WO2022098198A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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cable
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박진용
김경우
지호준
박진하
진희준
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same, and more specifically, using parts such as a large area flexible printed circuit (FPC) or large area flexible flat cable (FFC) instead of a wire harness
  • FPC large area flexible printed circuit
  • FFC large area flexible flat cable
  • a battery pack having a structure in which a plurality of battery modules are connected to a battery management system (BMS) and a vehicle including the same.
  • BMS battery management system
  • the battery pack generally includes a battery module for storing electrical energy (the battery module includes a plurality of battery cells) and a BMS for electrical sensing and system control.
  • the electrical connection between each battery module and the BMS is generally made through a path such as a battery cell - a printed circuit pattern - a connector - a wire harness - a connector - BMS am.
  • Voltage sensing of a unit stack including a plurality of battery cells connected in parallel to each other is performed through sensing lines respectively connected to the positive and negative electrodes of the battery cells.
  • a battery module including a plurality of unit stacks connected in series to each other in order to individually sense the voltage of each unit stack, the number of printed circuit patterns connected to connectors installed in the battery module is inevitably increased.
  • a cross beam may be installed to secure rigidity against a collision, and a wire harness used for connection between each battery module and the BMS may be disposed in the internal space of the cross beam.
  • a wire harness used for connection between each battery module and the BMS may be disposed in the internal space of the cross beam.
  • the present invention was created in consideration of the above-described problems, and simplifies the installation structure of a sensing line for sensing the voltage of a unit stack constituting a battery pack, thereby improving energy density and improving rigidity against external impact. Its purpose is to raise it.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problems, a pack tray having a partitioned inner space; a plurality of battery modules accommodated in the pack tray; BMS accommodated in the pack tray; a first cable assembly connecting the BMS and battery modules constituting a first module group among the plurality of battery modules, the first cable assembly being disposed above the first module group; and a second cable assembly connecting the BMS and battery modules constituting a second module group among the plurality of battery modules and disposed above the second module group; includes
  • the pack tray may include a plurality of partitions extending in a width direction of the pack tray and partitioning an inner space of the pack tray; and a cross beam extending in a longitudinal direction of the pack tray and partitioning an inner space of the pack tray. can be provided.
  • the first module group may be disposed on one side with respect to the cross beam, and the second module group may be disposed on the other side with the cross beam as the center.
  • Each of the plurality of battery modules may include a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells; a module housing for accommodating the cell stack; a sensing line electrically connected to the plurality of battery cells; and a module connector connected to the sensing line.
  • the BMS may include a pair of BMS connectors respectively provided at positions corresponding to the first module group and positions corresponding to the second module group.
  • Each of the first cable assembly and the second cable assembly may include a sensing cable having a printed circuit pattern; a plurality of first cable connectors connected to the sensing cable and coupled to the module connector; and a second cable connector connected to the sensing cable and coupled to the BMS connector.
  • the sensing line may include a front sensing line disposed on one side of the cell stack in a longitudinal direction; a rear sensing line disposed on the other side in the longitudinal direction of the cell stack; and a connection sensing line connecting the front sensing line and the rear sensing line.
  • the module connector may be coupled to the front sensing line.
  • the sensing line may include a front sensing line disposed on one side of the cell stack in a longitudinal direction; and a rear sensing line disposed on the other side in the longitudinal direction of the cell stack.
  • the module connector comprises: a front module connector coupled to the front sensing line; and a rear module connector coupled to the rear sensing line.
  • the first cable connector may include a front cable connector coupled to the front module connector; and a rear cable connector coupled to the rear module connector.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention includes the battery pack according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the installation structure of the sensing line for sensing the voltage of the unit stack constituting the battery pack can be simplified, thereby improving the energy density and increasing the rigidity against external impact. do.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are views showing a battery module according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a cable assembly according to the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a cross beam constituting a pack tray according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a modified example of the battery module shown in FIG. 4 as a battery module according to the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a cable assembly having a structure corresponding to the battery module shown in FIG. 7 as a cable assembly according to the present invention.
  • 9 to 11 are views illustrating a method of manufacturing a cable assembly according to the present invention.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a pack tray 100 , a plurality of battery modules 200 , a Battery Management System (BMS) 300 and a cable assembly 400 .
  • BMS Battery Management System
  • the pack tray 100 has a shape extending along the width direction (parallel to the Y-axis) of the pack tray 100 and includes a plurality of partitions 110 and pack trays dividing the inner space of the pack tray 100 .
  • a cross beam 120 having a shape extending along the longitudinal direction (a direction parallel to the X-axis) of 100 and dividing the inner space of the pack tray 100 is provided.
  • the plurality of partitions 110 are arranged to be spaced apart from each other at regular intervals between the sidewalls located on the other side from the sidewalls located on one side of the pack tray 100 in the longitudinal direction.
  • the cross beam 120 is disposed across the center of the pack tray 100 in the width direction.
  • Each of the plurality of battery modules 100 is accommodated in the pack tray 100 .
  • Each of the plurality of battery modules 100 is disposed in each receiving space partitioned by the partition 110 and the cross beam 120 .
  • the battery modules 100 constituting the first module group G1 among the plurality of battery modules 100 are disposed on one side in the width direction of the pack tray 100 with the cross beam 120 as the center, and the second The battery modules 100 constituting the module group G2 are disposed on the other side in the width direction of the pack tray 100 with the cross beam 120 as the center.
  • each of the plurality of battery modules 100 includes a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells 210 , a module housing 220 accommodating the cell stack, and a plurality of batteries.
  • a sensing line 240 electrically connected to the cells 210 and a connector 250 coupled to the sensing line 240 are included.
  • the electrical connection between the plurality of battery cells 210 and the sensing line 240 may be made by direct coupling between the two components or through the bus bar 230 .
  • the battery cell 210 for example, a pouch-type battery cell may be used.
  • the module housing 220 has an open shape on both sides in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis).
  • the battery cell 210 has a shape in which the electrode leads 211 are drawn out in opposite directions along the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the battery cell 210 .
  • the sensing line 240 is a front sensing line 241 disposed on one side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the cell stack, and a rear sensing line 242 disposed on the other side in the longitudinal direction of the cell stack. , and a connection sensing line 243 connecting between the front sensing line 241 and the rear sensing line 242 .
  • the sensing line 240 may be implemented in the form of, for example, one FPC or FFC.
  • the sensing line 240 has a structure in which the connection between the front sensing line 241 and the connection sensing line 243 and the connection between the rear sensing line 242 and the connection sensing line 243 are made through a connector.
  • each of the front sensing line 241 , the rear sensing line 242 , and the connection sensing line 243 may be implemented in the form of, for example, FPC or FFC.
  • the front sensing line 241 is electrically connected to the electrode leads 211 exposed through an opening formed on one side of the module housing 220 in the longitudinal direction.
  • the rear sensing line 242 is electrically connected to the electrode leads 211 exposed through openings formed on the other longitudinal side of the module housing 220 .
  • the connector 250 is electrically connected to the battery cells 210 through the sensing line 240 .
  • the connector 250 is coupled to the front sensing line 241 .
  • the module connector 250 provided in the battery module 200 constituting the first module group G1 and the module connector 250 provided in the battery module 200 constituting the second module group G2 are, They face each other with the cross beam 120 interposed therebetween.
  • a plurality of bus bars 230 may be provided.
  • the cell stack includes a plurality of unit stacks, and each unit stack may be connected in parallel by a bus bar 230 .
  • the front sensing line 241 is coupled to a plurality of bus bars 230 disposed on one side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the battery module 200
  • the rear sensing line 242 is coupled to a plurality of bus bars 230 disposed on the other side in the longitudinal direction of the battery module 200 .
  • the BMS 300 is accommodated in the inner space of the pack tray 100 .
  • the BMS 300 is disposed on one side in the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the pack tray 100 .
  • the BMS 300 is disposed in an accommodating space formed between adjacent partitions 110 or a accommodating space formed between one partition 110 and a sidewall formed on one side in the longitudinal direction of the pack tray 100 .
  • the BMS 300 includes a pair of BMS connectors 310 respectively formed at positions corresponding to the first module group G1 and positions corresponding to the second module group G2.
  • the pair of BMS connectors 310 is formed at a position corresponding to the first BMS connector 310A and the second module group G2 formed at a position corresponding to the first module group G1, and a second BMS formed at a position corresponding to the second module group G2. and a connector 310B.
  • the cable assembly 400 includes a first cable assembly 400A and a second cable assembly 400B.
  • the first cable assembly 400A connects between the battery modules 200 and the BMS 300 constituting the first module group G1, and is disposed on the first module group G1.
  • the second cable assembly 400B connects between the battery modules 200 and the BMS 300 constituting the second module group G2 and is disposed on the second module group G2.
  • Each of the first cable assembly 400A and the second cable assembly 400B includes a sensing cable 410 having a printed circuit pattern, a plurality of products connected to the sensing cable 410 and fastened to the module connector 250 . It includes a first cable connector 420 , and a second cable connector 430 connected to the sensing cable 410 and fastened to the BMS connector 310 .
  • the number of first cable connectors 420 of the first cable assembly 400A is the same as the number of battery modules 200 constituting the first module group G1.
  • the first cable connector 420 of the second cable assembly 400B is provided with the same number of battery modules 200 constituting the second module group G2.
  • the second cable connector 430 of the first cable assembly 400A is coupled to the first BMS connector 310A, and the second cable connector 430 of the second cable assembly 400B includes a second BMS connector. (310B) and is engaged.
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention is configured such that electrical connection between the battery module 200 and the BMS 300 is made through an FPC (or FFC) and a connector.
  • FPC or FFC
  • the battery pack according to an embodiment of the present invention having such a structure there is no need to arrange a sensing line in the inner space of the cross beam 120 crossing the inner space of the pack tray 100 . Accordingly, the width occupied by the cross beam 120 can be reduced, thereby improving energy density.
  • the internal space of the cross beam 120 is completely removed to further increase the rigidity of the cross beam 120 , thereby further improving the safety in using the battery pack.
  • the battery pack according to another embodiment of the present invention has only some differences in the structure of the battery module 200 and the cable assembly 400 compared to the battery pack according to the embodiment of the present invention described above, and the rest of the configuration The elements are substantially identical. Therefore, in describing the battery pack according to another embodiment of the present invention, the parts where the differences exist will be intensively described, and the description of the parts overlapping with the previous embodiment will be omitted.
  • the sensing line 240 provided in the battery module 200 includes a front sensing line 241 and a rear sensing line 242 , and a connection sensing line 243 . ) is not included.
  • the module connector 250 includes a front module connector 250A coupled to the front sensing line 241 and a rear module connector 250B coupled to the rear sensing line 242 .
  • the first cable connector 420 of the cable assembly 400 includes a front cable connector 420A fastened to the front module connector 250A and a rear cable connector 420B fastened to the rear module connector 250B. Accordingly, the electrical connection between the front sensing line 241 and the rear sensing line 242 is directly made by the first cable connector 420 .
  • a portion of the sensing cable 410 is cut to form a required number of branch lines 411 , and the first It can be manufactured by coupling the cable connector 420 .
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention includes the battery pack according to the present invention as described above. That is, a vehicle according to an embodiment of the present invention includes a battery pack according to the present invention and a driving device such as a motor driven by receiving power from the battery pack according to the present invention.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 구획된 내부 공간을 갖는 팩 트레이; 상기 팩 트레이에 수용되는 복수의 배터리 모듈; 상기 팩 트레이에 수용되는 BMS; 상기 복수의 배터리 모듈 중 제1 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제1 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제1 케이블 어셈블리; 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 제2 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제2 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제2 케이블 어셈블리; 를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 와이어 하네스(wire harness) 대신 대면적 FPC(flexible printed circuit) 또는 대면적 FFC(flexible flat cable)와 같은 부품을 이용하여 복수의 배터리 모듈들을 BMS(Battery management system)에 연결시킨 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 11월 09일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0148930호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
배터리 팩은, 전기 에너지를 저장하는 배터리 모듈(배터리 모듈은 복수의 배터리 셀들을 포함함)과 전기적 센싱 및 시스템 컨트롤을 담당하는 BMS를 포함하는 것이 일반적이다.
복수의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩에 있어서, 각각의 배터리 모듈과 BMS 간의 전기적 연결은, 배터리 셀 - 인쇄 회로 패턴 - 커넥터 - 와이어 하네스(wire harness) - 커넥터 - BMS 와 같은 경로를 통해 이루어지는 것이 일반적이다.
서로 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하는 단위 적층체에 대한 전압 센싱은, 배터리 셀의 양극 및 음극에 각각 연결된 센싱 라인을 통해 이루어진다. 서로 직렬로 연결된 복수의 단위 적층체를 포함하는 배터리 모듈에 있어서, 각각의 단위 적층체의 전압 센싱을 개별적으로 하기 위해서는, 배터리 모듈에 설치된 커넥터와 연결되는 인쇄 회로 패턴의 수가 증가할 수 밖에 없다.
또한, 복수의 배터리 모듈을 이용하여 하나의 배터리 팩을 만드는 경우, 각각의 배터리 모듈에 구비된 커넥터와 BMS를 연결하기 위한 와이어 하네스의 무게 및 두께가 증가할 수 밖에 없고, 이에 따라 배터리 팩 내에서 와이어 하네스가 차지하는 공간이 증가하게 되어 에너지 밀도의 측면에서 손실이 증가할 수 밖에 없다.
자동차용 배터리 팩의 경우, 충돌에 대한 강성 확보를 위해 크로스 빔(cross beam)이 설치될 수 있고, 각각의 배터리 모듈과 BMS 간의 연결을 위해 이용되는 와이어 하네스는 이러한 크로스 빔의 내부 공간에 배치될 수 있다. 따라서, 와이어 하네스의 부피가 증가하게 되면, 와이어 하네스를 수용하기 위한 크로스 빔의 내부 공간이 넓어져야 하며, 이는 에너지 밀도의 손실 및 크로스 빔의 강성 저하로 이어질 수 있다.
따라서, 전압 측정을 위한 센싱 라인의 설치 구조를 간소화 하여 에너지 밀도를 향상시키고, 외부 충격에 대한 강성을 높일 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 팩을 구성하는 단위 적층체의 전압을 센싱하기 위한 센싱 라인의 설치 구조를 간소화 하고, 이를 통해 에너지 밀도의 향상 및 외부 충격에 대한 강성을 높이는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 구획된 내부 공간을 갖는 팩 트레이; 상기 팩 트레이에 수용되는 복수의 배터리 모듈; 상기 팩 트레이에 수용되는 BMS; 상기 복수의 배터리 모듈 중 제1 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제1 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제1 케이블 어셈블리; 및 상기 복수의 배터리 모듈 중 제2 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제2 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제2 케이블 어셈블리; 를 포함한다.
상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이의 폭 방향을 따라 연장된 형태를 가지며 상기 팩 트레이의 내부 공간을 구획하는 복수의 파티션; 및 상기 팩 트레이의 길이 방향을 따라 연장된 형태를 가지며 상기 팩 트레이의 내부 공간을 구획하는 크로스 빔; 을 구비할 수 있다.
상기 제1 모듈 그룹은, 상기 크로스 빔을 중심으로 일 측에 배치되고, 상기 제2 모듈 그룹은, 상기 크로스 빔을 중심으로 타 측에 배치될 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈 각각은, 복수의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징; 상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 센싱 라인; 및 상기 센싱 라인과 연결되는 모듈 커넥터; 를 포함할 수 있다.
상기 BMS는, 상기 제1 모듈 그룹과 대응되는 위치 및 제2 모듈 그룹과 대응되는 위치에 각각 구비되는 한 쌍의 BMS 커넥터를 구비할 수 있다.
상기 제1 케이블 어셈블리 및 제2 케이블 어셈블리 각각은, 인쇄 회로 패턴을 구비하는 센싱 케이블; 상기 센싱 케이블과 연결되며, 상기 모듈 커넥터와 체결되는 복수의 제1 케이블 커넥터; 및 상기 센싱 케이블과 연결되며, 상기 BMS 커넥터와 체결되는 제2 케이블 커넥터; 를 포함할 수 있다.
상기 센싱 라인은, 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 배치되는 프론트 센싱 라인; 상기 셀 적층체의 길이 방향 타 측에 배치되는 리어 센싱 라인; 및 상기 프론트 센싱 라인과 리어 센싱 라인 사이를 연결하는 연결 센싱 라인; 을 포함하고, 상기 모듈 커넥터는, 상기 프론트 센싱 라인에 결합될 수 있다.
상기 센싱 라인은, 상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 배치되는 프론트 센싱 라인; 및 상기 셀 적층체의 길이 방향 타 측에 배치되는 리어 센싱 라인; 을 포함하고, 상기 모듈 커넥터는, 상기 프론트 센싱 라인에 결합되는 프론트 모듈 커넥터; 및 상기 리어 센싱 라인에 결합되는 리어 모듈 커넥터; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 케이블 커넥터는, 상기 프론트 모듈 커넥터와 체결되는 프론트 케이블 커넥터; 및 상기 리어 모듈 커넥터와 체결되는 리어 케이블 커넥터; 를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩을 구성하는 단위 적층체의 전압을 센싱하기 위한 센싱 라인의 설치 구조가 간소화 될 수 있으며, 이에 따라 에너지 밀도를 향상 시키고 또한 외부 충격에 대한 강성을 높일 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 케이블 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 팩 트레이를 구성하는 크로스 빔을 나타내는 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈로서, 도 4에 도시된 배터리 모듈의 변형 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 케이블 어셈블리로서 도 7에 도시된 배터리 모듈에 대응되는 구조를 갖는 케이블 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 케이블 어셈블리의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
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 아니 되며, 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 팩 트레이(100), 복수의 배터리 모듈(200), BMS(Battery Management System)(300) 및 케이블 어셈블리(400)를 포함한다.
상기 팩 트레이(100)는, 팩 트레이(100)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 가지며 팩 트레이(100)의 내부 공간을 구획하는 복수의 파티션(110) 및 팩 트레이(100)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 가지며 팩 트레이(100)의 내부 공간을 구획하는 크로스 빔(120)을 구비한다.
상기 복수의 파티션(110)은, 팩 트레이(100)이 길이 방향 일 측에 위치하는 측벽으로부터 타 측에 위치하는 측벽 사이에 일정 간격으로 이격되어 배치된다. 상기 크로스 빔(120)은, 팩 트레이(100)의 폭 방향 중심부를 가로질러 배치된다.
상기 복수의 배터리 모듈(100) 각각은, 팩 트레이(100)에 수용된다. 상기 복수의 배터리 모듈(100) 각각은, 파티션(110) 및 크로스 빔(120)에 의해 구획된 각각의 수용 공간 내에 배치된다.
상기 복수의 배터리 모듈(100) 중 제1 모듈 그룹(G1)을 구성하는 배터리 모듈(100)들은, 크로스 빔(120)을 중심으로 팩 트레이(100)의 폭 방향 일 측에 배치되고, 제2 모듈 그룹(G2)을 구성하는 배터리 모듈(100)들은, 크로스 빔(120)을 중심으로 팩 트레이(100)의 폭 방향 타 측에 배치된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 복수의 배터리 모듈(100) 각각은, 복수의 배터리 셀(210)들이 적층되어 형성된 셀 적층체, 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징(220), 복수의 배터리 셀(210)들과 전기적으로 연결되는 센싱 라인(240) 및 센싱 라인(240)에 결합되는 커넥터(250)를 포함한다. 상기 복수의 배터리 셀(210)과 센싱 라인(240) 사이의 전기적 연결은 두 구성요소 간의 직접 결합에 의해 이루어질 수도 있고, 버스바(230)를 통해 이루어질 수도 있다.
상기 배터리 셀(210)로는 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 이용될 수 있다. 상기 모듈 하우징(220)은 그 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 양 측이 개방된 형태를 갖는다. 상기 배터리 셀(210)은 전극 리드(211)가 배터리 셀(210)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 서로 반대 방향으로 인출된 형태를 갖는다.
상기 센싱 라인(240)은, 셀 적층체의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측에 배치되는 프론트 센싱 라인(241), 셀 적층체의 길이 방향 타 측에 배치되는 리어 센싱 라인(242), 및 프론트 센싱 라인(241)과 리어 센싱 라인(242) 사이를 연결하는 연결 센싱 라인(243)을 포함한다. 상기 센싱 라인(240)은, 예를 들어 하나의 FPC 또는 FFC 형태로 구현될 수도 있다. 이와는 달리, 상기 센싱 라인(240)은, 프론트 센싱 라인(241)과 연결 센싱 라인(243) 간의 연결 및 리어 센싱 라인(242)과 연결 센싱 라인(243) 간의 연결이 커넥터를 통해 이루어지는 구조를 가질 수도 있다. 물론, 이 경우에도, 프론트 센싱 라인(241), 리어 센싱 라인(242) 및 연결 센싱 라인(243) 각각은, 예를 들어 FPC 또는 FFC 형태로 구현될 수 있다.
상기 프론트 센싱 라인(241)은, 모듈 하우징(220)의 길이 방향 일 측에 형성된 개구부를 통해 노출되는 전극 리드(211)들과 전기적으로 연결된다. 상기 리어 센싱 라인(242)은, 모듈 하우징(220)의 길이 방향 타 측에 형성된 개구부를 통해 노출되는 전극 리드(211)들과 전기적으로 연결된다.
상기 커넥터(250)는, 센싱 라인(240)을 통해 배터리 셀(210)들과 전기적으로 연결된다. 상기 커넥터(250)는, 프론트 센싱 라인(241)에 결합된다. 상기 제1 모듈 그룹(G1)을 구성하는 배터리 모듈(200)에 구비된 모듈 커넥터(250)와 제2 모듈 그룹(G2)을 구성하는 배터리 모듈(200)에 구비된 모듈 커넥터(250)는, 크로스 빔(120)을 사이에 두고 서로 마주본다.
상기 배터리 셀(210)의 전극 리드(211)들과 센싱 라인(240) 사이의 전기적 연결이 버스바(230)를 통해 이루어지는 경우, 버스바(230)는 복수개가 구비될 수 있다. 상기 셀 적층체는, 복수의 단위 적층체를 포함하며, 각각의 단위 적층체는, 버스바(230)에 의해 병렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 프론트 센싱 라인(241)은, 배터리 모듈(200)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측에 배치되는 복수의 버스바(230)들과 결합되고, 리어 센싱 라인(242)은, 배터리 모듈(200)의 길이 방향 타 측에 배치되는 복수의 버스바(230)들과 결합된다.
상기 BMS(300)는, 팩 트레이(100)의 내부 공간에 수용된다. 상기 BMS(300)는, 팩 트레이(100)의 길이 방향(X축에 나란한 방향) 일 측에 배치된다. 상기 BMS(300)는, 서로 인접한 파티션(110) 사이에 형성된 수용 공간 또는 하나의 파티션(110)과 팩 트레이(100)의 길이 방향 일 측에 형성된 측벽의 사이에 형성된 수용 공간에 배치된다.
상기 BMS(300)는, 제1 모듈 그룹(G1)과 대응되는 위치 및 제2 모듈 그룹(G2)과 대응되는 위치에 각각 형성되는 한 쌍의 BMS 커넥터(310)를 구비한다. 상기 한 쌍의 BMS 커넥터(310)는, 제1 모듈 그룹(G1)과 대응되는 위치에 형성되는 제1 BMS 커넥터(310A) 및 제2 모듈 그룹(G2)과 대응되는 위치에 형성되는 제2 BMS 커넥터(310B)를 포함한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 케이블 어셈블리(400)는, 제1 케이블 어셈블리(400A) 및 제2 케이블 어셈블리(400B)를 포함한다. 상기 제1 케이블 어셈블리(400A)는, 제1 모듈 그룹(G1)을 구성하는 배터리 모듈(200)들과 BMS(300) 사이를 연결하며, 제1 모듈 그룹(G1)의 상부에 배치된다. 상기 제2 케이블 어셈블리(400B)는, 제2 모듈 그룹(G2)을 구성하는 배터리 모듈(200)들과 BMS(300) 사이를 연결하며, 제2 모듈 그룹(G2)의 상부에 배치된다.
상기 제1 케이블 어셈블리(400A) 및 제2 케이블 어셈블리(400B) 각각은, 인쇄 회로 패턴을 구비하는 센싱 케이블(410), 센싱 케이블(410)과 연결되며 모듈 커넥터(250)와 체결되는 복수의 제1 케이블 커넥터(420), 및 센싱 케이블(410)과 연결되며 BMS 커넥터(310)와 체결되는 제2 케이블 커넥터(430)를 포함한다.
상기 제1 케이블 어셈블리(400A)의 제1 케이블 커넥터(420)는, 제1 모듈 그룹(G1)을 구성하는 배터리 모듈(200)의 개수와 동일하게 구비된다. 상기 제2 케이블 어셈블리(400B)의 제1 케이블 커넥터(420)는, 제2 모듈 그룹(G2)을 구성하는 배터리 모듈(200)의 개수와 동일하게 구비된다.
상기 제1 케이블 어셈블리(400A)의 제2 케이블 커넥터(430)는, 제1 BMS 커넥터(310A)와 체결되고, 제2 케이블 어셈블리(400B)의 제2 케이블 커넥터(430)는, 제2 BMS 커넥터(310B)와 체결된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 배터리 모듈(200)과 BMS(300) 간의 전기적 연결이 FPC(또는 FFC) 및 커넥터를 통해 이루어지도록 구성되어 있다. 이러한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에 따르면, 팩 트레이(100)의 내부 공간을 가로지르는 크로스 빔(120)의 내부 공간에 센싱 라인을 배치할 필요가 없다. 따라서, 상기 크로스 빔(120)이 차지하는 폭을 줄일 수 있게 되어 에너지 밀도의 향상을 가져올 수 있다. 또한, 필요에 따라 크로스 빔(120)의 내부 공간을 완전히 없애 크로스 빔(120)의 강성을 더욱 높임으로써 배터리 팩 사용상의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
다음은, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시에에 따른 배터리 팩은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩과 비교하여 배터리 모듈(200)과 케이블 어셈블리(400)의 구조에 있어서 일부 차이가 있을 뿐, 나머지 구성요소들은 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명함에 있어서는, 차이점이 존재하는 부분에 대해서 집중적으로 설명을 하기로 하며, 앞선 실시예에서와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩에 있어서, 배터리 모듈(200)에 구비된 센싱 라인(240)은, 프론트 센싱 라인(241) 및 리어 센싱 라인(242)을 포함하며, 연결 센싱 라인(243)은 포함하지 않는다. 또한, 상기 모듈 커넥터(250)는, 프론트 센싱 라인(241)에 결합되는 프론트 모듈 커넥터(250A) 및 리어 센싱 라인(242)에 결합되는 리어 모듈 커넥터(250B)를 포함한다.
상기 케이블 어셈블리(400)의 제1 케이블 커넥터(420)는, 프론트 모듈 커넥터(250A)와 체결되는 프론트 케이블 커넥터(420A) 및 리어 모듈 커넥터(250B)와 체결되는 리어 케이블 커넥터(420B)를 포함한다. 따라서, 상기 프론트 센싱 라인(241)과 리어 센싱 라인(242) 간의 전기적 연결은 제1 케이블 커넥터(420)에 의해 직접 이루어지게 된다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 케이블 어셈블리(400)는, 센싱 케이블(410)의 일부를 절개하여 필요한 개수만큼의 분기 라인(411)을 형성하고, 각각의 분기 라인(411)에 제1 케이블 커넥터(420)를 결합시킴으로써 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 및 본 발명에 따른 배터리 팩으로부터 전력을 제공받아 구동되는 모터와 같은 구동장치를 포함한다.
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.

Claims (10)

  1. 구획된 내부 공간을 갖는 팩 트레이;
    상기 팩 트레이에 수용되는 복수의 배터리 모듈;
    상기 팩 트레이에 수용되는 BMS;
    상기 복수의 배터리 모듈 중 제1 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제1 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제1 케이블 어셈블리; 및
    상기 복수의 배터리 모듈 중 제2 모듈 그룹을 구성하는 배터리 모듈들과 상기 BMS 사이를 연결하며, 상기 제2 모듈 그룹의 상부에 배치되는 제2 케이블 어셈블리;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 팩 트레이는,
    상기 팩 트레이의 폭 방향을 따라 연장된 형태를 가지며 상기 팩 트레이의 내부 공간을 구획하는 복수의 파티션; 및
    상기 팩 트레이의 길이 방향을 따라 연장된 형태를 가지며 상기 팩 트레이의 내부 공간을 구획하는 크로스 빔;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 모듈 그룹은, 상기 크로스 빔을 중심으로 일 측에 배치되고,
    상기 제2 모듈 그룹은, 상기 크로스 빔을 중심으로 타 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은,
    복수의 배터리 셀들이 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징;
    상기 복수의 배터리 셀들과 전기적으로 연결되는 센싱 라인; 및
    상기 센싱 라인과 연결되는 모듈 커넥터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 BMS는,
    상기 제1 모듈 그룹과 대응되는 위치 및 제2 모듈 그룹과 대응되는 위치에 각각 구비되는 한 쌍의 BMS 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 케이블 어셈블리 및 제2 케이블 어셈블리 각각은,
    인쇄 회로 패턴을 구비하는 센싱 케이블;
    상기 센싱 케이블과 연결되며, 상기 모듈 커넥터와 체결되는 복수의 제1 케이블 커넥터; 및
    상기 센싱 케이블과 연결되며, 상기 BMS 커넥터와 체결되는 제2 케이블 커넥터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 센싱 라인은,
    상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 배치되는 프론트 센싱 라인;
    상기 셀 적층체의 길이 방향 타 측에 배치되는 리어 센싱 라인; 및
    상기 프론트 센싱 라인과 리어 센싱 라인 사이를 연결하는 연결 센싱 라인;
    을 포함하고,
    상기 모듈 커넥터는,
    상기 프론트 센싱 라인에 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센싱 라인은,
    상기 셀 적층체의 길이 방향 일 측에 배치되는 프론트 센싱 라인; 및
    상기 셀 적층체의 길이 방향 타 측에 배치되는 리어 센싱 라인;
    을 포함하고,
    상기 모듈 커넥터는,
    상기 프론트 센싱 라인에 결합되는 프론트 모듈 커넥터; 및
    상기 리어 센싱 라인에 결합되는 리어 모듈 커넥터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 케이블 커넥터는,
    상기 프론트 모듈 커넥터와 체결되는 프론트 케이블 커넥터; 및
    상기 리어 모듈 커넥터와 체결되는 리어 케이블 커넥터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
PCT/KR2021/016171 2020-11-09 2021-11-08 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 WO2022098198A1 (ko)

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