WO2017146395A1 - 배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체 - Google Patents

배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체 Download PDF

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WO2017146395A1
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battery pack
battery
storage case
flange
inner frame
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PCT/KR2017/001305
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강인재
이범현
김현규
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack electrical box and a battery pack structure using the same, and more particularly, to prevent the deformation of the battery pack structure due to the load or external impact of the battery pack and improve the strength and durability of the battery pack electrical box and the same It relates to a used battery pack structure.
  • a secondary battery refers to a battery capable of charging and discharging, such as a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • secondary batteries are widely used in the form of battery packs.
  • Such a battery pack is configured to include one or more battery modules that connect a plurality of battery cells in series or in parallel representing an output voltage ranging from about 2.5V to 4.2V.
  • the battery pack includes a plurality of battery cells or a plurality of battery modules, deformation or breakage of the battery pack case may occur due to its own load or external impact when carrying or installing the battery pack.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to prevent the deformation of the battery pack structure due to the load or external impact of the battery pack, improve the strength and durability, as well as to facilitate the carrying or mounting of the battery pack electrical equipment box And to provide a battery pack structure using the same.
  • a battery pack electrical box includes a battery protection circuit that is embedded in a battery pack structure that accommodates one or more battery modules, and protects the battery module; And a housing accommodating the battery protection circuit, wherein the housing includes a flange supporting the inner frame in contact with an inner frame constituting the bearing structure of the battery pack structure.
  • the flange may include: a first flange coupled to an upper surface of a vertical frame forming a vertical structure among the inner frames of the battery pack structure; And a second flange extending and bent from the first flange to support a side of the vertical frame.
  • a battery pack structure according to an embodiment of the present invention, the electrical storage box having a housing that houses the battery protection circuit; A storage case having an inner frame constituting a load-bearing structure and an outer panel supported by the inner frame, and accommodating the electric box and the battery module protected by the electric box; And a top cover covering an upper opening of the storage case, wherein the housing of the electrical equipment box includes a flange that contacts the inner frame of the storage case and supports the inner frame.
  • the inner frame of the storage case a plurality of vertical frame to form a vertical structure
  • the flange provided in the housing of the electrical equipment box
  • the first flange is coupled to the upper surface of the vertical frame
  • a second flange extending and bent from the first flange to support a side of the vertical frame.
  • the battery pack structure may further include a grip rod coupled to an inner frame of the storage case at an opening side of the storage case.
  • the top cover may include a snap-fit coupling portion that is coupled to the grip rod in a snap-fit manner.
  • the top cover may further include a fixing part fixed to the storage case, and an opening and closing part of which one end is rotatably coupled to the fixing part to open and close the opening of the storage case.
  • the snap-fit coupling portion may be located on the bottom surface of the opening and closing portion.
  • the present invention by providing a flange for supporting the inner frame of the battery pack in the housing of the electrical equipment box installed inside the battery pack, to prevent structural deformation of the battery pack due to the load or external impact, etc. And durability can be improved.
  • the battery pack may be easily transported or mounted, and the structure of the outer case of the battery pack may be simplified and space utilization may be increased.
  • the coupling part coupled to the grip rod and the snap-fit method to the top cover of the battery pack to prevent the grip rod from being exposed to the outside can facilitate the opening and closing of the top cover and the use of the grip rod.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery pack structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which a storage case and a top cover of the battery pack structure illustrated in FIG. 1 are separated.
  • FIG. 3 is an enlarged view illustrating an opening of the storage case illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of a load bearing structure constituting the storage case.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a battery pack electrical box according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a top perspective view illustrating an upper housing of the electrical box illustrated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a bottom perspective view illustrating the upper housing of the electrical box shown in FIG. 5.
  • FIG. 8 is a front view illustrating the upper housing of the electrical box of FIG. 5.
  • FIG. 9 is a bottom perspective view illustrating the top cover illustrated in FIG. 2.
  • 10 and 11 are vertical cross-sectional view showing the coupling process between the top cover and the rod for grip.
  • FIG. 12 is a perspective view illustrating a top cover of a battery pack structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an open / closed portion of the top cover illustrated in FIG. 12.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack structure 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the storage case 100 and the top cover 200 of the battery pack structure 10 illustrated in FIG. 1 are separated.
  • 3 is an enlarged view of the opening of the storage case 100 illustrated in FIG. 2.
  • the battery pack structure 10 includes a storage case 100, a top cover 200, and an electrical equipment box 300.
  • the storage case 100 has an internal frame 110 constituting a load-bearing structure and an exterior panel 120 supported by the internal frame, and protected by the electrical equipment box 300 and the electrical equipment box 300 in the internal space.
  • One or more battery modules (not shown).
  • the battery module may have a stacked structure in which a plurality of battery cells are stacked in series or in parallel.
  • the battery pack structure 10 may further include a grip rod 130 coupled to the inner frame 110 of the storage case 100 at the opening side of the storage case 100. As such, the grip rod 130 is coupled to the inner frame 110 of the battery pack structure 10, thereby facilitating the carrying or mounting of the battery pack structure 10 as well as the outside of the battery pack structure 10. Simplify the structure and increase space utilization.
  • the electronic device box 300 controls the charging / discharging operation of the battery module stored in the storage case 100 and performs energy balancing to prevent voltage imbalance between the battery cells constituting the battery module, or Perform battery protection by cutting off current when over current occurs.
  • the electronic box 300 may include a battery protection circuit such as a battery management system (BMS) circuit or a current interrupting circuit and a housing for accommodating the same.
  • BMS battery management system
  • the electrical equipment box 300 performs a protection function for the battery module and simultaneously supports the inner frame 110 of the storage case 100 through the housing structure to support the battery pack structure. Prevent deformation of 10 and improve strength and durability.
  • the top cover 200 is coupled to the storage case 100 to cover the upper opening of the storage case 100.
  • the top cover 200 may be coupled to the grip rod 130 coupled to the inner frame 110 of the storage case 100 in a snap-fit manner.
  • the top cover 200 covers the openings of the storage case 100 so that the internal components of the storage case 100 and the grip rod 130 are not exposed to the outside, so that the top cover 200 of the battery pack structure 10 It is possible to protect the internal components, to prevent the introduction of foreign matters and to compact the external structure of the battery pack structure (10).
  • FIG. 4 illustrates an example of the strength structure constituting the storage case 100 in a perspective view.
  • the load bearing structure of the storage case 100 includes an inner frame 110 that forms a basic frame of the storage case 100 and an inner frame that is accommodated in an inner space of the inner frame 110.
  • Supporting 110 includes a electrical box 300 to improve the strength and durability of the battery pack structure.
  • the inner frame 110 may include a plurality of vertical frames 112 forming a vertical structure, and a plurality of horizontal frames 114 and 116 supporting the vertical frames.
  • the vertical frame 112 may be composed of four channel beams.
  • the horizontal frames 114 and 116 may include a long volt 114 in the form of a rod and a bracket 116 in the form of a panel.
  • the long bolt 114 is coupled to the vertical frame 112, each end is different from each other to support between the two vertical frames.
  • both sides of the bracket 116 is coupled to the vertical frame 112, each of which is different from each other to support between the two vertical frames, the lower end is bent to the inner space side of the inner frame 110 to the inner space Support one or more battery modules received.
  • a pair of grip rods 130 may be coupled to an upper end of the inner frame 110, and a lower cover 118 may be coupled to a lower end of the inner frame 110.
  • the electrical equipment box 300 is embedded in a battery pack for storing one or more battery modules as described above, and is accommodated in an internal space formed by the internal frame 110 of the storage case 100 to be in contact with the internal frame 110. Thereby supporting the inner frame 110.
  • FIG 5 is a perspective view of a battery pack electrical equipment box 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrical box 300 includes a battery protection circuit (not shown) such as a battery management system (BMS) circuit or a current interrupting circuit, and housings 310 and 320 that accommodate the same.
  • a battery protection circuit such as a battery management system (BMS) circuit or a current interrupting circuit
  • the housings 310 and 320 of the electrical equipment box 300 contact flanges 322 and 324 supporting the inner frames 110 by contacting the inner frames 110 forming the bearing structure of the battery pack. Equipped.
  • the housings 310 and 320 of the electronic box 300 may include a lower housing 310 in which various battery protection circuits are accommodated, and a fuse holder 312 of a current blocking circuit is disposed, and the lower housing (
  • the upper housing 320 may be coupled to the upper housing 320 to cover the upper opening of the lower housing 310.
  • the lower housing 310 may be configured to have a shape that matches the inner space formed by the inner frame 110 of the storage case 100 to primarily support the inner frame 110.
  • the upper housing 320 is fixed to the lower housing 310 and may be configured to have the above-described flanges (322, 324).
  • FIG. 6, 7 and 8 show an upper perspective view, a lower perspective view, and a front view of the upper housing 320 of the electrical equipment box shown in FIG. 5, respectively.
  • the upper housing 320 has a shape that matches the lower housing 310, and includes a first flange 322, a second flange 324, a fuse holder insertion hole 326, and the like. It may be provided.
  • the first flange 322 protrudes from the body of the upper housing 320 and is coupled to the upper surface of the vertical frame 112 forming a vertical structure among the internal frames 110 of the battery pack structure 10.
  • the first flange 322 may be coupled to the top surface of the vertical frame 112 through a screw or the like.
  • the second flange 324 extends and bends in the first flange 322 to support the side of the vertical frame 112.
  • a fuse holder 312 disposed in the lower housing 310 is inserted into the fuse holder insertion hole 326.
  • the fuse holder insertion hole 326 is formed in the stepped portion of the upper housing 320 which is bent downward to facilitate the insertion of the fuse holder 312 and the replacement of the fuse.
  • the housings 310 and 320 of the electrical equipment box 300 fit the inner frame 110 of the battery pack structure 10 and at the same time support the vertical frame 112 of the inner frame 110. It is configured to have the (322, 324), to prevent the x, y, z axial deformation of the battery pack structure due to the full load or external impact of the battery pack without any additional member, and to improve the strength and durability of the battery pack structure Can be.
  • FIG. 9 shows the top cover 200 shown in FIG. 2 in a downward perspective view.
  • the top cover 200 may include a body portion 210 and a snap-fit coupling portion 220.
  • the body portion 210 of the top cover 200 is basically configured to be joined to the top opening of the storage case 100.
  • Snap fit coupling portion 220 is installed on the bottom of the body portion 210, coupled to the snap rod (130) provided on the grip rod 130 provided in the inner frame 110 of the storage case 100 in a snap-fit (snap-fit) method. do.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate the coupling process between the top cover 200 and the grip rod 130 in a vertical cross-sectional view.
  • the snap-fit coupling portion 220 is a fixing portion 222 fixed to the body portion 210 of the top cover 200, a pair protruding from the fixing portion 222.
  • the elastic protrusion 224 of the, and the fixing member 222 may include a screw member 226 for fixing to the bottom of the body portion (210).
  • the elastic protrusion 224 of the snap-fit coupling portion 220 may be formed of a variety of materials having an elastic force, and has a curved portion of various shapes to facilitate the coupling and detachment of the rod 130 for grip. Can be.
  • FIG. 12 is a perspective view of a top cover of a battery pack structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an open state of the top cover illustrated in FIG. 12.
  • the top cover 400 of the battery pack structure may include a body portion 410 and a snap-fit coupling portion 420.
  • the body part 410 of the top cover 400 is basically configured to be joined to the top opening of the storage case 100, and may include a fixing part 410a and an opening / closing part 410b. That is, the fixing part 410a is coupled to and fixed to the opening side of the storage case 100. In this case, the fixing part 410a may be coupled to the storage case 100 in various ways such as screw coupling or snap fit coupling.
  • one end of the opening and closing portion 410b is rotatably coupled to the fixing portion 410a, and opens and closes a portion in which the grip rod 130 is located among the openings of the storage case 100.
  • the one end of the opening and closing portion 410b may be coupled to the fixing portion 410a by a hinge or may be coupled to an elastic material capable of a rotation operation.
  • the snap-fit coupling portion 420 is installed on the bottom of the opening and closing portion 410b, the grip rod 130 provided in the inner frame 110 of the storage case 100 in accordance with the opening and closing operation of the opening and closing portion 410b. Can be joined or removed in a snap fit manner.
  • the configuration and operation of the snap fit coupler 420 may be described corresponding to the snap fit coupler 220 of FIGS. 10 and 11.
  • the battery pack structures according to various embodiments of the present disclosure are included in a vehicle using electric power, such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle, to supply power in a corresponding vehicle environment. It can be implemented as.
  • the present invention by providing a flange for supporting the inner frame of the battery pack in the housing of the electrical equipment box installed inside the battery pack, the structure of the battery pack due to the load or external impact of the battery pack without a separate member It can prevent deformation and improve strength and durability.
  • the rod for grip to the inner frame of the battery pack, the battery pack may be easily transported or mounted, and the structure of the outer case of the battery pack may be simplified and space utilization may be increased.
  • the coupling part coupled to the grip rod and the snap-fit method to the top cover of the battery pack to prevent the grip rod from being exposed to the outside can facilitate the opening and closing of the top cover and the use of the grip rod.
  • the embodiments according to the present invention can solve various technical problems other than the contents mentioned in the related art as well as the related art.

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Abstract

배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체 기술이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 전장 박스는, 하나 이상의 배터리 모듈을 수납하는 배터리 팩 구조체에 내장되며, 상기 배터리 모듈을 보호하는 배터리 보호 회로; 및 상기 배터리 보호 회로를 수납하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 배터리 팩 구조체의 내력 구조를 이루는 내부 프레임에 접촉하여 상기 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비하여, 배터리 팩의 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩 구조의 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선한다.

Description

배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체
본 출원은 2016년 2월 24일에 출원된 한국 특허출원 제10-2016-0022041호를 기초로 한 우선권 주장을 수반하며, 해당 특허출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩 구조의 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선하는 배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 배터리(secondary battery)는 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 수소 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같이 충·방전이 가능한 배터리를 말한다. 최근, 이차 배터리가 전기 차량(electric vehicle)이나 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle) 등과 같이 높은 출력 전압과 많은 충전 용량을 요구하는 장치들에 적용되면서, 이차 배터리는 배터리 팩(battery pack) 형태로 널리 사용되고 있다. 이러한 배터리 팩은 약 2.5V에서 4.2V 범위의 출력 전압을 나타내는 다수의 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한 배터리 모듈(battery module)을 하나 이상 포함하도록 구성되는 것이다.
이와 같이, 배터리 팩은 다수의 배터리 셀 내지 다수의 배터리 모듈을 포함하기 때문에, 배터리 팩의 운반이나 장착 시 자체 하중이나 외부 충격 등으로 인해 배터리 팩 케이스의 변형이나 파손이 발생할 수 있다.
더욱이, 한국 공개특허공보 제10-2015-0014574호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 배터리 팩의 운반을 위해 배터리 팩 케이스 외부에 별도의 손잡이를 결합시키기 때문에, 배터리 팩의 외부 구조를 복잡하게 하고 배터리 팩 케이스나 손잡이의 파손을 초래하는 문제가 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2014-0137502호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 배터리 팩의 운반을 위해 배터리 팩 케이스에 내부로 함입되는 함입형 손잡이를 형성하기 때문에, 배터리 팩의 외부 구조를 복잡하게 함은 물론 내부 공간 활용도를 떨어뜨리는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 팩의 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩 구조의 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선함은 물론, 배터리 팩의 운반이나 장착을 용이하게 하는 배터리 팩용 전장 박스 및 이를 이용한 배터리 팩 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 전장 박스는, 하나 이상의 배터리 모듈을 수납하는 배터리 팩 구조체에 내장되며, 상기 배터리 모듈을 보호하는 배터리 보호 회로; 및 상기 배터리 보호 회로를 수납하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 배터리 팩 구조체의 내력 구조를 이루는 내부 프레임에 접촉하여 상기 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 배터리 팩 구조체의 내부 프레임 중 수직 구조를 이루는 수직 프레임의 상단면에 결합되는 제1 플랜지; 및 상기 제1 플랜지에서 연장 및 절곡되어 상기 수직 프레임의 측면을 지지하는 제2 플랜지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체는, 배터리 보호 회로를 수납하는 하우징을 가지는 전장 박스; 내력 구조를 이루는 내부 프레임과 상기 내부 프레임에 의해 지지되는 외장 패널을 가지며, 상기 전장 박스와 상기 전장 박스에 의해 보호되는 배터리 모듈을 수납하는 수납 케이스; 및 상기 수납 케이스의 상단 개구부를 커버하는 탑 커버를 포함하고, 상기 전장 박스의 하우징은, 상기 수납 케이스의 내부 프레임에 접촉하여 상기 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수납 케이스의 내부 프레임은, 수직 구조를 이루는 복수의 수직 프레임을 포함하고, 상기 전장 박스의 하우징에 구비된 플랜지는, 상기 수직 프레임의 상단면에 결합되는 제1 플랜지, 및 상기 제1 플랜지에서 연장 및 절곡되어 상기 수직 프레임의 측면을 지지하는 제2 플랜지를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 팩 구조체는, 상기 수납 케이스의 개구부 측에서 상기 수납 케이스의 내부 프레임에 결합되는 그립용 로드를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탑 커버는, 상기 그립용 로드에 스냅핏(snap-fit) 방식으로 결합되는 스냅핏 결합부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탑 커버는, 상기 수납 케이스에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 일단이 회동 가능하게 결합되어 상기 수납 케이스의 개구부를 개폐하는 개폐부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 스냅핏 결합부는, 상기 개폐부의 저면에 위치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩 내부에 설치되는 전장 박스의 하우징에 배터리 팩의 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비함으로써, 별도 부재 없이 배터리 팩의 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩의 구조적 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선할 수 있다.
또한, 배터리 팩의 내부 프레임에 그립용 로드를 결합함으로써, 배터리 팩의 운반이나 장착을 용이하게 함은 물론 배터리 팩의 외부 케이스 구조를 단순화하고 공간 활용도를 높일 수 있다.
또한, 그립용 로드가 외부에 노출되지 않도록 하는 배터리 팩의 탑 커버에 그립용 로드와 스냅핏 방식으로 결합하는 결합부를 구비함으로써, 탑 커버의 개폐와 그립용 로드의 사용을 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩 구조체의 수납 케이스와 탑 커버가 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 수납 케이스의 개구부를 나타낸 확대도이다.
도 4는 수납 케이스를 구성하는 내력 구조의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 전장 박스를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 전장 박스의 상부 하우징을 나타낸 상방 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 전장 박스의 상부 하우징을 나타낸 하방 사시도이다.
도 8은 도 5에 도시된 전장 박스의 상부 하우징을 나타낸 정면도이다.
도 9는 도 2에 도시된 탑 커버를 나타낸 하방 사시도이다.
도 10 및 도 11은 탑 커버와 그립용 로드 간의 결합 과정을 나타낸 수직 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체의 탑 커버를 나타낸 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 탑 커버의 개폐부가 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체(10)가 사시도로 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 배터리 팩 구조체(10)의 수납 케이스(100)와 탑 커버(200)가 분리된 상태가 사시도로 도시되어 있다. 도 3에는 도 2에 도시된 수납 케이스(100)의 개구부가 확대도로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체(10)는 수납 케이스(100), 탑 커버(200) 및 전장 박스(300)를 포함한다.
수납 케이스(100)는, 내력 구조를 이루는 내부 프레임(110)과 이러한 내부 프레임에 의해 지지되는 외장 패널(120)을 가지며, 내부 공간에 전장 박스(300)와 상기 전장 박스(300)에 의해 보호되는 하나 이상의 배터리 모듈(미도시)을 수납한다. 이때, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬 연결되어 적층된 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 배터리 팩 구조체(10)는 이러한 수납 케이스(100)의 개구부 측에서 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 결합되는 그립용 로드(130)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 배터리 팩 구조체(10)의 내부 프레임(110)에 그립용 로드(130)가 결합됨으로써, 배터리 팩 구조체(10)의 운반이나 장착을 용이하게 함은 물론 배터리 팩 구조체(10)의 외부 구조를 단순화하고 공간 활용도를 높일 수 있다.
전장 박스(300)는, 수납 케이스(100)에 수납되는 배터리 모듈의 충·방전 동작 제어하고 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하여 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들 간의 전압 불균형 상태를 방지하거나, 배터리 모듈에 과전류 발생 시 전류를 차단하는 등 배터리 보호 기능을 수행한다. 이를 위해, 전장 박스(300)는 BMS(Battery Management System) 회로나 전류 차단 회로 등과 같은 배터리 보호 회로와 이를 수납하는 하우징을 포함할 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 본 발명에 있어서 전장 박스(300)는, 배터리 모듈에 대한 보호 기능을 수행함과 동시에, 그 하우징 구조를 통해 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)을 지지하여 배터리 팩 구조체(10)의 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선한다.
탑 커버(200)는, 수납 케이스(100)에 결합되어 수납 케이스(100)의 상단 개구부를 커버한다. 이 경우, 탑 커버(200)는 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 결합된 그립용 로드(130)에 스냅핏(snap-fit) 방식으로 결합될 수 있다. 이와 같이, 탑 커버(200)는 수납 케이스(100)의 내부 구성요소들과 그립용 로드(130)가 외부에 노출되지 않도록 수납 케이스(100)의 개구부를 커버하여, 배터리 팩 구조체(10)의 내부 구성요소들을 보호하고 이물질의 유입을 방지하며 배터리 팩 구조체(10)의 외부 구조를 콤팩트화할 수 있다.
도 4에는 수납 케이스(100)를 구성하는 내력 구조의 일례가 사시도로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수납 케이스(100)의 내력 구조는, 수납 케이스(100)의 기본 골격을 이루는 내부 프레임(110)과, 상기 내부 프레임(110)의 내부 공간에 수납되어 내부 프레임(110)을 지지함으로써 배터리 팩 구조체의 강도와 내구성을 개선하는 전장 박스(300)를 포함한다.
내부 프레임(110)은, 수직 구조를 이루는 복수의 수직 프레임(112)과, 이러한 수직 프레임들을 지지하는 복수의 수평 프레임(114, 116)을 포함할 수 있다. 이 경우, 수직 프레임(112)은 4개의 채널 빔(channel beam)으로 구성될 수 있다. 수평 프레임(114, 116)은 로드(rod) 형태의 장볼트(long volt)(114)와 패널(pannel) 형태의 브라킷(bracket)(116)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 장볼트(114)는 양 단이 각각 서로 다른 수직 프레임(112)에 결합되어 두 개의 수직 프레임들 간을 지지한다. 또한, 브라킷(116)은 양 측단이 각각 서로 다른 수직 프레임(112)에 결합되어 두 개의 수직 프레임들 간을 지지함과 동시에, 하단이 내부 프레임(110)의 내부 공간 측으로 절곡되어 상기 내부 공간에 수납되는 하나 이상의 배터리 모듈을 지지한다. 한편, 내부 프레임(110)의 상단부에는 한 쌍의 그립용 로드(130)가 결합될 수 있으며, 내부 프레임(110)의 하단부에는 하단 커버(118)가 결합될 수 있다.
전장 박스(300)는, 이와 같이 하나 이상의 배터리 모듈을 수납하는 배터리 팩에 내장되는 것으로서, 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 의해 형성되는 내부 공간에 수용되어 내부 프레임(110)과 접촉함으로써 내부 프레임(110)을 지지한다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩용 전장 박스(300)가 사시도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전장 박스(300)는 BMS(Battery Management System) 회로나 전류 차단 회로 등과 같은 배터리 보호 회로(미도시)와 이를 수납하는 하우징(310, 320)을 포함한다. 특히, 전장 박스(300)의 하우징(310, 320)은, 배터리 팩의 내력 구조를 이루는 내부 프레임(110)에 접촉하여 상기 내부 프레임(110)을 지지하는 플랜지(flange)(322, 324)를 구비한다. 이러한 전장 박스(300)의 하우징(310, 320)은, 다양한 배터리 보호 회로를 수납하고 전류 차단 회로의 퓨즈 홀더(fuse holder)(312) 등이 배치되는 하부 하우징(310)과, 상기 하부 하우징(310)에 결합되어 하부 하우징(310)의 상단 개구부를 커버하는 상부 하우징(320)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 하부 하우징(310)은 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 의해 형성되는 내부 공간에 형합하는 형상을 가지도록 구성되어 내부 프레임(110)을 일차적으로 지지할 수 있다. 또한, 상부 하우징(320)은 하부 하우징(310)과 결합하여 고정되며 상술한 플랜지(322, 324)를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 6, 도 7, 도 8에는 도 5에 도시된 전장 박스의 상부 하우징(320)이 각각 상방 사시도, 하방 사시도, 정면도로 도시되어 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 하우징(320)은 하부 하우징(310)에 형합하는 형태를 가지며 제1 플랜지(322), 제2 플랜지(324) 및 퓨즈 홀더 삽입홀(326) 등을 구비할 수 있다. 이 경우, 제1 플랜지(322)는 상부 하우징(320)의 몸체에서 돌출되어 배터리 팩 구조체(10)의 내부 프레임(110) 중 수직 구조를 이루는 수직 프레임(112)의 상단면에 결합한다. 이때, 제1 플랜지(322)는 나사 등을 통해 수직 프레임(112)의 상단면에 결합될 수 있다. 제2 플랜지(324)는 제1 플랜지(322)에서 연장 및 절곡되어 상기 수직 프레임(112)의 측면을 지지한다. 한편, 퓨즈 홀더 삽입홀(326)에는 하부 하우징(310)에 배치된 퓨즈 홀더(312)이 삽입된다. 퓨즈 홀더 삽입홀(326)은 퓨즈 홀더(312)의 삽입과 퓨즈 교체 작업 등을 용이하게 하기 위해 하방으로 만곡된 상부 하우징(320)의 단차부에 형성된다.
이와 같이, 전장 박스(300)의 하우징(310, 320)이, 배터리 팩 구조체(10)의 내부 프레임(110)과 형합함과 동시에, 내부 프레임(110)의 수직 프레임(112)을 지지하는 플랜지(322, 324)를 가지도록 구성됨으로써, 별도 부재 없이 배터리 팩의 전체 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩 구조체의 x, y, z 축 방향 변형을 방지하고, 배터리 팩 구조체의 강도와 내구성을 개선할 수 있다.
도 9에는 도 2에 도시된 탑 커버(200)가 하방 사시도로 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 탑 커버(200)는 몸체부(210) 및 스냅핏 결합부(220)를 포함할 수 있다. 탑 커버(200)의 몸체부(210)는, 기본적으로 수납 케이스(100)의 상단 개구부에 형합되는 형태로 구성된다. 스냅핏 결합부(220)는, 몸체부(210)의 저면에 설치되며, 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 마련된 그립용 로드(130)에 스냅핏(snap-fit) 방식으로 결합된다.
도 10 및 도 11에는 탑 커버(200)와 그립용 로드(130) 간의 결합 과정이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 스냅핏 결합부(220)는 탑 커버(200)의 몸체부(210)에 고정되는 고정부(222), 상기 고정부(222)에서 돌출되는 한 쌍의 탄성 돌기(224), 및 상기 고정부(222)를 몸체부(210) 저면에 고정시키는 나사 부재(226)를 포함할 수 있다. 탑 커버(200)가 수납 케이스(100)의 개구부를 폐쇄하도록 하방으로 가압되면, 스냅핏 결합부(220)의 한 쌍의 탄성 돌기(224)가 벌어지면서 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 마련된 그립용 로드(130)가 탄성 돌기들 사이에 삽입되어 결합된다. 반면, 수납 케이스(100)의 개구부가 폐쇄된 상태에서 탑 커버(200)가 상방으로 가압되면, 스냅핏 결합부(220)의 한 쌍의 탄성 돌기(224)가 다시 벌어지면서 그립용 로드(130)가 탄성 돌기들 사이에서 탈거된다. 이를 위해, 스냅핏 결합부(220)의 탄성 돌기(224)는, 탄성력을 가지는 다양한 소재로 형성될 수 있으며, 그립용 로드(130)의 결합 및 탈거를 용이하게 하는 다양한 형태의 만곡 부분을 가질 수 있다.
도 12에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체의 탑 커버가 사시도로 도시되어 있다. 도 13에는 도 12에 도시된 탑 커버의 개폐부가 개방된 상태가 사시도로 도시되어 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩 구조체의 탑 커버(400)는, 몸체부(410) 및 스냅핏 결합부(420)를 포함할 수 있다. 이러한 탑 커버(400)의 몸체부(410)는, 기본적으로 수납 케이스(100)의 상단 개구부에 형합되는 형태로 구성되며, 특히 고정부(410a)와 개폐부(410b)를 포함할 수 있다. 즉, 고정부(410a)는 수납 케이스(100)의 개구부 측에 결합되어 고정된다. 이 경우, 고정부(410a)는 나사 결합이나 스냅핏 결합 등 다양한 방식으로 수납 케이스(100)에 결합될 수 있다. 한편, 개폐부(410b)는 상기 고정부(410a)에 일단이 회동 가능하게 결합되어, 수납 케이스(100)의 개구부 중 그립용 로드(130)가 위치하는 부분을 개폐한다. 이 경우, 개폐부(410b)의 상기 일단은 고정부(410a)에 힌지(hinge)로 결합되거나 회동 동작이 가능한 탄성 소재로 결합될 수 있다.
또한, 스냅핏 결합부(420)는 개폐부(410b)의 저면에 설치되어, 상기 개폐부(410b)의 개폐 동작에 따라 수납 케이스(100)의 내부 프레임(110)에 마련된 그립용 로드(130)에 스냅핏 방식으로 결합 또는 탈거될 수 있다. 이러한 스냅핏 결합부(420)의 구성과 동작은, 도 10 및 도 11의 스냅핏 결합부(220)에 대응하는 설명이 가능하다.
한편, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 배터리 팩 구조체들은, 전기 차량(electric vehicle)이나 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle) 등과 같이 전력을 사용하는 자동차에 포함되어 해당 자동차 환경에서 전력을 공급하는 전력 공급 장치로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 팩 내부에 설치되는 전장 박스의 하우징에 배터리 팩의 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비함으로써, 별도 부재 없이 배터리 팩의 하중이나 외부 충격 등에 의한 배터리 팩의 구조적 변형을 방지하고 강도와 내구성을 개선할 수 있다. 또한, 배터리 팩의 내부 프레임에 그립용 로드를 결합함으로써, 배터리 팩의 운반이나 장착을 용이하게 함은 물론 배터리 팩의 외부 케이스 구조를 단순화하고 공간 활용도를 높일 수 있다. 또한, 그립용 로드가 외부에 노출되지 않도록 하는 배터리 팩의 탑 커버에 그립용 로드와 스냅핏 방식으로 결합하는 결합부를 구비함으로써, 탑 커버의 개폐와 그립용 로드의 사용을 용이하게 할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 하나 이상의 배터리 모듈을 수납하는 배터리 팩 구조체에 내장되는 전장 박스로서,
    상기 배터리 모듈을 보호하는 배터리 보호 회로; 및
    상기 배터리 보호 회로를 수납하는 하우징을 포함하고,
    상기 하우징은, 상기 배터리 팩 구조체의 내력 구조를 이루는 내부 프레임에 접촉하여 상기 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비하는 배터리 팩용 전장 박스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지는,
    상기 배터리 팩 구조체의 내부 프레임 중 수직 구조를 이루는 수직 프레임의 상단면에 결합되는 제1 플랜지; 및
    상기 제1 플랜지에서 연장 및 절곡되어 상기 수직 프레임의 측면을 지지하는 제2 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩용 전장 박스.
  3. 배터리 보호 회로를 수납하는 하우징을 가지는 전장 박스;
    내력 구조를 이루는 내부 프레임과 상기 내부 프레임에 의해 지지되는 외장 패널을 가지며, 상기 전장 박스와 상기 전장 박스에 의해 보호되는 배터리 모듈을 수납하는 수납 케이스; 및
    상기 수납 케이스의 상단 개구부를 커버하는 탑 커버를 포함하고,
    상기 전장 박스의 하우징은, 상기 수납 케이스의 내부 프레임에 접촉하여 상기 내부 프레임을 지지하는 플랜지를 구비하는 배터리 팩 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수납 케이스의 내부 프레임은, 수직 구조를 이루는 복수의 수직 프레임을 포함하고,
    상기 전장 박스의 하우징에 구비된 플랜지는, 상기 수직 프레임의 상단면에 결합되는 제1 플랜지, 및 상기 제1 플랜지에서 연장 및 절곡되어 상기 수직 프레임의 측면을 지지하는 제2 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 구조체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩 구조체는, 상기 수납 케이스의 개구부 측에서 상기 수납 케이스의 내부 프레임에 결합되는 그립용 로드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탑 커버는, 상기 그립용 로드에 스냅핏(snap-fit) 방식으로 결합되는 스냅핏 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탑 커버는, 상기 수납 케이스에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 일단이 회동 가능하게 결합되어 상기 수납 케이스의 개구부를 개폐하는 개폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스냅핏 결합부는, 상기 개폐부의 저면에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 구조체.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 구조체를 포함하는 자동차.
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