WO2021029570A1 - 배터리 모듈의 전장품 하우징 - Google Patents

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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrical appliance housing, and more specifically, to an electrical appliance housing of a battery module in which rigidity reinforcement and a bus bar are integrated into the housing to increase package efficiency.
  • lithium secondary batteries are in the spotlight due to the advantages of free charging and discharging, a very low self-discharge rate, and high energy density, as a memory effect rarely occurs compared to nickel-based secondary batteries.
  • secondary batteries have been widely used not only in small devices such as portable electronic devices, but also in mid- to large-sized devices such as electric vehicles and power storage devices (ESS).
  • ESS power storage devices
  • the housings of various electronic components inside the battery module/pack are mainly molded products.
  • the injection product is made of plastic, and after melting the resin, which is the raw material for injection, at high heat, it is put into a mold to complete the product.
  • the injection molding process essentially has the disadvantage of causing deformation of the product during the cooling process after injection as the high-temperature resin contacts the external ambient temperature. This deformation deteriorates the dimensional reliability of the product and weakens the mechanical strength of the injection product. Accordingly, there is a need for a method of reducing the amount of deformation in the cooling process and a method of securing the strength and reliability of the electronic housing after injection.
  • the battery module may include various electric components for controlling charging and discharging of battery cells, such as a BMS, a relay, a current sensor, a fuse, and the like.
  • the electrical appliance housing integrally houses the various electrical components.
  • the size of the electronic product housing is also being reduced. Therefore, there is a need to increase the space utilization of the electronic product housing, such as minimizing the space occupied by cables or bus bars in the electronic product housing.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide an electronic housing having high mechanical rigidity and preventing deformation after injection molding.
  • Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an electronic housing for convenient space freedom and a convenient electronic component package by integrating a busbar or the like into a housing.
  • an electronic product housing of a battery module for accommodating electronic parts comprising: a housing body forming an outer shape; And an electronic housing including a metal support structure embedded in the housing body.
  • the housing body is made of a plastic material, and may be provided in an insert injection manner together with the metal support structure.
  • the housing main body includes a bottom portion forming a bottom surface, and a wall surface portion forming a wall along an edge of the bottom portion, and the metal support structure is embedded in at least one of the bottom portion and the wall surface portion. I can.
  • the metal support structure includes at least one bus bar, and the bus bar includes a terminal portion corresponding to both ends and a connection portion forming a current path between the terminal portion, and the bus bar has a fastening hole, and the terminal portion of the bus bar Exposed to the inner space of the bottom portion, the connection portion of the bus bar may be embedded in at least one of the bottom portion and the wall portion.
  • a box-shaped terminal support may be further provided in the corner area of the bottom portion, one of the terminal portions of the busbar may be disposed on the upper surface of the terminal support, and the other side of the terminal portions of the busbar may be disposed standing up from the bottom surface .
  • the housing body may further include a plurality of heat sinks provided in a form in which a portion of the bottom surface is cut so that at least a portion of the connection portion of the bus bar is exposed to the outside of the housing body.
  • the metal support structure may include at least one horizontal frame extending in a horizontal direction of the bottom portion and at least one vertical frame extending in a vertical direction of the bottom portion.
  • the housing body further includes a flange portion protruding out of the wall portion from the bottom portion, the vertical frame has a bushing hole through which a bolt can pass through the end, and the bushing hole is located in the flange portion. I can.
  • a battery module including the electronic device housing described above may be provided.
  • a method of manufacturing an electronic product housing of a battery module for accommodating electronic parts comprising a housing injection step of insert injection molding so that a metal support structure is embedded in the housing body. Can be provided.
  • the metal support structure includes at least one bus bar, and the bus bar includes a terminal portion corresponding to both ends and a connection portion forming a current path between the terminal portion, and the bus bar has a fastening hole, and the terminal portion of the bus bar Exposed to the inner space of the bottom portion, the connection portion of the bus bar may be embedded in at least one of the bottom portion and the wall portion.
  • the metal support structure may include a horizontal frame and a vertical frame extending in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of the housing body.
  • the metal support structure can act as a skeleton of the housing main body, an electronic housing having high mechanical rigidity and deformation prevention after injection molding can be provided.
  • the electronic component housing can be provided with convenient electronic component package.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an electronic product housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which an electronic component is accommodated in the electronic product housing of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line II′ of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a bottom view of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 2.
  • the electrical equipment housing to be described below refers to one used to accommodate and protect various electrical equipment within a battery module or battery pack. That is, the electronic product housing referred to in the present embodiment may be included in a component of a battery module or a battery pack. Of course, the electronic housing according to the present invention is not necessarily used as a component of a battery module or a battery pack. For example, it can be applied as much as a housing for electrical equipment such as power storage devices and other electric devices.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an electronic product housing according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view illustrating a state in which the electronic component is accommodated in the electronic product housing of FIG. 1.
  • the electronic housing 10 includes a housing body 100 forming an outer shape and a metal support structure 200 embedded in the housing body 100. Include.
  • the housing body 100 includes a bottom portion 110 and a wall portion 120.
  • the bottom portion 110 is a portion forming the bottom surface of the housing body 100 and may have a predetermined thickness and may be provided in a substantially rectangular plate shape. Electrical components may be fixedly installed at a predetermined position on the bottom part 110.
  • the electrical components may be, for example, a main relay 20a, a current sensor 20b, a precharge relay 20c, a resistor 20d, and the like.
  • the wall portion 120 is a portion that forms a wall along the circumference of the bottom portion 110 and may be integrally formed with the bottom portion 110.
  • the electrical components are disposed in the space of the bottom portion 110 surrounded by the wall portion 120.
  • the housing body 100 may be installed to be fixed to one side of the battery module or the battery pack as it is in an open state or shield the space with a cover.
  • the metal support structure 200 is a component that acts as a skeleton of the housing body 100 within the housing body 100.
  • the housing body 100 may be manufactured by insert injection molding in which the metal support structure 200 is put into an injection mold and resin, which is an injection raw material, is injected.
  • the metal support structure 200 may be embedded in at least one of the bottom portion 110 and the wall portion 120 of the housing body 100, and mechanical rigidity such as stainless steel, copper, aluminum alloy, etc. There is no special limitation if it is a metal having
  • the coefficient of thermal deformation of the metal support structure 200 is relatively smaller than that of the plastic injection product. That is, since the metal support structure 200 has much better thermal durability than plastic, deformation hardly occurs even after injection. Since the metal support structure 200 is integrated into the injection product, the amount of shrinkage of the injection product may be reduced immediately after injection.
  • the electronic product housing 10 according to the present invention including the metal support structure 200 has the advantage of having higher dimensional accuracy and mechanical strength than a product having a general plastic injection molding structure.
  • the metal support structure 200 may include at least one bus bar 210, a horizontal frame 220, and a vertical frame 230.
  • the bus bar 210 is a metal plate having a predetermined thickness, width, and length, and is a member forming a high current path of the battery module/pack.
  • the bus bar 210 may be provided to form various paths by bending or twisting to connect specific devices or terminals.
  • the present invention uses such a bus bar 210 as one of the metal support structures 200. That is, in the present invention, a significant portion of the bus bar 210 is embedded in the electrical equipment housing 10 to utilize it for mechanical strength reinforcement, and the insulation and space freedom in the electrical equipment housing 10 can be improved.
  • the bus bar 210 includes both terminal portions 211 and 212 and a connection portion 213 forming a current path between the terminal portions 211 and 212.
  • the terminal portions 211 and 212 may have a fastening hole and are bolted to a terminal of an external device or an electrical component, so that electrical connection and mechanical fixation may be made.
  • the connection part 213 may be provided to form various current paths by extending in a predetermined path between both terminal parts 211 and 212.
  • the terminal portion of the bus bar 210 is exposed to the inner space of the bottom portion 110, and the connection portion 213 of the bus bar 210 is the bottom portion 110 and In the form of being embedded in at least one of the wall portions 120, the bus bar 210 may be used as a part of the metal support structure 200.
  • a box-shaped terminal support 140 may be further provided in a corner area of the bottom portion 110.
  • the terminal support 140 is a structure that supports the terminal portion 211 of the bus bar 210 at a predetermined height from the bottom portion 110 and provides a place for embedding a portion of the connection portion 213 therein.
  • One terminal portion 211 of the bus bar 210 is placed horizontally on the upper surface of the terminal support 140, and the other terminal portion 212 is separated from the bottom portion 110 at a predetermined distance from the one terminal portion 211 It can be arranged to stand upright.
  • the one terminal portion is referred to as a first terminal portion 211 and the other terminal portion is referred to as a second terminal portion 212.
  • the first terminal part 211 may contact one end of another bus bar or one end of a cable connected to one of the electrode terminals of the cell assembly, and may be fastened by bolts to be fixed.
  • the outer corner of the housing body 100 with the terminal support 140 is provided in a concave shape so that the bolt can be easily fastened to the fastening hole of the first terminal part 211 through the terminal support 140 .
  • the second terminal portion 212 may contact one of the electrode terminals of the main relay 20a located in the inner space of the bottom portion 110.
  • the electrode terminal of the main relay 20a may be provided in the form of a bolt that can be inserted into the fastening hole of the second terminal part 212 and a metal plate shape corresponding to the second terminal part 212.
  • connection part 213 is bent at least one time and may extend from the first terminal part 211 to the second terminal part 212 via the inside of the terminal support 140 and the bottom part 110.
  • connection part 213 is generally covered with an insulating tube for insulation and is disposed to be exposed to the outside in the electrical equipment housing 10.
  • the connection part 213 is a metal support structure ( By embedding in the housing body 100 as part of 200), a coating such as an insulating tube may be omitted.
  • a rigid busbar with a complicated path is difficult to cover by inserting an insulating tube or the like, and the insulating tube itself is also expensive.
  • the present invention can be said to be advantageous in not only reinforcing the mechanical strength of the electronic housing 10 but also in manufacturing the bus bar 210 and reducing the cost.
  • one of the two busbars 210 is used to form a current path between the positive terminal of the cell assembly and the positive terminal of the relay device, and the other busbar 210 Is used to form a current path between the negative terminal of the cell assembly and the negative terminal of the relay device.
  • a bus bar 210 may be additionally embedded in the electronic housing 10 in a similar manner for electrical connection of a current sensor and a precharge relay.
  • a portion of the bottom portion 110 is cut so that at least a portion of the connection portion 213 of the bus bar 210 is exposed to the outside of the housing body 100. It may further include a plurality of heat sink 130 provided in the form.
  • the heat sink 130 is provided on the rear surface of the bottom portion 110 in which the connection portion 213 of the bus bar 210 is embedded. do.
  • the radiating holes 130 may be formed, for example, in a grating structure. Accordingly, according to the present embodiment, heat generated from the bus bar 210 may be radiated toward the bottom of the housing body 100 through the radiator 130.
  • a small fan may be mounted under the radiator 130 to air-cool the bus bar 210.
  • the metal support structure 200 further includes a plurality of horizontal frames 220 and vertical frames 230. It may be desirable to evenly arrange the horizontal frame 220 and the vertical frame 230 within the area range of the floor 110 so as to reduce the deformation of the floor 110 as much as possible.
  • the horizontal frames 220 are each elongated along the horizontal direction (X-axis direction) of the bottom part 110 and are disposed at a predetermined distance from each other, and the vertical frames 230 ) Are also elongated along the vertical direction (Y-axis direction) of the bottom part 110 and are spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the assembly tolerance is greater.
  • the metal support structure 200 is embedded in the bottom part 110 to prevent deformation, but unlike the present embodiment, the horizontal frame 220 to the vertical frame 230 are added to the wall surface 120 You can buy it as much as you want.
  • the housing main body 100 may further include a flange portion 150 protruding out of the wall portion 120 from the bottom portion 110.
  • the flange portion 150 may be used as a bolt fastening place when fixing the electrical equipment housing 10 to, for example, a battery module or a tray of a battery pack.
  • a total of four flange portions 150 may be provided at two sides of the housing body 100 in the vertical direction (Y-axis direction). And both ends of the vertical frame 230 may be located in the flange portion 150.
  • a bushing hole 240 through which a bolt can pass may be provided at the end of the vertical frame 230. In other words, the bushing hole 240 may be a portion formed at the end of the vertical frame 230 in a metal tube shape.
  • the present invention prevents deformation after injection of the housing body 100 by placing the bushing hole 240 of the vertical frame 230 in the flange portion 150 as described above, and reinforces the mechanical strength of the flange portion 150. have. Therefore, even if the flange portion 150 is strongly coupled to another structure using a bolt later, the flange portion 150 may not be easily broken or damaged. This may act as an advantage in stably installing the electronic product housing 10 in the tray of the battery module or the battery pack.
  • a method of manufacturing an electrical equipment housing (10) comprising a housing injection step of insert injection molding the housing body (100) so that the metal support structure (200) is embedded therein.
  • the housing injection step may be performed by first putting the metal support structure 200 into an injection mold and injecting a plastic resin into the injection mold.
  • the plastic resin may be any resin as long as it is a resin material having constant durability and electrical insulation.
  • the metal support structure 200 may include a bus bar 210, a horizontal frame 220, and a vertical frame 230.
  • connection parts 213 except for the terminal part of the terminal part of the bus bar 210 are embedded in at least one of the bottom part 110 and the wall part 120, and the horizontal Both the frame 220 and the vertical frame 230 are elongated along the horizontal and vertical directions of the bottom 110 so as to be buried so as to be evenly distributed over the area of the bottom 110.
  • the housing body 100 is cooled and solidified while maintaining the pressure in the injection mold.
  • the metal support structure 200 is evenly embedded in the housing main body 100, a change in the size of the injection product can be minimized.
  • the manufacturing process is completed by taking out the hardened electronic product housing 10 from the injection mold.
  • the metal support structure 200 is included in the housing body 100, dimensional accuracy and mechanical strength of the housing body 100 after injection molding may be improved.
  • the bus bar 210 is included in an integrated structure with the housing body 100, so there is no need to separately cover the bus bar 210 with an insulating tube, etc., and the degree of freedom of space is increased. So the electronic component package can be achieved very efficiently. By using such an electronic product housing 10, it may be very advantageous to simplify the assembly process of the overall battery module or battery pack.
  • the battery module according to the present invention may be configured to include the above-described electronic product housing, and the battery pack may be configured to include at least one or more of the battery modules.
  • the battery pack may be applied to a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the battery pack may be applied to a power storage device or other IT product line.

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Abstract

본 발명은 전장 부품을 수용하기 위한 전장품 하우징을 개시한다. 본 발명에 따른 전장품 하우징은 그 외형을 형성하는 하우징 본체; 및 상기 하우징 본체 내부에 매입되어 있는 메탈 지지구조체를 포함할 수 있다.

Description

배터리 모듈의 전장품 하우징
본 발명은 전장품 하우징에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 강성보강 및 버스바 등을 하우징에 일체화시켜 패키지 효율화를 도모한 배터리 모듈의 전장품 하우징에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 08월 13일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0098993호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 전기 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 예컨대 전기 자동차에 이용되는 경우, 에너지 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 접속되어 있는 배터리 모듈과, 이러한 배터리 모듈을 다수 연결하여 배터리 팩을 구성한다.
상기 배터리 모듈/팩 내부의 다양한 전장품의 하우징은 주로 사출물을 사용한다. 사출물은 플라스틱을 이용하여 만들어지며, 사출 원재료인 수지를 고열에 녹인 후 금형에 넣어 제품을 완성한다.
사출성형 공정은 필수적으로 고열의 수지가 외부 대기온도와 접촉하면서 사출 후 냉각과정에서 제품의 변형이 발생하는 단점이 있다. 이러한 변형은 제품의 치수 신뢰성을 악화시키며, 사출물의 기계적 강도를 약화시킨다. 따라서 상기 냉각과정의 변형량을 줄일 수 있는 방안과 더불어 사출 후 전장품 하우징의 강도 신뢰성을 확보할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
한편, 배터리 모듈은 배터리 셀들의 충방전을 제어하기 위한 각종 전장 부품 이를테면, BMS, 릴레이, 전류 센서, 퓨즈 등을 포함할 수 있다. 전장품 하우징은 상기 각종 전장 부품들을 일체로 수납한다. 그런데 배터리 모듈/팩의 소형화 추세에 맞추어 상기 전장품 하우징의 사이즈도 소형화하는 추세이다. 따라서 전장품 하우징 내에서 케이블 또는 버스바가 차지하는 공간을 최소화하는 등 전장품 하우징의 공간 활용성을 높일 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 사출 성형 후 변형 방지 및 높은 기계적 강성을 갖는 전장품 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 버스바 등을 하우징에 일체화시켜 공간 자유도 및 전장 부품 패키지가 편리한 전장품 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전장 부품들을 수용하기 위한 배터리 모듈의 전장품 하우징으로서, 외형을 형성하는 하우징 본체; 및 상기 하우징 본체 내부에 매입되어 있는 메탈 지지구조체를 포함하는 전장품 하우징이 제공될 수 있다.
상기 하우징 본체는 플라스틱 소재로서, 상기 메탈 지지구조체와 함께 인서트 사출 방식으로 마련될 수 있다.
상기 하우징 본체는, 저면을 형성하는 바닥부와, 상기 바닥부의 가장자리 둘레를 따라 벽체를 형성하는 벽면부를 포함하고, 상기 메탈 지지구조체는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 한 곳의 내부에 매입될 수 있다.
상기 메탈 지지구조체는 적어도 하나 이상의 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 체결홀을 구비하고 양쪽 끝부분에 해당하는 단자부와 상기 단자부 사이에서 전류 경로를 형성하는 연결부로 구성되고, 상기 버스바의 단자부는 상기 바닥부의 내측 공간에 노출되고, 상기 버스바의 연결부는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입될 수 있다.
상기 바닥부의 코너 영역에는 박스 형상의 단자지지대가 더 구비되고, 상기 버스바의 단자부 중 일측은 상기 단자지지대의 상면에 배치되고, 상기 버스바의 단자부 중 타측은 상기 바닥면으로부터 기립 배치될 수 있다.
상기 하우징 본체는 상기 버스바의 연결부 중 적어도 일부분이 상기 하우징 본체의 바깥쪽으로 노출되도록 상기 바닥면 일부가 절개된 형태로 마련된 다수의 방열구들을 더 포함할 수 있다.
상기 메탈 지지구조체는 상기 바닥부의 가로 방향으로 연장되는 적어도 하나의 가로 프레임과, 상기 바닥부의 세로 방향으로 연장되는 적어도 하나의 세로 프레임을 포함할 수 있다.
상기 하우징 본체는 상기 바닥부에서 상기 벽면부 밖으로 돌출되는 플랜지부를 더 포함하고, 상기 세로 프레임은 끝단부에 볼트가 통과할 수 있는 부싱홀을 구비하고, 상기 부싱홀은 상기 플랜지부 속에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 전장품 하우징을 포함하는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 전장 부품들을 수용하기 위한 배터리 모듈의 전장품 하우징의 제조방법으로서, 메탈 지지구조체가 하우징 본체 내부에 매입되게 인서트 사출 성형하는 하우징 사출단계를 포함하는 전장품 하우징 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 메탈 지지구조체는 적어도 하나 이상의 버스바를 포함하고, 상기 버스바는 체결홀을 구비하고 양쪽 끝부분에 해당하는 단자부와 상기 단자부 사이에서 전류 경로를 형성하는 연결부로 구성되고, 상기 버스바의 단자부는 상기 바닥부의 내측 공간에 노출되고, 상기 버스바의 연결부는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입될 수 있다.
상기 메탈 지지구조체는 상기 하우징 본체의 가로 방향 및 세로 방향 중 적어도 일 방향으로 연장되는 가로 프레임 및 세로 프레임을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 메탈 지지구조체가 하우징 본체의 뼈대로 작용할 수 있어 사출 성형 후 변형 방지 및 높은 기계적 강성을 갖는 전장품 하우징이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 버스바 등이 하우징 본체와 일체형 구조로 제작되어 있어 전장 부품 패키지가 편리한 전장품 하우징이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전장품 하우징에서 버스바의 단자부만이 하우징 본체 밖으로 노출되고 버스바의 나머지 부분은 상기 메탈 지지구조체 역할을 담당함으로써 버스바의 절연을 위한 피복이 필요하지 않다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전장품 하우징의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 전장품 하우징에 전장 부품을 수납한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4는 도 2의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 저면도이다.
도 6은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ'에 따른 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.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서 설명할 전장품 하우징은 배터리 모듈 내지 배터리 팩 내부의 다양한 전장품을 수용하고 보호하는데 사용되는 것을 말한다. 즉 본 실시예에서 언급되는 전장품 하우징은 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 구성품에 포함될 수 있다. 물론, 본 발명에 따른 전장품 하우징이 반드시 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 구성품으로만 사용되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 전력 저장장치 기타 전기 장치등의 전장품 하우징으로도 얼마든지 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전장품 하우징의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 전장품 하우징에 전장 부품을 수납한 상태를 도시한 도면이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전장품 하우징(10)은, 외형을 형성하는 하우징 본체(100)와, 상기 하우징 본체(100) 내부에 매입되어 있는 메탈 지지구조체(200)를 포함한다.
상기 하우징 본체(100)는 바닥부(110)와 벽면부(120)를 포함한다.
바닥부(110)는 하우징 본체(100)의 저면을 형성하는 부분으로 소정의 두께를 가지고 대략 사각 판형으로 마련될 수 있다. 전장 부품들은 상기 바닥부(110)에서 미리 지정된 위치에 고정되게 설치될 수 있다. 상기 전장 부품들은, 예컨대 메인 릴레이(20a), 전류 센서(20b), 프리차지 릴레이(20c), 레지스터(20d) 등일 수 있다.
벽면부(120)는 바닥부(110)의 가장자리 둘레를 따라 벽체를 형성하는 부분이며 상기 바닥부(110)와 일체로 형성될 수 있다. 전장 부품들은 상기 벽면부(120)로 둘러싸인 바닥부(110)의 공간 내에 배치된다. 하우징 본체(100)는 상기 공간이 덮개로 차폐되거나, 개방된 상태로 그대로 배터리 모듈 내지 배터리 팩 내의 일측에 고정되게 설치될 수 있다.
메탈 지지구조체(200)는 하우징 본체(100) 내부에서 하우징 본체(100)의 뼈대로서 작용하는 구성 요소이다. 이를테면 메탈 지지구조체(200)를 사출 금형에 넣고 사출 원재료인 수지(resin)을 주입하는 인서트 사출 성형 방식으로 하우징 본체(100)가 제작될 수 있다. 후술하겠으나, 상기 메탈 지지구조체(200)는 상기 하우징 본체(100)의 바닥부(110) 및 벽면부(120) 중 적어도 한 곳의 내부에 매입될 수 있고 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄 합금 등 기계적 강성을 갖는 금속이라면 특별한 제한이 없다.
이러한 메탈 지지구조체(200)의 열변형계수는 플라스틱 사출물의 열변형계수보다 상대적으로 매우 작다. 즉, 메탈 지지구조체(200)는 열적 내구성이 플라스틱보다 훨씬 우수하므로 사출 후에도 변형이 거의 일어나지 않는다. 이러한 메탈 지지구조체(200)가 사출물 내부에 일체화됨으로써 사출 직후 사출물의 수축량도 줄어들 수 있다.
따라서 상기 메탈 지지구조체(200)를 포함한 본 발명에 따른 전장품 하우징(10)은 일반적인 플라스틱 사출 성형 구조의 제품보다 치수 정확도와 기계적 강도가 더 높은 장점을 갖는다.
한편, 본 실시예에 따른 상기 메탈 지지구조체(200)는 적어도 하나 이상의 버스바(210)와, 가로 프레임(220)과, 세로 프레임(230)을 포함할 수 있다.
버스바(210)는 일정한 두께와 폭 그리고 길이를 갖는 금속판으로서 배터리 모듈/팩의 대전류 경로를 형성하는 부재이다. 상기 버스바(210)는 특정 장치 또는 단자 간을 연결하기 위해 벤딩이나 트위스트하여 다양한 경로를 형성하도록 마련될 수 있다.
본 발명은 이러한 버스바(210)를 메탈 지지구조체(200) 중 하나로 이용한다. 즉, 본 발명은 버스바(210) 중 상당 부분을 전장품 하우징(10) 속에 매입함으로써 이를 기계적 강도 보강에 활용함과 아울러 전장품 하우징(10) 내의 절연성과 공간 자유도가 향상될 수 있도록 하였다.
버스바(210)는 양쪽 단자부(211,212)와 상기 양쪽 단자부(211,212) 사이에 전류 경로를 형성하는 연결부(213)를 포함한다. 상기 단자부(211,212)는 체결홀을 구비하고 외부 장치 또는 전장 부품의 단자와 볼트 체결되어 전기적 연결 및 기계적 고정이 이루어질 수 있다. 연결부(213)는 양쪽 단자부(211,212) 사이에서 미리 결정된 경로로 연장되어 다양한 전류 경로를 형성하도록 마련될 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 상기 버스바(210)의 단자부는 바닥부(110)의 내측 공간에 노출시키고 버스바(210)의 연결부(213)는 바닥부(110) 및 벽면부(120) 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입되는 형태로, 버스바(210)가 메탈 지지구조체(200)의 일환으로 사용될 수 있다.
바닥부(110)의 코너 영역에는 박스 형상의 단자지지대(140)가 더 구비될 수 있다. 상기 단자지지대(140)는 버스바(210)의 단자부(211)를 바닥부(110)으로부터 일정 높이로 지지하고 연결부(213)의 일부분을 그 속에 매입하기 위한 장소를 제공하는 구조물이다.
상기 단자지지대(140)의 상면에 버스바(210)의 일측 단자부(211)가 수평하게 놓이고 타측 단자부(212)는 상기 일측 단자부(211)로부터 소정 거리 이격된 위치에서 바닥부(110)으로부터 수직하게 기립 배치될 수 있다. 이하에서 상기 일측 단자부를 제1 단자부(211)라고 지칭하고 상기 타측 단자부를 제2 단자부(212)라고 지칭한다.
상기 제1 단자부(211)는, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 셀 어셈블리의 전극 터미널 중 하나와 연결되어 있는 다른 버스바의 일단부 내지 케이블의 일단부와 접촉하고 볼트로 체결되어 고정될 수 있다. 이때, 단자지지대(140)가 있는 하우징 본체(100)의 코너 바깥쪽은 오목한 형상으로 마련하여 볼트를 단자지지대(140)를 관통해서 제1 단자부(211)의 체결홀에 쉽게 체결할 수 있도록 하였다.
그리고 제2 단자부(212)는 바닥부(110) 안쪽 공간에 위치한 메인 릴레이(20a)의 전극 터미널 중 하나와 접촉할 수 있다. 메인 릴레이(20a)의 전극 터미널은 상기 제2 단자부(212)의 체결홀에 끼워 넣을 수 있는 볼트와 상기 제2 단자부(212)에 대응하는 금속판 형으로 마련될 수 있다.
연결부(213)는 적어도 1회 이상 절곡된 형태로서 제1 단자부(211)로부터 단자지지대(140)의 내부와 바닥부(110) 내부를 경유해서 제2 단자부(212)까지 연장될 수 있다.
종래의 버스바(210)에서 연결부(213)는 일반적으로 절연을 위해 절연 튜브 등으로 피복하고 전장품 하우징(10) 내에서 외부에 노출되게 배치되는데 본 발명은 상기 연결부(213)가 메탈 지지구조체(200)의 일환으로 하우징 본체(100) 속에 매입함으로써 절연 튜브 등과 같은 피복물을 생략할 수 있다. 특히, 경로가 복잡한 강성 버스바(rigid busbar)는 절연 튜브 등을 삽입하여 피복하기가 까다롭고 절연 튜브 자체도 비싼 편이다. 이러한 측면에서 본 발명은 전장품 하우징(10)의 기계적 강도를 강화할 수 있을 뿐만 아니라 버스바(210) 제작 및 원가 절감에 있어서도 유리하다 할 수 있다.
본 실시예에서 상기 2개의 버스바(210) 중 하나의 버스바(210)는 셀 어셈블리의 양극 터미널과 릴레이 장치의 양극 터미널 사이의 전류 경로를 형성하는데 이용된 것이고 나머지 하나의 버스바(210)는 셀 어셈블리의 음극 터미널과 릴레이 장치의 음극 터미널 사이의 전류 경로를 형성하는데 이용된 것이다. 도시하지 않았으나, 릴레이 장치 이외에도 전류 센서, 프리차지 릴레이 등의 전기적 연결을 위해 전장품 하우징(10) 내에는 버스바(210)가 유사한 방식으로 추가로 더 매입될 수도 있다.
버스바(210)에 흐르는 전류의 세기가 매우 클 경우, 열을 발생할 수 있으므로 고전압/고전류용 버스바(210)는 온도를 적절히 유지하도록 냉각시켜줄 필요가 있다.
이를 위해 본 실시예에 따른 하우징 본체(100)는 상기 버스바(210)의 연결부(213) 중 적어도 일부분이 상기 하우징 본체(100)의 바깥쪽으로 노출되도록 상기 바닥부(110)의 일부가 절개된 형태로 마련된 다수의 방열구(130)들을 더 포함할 수 있다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징 본체(100)의 바닥부(110) 중 버스바(210)의 연결부(213)가 매입되어 있는 바닥부(110)의 배면에 방열구(130)들이 마련된다. 상기 방열구(130)들은 예컨대, 그레이팅(grating) 구조와 같이 형성될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면, 버스바(210)에서 발생하는 열은 상기 방열구(130)를 통해 하우징 본체(100) 아래로 쪽으로 방열될 수 있다. 상기 버스바(210)를 보다 적극적으로 냉각하기 위한 방편으로서 상기 방열구(130) 아래에 소형 팬을 장착하여 버스바(210)를 공냉시킬 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 지지구조체(200)는 복수 개의 가로 프레임(220)과 세로 프레임(230)을 더 포함한다. 바닥부(110)의 변형을 최대한 줄일 수 있도록 상기 가로 프레임(220)과 세로 프레임(230)을 바닥부(110)의 면적 범위 내에 고르게 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해 도 1과 도 6을 같이 참조하여 보면, 가로 프레임(220)들은 각각 바닥부(110)의 가로 방향(X축 방향)을 따라 길게 연장되고 상호 간 소정 거리 이격 배치되고, 세로 프레임(230)들도 마찬가지로 각각 바닥부(110)의 세로 방향(Y축 방향)을 따라 길게 연장되고 상호 간 소정 거리 이격 배치된다.
전장품 하우징(10)의 벽면부(120)보다는 전장품 하우징(10)의 저면을 형성하는 바닥부(110)가 수축하여 뒤틀리는 경우 조립 공차가 더 크게 발생하기 때문에 본 실시예는 바닥부(110)의 변형을 막는데 집중하여 메탈 지지구조체(200)를 바닥부(110)에 매입한 것이나, 본 실시예와 달리, 벽면부(120)에 상기 가로 프레임(220) 내지 세로 프레임(230)을 추가 더 매입하여도 얼마든지 무방하다.
상기 하우징 본체(100)는 상기 바닥부(110)에서 상기 벽면부(120) 밖으로 돌출되는 플랜지부(150)를 더 포함할 수 있다. 이러한 플랜지부(150)는 전장품 하우징(10)을 예컨대, 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 트레이에 고정하고자 할 때 볼트 체결 장소로 사용될 수 있다.
상기 플랜지부(150)는 하우징 본체(100)의 세로 방향(Y축 방향) 양쪽 사이드에 2군데씩 총 4개가 마련될 수 있다. 그리고 세로 프레임(230)의 양쪽 끝단부는 상기 플랜지부(150) 속에 위치할 수 있다. 이러한 세로 프레임(230)의 끝단부에는 볼트가 통과할 수 있는 부싱홀(240)이 구비될 수 있다. 다시 말하면, 상기 부싱홀(240)은 금속관형으로 세로 프레임(230)의 끝단부에 형성된 부분이라 할 수 있다.
본 발명은 이처럼 세로 프레임(230)의 부싱홀(240)을 플랜지부(150) 내에 위치시킴으로써 하우징 본체(100)의 사출 후 변형을 저지함과 아울러 플랜지부(150)의 기계적 강도를 보강할 수 있다. 따라서 추후 볼트를 이용하여 플랜지부(150)를 다른 구조물에 강하게 결합해도 플랜지부(150)가 쉽게 깨지거나 파손되지 않을 수 있다. 이는 전장품 하우징(10)을 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 트레이에 안정적으로 설치하는데 장점으로 작용할 수 있다.
이어서 본 발명에 따른 전장품 하우징(10) 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
메탈 지지구조체(200)가 내부에 매입되게 하우징 본체(100)를 인서트 사출 성형하는 하우징 사출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징(10) 제조방법.
먼저, 탑재할 전장 부품의 개수, 형상 그리고 전장 부품들을 연결시킬 버스바(210)의 경로 등의 제반 조건에 따라 바닥부(110)와 벽면부(120)를 갖는 하우징 본체(100)를 설계하는 단계와, 상기 하우징 본체(100)에 매입할 메탈 지지구조체(200)를 준비하는 단계를 수행한다.
그 다음, 상기 메탈 지지구조체(200)가 하우징 본체(100)의 내부에 매입되게 인서트 사출 성형하는 하우징 사출단계를 수행한다.
상기 하우징 사출단계는 사출 금형 속에 상기 메탈 지지구조체(200)를 먼저 넣고 플라스틱 수지를 사출 금형 속에 주입하는 방식으로 진행될 수 있다. 이때 상기 플라스틱 수지는 일정한 내구성과 전기 절연성을 갖는 수지 재료이면 어떠한 수지라도 무방할 수 있다.
상기 메탈 지지구조체(200)로는 전술한 바와 같이, 버스바(210)와 가로 프레임(220) 및 세로 프레임(230)이 모두 채용될 수 있다.
상기 버스바(210)의 경우 버스바(210)의 단자부의 단자부를 제외한 연결부(213)는 모두 바닥부(110) 및 벽면부(120) 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입되도록 하고, 상기 가로 프레임(220) 및 세로 프레임(230)은 모두 바닥부(110)의 가로 방향 및 세로 방향을 따라 길게 연장되어 바닥부(110) 면적에 고르게 분포하도록 매입되도록 한다.
그 다음, 사출 금형 내의 압력을 유지한 채로 하우징 본체(100)를 냉각 고화시킨다. 이때 전술한 바와 같이, 하우징 본체(100) 내부에 고르게 메탈 지지구조체(200)가 매입되어 있음으로 사출물의 치수 변화가 최소화될 수 있다. 이어서 사출 금형 속에서 굳은 전장품 하우징(10)을 꺼내면 제조 공정이 마무리된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전장품 하우징(10)은, 메탈 지지구조체(200)가 하우징 본체(100) 내에 포함되어 있어 사출 성형 후 하우징 본체(100)의 치수 정확성 및 기계적 강도가 향상될 수 있다.
또한, 상기 메탈 지지구조체(200)의 일환으로써 버스바(210)가 하우징 본체(100)와 일체형 구조로 포함되어 있어 절연 튜브 등으로 버스바(210)를 별도로 피복할 필요가 없고 공간 자유도가 증대되어 있어 전장 부품 패키지가 매우 효율적으로 이루질 수 있다. 이러한 전장품 하우징(10)을 사용함으로써 전체적인 배터리 모듈 내지 배터리 팩의 조립 공정을 간소화하는데 매우 유리하게 작용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 상술한 전장품 하우징을 포함하여 구성될 수 있고, 배터리 팩은 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하게 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 물론, 상기 배터리 팩은 전력 저장장치 또는 기타 IT 제품군 등에 적용될 수도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (12)

  1. 전장 부품들을 수용하기 위한 배터리 모듈의 전장품 하우징에 있어서,
    외형을 형성하는 하우징 본체; 및
    상기 하우징 본체 내부에 매입되어 있는 메탈 지지구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 본체는 플라스틱 소재로서,
    상기 메탈 지지구조체와 함께 인서트 사출 방식으로 마련된 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 본체는,
    저면을 형성하는 바닥부와, 상기 바닥부의 가장자리 둘레를 따라 벽체를 형성하는 벽면부를 포함하고,
    상기 메탈 지지구조체는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 한 곳의 내부에 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 메탈 지지구조체는 적어도 하나 이상의 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는 체결홀을 구비하고 양쪽 끝부분에 해당하는 단자부와 상기 단자부 사이에서 전류 경로를 형성하는 연결부로 구성되고,
    상기 버스바의 단자부는 상기 바닥부의 내측 공간에 노출되고, 상기 버스바의 연결부는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바닥부의 코너 영역에는 박스 형상의 단자지지대가 더 구비되고,
    상기 버스바의 단자부 중 일측은 상기 단자지지대의 상면에 배치되고, 상기 버스바의 단자부 중 타측은 상기 바닥면으로부터 기립 배치되는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하우징 본체는 상기 버스바의 연결부 중 적어도 일부분이 상기 하우징 본체의 바깥쪽으로 노출되도록 상기 바닥면 일부가 절개된 형태로 마련된 다수의 방열구들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 메탈 지지구조체는 상기 바닥부의 가로 방향으로 연장되는 적어도 하나의 가로 프레임과, 상기 바닥부의 세로 방향으로 연장되는 적어도 하나의 세로 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하우징 본체는 상기 바닥부에서 상기 벽면부 밖으로 돌출되는 플랜지부를 더 포함하고,
    상기 세로 프레임은 끝단부에 볼트가 통과할 수 있는 부싱홀을 구비하고, 상기 부싱홀은 상기 플랜지부 속에 위치하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전장품 하우징을 포함하는 배터리 모듈.
  10. 전장 부품들을 수용하기 위한 배터리 모듈의 전장품 하우징의 제조방법으로서,
    메탈 지지구조체가 하우징 본체 내부에 매입되게 인서트 사출 성형하는 하우징 사출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메탈 지지구조체는 적어도 하나 이상의 버스바를 포함하고,
    상기 버스바는 체결홀을 구비하고 양쪽 끝부분에 해당하는 단자부와 상기 단자부 사이에서 전류 경로를 형성하는 연결부로 구성되고,
    상기 버스바의 단자부는 상기 바닥부의 내측 공간에 노출되고, 상기 버스바의 연결부는 상기 바닥부 및 상기 벽면부 중 적어도 어느 한 곳의 내부에 매입되는 것을 특징으로 하는 전장품 하우징 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 메탈 지지구조체는 상기 하우징 본체의 가로 방향 및 세로 방향 중 적어도 일 방향으로 연장되는 가로 프레임 및 세로 프레임을 포함하는 것을 특징으로 전장품 하우징 제조 방법.
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