WO2014178568A1 - 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스 - Google Patents

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차용배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스 배터리 팩에 포함되는 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 4개의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스로서, 상기 배터리 모듈 집합체의 측면 중 마주보는 두 측면에 접하는 측면 프레임; 상기 배터리 모듈 집합체의 상부면에 접하는 상부 프레임; 및 상기 배터리 모듈 집합체의 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 상부 프레임의 상단에 위치한 전극 포스트;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 제공할 수 있다.

Description

자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 4월 29일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2013-0047475호 및 2013년 5월 31일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2013-0063091호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 배터리 팩에 포함된 이차전지 셀들은 전기적 및 기계적으로 견고하게 연결될 필요가 있다. 따라서, 이와 같이 이차 전지 셀들의 연결이 견고하게 이루어질 수 있도록 하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스 및 배터리 팩 디자인이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 자동차용 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스는 배터리 팩에 포함되는 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 4개의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스로서, 상기 배터리 모듈 집합체의 측면 중 마주보는 두 측면에 접하는 측면 프레임; 상기 배터리 모듈 집합체의 상부면에 접하는 상부 프레임; 및 상기 배터리 모듈 집합체의 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 상부 프레임의 상단에 위치한 전극 포스트;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 내부 케이스는 상기 배터리 모듈 집합체에 포함된 배터리 모듈에 형성된 나사선에 상기 측면 프레임에 형성된 구멍 및 나사를 이용하여 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측면 프레임은 상기 셀의 방열을 위한 구멍이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 포스트는 상기 배터리 모듈 집합체의 상단에 연결된 버스바를 통해서 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임은 손잡이가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임은 배터리 관리 장치가 장착될 수 있는 공간이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임 및 상기 측면 프레임은, 고분자 물질로 이루어 진다. 이때, 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PolyCarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin) 또는 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물이 될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부 케이스는 상기 배터리 모듈 집합체의 횡방향 및 종방향 진동을 방지한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 배터리 모듈 집합체에서 발생된 열이 내부 케이스의 상부 프레임 위에 장착된 배터리 관리 장치에게 전달되는 것을 차단할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스를 포함하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스가 배터리 모듈 집합체에 결합된 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스가 배터리 모듈 집합체에 결합된 상태의 투시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스(30, 이하 '내부 케이스')를 포함하는 배터리 팩(1)을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 배터리 팩(1)은 자동차, 하이브리드차(HEV), 전기차(EV) 등에 장착될 수 있는 자동차용 배터리 팩(1)이다.
바람직하게, 상기 배터리 팩(1)의 크기는 자동차용 표준 배터리의 규격을 따른다. 따라서, 상기 배터리 팩(1)은 전체적으로 육면체의 형상을 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 내부 케이스(30) 역시 자동차용 표준 배터리의 규격을 따르기 위한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상기 배터리 팩(1) 및 내부 케이스(30)의 크기는 상기 예시에 제한되지 않으며 실시예에 따라 가로, 세로, 높이의 길이는 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스(30)를 포함하는 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 자동차용으로서 12V의 작동 전압을 가질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(62)은 3V의 작동 전압을 가질 수 있다. 따라서, 4개의 배터리 모듈(60)은 직렬로 연결되어 배터리 모듈 집합체(50)를 구성할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 모듈 집합체(50)와 내부 케이스(30)가 상부 팩 케이스(10)와 하부 팩 케이스(70) 사이에 내장되어, 배터리 팩(1)을 구성한다.
이하, 상기 배터리 모듈 집합체(50)를 감싸고, 상기 배터리 팩(1)에 포함되는 내부 케이스(30)에 대해서 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 내부 케이스(30)는 측면 프레임(31), 상부 프레임(32) 및 전극 포스트(33)를 포함한다.
상기 측면 프레임(31)은 상기 배터리 모듈 집합체(50)의 측면 중 마주보는 두 측면에 접한다. 그리고, 상기 상부 프레임(32)은 상기 배터리 모듈 집합체(50)의 상부면에 접한다. 따라서, 상기 내부 케이스(30)는 상기 배터리 모듈 집합체(50)를 감싸는 형상을 가지고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스(30)가 배터리 모듈 집합체(50)에 결합된 모습을 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 내부 케이스(30)와 상기 배터리 모듈 집합체(50)가 결합된 모습을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 내부 케이스(30)와 상기 배터리 모듈 집합체(50)는 나사에 의해서 결합된다. 상기 배터리 모듈 집합체(50)에 포함된 배터리 모듈(60)에는 나사선(68)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 측면 프레임(31)에는 나사가 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있다. 따라서, 상기 나사선(68)과 구멍에 나사를 이용하여 상기 내부 케이스(30)와 상기 배터리 모듈 집합체(50)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측면 프레임(31)에는 상기 배터리 모듈(60)에 포함된 이차전지 셀의 방열을 위한 구멍이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스(30)는 상기 배터리 모듈 집합체(50)의 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 내부 케이스(30)는 전극 포스트(33)를 포함하며, 이러한 전극 포스트(33)는 상기 상부 프레임(32)의 상단에 위치한다.
상기 전극 포스트(33)는 배터리 모듈 집합체(50)의 고전위 단자와 저전위 단자에 각각 연결되어, 상기 배터리 모듈 집합체(50)가 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 단자 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 케이스(30)가 배터리 모듈 집합체(50)에 결합된 상태의 투시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈 집합체(50)의 상단에 버스바(34)가 연결된 것을 확인할 수 있다. 상기 버스바(34)는 상기 전극 포스트(33)와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고, 상기 전극 포스트(33)는 상기 버스바(34)에 연결되기 위해 미리 설정된 금속판을 포함할 수 있다. 상기 금속판과 상기 버스바(34)는 나사를 통해서 결합될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(32)에는 손잡이(35)가 형성된다.
상기 손잡이(35)는 상기 배터리 모듈 집합체(50)를 앞서 도 2에 도시된 상기하부 팩 케이스(70) 사이에 내장하는 작업 및 이탈하는 작업을 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임(32)에는 배터리 관리 장치(Battery Management Unit, 이하 'BMU')가 장착될 수 있는 공간(36)이 형성되어 있다. 상기 BMU는 충방전 전류, 각 이차전지 셀(102)의 전압 또는 전류를 포함한 전기적 특성값 측정, 충방전 제어, 전압의 평활화(equalization) 제어, SOC(State Of Charge)의 추정 등을 포함하여 당업자 수준에서 적용 가능한 다양한 제어 기능을 수행할 수 있다.
상기 상기 상부 프레임(32) 및 상기 측면 프레임(31)은 고분자 물질로 이루어 질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PolyCarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin) 또는 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물이다.
본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스를 제공할 수 있다. 그리고, 이러한 내부 케이스는 상기 배터리 모듈 집합체의 횡방향 및 종방향 진동을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 배터리 모듈 집합체에서 발생된 열이 내부 케이스의 상부 프레임 위에 장착된 배터리 관리 장치에게 전달되는 것을 차단할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (10)

  1. 배터리 팩에 포함되는 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 4개의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스에 있어서,
    상기 배터리 모듈 집합체의 측면 중 마주보는 두 측면에 접하는 측면 프레임;
    상기 배터리 모듈 집합체의 상부면에 접하는 상부 프레임; 및
    상기 배터리 모듈 집합체의 전극에 전기적으로 연결되며, 상기 상부 프레임의 상단에 위치한 전극 포스트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 케이스는, 상기 배터리 모듈 집합체에 포함된 배터리 모듈에 형성된 나사선에 상기 측면 프레임에 형성된 구멍 및 나사를 이용하여 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측면 프레임은, 상기 셀의 방열을 위한 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 포스트는, 상기 배터리 모듈 집합체의 상단에 연결된 버스바를 통해서 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임은, 손잡이가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임은, 배터리 관리 장치가 장착될 수 있는 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 프레임 및 상기 측면 프레임은, 고분자 물질로 이루어 진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 폴리카보네이트(PolyCarbonate)인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 집합체용 내부 케이스.
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