WO2018236018A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2018236018A1
WO2018236018A1 PCT/KR2018/000276 KR2018000276W WO2018236018A1 WO 2018236018 A1 WO2018236018 A1 WO 2018236018A1 KR 2018000276 W KR2018000276 W KR 2018000276W WO 2018236018 A1 WO2018236018 A1 WO 2018236018A1
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WO
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battery module
battery
support member
mounting nut
coupled
Prior art date
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PCT/KR2018/000276
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English (en)
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박진용
류상우
문정오
이정훈
지호준
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주식회사 엘지화학
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Priority to EP18820231.1A priority patent/EP3540817B1/en
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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 capable of improving space utilization inside a battery pack.
  • the lithium secondary batteries mainly use a lithium-based oxide and a carbonaceous material as a cathode active material and an anode active material, respectively.
  • the lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate each coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator interposed therebetween, and an outer casing, that is, a battery case, for sealingly storing the electrode assembly together with the electrolyte solution.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed therebetween, and an electrolyte.
  • a lithium ion battery LIB
  • a lithium polymer battery LIB
  • the electrodes of these lithium secondary batteries are formed by applying a positive electrode or a negative electrode active material to a current collector such as aluminum, copper sheet, mesh, film, or foil, followed by drying.
  • a secondary battery has a module structure in which unit cells are stacked, and a plurality of such modules are stacked to form a battery pack.
  • the battery pack can be used as an energy storage device, and it is configured to prevent the danger due to external physical factors and satisfy the installation environment or installation conditions.
  • a support beam, a bolt, and a mounting nut may be used to mount the battery module inside the battery pack.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the interior of a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view of the battery module, FIG.
  • a mounting nut 30 is inserted and welded to a beam flange 40 coupled to a support beam 20 and then coupled to a lower plate 60, and a mounting nut 30
  • the battery module 10 is coupled to the beam flange 40 and the lower plate 60 through the engagement of the bolts 50.
  • the support beams 20 are interposed between the two mounting nuts 30 in the conventional art, the battery module 10 and the support beams 20 are not coupled to the beam flange 40, And the space 70 between the battery module 10 and the support beam 20 reduces the space utilization inside the battery pack and increases the volume of the battery pack. There is a problem.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing the strength of the connection between the battery module and the support member.
  • a battery module including a plurality of battery cells; A lower plate on which a plurality of the battery modules are seated; A support member coupled to the lower plate to support the battery module; And a mounting nut coupled to the lower plate and coupled to the support member so that the battery module can be fastened through the bolt, wherein the battery module is in contact with the support member .
  • a side surface of the battery module may be in contact with a side surface of the support member.
  • the mounting nut may be coupled to a vertical edge of the support member.
  • the height of the mounting nut may be lower than the height of the support member.
  • the mounting nut may be integrally formed, and at least two bolt fastening holes may be formed in the mounting nut.
  • the support member may be provided with a concavo-convex portion with respect to a vertical cross section.
  • the concavo-convex part may be formed so as to repeatedly extend so that the first protrusion part and the first groove part 'C' shape are sequentially facing to each other.
  • the battery module may have a second protrusion or a second groove portion corresponding to the concave / convex portion.
  • the support member may include a first support beam disposed between the first battery module of the plurality of battery modules and the neighboring second battery module of the first battery module and coupled to the mounting nut; And a second support beam disposed to intersect the first support beam and coupled to the mounting nut.
  • an automobile including the battery pack.
  • Embodiments of the present invention have an effect that the space between the battery module and the support member is removed by the contact of the battery module with the support member, thereby improving the space utilization inside the battery pack.
  • the support member is provided with concave and convex portions, whereby the rigidity of the support member can be improved.
  • the protrusion and the groove are formed in the battery module so as to correspond to the concave-convex portion of the support member, thereby increasing the strength of the connection between the battery module and the support member.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating the inside of a conventional battery pack.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in Fig.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of the battery module coupled by a support beam, a beam flange, a bolt and a mounting nut.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically illustrating the inside of the battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B in Fig.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the first supporting beam viewed along C-C 'of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a first support beam coupled to a second support beam through a mounting nut in a battery pack according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention in which a battery module is coupled to a support member.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a battery module according to a first embodiment of the present invention in which a battery module is coupled to a support member by bolts and a mounting nut.
  • FIG. 10 (a) is a schematic cross-sectional view of the battery pack according to the second embodiment of the present invention before the battery module is coupled to the support member, and FIG. 10 (b) Sectional view after the battery module is coupled to the support member.
  • " bond " or " connection, " as used herein, is intended to encompass a case in which one member and another member are directly or indirectly connected, And the like.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view schematically showing the inside of the battery pack according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B in FIG. 4
  • FIG. 6 is a cross-
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a first support beam coupled to a second support beam through a mounting nut in a battery pack according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a cross-
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a battery pack according to a first embodiment of the present invention in which a battery module is coupled to a support member.
  • FIG. 9 is a perspective view of a battery pack according to the first embodiment of the present invention, And a mounting nut.
  • the battery pack according to the first embodiment of the present invention includes a battery module 100, a lower plate 200, a supporting member 300, and a mounting nut 400 do.
  • the battery pack may be configured such that a plurality of battery modules 100 are stacked or arranged, and a case not shown in the figure is provided to receive and protect a plurality of battery modules 100.
  • the case may house one or a plurality of battery modules 100. That is, at least one battery module 100 is stacked or arranged inside the case, and the case surrounds and protects the battery module 100. That is, the case encloses the entire battery module 100, thereby protecting the battery module 100 from external vibration or impact.
  • the case may be formed in a shape corresponding to the shape of the battery module 100.
  • the case when the stacked battery modules 100 are formed in a hexahedron shape, the case may be provided in a hexahedron shape to correspond to the hexahedron shape.
  • the case can be manufactured, for example, by bending a metal plate, whereby the case can be made integrally.
  • the coupling process is simplified and simplified.
  • the case may be manufactured to be detachable and be adapted to be coupled using various methods such as welding, riveting, bolt, pin, bracket or moment bonding.
  • the battery pack may include various devices for controlling charge and discharge of the battery module 100, such as a BMS, a current sensor, a fuse, and the like.
  • the battery module 100 may include a plurality of battery cells.
  • the battery cells can be classified into a unit cell (unit cell) arranged in the order of a positive plate-separator-negative plate, or a bi-cell arranged in the order of a positive plate-separator-negative plate-separator-positive plate-separator- A plurality of stacked structures may be formed.
  • the battery cell may be provided with an electrode lead.
  • the electrode lead is a kind of terminals exposed to the outside and connected to an external device, and a conductive material can be used.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in opposite directions with respect to the longitudinal direction of the battery cell, or the positive electrode lead and the negative electrode lead may be positioned in the same direction with respect to the longitudinal direction of the battery cell.
  • the battery module 100 may include a plurality of cartridges for storing battery cells. Each of the cartridges can be manufactured by injection molding of plastic, and a plurality of cartridges having accommodating portions capable of accommodating battery cells can be stacked.
  • a cartridge assembly in which a plurality of cartridges are stacked may be provided with a connector element or a terminal element.
  • the connector element may include various types of electrical connecting parts or connecting members for connecting to, for example, a battery management system (BMS) (not shown) capable of providing data on the voltage or temperature of the battery cell.
  • BMS battery management system
  • the terminal element includes a positive electrode terminal and a negative electrode terminal as main terminals connected to the battery cell, and the terminal element can be electrically connected to the outside with a terminal bolt.
  • the battery module 100 may be provided such that a side surface of the battery module 100 is in contact with a side surface of the support member 300. That is, the battery module 100 may be held by the support member 300 in contact with the fixed support member 300 and fixed to the lower plate 200 by the bolts 500 and the mounting nuts 400.
  • a plurality of battery modules 100 are mounted on the lower plate 200 and a supporting member 300 and a mounting nut 400 are coupled to each other. That is, the support member 300 is coupled to the mounting nut 400 by welding or the like and is also coupled to the lower plate 200 by welding or the like, and the battery module 100 is disposed to contact the support member 300, 500 and a mounting nut 400.
  • the coupling between the support member 300, the mounting nut 400, and the lower plate 200 is not limited to welding.
  • the lower plate 200 may be coupled to the case, or the lower plate 200 may form part of the case.
  • the support member 300 is coupled to the lower plate 200 and supports the battery module 100.
  • the support member 300 may include a first support beam 310 and a second support beam 320.
  • the first support beam 310 includes a first battery module 100a of a plurality of battery modules 100, a second battery module 100b adjacent to the first battery module 100a, As shown in FIG. That is, the first support beams 310 may be interposed between the first battery module 100a and the second battery module 100b.
  • One side of the first battery module 100a contacts one side of the first supporting beam 310 and one side of the second battery module 100b contacts the other side of the first supporting beam 310.
  • the first support beam 310 can support the first battery module 100a and the second battery module 100b when the first support beam 310 is coupled to the first support beam 310.
  • a supporting beam 20 is interposed between two mounting nuts 30, but the supporting member 300 (see FIG. 1) included in the battery pack according to the first embodiment of the present invention
  • the second support beam 320 intersects the first support beam 310, for example, in a direction perpendicular to the first support beam 310 and is coupled to the mounting nut 400 And supports the mounting nut 400.
  • the first support beam 310 of the support member 300 may be formed with the protrusions 312 on the basis of the vertical cross section.
  • the concave and convex portions 312 may be formed to have various shapes.
  • the concave and convex portions 312 may be repeatedly formed so as to face the first protrusion portion 316 and the first groove portion 318 in a sequential direction As shown in Fig.
  • the shape of the concave and convex portion 312 is not limited to a "C" shape, but may have various shapes such as a circular shape, an elliptical shape, or a curved shape.
  • the mounting nut 400 is coupled to the lower plate 200 and the supporting member 300 is coupled to the side surface of the mounting nut 400.
  • the bolt 500 and the mounting nut 400 fasten the battery module 100 to the battery module 100, (See Fig. 8).
  • the mounting nut 400 may be coupled to the vertically oriented edge 311 of the first support beam 310 of the support member 300 (see FIG. 5). That is, for example, one side of the mounting nut 400 is welded to the second support beam 320, and the edge 311 of the first support beam 310 is welded to the other side of the mounting nut 400 Or the like (see FIG. 7).
  • the mounting nut 400 may have two or more bolt fastening holes 410 to which the bolts 500 can be coupled.
  • the mounting nut 400 may be integrally formed.
  • the mounting nut 400 When the mounting nut 400 is integrally formed as described above, the overall length of the mounting nut 400 is relatively reduced and the battery modules 100 are mounted on the first supporting beam 300, The space between the battery module 100 and the supporting member 300 is removed, thereby improving the space utilization inside the battery pack.
  • the two mounting nuts 30 since the two mounting nuts 30 are separated from each other and the support beams 20 are interposed between the two mounting nuts 30, the battery module 10 and the support beams 20, spacing d1 between the battery modules 10, and the two mounting nuts 30 have a length L1.
  • the battery module 100 and the first support beams 310 are in contact with each other, the battery module 100 and the first support beams 310 are in contact with each other, A space of d2 is formed between the battery modules 100, and the mounting nut 400 has a length of L2.
  • d2 is smaller than d1 and L2 is smaller than L1, surplus space inside the battery pack is removed. Therefore, in the battery pack according to the first embodiment of the present invention, space utilization can be improved have.
  • the mounting nut 400 is provided to have a height higher than that of the conventional mounting nut 30 and the mounting nut 400 is mounted on the mounting nut 400 so that the battery module 100 can be brought into contact with the mounting nut 400,
  • the height of the support member 300, particularly the height of the first support beam 310, can be lowered.
  • the present invention is not limited thereto, and if necessary, the height of the mounting nut 400 may be equal to or smaller than the height of the prior art machining nut 30.
  • a mounting nut 400 which is integrally formed and formed with two bolt fastening holes 410, is fixed to the lower plate 200 by welding or the like, And the second support beams 320 are coupled to the mounting nuts 400, respectively.
  • the mounting nut 400 may be coupled to the vertically oriented edge portion 311 of the first support beam 310.
  • the first battery module 100a and the second battery module 100b are in contact with the first support beams 310 and the mounting nuts 400 and the bolts 500 are inserted into the bolt fastening holes 410 of the mounting nuts 400
  • the battery module 100 is fixed to the battery module 100 through the through-hole.
  • the mounting nut 400 is integrally formed and the battery modules 100a and 100b are brought into close contact with the first support beams 310 so that the spaces between the battery modules 100 and the first support beams 310 are removed Thus, there is an effect that space utilization inside the battery pack can be improved.
  • the order of the combination of the respective structures is not limited to the above-described method, and may be more various.
  • FIG. 10 (a) is a schematic cross-sectional view of the battery pack according to the second embodiment of the present invention before the battery module is coupled to the support member, and FIG. 10 (b) Sectional view after the battery module is coupled to the support member.
  • the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the second protrusion 110 or the second groove 120 is formed in the battery module 100.
  • the second protrusion 110 and the second recess 120 may be formed in the first battery module 100a and the second battery module 100b, respectively .
  • the first support beam 310 may be provided with the concave and convex portions 312 to increase the rigidity of the first support beam 310.
  • the second protrusions 110 formed on the first battery module 100a and the second protrusions 110 formed on the second battery module 100b are formed by the protrusions 312 formed on the first support beams 310, The first trench 318 and the first protrusion 316, respectively.
  • the first protrusion 316 of the protrusion 312 is coupled to the second groove 120 of the second battery module 100b and the first groove 318 of the protrusion 312 is coupled to the first battery module 100b.
  • the rigidity of the first support beam 310 is increased and the coupling force between the first battery module 100a or the second battery module 100b and the first support beam 310 is strengthened, The degree of support of the battery modules 100a and 100b by the battery modules 310 and 310 can be improved.
  • a vehicle (not shown) according to an embodiment of the present invention may include the battery pack described above, and the battery pack 100 may be provided in the battery pack.
  • the battery pack according to the first embodiment or the second embodiment of the present invention may be applied to a vehicle (not shown), for example, a predetermined automobile such as an electric car or a hybrid vehicle ). ≪ / RTI >
  • the present invention relates to a battery pack, and particularly to an industry related to a secondary battery.

Abstract

배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 다수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈; 다수의 배터리 모듈이 안착되는 하부 플레이트; 하부 플레이트에 결합되어 배터리 모듈을 지지하는 지지부재; 및 하부 플레이트에 결합되며, 배터리 모듈이 볼트를 통해 체결될 수 있도록 지지부재에 결합되는 마운팅 너트를 포함하며, 배터리 모듈이 지지부재에 접촉한다.

Description

배터리 팩
본 출원은 2017년 06월 22일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2017-0079275호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩 내부의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
일반적으로, 이차 전지는 단위셀이 적층되어 모듈 구조를 가지며, 이러한 다수의 모듈들이 적층되어 배터리 팩을 구성할 수 있다. 배터리 팩은 에너지 저장 장치로 사용될 수 있으며, 외부의 물리적 요인에 의한 위험성을 방지하고 설치 환경 또는 설치 조건을 만족할 수 있도록 구성된다. 그리고, 배터리 팩 내부에 배터리 모듈을 장착하기 위해 지지빔과 볼트 및 마운팅 너트가 사용될 수 있다.
도 1은 종래 배터리 팩의 내부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이며, 도 3은 배터리 모듈이 지지빔과, 빔플랜지와, 볼트 및 마운팅 너트에 의해 결합된 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 마운팅 너트(30)는 지지빔(20)에 결합되어 있는 빔플랜지(40)에 삽입되어 용접된 후 하부 플레이트(60)에 결합되고, 마운팅 너트(30)와 볼트(50)의 체결을 통해 배터리 모듈(10)이 빔플랜지(40)와 하부 플레이트(60)에 결합된다.
하지만, 종래 기술의 경우 2개의 마운팅 너트(30) 사이에 지지빔(20)이 개재되어 결합되므로 배터리 모듈(10)이 빔플랜지(40)에 결합시 배터리 모듈(10)과 지지빔(20) 사이에 공간(70, 도 3 참조)이 형성되며, 이와 같은 배터리 모듈(10)과 지지빔(20) 사이의 공간(70)으로 인해 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 떨어져 배터리 팩의 부피가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈과 지지부재 사이의 공간을 제거하여 배터리 팩 내부의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 지지부재의 강성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한, 배터리 모듈과 지지부재의 결합의 강도를 증가시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈; 다수의 상기 배터리 모듈이 안착되는 하부 플레이트; 상기 하부 플레이트에 결합되어 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지부재; 및 상기 하부 플레이트에 결합되며, 상기 배터리 모듈이 볼트를 통해 체결될 수 있도록 상기 지지부재에 결합되는 마운팅 너트를 포함하며, 상기 배터리 모듈이 상기 지지부재에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈의 측면이 상기 지지부재의 측면에 접촉될 수 있다.
그리고, 상기 마운팅 너트는 상기 지지부재의 상하 방향의 모서리부에 결합될 수 있다.
또한, 상기 마운팅 너트의 높이는 상기 지지부재의 높이보다 낮게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 마운팅 너트는 일체형으로 형성되고, 일체형의 상기 마운팅 너트에 적어도 2개의 볼트 체결 구멍이 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지부재는 상하 방향의 단면을 기준으로 요철부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 요철부는 'ㄷ'자 형상의 제1 돌기부와 제1 홈부가 순차적으로 대향되는 방향을 향하도록 반복적으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈은 상기 요철부에 대응되도록 제2 돌기부 또는 제2 홈부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 지지부재는, 다수의 상기 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈과, 상기 제1 배터리 모듈의 이웃하는 제2 배터리 모듈 사이에 배치되어 상기 마운팅 너트에 결합되는 제1 지지빔; 및 상기 제1 지지빔과 교차하도록 배치되어 상기 마운팅 너트에 결합되는 제2 지지빔을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배터리 모듈이 지지부재에 접촉하여 배터리 모듈과 지지부재 사이의 공간이 제거되며, 이에 의해 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지부재에 요철부가 형성되며, 이에 의해 지지부재의 강성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지부재의 요철부에 대응되도록 배터리 모듈에 돌기부와 홈부가 형성되며, 이에 의해 배터리 모듈과 지지부재의 결합의 강도가 증가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 배터리 팩의 내부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 배터리 모듈이 지지빔과, 빔플랜지와, 볼트 및 마운팅 너트에 의해 결합된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 내부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이다.
도 6은 도 4의 C-C'를 따라 바라본 제1 지지빔의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 제1 지지빔이 마운팅 너트를 통해 제2 지지빔에 결합된 모습의 개략적인 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합된 모습의 개략적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재와, 볼트와 마운팅 너트에 의해 결합된 모습의 단면도이다.
도 10(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합되기 전의 개략적인 단면도이고, 도 10(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합된 후의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 내부를 개략적으로 도시한 분리 사시도이고, 도 5는 도 4의 B 부분의 확대도이며, 도 6은 도 4의 C-C'를 따라 바라본 제1 지지빔의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 제1 지지빔이 마운팅 너트를 통해 제2 지지빔에 결합된 모습의 개략적인 사시도이며, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합된 모습의 개략적인 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재와, 볼트와 마운팅 너트에 의해 결합된 모습의 단면도이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈(100)과, 하부 플레이트(200)와, 지지부재(300)와, 마운팅 너트(400)를 포함한다. 배터리 팩은 다수의 배터리 모듈(100)이 적층 또는 배열되고, 도면에 도시되지 않은 케이스가 다수의 배터리 모듈(100)을 수용하여 보호하도록 마련될 수 있다. 케이스는 하나 또는 다수의 배터리 모듈(100)들을 수납할 수 있다. 즉, 케이스 내부에 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 적층 또는 배열하며 케이스가 배터리 모듈(100)을 둘러싸서 보호한다. 즉, 케이스는 배터리 모듈(100)의 전체를 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 모듈(100)을 보호한다. 케이스는 배터리 모듈(100)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적층된 배터리 모듈(100)들의 전체 형상이 육면체 형상으로 마련되는 경우 케이스도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 케이스는 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있으며, 이에 의해, 케이스는 일체형으로 제조될 수 있다. 여기서 케이스가 일체형으로 제조되는 경우 결합 공정이 간단해지고 단순화되는 효과가 있다. 또는 케이스가 분리형으로 제조되어 용접, 리벳, 볼트, 핀, 브라켓 또는 모멘트 접합 방식 등의 다양한 방식을 사용하여 결합되도록 마련될 수 있다. 그리고, 배터리 팩에는 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 포함될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 다수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 배터리 셀은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 다수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다. 그리고, 배터리 셀에는 전극 리드가 구비될 수 있다. 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자들로서 전도성 재질이 사용될 수 있다. 전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다. 한편, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀을 수납하는 다수의 카트리지들이 구비될 수 있다. 각각의 카트리지는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 다수의 카트리지들이 적층될 수 있다. 다수의 카트리지들이 적층된 카트리지 조립체에는 커넥터 요소 또는 단자 요소가 구비될 수 있다. 커넥터 요소는, 예를 들어, 배터리 셀의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다. 그리고, 단자 요소는 배터리 셀에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
배터리 모듈(100)은 도 8을 참조하면, 배터리 모듈(100)의 측면이 지지부재(300)의 측면에 접촉되도록 마련될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)은 고정된 지지부재(300)에 접촉되어 지지부재(300)에 의해 지지되고 볼트(500)와 마운팅 너트(400)에 의해 하부 플레이트(200)에 고정될 수 있다.
하부 플레이트(200)에는 다수의 배터리 모듈(100)이 안착되고, 지지부재(300)와 마운팅 너트(400)가 결합된다. 즉, 지지부재(300)가 마운팅 너트(400)에 용접 등에 의해 결합되어 하부 플레이트(200)에 역시 용접 등으로 결합되며, 배터리 모듈(100)이 지지부재(300)에 접촉되도록 배치되어 볼트(500)와 마운팅 너트(400)를 통해 고정된다. 다만, 지지부재(300)와 마운팅 너트(400)와 하부 플레이트(200)의 결합 방식이 용접에 한정되는 것은 아니다. 하부 플레이트(200)는 케이스에 결합될 수도 있고, 또는 하부 플레이트(200)가 케이스의 일부분을 구성할 수도 있다.
지지부재(300)는 하부 플레이트(200)에 결합되며, 배터리 모듈(100)을 지지한다. 지지부재(300)는 제1 지지빔(310)과 제2 지지빔(320)을 포함할 수 있다. 도 4 및 도 8을 참조하면, 제1 지지빔(310)은 다수의 배터리 모듈(100) 중 제1 배터리 모듈(100a)과, 제1 배터리 모듈(100a)의 이웃하는 제2 배터리 모듈(100b) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제1 지지빔(310)은 제1 배터리 모듈(100a)과 제2 배터리 모듈(100b) 사이에 개재될 수 있다. 그리고, 제1 배터리 모듈(100a)의 어느 하나의 측면이 제1 지지빔(310)의 일측에 접촉하고, 제2 배터리 모듈(100b)의 어느 하나의 측면이 제1 지지빔(310)의 타측에 접촉한다. 여기서, 도 4 및 도 7을 참조하면, 제1 지지빔(310)은 마운팅 너트(400)에 용접 등으로 결합되어 고정되므로, 제1 배터리 모듈(100a)과 제2 배터리 모듈(100b)이 제1 지지빔(310)에 결합되는 경우 제1 지지빔(310)이 제1 배터리 모듈(100a)과 제2 배터리 모듈(100b)을 지지할 수 있게 된다. 종래 기술의 경우 도 1 내지 도 3을 참조하면, 2개의 마운팅 너트(30) 사이에 지지빔(20)이 개재되어 있지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 포함된 지지부재(300)의 제1 지지빔(310)의 경우 마운팅 너트(400)의 측면에 결합되어 있다. 이에 대해서는 후술하는 마운팅 너트(400)에서 상세히 설명한다. 도 7을 참조하면, 제2 지지빔(320)은 제1 지지빔(310)과 교차, 예를 들어 제1 지지빔(310)과 수직인 방향을 향하도록 배치되어 마운팅 너트(400)에 결합되며 마운팅 너트(400)를 지지한다.
지지부재(300)의 제1 지지빔(310)은 도 6을 참조하면, 상하 방향의 단면을 기준으로 요철부(312)가 형성될 수 있다. 이와 같이 제1 지지빔(310)에 요철부(312)가 형성되면 강성이 증대되어 배터리 모듈(100)의 지지 및 고정 정도가 향상될 수 있다. 그리고, 요철부(312)는 다양한 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 예를 들어 'ㄷ'자 형상의 제1 돌기부(316)와 제1 홈부(318)가 순차적으로 대향되는 방향을 향하도록 반복적으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다. 다만 요철부(312)의 형상이 반드시 'ㄷ'자 형상에 한정되는 것은 아니며 원형, 타원형 또는 곡선형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
마운팅 너트(400)는 하부 플레이트(200)에 결합되고 마운팅 너트(400)의 측면에 지지부재(300)가 결합된다. 그리고, 배터리 모듈(100)이 지지부재(300)의 제1 지지빔(310)에 접촉되도록 배치되면 볼트(500)와 마운팅 너트(400)가 배터리 모듈(100)을 체결하여 배터리 모듈(100)을 고정시킨다(도 8 참조).
마운팅 너트(400)는 지지부재(300)의 제1 지지빔(310)의 상하 방향의 모서리부(311)에 결합될 수 있다(도 5 참조). 즉, 예를 들어 마운팅 너트(400)의 일측이 제2 지지빔(320)에 용접 등에 의해 결합되고, 마운팅 너트(400)의 타측에 제1 지지빔(310)의 모서리부(311)가 용접 등에 의해 결합될 수 있다(도 7 참조). 여기서, 마운팅 너트(400)에는 볼트(500)가 결합될 수 있는 볼트 체결 구멍(410)이 2개 이상 형성될 수 있다. 그리고, 마운팅 너트(400)는 일체형으로 형성될 수 있다. 이와 같이 마운팅 너트(400)가 일체형으로 형성되면 종래 기술에서 마운팅 너트(30)가 분리되어 있는 구조에 비해 마운팅 너트(400)의 전체 길이가 상대적으로 감소되고 배터리 모듈(100)들이 제1 지지빔(310)에 밀착되어 접촉될 수 있으므로, 배터리 모듈(100)과 지지부재(300) 사이의 공간이 제거되며, 이에 의해 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있는 효과가 있다. 즉, 도 3을 참조하면, 종래 기술에서 2개의 마운팅 너트(30)가 서로 분리되어 있고 2개의 마운팅 너트(30) 사이에 지지빔(20)이 개재되어 있으므로 배터리 모듈(10)과 지지빔(20) 사이에 공간(70)이 형성되며, 배터리 모듈(10)들 사이에는 d1만큼의 간격이 생기고, 2개의 마운팅 너트(30)는 L1의 길이를 가진다. 그리고, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 경우 도 9를 참조하면, 배터리 모듈(100)과 제1 지지빔(310)이 접촉되므로 배터리 모듈(100)과 제1 지지빔(310) 사이에 공간이 형성되지 않으며, 배터리 모듈(100)들 사이에는 d2만큼의 간격이 생기고, 마운팅 너트(400)는 L2의 길이를 가진다. 여기서, d2는 d1보다 작고, L2 역시 L1보다 작으므로 배터리 팩 내부의 잉여 공간이 제거되며, 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 경우 종래 배터리 팩에 비해 공간 활용도가 향상될 수 있다.
마운팅 너트(400)에는 제1 지지빔(310)이 용접 등으로 결합되어 고정되고 제1 지지빔(310)이 마운팅 너트(400)에 의해 지지되므로 마운팅 너트(400)가 제1 지지빔(310)을 지지할 수 있도록 마운팅 너트(400)와 제1 지지빔(310) 사이의 충분한 접촉 면적을 가질 필요가 있다. 이를 위해 마운팅 너트(400)는 종래 기술의 마운팅 너트(30)보다 높은 높이를 가지도록 마련되며, 다만, 배터리 모듈(100)이 마운팅 너트(400)에 접촉되어 체결될 수 있도록 마운팅 너트(400)의 높이가 지지부재(300), 특히 제1 지지빔(310)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 마운팅 너트(400)의 높이가 종래 기술의 마운텅 너트(30)의 높이와 동일하거나 작게 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 예를 들어 일체형으로 형성되어 2개의 볼트 체결 구멍(410)이 형성된 마운팅 너트(400)가 하부 플레이트(200)에 용접 등으로 고정되고 제1 지지빔(310)과 제2 지지빔(320)이 서로 교차하도록 배치되어 마운팅 너트(400)에 각각 결합된다. 여기서, 마운팅 너트(400)는 제1 지지빔(310)의 상하 방향의 모서리부(311)에 결합될 수 있다.
제1 배터리 모듈(100a)과 제2 배터리 모듈(100b)은 각각 제1 지지빔(310)과 마운팅 너트(400)에 접촉되며, 볼트(500)가 마운팅 너트(400)의 볼트 체결 구멍(410)을 통해 배터리 모듈(100)들을 체결하여 고정한다.
이와 같이 마운팅 너트(400)가 일체형으로 형성되고 배터리 모듈(100a, 100b)들이 제1 지지빔(310)에 밀착되어 접촉되므로 배터리 모듈(100)과 제1 지지빔(310) 사이의 공간이 제거되며, 이에 의해 배터리 팩 내부의 공간 활용도가 향상될 수 있는 효과가 있다. 다만, 각각의 구성의 결합의 순서는 상술한 방식에 한정되는 것은 아니며, 보다 다양할 수 있다.
도 10(a)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합되기 전의 개략적인 단면도이고, 도 10(b)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩에서 배터리 모듈이 지지부재에 결합된 후의 개략적인 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩의 작용 및 효과에 대해 설명하되, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에서 설명한 내용과 공통되는 부분은 전술한 설명으로 대체한다.
본 발명의 제2 실시예의 경우 배터리 모듈(100)에 제2 돌기부(110) 또는 제2 홈부(120)가 형성된다는 점에서 제1 실시예와 차이가 있다.
도 10(a) 및 도 10(b)를 참조하면, 제1 배터리 모듈(100a)와 제2 배터리 모듈(100b)에는 각각 제2 돌기부(110)와 제2 홈부(120)가 형성될 수 있다. 제1 실시예에서 전술한 바와 같이, 제1 지지빔(310)의 강성 증대를 위해 제1 지지빔(310)에 요철부(312)가 형성될 수 있다. 그리고, 제1 배터리 모듈(100a)에 형성된 제2 돌기부(110)와 제2 배터리 모듈(100b)에 형성된 제2 홈부(120)는 제1 지지빔(310)에 형성된 요철부(312), 즉, 제1 홈부(318)와 제1 돌기부(316)에 대응되도록 형성된다. 즉, 요철부(312)의 제1 돌기부(316)가 제2 배터리 모듈(100b)의 제2 홈부(120)에 결합되고, 요철부(312)의 제1 홈부(318)가 제1 배터리 모듈(100a)의 제2 돌기부(110)에 결합될 수 있다. 이에 의하면, 제1 지지빔(310)의 강성이 증대될 뿐만 아니라 제1 배터리 모듈(100a) 또는 제2 배터리 모듈(100b)과 제1 지지빔(310)의 결합력이 강화되어 제1 지지빔(310)에 의한 배터리 모듈들(100a, 100b)의 지지 정도가 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 팩을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 팩에는 상기 배터리 모듈(100)이 구비될 수 있다. 그리고, 본 발명의 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 자동차(미도시), 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 전기를 사용하도록 마련되는 소정의 자동차(미도시)에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 다수의 배터리 셀들을 포함하는 배터리 모듈;
    다수의 상기 배터리 모듈이 안착되는 하부 플레이트;
    상기 하부 플레이트에 결합되어 상기 배터리 모듈을 지지하는 지지부재; 및
    상기 하부 플레이트에 결합되며, 상기 배터리 모듈이 볼트를 통해 체결될 수 있도록 상기 지지부재에 결합되는 마운팅 너트를 포함하며,
    상기 배터리 모듈이 상기 지지부재에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 측면이 상기 지지부재의 측면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마운팅 너트는 상기 지지부재의 상하 방향의 모서리부에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마운팅 너트의 높이는 상기 지지부재의 높이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마운팅 너트는 일체형으로 형성되고, 일체형의 상기 마운팅 너트에 적어도 2개의 볼트 체결 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상하 방향의 단면을 기준으로 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 요철부는 'ㄷ'자 형상의 제1 돌기부와 제1 홈부가 순차적으로 대향되는 방향을 향하도록 반복적으로 연장되는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 요철부에 대응되도록 제2 돌기부 또는 제2 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는,
    다수의 상기 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈과, 상기 제1 배터리 모듈의 이웃하는 제2 배터리 모듈 사이에 배치되어 상기 마운팅 너트에 결합되는 제1 지지빔; 및
    상기 제1 지지빔과 교차하도록 배치되어 상기 마운팅 너트에 결합되는 제2 지지빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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