WO2012070782A2 - 콤팩트한 구조의 전지팩 - Google Patents

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윤종문
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having a compact structure, and more particularly, (a) two or more battery modules having a structure in which unit modules composed of two or more battery cells are connected in series and / or in parallel and mounted on a cartridge.
  • the battery module assembly of the side arrangement is arranged in close contact or adjacent to each other; (b) a pair of front and rear support members surrounding the front and rear of the outermost battery modules in the battery module assembly; (c) at least one upper connection member connecting the front support member and the rear support member at the top of the battery module assembly; And (d) at least one lower connection member connecting the front support member and the rear support member at the bottom of the battery module assembly, wherein a fastener is mounted at the bottom of the cartridge to mount the lower connection member. It relates to a battery pack formed.
  • Secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. Secondary batteries are also attracting attention as a power source for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), which are proposed as a way to solve air pollution in conventional gasoline and diesel vehicles that use fossil fuels. .
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • Small or mobile devices use one or two or four battery cells per device, whereas medium and large devices such as automobiles are used in medium and large battery packs electrically connected to a plurality of battery cells due to the necessity of high output capacity.
  • medium and large battery packs are preferably manufactured in as small a size and weight as possible
  • square batteries, pouch-type batteries, etc. which can be charged with high integration and have a small weight to capacity, are mainly used as battery cells of medium and large battery packs.
  • a pouch-type battery using an aluminum laminate sheet or the like as an exterior member has attracted much attention in recent years due to its advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy deformation.
  • the battery pack is fixed to the base plate (base plate) to secure the battery module to ensure the dynamic stability, the end plate (support plate), etc. for the appropriate number of battery modules (member) It is prepared using.
  • the battery pack having the above structure has a lot of space constraints in mounting the battery modules, and when a large number of battery modules are configured together, there is a problem in that the structural stability of the overall battery pack is weakened.
  • the conventional battery pack in order to secure the dynamic stability of the battery modules to the base plate by bolts or nuts to prevent movement in the vertical direction, it is configured in the form of fixing the longitudinal direction through the end plate and the support beam.
  • the battery pack of the above structure uses a plurality of bolts or nuts, such as fastening members to mount the battery modules on the support plate, as well as cumbersome assembling process, and to secure space for the fastening member, space constraints and There is a weight constraint of the fastening member.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack of a compact and light weight by minimizing a fastening member for fixing the battery modules.
  • Still another object of the present invention is to provide a battery pack including a battery module assembly having excellent structural stability and easy assembly process.
  • the lower end of the cartridge has a structure in which a fastener is formed to mount the lower connection member.
  • the battery module assemblies can be coupled into the front support member and the rear support member using minimal members, so that the assembly can be easily performed and the space of the battery pack can be relatively optimized.
  • the weight of the battery pack can be reduced.
  • the battery pack is mounted on the battery module assembly by a pair of front and rear support members, a top support member, and a pair of bottom connection members, so that the battery module assembly is effectively damaged by external force or vibration. Can be prevented and the overall structural stability can be ensured.
  • the front support member and the rear support member may include a heat insulator for preventing inflow of radiant heat into the cell at the center portion.
  • the upper connecting member may be composed of one member, and the lower connecting member may be composed of two members.
  • the lower connection member may preferably have a rod structure, and more preferably, may be a hollow circular rod.
  • both ends of the rod inner circumferential surface is formed with a fastening screw thread, it can be fastened using a member such as a bolt in a state that the lower connecting member is easily inserted into the fastener.
  • a through hole for the upper connection member is formed through which the upper connection member is inserted and coupled, such that the upper connection member penetrates through the upper connection member of the front support member and the rear support member.
  • a pair of lower connection members through-holes are formed at the lower ends of the front support member and the rear support member so that the lower connection member is inserted and coupled, such that the lower connection member is formed of the front support member and the rear support member.
  • the upper connecting member is preferably a frame member, and both ends thereof may be provided with fastening holes for inserting and engaging the fastening member in communication with the through hole for the upper connecting member.
  • it may be bent and welded to have a ' ⁇ ' shape in the vertical cross-section.
  • both ends of the upper connection member has a vertical cross-sectional structure in the longitudinal direction of the hollow rectangular shape, it can be more stably mounted on the top of the battery module assembly.
  • the cartridge is preferably a rectangular structure corresponding to the battery cell so that the battery cell can be mounted, the heat dissipation opening for heat dissipation is formed in the central portion, the unit module for fixing the unit modules
  • the fastener for the unit module into which the fastening member is inserted may be formed at four corners.
  • the unit module fastening member may be preferably formed of a hollow rod inserted into the unit module fastener and a long bolt inserted into the hollow rod.
  • the electrode terminals of the unit modules are electrically connected to each other by a bus bar, so as to provide a desired output and capacity by serial and / or parallel connection as necessary.
  • the bus bar may preferably include a first terminal connection part to which an external input / output terminal of the battery module is connected and a second terminal connection part to which electrode terminals of the unit modules are connected.
  • the second terminal connection part may have a structure branched from the first terminal connection part corresponding to the number of unit modules connected thereto. That is, it is very preferable because a plurality of unit modules can be electrically connected to one bus bar.
  • the second terminal connection portion may include a plate-shaped body connected to the first terminal connection portion, and a bending connection portion bent vertically upward from the plate-shaped body so as to be coupled by welding with the electrode terminals of the unit modules.
  • the second terminal connection part may be formed with a through hole for an external input / output terminal so that the external input / output terminal penetrates and protrudes upward.
  • the upper portion of the battery module is installed between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, the insulating member having a vertical cross-sectional structure of the 'c' shape in the longitudinal direction to prevent the positive terminal and the negative electrode terminal of the unit module contacting
  • the upper connection member may be mounted in the indentation groove of the insulating member.
  • the insulating member due to the structure of the insulating member, it is possible not only to effectively prevent the contact between the electrode terminals in the external force or vibration, but also to ensure the overall structural stability.
  • the top of the battery module assembly may be a structure in which a bus bar assembly for additionally connecting the battery modules in series is mounted.
  • the bus bar assembly is, for example,
  • the sensing member for measuring the voltage of the battery modules may be a structure that is further mounted on the top of the cover plate to be electrically connected to the conductive connection.
  • the conductive connection parts may include a first conductive connection part electrically connected to an external input / output terminal and a sensing member of the cell module assembly, and a second conductive connection part electrically connected to one end of the bus bar.
  • the fastening groove into which the external input / output terminals can be inserted and coupled to the first conductive connection portion is drilled, thereby achieving electrical connection of the external input / output terminal and the conductive connection portion.
  • the sensing member may include, for example, a terminal connecting portion coupled to an upper end of the first conductive connecting portion for sensing a voltage, a connector for transmitting a detection voltage of the terminal connecting portion to a controller, and a wire connecting the terminal connecting portion to the connector. It may be made of a structure comprising a.
  • the battery cell may be a pouch type battery cell in which an electrode assembly is embedded in a case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer, and preferably, a pouch type lithium secondary battery.
  • the electrode terminals of the battery cell may be formed on both the top or bottom.
  • the battery pack according to the present invention has a compact structure as a whole, and can achieve structurally stable mechanical fastening and electrical connection without using a large number of members.
  • the battery pack by configuring the battery pack with predetermined units, for example, battery module assemblies of four, six, eight, ten, etc., the battery pack can be effectively mounted in a limited space as necessary.
  • the battery pack according to the present invention may be manufactured by combining the battery module assemblies according to the desired output and capacity, and considering the mounting efficiency, structural stability, and the like as described above, electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid Although it can be preferably used as a power source for electric vehicles, electric power storage devices, etc., the application range is not limited to these.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery pack according to the present invention
  • FIG. 2 and 3 are perspective views illustrating a process in which the battery modules are mounted on the lower connection member of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a structure in which a battery cell is mounted in a cartridge
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional schematic view of part C of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic plan view of the battery module of Figure 1;
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of the bus bar of FIG. 7;
  • 9 and 10 are a plan view and a perspective view showing a coupling state of a bus bar and an insulating member
  • FIG. 11 is a perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged perspective view of the bus bar assembly of FIG. 11.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a battery pack according to the present invention
  • Figures 2 and 3 are perspective views showing a process of mounting the battery module to the lower connection member of Figure 1 schematically.
  • the member 340 is comprised.
  • the battery module assembly 220 includes four battery modules 230 having a structure in which unit modules consisting of three battery cells are connected to each other in series and / or in parallel and mounted on the cartridge 350. It is arranged side by side to closely contact each other.
  • the front support member 310 and the rear support member 320 surround the front and rear of the outermost battery modules in the battery module assembly 220, the upper connection member 330 is the front at the top of the battery module assembly 220 The support member 310 and the rear support member 320 are connected to support the upper portion of the battery module assembly 220.
  • the lower connection member 340 connects the front support member 310 and the rear support member 320 at the lower end of the battery module assembly 220 to support the lower portion of the battery module assembly 220.
  • a through hole 312 for the upper connection member is inserted into the upper connection member 330, the front support member 310 and the rear support member
  • a pair of lower end connecting members through holes 314 to which the lower connection members 340 are inserted and coupled are formed at both lower ends of the 320.
  • the upper connection member 330 which is a frame member, has fastening holes 331 for inserting and engaging the fastening member 335 in communication with the upper connection member through hole 312 at both ends thereof.
  • Both ends of the upper connection member 330 are welded to have a cross-sectional shape ' ⁇ ' shape, the vertical cross-sectional structure in the longitudinal direction is made of a hollow rectangular shape.
  • Figure 4 schematically shows the battery pack of Figure 1
  • Figure 5 is a schematic cross-sectional view showing a structure in which the battery cell is mounted to the cartridge
  • Figure 6 shows the lower end (C portion) of the cartridge of Figure 5
  • through holes 352 are formed at both lower ends of the cartridge 350 so that the lower connection member 340 is inserted into the through hole 352, and the lower connection member 340 is provided.
  • the cartridge 350 is a rectangular structure of a shape corresponding to the unit module 240 so that the unit module 240 consisting of three battery cells can be mounted, the heat dissipation opening for the heat dissipation is formed in the center portion
  • a fastener 242 for a unit module into which a unit member fastening member (not shown) for fixing the unit modules 240 is inserted is formed at four corners.
  • the battery module assemblies can be easily assembled in the front support member and the rear support site, optimize the space utilization of the battery pack, and reduce the weight of the battery pack.
  • FIG. 7 is a perspective view of the battery module of FIG. 4 schematically
  • FIG. 8 is a perspective view of the bus bar of FIG. 7 schematically
  • FIGS. 9 and 10 show a coupling state of the bus bar and the insulating member. The top view and perspective view shown are typically shown.
  • the electrode terminals of the unit modules 240 are electrically connected to each other by the bus bar 500.
  • the bus bar 500 may include a first terminal connection part 510 to which the external input / output terminal 231 of the battery module 230 is connected, and a second terminal connection part to which electrode terminals 242 and 243 of the unit modules 240 are connected. It consists of 520.
  • the second terminal connector 520 is branched from the first terminal connector 510 to correspond to the three unit modules 240 so that a plurality of unit modules can be electrically connected to one bus.
  • the second terminal connecting portion 520 may be connected to the plate-shaped body 521 that is connected to the first terminal connecting portion 510 and the plate-shaped body 521 so as to be coupled by welding with electrode terminals of the unit modules 240. It consists of the bending connection part 522 which is bent vertically upward.
  • an external input / output terminal through hole 511 is formed to allow the external input / output terminal 231 to protrude upward.
  • the vertical cross-sectional structure in the longitudinal direction of the battery module 230 to prevent the positive terminal 242 and the negative electrode terminal 243 of the unit modules 240 in contact with the 'c' shape The insulating member 530 is mounted between the positive electrode terminal 242 and the negative electrode terminal 243, and the upper connection member 330 is mounted in the indentation groove 531 of the insulating member 530.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating a structure in which a bus bar assembly is mounted on an upper end of the battery module assembly of FIG. 1, and an enlarged perspective view of the bus bar assembly of FIG. 11 is schematically illustrated in FIG. 12. .
  • a bus bar assembly 410 is mounted on the top of the battery module assembly 220 to electrically connect the battery modules 230 in series.
  • the bus bar assembly 410 is made of an electrically insulating material and is mounted on the top of the battery module assembly 220, the cover plate 412, six conductive connections 414, and three battery modules bus bars. It consists of 416.
  • the conductive connectors 414 are electrically connected to the external input / output terminals 231 of the battery modules 230 while being mounted on the cover plate 412, and the bus bars 416 for the battery module are battery modules.
  • the upper side of the cover plate 412 is mounted in a direction perpendicular to the arrangement direction of the battery modules 230.
  • the sensing member 418 is mounted on the top of the cover plate 412 such that the sensing member 418 is electrically connected to the conductive connectors 414 to measure the voltage of the battery modules 230, and the conductive connectors 414 are the battery modules.
  • First conductive connection portion 411 electrically connected to the external input / output terminal 231 and the sensing member 418 of the 230, and second conductive connection portion electrically connected to one end of the bus bar 416 for the battery module (not shown) Not).
  • a fastening groove 415 into which the external input / output terminal 402 of the battery module 230 is inserted and coupled may be drilled in the first conductive connection part 411.
  • the sensing member 418 includes a terminal connecting portion 413 coupled to an upper end of the first conductive connecting portion 411 and a connector for transmitting a detected voltage of the terminal connecting portion 413 to a controller (not shown) to sense a voltage. 417 and a wire 419 connecting the terminal connecting portion 413 to the connector 417.
  • the battery pack since the upper connection member and the lower connection member are mounted on the front support member and the rear support member, the battery pack can be easily assembled and the weight can be minimized. A battery pack with high space utilization can be manufactured.
  • the battery module assembly constituting the battery pack according to the present invention provides various advantages such as compactness, excellent structural stability, and easy assembly process.

Abstract

본 발명은 (a) 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리; (b) 상기 전지모듈 어셈블리에서 최외측 전지모듈들의 전면과 후면을 감싸고 있는 한 쌍의 전면 지지부재와 후면 지지부재; (c) 전지모듈 어셈블리의 상단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 상단 연결부재; 및 (d) 전지모듈 어셈블리의 하단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 하단 연결부재;를 포함하고 있으며, 상기 카트리지의 하단에는 상기 하단 연결부재를 장착할 수 있도록 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

콤팩트한 구조의 전지팩
본 발명은 콤팩트한 구조의 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, (a) 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 카트리지에 장착되어 있는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리; (b) 상기 전지모듈 어셈블리에서 최외측 전지모듈들의 전면과 후면을 감싸고 있는 한 쌍의 전면 지지부재와 후면 지지부재; (c) 전지모듈 어셈블리의 상단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 상단 연결부재; 및 (d) 전지모듈 어셈블리의 하단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 하단 연결부재;를 포함하고 있으며, 상기 카트리지의 하단에는 상기 하단 연결부재를 장착할 수 있도록 체결구가 형성되어 있는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
또한, 중대형 전지팩이 소정의 장치 내지 디바이스에서 요구되는 출력 및 용량을 제공하기 위해서는, 다수의 전지셀들을 직렬 방식 또는 직렬 및 병렬 방식으로 전기적으로 연결하여야 하고 외력에 대해 안정적인 구조를 유지할 수 있어야 한다.
한편, 일반적으로 종래의 전지팩은 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판(base plate)에 고정하고, 적정 개수의 전지모듈들에 대해 종판(end plate), 지지보(support bar) 등의 부재를 사용하여 제조된다.
그러나, 상기 구조의 전지팩은 전지모듈들을 장착하는 데 있어서 공간 제약을 많이 가지고 있고 많은 개수의 전지모듈들이 함께 구성되는 경우 전체적인 전지팩의 구조적 안정성이 약해지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 전지팩의 경우, 동적 안정성을 확보하기 위해 전지모듈들을 받침판에 볼트나 너트로 고정하여 상하 방향의 이동을 방지하고, 종판과 지지보를 통해 길이 방향을 고정하는 형태로 구성되어 있다.
그러나, 상기 구조의 전지팩은 다수의 볼트나 너트 등의 체결부재를 사용하여 전지모듈들을 받침판에 장착하므로, 조립공정이 번거로울 뿐만 아니라, 상기 체결부재를 대한 공간을 확보해야 하므로, 공간상의 제약 및 상기 체결부재의 무게적인 제약을 가지고 있다.
따라서, 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 콤팩트한 구조의 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지모듈들을 고정하기 위한 체결부재를 최소화하여 전체적으로 콤팩트하면서 가벼운 중량의 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구조적 안정성이 우수하고 조립공정이 용이한 전지모듈 어셈블리를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
(a) 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 카트리지에 장착되어 있는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리;
(b) 상기 전지모듈 어셈블리에서 최외측 전지모듈들의 전면과 후면을 감싸고 있는 한 쌍의 전면 지지부재와 후면 지지부재;
(c) 상기 전지모듈 어셈블리의 상부를 지지하기 위해, 전지모듈 어셈블리의 상단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 상단 연결부재; 및
(d) 상기 전지모듈 어셈블리의 하부를 지지하기 위해, 전지모듈 어셈블리의 하단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 하단 연결부재;
를 포함하고 있으며,
상기 카트리지의 하단에는 상기 하단 연결부재를 장착할 수 있도록 체결구가 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
본 발명의 전지팩은, 최소한의 부재들을 사용하여 전지모듈 어셈블리들을 전면 지지부재와 후면 지지부재 내에 결합시킬 수 있으므로, 조립을 용이하게 수행할 수 있고, 상대적으로 전지팩의 공간을 최적화할 수 있으며, 전지팩의 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 전지팩은 한 쌍의 전면 지지부재와 후면 지지부재, 상단 연결부재, 및 한 쌍의 하단 연결부재에 의해 전지모듈 어셈블리를 장착하고 있으므로, 외력 또는 진동에 의한 전지모듈 어셈블리의 파손을 효과적으로 방지할 수 있고, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
경우에 따라서는, 전면 지지부재와 후면 지지부재는 중앙부에 복사열의 셀 내 유입을 방지하기 위한 단열재를 포함할 수도 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상단 연결부재는 1개의 부재로 구성될 수 있고, 하단 연결부재는 2개의 부재로 구성될 수 있다.
상기 하단 연결부재는 바람직하게는 봉 구조일 수 있고, 더욱 바람직하게는 중공형의 원형 봉으로 이루어질 수 있다. 이러한 구조에서, 상기 봉의 양측 단부 내주면에는 체결용 나사선이 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 하단 연결부재를 체결구에 용이하게 삽입한 상태에서 볼트 등의 부재를 사용하여 체결할 수 있다.
상기 전면 지지부재와 후면 지지부재의 상단에는, 바람직하게는, 상단 연결부재가 삽입되어 결합되는 상단 연결부재용 관통구가 형성되어 있어서, 상단 연결부재가 전면 지지부재와 후면 지지부재의 상단 연결부재용 관통구에 삽입됨으로써 상단 연결부재와 전면 지지부재 및 후면 지지부재의 연결을 용이하게 달성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재의 하단에는 하단 연결부재가 삽입되어 결합되는 한 쌍의 하단 연결부재용 관통구가 형성되어 있어서, 하단 연결부재가 전면 지지부재와 후면 지지부재의 하단 연결부재용 관통구에 삽입됨으로써 하단 연결부재와 전면 지지부재 및 후면 지지부재의 연결을 용이하게 달성할 수 있다.
상기 구조에서, 상기 상단 연결부재는 바람직하게는 프레임 부재로서, 그것의 양측 단부에는 상단 연결부재용 관통구와 연통된 상태로 체결부재가 삽입되어 결합되기 위한 체결공이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 양측 단부는 바람직하게는 3차 절곡 및 용접되어 수직 단면상으로 'ㅁ'자 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 상단 연결부재의 양측 단부는 길이 방향의 수직 단면 구조가 중공형의 사각형 형상으로 이루어져 있어서, 전지모듈 어셈블리의 상단에서 보다 안정적으로 장착될 수 있다.
한편, 상기 카트리지는, 바람직하게는, 전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서, 방열을 위한 방열용 개구가 중앙 부위에 형성되어 있고, 단위모듈들을 고정하기 위한 단위모듈용 체결부재가 삽입되는 단위모듈용 체결구가 4 모서리에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 단위모듈용 체결부재는 바람직하게는 단위모듈용 체결구에 삽입되는 중공형의 봉과 중공형의 봉에 삽입되는 장볼트로 이루어질 수 있다.
상기 단위모듈들의 전극단자들은 버스 바에 의해 상호 전기적 연결되어 있어서, 필요에 따라, 직렬 및/또는 병렬 연결에 의해 소망하는 출력 및 용량을 제공할 수 있다.
상기 구조에서, 버스 바는 바람직하게는 전지모듈의 외부 입출력 단자가 접속되는 제 1 단자 접속부와 단위모듈들의 전극단자가 접속되는 제 2 단자 접속부로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 단자 접속부는 그것에 접속되는 단위모듈들의 개수에 대응하여 제 1 단자 접속부로부터 분지되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 하나의 버스 바로 다수의 단위모듈들을 전기적으로 연결할 수 있으므로 매우 바람직하다.
구체적인 예에서, 상기 제 2 단자 접속부는 제 1 단자 접속부와 연결되어 있는 판상형 본체와, 단위모듈들의 전극단자와 용접에 의해 결합될 수 있도록 판상형 본체로부터 수직 상향 절곡되어 있는 절곡 접속부로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 2 단자 접속부에는 상기 외부 입출력 단자가 관통하여 상부로 돌출할 수 있도록 외부 입출력 단자용 관통구가 형성되어 있을 수 있다.
한편, 상기 전지모듈의 상부에는 단위모듈들의 양극단자와 음극단자가 접촉하는 것을 방지할 수 있도록, 길이방향의 수직 단면 구조가 'ㄷ'자 형상인 절연 부재가 양극단자와 음극단자의 사이에 장착되어 있을 수 있고, 상기 상단 연결부재는 절연부재의 만입홈에 장착될 수 있다.
따라서, 상기 절연부재의 구조로 인해, 외력 또는 진동에도 전극단자 간의 접촉을 효과적으로 방지할 뿐만 아니라, 전체적인 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 전지모듈 어셈블리의 상단에는 전지모듈들을 전기적 직렬 연결하기 위한 버스 바 어셈블리가 추가로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 버스 바 어셈블리는, 예를 들어,
(a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 셀모듈 어셈블리들의 상단에 장착되는 커버 플레이트;
(b) 커버 플레이트 상에 장착된 상태로 셀모듈 어셈블리들의 외부 입출력 단자와 전기적 연결되는 둘 이상의 도전성 접속부들; 및
(c) 셀모듈 어셈블리들의 도전성 접속부들을 전기적 연결하기 위해 셀모듈 어셈블리들의 배열 방향에 대해 수직 방향으로 커버 플레이트의 상단에 장착되어 있는 둘 이상의 버스 바들;
을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
바람직하게는, 전지모듈들의 전압을 측정하기 위한 센싱부재가 도전성 접속부들과 전기적 연결되도록 커버 플레이트의 상단에 추가로 장착되어 있는 구조일 수 있다.
상기 도전성 접속부들은, 바람직하게는, 셀모듈 어셈블리의 외부 입출력 단자 및 센싱부재와 전기적 연결되는 제 1 도전성 접속부와, 버스 바의 일측 단부와 전기적 연결되는 제 2 도전성 접속부로 이루어져 있는 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 제 1 도전성 접속부에는 외부 입출력 단자가 삽입되어 결합될 수 있는 체결용 홈이 천공되어 있어서, 외부 입출력 단자와 도전성 접속부의 전기적 연결을 달성하게 된다.
상기 센싱부재는, 예를 들어, 전압을 센싱하기 위해 제 1 도전성 접속부의 상단에 결합되어 있는 단자 접속부, 상기 단자 접속부의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터, 및 상기 단자 접속부를 커넥터에 연결하는 와이어를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스가 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 수 있으며, 바람직하게는 파우치형 리튬 이차전지일 수 있다. 또한, 상기 전지셀의 전극단자들은 상부 또는 하부에 모두 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 전체적으로 콤팩트한 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 구조적으로 안정한 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다. 또한, 소정의 단위들, 예를 들어, 4개, 6개, 8개, 10개 등의 전지모듈 어셈블리들로 전지팩을 구성함으로써, 전지팩을 필요한 수만큼 한정된 공간 내에 효과적으로 장착할 수 있다.
본 발명에 따른 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 전지모듈 어셈블리들을 조합하여 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력 저장 장치 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 전지팩의 분해 사시도이다;
도 2 및 도 3은 도 1의 하단 연결부재에 전지모듈들이 장착되는 과정을 나타내는 사시도들이다;
도 4는 도 1의 전지팩의 결합도이다;
도 5는 전지셀이 카트리지에 장착된 구조를 나타내는 단면 모식도이다;
도 6은 도 5의 C 부분을 확대한 단면 모식도이다;
도 7은 도 1의 전지모듈의 평면 모식도이다;
도 8은 도 7의 버스 바를 확대한 사시도이다;
도 9 및 도 10은 버스 바와 절연부재의 결합 상태를 나타내는 평면도와 사시도이다;
도 11은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 12는 도 11의 버스 바 어셈블리를 확대한 사시도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명에 따른 전지팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 도 1의 하단 연결부재에 전지모듈들이 장착되는 과정을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(300)은, 전지모듈 어셈블리(220), 한 쌍의 전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320), 상단 연결부재(330), 및 한 쌍의 하단 연결부재(340)로 구성되어 있다.
전지모듈 어셈블리(220)는, 3개의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 카트리지(350)에 장착되어 있는 구조의 전지모듈(230) 4개가, 전기적으로 상호 연결된 상태에서 상호 밀착되도록 측면으로 배열되어 있다.
전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320)는 전지모듈 어셈블리(220)에서 최외측 전지모듈들의 전면과 후면을 감싸고 있고, 상단 연결부재(330)는 전지모듈 어셈블리(220)의 상단에서 전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320)를 연결하고 있어서 전지모듈 어셈블리(220)의 상부를 지지하고 있다.
또한, 하단 연결부재(340)는 전지모듈 어셈블리(220)의 하부를 지지하기 위해, 전지모듈 어셈블리(220)의 하단에서 전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320)를 연결하고 있다.
전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320)의 상단에는 상단 연결부재(330)가 삽입되어 결합되는 상단 연결부재용 관통구(312)가 형성되어 있고, 전면 지지부재(310)와 후면 지지부재(320)의 하단 양측에는 하단 연결부재(340)가 삽입되어 결합되는 한 쌍의 하단 연결부재용 관통구(314)가 형성되어 있다.
프레임 부재인 상단 연결부재(330)는 그것의 양측 단부에 상단 연결부재용 관통구(312)와 연통된 상태로 체결부재(335)가 삽입되어 결합되기 위한 체결공(331)이 형성되어 있다.
상단 연결부재(330)의 양측 단부는 단면상 'ㅁ'자 형상을 가지도록 용접되어 있으며, 길이 방향의 수직 단면 구조가 중공형의 사각형 형상으로 이루어져 있다.
도 4에는 도 1의 전지팩이 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 전지셀이 카트리지에 장착된 구조를 나타내는 단면 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 카트리지의 하단(C 부분)을 일부 확대한 단면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 도 1과 함께 참조하면, 카트리지(350)의 하단 양측에는 관통구(352)가 형성되어 있어서, 하단 연결부재(340)가 관통구(352)에 삽입 장착되고, 하단 연결부재(340)는 봉 구조로서 봉의 양측 단부 내주면에는 체결용 나사선(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
또한, 카트리지(350)는 3개의 전지셀로 이루어진 단위모듈(240)이 장착될 수 있도록 단위모듈(240)에 대응하는 형상의 장방형 구조로서, 방열을 위한 방열용 개구가 중앙 부위에 형성되어 있고, 단위모듈들(240)을 고정하기 위한 단위모듈용 체결부재(도시하지 않음)가 삽입되는 단위모듈용 체결구(242)가 4 모서리에 형성되어 있다.
따라서, 전지모듈 어셈블리들을 전면 지지부재와 후면 지지부지 내에 용이하게 조립할 수 있고, 전지팩의 공간 활용도를 최적화하며, 전지팩의 무게를 감소시킨다.
도 7에는 도 4의 전지모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도8에는 도 7의 버스 바의 사시도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 9 및 도 10에는 버스 바와 절연부재의 결합 상태를 나타내는 평면도와 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 5와 함께 참조하면, 단위모듈들(240)의 전극단자들은 버스 바(500)에 의해 상호 전기적 연결되어 있다.
버스 바(500)는 전지모듈(230)의 외부 입출력 단자(231)가 접속되는 제 1 단자 접속부(510)와 단위모듈들(240)의 전극단자(242, 243)가 접속되는 제 2 단자 접속부(520)로 이루어져 있다.
제 2 단자 접속부(520)는 제 1 단자 접속부(510)로부터 단위모듈들(240) 3개에 대응하여 분지되어 있어서, 하나의 버스 바로 다수의 단위모듈들을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 제 2 단자 접속부(520)는 제 1 단자 접속부(510)와 연결되어 있는 판상형 본체(521)와 단위모듈들(240)의 전극단자와 용접에 의해 결합될 수 있도록 판상형 본체(521)로부터 수직 상향 절곡되어 있는 절곡 접속부(522)로 이루어져 있다.
제 1 단자 접속부(510)에는 외부 입출력 단자(231)가 관통하여 상부로 돌출할 수 있도록 외부 입출력 단자용 관통구(511)가 형성되어 있다.
또한, 전지모듈(230)의 상부에는 단위모듈들(240)의 양극단자(242)와 음극단자(243)가 접촉하는 것을 방지할 수 있도록, 길이방향의 수직 단면 구조가 'ㄷ'자 형상인 절연부재(530)가 양극단자(242)와 음극단자(243)의 사이에 장착되어 있고, 상단 연결부재(330)는 절연부재(530)의 만입홈(531)에 장착된다.
도 11에는 도 1의 전지모듈 어셈블리의 상단에 버스 바 어셈블리가 장착된 구조를 나타내는 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 12에는 도 11의 버스 바 어셈블리를 확대한 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지모듈 어셈블리(220)의 상단에는 전지모듈들(230)을 전기적 직렬 연결하기 위한 버스 바 어셈블리(410)가 장착되어 있다.
버스 바 어셈블리(410)는, 전기절연성의 소재로 이루어져 있고 전지모듈 어셈블리(220)의 상단에 장착되어 있는 커버 플레이트(412), 6개의 도전성 접속부들(414), 및 3개의 전지모듈용 버스 바들(416)로 구성되어 있다.
또한, 도전성 접속부들(414)은 커버 플레이트(412) 상에 장착된 상태로 전지모듈들(230)의 외부 입출력 단자(231)와 전기적 연결되어 있고, 전지모듈용 버스 바들(416)은 전지모듈들(230)의 도전성 접속부들(414)을 전기적 연결하기 위해 전지모듈들(230)의 배열 방향에 대해 수직 방향으로 커버 플레이트(412)의 상단에 장착되어 있다.
센싱부재(418)가 전지모듈들(230)의 전압을 측정하기 위해 도전성 접속부들(414)과 전기적 연결되도록 커버 플레이트(412)의 상단에 장착되어 있고, 도전성 접속부들(414)은 전지모듈들(230)의 외부 입출력 단자(231) 및 센싱부재(418)와 전기적 연결되는 제 1 도전성 접속부(411)와, 전지모듈용 버스 바(416)의 일측 단부와 전기적 연결되는 제 2 도전성 접속부(도시하지 않음)로 이루어져 있다.
또한, 제 1 도전성 접속부(411)에는 전지모듈(230)의 외부 입출력 단자(402)가 삽입되어 결합될 수 있는 체결용 홈(415)이 천공되어 있다.
센싱부재(418)는, 전압을 센싱하기 위해 제 1 도전성 접속부(411)의 상단에 결합되어 있는 단자 접속부(413), 단자 접속부(413)의 검출 전압을 제어부(도시하지 않음)로 송부하는 커넥터(417), 및 단자 접속부(413)를 커넥터(417)에 연결하는 와이어(419)를 포함하고 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 상단 연결부재 및 하단 연결부재가 전면 지지부재 및 후면 지지부재에 장착되어 있으므로, 전지팩의 조립을 용이하게 수행하고, 무게를 최소화할 수 있으며, 공간 활용도가 높은 전지팩을 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 전지팩을 구성하는 전지모듈 어셈블리는 콤팩트하면서도 구조적 안정성이 우수하고 조립공정이 용이한 점 등 다양한 잇점들을 제공한다.

Claims (22)

  1. (a) 둘 이상의 전지셀들로 구성된 단위모듈들이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 카트리지에 장착되어 있는 구조의 전지모듈 둘 이상이 전기적으로 상호 연결된 상태에서, 상호 밀착 또는 인접하도록 측면 배열되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리;
    (b) 상기 전지모듈 어셈블리에서 최외측 전지모듈들의 전면과 후면을 감싸고 있는 한 쌍의 전면 지지부재와 후면 지지부재;
    (c) 상기 전지모듈 어셈블리의 상부를 지지하기 위해, 전지모듈 어셈블리의 상단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 상단 연결부재; 및
    (d) 상기 전지모듈 어셈블리의 하부를 지지하기 위해, 전지모듈 어셈블리의 하단에서 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재를 연결하고 있는 하나 이상의 하단 연결부재;
    를 포함하고 있으며,
    상기 카트리지의 하단에는 상기 하단 연결부재를 장착할 수 있도록 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하단 연결부재는 봉 구조로서, 봉의 양측 단부 내주면에는 체결용 나사선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재의 상단에는 상단 연결부재가 삽입되어 결합되는 상단 연결부재용 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전면 지지부재와 후면 지지부재의 하단에는 하단 연결부재가 삽입되어 결합되는 한 쌍의 하단 연결부재용 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 상단 연결부재는 프레임 부재로서, 그것의 양측 단부에는 상기 상단 연결부재용 관통구와 연통된 상태로 체결부재가 삽입되어 결합되기 위한 체결공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 상단 연결부재의 양측 단부는 길이 방향의 수직 단면 구조가 중공형의 사각형 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 카트리지는,
    전지셀이 장착될 수 있도록 상기 전지셀에 대응하는 장방형 구조로서 방열하기 위한 방열용 개구가 중앙 부위에 형성되어 있고;
    단위모듈들을 고정하기 위한 단위모듈용 체결부재가 삽입되는 단위모듈용 체결구가 4 모서리에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈들의 전극단자들은 버스 바에 의해 상호 전기적 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 버스 바는 전지모듈의 외부 입출력 단자가 접속되는 제 1 단자 접속부와 단위모듈들의 전극단자가 접속되는 제 2 단자 접속부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단자 접속부는 제 1 단자 접속부로터 단위모듈들의 개수에 대응하여 분지되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단자 접속부는 제 1 단자 접속부와 연결되어 있는 판상형 본체와 단위모듈들의 전극단자와 용접에 의해 결합될 수 있도록 판상형 본체로부터 수직 상향 절곡되어 있는 절곡 접속부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 단자 접속부에는 상기 외부 입출력 단자가 관통하여 상부로 돌출할 수 있도록 외부 입출력 단자용 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈의 상부에는 단위모듈들의 양극단자와 음극단자가 접촉하는 것을 방지할 수 있도록, 길이방향의 수직 단면 구조가 'ㄷ'자 형상인 절연 부재가 양극단자와 음극단자의 사이에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 상단 연결부재는 절연 부재의 만입홈에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈 어셈블리의 상단에는 전지모듈들을 전기적 직렬 연결하기 위한 버스 바 어셈블리가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 버스 바 어셈블리는,
    (a) 전기절연성의 소재로 이루어져 있고, 셀모듈 어셈블리들의 상단에 장착되는 커버 플레이트;
    (b) 커버 플레이트 상에 장착된 상태로 셀모듈 어셈블리들의 외부 입출력 단자와 전기적 연결되는 둘 이상의 도전성 접속부들; 및
    (c) 셀모듈 어셈블리들의 도전성 접속부들을 전기적 연결하기 위해 셀모듈 어셈블리들의 배열 방향에 대해 수직 방향으로 커버 플레이트의 상단에 장착되어 있는 둘 이상의 버스 바들;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 있어서, 전지모듈들의 전압을 측정하기 위한 센싱부재가 도전성 접속부들과 전기적 연결되도록 커버 플레이트의 상단에 추가로 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 도전성 접속부들은 셀모듈 어셈블리의 외부 입출력 단자 및 센싱부재와 전기적 연결되는 제 1 도전성 접속부와, 버스 바의 일측 단부와 전기적 연결되는 제 2 도전성 접속부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 도전성 접속부에는 외부 입출력 단자가 삽입되어 결합될 수 있는 체결용 홈이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 센싱부재는 전압을 센싱하기 위해 제 1 도전성 접속부의 상단에 결합되어 있는 단자 접속부, 상기 단자 접속부의 검출 전압을 제어부로 송부하는 커넥터, 및 상기 단자 접속부를 커넥터에 연결하는 와이어를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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