WO2022086007A1 - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

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battery
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battery pack
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이찬규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a device including the same, and more particularly, to a battery pack capable of efficiently utilizing an internal space of a battery module and a device including the same.
  • Secondary batteries are receiving a lot of attention as an energy source in various product groups such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a powerful energy resource that can replace the use of conventional products using fossil fuels, and is in the spotlight as an eco-friendly energy source because by-products due to energy use do not occur.
  • a battery module composed of at least one battery cell is configured, and other components are added using the plurality of battery modules to form a battery pack.
  • the way it is configured is common.
  • the battery module constituting such a battery pack includes a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a frame accommodating the battery cell stack, and an end plate that covers the front and rear surfaces of the battery cell stack.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which a conventional battery module is mounted on a battery pack frame.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing a portion A-A' of FIG. 1
  • FIG. 2B is a view showing the end plate 30 of FIG. 1 .
  • the space utilization efficiency inside the battery module is lowered due to the volume of the portion where the mounting hole 31 is disposed, and the cell terrace 11a inside the battery module has a mounting hole 31 .
  • the mounting hole 31 has to be bent in the direction it is not placed. That is, as shown in FIG. 2B , since the mounting hole 31 is formed in the space protruding to the inside of the end plate 30 , the mounting hole 31 is not disposed on the cell terrace 11a so as not to interfere with this. It must be turned in the opposite direction. Due to the bent installation of the cell terrace 11a as described above, there is a concern that there is a problem in terms of stability of the battery module, and there is a problem that an additional process for folding the cell terrace 11a is required.
  • the electrode leads 11b are folded on the bus bar 12 surface in only one direction, so that the electrode leads ( The welding of 11b) also has a problem in that it can only be done in one direction.
  • An object of the present invention is to provide a battery pack capable of efficiently utilizing the internal space of a battery module and a device including the same.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for realizing the above object is a battery pack including a battery module and a battery pack frame on which the battery module is mounted, wherein the battery module includes a plurality of battery cells stacked A battery cell stack, a module frame for accommodating the battery cell stack, and an end plate covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, further comprising a fastening member coupling the module frame and the battery pack frame do.
  • a mounting hole for coupling with the battery pack frame is not formed in the end plate.
  • the fastening member may include a pack hook protruding from the battery pack frame toward the module frame, and a module hook protruding corresponding to the pack hook from a side surface of the module frame.
  • the pack hook and the module hook extend along a longitudinal direction of a side surface of the module frame, and the pack hook includes a recess into which the module hook is inserted corresponding to the module hook, wherein the module hook follows the recess. It can be slid and coupled to the pack hook.
  • the module hook may include a protrusion extending from a side surface of the module frame in a direction parallel to the bottom surface of the battery pack frame toward the concave portion at an end thereof, and the protrusion may be inserted into the concave portion.
  • the fastening member may include a side surface of the module frame and a first welding line formed at a portion in contact with the battery pack frame.
  • the fastening member may further include a second welding line formed at a portion in which the end plate and the battery pack frame contact each other.
  • the fastening member may include at least one strap surrounding the outside of the module frame, and at least one welding point for fixing an end of the at least one strap to the battery pack frame.
  • the at least one strap may include a first strap that surrounds the side surface and the upper surface of the module frame, and a second strap that crosses the longitudinal direction of the battery module and surrounds the upper surface and the end plate of the module frame.
  • a device includes the battery pack.
  • the space efficiency inside the battery module can be increased by removing the volume occupied by the conventional mounting hole structure, and the unnecessary cell terrace folding process is eliminated to the battery module can simplify the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which a conventional battery module is mounted on a battery pack frame.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 .
  • Figure 2b is a view showing the end plate of Figure 1;
  • FIG 3 is a view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a cross-section of a portion C of FIG. 3 .
  • FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line D-D′ of FIG. 3 , showing the inside of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5b is a view showing the inner side of the end plate of Figure 3 is shown.
  • FIG. 6 is a view showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 3 is a view showing a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a cross-section of a portion C of FIG. 3 .
  • FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line D-D′ of FIG. 3 , showing the inside of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5b is a view showing the inner side of the end plate of Figure 3 is shown.
  • the battery pack 1000 includes a battery module and a battery pack frame 400 on which the battery module is mounted.
  • the battery module includes a battery cell stack 100 in which a plurality of battery cells are stacked, a module frame 200 accommodating the battery cell stack 100 , and front and rear surfaces of the battery cell stack 100 . and an end plate 300 .
  • a fastening member 500 for coupling the module frame 200 of the battery module and the battery pack frame 400 is included.
  • the module frame 200 accommodates the battery cell stack 100 and may physically protect the battery cell stack 100 .
  • the module frame 200 may be formed in upper, lower, left, and right surfaces to cover the upper, lower, left, and right surfaces of the battery cell stack 100 .
  • the module frame 200 may have a rectangular tube shape in which top, bottom, left and right surfaces are continuously connected, and may have a form in which the upper surface is combined on a U-shaped frame in which the lower surface and left and right surfaces are connected, and is not particularly limited. .
  • FIG. 1 In FIG.
  • the module frame 200 of the form in which the upper plate 220 is coupled on the side 210 vertically extending from the lower surface is described as an example, but this is also not limited to the corresponding configuration, and the battery cell stack If it is a module frame 200 that can cover the upper, lower, left, and right surfaces of the sieve 100, it can be appropriately applied.
  • the end plate 300 may be formed on the front and rear surfaces of the battery cell stack 100 to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 100 . An electrical connection between the battery cell stack 100 and the outside may be blocked through the end plate 300 .
  • the battery cell 110 is a secondary battery and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 110 may be configured in plurality, and the plurality of battery cells 110 may be stacked to each other so as to be electrically connected to each other to form the battery cell stack 100 .
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a cell case, and an electrode lead 112 protruding from the electrode assembly.
  • the electrode assembly may include a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator.
  • the cell case is for packaging the electrode assembly, and may be formed of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
  • Such a cell case may include a case body and a cell terrace 111 .
  • the cell terrace 111 extends from the case body and is sealed to seal the electrode assembly.
  • An electrode lead 112 may partially protrude from one side of the cell terrace 111 .
  • the electrode lead 112 may be electrically connected to the electrode assembly. Such electrode leads 112 may be provided as a pair. A portion of the pair of electrode leads 112 may protrude out of the cell terrace 111 at the front and rear of the cell case, respectively.
  • the bus bar frame 120 may be formed to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack 100 .
  • the bus bar 121 may be formed on the outer surface of the bus bar frame 120 .
  • the electrode leads 112 extending from the cell terrace 111 penetrate the lead slot of the bus bar frame 120 and the slot of the bus bar 121 , and then weld the outer surface of the bus bar 121 in a folded state. can be combined through Through this, the battery cells 110 and the bus bars 121 may be electrically connected.
  • a fastening member 500 for coupling the module frame 200 and the battery pack frame 400 to the end plate 300 .
  • mounting holes are formed at both ends of the end plate, the mounting hole portion is connected to the battery pack frame, and the end plate and the battery pack frame can be coupled to each other by inserting a bolt into the mounting hole.
  • the end plate and the battery pack frame can be coupled to each other by inserting a bolt into the mounting hole.
  • the cell terrace 11a inside the battery module is bent in the opposite direction to the mounting hole 31 in order to deviate from the portion where the mounting hole 31 is formed.
  • the electrode leads 11b protruding from the outermost battery cells among the battery cells have a mounting hole 31 in order to contact the bus bars 12 formed in a portion where the mounting hole 31 is not located. There was a problem in that it could only be folded in the direction opposite to the direction it was installed.
  • the mounting hole is not formed in the end plate 300, the space occupied by the conventional mounting hole can be utilized.
  • the bus bar 121 can be positioned in the space occupied by the conventional mounting hole. Therefore, since the cell terrace 111 does not need to be bent and installed in a state extending from the battery cells 110 in a straight line, there is no longer a need for a separate step of folding the cell terrace 111 , thereby reducing the manufacturing process and simplifying the process. can contribute to In addition, the edge of the cell terrace 111 also had to be obliquely removed to avoid interference with the mounting hole, but in an embodiment of the present invention, since the space occupied by the mounting hole is empty, the cell terrace ( 111) Since it is not necessary to remove the corner part, it is possible to further simplify the manufacturing process.
  • the bus bar 121 can be positioned at a position corresponding to the electrode leads 112 of the outer battery cells 110 , so that the electrode leads 112 formed in the outer part are also formed on the outer surface of the bus bar 121 . can be folded in both directions, so that both portions of the electrode lead 112 can be welded, whereby weldability between the electrode lead 112 and the bus bar 121 can be enhanced.
  • the pack hook 410 and the module frame 200 from the battery pack frame 400 toward the module frame 200 as shown in FIGS. 3 and 4 as the fastening member 500 .
  • the module frame 200 may be fixed to the battery pack frame 400 by coupling the pack hook 410 and the module hook 211 .
  • the pack hook 410 vertically protrudes upward from the battery pack frame 400 , extends toward the side surface 210 of the module frame 200 , and has an end lowered again.
  • a recess 410a into which the module hook 211 can be inserted is formed. That is, in the drawing, the concave portion 410a open toward the bottom in the z direction is formed.
  • the overall shape of the pack hook 410 is elongated along the longitudinal direction (y-direction of the drawing) of the side 210 of the module frame 200 as shown in FIG. 3 .
  • the module hook 211 is slidably coupled. That is, the module hook 211 protrudes from the side surface 210 of the module frame 200 in a direction parallel to the bottom surface of the battery pack frame 400 (x-direction in the drawing), and has an end at the top (z in the drawing).
  • the battery module is fixed to the battery pack frame 400 by sliding it to engage the concave portion 410a of the pack hook 410 and including a protrusion 211a extending in the upper direction).
  • the battery module can be firmly fixed to the battery pack frame 400 without a mounting hole in the end plate 300 .
  • the battery module is fixed by slidingly coupling the pack hook 410 and the module hook 211 at a fixed position, the battery module can be accurately coupled without a position error.
  • FIG. 6 is a view showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1001 may include a first welding line 212 and a second welding line 301 as a fastening member 501 .
  • the module frame 200 and the battery pack frame 400 are connected by welding.
  • a first welding line 212 welded along a line between the side 210 of the module frame 200 and the battery pack frame 400 is included.
  • the end plate 300 and the battery pack frame 400 further include a second welding line 301 is welded along a contact line.
  • the battery module can be firmly fixed to the battery pack frame 400 even if there is no mounting hole. It can simplify the manufacturing process of the electrode and arrange the electrode lead more stably.
  • FIG. 7 is a view showing a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1002 may include a first strap 510a , a second strap 510b and a welding point 520 as a fastening member 502 .
  • the battery module is wrapped with the first and second straps 510a and 510b and the first and second straps 510a and 510b are wrapped around the welding point.
  • the battery module is fixed to the battery pack frame 400 .
  • a first strap 510a surrounding the side surface 210 and the upper surface 220 of the module frame 200 is included.
  • the second strap surrounds the upper surface 220 and the end plate 300 of the module frame 200 and intersects the first strap 510a on the upper surface 220 of the module frame 200 . (510b).
  • the first and second straps 510a and 510b may have a metal thin strap shape.
  • the ends of the first and second straps 510a and 510b may be fixed by welding. That is, the ends of the first and second straps 510a and 510b may be firmly fixed to the battery pack frame 400 by welding points 520 fixed to the battery pack frame 400 by welding.
  • the battery module can be firmly fixed to the battery pack frame 400 even if there is no mounting hole. It can simplify the manufacturing process of the electrode and arrange the electrode lead more stably.
  • the battery pack according to the embodiments of the present invention may have a structure in which a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of a battery and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use a battery module, which also falls within the scope of the present invention .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈 및 상기 전지 모듈이 장착되는 전지팩 프레임을 포함하는 전지팩으로서, 상기 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임과 상기 전지팩 프레임을 결합하는 체결 부재를 더 포함한다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 10월 23일자 한국 특허 출원 제10- 2020-0138422호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 모듈의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 다수의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지팩을 구성하는 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임 및 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈이 전지팩 프레임에 장착된 모습을 나타낸 도면이다. 도 2a는 도 1의 A-A’ 부분을 나타낸 단면도이며, 도 2b는 도 1의 엔드 플레이트(30)를 도시한 도면이다.
비교예인 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래에는 전지 모듈의 프레임(20) 전후면에 형성된 엔드 플레이트(30)의 양측단에 형성된 중공의 마운팅 홀(31)를 이용해 전지팩 프레임(40)과 엔드 플레이트(30)를 볼트 너트로 결합함으로써 전지 모듈과 전지팩을 결합하였다.
그러나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 마운팅 홀(31)이 배치된 부분의 용적으로 인해 전지 모듈 내부의 공간 활용 효율이 저하될 뿐만 아니라 전지 모듈 내부의 셀 테라스(11a)가 마운팅 홀(31)이 배치되지 않은 쪽 방향으로 꺾여야 하는 문제가 있다. 즉, 도 2b에 도시된 바와 같이, 마운팅 홀(31)은 엔드 플레이트(30)의 내측으로 돌출된 공간에 형성되기 때문에, 이와 간섭하지 않도록 셀 테라스(11a)를 마운팅 홀(31)이 배치되지 않은 쪽 방향으로 꺾어야만 한다. 이와 같은 셀 테라스(11a)의 꺾임 설치로 인해 전지 모듈의 안정성 측면에서 문제가 될 우려가 있으며, 셀 테라스(11a)를 꺾기 위한 추가 공정이 필요한 문제가 있다.
또한 도 2a의 B 부분에 도시된 바와 같이, 마운팅 홀(31)이 배치된 부분의 용적으로 인해, 전극 리드(11b)들이 버스바(12) 면에 한쪽 방향으로만 접히게 됨으로써, 전극 리드(11b)의 용접 또한 단방향으로 이루어질 수 밖에 없는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지 모듈 및 상기 전지 모듈이 장착되는 전지팩 프레임을 포함하는 전지팩으로서, 상기 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임과 상기 전지팩 프레임을 결합하는 체결 부재를 더 포함한다.
상기 엔드 플레이트에는, 상기 전지팩 프레임과의 결합을 위한 마운팅 홀이 형성되지 않는다.
상기 체결 부재는, 상기 전지팩 프레임으로부터 상기 모듈 프레임을 향해 돌출된 팩 후크와, 상기 모듈 프레임의 측면으로부터 상기 팩 후크에 대응하여 돌출된 모듈 후크를 포함할 수 있다.
상기 팩 후크와 상기 모듈 후크는 상기 모듈 프레임의 측면의 길이 방향을 따라 연장되고, 상기 팩 후크는 상기 모듈 후크에 대응하여 상기 모듈 후크가 삽입되는 오목부를 포함하여, 상기 모듈 후크는 상기 오목부를 따라 슬라이딩되어 상기 팩 후크에 결합할 수 있다.
상기 모듈 후크는 상기 모듈 프레임의 측면으로부터 상기 전지팩 프레임의 바닥면과 평행한 방향으로 돌출된 단부에서 상기 오목부를 향해 연장된 돌출부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 오목부에 삽입될 수 있다.
상기 체결 부재는, 상기 모듈 프레임의 측면과, 상기 전지팩 프레임이 접하는부분에 형성된 제1 용접 라인을 포함할 수 있다.
상기 체결 부재는, 상기 엔드 플레이트와, 상기 전지팩 프레임이 접하는 부분에 형성된 제2 용접 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 체결 부재는, 상기 모듈 프레임의 외부를 감싸는 적어도 하나의 스트랩, 및 상기 적어도 하나의 스트랩의 단부를 상기 전지팩 프레임에 고정하는 적어도 하나의 용접점을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 스트랩은, 상기 모듈 프레임의 측면 및 상면을 감싸는 제1 스트랩과, 상기 전지 모듈의 길이 방향을 가로질러서 상기 모듈 프레임의 상면 및 상기 엔드 플레이트를 감싸는 제2 스트랩을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디바이스는, 상기 전지팩을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스는, 종래 마운팅 홀 구조가 차지하고 있던 용적을 제거함으로써, 전지 모듈 내부의 공간 효율을 높일 수 있고, 불필요한 셀 테라스 꺾음 공정을 제거하여 전지 모듈의 제조 공정을 단순화 시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈이 전지팩 프레임에 장착된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1의 A-A’ 부분을 나타낸 단면도이다.
도 2b는 도 1의 엔드 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 C 부분의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 5a는 도 3의 D-D’ 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 내부 모습을 나타낸 단면도이다.
도 5b는 도 3의 엔드 플레이트의 내측이 나타나도록 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에서전지 모듈과 전지팩 프레임 간의 결합 구조에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3의 C 부분의 단면을 확대 도시한 도면이다. 도 5a는 도 3의 D-D’ 부분으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 내부 모습을 나타낸 단면도이다. 도 5b는 도 3의 엔드 플레이트의 내측이 나타나도록 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩(1000)은, 전지 모듈 및 전지 모듈이 장착되는 전지팩 프레임(400)을 포함한다. 여기서 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(200) 및 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(300)를 포함한다. 또한, 전지 모듈의 모듈 프레임(200)과 전지팩 프레임(400)을 결합하는 체결 부재(500)를 포함한다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(100)를 수용하며, 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)은 상하좌우면으로 형성되어 전지셀 적층체(100)의 상하좌우면을 커버할 수 있다. 이 때, 모듈 프레임(200)은, 상하좌우면이 연속으로 연결된 사각 관 형태를 가질 수도 있고, 하면과 좌우면이 연결된 U자형 프레임 상에 상면이 결합된 형태를 가질수도 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 도 3에서는, 하면으로부터 수직하게 연장된 측면(210) 상에, 상부 플레이트(220)가 결합된 형태의 모듈 프레임(200)을 예로 설명하나, 이 역시 해당 구성에 한정되는 것은 아니고, 전지셀 적층체(100)의 상하좌우면을 덮을 수 있는 모듈 프레임(200)이라면 적절하게 적용 가능하다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체(100)의 전후면에 형성되어 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버할 수 있다. 엔드 플레이트(300)를 통해 전지셀 적층체(100)와 외부와의 전기적 연결을 차단시킬 수 있다.
도 5a를 참조하면, 전지셀(110)은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀(110)은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀(110)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다.
이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 셀 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드(112)를 포함할 수 있다.
전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 셀 케이스는 전극 조립체를 패키징하기 위한 것으로, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이러한 셀 케이스는, 케이스 본체 및 셀 테라스(111)를 포함할 수 있다.
셀 테라스(111)는 케이스 본체로부터 연장되며, 전극 조립체를 밀봉할 수 있도록 실링된다. 이러한 셀 테라스(111)의 일측에는 전극 리드(112)가 일부 돌출될 수 있다.
전극 리드(112)는 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전극 리드(112)는 한 쌍으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드들(112)의 일부는 각각, 셀 케이스의 전방 및 후방에서 셀 테라스(111) 밖으로 돌출될 수 있다.
버스바 프레임(120)은 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 형성될 수 있다. 버스바(121)는 버스바 프레임(120)의 외면에 형성될 수 있다. 셀 테라스(111)로부터 연장된 전극 리드(112)들은 버스바 프레임(120)의 리드 슬롯과, 버스바(121)의 슬롯을 관통한 후, 접힌 상태로 버스바(121)의 외면과 용접을 통해 결합할 수 있다. 이를 통해 전지셀(110)들과 버스바(121)들이 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서는, 전지 모듈을 전지팩 프레임(400)에 고정하기 위하여, 모듈 프레임(200)과 전지팩 프레임(400)을 결합하는 체결 부재(500)를 포함하기 때문에, 엔드 플레이트(300)에 마운팅을 위한 홀을 포함하지 않는다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(300) 내측에 홀을 형성하기 위해 돌출된 부분을 포함하지 않는다.
종래에는 엔드 플레이트의 양측단에 마운팅 홀이 형성되고, 마운팅 홀 부분이 전지팩 프레임과 연결되며 마운팅 홀에 볼트가 삽입되는 방법으로 엔드 플레이트와 전지팩 프레임이 서로 결합할 수 있었다. 그러나 이 경우 마운팅 홀을 통해 전지 모듈을 전지팩에 결합시킬 경우 마운팅 홀이 차지하는 용적만큼 전지 모듈 내부의 공간 활용이 어려워 지는 문제가 있었다.
보다 상세하게는, 비교예로 도 2a에 도시된 바와 같이, 전지 모듈 내부의 셀 테라스(11a)가 마운팅 홀(31)이 형성된 부분을 비켜나기 위해 마운팅 홀(31) 부분과 반대 방향으로 꺾인 상태로 설치되어야 하며, 전지셀들 중 최외곽 전지셀들로부터 돌출된 전극 리드(11b)들은 마운팅 홀(31)이 위치하지 않은 부분에 형성된 버스바들(12)과 접촉하기 위해 마운팅 홀(31)이 설치된 방향과 반대 방향으로만 접힐 수 밖에 없는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트(300)에 마운팅 홀이 형성되지 않기 때문에, 종래 마운팅 홀이 차지하던 공간을 활용할 수 있게 되었다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5a에 도시된 바와 같이, 종래 마운팅 홀이 차지하던 공간에는 버스바(121)가 위치할 수 있게 되었다. 따라서 셀 테라스(111)가 꺾여 설치될 필요 없이 전지셀(110)들로부터 직선으로 뻗은 상태로 설치될 수 있어 별도로 셀 테라스(111)를 꺾는 공정이 더이상 필요 없으며, 이를 통해 제조 공정 축소 및 공정 단순화에 기여할 수 있다. 아울러, 셀 테라스(111)의 가장자리 모서리 부분도, 마운팅 홀과의 간섭을 피하기 위하여 모서리를 비스듬하게 제거해야 했으나, 본 발명의 일 실시예에서는, 마운팅 홀이 차지하던 공간이 비어있기 때문에 셀 테라스(111) 모서리 부분을 제거하지 않아도 되는바, 추가로 제조 공정을 단순화 할 수 있다.
또한 외곽 부분 전지셀(110)들의 전극 리드(112)들과 대응되는 위치에 버스바(121)가 위치할 수 있게 되어, 외곽 부분에 형성된 전극 리드(112)들도 버스바(121)의 외면에 양쪽 방향에서 접힐 수 있게 되어 전극 리드(112)의 양쪽 부분 모두 용접이 가능하게 됨으로써, 전극 리드(112)와 버스바(121) 간의 용접성이 강화될 수 있다.
본 실시예에서는, 마운팅 홀 대신, 체결 부재(500)로서 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 전지팩 프레임(400)으로부터 모듈 프레임(200)을 향해 팩 후크(410)와 모듈 프레임(200)의 측면(210)으로부터 팩 후크(410)에 대응하여 돌출된 모듈 후크(211)를 포함한다. 즉, 팩 후크(410)와 모듈 후크(211)가 결합하는 것에 의해 모듈 프레임(200)이 전지팩 프레임(400)에 고정될 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 팩 후크(410)는 전지팩 프레임(400)으로부터 상부를 향해 수직하게 돌출되다가, 모듈 프레임(200)의 측면(210)을 향해 연장되고, 다시 단부가 하부로 향하도록 연장되는 것에 의해, 모듈 후크(211)가 삽입될 수 있는 오목부(410a)를 형성한다. 즉, 도면에서 z방향의 하부를 향해 오픈된 오목부(410a)를 형성한다. 또한 팩 후크(410)의 전체 형상은 도 3에 도시된 바와 같이 모듈 프레임(200)의 측면(210)의 길이 방향(도면의 y방향)을 따라 길게 연장된다.
이러한 팩 후크(410)의 오목부(410a)에는, 모듈 후크(211)가 슬라이딩되어 결합된다. 즉, 모듈 후크(211)는 모듈 프레임(200)의 측면(210)으로부터, 전지팩 프레임(400)의 바닥면과 평행한 방향(도면의 x방향)으로 돌출되다가, 단부가 상부(도면의 z방향 상부)로 연장된 돌출부(211a)를 포함하며, 이러한 돌출부(211a)가 팩 후크(410)의 오목부(410a)와 결합하도록 슬라이딩되는 것에 의해 전지 모듈이 전지팩 프레임(400)에 고정될 수 있다.
이와 같이, 팩 후크(410)와 모듈 후크(211)가 결합하는 것에 의해, 엔드 플레이트(300)에 마운팅 홀을 구비하지 않고도 전지 모듈을 전지팩 프레임(400)에 견고하게 고정시킬 수 있다. 특히, 고정된 위치의 팩 후크(410)와 모듈 후크(211)를 슬라이딩 결합하는 것에 의해 전지 모듈을 고정하기 때문에, 위치 오차 없이 정확하게 전지 모듈을 결합할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈과 전지팩 프레임 간의 결합 구조에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩(1001)은, 체결 부재(501)로서 제1 용접선(212) 및 제2 용접선(301)을 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 엔드 플레이트(300)의 마운팅 홀을 제거한 대신, 용접을 모듈 프레임(200)과 전지팩 프레임(400)을 연결한다. 이를 위하여, 모듈 프레임(200)의 측면(210)과 전지팩 프레임(400)이 접하는 선을 따라 용접을 한 제1 용접선(212)을 포함한다. 또한, 보다 견고한 고정을 위하여, 엔드 플레이트(300)와 전지팩 프레임(400)이 접하는 선을 따라 용접을 한 제2 용접선(301)을 더 포함한다.
이에 의하면, 마운팅 홀이 없더라도 전지 모듈을 전지팩 프레임(400)에 견고하게 고정할 수 있는바, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 전지 모듈 내부에서 마운팅 홀을 제거함에 따라 추가된 공간을 활용하여 전지 모듈의 제조 공정을 간소화하고 전극 리드를 보다 안정적으로 배치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩(1002)은, 체결 부재(502)로서 제1 스트랩(510a), 제2 스트랩(510b) 및 용접점(520)을 포함할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 엔드 플레이트(300)의 마운팅 홀을 제거한 대신, 제1 및 제2 스트랩(510a, 510b)으로 전지 모듈을 감싸고 제1및 제2 스트랩(510a, 510b)을 용접점으로 감싸는 것에 의해 전지 모듈 전지팩 프레임(400)에 고정한다. 이를 위하여, 모듈 프레임(200)의 측면(210) 및 상면(220)을 감싸는 제1 스트랩(510a)을 포함한다. 또한, 보다 견고한 고정을 위하여, 모듈 프레임(200)의 상면(220)과 엔드 플레이트(300)를 감싸며, 모듈 프레임(200)의 상면(220)에서 제1 스트랩(510a)과 교차하는 제2 스트랩(510b)을 더 포함한다.
제1 및 제2 스트랩(510a, 510b)은 금속 재질의 얇은 스트랩 형상을 가질 수 있다. 이러한 제1 및 제2 스트랩(510a, 510b)의 단부는 용접에 의해 고정될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 스트랩(510a, 510b)의 단부를 전지팩 프레임(400)에 용접하여 고정한 용접점(520)에 의해, 전지팩 프레임(400)에 견고하게 고정될 수 있다.
이에 의하면, 마운팅 홀이 없더라도 전지 모듈을 전지팩 프레임(400)에 견고하게 고정할 수 있는바, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 전지 모듈 내부에서 마운팅 홀을 제거함에 따라 추가된 공간을 활용하여 전지 모듈의 제조 공정을 간소화하고 전극 리드를 보다 안정적으로 배치할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 전지팩은, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
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 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
[부호의 설명]
100: 전지셀 적층체
110: 전지셀
111: 셀 테라스
112: 전극 리드
120: 버스바
200: 모듈 프레임
300: 엔드 플레이트
400: 전지팩 프레임
500, 501, 502: 체결 부재
211: 모듈 후크
410: 팩후크
212: 제1 용접선
301: 제2 용접선
510a, 510b: 제1 및 제2 스트랩
520: 용접점
1000, 1001, 1002: 전지팩

Claims (10)

  1. 전지 모듈 및 상기 전지 모듈이 장착되는 전지팩 프레임을 포함하는 전지팩으로서,
    상기 전지 모듈은,
    복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체,
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임, 및
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임과 상기 전지팩 프레임을 결합하는 체결 부재를 더 포함하는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트에는, 상기 전지팩 프레임과의 결합을 위한 마운팅 홀이 형성되지 않는 전지팩.
  3. 제1항에서,
    상기 체결 부재는, 상기 전지팩 프레임으로부터 상기 모듈 프레임을 향해 돌출된 팩 후크와, 상기 모듈 프레임의 측면으로부터 상기 팩 후크에 대응하여 돌출된 모듈 후크를 포함하는 전지팩.
  4. 제3항에서,
    상기 팩 후크와 상기 모듈 후크는 상기 모듈 프레임의 측면의 길이 방향을 따라 연장되고,
    상기 팩 후크는 상기 모듈 후크에 대응하여 상기 모듈 후크가 삽입되는 오목부를 포함하여, 상기 모듈 후크는 상기 오목부를 따라 슬라이딩되어 상기 팩 후크에 결합하는 전지팩.
  5. 제4항에서,
    상기 모듈 후크는 상기 모듈 프레임의 측면으로부터 상기 전지팩 프레임의 바닥면과 평행한 방향으로 돌출된 단부에서 상기 오목부를 향해 연장된 돌출부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 오목부에 삽입되는 전지팩.
  6. 제1항에서,
    상기 체결 부재는, 상기 모듈 프레임의 측면과, 상기 전지팩 프레임이 접하는부분에 형성된 제1 용접 라인을 포함하는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 체결 부재는, 상기 엔드 플레이트와, 상기 전지팩 프레임이 접하는 부분에 형성된 제2 용접 라인을 더 포함하는 전지팩.
  8. 제1항에서,
    상기 체결 부재는, 상기 모듈 프레임의 외부를 감싸는 적어도 하나의 스트랩, 및 상기 적어도 하나의 스트랩의 단부를 상기 전지팩 프레임에 고정하는 적어도 하나의 용접점을 포함하는 전지팩.
  9. 제8항에서,
    상기 적어도 하나의 스트랩은, 상기 모듈 프레임의 측면 및 상면을 감싸는 제1 스트랩과, 상기 전지 모듈의 길이 방향을 가로질러서 상기 모듈 프레임의 상면 및 상기 엔드 플레이트를 감싸는 제2 스트랩을 포함하는 전지팩.
  10. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
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