WO2018052189A1 - 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 - Google Patents

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차 Download PDF

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박준규
엄영섭
성준엽
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the at least one fixing protrusion may be provided at the bottom of the accommodation space, and at least a part of the fixing protrusion may be partially permanently deformed when fitted into the at least one insertion hole.
  • the insertion hole may be provided in plurality, and the fixing protrusion may be provided to correspond to the number of the plurality of insertion holes.
  • a battery pack that can implement a slimmer structure according to the recent slimming trend and to stably fix a battery module in a pack case, and a vehicle including the battery pack. have.
  • the module case 150 is for accommodating the plurality of battery cells 110 and may be stably received by accommodating the plurality of battery cells 110.
  • Such partial permanent deformation may fill the gap between the assembly tolerance or both that may occur when the fixing protrusion 250 is inserted into the insertion hole 155. Accordingly, the plurality of fixing protrusions 250 may be completely fixed without flow in the insertion hole 155.
  • the deformation ribs 256 may be provided in plurality, and the plurality of deformation ribs 256 may be disposed to be spaced apart from each other along the circumferential direction of the main rib 252. Specifically, the plurality of deformation ribs 256 may be arranged in a cross shape around the main rib 252 along the circumferential direction of the main rib 252. Through this arrangement, the plurality of deformation ribs 256 are permanently deformed at four points having a cross arrangement in the insertion hole 155 at the time of permanent deformation, so that the plurality of deformation ribs 256 are permanently deformed in the insertion hole 155. More secure fixing of the fixing protrusion 250 can be achieved.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며, 저부에 적어도 하나의 삽입홀을 구비하는 배터리 모듈 및 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간이 마련되며, 적어도 하나의 삽입홀에 억지 끼움되는 적어도 하나의 고정 돌기를 구비하는 팩 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 09월 19일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2016-0119290호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 팩은, 일반적으로, 배터리 모듈 및 배터리 모듈을 패키징할 수 있게 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스를 포함하여 구성된다. 여기서, 배터리 모듈은 진동 및 충격을 방지하기 위해 팩 케이스 내에 고정될 수 있게 장착된다. 이러한 고정을 위해, 종래 배터리 팩에서는 부가적인 별도의 볼트 및 너트 등의 체결 구조를 통해 배터리 모듈이 팩 케이스 내에서 고정되었다.
그러나, 이러한 볼트 및 너트 등의 체결 구조는 필연적으로 팩 케이스 내에 부가적인 체결 공간을 요구하기에, 팩 케이스 내에서 이에 따른 공간 상 제약이 발생될 여지가 크고, 체결 공간을 확보하더라도 배터리 모듈과 팩 케이스와의 연결을 위한 공간 확보가 어려운 문제가 있다.
이러한 공간 확보를 위해서는 팩 케이스의 사이즈가 커져야 하는데, 팩 케이스의 사이즈 증가는 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조에 역행하게 되는 문제가 있다.
그러므로, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현하며 배터리 모듈을 팩 케이스 내에 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현하며 배터리 모듈을 팩 케이스 내에 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며, 저부에 적어도 하나의 삽입홀을 구비하는 배터리 모듈; 및 상기 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간이 마련되며, 상기 적어도 하나의 삽입홀에 억지 끼움되는 적어도 하나의 고정 돌기를 구비하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 적어도 하나의 고정 돌기는, 상기 수용 공간의 저부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 삽입홀에 끼워질 때 적어도 일부가 부분적으로 영구 변형될 수 있다.
상기 적어도 하나의 고정 돌기는, 상기 팩 케이스의 내벽으로부터 상측으로 돌출되는 메인 리브; 및 상기 메인 리브의 외측에 구비되며, 상기 삽입홀에 끼워질 때 영구 변형되는 변형 리브;를 포함할 수 있다.
상기 변형 리브는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 변형 리브들은, 상기 메인 리브의 원주 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 변형 리브들은, 상기 메인 리브의 원주 방향을 따라 십자 형상으로 배치될 수 있다.
상기 메인 리브의 외경은, 상기 삽입홀의 내경보다 작을 수 있다.
상기 변형 리브는, 상기 고정 돌기가 상기 삽입홀에 끼워질 때, 상기 배터리 모듈의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향에서 변형되면서 상기 메인 리브와 상기 삽입홀 사이의 간극을 메울 수 있다.
상기 변형 리브는, 상기 메인 리브의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
상기 메인 리브는, 원형 또는 타원형 형상의 단면을 가질 수 있다.
상기 삽입홀은, 복수 개로 구비되며, 상기 고정 돌기는, 상기 복수 개의 삽입홀들의 개수에 대응되게 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현하며 배터리 모듈을 팩 케이스 내에 안정적으로 고정할 수 있는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈의 저면도이다.
도 5는 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스의 평면도이다.
도 6은 도 5의 팩 케이스의 고정 돌기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 자동차의 연료원으로써, 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(1)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 플러그 인 하이브리드 자동차 및 기타 상기 배터리 팩(10)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식의 다양한 자동차에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(10)은 상기 자동차 이외에도 이차 전지로서의 배터리 셀을 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)에 대해 구체적으로 살펴 본다.
도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 배터리 모듈의 저면도이며, 도 5는 도 2의 배터리 팩의 팩 케이스의 평면도이며, 도 6은 도 5의 팩 케이스의 고정 돌기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈(100) 및 팩 케이스(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 배터리 셀(110) 및 모듈 케이스(150)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은, 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 복수 개로 구비될 경우 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(110)은 복수 개로 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀들(110)은 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구비된 것으로 한정하여 설명한다. 상기 파우치형 이차 전지에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 모듈 케이스(150)는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)을 수용하기 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)을 수용하여 안정적으로 고정시킬 수 있다.
이러한 상기 모듈 케이스(150)에는 삽입홀(155)이 형성될 수 있다.
상기 삽입홀(155)은 상기 모듈 케이스(150)의 저부에 마련될 수 있다. 이러한 상기 삽입홀(155)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 삽입홀들(155)은 상기 모듈 케이스(150)의 저부 중앙 근처에 배치되며, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(150)의 저부 중앙을 기준으로 상호 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 팩 케이스(200)는 상기 배터리 모듈(100)을 패키징하기 위한 것으로서, 이를 위해 상기 팩 케이스(200)에는 상기 배터리 모듈(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 팩 케이스(200)에는 고정 돌기(250)가 구비될 수 있다.
상기 고정 돌기(250)는, 상기 배터리 모듈(100)을 상기 팩 케이스(200) 내에 안정적으로 고정시키기 위한 것으로서, 상기 팩 케이스(200) 내측의 상기 수용 공간의 저부에 구비될 수 있다.
이러한 상기 고정 돌기(250)는 상기 복수 개의 삽입홀들(155)에 끼워질 수 있으며, 상기 복수 개의 삽입홀들(155)의 개수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 상기 고정 돌기(250)는 상기 복수 개의 삽입홀들(155)의 개수에 대응되게 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 고정 돌기들(250)은, 각각, 상기 복수 개의 삽입홀들(155)에 억지 끼움되면서 삽입될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 고정 돌기들(250)은 상기 복수 개의 삽입홀들(155)에 끼워질 때 적어도 일부가 부분적으로 영구 변형될 수 있다.
이러한 부분적인 영구 변형은 상기 삽입홀(155)로의 상기 고정 돌기(250) 삽입 시 발생될 수 있는 조립 공차나 양자 사이의 간극을 메울 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 고정 돌기들(250)은 상기 삽입홀(155) 내에서 유동 없이 완전히 고정될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 고정 돌기들(250)은, 각각, 메인 리브(252) 및 변형 리브(256)를 포함할 수 있다.
상기 메인 리브(252)는 상기 팩 케이스(200)의 저부 내벽으로부터 상측으로 돌출될 수 있다. 이러한 상기 메인 리브(252)는 보다 원활한 삽입을 위해 원형 또는 타원형 형상을 단면을 가질 수 있으며, 상기 삽입홀(155)의 내경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 변형 리브(256)는 상기 삽입홀(155)에 끼워질 때 영구 변형될 수 있다. 즉, 앞선 상기 복수 개의 고정 돌기들(250)의 부분적인 영구 변형은 상기 변형 리브(256)의 영구 변형을 의미할 수 있다.
구체적으로, 상기 변형 리브(256)는, 상기 고정 돌기(250)가 상기 삽입홀(155)에 끼워질 때, 상기 배터리 모듈(100)의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향에서 영구 변형되면서 상기 메인 리브(252)와 상기 삽입홀(155) 사이의 간극이나 조립 공차를 메울 수 있다.
이러한 상기 변형 리브(256)는 상기 메인 리브(252)의 외측에 구비되며, 상기 메인 리브(252)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 변형 리브(256)는 상기 메인 리브(252)와 상기 삽입홀(155) 사이의 간극이나 조립 공차를 메울 수 있다면 기타 다른 형상이나 배치로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 변형 리브(256)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 변형 리브들(256)은 상기 메인 리브(252)의 원주 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 변형 리브들(256)은 상기 메인 리브(252)의 원주 방향을 따라 상기 메인 리브(252)를 중심으로 십자 형상으로 배치될 수 있다. 이러한 배치를 통해, 상기 복수 개의 변형 리브들(256)은 상기 영구 변형 시, 상기 삽입홀(155) 내에서 십자 배치를 갖는 네 개의 포인트에서 영구 변형되기에, 상기 삽입홀(155) 내에서 상기 고정 돌기(250)의 보다 견고한 고정을 도모할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 상기 삽입홀(155) 및 상기 고정 돌기(250)의 억지 끼움을 통한 결합 구조를 통해 상기 배터리 모듈(100)을 상기 팩 케이스(200) 내에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)에서는 진동이나 충격 등의 발생 시 상기 팩 케이스(200) 내에서 발생될 수 있는 상기 배터리 모듈(100)의 유동을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)에서는, 상기 팩 케이스(200) 내에서 상기 배터리 모듈(100)을 고정시키기 위한 종래와 같은 볼트 및 너트 등의 부가적인 체결 구조가 요구되지 않기에, 보다 더 슬림한 구조가 구현할 수 있음과 아울러 부가적인 체결 구조의 생략에 따라 제조 비용 및 제조 효율이 현저히 증대될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은 최근의 슬림화 트렌드에 따른 보다 더 슬림한 구조를 구현하면서 상기 배터리 모듈(100)을 상기 팩 케이스(200) 내에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하며, 저부에 적어도 하나의 삽입홀을 구비하는 배터리 모듈; 및
    상기 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간이 마련되며, 상기 적어도 하나의 삽입홀에 억지 끼움되는 적어도 하나의 고정 돌기를 구비하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 돌기는,
    상기 수용 공간의 저부에 구비되며, 상기 적어도 하나의 삽입홀에 끼워질 때 적어도 일부가 부분적으로 영구 변형되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 고정 돌기는,
    상기 팩 케이스의 내벽으로부터 상측으로 돌출되는 메인 리브; 및
    상기 메인 리브의 외측에 구비되며, 상기 삽입홀에 끼워질 때 영구 변형되는 변형 리브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 변형 리브는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 변형 리브들은,
    상기 메인 리브의 원주 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 변형 리브들은,
    상기 메인 리브의 원주 방향을 따라 십자 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 메인 리브의 외경은,
    상기 삽입홀의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 변형 리브는,
    상기 고정 돌기가 상기 삽입홀에 끼워질 때, 상기 배터리 모듈의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향에서 변형되면서 상기 메인 리브와 상기 삽입홀 사이의 간극을 메우는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 변형 리브는,
    상기 메인 리브의 길이 방향을 따라 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 메인 리브는,
    원형 또는 타원형 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 삽입홀은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 고정 돌기는,
    상기 복수 개의 삽입홀들의 개수에 대응되게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 따른 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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