(160)의 수직 격벽부(161)와 양측의 사이드 프레임(140,150) 사이에 연장 설치된다. 즉, 수직 격벽부(161)와 제1 사이드 프레임(140) 사이, 및 수직 격벽부(161)와 제2 사이드 프레임(150) 사이에 복수개의 사이드 빔(170)이 각각 설치된다. 상기 사이드 빔(170)으로 구획되는 배터리 팩의 하부면이 모듈 탑재 영역(A)이 된다.

상기 센터 프레임(160)과 사이드 빔(170)의 배치 형태에 따라 배터리 팩 내에서의 복수개의 배터리 모듈의 배치 형태가 결정된다. 본 실시예에서는, 배터리 모듈이 서로 마주보도록 하여 4열로 배치되어 있다. 그러나, 배터리 모듈의 배치 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 센터 프레임(160) 및/또는 사이드 빔(170)의 배치 형태에 따라 다른 형태로 배터리 모듈을 배열하는 것도 가능하다. 어느 경우이든 배터리 모듈이 탑재되는 모듈 탑재 영역(A)은 베이스판(110)과 사이드 프레임의 제1 연장부(142,152) 위에 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 센터 프레임의 수평 연장부의 상부면도 모듈 탑재 영역에 포함될 수 있다. 모듈(M)을 사이드 프레임의 측벽부(151)에 밀접하게 위치시킬 경우에는, 제1 연장부(152)의 상면 거의 전부가 모듈 탑재 영역(A)에 포함된다. 통상은 절연 거리 확보를 위하여 도 5 및 도 6과 같이 모듈(M)과 측벽부(151)는 소정 거리만큼 이격된다. 이 경우에는, 모듈이 놓여지는 제1 연장부(152)의 상부면 일부가 모듈 탑재 영역(A)에 포함된다. 어떤 경우이든, 본 발명에서는 제1 연장부(152)는 모듈 하부면의 일부 면적을 안정적으로 지지하며, 이에 따라 모듈의 하중을 균일하게 분산할 수 있다.

도 3 내지 도 5의 실시예에서는, 사이드 프레임(140,150)이 배터리 모듈의 좌측 및 우측에 배치되는 경우를 개시하였다. 하지만, 배터리 팩 설계에 따라서, 배터리 모듈의 전방 및 후방 측에 사이드 프레임을 배치할 수도 있다. 이 경우는 배터리 모듈의 좌측 및 우측에 도 3 내지 도 5의 전방 및 후방 프레임에 해당하는 프레임들을 설치할 수 있다.

또한, 본 실시예는 배터리 팩의 양측에 배치된 사이드 프레임이 제1 연장부를 가지는 경우를 설명하고 있다. 그러나 경우에 따라서, 상기 양측의 사이드 프레임은 물론이고, 배터리 팩의 측벽을 형성하는 모든 프레임, 즉 도 3의 전방 프레임 및 후방 프레임까지 포함하여 베이스판을 향하는 제1 연장부를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 상기 베이스판은 그 폭 뿐 아니라 길이도 상기 제1 연장부의 연장 길이만큼 작아질 수 있다. 이 경우에, 각 사이드 프레임과 전방 프레임 또는 후방 프레임이 겹치는 모서리부에서는 각 프레임의 제1 연장부의 길이가 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 사이드프레임(140)의 제1 연장부(142)는 배터리 팩의 길이방향(Y방향)을 따라 길게 연장되지만, 상기 전방 프레임(120)에 형성되는 제1 연장부는 배터리 팩의 폭방향(X방향)을 따라 연장되되, 상기 제1 사이드 프레임(140)의 제1 연장부(142)가 있는 부분까지는 연장되지 않도록 형성할 수 있다.

그 외에, 상기 베이스판과 모듈 사이에는 절연 패드나 써멀 레진 등의 열전도성 수지층 등이 개재될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조과정을 나타내는 개략도이다.

도 1과 같은 종래의 배터리 팩의 제조시에는, 배터리 팩의 뼈대 프레임을 만든 다음 베이스판을 상기 뼈대 프레임의 하부에 결합하였다. 이에 따라, 상기 베이스판과 뼈대 프레임이 접합되는 배터리 팩 측단부에 하중이 집중되는 것은 상술한 바와 같다. 또한, 종래에는 베이스판을 뼈대 프레임에 접합하기 전에 별도의 냉각 패널을 결합하였으므로 구조가 복잡하였다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법은, 상기 모듈 탑재 영역(A)의 일부만을 형성하는 크기를 가지는 베이스판(110)의 양측면에 상기 베이스판을 향하여 연장되며 상기 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역(A)을 형성하는 양측 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)의 측면을 각각 결합하는 단계; 상기 베이스판(110) 및 제1 연장부(142,152)의 전단부 및 후단부에 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)을 각각 결합하는 단계; 및 상기 제1 연장부(142,152)의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판(110) 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역(A)에 복수개의 배터리 모듈(M)을 탑재하는 단계;를 포함한다.

즉, 본 발명의 일 실시예의 배터리 팩 제조방법은, 먼저 베이스판(142,152) 양측면에 양측 사이드 프레임(제1,2 사이드 프레임(140,150))을 결합한다. 베이스판이 1개로 구성되는 경우에 제1,2 사이드 프레임(140,150)이 구비한 각각의 제1 연장부(142,152)를 베이스판(110)의 양측면에 각각 결합한다. 이때 상기 베이스판(110)은 모듈 탑재 영역(A)의 일부만을 형성하는 크기를 가지며, 상기 제1 연장부(142,152)가 상기 베이스판(110)과 함께 모듈 탑재 영역을 형성한다.

다음으로, 상기 베이스판(110)의 전단부 및 후단부에 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)을 각각 결합한다. 이 경우, 상기 베이스판의 좌단부 및 우단부에는 제1,2 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)가 위치하며, 상기 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)의 좌단 및 후단은 상기 제1,2 사이드 프레임(140,150)의 제1 연장부(142,152)에 각각 결합된다.

이후에, 상기 제1 연장부(142,152)의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역(A)에 복수개의 배터리 모듈을 탑재한다. 상기 배터리 모듈(M)은 상기 베이스판 외에 제1 연장부(142,152)에 의해서 하부면 일부가 지지되고, 상기 베이스판과 제1 연장부의 결합점은 배터리 팩 내측으로 소정 길이 연장된 제1 연장부(142,152)의 끝단에 위치하므로 배터리 모듈의 하중이 편중되지 않고 균일하게 분산될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 제조방법은, 복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법으로서, 센터 프레임(160)의 양측에 베이스판(110A,110B)을 각각 배치하고 상기 양측의 베이스판(110A,110B)과 상기 센터 프레임(160)을 결합하는 단계; 상기 센터 프레임 일측의 베이스판(110A)을 향하여 연장되며 상기 일측의 베이스판(110A)과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 일측 사이드 프레임(140)의 제1 연장부(142)와 상기 일측의 베이스판(110A)을 결합하는 단계; 상기 센터 프레임 타측의 베이스판(110B)을 향하여 연장되며 상기 타측의 베이스판(110B)과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 타측 사이드 프레임(150)의 제1 연장부(152)와 상기 타측의 베이스판(110B)을 결합하는 단계; 상기 일측 및 타측 사이드 프레임의 제1 연장부(142,152)와 상기 양측 베이스판(110A,110B)의 전단부 및 후단부에 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)을 각각 결합하는 단계; 및 상기 제1 연장부(142,152)의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역(A)에 복수개의 배터리 모듈(M)을 탑재하는 단계;를 포함한다.

본 실시예는, 센터 프레임(160)과 센터 프레임 좌우측에 2개의 베이스판(110A,110B)을 구비한 경우의 제조방법이다. 따라서, 베이스판(110A,110B)과 제1 연장부(142,152)의 결합 이전에, 센터 프레임(160)과 베이스판(110A,110B)의 결합작업이 선행된다. 즉, 센터 프레임(160)의 양측에 (좌우)베이스판(110A,110B)을 각각 배치하고, 상기 양측의 베이스판과 센터 프레임을 결합한다.

이후, 센터 프레임(160) 일측(좌측)의 베이스판(110A)의 좌측면에 제1 사이드 프레임(140)의 제1 연장부(142)를 결합한다.

다음에, 센터 프레임(160) 타측(우측)의 베이스판(110B)의 우측면에 제2 사이드 프레임(150)의 제1 연장부(152)를 결합한다.

상기 제1,2 사이드 프레임과 베이스판의 결합순서는 반대로도 행할 수 있다.

베이스판과 제1,2 사이드 프레임의 결합이 완료된 후, 상기 제1,2 사이드 프레임의 제1 연장부(142,152)의 전단부 및 후단부, 그리고 양측 베이스판(110A,110B)의 전단부 및 후단부에 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)을 각각 결합한다.

마지막으로, 상기 제1 연장부(142,152)의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판(110A,110B) 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역에 복수개의 배터리 모듈을 탑재한다.

한편, 베이스판과 제1,2 사이드 프레임의 결합이 완료된 단계에서, 상기 센터 프레임과 제1,2 사이드 프레임 사이에 복수개의 사이드 빔(170)을 체결하는 작업을 행할 수 있다. 사이드 빔 체결 후에 상기 전방 프레임(120) 및 후방 프레임(130)을 베이스판(110A,110B) 및 사이드 프레임(140,150)에 결합하는 단계를 행할 수 있다. 혹은, 전방 프레임 및 후방 프레임을 베이스판 및 사이드 프레임에 먼저 체결하여 도 5와 같은 형태의 프레임을 만들고 난 뒤, 상기 사이드 빔을 결합하는 것도 가능하다.

(제2 실시형태)

도 9는 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예의 배터리 팩을 나타내는 결합사시도이고, 도 11은 도 9의 실시예에 따른 베이스판과 사이드 프레임의 결합구조의 예를 나타내는 개략도이다.

본 실시예는, 상기 베이스판(210A,210B) 및 사이드 프레임(240,250) 중 적어도 하나가 외벽(W)과, 상기 외벽으로 둘러싸인 내부 공간(H)을 구비하고 있다. 또한, 상기 내부 공간(H)은 상기 외벽(W)으로부터 연장되는 복수개의 구획벽(P)에 의하여 분할되어 복수개의 중공 채널을 형성할 수 있다.

예컨대, 상기 베이스판(210A,210B) 및/또는 사이드 프레임(240,250) 을 내부에 빈 공간이 형성되도록 알루미늄 등의 금속 소재를 압출하여 중공형의 프레임으로 제작할 수 있다. 이와 같이 프레임들을 중공형으로 구성함으로써, 배터리 팩(200)의 중량을 줄이고, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 내부 공간에 리브 형태의 구획벽(P)을 형성하면, 프레임들의 기계적 강성은 신뢰성 있는 수준으로 유지할 수 있다.

중공 채널은 사이드 프레임(240,250), 베이스판(210A,210B) 의 어느 한 쪽, 혹은 모두에 형성할 수 있다.

이 경우, 도 11과 같이 사이드 프레임(240,250)의 제1 연장부(242,252), 측벽부(241,251) 및 제2 연장부(243,253) 모두에 중공 채널을 형성할 수 있다.

베이스판(210A,210B)에 복수개의 중공 채널을 형성하면, 중량을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 이 공간을 냉각 유로 설치부로 활용할 수 있다. 즉, 종래와 같이 베이스판과 별도의 냉각 패널을 설치하는 것이 아니라, 냉각 유로가 베이스판에 통합된 냉각 일체형의 베이스판으로 구성함으로써, 배터리 팩의 하부 구조를 더욱 간소하게 할 수 있다.

도 9 및 도 11을 참조하면, 좌우 베이스판(210A,210B)의 복수개의 중공 채널이 길이방향(Y방향)으로 연장되며, 각 중공 채널에 제1 냉각 유로(214)가 설치되어 있다. 제1 냉각 유로(214)의 방향 및 배치 형태는 중공 채널의 방향 및 배치 형태에 따라 결정된다. 따라서, 상기 중공 채널이 폭방향(X방향)으로 형성된다면 제1 냉각 유로(214)도 폭방향으로 설치된다.

이 경우, 상기 사이드 프레임의 제1 연장부(242,252)도 중공 채널을 가질 수 있으며, 상기 중공 채널에 제2 냉각 유로(244,254)를 설치할 수 있다. 도 11을 참조하면, 베이스판(210B)의 제1 냉각 유로(214)와 유사하게, 제1 연장부(252)의 중공 채널에도 제2 냉각 유로(254)가 길이방향을 따라 연장 설치된 것이 도시되어 있다. 즉, 상기 제1,2 냉각 유로(214)(244,254)는 모두 배터리 팩의 길이방향으로 연장되는 냉매 유통로를 형성한다.

본 실시예에서도, 제1 연장부(242,252)에 의한 하중 분산효과는 달성된다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 베이스판(210B)의 일측면을 향하여 연장된 사이드 프레임(250)의 제1 연장부(252)가 상기 베이스판(210B)과 결합된다. 본 실시예에는 베이스판(210B)과 제1 연장부(252)의 결합 측면에 서로 맞물리는 형상의 단차부(215,255)가 각각 형성되어 있다. 따라서, 배터리 모듈의 하중을 더욱 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한, 본 실시예는 베이스판(210B) 및 사이드 프레임(250)이 모두 중공 채널을 구비한 가벼운 압출 프레임으로 되어 있어, 배터리 팩의 하중을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 베이스판 및 사이드 프레임의 중공 채널 내에 제1,2 냉각 유로를 구비한 냉각 일체형의 구조로 하고 있어 별도의 냉각 패널을 설치할 필요가 없다.

도 9를 다시 참조하면, 본 실시예의 전방 프레임(220) 및 후방 프레임(230)은 상기 제1 냉각 유로(214) 및 제2 냉각 유로(244,254)와 연통하는 제3 냉각 유로(224,234)를 구비하고 있다. 구체적으로 상기 전방 프레임(220)은, 전방 커버부(221)와, 상기 전방 커버부(221)의 하부에 설치되며 제3 냉각 유로(224)를 구비한 전방 플레이트부(222)를 구비하고 있다. 상기 전방 플레이트부(222)의 제3 냉각 유로(224)를 제1, 2 냉각 유로와 연통시킬 수 있도록, 상기 전방 플레이트(222)의 후면에는 상기 제1,2 냉각 유로와 연통되는 연통공(225)이 형성된다. 또한, 상기 전방 플레이트부(222)의 후면 상단과 하단에는 베이스판(210A,210B) 및 제1 연장부(242,252)와 결합되기 위한 결합 돌출부(226)가 구비될 수 있다. 상기 결합 돌출부(226)를 상기 베이스판(210A,210B) 및 제1 연장부(242,252)의 상면과 하면에 접촉시켜 용접하는 것에 의해 전방 프레임(220)을 베이스판 및 제1 연장부에 결합시킬 수 있다.

후방 프레임(230) 역시, 후방 커버부(231)와, 상기 후방 커버부의 하부에 설치되며 제3 냉각 유로(234)를 구비한 후방 플레이트부(232)를 구비하고 있다. 상기 후방 플레이트부의 제3 냉각 유로(234)를 제1, 2 냉각 유로와 연통시킬 수 있도록, 상기 후방 플레이트(232)의 전면에는 상기 제1,2 냉각 유로와 연통되는 연통공(235)이 형성된다. 또한, 상기 후방 플레이트(232)부의 전면 상단과 하단에는 베이스판 및 제1 연장부와 결합되기 위한 결합 돌출부(236)가 구비될 수 있다. 상기 결합 돌출부(236)를 상기 베이스판(210A,210B) 및 제1 연장부(242,252)의 상면과 하면에 접촉시켜 용접하는 것에 의해 후방 프레임(230)을 베이스판 및 제1 연장부에 결합시킬 수 있다.

상기 전방 플레이트 및 후방 플레이트에 각각 구비된 제3 냉각 유로(224,234)는 상기 베이스판의 중공 채널에 설치된 제1 냉각 유로(214) 및 제1 연장부의 중공 채널에 설치된 제2 냉각 유로(244,254)와 각각 연통된다.

도 12는 이러한 도 10의 배터리 팩의 냉각 경로의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 12와 같이, 상기 전방 플레이트(220)의 전면에 냉매 주입구(I) 및 냉매 배출구(O)가 형성될 수 있다. 즉, 배터리 팩(200)의 전면 측에 냉매 주입구(I) 와 냉매 배출구(O)를 모두 형성할 수 있다. 혹은, 후방 플레이트(230)의 후면에 냉매 주입구(I) 및 냉매 배출구(O)를 형성할 수도 있다.

도시된 바와 같이, 냉매 주입구(I)로 주입된 냉매(예컨대, 물)가 전방 프레임(220)의 제3 냉각 유로(224) 및 연통공(225)을 통하여 베이스판 일측의 제1 냉각 유로(214)와 제2 사이드 프레임(250)의 제1 연장부(252)의 제2 냉각 유로(254)로 도입된다. 상기 냉매는 배터리 팩의 길이방향을 따라 흘러, 후방 프레임(230)의 연통공(235)을 통하여 제3 냉각 유로(234)에 이른다. 이후 상기 냉매는 후방 프레임(230)의 제3 냉각 유로로부터 복귀하여 베이스판 타측의 제1 냉각 유로(214) 및 제1 사이드 프레임(240)의 제1 연장부(242)의 제2 냉각 유로(244)를 통하여 전방 프레임(220)의 냉매 배출구(O)로 되돌아오는 냉각 경로를 형성한다.

도 13은 배터리 팩의 냉각 경로의 다른 예를 나타내는 개략도이다.

본 예에서는, 전방 프레임(220)에 냉매 주입구(I) 가 구비되고, 후방 프레임(230)에 냉매 배출구(O)가 구비된 것이다.

이 경우는, 전방 프레임(230)의 냉매 주입구(I) -전방 프레임(230)의 제3 냉각 유로(224)-베이스판의 제1 냉각 유로(214) 및 제1 연장부(252)의 제2 냉각 유로(254)-후방 프레임(230)의 제3 냉각 유로(234)-베이스판의 제1 냉각유로(214)-전방프레임의 제3 냉각 유로(224)-베이스판의 제1 냉각 유로(214) 및 제1 연장부(242)의 제2 냉각 유로(244)-후방 프레임(230)의 제3 냉각 유로(234)-냉매 배출구(O)의 냉각 경로를 형성할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 베이스판 및 사이드 프레임의 제1 연장부에 냉각 유로를 설치함으로서, 다양한 경로로 냉각 경로를 형성할 수 있다.

한편, 상기 배터리 팩은 배터리 모듈의 상부를 덮으며 상기 사이드 프레임에 결합되는 팩 커버(도시하지 않음)를 포함할 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.

100,200: 배터리 팩
110,210: 베이스판
110A,210A: 좌측 베이스판
110B,210B: 우측 베이스판
120,220: 전방 프레임
121,221: 전방 커버부
122,222: 전방 플레이트부
130,230: 후방 프레임
131,231: 후방 커버부
132,232: 후방 플레이트부
140,240: 제1 사이드 프레임
141,241: 측벽부
142,242: 제1 연장부
143,243: 제2 연장부
150,250: 제2사이드 프레임
151,251: 측벽부
152,252: 제1 연장부
153,253: 제2 연장부
160,260: 센터 프레임
161,261: 수직 격벽부
162,262: 수평 연장부
170,270: 사이드빔
M: 배터리 모듈
A: 모듈 탑재 영역
214: 제1 냉각 유로
244,254: 제2 냉각 유로
224,234: 제3 냉각 유로

Claims

복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩으로서,
상기 배터리 모듈이 탑재되는 베이스판;
상기 베이스판의 전단부에 결합되는 전방 프레임;
상기 베이스판의 후단부에 결합되는 후방 프레임; 및
상기 베이스판의 양측에 결합되는 사이드 프레임;을 포함하고,
상기 베이스판은 상기 모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가지며,
상기 사이드 프레임은, 상기 배터리 모듈과 대향하는 측벽부와, 상기 측벽부 하부로부터 상기 베이스판을 향하여 연장되어 상기 베이스판의 측면에 결합되고 상기 베이스판과 함께 상기 모듈 탑재 영역을 형성하여 상기 배터리모듈의 하중을 지지하는 제1 연장부를 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 제1 연장부는, 상기 배터리 모듈 하부 면적의 적어도 일부를 지지하도록 상기 측벽부 하부로부터 상기 베이스판을 향하여 소정 길이만큼 연장되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스판 상면과 상기 제1 연장부 상면은 동일 높이의 평면을 형성하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스판 측면과 이에 결합되는 제1 연장부의 측면에 서로 맞물리는 형상의 단차부를 구비한 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 사이드 프레임은 상기 배터리 팩 외측으로 연장되는 제2 연장부를 더 구비하는 배터리 팩.
제5항에 있어서,
상기 제2 연장부는, 상기 제1 연장부보다 굵은 두께를 가지며 배터리 팩이 설치되는 구조물에 고정 지지되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 전방 프레임으로부터 후방프레임으로 연장되며, 상기 베이스판에 결합되는 센터 프레임을 더 포함하고,
상기 센터 프레임과 상기 사이드 프레임의 측벽부 사이에 모듈 탑재 영역이 형성되며,
상기 모듈 탑재 영역은 상기 사이드 프레임의 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 배터리 팩.
제7항에 있어서,
상기 베이스판은 상기 센터 프레임의 양측에 1개씩 배치되어, 상기 양측의 베이스판 측면과 상기 센터 프레임 양측면이 결합되는 배터리 팩.
제8항에 있어서,
상기 센터 프레임은, 수직 격벽부와 상기 수직 격벽부 하부로부터 상기 베이스판을 향하여 좌우로 연장되어 상기 베이스판과 결합되는 수평 연장부를 구비하며,
상기 수평 연장부의 상면과 상기 베이스판의 상면은 동일 평면 상에 위치하는 배터리 팩.
제9항에 있어서,
상기 센터 프레임의 수직 격벽부와 상기 양측의 사이드 프레임 사이에서 연장 설치되는 복수개의 사이드 빔을 더 포함하고,
상기 사이드 빔은 상기 수직 격벽부 및 사이드 프레임부에 각각 결합되어 상기 모듈 탑재 영역을 복수개의 영역으로 구획하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈은 상기 사이드 프레임의 측벽부에 체결되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,
상기 베이스판 및 사이드 프레임 중 적어도 하나는,
외벽과, 상기 외벽으로 둘러싸인 내부 공간을 구비하고,
상기 내부 공간은 상기 외벽으로부터 연장되는 복수개의 구획벽에 의하여 분할되어 복수개의 중공 채널을 형성하는 배터리 팩.
제12항에 있어서,
상기 베이스판은 상기 중공 채널에 제1 냉각 유로가 구비된 냉각 일체형의 베이스판인 배터리 팩.
제13항에 있어서,
상기 사이드 프레임의 제1 연장부가 중공 채널을 가지며,
상기 중공 채널에 제2 냉각 유로가 구비된 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 전방 프레임 및 후방 프레임은 상기 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로와 연통하는 제3 냉각 유로를 각각 구비하고,
상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 주입구 및 냉매 배출구가 형성되는 배터리 팩.
제14항에 있어서,
상기 전방 프레임 및 후방 프레임은 상기 제1 냉각 유로 및 제2 냉각 유로와 연통하는 제3 냉각 유로를 각각 구비하고,
상기 전방 프레임 및 후방 프레임 중 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 주입구가 형성되고, 다른 하나에 상기 제3 냉각 유로와 연통되는 냉매 배출구가 형성되는 배터리 팩.
복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법으로서,
상기 모듈 탑재 영역의 일부만을 형성하는 크기를 가지는 베이스판의 양측면에 상기 베이스판을 향하여 연장되며 상기 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 양측 사이드 프레임의 제1 연장부의 측면을 각각 결합하는 단계;
상기 베이스판 및 제1 연장부의 전단부 및 후단부에 전방 프레임 및 후방 프레임을 각각 결합하는 단계; 및
상기 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역에 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 제조방법.
복수개의 배터리 모듈이 수용되는 모듈 탑재 영역을 가지는 배터리 팩의 제조방법으로서,
센터 프레임의 양측에 베이스판을 각각 배치하고 상기 양측의 베이스판과 상기 센터 프레임을 결합하는 단계;
상기 센터 프레임 일측의 베이스판을 향하여 연장되며 상기 일측의 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 일측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 일측의 베이스판을 결합하는 단계;
상기 센터 프레임 타측의 베이스판을 향하여 연장되며 상기 타측의 베이스판과 함께 모듈 탑재 영역을 형성하는 타측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 타측의 베이스판을 결합하는 단계;
상기 일측 및 타측 사이드 프레임의 제1 연장부와 상기 양측 베이스판의 전단부 및 후단부에 전방 프레임 및 후방 프레임을 각각 결합하는 단계; 및
상기 제1 연장부의 적어도 일부의 상부면과 상기 베이스판 상부면을 포함하는 모듈 탑재 영역에 복수개의 배터리 모듈을 탑재하는 단계;를 포함하는 배터리 팩 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 양측의 사이드 프레임에 각각 구비되는 제1 연장부의 소정 길이는 서로 동일하며,
양측의 사이드 프레임 사이에 단일의 베이스판이 위치하고,
상기 양측 사이드 프레임 사이에서 연장되는 상기 베이스판의 길이의 1/2과 상기 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1인 배터리 팩.
제2항에 있어서,
일측의 사이드 프레임과 타측의 사이드 프레임에 각각 구비되는 제1 연장부의 소정 길이는 서로 동일하며,
상기 일측의 사이드 프레임과 타측의 사이드 프레임 사이에, 대응하는 각 사이드 프레임과 결합하며 크기가 동일한 2개의 베이스판이 위치하고,
대응하는 사이드 프레임으로 연장되는 각 베이스판의 길이와, 상기 소정 길이의 비의 범위는 6:4~9:1인 배터리 팩.