WO2015122656A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2015122656A1
WO2015122656A1 PCT/KR2015/001257 KR2015001257W WO2015122656A1 WO 2015122656 A1 WO2015122656 A1 WO 2015122656A1 KR 2015001257 W KR2015001257 W KR 2015001257W WO 2015122656 A1 WO2015122656 A1 WO 2015122656A1
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hole
plate
housing
cell assembly
battery pack
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PCT/KR2015/001257
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French (fr)
Inventor
엄영섭
강달모
성준엽
유성천
김기연
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack including at least one secondary battery, and more particularly, a battery having a structure in which each component included in the battery pack, such as a cell assembly having a secondary battery, can be stably fixed in a housing.
  • a pack and a method of manufacturing the same are particularly known in the art.
  • водородн ⁇ е ⁇ е ⁇ ество Commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, and thus are free of charge and discharge. The self-discharge rate is very low and the energy density is high.
  • Such lithium secondary batteries mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material for sealing and storing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery may be classified into a can type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a metal can and a pouch type secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the exterior material.
  • the battery pack is configured such that a cell assembly, which is a secondary battery assembly including one or more secondary batteries, and electrical components such as a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse are included in a housing.
  • a cell assembly which is a secondary battery assembly including one or more secondary batteries, and electrical components such as a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse are included in a housing.
  • the battery pack may receive a physical force from the outside, such as vibration or shock.
  • a battery pack mounted on an electric vehicle including a hybrid vehicle may be frequently exposed to vibration or shock due to the characteristics of the vehicle, and its strength is also not small. Therefore, in order to prevent failure or breakdown of each component of the battery pack even with such external physical force, each component of the battery pack including the cell assembly needs to be stably coupled and fixed without being moved in the housing.
  • each component such as a cell assembly is not stably coupled in the housing.
  • the fixing of the cell assembly in the housing is typically used a method of fixing the bottom or side of the cell assembly.
  • the side fixing method since a space for fixing the connection is required to a certain level or more on the side of the cell assembly, it is not easily applied to a battery pack having a narrow internal space, and there is a problem in that the volume of the battery pack becomes large when applied. .
  • the present invention was devised to solve the above problems, and even if a physical force such as vibration or shock is applied to the battery pack, the battery pack and its components that can be prevented from failure or damage of various components including the cell assembly. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and an automobile including such a battery pack.
  • the cell assembly having a plurality of secondary batteries
  • the electrical plate is configured in the form of a plate, one or more electrical equipment is mounted on the top;
  • a lower housing having an inner space having an upper portion open to receive the cell assembly and the electric plate;
  • an upper housing covering an upper open portion of the lower housing, wherein the upper housing covers a lower portion of the cell assembly and the lower housing, between an upper portion of the cell assembly and the electrical plate, between the electrical plate and the upper housing, and the lower
  • the housing and the upper housing are respectively fixed by the fastening member.
  • the cell assembly has an assembly hole formed to protrude outward from the lower side, and the lower housing includes a lower protrusion at a position corresponding to the assembly hole, so that the lower protrusion is inserted into the assembly hole.
  • the coupling between the lower part of the cell assembly and the lower housing is fixed.
  • the lower protrusion is threaded, and a nut is coupled to the thread of the lower protrusion at an upper portion of the assembly hole.
  • the cell assembly includes an assembly protrusion at an upper portion thereof, and the electrical plate is formed with a first plate hole at a position corresponding to the assembly protrusion, and the assembly protrusion is inserted into the first plate hole. The coupling between the top of the cell assembly and the center plate is fixed.
  • the assembly protrusion is threaded, and the nut is coupled to the thread of the assembly protrusion at the top of the first plate hole.
  • the electrical plate may have a second plate hole formed on at least one side thereof
  • the upper housing may have a first upper hole formed at a position corresponding to the second plate hole, and thus the bolt may be formed on the second plate hole.
  • the bolt and the second plate hole is formed with a screw thread corresponding to each other, the bolt is screwed to the second plate hole is fixed.
  • the upper housing may have a second upper hole formed at an edge portion thereof, and the lower housing may have a lower hole formed at an edge portion thereof, and the bolt may be inserted into and fastened to the second upper hole and the lower hole.
  • the upper housing and the lower housing are fixedly coupled.
  • the bolt and the second upper hole are threaded in a form corresponding to each other, and the bolt is screwed to the second upper hole and fixed.
  • it further comprises a sealing member on the upper side of the lower housing.
  • the electronic device may include at least one of a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes the above-described battery pack.
  • a battery pack manufacturing method for achieving the above object, a cell assembly having a plurality of secondary batteries, an electrical equipment plate having one or more electrical equipment mounted thereon, a lower housing having an empty space therein, And preparing an upper housing; Coupling and fixing an upper portion of the cell assembly to the electric plate; Receiving the cell assembly in an inner space of the lower housing; Coupling and fixing between a lower portion of the cell assembly and the lower housing; Coupling and fixing the electric plate and the upper housing; And coupling and fixing between the lower housing and the upper housing.
  • each component including the cell assembly in the housing of the battery pack can be stably coupled fixed.
  • the impact applied to the cell assembly can be dispersed in various parts without being concentrated on a specific part such as the lower surface, so that damage or damage to the cell assembly can be prevented more efficiently.
  • the cell assembly and the electrical equipment can be stably fixed, a lot of additional space for fixing and fixing is not necessary, so that the battery pack can be made compact.
  • the present invention can be more effectively applied to battery packs for electric vehicles that can be more exposed to vibration or shock.
  • the assembly of the battery pack can be easily performed without being complicated.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing only the cell assembly and the electric plate configuration in the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view of the top view in the configuration of FIG. 1 except for the upper housing and the electric plate.
  • FIG. 4 is a view of the form viewed from above except for the upper housing in the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view of the form viewed from above except for the upper housing in the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack according to the present invention includes a cell assembly 100, an electric plate 200, a lower housing 300, and an upper housing.
  • the cell assembly 100 includes one or more secondary batteries.
  • the cell assembly 100 may be a collection of secondary batteries having a plurality of secondary batteries.
  • the plurality of secondary batteries may be pouch type secondary batteries.
  • the pouch type secondary battery may be configured to be stacked in one direction, for example, up and down direction.
  • the cell assembly 100 may include a stacking frame for stacking the pouch type secondary battery.
  • the stacking frame is a component used to stack secondary batteries, and is configured to hold the secondary batteries to prevent flow thereof and to be stacked on each other to guide assembly of the secondary batteries.
  • the stacking frame may be replaced with various other terms such as a cartridge, and may be configured in the form of a rectangular ring with a hollow central portion. In this case, the four corners of the stacking frame may be located at the outer circumferential portion of the pouch type secondary battery, respectively.
  • the electrical plate 200 may be configured in the form of a plate having a wide surface at the top and bottom.
  • the electrical equipment may be mounted on the wide upper surface of the electric plate 200. The configuration of the electric plate 200 will be described in more detail with reference to FIG. 2.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating only the cell assembly 100 and the electric plate 200 in the configuration of FIG. 1.
  • one or more electrical components may be mounted on the upper portion of the electrical plate 200.
  • the electrical equipment mounted on the electrical plate 200 may include at least one of the BMS 201, the current sensor 202, the relay 203, and the fuse 204.
  • the battery management system (BMS) 201 refers to a battery management device that controls the overall charging and discharging operation of the battery pack.
  • the BMS may be referred to as a component that is typically included in the battery pack.
  • the current sensor 202 is a component for sensing the charge and discharge current of the battery pack
  • the relay 203 is a switching component for selectively opening and closing the charge and discharge path through which the charge and discharge current of the battery pack flows.
  • the fuse 204 is provided on the charge / discharge path of the battery pack, and is a component that blocks the flow of charge / discharge current by melting the battery pack when an abnormal situation occurs.
  • the electrical plate 200 may be equipped with one or more busbars in addition to the electrical components.
  • the electrical plate 200 may include a pack terminal exposed to the outside of the upper housing.
  • the pack terminal is a terminal used to connect an external charging / discharging device to the battery pack, and may include a positive electrode pack terminal and a negative electrode pack terminal.
  • the bus bar may be used as a charge / discharge path by connecting between the electrode terminal of the cell assembly 100 and the pack terminal, and may electrically connect between various electric appliances such as a current sensor, a relay, and a fuse.
  • the busbar may include a positive busbar and a negative busbar, and the positive busbar connects between the positive terminal and the positive pack terminal of the cell assembly 100, and the negative busbar is the negative terminal and the negative electrode of the cell assembly 100. You can connect between pack terminals.
  • the bus bar may be formed of a material having electrical conductivity because it is a component for electrical connection, and in particular, may be formed of a metal material such as copper to secure a certain degree of mechanical strength.
  • the electrical plate 200 may be located above the cell assembly 100, as shown in FIG. 2. According to such an embodiment, the assembly of the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be easily performed, and the electric appliance mounted on the electric plate 200 may be easily connected to the cell assembly 100. In addition, separation of the electrical equipment mounted on the electrical equipment plate 200 in the upper direction is facilitated, and the mounting in the upper direction is facilitated, the replacement for each electrical equipment can be easily performed.
  • the lower housing 300 has an empty space formed therein, and the inner space may be configured to have an open top.
  • the lower housing 300 may accommodate the cell assembly 100 and the electric plate 200 in such an inner space.
  • the lower housing 300 may serve as an exterior material in the battery pack, thereby imparting structural stability to the battery pack, and may protect the cell assembly 100 and the electric plate from other physical elements such as impact or material. It is possible to protect the components stored therein, such as (200).
  • the upper housing may be positioned above the lower housing 300 to cover an upper open portion of the lower housing 300. That is, the upper housing may cover the opening of the lower housing 300 so that various components such as the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be protected without being exposed to the outside.
  • the upper housing may have an empty space therein in a concave shape in an upward direction, and at least a portion of the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be accommodated in the inner space of the upper housing. have.
  • the battery pack according to the present invention may include the cell assembly 100, the electric plate 200, the lower housing 300 and the upper housing, each of the components are fixed to each other by a fastening member It may be configured to.
  • the lower part of the cell assembly 100 and the lower housing 300 may be fixedly fixed by the fastening member, and the upper part of the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be fixedly fixed by the other fastening member.
  • the electric plate 200 and the upper housing may be fixedly coupled by another fastening member, and the lower housing 300 and the upper housing may be fixedly fixed by another fastening member.
  • the fastening member for coupling between the components may be implemented integrally to each component, or may be implemented in a form provided separately.
  • the cell assembly 100 protrudes outward from the lower part, as shown in FIG. 2.
  • 110 may be formed.
  • the lower housing 300 may include a lower protrusion 310 protruding upward in a position corresponding to the assembly hole 110 of the cell assembly 100 on an upper surface thereof.
  • a thread may be formed on the outer surface of the lower protrusion.
  • FIG. 3 is a view of the top view except for the upper housing and the electric plate 200 in the configuration of FIG. 1.
  • a plurality of assembly holes 110 protrude in the horizontal direction on the lower outer side of the cell assembly 100. That is, the two assembly holes 110 may be formed to protrude to the left of the cell assembly 100, and the other two assembly holes 110 may be formed to protrude to the right of the cell assembly 100. .
  • a lower protrusion 310 may be formed at a position corresponding to the four assembly holes 110 on the upper surface of the lower housing 300. Therefore, when the cell assembly 100 is accommodated in the inner space of the lower housing 300, the four lower protrusions 310 may be inserted into and fastened through the four assembly holes 110, respectively.
  • the cell assembly 100 and the lower housing 300 may be fixed to each other.
  • this configuration of the present invention it is possible to prevent the cell assembly 100 from moving in the horizontal direction inside the lower housing 300.
  • a thread may be formed on an outer surface of the lower protrusion 310, and the nut N1 may be coupled to the thread of the lower protrusion 310 at the upper portion of the assembly hole 110. That is, in the state where the assembly hole 110 is inserted into the lower protrusion 310, the nut N1 may be fastened to the upper portion of the cell assembly 100 to fix the cell assembly 100.
  • the nut (N1) it is possible to prevent the assembly hole 110 is moved away from the lower protrusion 310 or fitted. Therefore, the cell assembly 100 and the lower housing 300 can be more stably fixed.
  • the cell assembly 100 may include an assembly protrusion 120 at the top thereof.
  • the coupling configuration of the cell assembly 100 and the electric plate 200 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4.
  • FIG. 4 is a view of the form viewed from above except for the upper housing in the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view of the form viewed from above except for the upper housing in the configuration of FIG. 1.
  • the assembly protrusion 120 is provided on the cell assembly 100, and may be formed to protrude upward.
  • the electric plate 200 may have a first plate hole 210 formed at a position corresponding to the assembly protrusion 120. Accordingly, when the electric plate 200 is seated on the upper part of the cell assembly 100, the plurality of assembly protrusions 120 are respectively formed in the corresponding first plate holes 210, as indicated by part A2 of FIG. 4. Can be inserted and fastened through. Therefore, due to the fastening of the assembly protrusion 120 and the first plate hole 210, the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be fixed to each other. In particular, according to this configuration of the present invention, it is possible to prevent the electrical plate 200 from moving in the horizontal direction at the top of the cell assembly 100.
  • a screw thread may be formed on an outer surface of the assembly protrusion 120, and the nut N2 may be coupled to the screw thread of the assembly protrusion 120 at an upper portion of the first plate hole 210. That is, in the state where the first plate hole 210 is fitted into the assembly protrusion 120, the nut N2 is fastened to the upper portion of the electric plate 200 to fix the electric plate 200.
  • the nut (N2) it is possible to prevent the first plate hole 210 of the electric plate 200 is moved away from the assembly protrusion 120 or fitted. Therefore, the cell assembly 100 and the electric plate 200 may be more stably fixed.
  • the electric plate 200 may have a second plate hole 220 formed on at least one side thereof.
  • a first upper hole 410 may be formed at a position corresponding to the second plate hole 220.
  • a plurality of second plate holes 220 may be formed in the electric plate 200.
  • a plurality of, for example, four first upper holes 410 may be formed at positions corresponding to the second plate holes 220.
  • the first upper hole 410 may be formed in a through shape.
  • the first bolt B1 may be inserted into and fastened to the second plate hole 220 through the first upper hole 410. Therefore, due to the fastening of the first bolt B1, the first upper hole 410, and the second plate hole 220, the electric plate 200 may be fixedly coupled to the upper housing.
  • a screw thread may be formed on an outer surface of the first bolt B1.
  • a screw thread may be formed in the second plate hole 220 in a form corresponding to the screw thread of the first bolt B1. Therefore, the first bolt B1 may be fixed to the second plate hole 220 by being rotationally coupled. According to this configuration of the present invention, the coupling between the first bolt B1 and the second plate hole 220 can be stably maintained.
  • the first bolt B1 is inserted into and fastened to the second plate hole 220 of the electric plate 200 by penetrating through the first upper hole 410 at the upper portion of the upper housing, the upper plate 200 and the upper plate are upper. The coupling process between the housings can be easily performed, and a separate nut or the like does not need to be coupled to the lower portion of the electric plate 200.
  • the upper housing may have a second upper hole 420 formed at an edge portion thereof.
  • the lower housing 300 may have a lower hole 320 at a position corresponding to the second upper hole 420 of the edge portion.
  • a plurality of lower holes 320 may be formed in the lower housing 300.
  • the lower housing 300 may have a lower surface and a side surface to form an accommodation space therein, and may not have an upper surface with the upper portion opened.
  • the lower hole 320 may be located at the top of the lower housing 300 in contact with the upper housing.
  • the uppermost part of the lower housing 300 may be referred to as an edge at which the side is positioned, and the lower hole 320 may be formed in the lower direction from the upper edge of the edge, that is, the lower housing 300.
  • the upper housing may be formed in a number corresponding to the lower hole 320 of the lower housing 300, for example, four second upper holes 420. Therefore, when the upper housing has a shape and size similar to the shape and size of the lower housing 300, the upper housing may also have a second upper hole 420 formed at the edge portion.
  • the second bolt B2 may be inserted into and fastened to the lower hole 320 by inserting the second upper hole 420. Therefore, due to the fastening of the second bolt B2, the second upper hole 420, and the lower hole 320, the upper housing and the lower housing 300 may be fixedly coupled.
  • a screw thread may be formed on an outer surface of the second bolt B2.
  • a screw thread may be formed in the second upper hole 420 in a form corresponding to the screw thread of the second bolt B2. Therefore, the second bolt B2 may be fixed to the second plate hole 220 by rotating coupling. According to this configuration of the present invention, the coupling between the second bolt B2 and the second plate hole 220 can be stably maintained.
  • the coupling process between the lower housing 300 and the upper housing may be easily performed. It is possible to provide a separate nut or the like, and there is no need to fasten the second bolt B2.
  • the lower housing 300 and the upper housing may be configured such that the shape seen from the top is approximately square.
  • the lower hole 320 and the second upper hole 420 may be formed at least near corners of the lower housing 300 and the upper housing, respectively. According to this configuration of the present invention, the engagement fixing of the lower housing 300 and the upper housing can be stably maintained over the entire portion.
  • the battery pack according to the present invention may further include a sealing member on an upper side of the lower housing 300.
  • the sealing member may be interposed between the lower housing 300 and the upper housing to seal the space between the lower housing 300 and the upper housing.
  • the sealing member may be located at an edge portion that is a portion where the lower housing 300 and the upper housing contact each other.
  • the sealing member may be configured in a quadrangular ring shape along the edges of the lower housing 300 and the upper housing.
  • the sealing member is a component for sealing the lower housing 300 and the upper housing, the sealing member may be made of a polymer material having elasticity such as rubber.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the vehicle according to the present invention may include the battery pack according to the present invention as described above. In particular, in the case of an automotive battery pack, it may be frequently exposed to external physical forces such as vibration or shock, and the magnitude of physical force may also be large.
  • each component of the battery pack is stably fixed without moving, it is possible to effectively prevent failure or damage due to inertia, vibration, collision, and the like.
  • damage to the cell assembly 100 may be prevented more effectively by preventing concentration of forces in a specific portion of the cell assembly 100 within the pack housing.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a cell assembly 100 having a plurality of secondary batteries, an electrical equipment plate 200 having one or more electrical components mounted thereon, and a bin therein A lower housing 300 and an upper housing having a space are prepared (S110).
  • the electric plate 200 is seated on the upper part of the cell assembly 100 to fix and fix the upper part of the cell assembly 100 and the electric plate 200 (S120). Then, the cell assembly 100 to which the electric plate 200 is coupled is stored in the inner space of the lower housing 300 (S130). Next, after fixing and fixing between the lower part of the cell assembly 100 and the lower housing 300 (S140), the upper housing is covered with an upper opening of the lower housing 300. Then, after the fixed fixing between the electric plate 200 and the upper housing (S150), the fixed coupling between the lower housing 300 and the upper housing (S160).
  • step S120 may be performed after step S140, and step S150 may be performed after step S160.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩에 진동이나 충격 등 물리적 힘이 가해지더라도, 셀 어셈블리를 비롯한 여러 구성요소들의 고장 내지 파손이 방지될 수 있는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트; 상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및 상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징을 포함하되, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된다.

Description

배터리 팩
본 발명은 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지가 구비된 셀 어셈블리 등 배터리 팩에 포함된 각 구성요소가 하우징 내에서 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 2월 17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0018027호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
일반적으로 배터리 팩에는, 하나 이상의 이차 전지를 구비하는 이차 전지 집합체인 셀 어셈블리와 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 등의 전장품이 하우징 내에 포함되는 형태로 구성된다. 이러한 배터리 팩을 구성함에 있어서, 하우징 내에 셀 어셈블리를 비롯한 여러 배터리 팩의 구성요소들을 어떻게 결합시킬 것인가 하는 문제는 매우 중요하다.
더욱이, 배터리 팩은 진동이나 충격 등 외부로부터 물리적인 힘을 받을 수 있다. 특히, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩의 경우, 차량 특성상 진동이나 충격 등에 자주 노출될 수 있으며, 그 강도 또한 작지 않다. 따라서, 이러한 외부의 물리적인 힘에도 배터리 팩의 각 구성요소가 고장이나 파손되지 않도록 하기 위해서는, 셀 어셈블리를 비롯한 배터리 팩의 각 구성요소가 하우징 내에서 이동되지 않고 안정적으로 결합 고정될 필요가 있다.
그런데, 종래 배터리 팩 구성에 의하면, 셀 어셈블리 등 각 구성요소가 하우징 내에 안정적으로 결합되지 못하는 문제가 있다. 특히, 종래 배터리 팩 구성의 경우, 하우징 내에서 셀 어셈블리의 고정은 셀 어셈블리의 하면 또는 옆면을 고정하는 방식이 대표적으로 이용되었다. 그런데, 옆면 고정 방식의 경우, 연결 고정을 위한 공간이 셀 어셈블리의 옆면에 일정 수준 이상 필요하므로, 협소한 내부 공간을 갖는 배터리 팩에는 쉽게 적용되지 못하며, 적용시 배터리 팩의 부피가 커지는 문제가 있다. 또한, 하면 고정 방식의 경우, 배터리 팩에 충격 등이 가해질 때, 셀 어셈블리의 하면 고정 부분에 충격이 집중되어 고정 부분이 파손되고 이로 인해 셀 어셈블리를 비롯하여 배터리 팩이 파손되거나 고장날 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩에 진동이나 충격 등 물리적 힘이 가해지더라도, 셀 어셈블리를 비롯한 여러 구성요소들의 고장 내지 파손이 방지될 수 있는 배터리 팩과 그 제조 방법, 그리고 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트; 상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및 상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징을 포함하되, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된다.
바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 로워돌기를 상기 어셈블리홀에 대응되는 위치에 구비하여, 상기 로워돌기가 상기 어셈블리홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 로워돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 어셈블리홀의 상부에서 상기 로워돌기의 나사산에 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 셀 어셈블리는 어셈블리돌기를 상부에 구비하고, 상기 전장 플레이트는 상기 어셈블리돌기에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀이 형성되어, 상기 어셈블리돌기가 상기 제1 플레이트홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 센터 플레이트 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 어셈블리돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 제1 플레이트홀의 상부에서 상기 어셈블리돌기의 나사산에 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 전장 플레이트는 적어도 일측에 제2 플레이트홀이 형성되고, 상기 어퍼 하우징은 상기 제2 플레이트홀에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 플레이트홀 및 상기 제1 어퍼홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 볼트 및 상기 제2 플레이트홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 플레이트홀에 나사 결합되어 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 테두리부에 로워홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 어퍼홀 및 상기 로워홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 어퍼 하우징과 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 볼트 및 상기 제2 어퍼홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 어퍼홀에 나사 결합되어 고정된다.
또한 바람직하게는, 상기 로워 하우징의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 전장품은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 배터리 팩을 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트, 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징, 및 어퍼 하우징을 준비하는 단계; 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이를 결합 고정시키는 단계; 상기 셀 어셈블리를 상기 로워 하우징의 내부 공간에 수납하는 단계; 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 팩의 하우징 내에서 셀 어셈블리를 비롯한 각 구성요소가 안정적으로 결합 고정될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩에 진동이나 충격 등이 가해지더라도 셀 어셈블리나 다른 여러 구성요소에 고장이나 손상이 발생할 염려가 줄어들 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리에 가해지는 충격이 하면 등 특정 부분에 집중되지 않고 여러 부분으로 분산될 수 있어, 셀 어셈블리의 손상이나 파손 등을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리 및 전장품을 안정적으로 고정시킬 수 있으면서도 결합 고정을 위한 추가 공간이 많이 필요하지 않아, 배터리 팩의 컴팩트화에 부응할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 진동이나 충격에 보다 많이 노출될 수 있는 전기 자동차용 배터리 팩에 보다 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 셀 어셈블리 및 전장품을 안정적으로 고정시킬 수 있으면서도 배터리 팩의 조립이 복잡하지 않고 용이하게 수행될 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 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에서 셀 어셈블리와 전장 플레이트 구성만을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징 및 전장 플레이트를 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 4는, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징을 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100), 전장 플레이트(200), 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 이차 전지를 구비한다. 특히, 배터리 팩에 있어서, 상기 셀 어셈블리(100)는 다수의 이차 전지를 구비하는 이차 전지의 집합체일 수 있다. 여기서, 다수의 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지는, 일 방향, 이를테면 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
한편, 셀 어셈블리(100)는, 파우치형 이차 전지의 적층을 위한 적층용 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은 이차 전지를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 이차 전지를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은, 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있으며, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 적층용 프레임의 네 모서리는 파우치형 이차 전지의 외주부에 각각 위치할 수 있다.
상기 전장 플레이트(200)는, 상부와 하부에 넓은 면을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 전장 플레이트(200)의 넓은 상부면에는 전장품이 장착될 수 있다. 이러한 전장 플레이트(200)의 구성에 대해서는, 도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는, 도 1의 구성에서 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200) 구성만을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전장 플레이트(200)의 상부에는 하나 이상의 전장품이 장착될 수 있다. 여기서, 상기 전장 플레이트(200)에 장착되는 전장품은, BMS(201), 전류센서(202), 릴레이(203) 및 퓨즈(204) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)(201)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소라 할 수 있다.
또한, 전류센서(202)는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이(203)는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈(204)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서, 릴레이 및 퓨즈는 BMS와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS에 의해 제어될 수 있다.
이와 같은 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 자체는, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 본 명세서에서는 이들 각 구성요소에 대한 보다 상세한 설명을 생략하도록 한다.
상기 전장 플레이트(200)는, 상기 전장품들 이외에 버스바가 하나 이상 장착될 수 있다. 그리고, 상기 전장 플레이트(200)는, 어퍼 하우징의 외부로 노출되는 팩 단자를 구비할 수 있다. 이러한 팩 단자는 외부의 충방전 기기를 배터리 팩에 연결할 때 이용되는 단자로서, 양극 팩 단자와 음극 팩 단자를 포함할 수 있다. 이때, 버스바는, 셀 어셈블리(100)의 전극 단자와 상기 팩 단자 사이를 연결하여 충방전 경로로 이용될 수 있으며, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 등 여러 전장품 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 특히, 버스바에는 양극 버스바와 음극 버스바가 포함될 수 있으며, 양극 버스바는 셀 어셈블리(100)의 양극 단자와 양극 팩 단자 사이를 연결하고, 음극 버스바는 셀 어셈블리(100)의 음극 단자와 음극 팩 단자 사이를 연결할 수 있다. 이처럼, 버스바는 전기적 연결을 위한 구성요소이기 때문에 전기적 전도성을 가진 재질로 형성될 수 있으며, 특히 어느 정도의 기계적 강도를 확보하기 위해 구리와 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
상기 전장 플레이트(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)의 조립이 용이하고, 전장 플레이트(200)에 장착된 전장품과 셀 어셈블리(100)의 연결 또한 용이해질 수 있다. 뿐만 아니라, 전장 플레이트(200)에 장착된 전장품의 상부 방향으로의 분리가 용이해지고, 상부 방향에서의 장착이 용이해져, 각 전장품에 대한 교체가 손쉽게 수행될 수 있다.
상기 로워 하우징(lower housing)(300)은, 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간은 상부가 개방된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200)를 수납할 수 있다. 상기 로워 하우징(300)은, 배터리 팩에 있어서, 외장재 역할을 할 수 있기 때문에, 배터리 팩에 구조적 안정성을 부여하고, 충격이나 물질 등 외부의 다른 물리적인 요소로부터 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200)와 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호할 수 있다.
상기 어퍼 하우징(upper housing)은, 로워 하우징(300)의 상부에 위치하여, 로워 하우징(300)의 상부 개방된 부분을 덮도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 어퍼 하우징은, 상기 로워 하우징(300)의 개방부를 커버함으로써, 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200) 등 여러 구성요소들이 외부로 노출되지 않고 보호되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 어퍼 하우징은 상부 방향으로 오목하게 형성된 형태로 내부에 빈 공간을 구비할 수 있으며, 셀 어셈블리(100) 및 전장 플레이트(200) 중 적어도 일부분이 이러한 어퍼 하우징의 내부 공간에 수납되도록 할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 셀 어셈블리(100), 전장 플레이트(200), 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 포함할 수 있는데, 이러한 각각의 구성요소들은 체결 부재에 의해 서로 결합 고정되도록 구성될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이가 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있으며, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이가 다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있다. 또한, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이가 또다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있으며, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이가 또다른 체결 부재에 의해 결합 고정될 수 있다. 이때, 각 구성요소 사이를 결합시키기 위한 체결 부재는, 각 구성요소에 일체화되어 구현되거나, 별도로 구비되는 형태로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이의 결합 고정을 위해, 상기 셀 어셈블리(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀(110)이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은, 이러한 셀 어셈블리(100)의 어셈블리홀(110)에 대응되는 위치에 상부 방향으로 돌출된 형태의 로워돌기(310)를 상면에 구비할 수 있다. 이때, 로워 돌기의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 이러한 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이의 결합 고정 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 상세하게 살펴보도록 한다.
도 3은, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징 및 전장 플레이트(200)를 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
도 3을 참조하면, A1 부분에 표시된 바와 같이, 셀 어셈블리(100)의 하부 외측에 복수의 어셈블리홀(110)이 수평 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 2개의 어셈블리홀(110)이 셀 어셈블리(100)의 좌측으로 돌출된 형태로 형성되고, 다른 2개의 어셈블리홀(110)이 셀 어셈블리(100)의 우측으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)의 상면에는 이러한 4개의 어셈블리홀(110)에 대응되는 위치에 로워돌기(310)가 형성될 수 있다. 따라서, 로워 하우징(300)의 내부 공간으로 셀 어셈블리(100)가 수납되면, 4개의 로워돌기(310)는 4개의 어셈블리홀(110)에 각각 관통하여 삽입 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 어셈블리홀(110)과 로워돌기(310)의 체결로 인해, 상기 셀 어셈블리(100)와 로워 하우징(300)은 상호 결합 고정될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(300)의 내부에서 셀 어셈블리(100)가 수평 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 로워돌기(310)의 외면에는 나사산이 형성되어 있을 수 있으며, 너트(N1)가 어셈블리홀(110)의 상부에서 이러한 로워돌기(310)의 나사산에 결합될 수 있다. 즉, 로워돌기(310)에 어셈블리홀(110)이 끼워진 상태에서, 셀 어셈블리(100)의 상부로 너트(N1)가 체결되어 셀 어셈블리(100)를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 너트(N1)에 의해, 어셈블리홀(110)이 로워돌기(310)에서 이탈되거나 끼워진 상태로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 셀 어셈블리(100)와 로워 하우징(300)이 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200)의 결합 고정을 위해, 셀 어셈블리(100)는 상부에 어셈블리돌기(120)를 구비할 수 있다. 이러한 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)의 결합 구성에 대해서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는, 도 1의 구성에서, 어퍼 하우징을 제외하고 상부에서 바라본 형태의 도면이다.
보다 구체적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 이러한 어셈블리돌기(120)는 셀 어셈블리(100)의 상부에 다수 구비되며, 상부 방향으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 전장 플레이트(200)는 이러한 어셈블리돌기(120)에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀(210)이 형성될 수 있다. 따라서, 셀 어셈블리(100)의 상부로 전장 플레이트(200)가 안착되면, 다수의 어셈블리돌기(120)는, 도 4의 A2 부분에 표시된 바와 같이, 그에 대응하는 제1 플레이트홀(210)에 각각 관통하여 삽입 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 어셈블리돌기(120)와 제1 플레이트홀(210)의 체결로 인해, 상기 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)는 상호 결합 고정될 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 셀 어셈블리(100)의 상부에서 전장 플레이트(200)가 수평 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 어셈블리돌기(120)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있으며, 너트(N2)가 제1 플레이트홀(210)의 상부에서 이러한 어셈블리돌기(120)의 나사산에 결합될 수 있다. 즉, 어셈블리돌기(120)에 제1 플레이트홀(210)이 끼워진 상태에서, 전장 플레이트(200)의 상부로 너트(N2)가 체결되어 전장 플레이트(200)를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 너트(N2)에 의해, 전장 플레이트(200)의 제1 플레이트홀(210)이 어셈블리돌기(120)에서 이탈되거나 끼워진 상태로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 셀 어셈블리(100)와 전장 플레이트(200)가 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
또한 바람직하게는, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징의 결합 고정을 위해, 전장 플레이트(200)는 적어도 일측에 제2 플레이트홀(220)이 형성될 수 있다. 그리고, 어퍼 하우징은 이러한 제2 플레이트홀(220)에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀(410)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 전장 플레이트(200)에 다수, 이를테면 4개의 제2 플레이트홀(220)이 형성될 수 있다. 그리고, 어퍼 하우징에는, 이러한 제2 플레이트홀(220)에 대응되는 위치에 다수, 이를테면 4개의 제1 어퍼홀(410)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 어퍼홀(410)은 관통된 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 볼트(B1)가 제1 어퍼홀(410)을 삽입 관통하여 제2 플레이트홀(220)까지 삽입되어 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 제1 볼트(B1)와 제1 어퍼홀(410) 및 제2 플레이트홀(220)의 체결로 인해, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이가 결합 고정될 수 있다.
여기서, 상기 제1 볼트(B1)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 플레이트홀(220)에는, 이러한 제1 볼트(B1)의 나사산에 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 볼트(B1)는 제2 플레이트홀(220)에 회전 결합되어 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 볼트(B1)와 제2 플레이트홀(220) 사이의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 제1 볼트(B1)를 어퍼 하우징의 상부에서 제1 어퍼홀(410)을 관통하여 전장 플레이트(200)의 제2 플레이트홀(220)에 삽입 체결시키면 되므로, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이의 결합 공정이 용이하게 수행될 수 있으며, 별도의 너트 등을 전장 플레이트(200)의 하부에 결합시킬 필요가 없다.
또한 바람직하게는, 어퍼 하우징과 로워 하우징(300)의 결합 고정을 위해, 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)은 테두리부의 제2 어퍼홀(420)에 대응되는 위치에 로워홀(320)이 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1 및 도 4를 참조하면, 로워 하우징(300)에 다수, 이를테면 4개의 로워홀(320)이 형성될 수 있다. 특히, 로워 하우징(300)은 내부에 수납 공간을 형성하기 위해 하면 및 측면을 구비하며, 상부가 개방된 채 상면은 구비하지 않을 수 있다. 이때, 로워홀(320)은 어퍼 하우징과 접촉하는 로워 하우징(300)의 가장 상부에 위치할 수 있다. 로워 하우징(300)의 가장 상부는, 측면이 위치한 테두리부라 할 수 있으며, 로워홀(320)은 이러한 테두리부, 즉 로워 하우징(300)의 측면 상부에서 하부 방향으로 형성될 수 있다.
상기 어퍼 하우징은 로워 하우징(300)의 로워홀(320)에 대응되는 위치에 다수, 이를테면 4개의 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다. 따라서, 어퍼 하우징이 로워 하우징(300)의 형태 및 크기에 유사한 형태 및 크기를 갖는 경우, 어퍼 하우징 역시 테두리부에 제2 어퍼홀(420)이 형성될 수 있다.
이러한 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 구성에서, 제2 볼트(B2)는 제2 어퍼홀(420)을 삽입 관통하여 로워홀(320)까지 삽입되어 체결될 수 있다. 그러므로, 이러한 제2 볼트(B2)와 제2 어퍼홀(420) 및 로워홀(320)의 체결로 인해, 어퍼 하우징과 로워 하우징(300) 사이가 결합 고정될 수 있다.
여기서, 상기 제2 볼트(B2)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 그리고, 제2 어퍼홀(420)에는, 이러한 제2 볼트(B2)의 나사산에 대응되는 형태로 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 제2 볼트(B2)는 제2 플레이트홀(220)에 회전 결합되어 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제2 볼트(B2)와 제2 플레이트홀(220) 사이의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 제2 볼트(B2)를 어퍼 하우징의 상부에서 제2 어퍼홀(420)을 관통하여 로워홀(320)에 끼우면 되므로, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이의 결합 공정이 용이하게 수행될 수 있으며, 별도의 너트 등을 구비하여 제2 볼트(B2)에 체결할 필요가 없다.
한편, 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징은 상부에서 바라본 형태가 대략 사각형이 되도록 구성될 수 있다. 이때, 로워홀(320) 및 제2 어퍼홀(420)은 적어도, 사각 형태의 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 모서리 부근에 각각 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징의 결합 고정이 전체 부분에 걸쳐 안정적으로 유지될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 로워 하우징(300)의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이에 개재되어 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이 공간이 밀폐되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징이 서로 접촉하는 부분인 테두리 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징이 사각 형태로 구성된 경우, 이러한 실링 부재는 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징의 테두리부를 따라 사각 링 형태로 구성될 수 있다.
상기 실링 부재는, 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징을 밀폐시키기 위한 구성요소이기 때문에, 고무와 같은 탄성을 가진 폴리머 재질로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 자동차용 배터리 팩의 경우, 진동이나 충격 등 외부의 물리적인 힘에 자주 노출될 수 있으며, 물리적인 힘의 크기 또한 클 수 있다. 그런데, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이, 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이 및 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이가 서로 결합 고정되어 있기 때문에, 배터리 팩의 각 구성요소가 움직이지 않고 안정적으로 고정되어, 관성이나 진동, 충돌 등에 의한 고장 내지 파손이 효과적으로 방지될 수 있다. 특히, 팩 하우징 내에서 셀 어셈블리(100)의 특정 부분에 힘이 집중되는 것을 방지하여 셀 어셈블리(100)의 파손이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
이하에서는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩의 제조 방법의 실시예를 개략적으로 설명하도록 한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 제조 방법에 의하면, 먼저 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리(100), 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트(200), 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징(300) 및 어퍼 하우징을 준비한다(S110).
다음으로, 셀 어셈블리(100)의 상부에 전장 플레이트(200)를 안착시켜 셀 어셈블리(100)의 상부와 전장 플레이트(200) 사이를 결합 고정시킨다(S120). 그리고 나서, 전장 플레이트(200)가 결합된 셀 어셈블리(100)를 로워 하우징(300)의 내부 공간에 수납한다(S130). 다음으로, 셀 어셈블리(100)의 하부와 로워 하우징(300) 사이를 결합 고정시킨 후(S140), 로워 하우징(300)의 상부 개방부에 어퍼 하우징을 덮는다. 그리고 나서, 전장 플레이트(200)와 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시킨 후(S150), 로워 하우징(300)과 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시킨다(S160).
한편, 도 5에 도시된 순서는 일 실시예에 의한 것일 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 순서에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 S120 단계는 S140 단계 이후에 수행될 수도 있고, 상기 S150 단계는 상기 S160 단계 이후에 수행될 수도 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (13)

  1. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    플레이트 형태로 구성되며, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트;
    상부가 개방된 형태의 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리 및 상기 전장 플레이트를 수납하는 로워 하우징; 및
    상기 로워 하우징의 상부 개방된 부분을 덮는 어퍼 하우징
    을 포함하되,
    상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이 및 상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이가 각각 체결 부재에 의해 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는 하부 외측에 돌출된 형태로 어셈블리홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 로워돌기를 상기 어셈블리홀에 대응되는 위치에 구비하여, 상기 로워돌기가 상기 어셈블리홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로워돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 어셈블리홀의 상부에서 상기 로워돌기의 나사산에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리는 어셈블리돌기를 상부에 구비하고, 상기 전장 플레이트는 상기 어셈블리돌기에 대응되는 위치에 제1 플레이트홀이 형성되어, 상기 어셈블리돌기가 상기 제1 플레이트홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 센터 플레이트 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어셈블리돌기는 나사산이 형성되고, 너트가 상기 제1 플레이트홀의 상부에서 상기 어셈블리돌기의 나사산에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전장 플레이트는 적어도 일측에 제2 플레이트홀이 형성되고, 상기 어퍼 하우징은 상기 제2 플레이트홀에 대응되는 위치에 제1 어퍼홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 플레이트홀 및 상기 제1 어퍼홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼트 및 상기 제2 플레이트홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 플레이트홀에 나사 결합되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 어퍼 하우징은 테두리부에 제2 어퍼홀이 형성되고, 상기 로워 하우징은 테두리부에 로워홀이 형성되어, 볼트가 상기 제2 어퍼홀 및 상기 로워홀에 삽입 체결됨으로써, 상기 어퍼 하우징과 상기 로워 하우징 사이가 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 볼트 및 상기 제2 어퍼홀에는 상호 대응되는 형태로 나사산이 형성되어, 상기 볼트가 상기 제2 어퍼홀에 나사 결합되어 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 로워 하우징의 측면 상부에 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전장품은, BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
  13. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리, 상부에 전장품이 하나 이상 장착된 전장 플레이트, 내부에 빈 공간을 구비하는 로워 하우징, 및 어퍼 하우징을 준비하는 단계;
    상기 셀 어셈블리의 상부와 상기 전장 플레이트 사이를 결합 고정시키는 단계;
    상기 셀 어셈블리를 상기 로워 하우징의 내부 공간에 수납하는 단계;
    상기 셀 어셈블리의 하부와 상기 로워 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계;
    상기 전장 플레이트와 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계; 및
    상기 로워 하우징과 상기 어퍼 하우징 사이를 결합 고정시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 제조 방법.
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