WO2015186911A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2015186911A1
WO2015186911A1 PCT/KR2015/004758 KR2015004758W WO2015186911A1 WO 2015186911 A1 WO2015186911 A1 WO 2015186911A1 KR 2015004758 W KR2015004758 W KR 2015004758W WO 2015186911 A1 WO2015186911 A1 WO 2015186911A1
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battery pack
bus bar
terminal bolt
center plate
insertion groove
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PCT/KR2015/004758
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English (en)
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Inventor
김기연
성준엽
엄영섭
유성천
강달모
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주식회사 엘지화학
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery pack having an improved structure to support torque applied to a terminal bolt when a nut is coupled to a terminal bolt that is exposed to the outside of the battery pack and functions as a connection terminal. It is about.
  • 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 the positive electrode active material and the negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and a packaging material that seals the electrode assembly together with the electrolyte solution, 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.
  • Hybrid cars or electric vehicles can obtain driving power through charging and discharging of battery packs, and thus have many advantages, such as fuel efficiency and no emission or reduction of pollutants, compared to engine-only cars. The situation is gradually increasing.
  • the battery pack of such a hybrid or electric vehicle usually includes a plurality of secondary batteries, which are connected in series and in parallel with each other to improve capacity and output.
  • a typical battery pack including such an automotive battery pack includes a cell assembly provided in a stacked form of a plurality of secondary batteries and a pack housing for storing the cell assembly in an inner space.
  • the battery pack and an external device in order to use such a battery pack, the battery pack and an external device must be electrically connected through a connection member such as a connection wire.
  • a connection terminal may be provided in the battery pack.
  • connection terminal may be formed in various forms.
  • a representative form of the connection terminal is a screw thread formed on the outer surface of the terminal so that the connection member is fastened to the outer surface of the connection terminal, and the connection terminal is coupled by engaging a fastening member such as a nut thereon. And the fastening state of the connection member can be fixed.
  • the connection terminal is also referred to as a terminal bolt because the thread is formed on the outer surface to have a bolt shape.
  • the torque can be applied in the process of fastening the fastening member such as a nut, it should not be easily damaged or deformed to this torque.
  • the fastening members such as nuts and the terminal bolts need to be strongly coupled to each other, which is why the terminal bolts of automotive battery packs Stronger torque can be applied. Therefore, there is a need for a battery pack that is not damaged or deformed even with strong torque.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the structure is improved to support the torque applied to the terminal bolt when the nut is coupled to the terminal bolt, the damage and deformation of the terminal bolt can be effectively prevented
  • An object of the present invention is to provide a battery pack and a vehicle including the same.
  • the cell assembly having a plurality of secondary batteries;
  • a pack housing having an inner space for accommodating the cell assembly;
  • a terminal bolt formed to protrude out of the pack housing;
  • a center plate positioned above the cell assembly in an inner space of the pack housing and having an insertion groove formed therein;
  • a bus bar one end of which is electrically connected to the electrode terminal side of the cell assembly and the other end of which is in contact with the terminal bolt, and a portion of which is inserted into the insertion groove of the center plate.
  • the bus bar has a bent portion, the bent portion is inserted into the insertion groove of the center plate.
  • the bent portion is formed to be bent in the downward direction, the insertion groove of the center plate is formed in the downward direction, the bent portion is inserted into the insertion groove from the upper direction to the lower direction.
  • the bent portion is formed at the other end portion of the bus bar.
  • the bent portion and the insertion groove are formed in two or more.
  • the terminal bolt may include a cover protrusion inserted into the insertion groove together with the bent portion to surround at least a portion of the bent portion from the outside.
  • the terminal bolt has a body portion, an upper protrusion and a lower protrusion.
  • the upper protrusion is formed on the outer surface of the screw thread is configured to be coupled to the nut.
  • the bus bar has a fastening hole formed at the other end thereof, and the lower protrusion has at least a portion of the fastening hole penetrated through the fastening hole of the bus bar, and a thread is formed at an outer surface thereof, and the nut is coupled thereto.
  • the busbar is in contact with at least a portion of the lower surface of the body portion of the terminal bolt and at least a portion of the body side surface.
  • the busbar is seated on top of the center plate.
  • the center plate may be mounted with at least one of a BMS, a current sensor, a relay, and a fuse thereon.
  • the terminal bolt may include a sealing member that protrudes outward through a through hole of the pack housing and seals a space between the terminal bolt and the through hole.
  • the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a battery pack according to the present invention.
  • a battery pack having an improved structure to support the torque applied to the terminal bolt.
  • a battery pack having a high performance such as an automotive battery pack and frequently exposed to strong shock or vibration
  • torque-related performance requirements are high.
  • a battery pack that meets such a high torque condition may be used. Can be provided.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the configuration of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a combined perspective view showing only a partial configuration in the configuration of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of some configurations in the configuration of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a schematic enlarged view of a part of a part in which a terminal bolt is located in a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing a partial configuration of a battery pack in a portion where the terminal bolt shown in FIG. 5 is located.
  • FIG. 7 is a top view of FIG. 5.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of an end configuration of a bus bar according to another embodiment of the present invention as viewed from the lower side.
  • FIG. 10 is a schematic top view of the configuration in which the busbar shown in FIG. 9 is coupled to the center plate.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a coupling configuration of a bus bar and a terminal bolt according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a combined perspective view schematically showing the configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the configuration of FIG.
  • FIG. 3 is a combined perspective view showing only some components in the configuration of FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded perspective view of some components in the configuration of FIG. 3.
  • a battery pack according to the present invention includes a cell assembly 100, a pack housing 200, a terminal bolt 300, a center plate 400, and a bus bar 500.
  • 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 pack housing 200 has an empty space formed therein and may accommodate the cell assembly 100 in the internal space. Since the pack housing 200 may serve as an exterior material in the battery pack, it imparts structural stability to the battery pack and may be applied to the inside of the cell assembly 100 from other physical elements such as impact or material. It may serve to protect the stored components.
  • the pack housing 200 may include a lower housing 202 and an upper housing 201 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the lower housing 202 may be formed in a form in which an upper portion thereof is opened and a storage space is provided therein
  • the upper housing 201 may be formed in a form that covers an upper opening portion of the lower housing 202.
  • the upper housing 201 may also have a predetermined storage space.
  • the upper housing 201 is coupled to the upper portion of the lower housing 202, wherein the lower housing 202 and the upper The housing 201 may be coupled to each other through a fastening member such as a bolt.
  • the terminal bolt 300 is configured to be connected to the cell assembly 100 to provide a connection terminal so that the cell assembly 100 and the external device can be electrically connected.
  • the terminal bolt 300 may also include a positive terminal bolt 301 and a negative terminal bolt 302.
  • the terminal bolt 300 may be formed to protrude to the outside of the pack housing 200 to facilitate connection of an external device.
  • a through hole 210 may be formed, as shown in FIG. 2, through the through hole 210 of the terminal bolt 300. A portion may be exposed to protrude out of the pack housing 200.
  • the center plate 400 may be configured in the form of a plate having a wide surface at the top and the bottom. In addition, the center plate 400 may be located above the cell assembly 100 in the inner space of the pack housing 200. In addition, the terminal bolt 300 may be mounted on the center plate 400.
  • the bus bar 500 is provided between the cell assembly 100 and the terminal bolt 300 to electrically connect them.
  • one end of the bus bar 500 may be electrically connected to the electrode terminal 110 side of the cell assembly 100, and the other end thereof may be directly connected to the terminal bolt 300.
  • the electrode terminal 110 of the cell assembly 100 includes a positive electrode assembly terminal 111 and a negative electrode assembly terminal 112, and the terminal bolt 300 also has a positive terminal bolt 301 and a negative terminal bolt 302.
  • the bus bar 500 may also include a positive bus bar 501 and a negative bus bar 502.
  • the positive bus bar 501 electrically connects between the positive electrode assembly terminal 111 and the positive terminal bolt 301
  • the negative bus bar 502 is the negative electrode assembly terminal 112 and the negative terminal bolt 302. Can be electrically connected between.
  • the bus bar 500 since the bus bar 500 is a component for electrical connection, the bus bar 500 may be formed of a material having electrical conductivity.
  • the bus bar 500 may be formed of a metal material such as copper to secure a certain degree of mechanical strength.
  • the positive bus bar 501 may be configured as four unit bus bars 500
  • the negative bus bar 502 may be configured as one unit bus bar 500.
  • the four anode unit busbars 500 may be directly connected to each other, or may be connected to each other through electrical appliances such as current sensors, relays, and fuses.
  • the terminal bolt 300 is electrically connected to the cell assembly 100 and functions as an external terminal of the battery pack, and for charging or discharging a secondary battery provided in the cell assembly 100, a motor or a charger. It is configured to connect with an external device such as. In this case, an external device may be directly connected to the terminal bolt 300, or a connection member for connecting to the external device may be connected.
  • the nut may be coupled to the terminal bolt 300 to facilitate the connection with the external device or the connection member and to secure the fixing force in the connected state.
  • FIG. 5 is a schematic enlarged view of a part of a part in which one terminal bolt 300 is positioned in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view illustrating a terminal bolt 300 shown in FIG. It is a perspective view schematically showing a part of the configuration of the battery pack in the portion located.
  • 7 is a top view of FIG. 5, and
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 7.
  • a nut may be coupled to the terminal bolt 300, and at least a portion of the terminal bolt 300 may be threaded to couple the nut.
  • the nut may be fastened to the terminal bolt 300 by rotating the nut.
  • the bus bar 500 may be configured to be inserted and coupled to the center plate 400. That is, the terminal bolt 300 and the bus bar 500 may be seated on the center plate 400.
  • the insertion groove 420 may be formed in the center plate 400.
  • a portion of the bus bar 500 may be inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400.
  • the insertion coupling configuration of the bus bar 500 and the center plate 400 can support and relax the torque applied to the terminal bolt 300. That is, as shown in FIG. 5, when the nut is coupled to the terminal bolt 300 to rotate, torque may be applied to the terminal bolt 300.
  • the bus bar 500 and the center plate 400 are configured as described above.
  • the insertion coupling configuration prevents the rotation of the terminal bolt 300 as well as absorbs a part of the torque applied to the terminal bolt 300, thereby distributing and mitigating the torque. Therefore, according to this aspect of the present invention, even if a strong torque is applied to the terminal bolt 300, it is possible to prevent damage, breakage, deformation, etc. of the terminal bolt 300 or the peripheral components.
  • the bus bar 500 may be provided with a bent portion 510 formed in a form bent portion.
  • the bent portion 510 of the bus bar 500 may be inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400, such that the bus bar 500 and the center plate 400 may be inserted and coupled.
  • the bent portion 510 of the bus bar 500 may be formed in a form bent in a downward direction, as shown in the figure.
  • the insertion groove 420 of the center plate 400 may also be formed in the lower direction on the upper surface of the center plate 400.
  • the bent portion 510 of the bus bar 500 is inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400 from the top to the lower direction, so that the bus bar 500 and the center plate 400 are inserted and fastened. Can be configured.
  • the assembly process of the bus bar 500 with respect to the center plate 400 may be simplified.
  • the bent portion 510 may be formed at the other end of the bus bar 500. That is, referring to the configuration illustrated in FIG. 8, the bus bar 500 may be configured to extend in a left to right direction, and the terminal bolt 300 may be configured to be contact-coupled to the right end. At this time, the most end portion, that is, the right end portion at the right end of the bus bar 500 may be configured to be bent in a downward direction, the right end portion of the center plate 400 as the bent portion 510 ( 420 may be inserted.
  • the bent portion 510 is formed at the distal end of the bus bar 500, a process of assembling the bent portion 510 of the bus bar 500 to the center plate 400 is facilitated. Battery pack manufacturing time can be shortened.
  • the present invention is not necessarily limited to this form, and the bent portion 510 may be formed at a predetermined point in the middle of the bus bar 500 instead of at an end portion thereof.
  • the bus bar 500 extends from left to right so that the right end is coupled to the terminal bolt 300, and the protrusion or U-shaped bent portion 510 is formed on the left side of the terminal bolt 300. It may be formed, it may be configured so that the insertion groove 420 is formed in the portion corresponding to the center plate 400. In this case, the protrusion or the U-shaped bent portion 510 may be inserted into the insertion groove 420.
  • the terminal bolt 300 in the battery pack according to the present invention, may be configured in the form having a body portion 310, the upper protrusion 320 and the lower protrusion 330. have.
  • the body portion 310 may be referred to as a component in direct contact with the bus bar 500.
  • the terminal bolt 300 is configured such that the lower portion of the body portion 310 contacts the upper portion of the bus bar 500, so that the terminal bolt 300 is directly electrically connected to the bus bar 500. It can be called a part.
  • the upper protrusion 320 may be configured to protrude upward from the body portion 310 of the terminal bolt 300, and the nut N1 may be coupled as illustrated in FIG. 8. In addition, at least a portion of the upper protrusion 320 may pass through the through hole 210 of the pack housing 200 to be exposed to the outside of the pack housing 200. Meanwhile, threads may be formed on the outer surface of the upper protrusion 320 so that the nut N1 may be coupled thereto. In addition, in addition to the nut N1, the upper protrusion 320 may be connected to an external device or a connection member for connecting to the external device.
  • the lower protrusion 330 may be configured to protrude downward from the body portion 310 of the terminal bolt 300.
  • at least a portion of the lower protrusion 330 may pass through the bus bar 500 and be fastened to the bus bar 500.
  • the bus bar 500 as shown in the figure, a fastening hole 520 may be formed at the other end in contact with the terminal bolt 300, the lower protrusion 330, such a bus bar ( It may be configured to pass through the fastening hole 520 of the 500.
  • a screw thread may be formed on an outer surface of the lower protrusion 330 in order to reinforce the fixing force for the fastening configuration of the terminal bolt 300 and the bus bar 500, and the nut may be formed on the lower protrusion 330 using such a screw thread.
  • N2 may be fixedly coupled.
  • the bus bar 500 is interposed between the body portion 310 and the nut (N2) of the terminal bolt 300, the coupling holding force between the bus bar 500 and the terminal bolt 300 This can be secured.
  • two or more lower protrusions 330 may be provided in the terminal bolt 300.
  • a plurality of fastening holes 520 may be formed in the bus bar 500 corresponding to the plurality of lower protrusions 330.
  • the bus bar 500 may be configured to contact at least a portion of the bottom surface of the body portion 310 and at least a portion of the side surface of the body portion 310 of the terminal bolt 300. That is, the bus bar 500 is mounted on the upper portion of the center plate 400 so that the flat portion faces the upper and lower directions, the body portion 310 of the terminal bolt 300 is seated thereon. Therefore, the bus bar 500 may be in contact with the lower portion of the body portion 310, as indicated by C2 in FIG. 8.
  • the bus bar 500 may be configured to be in contact with at least a portion of the side of the body portion 310, as indicated by C3 in FIG. To this end, the bus bar 500 may be configured to be bent to surround at least a portion of the side of the body portion 310 at the lower end of the body portion 310. In this case, the bus bar 500 may be in contact with the side portion as well as the lower portion of the body portion (310).
  • the contact surface area of the bus bar 500 and the terminal bolt 300 is widened, so that the electrical connection between the bus bar 500 and the terminal bolt 300 is made more stable, The resistance can be reduced.
  • the bus bar 500 is configured to surround the side of the body portion 310, when the nut N1 is coupled to the upper protrusion 320 of the terminal bolt 300 to rotate, the terminal bolt 300 is rotated. The torque applied to) can be supported and distributed.
  • the terminal bolt 300 may include a sealing member.
  • the sealing member is a component for sealing the space so that the space between the terminal bolt 300 and the through hole 210 can be sealed.
  • the terminal bolt 300 may be provided with a sealing member in the form of an O-ring at the portion indicated by S in FIG. 8.
  • the sealing member when the upper protrusion 320 of the terminal bolt 300 passes through the through-hole 210 of the pack housing 200, the body portion 310 and the through-hole ( The space between 210 can be sealed.
  • the bus bar 500 may be seated on an upper portion of the center plate 400.
  • the center plate 400 may be located above the cell assembly 100 in the pack housing 200.
  • the center plate 400 may be coupled to an upper portion of the cell assembly 100 by using a fastening member such as a bolt.
  • the seating portion is formed so that the bus bar 500 can be seated, the bus bar 500 of the center plate 400 It may be seated on the seat.
  • the bus bar 500 may be formed in a bent portion, such as a portion indicated by C3 of FIG. 8, and the seating portion of the center plate 400 corresponds to the bent shape of the bus bar 500. It may be formed in the form.
  • the bus bar 500 may be formed in the form bent once again on the inner side (left side of FIG. 8) of the portion denoted by C3, in which case, the center plate 400 also corresponds to this double bent form.
  • the seating portion may be formed in the form. According to this configuration of the present invention, the rigidity and mechanical support of the bus bar 500 can be reinforced, while the torque applied to the terminal bolt 300 can be more strongly supported.
  • the electrical equipment such as BMS 411, current sensor 412, relay 413 and fuse 414, etc. Can be mounted.
  • the battery management system (BMS) 411 refers to a battery management apparatus that generally controls the charge / discharge operation of the battery pack, and the BMS 411 may be referred to as a component that is typically included in the battery pack.
  • the current sensor 412 is a component for sensing the charge and discharge current of the battery pack
  • the relay 413 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 414 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 current sensor 412, the relay 413, and the fuse 414 may exchange information with the BMS 411 and may be controlled by the BMS 411.
  • bent portion 510 and the insertion groove 420 may be formed. This will be described in more detail with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of an end configuration of the bus bar 500 according to another embodiment of the present invention, viewed from the bottom side, and FIG. 10 is a center plate 400 of the bus bar 500 shown in FIG. 9. Is a schematic top view of a configuration coupled to a.
  • the bus bar 500 may include a plurality of bent portions 510, for example, three bent portions 510.
  • the three bent portions 510 may be formed at one end portion and one side portion at each other end (right end portion of FIG. 9) of the bus bar 500.
  • all of these bent portions 510 may be formed to be bent in a downward direction.
  • the center plate 400 may include a plurality of insertion grooves 420, that is, three insertion grooves 420, corresponding to the bent portion 510 forming configuration of the bus bar 500. Accordingly, the insertion grooves 420 of the center plate 400 may be formed at portions indicated by D1, D2, and D3 in FIG. 10. Therefore, in this embodiment configuration of the present invention, the bent portion 510 of the bus bar 500 is inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400 at three positions indicated by D1, D2 and D3 in FIG. There may be a combination configuration.
  • the support structure for the torque due to the combination of the bent portion 510 and the insertion groove 420 can be further strengthened.
  • the coupling configuration of the plurality of bent portions 510 and the insertion grooves 420 distributes and supports the torque applied to the terminal bolt 300
  • the torque supporting force for the terminal bolt 300 is strengthened, and the busbar Forces applied to the 500 and the center plate 400 are dispersed, and thus, the bus bar 500, the center plate 400, the terminal bolt 300, and the like may be more effectively prevented from being damaged, damaged, or deformed due to torque.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a coupling configuration of the bus bar 500 and the terminal bolt 300 according to another embodiment of the present invention.
  • the configuration of FIG. 11 may be referred to as another embodiment of the configuration of FIG. 8.
  • the terminal bolt 300 may include a cover protrusion 340.
  • the cover protrusion 340 may be configured to protrude in a predetermined direction from a portion of the terminal bolt 300, and may be configured to surround the distal end of the bus bar 500.
  • the bus bar when the right end portion of the bus bar 500 is bent downward and the bent portion 510 is inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400, the bus bar ( The cover protrusion 340 is formed to protrude downward from the lower right side of the trunk portion 310 of the body 310, and the cover protrusion 340 is the right end of the bus bar 500, that is, the bus bar 500.
  • the cover protrusion 340 of the terminal bolt 300 may also be configured to be inserted into the insertion groove 420 of the center plate 400 together with the bent portion 510 of the bus bar 500.
  • the cover protrusion 340 of the terminal bolt 300 is inserted into the center plate 400 while surrounding the bus bar 500, when the nut (N1) is coupled to the terminal bolt (
  • the torque burden applied to the terminal bolt 300 may be alleviated.
  • the contact area between the terminal bolt 300 and the bus bar 500 is widened, so that the electrical connection state can be stably maintained and the electrical resistance can be reduced.
  • 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. Particularly, in the case of the battery pack according to the present invention, even when strong vibrations or shocks are frequently applied when the vehicle is driven, due to the various structures in which the torque applied to the terminal bolt 300 is supported, the terminal bolt 300 due to such torque or Damage, damage, deformation, etc. of various peripheral parts such as the bus bar 500 may be prevented.

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 외부로 노출되어 접속 단자로서 기능하는 터미널 볼트에 너트 결합 시, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징; 상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트; 상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및 일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바를 포함한다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩의 외부로 노출되어 접속 단자로서 기능하는 터미널 볼트에 너트 결합 시, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩에 관한 것이다.
본 출원은 2014년 6월 5일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2014-0068470호에 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 중요한 부품 중 하나는 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 있는 등 여러 측면에서 장점이 많아 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 보통 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다. 이러한 자동차용 배터리 팩을 포함한 일반적인 배터리 팩은, 다수의 이차 전지가 적층된 형태로 구비된 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하는 팩 하우징을 포함한다. 또한, 이러한 배터리 팩을 사용하기 위해서는, 배터리 팩과 외부의 장치 사이가 연결용 와이어 등의 연결 부재를 통해 전기적으로 연결되어야 하는데, 이러한 연결을 위해, 배터리 팩에는 접속 단자가 마련될 수 있다.
이러한 접속 단자는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 접속 단자의 대표적인 형태로는 단자의 외면에 나사산이 형성되어 연결 부재가 접속 단자의 외면에 체결되고, 그 위에 너트 등의 체결 부재를 결합시킴으로써 접속 단자와 연결 부재의 체결 상태가 고정되도록 할 수 있다. 이때, 접속 단자는 외면에 나사산이 형성되어 볼트 형태를 갖고 있기 때문에, 터미널 볼트로 지칭되기도 한다.
그런데, 이러한 터미널 볼트는, 너트 등의 체결 부재가 체결되는 과정에서 토크가 가해질 수 있는데, 이러한 토크에 쉽게 손상되거나 변형되지 않아야 한다. 특히, 하이브리드 자동차를 비롯한 전기 자동차의 경우, 사용 중 강한 진동에 자주 노출될 수 있기 때문에, 너트 등의 체결 부재와 터미널 볼트는 서로 강하게 결합될 필요가 있으며, 이로 인해 자동차용 배터리 팩의 터미널 볼트에는 보다 강한 토크가 가해질 수 있다. 따라서, 강한 토크에도 손상되거나 변형되지 않는 배터리 팩이 필요하다. 더욱이, 자동차 등에 사용되는 배터리 팩의 경우, 중대형 배터리 팩으로서, 고전압 및 고용량 특성을 갖고 있다는 점에서, 터미널 볼트 및 주변 부품의 손상이나 변형은 화재나 폭발, 감전 등 다른 큰 피해로 이어질 수 있다는 점에서 더욱 큰 문제가 될 수 있다. 그러므로, 이러한 자동차용 배터리 팩의 경우, 터미널 볼트 등에 대한 토크 관련 성능 요구 조건이 더욱 높다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 터미널 볼트에 너트 결합 시 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선되어, 터미널 볼트의 손상 및 변형 등이 효과적으로 방지될 수 있는 배터리 팩 및 이를 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; 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징; 상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트; 상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및 일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바를 포함한다.
바람직하게는, 상기 버스바는 절곡부를 구비하고, 상기 절곡부가 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 상기 센터 플레이트의 삽입홈은 하부 방향으로 형성되어, 상기 절곡부가 상부에서 하부 방향으로 상기 삽입홈에 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부는, 상기 버스바의 타단 말단부에 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부 및 상기 삽입홈은 둘 이상 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 상기 절곡부의 적어도 일부를 외측에서 감싸도록 상기 절곡부와 함께 상기 삽입홈에 삽입된 커버 돌출부를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 몸통부, 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 돌출부는 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합 가능하게 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는 타단에 체결홀이 형성되고, 상기 하부 돌출부는 적어도 일부가 상기 버스바의 체결홀에 관통되고 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 터미널 볼트의 몸통부 하면의 적어도 일부 및 몸통부 측면의 적어도 일부에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 센터 플레이트의 상부에 안착된다.
또한 바람직하게는, 상기 센터 플레이트는, 상부에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상이 장착된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 상기 팩 하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되되, 상기 터미널 볼트와 관통홀 사이 공간을 실링하는 실링 부재를 구비한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 터미널 볼트에 너트 등의 체결 부재를 회전 결합하는 경우, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩이 제공된다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 토크로 인해 터미널 볼트에 손상이나 변형 등이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 자동차용 배터리 팩 등 성능이 높고 강한 충격이나 진동에 자주 노출되는 배터리 팩의 경우, 이러한 토크 관련 성능 요구 조건이 높다고 할 수 있는데, 본 발명에 의하면, 이러한 높은 토크 조건에 부합하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 측면에 의하면, 토크로 인한 터미널 볼트나 주변 부품 등의 손상이나 변형 등으로 인한, 배터리 팩의 고장을 예방할 수 있음은 물론, 이러한 손상이나 변형 등으로 인해 배터리 팩의 화재나 폭발, 감전 등이 발생하는 것을 방지할 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 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 도 2의 구성에서 일부 구성만을 나타낸 결합 사시도이다.
도 4는, 도 3의 구성에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 하나의 터미널 볼트가 위치한 부분의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5에 도시된 터미널 볼트가 위치하는 부분의 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 7은, 도 5의 상면도이다.
도 8은, 도 7의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 단부 구성을 하부 측에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다.
도 10은, 도 9에 도시된 버스바가 센터 플레이트에 결합된 구성의 개략적인 상면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바와 터미널 볼트의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
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 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
또한, 도 3은 도 2의 구성에서 일부 구성만을 나타낸 결합 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100), 팩 하우징(200), 터미널 볼트(300), 센터 플레이트(400) 및 버스바(500)를 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 팩 하우징(200)은, 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수납할 수 있다. 상기 팩 하우징(200)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)와 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호하는 역할을 할 수 있다.
한편, 상기 팩 하우징(200)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로워 하우징(202) 및 어퍼 하우징(201)을 포함할 수 있다. 이때, 로워 하우징(202)은 상부가 개방되고 내부에 수납 공간을 구비하는 형태로 형성될 수 있으며, 어퍼 하우징(201)은 로워 하우징(202)의 상부 개방부를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 물론, 어퍼 하우징(201) 역시 소정 수납 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(202)에 셀 어셈블리(100)와 같은 내부 구성요소의 대부분이 수납된 후, 어퍼 하우징(201)이 로워 하우징(202)의 상부에 결합되는데, 이때 로워 하우징(202)과 어퍼 하우징(201)은 볼트와 같은 체결 부재를 통해 테두리부가 상호 결합될 수 있다.
상기 터미널 볼트(300)는, 셀 어셈블리(100)와 연결되도록 구성되어, 셀 어셈블리(100)와 외부 장치 사이가 전기적으로 연결될 수 있도록 접속 단자를 제공한다. 일반적으로, 배터리 팩에는 접속 단자로서 양극 단자와 음극 단자가 모두 구비되어야 하기 때문에, 터미널 볼트(300) 역시 양극 터미널 볼트(301)와 음극 터미널 볼트(302)가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 터미널 볼트(300)는, 외부 장치의 연결이 용이하도록 팩 하우징(200)의 외부로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이를 위해, 팩 하우징(200), 특히 어퍼 하우징(201)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 관통홀(210)이 형성될 수 있으며, 이러한 관통홀(210)을 통해 터미널 볼트(300)의 일부분이 팩 하우징(200)의 외부로 돌출된 형태로 노출될 수 있다.
상기 센터 플레이트(400)는, 상부와 하부에 넓은 면을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 센터 플레이트(400)는, 팩 하우징(200)의 내부 공간에서 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 센터 플레이트(400)에는 터미널 볼트(300)가 장착될 수 있다.
상기 버스바(500)는, 셀 어셈블리(100)와 터미널 볼트(300) 사이에 구비되어, 이들 사이를 전기적으로 연결시키는 구성요소이다. 이를 위해, 상기 버스바(500)는 일단이 셀 어셈블리(100)의 전극 단자(110) 측에 전기적으로 연결되고, 타단이 터미널 볼트(300)에 직접 접촉된 형태로 연결될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)의 전극 단자(110)는 양극 어셈블리 단자(111)와 음극 어셈블리 단자(112)로 구성되고, 터미널 볼트(300)도 양극 터미널 볼트(301)와 음극 터미널 볼트(302)로 구성될 수 있기 때문에, 상기 버스바(500) 역시 양극 버스바(501) 및 음극 버스바(502)를 포함할 수 있다. 이 경우, 양극 버스바(501)는 양극 어셈블리 단자(111)와 양극 터미널 볼트(301) 사이를 전기적으로 연결하고, 음극 버스바(502)는 음극 어셈블리 단자(112)와 음극 터미널 볼트(302) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이처럼, 버스바(500)는 전기적 연결을 위한 구성요소이기 때문에 전기적 전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 특히 어느 정도의 기계적 강도를 확보하기 위해 구리와 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
한편, 상기 양극 버스바(501)나 음극 버스바(502)는 둘 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 버스바(501)는 4개의 단위 버스바(500)로 구성되고, 음극 버스바(502)는 1개의 단위 버스바(500)로 구성될 수 있다. 여기서, 4개의 양극 단위 버스바(500)는 서로 직접적으로 연결되거나, 전류센서나 릴레이, 퓨즈 등과 같은 전장품을 통해 서로 연결될 수 있다.
이와 같이, 터미널 볼트(300)는, 셀 어셈블리(100)에 전기적으로 연결되어, 배터리 팩의 외부 단자로서 기능하며, 셀 어셈블리(100)에 구비된 이차 전지의 충전 또는 방전을 위해, 모터 또는 충전기와 같은 외부 장치와 연결되도록 구성된다. 이때, 터미널 볼트(300)에는 외부 장치가 직접 연결되거나, 외부 장치와 연결하기 위한 연결 부재가 연결될 수 있다.
이때, 이러한 외부 장치 또는 연결 부재와의 연결을 용이하게 하는 한편, 연결된 상태에서의 고정력을 확보하기 위해, 터미널 볼트(300)에는 너트가 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 하나의 터미널 볼트(300)가 위치한 부분의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 터미널 볼트(300)가 위치하는 부분의 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 분리하여 나타낸 사시도이다. 또한, 도 7은 도 5의 상면도이고, 도 8은 도 7의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 터미널 볼트(300)에는 너트가 결합될 수 있으며, 이러한 너트의 결합을 위해 터미널 볼트(300)의 적어도 일부분에는 나사산이 형성될 수 있다. 이 경우, 도 5에서 화살표로 표시된 바와 같이, 너트가 회전함으로써 터미널 볼트(300)에 너트가 체결될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 도 8의 C1 부분에 표시된 바와 같이, 버스바(500)의 적어도 일부는 센터 플레이트(400)에 삽입 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 터미널 볼트(300) 및 버스바(500)는 센터 플레이트(400)에 안착될 수 있는데, 이때 센터 플레이트(400)에는 삽입홈(420)이 형성될 수 있다. 그리고, 버스바(500)는 일부분이 이러한 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)의 삽입 결합 구성이 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 지지 및 완화할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)에 너트가 결합하여 회전하는 경우, 터미널 볼트(300)에는 토크가 가해질 수 있는데, 상기 구성과 같이 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 결합되는 경우, 이러한 삽입 결합 구성이 터미널 볼트(300)의 회전을 막는 것은 물론, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크의 일부를 흡수하여, 토크를 분산 및 완화시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 터미널 볼트(300)에 강한 토크가 인가되더라도, 터미널 볼트(300)나 주변 구성요소들의 손상이나 파손, 변형 등을 방지할 수 있다.
특히, 상기 버스바(500)는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일부분이 절곡된 형태로 형성된 절곡부(510)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입됨으로써, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 결합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510)는, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 절곡부(510)의 형태에 상응하여, 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420) 역시, 센터 플레이트(400)의 상부 표면에서 하부 방향으로 형성될 수 있다. 이 경우, 버스바(500)의 절곡부(510)가 상부에서 하부 방향으로 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입됨으로써, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 체결되도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 버스바(500)의 절곡부(510)를 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입시키기 위해, 버스바(500)를 센터 플레이트(400)의 상부에 안착시키면서 절곡부(510)가 삽입홈(420)에 끼워지도록 위치를 맞추면 되므로, 센터 플레이트(400)에 대한 버스바(500)의 조립 공정이 간단해질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부(510)는, 버스바(500)의 타단 말단부에 형성될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 구성을 참조하면, 버스바(500)는 좌측에서 우측 방향으로 길게 연장되는 형태로 구성될 수 있으며, 우측 단부에 터미널 볼트(300)가 접촉 결합되도록 구성될 수 있다. 이때, 버스바(500)의 우측 단부에서 가장 끝 부분, 즉 우측 말단부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 우측 말단부가 절곡부(510)로서 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
이처럼, 절곡부(510)가 버스바(500)의 말단부에 형성되는 실시예에 의하면, 버스바(500)의 절곡부(510)를 센터 플레이트(400)에 조립시키는 공정이 용이해지고, 이로 인해 배터리 팩 제조 시간이 단축될 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 절곡부(510)는 버스바(500)의 말단부가 아닌 중간의 소정 지점에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 버스바(500)는 좌측에서 우측 방향으로 연장되어 우측 단부가 터미널 볼트(300)에 결합되되, 터미널 볼트(300)의 좌측 부분에 돌출부, 또는 U자형의 절곡부(510)가 형성될 수 있고, 이에 대응하는 센터 플레이트(400) 부분에 삽입홈(420)이 형성되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 이러한 돌출부 또는 U자형의 절곡부(510)가 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 터미널 볼트(300)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 몸통부(310), 상부 돌출부(320) 및 하부 돌출부(330)를 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 몸통부(310)는, 버스바(500)와 직접적으로 접촉하는 구성요소라 할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)는 몸통부(310)의 하부가 버스바(500)의 상부에 접촉하도록 구성됨으로써, 버스바(500)와 직접 전기적으로 연결되는 부분이라 할 수 있다.
상부 돌출부(320)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)에서 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 너트(N1)가 결합될 수 있다. 그리고, 이러한 상부 돌출부(320)는, 적어도 일부가 팩 하우징(200)의 관통홀(210)을 관통하여 팩 하우징(200)의 외부로 노출될 수 있다. 한편, 상부 돌출부(320)에는, 너트(N1)가 결합될 수 있도록, 외면에 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 상부 돌출부(320)에는, 이러한 너트(N1) 이외에, 외부 장치 또는 외부 장치와 연결되기 위한 연결 부재가 연결될 수 있다.
하부 돌출부(330)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)에서 하부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 하부 돌출부(330)는, 적어도 일부가 버스바(500)를 관통하여 버스바(500)에 체결될 수 있다. 이를 위해, 버스바(500)는, 도면에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)와 접촉하는 타단부에 체결홀(520)이 형성될 수 있으며, 하부 돌출부(330)는, 이러한 버스바(500)의 체결홀(520)을 관통하도록 구성될 수 있다.
여기서, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 체결 구성에 대한 고정력을 강화하기 위해, 하부 돌출부(330)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있으며, 이러한 나사산을 이용해 하부 돌출부(330)에 너트(N2)가 결합 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)와 너트(N2) 사이에 버스바(500)가 개재됨으로써, 버스바(500)와 터미널 볼트(300) 사이의 결합 고정력이 확보될 수 있다.
여기서, 하부 돌출부(330)는, 터미널 볼트(300)에 둘 이상 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 하부 돌출부(330)에 대응하여 버스바(500)에는 복수의 체결홀(520)이 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 터미널 볼트(300) 및 버스바(500)의 결합 구성에 있어서, 다수의 하부 돌출부(330) 및 체결홀(520)이 결합되므로, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 결합이 더욱 견고해질 수 있고, 터미널 볼트(300)에 대한 토크의 지지가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 버스바(500)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310) 하면의 적어도 일부 및 몸통부(310) 측면의 적어도 일부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 즉, 버스바(500)는 평평한 부분이 상부 및 하부 방향을 향하도록 센터 플레이트(400)의 상부에 장착되며, 그 상부에 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)가 안착된다. 따라서 버스바(500)는, 도 8에서 C2로 표시된 부분과 같이, 몸통부(310)의 하부에 접촉될 수 있다.
또한, 버스바(500)는, 도 8에서 C3로 표시된 부분과 같이, 몸통부(310)의 측면의 적어도 일부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 버스바(500)는, 몸통부(310)의 하부 끝부분에서 몸통부(310)의 측면을 적어도 일부 감싸도록 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 버스바(500)는, 몸통부(310)의 하부뿐 아니라, 측면부에도 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 접촉 표면적이 넓어짐으로써 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 전기적 연결이 보다 안정적으로 이루어지고 연결 부분에서의 전기적 저항이 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 버스바(500)가 몸통부(310)의 측면을 감싸도록 구성되어 있으므로, 터미널 볼트(300)의 상부 돌출부(320)에 너트(N1)가 결합하여 회전하는 경우, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 지지 및 분산시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 터미널 볼트(300)는, 실링 부재를 구비할 수 있다.
상기 실링 부재는, 터미널 볼트(300)와 관통홀(210) 사이 공간이 밀폐될 수 있도록, 이 공간을 실링하는 구성요소이다. 예를 들어, 터미널 볼트(300)는, 도 8에서 S로 표시된 부분에 O-링 형태의 실링 부재를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 실링 부재는, 터미널 볼트(300)의 상부 돌출부(320)가 팩 하우징(200)의 관통홀(210)을 관통할 때, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)와 관통홀(210) 사이 공간을 밀폐시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 실링 부재로 인해, 배터리 팩 내부에서 가스 발생시, 이러한 터미널 볼트(300)와 팩 하우징(200) 사이의 틈을 통해 외부로 배출되는 것을 방지함은 물론, 배터리 팩 외부의 수분이나 이물질 등이 이러한 틈을 통해 배터리 팩 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 버스바(500)는, 센터 플레이트(400)의 상부에 안착될 수 있다. 센터 플레이트(400)는 팩 하우징(200)의 내부에서 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 센터 플레이트(400)는, 볼트 등의 체결 부재를 이용하여 셀 어셈블리(100)의 상부에 결합될 수 있다. 그리고, 이러한 센터 플레이트(400)에는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 버스바(500)가 안착될 수 있도록 안착부가 형성되어 있으며, 버스바(500)는 이러한 센터 플레이트(400)의 안착부에 안착될 수 있다. 특히, 버스바(500)는, 도 8의 C3로 표시된 부분과 같이, 일부분이 절곡된 형태로 형성될 수 있으며, 센터 플레이트(400)의 안착부는 이러한 버스바(500)의 절곡된 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 버스바(500)는 C3로 표시된 부분의 내측(도 8의 좌측)에서 다시 한번 절곡된 형태로 형성될 수 있는데, 이 경우, 센터 플레이트(400) 역시 이러한 이중으로 절곡된 형태에 대응되는 형태로 안착부가 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)의 강성 및 기계적 지지력을 보강하는 한편, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 보다 강하게 지지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센터 플레이트(400)의 상부에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전장품, 이를테면 BMS(411), 전류센서(412), 릴레이(413) 및 퓨즈(414) 등이 장착될 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)(411)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS(411)는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소라 할 수 있다.
또한, 전류센서(412)는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이(413)는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈(414)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서(412), 릴레이(413) 및 퓨즈(414)는 BMS(411)와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS(411)에 의해 제어될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부(510) 및 상기 삽입홈(420)은 둘 이상 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9 및 도 10을 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바(500)의 단부 구성을 하부 측에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 버스바(500)가 센터 플레이트(400)에 결합된 구성의 개략적인 상면도이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 버스바(500)는 복수의 절곡부(510), 이를테면 3개의 절곡부(510)를 구비할 수 있다. 또한, 이러한 3개의 절곡부(510)는, 버스바(500)의 타단(도 9의 우측 단부)에서 말단부에 1개, 그리고 양 측부에 각각 1개씩 형성될 수 있다. 특히, 이러한 절곡부(510)는 모두 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
이러한 3개의 절곡부(510)는, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)의 결합 시, 도 10에서 D1, D2 및 D3로 표시된 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510) 형성 구성에 대응하여, 센터 플레이트(400)는 복수의 삽입홈(420), 즉 3개의 삽입홈(420)을 구비할 수 있다. 따라서, 도 10에서 D1, D2 및 D3로 표시된 부분에서, 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)이 형성될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예 구성에서는, 도 10의 D1, D2 및 D3로 표시된 3개의 위치에서 버스바(500)의 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입되는 결합 구성이 존재할 수 있다.
이러한 실시예와 같이, 절곡부(510) 및 삽입홈(420)이 복수 형성되는 구성에 의하면, 절곡부(510)와 삽입홈(420)의 결합 구성으로 인한 토크의 지지 구성이 더욱 강화될 수 있다. 즉, 복수의 절곡부(510)와 삽입홈(420)의 결합 구성이 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 분산하여 지지하므로, 터미널 볼트(300)에 대한 토크 지지력이 강화되는 한편, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)에 가해지는 힘이 분산되어, 토크로 인한 버스바(500)와 센터 플레이트(400), 터미널 볼트(300) 등의 손상이나 파손, 변형 등을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 특히, 도 11의 구성은, 도 8의 구성에 대한 다른 실시예라 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 터미널 볼트(300)는, 커버 돌출부(340)를 구비할 수 있다. 상기 커버 돌출부(340)는, 터미널 볼트(300)의 일부에서 소정 방향으로 돌출되도록 구성되어, 버스바(500)의 말단부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 도 11에 도시된 바와 같이, 버스바(500)의 우측 말단부가 하부 방향으로 절곡되고 이러한 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입된 경우, 버스바(500)의 몸통부(310)의 우측면 하부에서 하부 방향으로 돌출된 형태로 커버 돌출부(340)가 형성되고, 이러한 커버 돌출부(340)가 버스바(500)의 우측 말단부, 즉 버스바(500)의 절곡부(510)를 외측(도 11의 우측)에서 감싸도록 구성될 수 있다. 이때, 터미널 볼트(300)의 커버 돌출부(340) 역시, 버스바(500)의 절곡부(510)와 함께 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 터미널 볼트(300)의 커버 돌출부(340)가 버스바(500)를 감싸면서 센터 플레이트(400)에 삽입되는 구조에 의해, 너트(N1) 결합 시 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크가 지지됨으로써, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크 부담이 완화될 수 있다. 뿐만 아니라, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 접촉 면적이 넓어져 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지되고 전기적 저항이 감소될 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, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 자동차 운행 시, 강한 진동이나 충격이 자주 인가되더라도 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크가 지지되는 여러 구조로 인해, 이러한 토크로 인한 터미널 볼트(300)나 버스바(500)와 같은 주변 여러 부품들의 파손이나 손상, 변형 등이 방지될 수 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, 우, 전, 후와 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 (14)

  1. 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징;
    상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트;
    상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및
    일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 절곡부를 구비하고, 상기 절곡부가 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 상기 센터 플레이트의 삽입홈은 하부 방향으로 형성되어, 상기 절곡부가 상부에서 하부 방향으로 상기 삽입홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부는, 상기 버스바의 타단 말단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부 및 상기 삽입홈은 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 상기 절곡부의 적어도 일부를 외측에서 감싸도록 상기 절곡부와 함께 상기 삽입홈에 삽입된 커버 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 몸통부, 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 돌출부는 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 버스바는 타단에 체결홀이 형성되고,
    상기 하부 돌출부는 적어도 일부가 상기 버스바의 체결홀에 관통되고 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 터미널 볼트의 몸통부 하면의 적어도 일부 및 몸통부 측면의 적어도 일부에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 센터 플레이트의 상부에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센터 플레이트는, 상부에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상이 장착된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 상기 팩 하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되되, 상기 터미널 볼트와 관통홀 사이 공간을 실링하는 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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