WO2011065675A2 - 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리는 전류를 생성하고 일측에 개구되어 형성되는 관통홀이 복수개 형성된 전지 카트리지가 복수개 적층되어 형성되는 전지 카트리지 모듈과, 전지 카트리지 모듈이 적층되도록 전지 카트리지 모듈을 지지하는 팩 브라켓 및, 관통홀에 삽입되어 각각의 전지 카트리지를 관통하여, 전지 카트리지 모듈을 팩 브라켓에 고정시키는 복수개의 롱볼트를 포함한다.

Description

배터리
본 발명은 배터리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 전지 카트리지가 하나의 모듈을 이루는 충전 가능한 배터리에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 중대형 전지팩이 사용되고 있으며, 중대형 전지팩에 사용되는 단위전지들은 높은 밀집도로 충적됨으로써 사공간(dead space)의 크기를 줄일 수 있는 각형 전지 또는 파우치형 전지가 사용되고 있다.
이러한 단위전지들의 기계적 체결과 전기적 연결을 용이하게 하기 위하여, 일반적으로는 하나 또는 둘 이상의 단위전지들을 장착할 수 있는 전지 카트리지가 사용되고 있다. 즉, 단위전지들이 장착된 다수의 전지 카트리지들을 적층하여 전지팩을 구성하고 있다.
다수의 전지 카트리지를 적층하여 형성된 중대형 전지팩은 각각의 전지 카트리지를 적층하는 방식이나 연결하는 방식이 다양하게 존재하고, 이러한 방식에 여러가지 구조물이 필요하며 또한 많은 작업공수가 필요하게 된다.
따라서, 다수의 전지 카트리지가 중대형 전지팩을 형성하는 구조를 좀더 간단하게 하면서도 다수의 전지 카트리지가 안정적으로 적층되도록 할 필요가 있으며, 다수의 전지 카트리지를 하나의 모듈로 만들어 관리하여 중대형 전지팩을 완성하는 작업이 보다 쉽게 실시되도록 할 필요가 있다.
또한, 이러한 다수의 전지 카트리지에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각하여, 전지 카트리지의 효율을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 복수개의 전지 카트리지가 하나의 모듈을 이루는 충전 가능한 베터리를 제공하는 것이다.
또한, 전지 카트리지의 냉각을 효율적으로 하여, 전지 카트리지의 효율을 향상시키는 배터리를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리는,
전류를 생성하고 일측에 개구되어 형성되는 관통홀이 복수개 형성된 전지 카트리지가 복수개 적층되어 형성되는 전지 카트리지 모듈; 상기 전지 카트리지 모듈이 적층되도록 상기 전지 카트리지 모듈을 지지하는 팩 브라켓; 및 상기 관통홀에 삽입되어 각각의 상기 전지 카트리지를 관통하여, 상기 전지 카트리지 모듈을 상기 팩 브라켓에 고정시키는 복수개의 롱볼트; 를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 배터리에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 냉각판이 전지 카트리지 모듈의 측면에 구비되어 전지 카트리지에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각할 수 있다.
둘째, 전지 카트리지의 내부에 방열판이 구비되어, 단위전지로부터 발생하는 열을 냉각판으로 신속하게 전달할 수 있다.
셋째, 방열판이 단위전지를 감싸도록 형성되어, 단위전지에서 발생하는 열이 효과적으로 냉각판에 전달된다.
넷째, 서멀패드가 방열판과 냉각판 사이에서 압착되어 구비되므로, 방열판에서 발생하는 열이 효과적으로 냉각판에 전달된다.
다섯째, 팩 브라켓에 냉각판안착부가 구비되어, 전지 카트리지 모듈과 냉각판을 일체로 체결할 수 있다.
여섯째,　롱볼트에 의해 전지 카트리지 모듈과 팩 브라켓이 체결된 상태에서, 전지 카트리지 모듈에 구비된 버스바 모듈이 팩 브라켓과 결합되어 각각의 구성이 견고하게 결합되는 하나의 서브 팩 모듈을 이룸에 따라, 중대형 전지팩을 구성하기 위한 하나의 단일 모듈을 구조적으로 간편하고 적은 작업공수로 제작할 수 있게 된다.
일곱째, 복수개의 가이드가 각각의 전지 카트리지 모듈의 일측 모서리를 지지함에 따라, 팩 브라켓에 안착되는 전지 카트리지 모듈이 팩 브라켓에 의해 견고하게 지지되도록 하고, 외부의 충격이나 진동에 의해 각각의 전지 카트리지 모듈이 움직이거나 이동되어 파손되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
여덟째, 둘레부의 내측면이 전지 카트리지 모듈의 둘레에 접촉되어 복수개의 가이드와 함께 전지 카트리지 모듈의 둘레를 지지함에 따라, 전지 카트리지 모듈이 팩 브라켓에 정확하게 안착되어 고정되도록 한다.
아홉째, 격자형의 리브가 중앙부에 형성됨에 따라, 중앙부가 전지 카트리지 모듈을 지지하는 강성이 증대되어, 전지 카트리지 모듈의 무게에 의해 팩 브라켓의 중앙부가 파손되는 것을 방지한다.
열번째, 분리가이드에 의해 각각의 전지 카트리지 모듈이 팩 브라켓에 안착될 때 각각의 전지 카트리지 모듈이 이격되어 배치됨에 따라, 전지 카트리지 모듈 사이에 형성된 틈새로 공기가 유동되어 각각의 전지 카트리지에서 발생하는 열을 공냉시킬수 있게 된다.
열한번째, 브리지 브라켓이 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지를 하나로 고정하여 각각의 전지 카트리지 모듈이 하나의 덩어리로 고정될 수 있도록 함에 따라, 팩 브라켓에 안착되는 각각의 전지 카트리지 모듈을 하나의 덩어리로 연결하여 고정이 견고하게 되도록 하고, 각각의 구성들이 하나의 서브 팩 모듈을 이루어 생산성이 향상되도록 하며, 서브 팩 모듈의 제작시 작업공수가 절감되도록 한다.
열두번째, 브리지 브라켓이 각각의 전지 카트리지 모듈을 고정하여 각각의 전지 카트리지 모듈 사이에 형성된 틈새를 유지시켜, 이 틈새로 공기의 유동에 의해 각각의 전지 카트리지가 공냉되도록 한다.
열세번째, 브리지 브라켓이 각각의 전지 카트리지 모듈과 버스바 모듈을 일체로 결합시킴에 따라, 팩 브라켓에 안착된 전체 전지 카트리지 모듈과 버스바 모듈이 단단하게 고정되어 외부의 충격이나 진동에 의한 파손을 방지한다.
열네번째, 안착부에 고압전류전달부가 안착되도록 함에 따라, 안착부가 고압전류전달부가 파손되지 않도록 보호할 수 있게 되며, 작업자가 서브 팩 모듈을 제작할 때 고압전류전달부가 팩 브라켓에서 노출되어 버스바 모듈과 연결되는 부분이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
열다섯번째, 센서 어셈블리가 팩 브라켓에 결합된 상태로 전지 카트리지 모듈과 버스바 모듈이 하나의 덩어리인 서브 팩 모듈을 이루게 됨에 따라, 복수개의 서브 팩 모듈을 적층하거나 연결하여 하나의 중대형 전지팩을 쉽게 생성할 수 있게 된다.
열여섯번째, 팩 브라켓이 플라스틱 재질을 포함하여 형성됨에 따라, 고압전류전달부 및/또는 버스바 모듈에서 발생하는 전류를 절연시킬 수 있게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스가 제거된 전지 카트리지를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각판의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 카트리지에 대한 분해 사시도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 카트리지의 단위전지를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 분해사시도이다.
도 11은 배터리가 결합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 나타난 배터리의 배면 사시도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 롱볼트가 체결된 부분의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 자동차를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1000)을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1000)의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(1000)는 전류를 생성하고 일측 모서리에 개구되어 형성되는 관통홀(117)이 복수개 형성된 전지 카트리지(100)가 복수개 적층되어 형성되는 전지 카트리지 모듈(10)과, 전지 카트리지 모듈(10)이 적층되도록 상기 전지 카트리지 모듈(10)을 지지하는 팩 브라켓(140) 및, 관통홀(117)에 삽입되어 각각의 전지 카트리지(100)를 관통하여, 전지 카트리지 모듈(10)을 상기 팩 브라켓(140)에 고정시키는 복수개의 롱볼트(150)를 포함한다.
전지 카트리지 모듈(10)은 각각의 전지 카트리지(100)가 합쳐진 집합체이다. 각각의 전지 카트리지(100)에서 생성되는 전류가 자동차를 구동하는 전류로서 작동한다. 전지 카트리지(100)는 복수개가 적층되어 하나의 전지 카트리지 모듈(10)을 형성한다.
각각의 전지 카트리지(100)는 전류를 생성하는 복수개의 단위전지(111)와, 복수개의 단위전지(111)를 수용하는 케이스(118)로 구성된다. 케이스(118)는 내부에 수용공간을 형성하며 일측에 후술하는 관통홀(117)이 형성될 수 있다. 복수개의 단위전지(111)는 케이스(118)에 수용되어 도 1 내지 도 2에는 도시되지 않았으며, 도 3에서 상술한다.
전지 카트리지 모듈(10)은 각각의 전지 카트리지(100)가 적층되어 형성된다. 전지 카트리지(100)의 일측에는 개구되어 형성되는 관통홀(117)이 형성된다. 관통홀(117)은 전지 카트리지(100)의 코너 또는 모서리에 형성될 수 있으며, 복수개 형성될 수 있다. 각각의 전지 카트리지(100)가 적층되어 전지 카트리지 모듈(10)을 형성하면, 전지 카트리지(100)의 관통홀(117)이 동축 정렬된다.
팩 브라켓(140)은 배터리(1000)의 외관을 형성하고, 전지 카트리지 모듈(10)이 적층되도록 전지 카트리지 모듈(10)의 하측에서 전지 카트리지 모듈(10)을 지지한다. 또한 실시예에 따라 적층된 전지 카트리지 모듈(10)의 상부에 추가적인 팩 브라켓 커버(160)가 더 구비되어 하나의 배터리를 형성할 수 있다.
롱볼트(150)는 관통홀(117)에 삽입되어 각각의 전지 카트리지(100)를 관통한다. 롱볼트(150)는 전지 카트리지(100)의 동축 정렬된 관통홀(117)을 관통하여, 전지 카트리지 모듈(10)을 팩 브라켓(140)에 고정시킨다. 롱볼트(150)는 관통홀(117)을 관통하여 전지 카트리지 모듈(10)을 일체로 체결할 수 있는 모든 체결수단을 포함한다.
팩 브라켓(140)은 관통홀(117)을 관통하는 롱볼트(150)가 체결될 수 있도록 체결부(145)가 형성된다. 체결부(145)는 실시예에 따라, 롱볼트(150)의 형상에 대응되어, 롱볼트(150)를 고정할 수 있는 형상으로 형성된다. 롱볼트(150)가 체결부(145)에 체결되면, 롱볼트(150)에 의해 관통된 전지 카트리지 모듈(10)이 팩 브라켓(140)에 고정되어 하나의 덩어리를 이루므로, 취급이나 교환이 용이해진다.
전지 카트리지 모듈(10)의 측면에는 전지 카트리지 모듈(10)로부터 전달되는 열을 흡수하는 냉각판이 구비된다. 냉각판(120)은 적층된 복수개의 전지 카트리지(100)로부터 전달되는 열을 흡수한다. 냉각판(120)은 냉각수가 유동되어 전지 카트리지(100)로부터 전달되는 열을 외부로 전달한다. 냉각수가 열을 외부로 방출하므로, 전지 카트리지(100)의 열이 방출되어, 전지 카트리지(100)에서 발생되는 열에 의해 전지 카트리지(100)의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
팩 브라켓(140)은 냉각판(120)이 안착되도록 냉각판안착부(147)가 형성된다. 팩 브라켓(140)의 일측에 냉각판(120)이 전지 카트리지 모듈(10)의 측면에 구비되도록 냉각판안착부(147)가 형성된다.
냉각판안착부(147)에는 냉각판(120)으로 열을 절단하는 서멀패드(130)와 접촉하고 있으며, 서멀패드(130)는 후술하는 방열판(113)의 열전달부(115)와 접촉된다.
서멀패드(130)는 열전달부(115)와 접촉된다. 열전달부(115)는 후술하는 방열판(113)의 일측에 형성된다. 열전달부(115)는 서멀패드(130)를 통해 냉각판(120)으로 열을 전달하도록, 열의 전도도가 우수한 재질로 형성되고, 평평한 형상으로 형성될 수 있다. 서멀패드(130)의 결합관계에 대하여는 후술한다.
전지 카트리지 모듈(10)과 냉각판(120)은 서멀패드(130)에 의해서 열전달이 이루어 질 수 있다. 냉각판(120)은 전지 카트리지 모듈(10)과 볼트로 체결되며, 열전달부(115)와 냉각판(120) 사이에서 압착된다. 이 압착에 의해 열전달이 더 잘 일어나도록 할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 서멀패드(130)가 구비되지 않고 전지 카트리지 모듈(10)과 냉각판(120)이 직접 접촉되어 열전달이 이루어 질 수 있다. 냉각판(120)의 상세한 구성에 대하여는 도 4에서 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이스(118)가 제거된 전지 카트리지(100)를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지(100)는, 전류를 방전하는 복수개의 단위전지(111) 및, 단위전지(111)로부터 발생하는 열을 전달받는 방열판(113)을 포함하여 구성된다.
단위전지(111)는 전류를 공급하는 최소 단위이다. 단위전지(111)는 전류를 발생하는 모든 충전 및 방전가능한 2차전지 또는 연료전지를 포함한다. 단위전지(111)는 복수개가 적층되어 형성될 수 있다.
복수개의 단위전지(111)는 일측에 형성된 전극으로 전류를 내보낸다. 바람직한 실시예로는, 두 개의 단위전지(111)가 적층되는 것이 바람직하나, 이에 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다.
방열판(113)은 단위전지(111)로부터 발생하는 열을 전달받는다. 방열판(113)은 열을 전도하는 금속재질로 형성되는 것이 바람직하며, 알류미늄 또는 구리로 형성될 수 있으나, 이에 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다.
방열판(113)은 단위전지(111)를 감싸도록 형성되며, 일측에 냉각판(120)으로 열을 전달하도록 열전달부(115)가 형성된다. 방열판(113)이 단위전지(111)를 감싸게 되어, 단위전지(111)로부터 발생한 열을 효과적으로 흡수하여 냉각판(120)에 열을 전달한다.
방열판(113)의 일측에는 방열판(113)과 같은 재질인 열전달부(115)가 절곡되어 형성될 수 있다. 열전달부(115)는 평평하게 형성되어 서멀패드(130)와 접촉되도록 한다. 서멀패드(130)는 냉각판(120)과 접촉하여, 냉각판(120)으로 열을 전달한다. 또한 실시예에 따라 서멀패드(130)가 구비되지 않고 열전달부(115)와 냉각판(120)이 직접 접촉되어 열전달이 이루어 질 수 있다.
방열판(113)은 단위전지(111)의 상측 및 하측에 구비된다. 방열판(113)이 단위전지(111)의 상측 및 하측에 동시에 구비되어 단위전지(111)를 감싸게 되고, 바람직한 실시예인 두 개의 단위전지(111)가 적층된 경우, 상측에 구비된 방열판(113)이 상측의 단위전지(111)로부터 열을 전달 받는다. 하측에 구비된 방열판(113)은 하측의 단위전지(111)로부터 열을 전달 받는다.
서멀패드(130)는 방열판(113)과 냉각판(120) 사이에 구비되어, 방열판(113)으로부터 냉각판(120)으로 상기 열을 전달한다. 서멀패드(130)는 도 1에 개시된 냉각판(120)과 전지 카트리지 모듈(10)의 사이에 구비된다.
서멀패드(130)는 전지 카트리지 모듈(10)과 접촉되며, 일측이 전지 카트리지(100)에 구비된 방열판(113)의 열전달부(115)에 접촉된다. 타측은 냉각판(120)에 구비되어, 열전달부(115)에서 전달 받은 열을 냉각판(120)으로 전달한다.
서멀패드(130)는 열의 전도도가 우수한 재질로 형성되고, 평평한 형상으로 형성될 수 있다. 또한 전지 카트리지 모듈(10)에 서멀패드(130)가 셀모듈(410)의 측면에 구비되도록, 팩 브라켓(140)에는 서멀패드(130)가 안착되는 서멀패드안착부(미도시)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각판(120)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 냉각판(120)은 내부가 비어있는 공동(123)이 형성되고, 공동(123)에는 유로를 형성하는 복수개의 리브(121)가 형성된다.
냉각판(120)은 냉각수가 유동되도록 내부가 비어있는 공동(123)이 형성된다. 냉각판(120)의 공동(123)으로 외부의 냉각수가 냉각판(120)의 내부로 들어가 전지 카트리지(100)로부터 전달 받은 열을 전달받는다. 냉각수는 외부로 빠져나가 열교환을 하고, 다시 일정 온도로 냉각되어, 냉각판(120)으로 들어온다.
냉각판(120)의 공동(123)에는 유로를 형성하는 복수개의 리브(121)가 형성된다. 냉각수가 들어와서 냉각판(120)의 내부에서 유동하도록 유로가 형성되며, 유로를 형성하기 위해 돌출되어 형성된 복수개의 리브(121)가 형성된다. 리브(121)는 냉각수가 유동할 수 있는 다양한 형태의 유로를 형성할 수 있다. 리브(121)는 냉각판(120) 내부의 표면적을 넓게 하여, 냉각수와 열교환이 더 잘 일어나도록 한다. 또한 복수개의 리브(121)는 냉각판(120)의 횡방향을 지지하여, 횡방향에 대한 내구성이 증대되도록 한다. 또한 복수개의 리브(121)는 냉각수가 공동(123)에서 난류를 형성하여 열교환이 더 잘 일어나도록 한다.
냉각판(120)은 냉각판(120)에 전달되는 열을 외부로 전달하는 냉각수가 통과하도록 형성된다. 상술한 리브(121)로 유도를 형성하여 냉각수가 유동되도록 할 수 있으며, 또 다른 실시에에 따라 냉각수가 냉각판(120)을 통과하도록 형성될 수 있다. 냉각판(120)의 내부에 비어있는 공동(123)이 형성되고, 공동(123)에 각각의 칸막이가 형성되어 냉각수가 각각의 칸을 통과하여 냉각을 하도록 냉각판(120)이 형성될 수 있다. 또한 내부의 공동(123)만 형성되어 냉각수가 통과하도록 형성될 수 있으며, 상술한 실시예가 본 발명의 실시예를 한정하는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 카트리지(200)에 대한 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 카트리지(200)는 복수의 단위전지(220), 상측 카트리지 인너(231-1), 하측 카트리지 인너(231-2), 카트리지 센터(221) 및, 커버(241-1 또는 241-2)를 포함한다.
복수의 단위전지(220)은 단위전지들의 뭉치이다. 단위전지는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로써, 전류를 생성한다. 복수의 단위전지(220)은 카트리지 센터(221)에 구비된다. 복수의 단위전지(220)의 상면은 상측 카트리지 인너(231-1)가 가장자리에 밀착되며 후술하는 상측 커버(241-1)가 가운데 부분에 밀착된다. 복수의 단위전지(220)의 하면은 하측 카트리지 인너(231-2)가 가장자리에 밀착되며 후술하는 하측 커버(241-2)가 가운데 부분에 밀착된다.
커버(241-1 또는 241-2)는 상측 커버(241-1) 및/또는 하측 커버(241-2)를 포함하며, 이들 중 어느 하나에 해당한다. 상측 커버(241-1)는 전지 카트리지(200)의 상부에 구비되며, 하측 커버(241-2)는 전지 카트리지(200)의 하부에 구비된다.
상측 커버(241-1)는 복수의 단위전지(220)의 상면과 접촉되어 복수의 단위전지(220)에서 발생되는 열을 방출한다. 상측 커버(241-1)는 방열성이 우수한 알루미늄 재질인 것이 바람직하다. 상측 커버(241-1)와 복수의 단위전지(220) 사이에는 상측 카트리지 인너(231-1)가 구비된다.
상측 카트리지 인너(231-1)는 복수의 단위전지(220)의 상면 가장자리와 접촉된다. 상측 카트리지 인너(231-1)는 복수의 단위전지(220)의 상면 가장자리가 상측 커버(241-1)와 직접 닿지 않도록 하여 절연을 한다. 상측 카트리지 인너(231-1)는 복수의 단위전지(220)의 상면 가장자리와 상측 커버(241-1) 사이를 지지하여 복수의 단위전지(220)의 상면 가장자리를 보호한다.
하측 커버(241-2)는 상측 커버(241-1)와 동일하게 형성된다. 상측 커버(241-1)를 그대로 전지 카트리지(200)의 하부에 결합하면, 하측 커버(241-2)가 된다. 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)가 동일하게 형성됨에 따라 각각의 전지 카트리지(200)의 외관이 동일하게 되며, 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)를 따로 생산하지 않게 되어 제작비용이나 관리가 간편해진다.
하측 커버(241-2) 및 하측 카트리지 인너(231-2)에 대한 설명은 상측 커버(241-1)와 상측 카트리지 인너(231-1)에 대한 설명과 같으므로, 상세한 설명을 생략한다.
상측 커버(241-1) 및 하측 커버(241-2)에는 외면에 돌출되어 형성되는 볼록부(241a)와, 외면에 함몰되어 형성되어 볼록부(241a)가 결합될 수 있는 오목부(241b)가 형성된다. 볼록부(241a)와 오목부(241b)는 전지 카트리지(200)들을 적층할 때 서로 결합되어 위치를 잡는다. 볼록부(241a)와 오목부(241b)는 상측 커버(241-1) 상면 네 귀퉁이에 대칭으로 형성되어, 전지 카트리지(200)를 같은 방향으로 적층하는 정방향 적층 뿐만 아니라, 뒤집어 적층하는 역방향 적층이 가능하도록 한다.
즉, 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)가 동일하게 형성되어 있으며, 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)가 마주보고 있을 때 볼록부(241a)와 오목부(241b)가 결합될 수 있도록 대응되는 위치에 형성되어 있다. 볼록부(241a)와 오목부(241b)가 대응되는 위치에 형성됨에 따라, 전지 카트리지(200)가 결합되어 적층될 때, 맨 위에 적층되는 전지 카트리지(220) 하측 커버(241-2)와 그 아래에 바로 적층되는 전지 카트리지(200)의 상측 커버(241-1)가 결합되고, 볼록부(241a)와 오목부(241b)는 각각의 전지 카트리지(200)가 결합되는 위치가 결정되도록 안내한다.
상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-3)에는 각각 관통홀(241c)이 형성된다. 관통홀(241c)은 전지 카트리지(200)들을 적층하여 결합할 때 후술하는 롱볼트(400)가 관통되록 한다. 카트리지 센터(221)에 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)가 결합되면, 각각의 관통홀(241c)이 중첩되어 하나의 통로를 형성한다.
카트리지 센터(221)에는 복수의 단위전지(220)가 구비된다. 카트리지 센터(221)의 상측에는 상측 카트리지 인너(231-1)를 사이에 두고 상측 커버(241-1)가 결합된다. 카트리지 센터(221)의 하측에는 하측 카트리지 인너(231-2)를 사이에 두고 하측 커버(241-2)가 결합된다. 각각의 결합은 본딩, 볼트 결합 및 용접 등 다양한 결합이 이용될 수 있다.
카트리지 센터(221)에는 상측 카트리지 인너(231-1)와 상측 커버(241-1) 및 하측 카트리지 인너(231-2)와 하측 커버(241-2)를 지지하고 전지 카트리지(200)들을 적층하여 결합할 때 후술하는 롱볼트(400)가 관통되는 스페이서(224)가 구비된다.
카트리지 센터(221)에 형성된 측면홀(221b)에는 카트리지 서포트(225)가 삽입된다. 카트리지 서포트(225)는 복수의 단위전지(220)의 가장자리 사이를 지지하여 보호한다.
카트리지 센터(221)의 전면에는 커버 프론트(223)가 결합되고, 후면에는 커버 리어(222)가 결합되어 복수의 단위전지(220)의 단자들을 보호한다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지 카트리지(200)의 단위전지를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 복수의 단위전지(220)는 제1단위전지(220-1) 내지 제4단위전지(220-4)를 포함하는 4개의 단위전지로 구성되는 것이 바람직하다. 다만, 단위전지의 형태에 따라 다양한 개수로 변경될 수 있다.
제1단위전지(220-1)와 제2단위전지(220-2)가 밀착되어 결합되고, 제3단위전지(220-3)와 제4단위전지(220-4)가 밀착되어 결합된다. 제2단위전지(220-2)와 제3단위전지(220-3) 사이에는 갭이 형성된다. 제2단위전지(220-2)와 제3단위전지(220-3) 사이의 갭은 카트리지 센터(221)에 의하여 형성된다. 제2단위전지(220-2)와 제3단위전지(220-3) 사이에 갭이 존재하여, 단위전지의 충방전시 부풀림에 대비한다. 제2단위전지(220-2)와 제3단위전지(220-3) 사이의 갭에는 열센서(미도시)가 삽입될 수 있다.
제1단위전지 실링부(220-1a)는 제1단위전지(220-1)의 가장자리를 실링하는 부분으로서 찢어지거나 깨지는 경우 누액으로 통전이 될 수 있다. 따라서, 제1단위전지 실링부(220-1a)의 절연과 보호를 위하여 제1단위전지 실링부(220-1a)는 상측 카트리지 인너(231-1)와 밀착된다.
제1단위전지 실링부(220-1a)와 제2단위전지 실링부(220-2a)와의 사이에는 카트리지 서포트(225)가 삽입되어 각각의 실링부를 지지하고 보호하며 절연한다. 특히 카트리지 서포트(225)는 전지 카트리지(200)를 수직으로 세울 때 제1단위전지 실링부(220-1a)와 제2단위전지 실링부(220-2a)가 자중에 의한 처짐으로 인하여, 상측 카트리지 인너(231-1)와 맞닿아 차량의 진동 등에 의해 부분적으로 찢어지거나 깨지는 등의 파손으로 인한 누액으로 통전되는 것을 방지한다.
복수의 단위전지(220)에는 양병렬전극단자(217), 음병렬전극단자(219), 음병렬전극(213), 양병렬전극(214) 및, 직렬전극(215)이 구비된다.
양병렬전극단자(217)는 제1단위전지(220-1)와 제2단위전지(220-2)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(220)의 양극을 형성한다. 양병렬전극단자(217)는 복수의 단위전지(220) 일측에 배치된다. 음병렬전극단자(219)는 제3단위전지(220-3)와 제4단위전지(220-4)를 병렬로 연결하여 복수의 단위전지(220)의 음극을 형성한다. 음병렬전극단자(219)는 복수의 단위전지(220) 일측에 양병렬전극단자(217)와 나란히 배치된다.
음병렬전극(213)은 제1단위전지(220-1)와 제2단위전지(220-2)를 병렬로 연결하고, 양병렬전극(214)은 제3단위전지(220-3)와 제4단위전지(220-4)를 병렬로 연결하여, 직렬전극(215)이 음병렬전극(213)과 양병렬전극(214)를 연결한다.
제1단위전지(220-1)와 제2단위전지(220-2)는 병렬로 연결되고, 제3단위전지(220-3)와 제4단위전지(220-4)는 병렬로 연결되어 두 세트가 다시 직렬로 연결된다. 복수의 단위전지(220)는 2병렬-2직렬 구조로 연결된다. 다만, 필요한 전압과 용량에 따라 연결 구조를 변경할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리(2000)의 분해사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 배터리(2000)가 결합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 나타난 배터리(2000)의 배면 사시도이다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리(2000)는 전류를 생성하고 일측 모서리에 개구되어 형성되는 관통홀(241c)이 복수개 형성된 전지 카트리지(200)와, 전지 카트리지(200)가 복수개 적층되어 형성되는 전지 카트리지 모듈(20)과, 전지 카트리지 모듈(20)의 일측에 구비되어 각각의 전지 카트리지(200)를 연결하는 버스바 모듈(500)과, 버스바 모듈(500)과 결합되고 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되며 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하는 복수개의 가이드(320)가 형성되는 팩 브라켓(300) 및, 각각의 관통홀(241c)에 삽입되어 각각의 전지 카트리지(200)를 관통하여 팩 브라켓(300)과 체결되는 복수개의 롱볼트(400)를 포함하여 구성된다.
전지 카트리지(200)는 상술한 것과 같이 전류를 생성하는 복수개의 단위전지(220)를 포함하여 구성된다. 전지 카트리지(200)의 상측 커버(241-1)와 하측 커버(241-2)에는 관통홀(241c)이 복수개 형성된다. 관통홀(241c)은 전지 카트리지(200)의 모서리 부분에 형성되는 것이 바람직하나, 이에 관통홀(241c)의 위치가 한정되는 것은 아니다.
각각의 전지 카트리지(200)의 일측에는 상술한 양병렬전극단자(217) 및/또는 음병렬전극단자(219)가 노출된다. 양병렬전극단자(217) 및/또는 음병렬전극단자(219)들은 후술하는 버스바 모듈(500)과 결합된다.
각각의 전지 카트리지(200)는 복수개가 적층되어 하나의 전지 카트리지 모듈(20)을 형성한다. 전지 카트리지 모듈(20)은 각각의 전지 카트리지(200)가 수직 및/또는 수평으로 적층된 형태로 형성될 수 있다. 전지 카트리지 모듈(20)은 적어도 두개 이상의 전지 카트리지(200)가 적층되어 형성되며, 도 10 이하에서는 4개의 전지 카트리지(200)가 적층되어 형성되는 것으로 설명하나, 이에 전지 카트리지(200)의 개수가 한정되는 것은 아니다.
전지 카트리지 모듈(20)은 적어도 두개 이상의 복수개가 구비되며, 실시예에 따라 수직 및/또는 수평으로 배치될 수 있다. 이하에서는 두개의 전지 카트리지 모듈(20)이 나란하게 동일 평면상에 배치되는 것으로 설명하나, 이에 전지 카트리지 모듈(20)의 배치가 한정되는 것은 아니다.
버스바 모듈(500)은 복수개의 전지 카트리지 모듈(20)과 결합되어 각각의 전지 카트리지(200)를 전기적으로 연결한다. 구체적으로, 버스바 모듈(500)은 복수개의 전지 카트리지 모듈(20)을 형성하는 각각의 전지 카트리지(200)를 전기적으로 연결하는 버스바(520)와, 버스바(520)가 수용되는 버스바 수용홈(513)이 형성된 버스바 플레이트(520)와, 버스바 플레이트(520)와 결합되어 버스바 수용홈(513)에 수용된 버스바(520)를 가리는 플레이트 커버(530)를 포함하여 구성된다.
버스바 플레이트(520)의 일측면은 복수개의 전지 카트리지 모듈(20)과 접한다. 버스바 플레이트(520)는 각각의 전지 카트리지(200)에 구비된 양병렬전극단자(217) 및/또는 음병렬전극단자(219)와 버스바(520)가 접촉되도록 복수개의 단자개구부(511)가 형성된다. 각각의 단자개구부(511)에는 양병렬전극단자(217) 및/또는 음병렬전극단자(219)가 체결되며, 버스바(520)가 이들에 각각 접촉되어 각각의 전지 카트리지(200)를 병렬 및/또는 직렬로 연결한다. 버스바 플레이트(520)는 각각의 전지 카트리지(200)와 전기적 쇼트를 방지하기 위해 절연체로 형성될 수 있다.
버스바(520)가 수용되는 버스바 수용홈(513)은 버스바 플레이트(520) 또는 플레이트 커버(530) 중 적어도 어느 하나에 형성되며, 이하에서는 버스바 플레이트(520)에 버스바 수용홈(513)이 형성되는 것으로 설명하나 실시예에 따라 플레이트 커버(530)에 버스바 수용홈(513)이 형성될 수 있다. 버스바 수용홈(513)은 버스바(520)가 수용되도록 함몰되어 형성되며, 버스바(520)의 형상에 대응되어 형성된다.
버스바(520)는 버스바 수용홈(513)에 수용되어 고정된다. 버스바(520)는 버스바 플레이트(520)의 단자개구부(511)에 체결되는 양병렬전극단자(217) 및/또는 음병렬전극단자(219)와 접촉하여, 각각의 전지 카트리지(200)를 병렬 및/또는 직렬로 연결한다.
플레이트 커버(530)는 버스바 플레이트(520)에 대응되어 형성되고, 버스바(520)가 외부로 노출되지 않도록 버스바(520)를 차폐한다. 플레이트 커버(530)는 전류가 흐르는 버스바(520)가 외부로 노출되지 않도록 버스바 플레이트(520)와 함께 버스바(520)를 차폐하고, 또한 작업자가 버스바(520)에 흐르는 전류에 의해 감전되지 않도록 절연체로 형성된다.
팩 브라켓(300)은 버스바 모듈(500)과 결합한다. 구체적으로, 팩 브라켓(300)의 일측에 돌출되어 형성되는 결합돌기(340)가 버스바 모듈(500)의 일측에 함몰되어 형성되는 결합홈(550)에 결합되어 팩 브라켓(300)과 버스바 모듈(500)이 고정된다. 결합홈(550)은 버스바 모듈(500)의 일측에 형성되며, 결합돌기(340)는 결합홈(550)의 형성되는 위치에 대응되어 형성된다. 결합돌기(340)에 결합홈(550)이 결합되는 방법으로는 용접, 본딩, 접착, 체결수단에 의한 체결 등 다양한 실시예가 적용될 수 있다.
팩 브라켓(300)에는 복수개의 전지 카트리지 모듈(20)이 안착된다. 팩 브라켓(300)에는 각각의 전지 카트지리 모듈을 지지하기 위한 복수개의 가이드(320)가 돌출되어 형성된다. 복수개의 가이드(320)는 팩 브라켓(300)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 이하에서는 복수개의 가이드(320)가 팩 브라켓(300)의 둘레 중 모서리 부분에 형성되는 것으로 설명하나, 이에 가이드(320)의 형성 위치가 한정되는 것은 아니다.
팩 브라켓(300)은 플라스틱 재질을 포함하여 형성된다. 팩 브라켓(300)에 전지 카트리지 모듈(20)이 안착될 때, 전지 카트리지 모듈(20)의 형상에 대응되는 형상이 제작시 용이하게 형성될 수 있도록 플라스틱 재질을 포함하여 형성된다.
각각의 가이드(320)는 팩 브라켓(300)의 모서리 부분에 형성되어 팩 브라켓(300)이 안착되는 전지 카트리지 모듈(20)의 일측 모서리를 지지한다. 또한 복수개의 가이드(320)는 전지 카트리지 모듈(20)의 모서리 부분을 감싸도록 절곡되어 형성될 수 있다. 복수개의 가이드(320)가 각각의 전지 카트리지 모듈(20)의 일측 모서리를 지지하여, 팩 브라켓(300)에 안착되는 전지 카트리지 모듈(20)이 가이드(320)에 의해 견고하게 지지되도록 한다.
이와 같이 복수개의 가이드(320)가 각각의 전지 카트리지 모듈(20)을 지지함에 따라, 외부의 충격이나 진동에 의해 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
팩 브라켓(300)은 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되어 접촉되는 중앙부(330)와, 중앙부(330)의 둘레를 따라 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되지 않는 둘레부(320)로 구분될 수 있다. 둘레부(320)에는 상술한 복수개의 가이드(320)가 형성될 수 있다.
둘레부(320)는 중앙부(330)보다 돌출되어 형성되어, 전지 카트리지 모듈(20)이 중앙부(330)에 안착될 때, 둘레부(320)의 내측면을 따라 전지 카트리지 모듈(20)의 둘레가 접촉되어 전지 카트리지 모듈(20)을 지지한다. 둘레부(320)는 중앙부(330)보다 지면을 기준으로 상측으로 돌출되어 형성되어 있으며, 이에 따라 중앙부(330)에 전지 카트리지 모듈(20)이 안착될 때, 전지 카트리지(200)의 둘레를 일정하게 차폐한다. 둘레부(320)는 내측면이 전지 카트리지 모듈(20)의 둘레에 접촉되어 복수개의 가이드(320)와 함께 전지 카트리지 모듈(20)의 둘레를 지지하여, 전지 카트리지 모듈(20)이 팩 브라켓(300)에 정확하게 안착되어 고정되도록 한다.
중앙부(330)에는 격자형의 리브가 형성되어, 전지 카트리지 모듈(20)이 중앙부(330)에 안착될 때, 중앙부(330)가 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하는 강성을 증대시킨다. 중앙부(330)는 전지 카트리지 모듈(20)이 안착될 때, 무게가 큰 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하는 부분으로, 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하기 위한 큰 강성을 필요로 한다. 이러한 큰 강성을 위해 중앙부(330)에는 격자형의 리브가 형성된다.
격자형의 리브는 전지 카트리지(200)가 안착되는 중앙부(330)의 일부에 형성될 수 있으며, 리브가 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하는 지지점의 높이가 중앙부(330)의 높이와 같게 형성되도록 한다. 이 경우 리브가 형성되는 부분은 중앙부(330)의 평면을 기준으로 함몰되어 형성된다.
격자형의 리브가 중앙부(330)에 형성됨에 따라, 중앙부(330)가 전지 카트리지 모듈(20)을 지지하는 강성이 증대되어, 전지 카트리지 모듈(20)의 무게에 의해 팩 브라켓(300)의 중앙부(330)가 파손되는 것을 방지한다.
팩 브라켓(300)의 중앙에는 돌출되어 형성된 분리가이드(350)가 형성된다. 팩 브라켓(300)에 안착되는 동일 평면상에 배치된 두 개의 전지 카트리지 모듈(20)의 사이를 팩 브라켓(300)의 중앙선이라 할 때, 이 중앙선에 분리가이드(350)가 돌출되어 형성된다. 분리가이드(350)는 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되는 위치를 구분하도록 하며, 각각의 전지 카트리지 모듈(20)의 사이에 배치되어, 각각의 전지 카트리지 모듈(20)을 이격시킨다.
분리가이드(350)에 의해 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 이격되어 배치됨에 따라, 전지 카트리지 모듈(20) 사이에 형성된 틈새로 공기가 유동되어, 각각의 전지 카트리지(200)에서 발생하는 열을 공냉시킬수 있게 된다.
롱볼트(400)는 관통홀(241c)에 삽입된다. 각각의 전지 카트리지(200)에 형성되어 전지 카트리지(200)가 적층되어 하나의 전지 카트리지 모듈(20)을 형성할 때, 각각의 전지 카트리지(200)에 형성된 관통홀(241c)이 중첩되어 롱볼트(400)가 관통되로록 한다. 롱볼트(400)는 각각의 전지 카트리지(200)에 형성된 관통홀(241c)에 삽입되어, 복수개의 전지 카트리지(200)전체를 관통한다. 이때 전지 카트리지(200)내부에 구비되는 스페이서(224)를 관통할 수 있다. 롱볼트(400)는 하나의 전지 카트리지 모듈(20)을 관통하는 길이로 형성되어 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 팩 브라켓(300)과 체결되록 한다.
롱볼트(400)에 의해 전지 카트리지 모듈(20)과 팩 브라켓(300)이 체결된 상태에서, 전지 카트리지 모듈(20)에 구비된 버스바 모듈(500)이 팩 브라켓(300)과 결합되어 각각의 구성이 견고하게 결합되는 하나의 배터리(2000)를 이룸에 따라, 중대형 전지팩을 구성하기 위한 하나의 단일 모듈을 구조적으로 간편하고 적은 작업공수로 제작할 수 있게 된다.
동일 평면상에 배치된 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지(200) 사이에는, 각각의 전지 카트리지(200)를 고정시키는 브리지 브라켓(600)이 더 구비된다. 브리지 브라켓(600)의 일측은 어느 하나의 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 전지 카트리지(200)에 결합된다. 브리지 브라켓(600)의 또 다른 일측은 또다른 하나의 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 전지 카트리지(200)에 결합된다. 여기서 맨 위층은 팩 브라켓(300)에 접촉된 전지 카트리지(200)를 맨 아래층으로 하여 팩 브라켓(300)과 가장 거리가 먼 전지 카트리지(200)가 적층된 층을 말한다.
브리지 브라켓(600)은 각각의 전지 카트리지 모듈(20)에서 맨 위층에 적층된 전지 카트리지(200)와 각각 연결된다. 브리지 브라켓(600)은 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지(200)를 하나로 고정하여, 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 하나의 덩어리로 고정되도록 한다.
브리지 브라켓(600)이 전지 카트리지(200)에 결합할 때, 브리지 브라켓(600)에는 전지 카트리지(200)에 형성된 관통홀(241c)과 중첩되는 개구부(미도시)가 형성되고, 개구부와 관통홀(241c)이 중첩된 상태에서, 롱볼트(400)가 개구부와 관통홀(241c)을 관통하여 팩 브라켓(300)과 체결된다.
브리지 브라켓(600)의 일측에 형성된 개구부와 하나의 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 전지 카트리지(200)에 형성된 관통홀(241c)이 중첩된 상태에서, 하나의 롱볼트(400)가 체결되어 팩 브라켓(300)에 하나의 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되어 고정된다. 또한 다른 하나의 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 전지 카트리지(200)의 관통홀(241c)에 브리지 브라켓(600)에 형성된 또 다른 일측의 개구부가 중첩된 상태에서, 롱볼트(400)에 의해 관통되어 팩 브라켓(300)에 나머지 하나의 전지 카트리지 모듈(20)이 안착되어 고정된다.
브리지 브라켓(600)이 두개의 전지 카트리지 모듈(20)을 하나의 덩어리로 연결함에 따라, 팩 브라켓(300)에 안착되는 각각의 전지 카트리지 모듈(20)이 하나의 덩어리로 연결되어 고정이 견고하도록 하고, 각각의 구성들이 하나의 배터리(2000)를 이루어 생산성이 향상되도록 하며, 배터리(2000)의 제작시 작업공수가 절감되도록 한다.
또한, 브리지 브라켓(600)이 각각의 전지 카트리지 모듈(20)을 고정하여 각각의 전지 카트리지 모듈(20) 사이에 형성된 틈새를 유지시켜, 이 틈새로 공기의 유동에 의해 각각의 전지 카트리지(200)가 공냉되도록 한다.
버스바 모듈(500)의 일측에는 브리지 브라켓(600)이 결합되는 돌기부(540)가 돌출되어 형성된다. 돌기부(540)는 브리지 브라켓(600)의 일측과 결합하여, 버스바 모듈(500)과 브리지 브라켓(600)을 고정한다.
브리지 브라켓(600)의 일측에는 절곡되어 형성되는 후크부(620)가 형성될 수 있으며, 돌기부(540)에는 후크부(620)가 수용되어 결합될 수 있도록 후크수용부(미도시)가 함몰되어 형성될 수 있다.
브리지 브라켓(600)은 동일 평면상에 배치된 각각의 전지 카트리지 모듈(20)의 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지(200)를 결합하여 각각의 전지 카트리지 모듈(20)을 하나의 덩어리로 결합한 상태에서, 버스바 모듈(500)의 돌기부(540)와 결합된다. 즉, 브리지 브라켓(600)의 후크부(620)와 버스바 모듈(500)의 돌기부(540)가 결합되어 하나의 덩어리로 결합된 전지 카트리지 모듈(20)과 버스바 모듈(500)이 결합된다.
브리지 브라켓(600)이 각각의 전지 카트리지 모듈(20)과 버스바 모듈(500)을 일체로 결합시켜, 팩 브라켓(300)에 안착된 전체 전지 카트리지 모듈(20)과 버스바 모듈(500)이 단단하게 고정되어 외부의 충격이나 진동에 대응할 수 있게 된다.
버스바 모듈(500)에는 전지 카트리지 모듈(20)에서 발생하는 전류를 외부로 전달하는 고압전류전달부(560)가 더 구비된다. 고압전류전달부(560)는 각각의 전지 카트리지(200)에서 발생하는 전류를 복수개의 버스바(520)가 연결하여 하나의 음극부와 하나의 양극부로 외부에 전류를 송출하는 부분으로써, 버스바 모듈(500)에 구비된다. 고압전류전달부(560)는 버스바 모듈(500)의 일측에 구비되며, 복수개가 구비되어 각각 음극부와 양극부를 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 버스바 모듈(500)과 팩 브라켓(300)의 사이에 두개의 고압전류전달부(560)가 구비되는 것으로 설명하나, 이에 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니다.
팩 브라켓(300)의 일측에는 고압전류전달부(560)가 안착되도록 하는 안착부(360)가 함몰되어 형성된다. 안착부(360)는 팩 브라켓(300)의 둘레부(320) 중 일측에 형성되며, 고압전류전달부(560)의 개수에 맞추어 형성된다. 안착부(360)에는 고압전류전달부(560)가 안착되어 고압전류전달부(560)가 파손되지 않도록 보호한다.
안착부(360)에 고압전류전달부(560)가 안착되면, 작업자가 배터리(2000)을 제작할 때, 고압전류전달부(560)가 노출되어 버스바 모듈(500)과 연결되는 부분이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 팩 브라켓(300)이 플라스틱 재질을 포함하여 형성됨에 따라, 고압전류전달부(560) 및/또는 버스바 모듈(500)에서 발생하는 전류를 절연시킬 수 있게 된다.
팩 브라켓(300)에는 전지 카트리지 모듈(20)과 결합되어 각각의 전지 카트리지(200)의 전류와 온도를 측정하는 센서 어셈블리(700)가 더 구비된다. 센서 어셈블리(700)에 구비된 각각의 커넥터(미도시)들은 각각의 전지 전지 카트리지 모듈(20)을 형성하는 각각의 전지 카트리지(200)와 결합되어, 하나의 전지 카트리지 모듈(20)에 하나의 커넥터군이 연결된다. 센서 어셈블리(700)는 각각의 전지 카트리지(200)의 전류와 온도를 측정하고, 측정된 데이터를 외부로 전송하여 각각의 전지 카트리지(200)의 이상 발생여부, 과열 발생여부 등을 알 수 있게 한다.
센서 어셈블리(700)는 각각의 전지 카트리지 모듈(20)과 결합된 상태에서, 팩 브라켓(300)에 결합된다. 팩 브라켓(300)에는 센서 어셈블리(700)가 결합되도록 체결홀(미도시)들이 형성될 수 있으며, 센서 어셈블리(700)에도 체결홀에 체결되도록 하는 체결부재(미도시)들이 구비될 수 있다. 체결홀에 체결부재가 스크류 등의 체결수단에 의해 체결됨에 따라 센서 어셈블리(700)가 팩 브라켓(300)에 결합되어, 센서 어셈블리(700)가 각각의 전지 카트리지(200)에서 이탈되지 않도록 한다.
이와 같이 센서 어셈블리(700)가 팩 브라켓(300)에 결합된 상태에서 전지 카트리지 모듈(20)과 버스바(520)가 하나의 덩어리인 배터리(2000)를 이루어, 복수개의 배터리(2000)를 적층하거나 연결하여 하나의 중대형 전지팩을 쉽게 생성할 수 있게 된다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 롱볼트(400)가 체결된 부분의 단면도이다.
도 13를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 롱볼트(400)는 헤드부(420)의 둘레를 따라 홈(420)이 함몰되어 형성된다. 롱볼트(400)가 관통홀(241c)에 체결되고 남은 부분인 헤드부(420)는, 전지 카트리지 모듈(20)의 외부로 노출된다. 헤드부(420)의 둘레에는 홈(420)이 함몰되어 형성된다. 홈(420)은 헤드부(420)의 둘레를 따라 일정하게 내측으로 함몰되어 형성될 수 있다.
홈(420)에는 이송용 지그(J)가 체결될 수 있다. 이송용 지그(J)는 롱볼트(400)가 체결되어 조립이 완료된 배터리(2000)를 이송할 때, 각각의 롱볼트(400)의 헤드부(420)에 형성된 홈(420)에 체결된다. 헤드부(420)에 형성된 홈(420)은 외부의 이송용 지그(J)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다. 조립이 완료된 배터리(2000)를 이송할 때, 헤드부(420)에 형성됨 홈(420)에 의해 외부의 이송용 지그(J)를 이용하여, 배터리(2000)의 이송을 쉽게 할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (24)

  1. 전류를 생성하고 일측에 개구되어 형성되는 관통홀이 복수개 형성된 전지 카트리지가 복수개 적층되어 형성되는 전지 카트리지 모듈;
    상기 전지 카트리지 모듈이 적층되도록 상기 전지 카트리지 모듈을 지지하는 팩 브라켓; 및
    상기 관통홀에 삽입되어 각각의 상기 전지 카트리지를 관통하여, 상기 전지 카트리지 모듈을 상기 팩 브라켓에 고정시키는 복수개의 롱볼트;
    를 포함하는 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지는 전류를 생성하는 복수개의 단위전지를 포함하는 배터리.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전지 카트리지 모듈의 측면에 측면에 구비되어 상기 전지 카트리지 모듈로부터 전달되는 열을 흡수하는 냉각판을 더 포함하는 배터리
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전지 카트리지는,
    전류를 생성하는 복수개의 단위전지; 및
    상기 단위전지의 일측에 구비되어 상기 단위전지로부터 발생하는 열을 전달받는 방열판;
    을 포함하는 배터리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 단위전지를 감싸도록 형성되며, 일측에 상기 냉각판으로 열을 전달하도록 열전달부가 형성된 배터리.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 방열판은, 상기 단위전지의 상측 및 하측에 구비되는 배터리.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 방열판과 상기 냉각판 사이에 구비되어, 상기 방열판으로부터 상기 냉각판으로 상기 열을 전달하는 서멀패드를 더 포함하는 배터리.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 냉각판은 내부가 비어있는 공동이 형성되고,
    상기 공동에는 유로를 형성하는 복수개의 리브가 형성된 배터리.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 냉각판은, 상기 냉각판에 전달되는 상기 열을 외부로 전달하는 냉각수가 통과하도록 형성되는 배터리.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 팩 브라켓은 상기 냉각판이 안착되도록 냉각판안착부가 형성되는 배터리.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지 모듈의 일측에 구비되어 각각의 상기 전지 카트리지를 연결하는 버스바 모듈을 더 포함하는 배터리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 팩 브라켓은 상기 버스바 모듈과 결합되고 상기 전지 카트리지 모듈이 안착되는 배터리
  13. 제11항에 있어서,
    상기 팩 브라켓은 상기 전지 카트리지 모듈을 지지하는 복수개의 가이드가 형성되는 배터리.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 팩 브라켓에는 상기 전지 카트리지 모듈과 결합되어 각각의 상기 전지 카트리지의 전류와 온도를 측정하는 센서 어셈블리가 더 구비되는 배터리.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 가이드는 상기 팩 브라켓의 모서리에 형성되어, 상기 전지 카트리지 모듈의 일측 모서리를 지지하는 배터리.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 팩 브라켓의 둘레부는 중앙부보다 돌출되어 형성되어, 상기 전지 카트리지 모듈이 상기 중앙부에 안착될 때, 상기 둘레부의 내측면을 따라 상기 전지 카트리지 모듈의 둘레가 접촉되어 상기 전지 카트리지 모듈을 지지하는 배터리.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 팩 브라켓의 중앙부는 격자형의 리브가 형성되어, 상기 전지 카트리지 모듈이 상기 중앙부에 안착될 때, 상기 중앙부가 상기 전지 카트리지 모듈을 지지하는 강성을 증대시키도록 하는 배터리.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전지 카트리지 모듈은 적어도 두개 이상이 동일 평면상에 배치되고,
    동일 평면상에 배치된 상기 전지 카트리지 모듈의 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지 사이에는 각각의 상기 전지 카트리지를 고정시키는 브리지 브라켓이 더 구비되는 배터리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전지 카트리지 모듈의 일측에 구비되어 각각의 상기 전지 카트리지를 연결하고 일측에 상기 브리지 브라켓이 결합되는 돌기부가 돌출되어 형성되는 버스바 모듈을 더 포함하고,
    상기 브리지 브라켓은 동일 평면상에 배치된 상기 전지 카트리지 모듈의 맨 위층에 적층된 각각의 전지 카트리지와 상기 돌기부에 결합되어, 상기 전지 카트리지 모듈과 상기 버스바 모듈을 고정하는 배터리.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전지 카트리지와 상기 브리지 브라켓이 결합할 때, 상기 관통홀과 중첩되도록 상기 브리지 브라켓에 개구부가 형성되고,
    상기 롱볼트는 상기 개구부와 상기 관통홀을 관통하여 상기 팩 브라켓과 체결되는 배터리.
  21. 제11항에 있어서,
    상기 버스바 모듈의 일측에는 함몰되어 형성되는 결합홈이 형성되고,
    상기 결합홈은 상기 팩 브라켓의 일측에 돌출되어 형성되는 결합돌기에 결합되는 배터리.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 팩 브라켓의 중앙에는 돌출되어 형성된 분리가이드가 형성되어, 상기 적어도 두개 이상의 전지 카트리지 모듈이 동일 평면상에 배치되어 상기 팩 브라켓에 안착될 때, 상기 각각의 전지 카트리지 모듈의 사이에 상기 분리가이드가 배치되어 상기 각각의 전지 카트리지 모듈을 이격시키는 배터리.
  23. 제11항에 있어서,
    상기 버스바 모듈에는 상기 전지 카트리지 모듈에서 발생하는 전류를 외부로 전달하는 고압전류전달부가 더 구비되고,
    상기 팩 브라켓의 일측에는 상기 고압전류전달부가 안착되도록 하는 안착부가 함몰되어 형성되는 배터리.
  24. 제11항에 있어서,
    상기 버스바 모듈은,
    각각의 상기 전지 카트리지를 전기적으로 연결하는 버스바;
    상기 버스바가 수용되는 버스바 수용홈이 형성된 버스바 플레이트; 및
    상기 버스바 플레이트와 결합되어 상기 버스바 수용홈에 수용된 상기 버스바를 차폐하는 플레이트 커버;
    를 포함하는 배터리.
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