WO2022103212A1 - 스웰링 제어가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

스웰링 제어가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 Download PDF

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지호준
문정오
김경우
박진용
박진하
진희준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack having a structure in which swelling control is possible and an automobile including the same, and more specifically, to a battery pack having a structure capable of swelling control, and more specifically, to a battery pack generated along a stacking direction of a cell stack by minimizing the stacking thickness of a single cell stack.
  • the present invention relates to a battery pack having a structure capable of minimizing the amount of swelling, and having a structure such that a pressure applied to a battery cell can be relatively constantly increased as the amount of swelling is increased, and a vehicle including the same.
  • a structure in which a buffer pad is inserted between adjacent battery cells and/or in the outermost part of a cell stack, or according to the swelling of the battery cells in the pack housing It is common to have a structure in which an empty space is secured in consideration of volume expansion, or a structure in which the pack housing can absorb swelling by deforming according to swelling of the battery cell.
  • the present invention was devised in consideration of the above-mentioned problems, and solves the energy density decrease due to the empty space for absorbing the volume expansion of the battery cell due to swelling, secures the structural rigidity of the battery pack, and also the swelling
  • An object of the present invention is to prevent an explosive increase in pressure applied to a battery cell as the amount increases.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention for solving the above problems a plurality of battery modules; a pack tray accommodating the plurality of battery modules; a module cover covering the opening formed on the top of the pack tray; a pack cover covering the module cover; and an upper elastic member interposed between the module cover and the pack cover and absorbing the volume expansion due to the swelling while being compressed as the module cover moves toward the pack cover by the swelling of the battery module.
  • the battery module may include: a module tray including a tray base and tray partition walls extending in a direction perpendicular to the tray base to divide a seating space on the tray base in a width direction of the tray base; a first cell stack disposed on the module tray and disposed on one side of the tray partition wall; and a second cell stack disposed on the module tray and disposed on the other side of the tray partition wall; may include
  • the upper elastic member may include: a first upper elastic member disposed at a position corresponding to the first cell stack; and a second upper elastic member disposed at a position corresponding to the second cell stack; may include
  • Each of the first cell stack and the second cell stack may include a plurality of battery cells stacked in a direction perpendicular to the tray base.
  • the pack tray may include: a split beam configured to divide an accommodating space of the battery module formed inside the pack tray along a width direction of the pack tray; and a cross beam dividing the space divided by the split beam along the longitudinal direction of the pack tray. can be provided.
  • the module cover and the pack cover may be fastened to the pack tray by bolts passing through the module cover and the pack cover, and movement of the module cover according to the swelling may be guided by the bolts.
  • the bolt may include: a first bolt that sequentially passes through the pack cover and the module cover and is fastened to the cross beam; and a second bolt that sequentially passes through the pack cover and the module cover and is fastened to the tray bulkhead.
  • the pack cover may include a plurality of cover protrusions protruding from an inner surface of the pack cover, and the first upper elastic member and the second upper elastic member may be disposed between a pair of adjacent cover protrusions. there is.
  • the pack cover includes a cover accommodating groove formed on an upper surface of the pack cover so that the first bolt and the second bolt are not exposed to the top of the pack cover, and the cover accommodating groove corresponds to the cover protrusion. It can be formed in a position where
  • the battery pack is interposed between the pack tray and the tray base, and is compressed as the tray base moves toward the pack tray by the swelling of the battery module and absorbs volume expansion due to the swelling. It may further include an elastic member.
  • the lower elastic member may include: a first lower elastic member disposed at a position corresponding to the first cell stack; and a second lower elastic member disposed at a position corresponding to the second cell stack; may include
  • the tray base may be fastened to the tray bulkhead by a third bolt penetrating the pack tray and the tray base, and the movement of the tray base according to the swelling may be guided by the third bolt. there is.
  • the pack tray may include a tray protrusion protruding from an inner surface of the pack tray, and the first lower elastic member and the second lower elastic member may be disposed between the tray protrusion and the cross beam adjacent to each other. there is.
  • the pack tray includes a tray accommodating groove formed on a lower surface of the pack tray so that the third bolt is not exposed to a lower portion of the pack tray, and the tray accommodating groove is formed at a position corresponding to the tray protrusion.
  • a vehicle according to an embodiment of the present invention for solving the above-described problem includes the battery pack according to an embodiment of the present invention as described above.
  • the energy density decrease due to the empty space for absorbing the volume expansion of the battery cell due to the swelling is solved, the structural rigidity of the battery pack is secured, and the battery according to the increase in the swelling amount It becomes possible to prevent an explosive increase in pressure applied to the cell.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack shown in FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view showing a battery module of the present invention.
  • 5 and 6 are partial cross-sectional views illustrating a cross-section of a battery pack according to an embodiment of the present invention taken along line A-A'.
  • the battery pack 1 includes a plurality of battery modules 10 , a pack tray 20 , a module cover 30 , a pack cover 40 , and an upper elastic member 50 .
  • Each of the plurality of battery modules 10 includes a module tray 100 and a cell stack 200 .
  • the battery module 10 may further include a pair of bus bar frame assemblies 300 .
  • the module tray 100 includes a tray base 110 and a tray partition wall 120 .
  • the tray base 110 supports the cell stack 200 and is disposed on the inner bottom surface of the pack tray 20 .
  • the tray partition wall 120 extends in a direction perpendicular to the tray base 110 to divide the seating space on the tray base 110 in the width direction (parallel to the X-axis) of the tray base 110 .
  • the cell stack 200 is disposed on the tray base 110 .
  • the cell stack 200 includes a first cell stack 200A and a second cell stack 200B.
  • the first cell stack 200A is disposed on the tray base 110 and disposed on one side of the tray partition wall 120 .
  • the second cell stack 200B is disposed on the tray base 110 and disposed on the other side of the tray partition wall 120 .
  • Each of the first cell stack 200A and the second cell stack 200B includes a plurality of battery cells 210 stacked in a direction perpendicular to the tray base 110 .
  • the battery cell 210 may be a pouch type battery cell.
  • the pair of bus bar frame assemblies 300 respectively, from one side and the other side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the module tray 100, a first cell stack 200A and a second cell stack ( 200B). That is, the pair of busbar frame assemblies 300 are coupled to one side and the other side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the first cell stack 200A and the second cell stack 200B, respectively. do.
  • the pair of bus bar frame assemblies 300 may electrically connect a plurality of battery cells 210 to each other.
  • Each of the pair of bus bar frame assemblies 300 includes a bus bar frame 310 and a bus bar 320 .
  • the bus bar frame 310 includes a lead slit 310a through which the electrode lead 211 of the battery cell 210 can be drawn out.
  • the bus bar 320 is fixed on the bus bar frame 310 and may be coupled to the electrode lead 211 of each of the plurality of battery cells 210 by welding or the like.
  • the pack tray 20 accommodates a plurality of battery modules 10 in an accommodating space formed therein.
  • the pack tray 20 includes a base plate forming a bottom and a side plate forming a side wall.
  • the pack tray 20 includes a split beam 21 and a plurality of cross beams 22 to divide an internal accommodating space and increase structural rigidity of the battery pack 1 .
  • the split beam 21 divides the accommodating space of the battery module 10 formed inside the pack tray 20 along the width direction (parallel to the Y-axis) of the pack tray 20 .
  • the cross beam 22 divides the space divided by the split beam 21 in the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the pack tray 20 .
  • the cross beam 22 is interposed between the battery modules 10 adjacent to each other, and among the plurality of battery modules 10 arranged along the longitudinal direction (parallel to the X-axis) of the battery pack 1 , the cross beam 22 is the most It is also interposed between the pair of battery modules 10 and the inner surface of the pack tray 20 located on the outside. Accordingly, the cross beams 22 are respectively positioned on one side and the other side in the width direction (parallel to the X-axis) of all the battery modules 10 .
  • the module cover 30 covers the opening formed in the upper portion of the pack tray 20 and faces the battery module 10 .
  • the pack cover 40 is disposed on the module cover 30 to cover the module cover 30 .
  • the upper elastic member 50 is interposed between the module cover 30 and the pack cover 40 .
  • the upper elastic member 50 is compressed as the module cover 30 moves toward the pack cover 40 by swelling of the battery module 10 and absorbs volume expansion due to swelling.
  • the module cover 30 is a first module cover 30A that covers the battery modules 10 positioned on one side of the split beam 21 among the battery module 10 accommodating space divided by the split beam 21 . ) and a second module cover 30B that covers the battery modules 10 positioned on the other side.
  • the upper elastic member 50 is a second upper elastic member 50A disposed at a position corresponding to the first cell stack 200A and a second disposed at a location corresponding to the second cell stack 200B. It may include an upper elastic member (50B).
  • the swelling can be individually controlled for each battery module 10, and the first cell stack 200A and the second cell stack (200B) has a structure in which each swelling can be individually controlled.
  • the module cover 30 and the pack cover 40 are fastened to the pack tray 20 by bolts passing through the module cover 30 and the pack cover 40 .
  • the movement of the module cover 30 according to the swelling may be guided by the bolt (B).
  • the bolts sequentially penetrate the pack cover 40 and the module cover 30 from the top and are fastened to the cross beam 22 by the first bolt B1 and the pack cover 40 and the module cover 30 from the top. and a second bolt (B2) fastened to the tray partition wall 120 through sequentially passing through.
  • the pack cover 40 may include a plurality of cover protrusions 40a protruding from the inner surface of the pack cover 40 .
  • the first upper elastic member 50A and the second upper elastic member 50B are disposed between a pair of adjacent cover protrusions 40a, and the cover protrusions 40a include the first upper elastic member ( 50A) and the second upper elastic member 50B may function as a stopper so as not to deviate from a predetermined position.
  • the cover protrusion 40a may have an elongated shape along the width direction (parallel to the Y-axis) of the pack cover 40 .
  • the first bolt B1 and the second bolt B2 pass through the cover protrusion 40a.
  • the pack cover 40 has a cover receiving groove 40b formed on the upper surface of the pack cover 40 so that the first bolt B1 and the second bolt B2 are not exposed to the top of the pack cover 40 . can be provided.
  • the cover receiving groove 40b is formed at a position corresponding to the cover protrusion 40a. The first bolt B1 and the second bolt B2 pass through the cover receiving groove 40b.
  • the battery pack 1 may further include a lower elastic member 60 .
  • the lower elastic member 60 is interposed between the pack tray 20 and the tray base 110 .
  • the lower elastic member 60 is compressed as the tray base 110 moves toward the base plate of the pack tray 20 by the swelling of the battery module 10 and absorbs volume expansion due to swelling.
  • the lower elastic member 60 includes a second lower elastic member 60A disposed at a position corresponding to the first cell stack 200A and a second disposed at a location corresponding to the second cell stack 200B. It may include a lower elastic member (60B).
  • the tray base 110 is fastened to the tray bulkhead by a third bolt B3 penetrating the pack tray 20 and the tray base 110 .
  • the movement of the tray base 110 according to swelling may be guided by the third bolt B3.
  • the pack tray 20 may include a tray protrusion 20a protruding from the inner surface of the base plate of the pack tray 20 .
  • the first lower elastic member 60A and the second lower elastic member 60B are disposed between the tray protrusion 20a and the cross beam 22 adjacent to each other.
  • the tray protrusion 20a and the cross beam 22 may function as a stopper to prevent the first lower elastic member 60A and the second lower elastic member 60B from being separated from predetermined positions.
  • the third bolt B3 passes through the tray protrusion 20a.
  • the pack tray 20 has a tray receiving groove 20b formed in the lower surface of the base plate of the pack tray 20 so that the third bolt B3 is not exposed to the lower portion of the base plate of the pack tray 20.
  • the tray receiving groove 20b is formed at a position corresponding to the tray protrusion 20a.
  • the third bolt B3 passes through the tray receiving groove 20b.
  • a plate spring or a coil spring may be applied as the upper elastic member 50 and the lower elastic member 60 .
  • a plate spring or a coil spring may be applied as the upper elastic member 50 and the lower elastic member 60 .
  • the pressure increase applied to the battery cell is more constant as the shape deformation of the elastic member due to swelling increases. have characteristics.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈; 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 팩 트레이; 상기 팩 트레이의 상부에 형성된 개구부를 커버하는 모듈 커버; 상기 모듈 커버를 커버하는 팩 커버; 및 상기 모듈 커버와 팩 커버 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈의 스웰링에 의해 상기 모듈 커버가 상기 팩 커버를 향해 이동함에 따라 압축되면서 상기 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수하는 상부 탄성 부재; 를 포함한다.

Description

스웰링 제어가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은, 스웰링 제어가 가능한 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 하나의 셀 적층체가 갖는 적층 두께를 최소화 함으로써 셀 적층체의 적층 방향을 따라 발생되는 스웰링 양을 최소화 할 수 있는 구조를 가지며, 또한 스웰링 양이 증가함에 따라 배터리 셀에 가해지는 압력이 비교적 일정하게 증가할 수 있도록 하는 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 11월 13일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0152314호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
종래의 배터리 팩의 경우, 배터리 셀의 스웰링을 제어하기 위해, 서로 인접한 배터리 셀 사이 및/또는 셀 적층체의 최 외각에 완충 패드가 삽입된 구조, 또는 팩 하우징 내에 배터리 셀의 스웰링에 따른 부피 팽창을 고려하여 빈 공간을 확보한 구조, 또는 팩 하우징이 배터리 셀의 스웰링에 따라 변형됨으로써 스웰링을 흡수할 수 있는 구조를 갖는 것이 일반적이었다.
이러한 종래의 배터리 팩 구조에서는, 셀 적층체를 구성하는 배터리 셀의 개수가 많아질수록 늘어나는 스웰링 양에 따라 더 큰 빈 공간의 확보 및/또는 더 많은 개수의 완충 패드의 적용이 요구되었다. 또한, 통상적으로 이러한 종래의 구조에서는 배터리 셀의 적층 방향이 지면 또는 팩 하우징의 바닥면과 나란한 방향을 따라 이루어졌다. 이러한 구조는, 배터리 팩의 구조적 강성 확보 및 높은 에너지 밀도의 확보라는 측면에서 볼 때 불리한 면이 있다.
또한, 스웰링의 흡수를 위해 완충 패드를 사용하는 경우, 스웰링 양이 증가함에 따라 완충 패드를 압축시키는데 요구되는 힘의 크기는 더욱 증가하고, 이로써 배터리 셀에 가해지는 압력이 폭발적으로 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 스웰링에 따른 배터리 셀의 부피 팽창을 흡수하기 위한 빈 공간으로 인한 에너지 밀도 저하를 해소하고, 배터리 팩의 구조적 강성을 확보하며, 또한 스웰링 양의 증가에 따라 배터리 셀에 가해지는 압력이 폭발적으로 증가하는 것을 방지하는 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, 복수의 배터리 모듈; 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 팩 트레이; 상기 팩 트레이의 상부에 형성된 개구부를 커버하는 모듈 커버; 상기 모듈 커버를 커버하는 팩 커버; 및 상기 모듈 커버와 팩 커버 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈의 스웰링에 의해 상기 모듈 커버가 상기 팩 커버를 향해 이동함에 따라 압축되면서 상기 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수하는 상부 탄성 부재; 를 포함한다.
상기 배터리 모듈은, 트레이 베이스 및 상기 트레이 베이스에 수직한 방향을 따라 연장되어 상기 트레이 베이스 상의 안착 공간을 상기 트레이 베이스의 폭 방향을 따라 분할하는 트레이 격벽을 포함하는 모듈 트레이; 상기 모듈 트레이 상에 배치되며 상기 트레이 격벽의 일 측에 배치되는 제1 셀 적층체; 및 상기 모듈 트레이 상에 배치되며 상기 트레이 격벽의 타 측에 배치되는 제2 셀 적층체; 를 포함할 수 있다.
상기 상부 탄성 부재는, 상기 제1 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제1 상부 탄성 부재; 및 상기 제2 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제2 상부 탄성 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 셀 적층체 및 제2 셀 적층체 각각은, 상기 트레이 베이스에 수직한 방향을 따라 적층되는 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이 내부에 형성된 상기 배터리 모듈의 수용 공간을 상기 팩 트레이의 폭 방향을 따라 분할 하는 분할 빔; 및 상기 분할 빔에 의해 분할된 공간을 상기 팩 트레이의 길이 방향을 따라 분할 하는 크로스 빔; 을 구비할 수 있다.
상기 모듈 커버 및 상기 팩 커버는, 상기 모듈 커버 및 상기 팩 커버를 관통하는 볼트에 의해 상기 팩 트레이에 체결되고, 상기 스웰링에 따른 상기 모듈 커버의 움직임은 상기 볼트에 의해 가이드 될 수 있다.
상기 볼트는, 상기 팩 커버 및 상기 모듈 커버를 순차적으로 관통하여 상기 크로스 빔에 체결되는 제1 볼트; 및 상기 팩 커버 및 상기 모듈 커버를 순차적으로 관통하여 상기 트레이 격벽에 체결되는 제2 볼트; 를 포함할 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 팩 커버의 내측 면 상에 돌출 형성되는 복수의 커버 돌출부를 구비하며, 상기 제1 상부 탄성 부재 및 제2 상부 탄성 부재는, 서로 인접한 한 쌍의 커버 돌출부 사이에 배치될 수 있다.
상기 팩 커버는, 상기 제1 볼트 및 제2 볼트가 상기 팩 커버의 상부로 노출되지 않도록 상기 팩 커버의 상부 표면에 형성되는 커버 수용 홈을 구비하며, 상기 커버 수용 홈은, 상기 커버 돌출부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 팩 트레이와 상기 트레이 베이스 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈의 스웰링에 의해 상기 트레이 베이스가 상기 팩 트레이를 향해 이동함에 따라 압축되면서 상기 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수하는 하부 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 탄성 부재는, 상기 제1 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제1 하부 탄성 부재; 및 상기 제2 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제2 하부 탄성 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 트레이 베이스는, 상기 팩 트레이 및 상기 트레이 베이스를 관통하는 제3 볼트에 의해 상기 트레이 격벽에 체결될 수 있고, 상기 스웰링에 따른 상기 트레이 베이스의 움직임은, 상기 제3 볼트에 의해 가이드 될 수 있다.
상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이의 내측 면 상에 돌출 형성되는 트레이 돌출부를 구비하며, 상기 제1 하부 탄성 부재 및 제2 하부 탄성 부재는, 서로 인접한 상기 트레이 돌출부 및 상기 크로스 빔 사이에 배치될 수 있다.
상기 팩 트레이는, 상기 제3 볼트가 상기 팩 트레이의 하부로 노출되지 않도록 상기 팩 트레이의 하부 표면에 형성되는 트레이 수용 홈을 구비하며, 상기 트레이 수용 홈은, 상기 트레이 돌출부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스웰링에 따른 배터리 셀의 부피 팽창을 흡수하기 위한 빈 공간으로 인한 에너지 밀도 저하를 해소하고, 배터리 팩의 구조적 강성을 확보하며, 또한 스웰링 양의 증가에 따라 배터리 셀에 가해지는 압력이 폭발적으로 증가하는 것을 방지할 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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 A-A' 선을 따라 절단한 단면을 나타내는 부분 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 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 내지 도 5를 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은, 복수의 배터리 모듈(10), 팩 트레이(20), 모듈 커버(30), 팩 커버(40) 및 상부 탄성 부재(50)를 포함한다.
상기 복수의 배터리 모듈(10) 각각은, 모듈 트레이(100) 및 셀 적층체(200)를 포함한다. 상기 배터리 모듈(10)은, 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300)를 더 포함할 수도 있다.
상기 모듈 트레이(100)는, 트레이 베이스(110) 및 트레이 격벽(120)을 포함한다. 상기 트레이 베이스(110)는, 셀 적층체(200)를 지지하며, 팩 트레이(20)의 내측 바닥면 상에 배치된다. 상기 트레이 격벽(120)은, 트레이 베이스(110)에 수직한 방향을 따라 연장되어 트레이 베이스(110) 상의 안착 공간을 트레이 베이스(110)의 폭 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 분할한다.
상기 셀 적층체(200)는, 트레이 베이스(110) 상에 배치된다. 상기 셀 적층체(200)는, 제1 셀 적층체(200A) 및 제2 셀 적층체(200B)를 포함한다. 상기 제1 셀 적층체(200A)는, 트레이 베이스(110) 상에 배치되며, 트레이 격벽(120)의 일 측에 배치된다. 상기 제2 셀 적층체(200B)는, 트레이 베이스(110) 상에 배치되며, 트레이 격벽(120)의 타 측에 배치된다.
상기 제1 셀 적층체(200A) 및 제2 셀 적층체(200B) 각각은, 트레이 베이스(110)에 수직한 방향을 따라 적층되는 복수의 배터리 셀(210)을 포함한다. 상기 배터리 셀(210)은, 파우치 타입의 배터리 셀일 수 있다.
상기 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 각각 모듈 트레이(100)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측으로부터 제1 셀 적층체(200A) 및 제 2셀 적층체(200B)에 결합된다. 즉, 상기 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 제1 셀 적층체(200A) 및 제2 셀 적층체(200B)의 길이 방향(Y축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에 각각 결합된다. 상기 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300)는, 복수의 배터리 셀(210)들을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 한 쌍의 버스바 프레임 어셈블리(300) 각각은, 버스바 프레임(310) 및 버스바(320)를 포함한다. 상기 버스바 프레임(310)은, 배터리 셀(210)의 전극 리드(211)가 인출될 수 있는 리드 슬릿(310a)을 구비한다. 상기 버스바(320)는, 버스바 프레임(310) 상에 고정되며, 복수의 배터리 셀(210) 각각의 전극 리드(211)와 용접 등에 의해 결합될 수 있다.
상기 팩 트레이(20)는, 그 내부에 형성된 수용 공간에 복수의 배터리 모듈(10)을 수용한다. 상기 팩 트레이(20)는, 바닥을 이루는 베이스 플레이트 및 측벽을 이루는 사이드 플레이트를 포함한다. 상기 팩 트레이(20)는, 내부의 수용 공간을 분할하고 또한 배터리 팩(1)의 구조적 강성을 높이기 위한 분할 빔(21) 및 복수의 크로스 빔(22)을 구비한다.
상기 분할 빔(21)은, 팩 트레이(20) 내부에 형성된 배터리 모듈(10)의 수용 공간을 팩 트레이(20)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 분할 한다. 상기 크로스 빔(22)은, 분할 빔(21)에 의해 분할된 공간을 팩 트레이(20)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 분할 한다. 상기 크로스 빔(22)은, 서로 인접한 배터리 모듈(10) 사이마다 개재되며, 또한 배터리 팩(1)의 길이 방향(X축에 나란한 방향)을 따라 배치된 복수의 배터리 모듈(10)들 중 최 외각에 위치하는 한 쌍의 배터리 모듈(10)과 팩 트레이(20)의 내측 면 사이에도 개재된다. 따라서, 모든 배터리 모듈(10) 폭 방향(X축에 나란한 방향) 일 측 및 타 측에는 각각 크로스 빔(22)이 위치한다.
상기 모듈 커버(30)는, 팩 트레이(20)의 상부에 형성된 개구부를 커버하며, 배터리 모듈(10)과 대면한다. 상기 팩 커버(40)는, 모듈 커버(30)의 상부에 배치되어 모듈 커버(30)를 커버한다. 상기 상부 탄성 부재(50)는, 모듈 커버(30)와 팩 커버(40) 사이에 개재된다. 상기 상부 탄성 부재(50)는, 배터리 모듈(10)의 스웰링에 의해 모듈 커버(30)가 팩 커버(40)를 향해 이동함에 따라 압축되면서 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수한다. 상기 모듈 커버(30)는, 분할 빔(21)에 의해 분할 된 배터리 모듈(10) 수용 공간 중 분할 빔(21)의 일 측에 위치하는 배터리 모듈(10)들을 커버하는 제1 모듈 커버(30A) 및 타 측에 위치하는 배터리 모듈(10)들을 커버하는 제2 모듈 커버(30B)를 포함할 수 있다. 이처럼 복수의 모듈 커버(30A, 30B)가 구비되는 경우, 서로 다른 공간에 수용된 배터리 모듈(10)들 각각의 스웰링을 개별적으로 컨트롤 가능하므로 복수의 배터리 모듈(10)들에 대해 고른 압력을 가할 수 있다.
상기 상부 탄성 부재(50)는, 제1 셀 적층체(200A)와 대응되는 위치에 배치되는 제1 상부 탄성 부재(50A) 및 제2 셀 적층체(200B)와 대응되는 위치에 배치되는 제2 상부 탄성 부재(50B)를 포함할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 각각의 배터리 모듈(10)마다 개별적으로 스웰링을 컨트롤 할 수 있고, 또한 제1 셀 적층체(200A)와 제2 셀 적층체(200B) 각각의 스웰링을 개별적으로 컨트롤 할 수 있는 구조를 갖는다.
상기 모듈 커버(30) 및 팩 커버(40)는, 모듈 커버(30) 및 팩 커버(40)를 관통하는 볼트에 의해 팩 트레이(20)에 체결된다. 상기 스웰링에 따른 모듈 커버(30)의 움직임은 볼트(B)에 의해 가이드 될 수 있다. 상기 볼트는, 상부로부터 팩 커버(40) 및 모듈 커버(30)를 순차적으로 관통하여 크로스 빔(22)에 체결되는 제1 볼트(B1) 및 상부로부터 팩 커버(40) 및 모듈 커버(30)를 순차적으로 관통하여 트레이 격벽(120)에 체결되는 제2 볼트(B2)를 포함한다.
상기 팩 커버(40)는, 팩 커버(40)의 내측 면 상에 돌출 형성되는 복수의 커버 돌출부(40a)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 상부 탄성 부재(50A) 및 제2 상부 탄성 부재(50B)는, 서로 인접한 한 쌍의 커버 돌출부(40a) 사이에 배치되며, 커버 돌출부(40a)는 제1 상부 탄성 부재(50A) 및 제2 상부 탄성 부재(50B)가 정해진 위치에서 이탈하지 않도록 하는 스토퍼로서 기능할 수 있다. 상기 커버 돌출부(40a)는, 팩 커버(40)의 폭 방향(Y축에 나란한 방향)을 따라 길게 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 볼트(B1) 및 제2 볼트(B2)는 커버 돌출부(40a)를 관통한다.
상기 팩 커버(40)는, 제1 볼트(B1) 및 제2 볼트(B2)가 팩 커버(40)의 상부로 노출되지 않도록 팩 커버(40)의 상부 표면에 형성되는 커버 수용 홈(40b)을 구비할 수 있다. 상기 커버 수용 홈(40b)은 커버 돌출부(40a)와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제1 볼트(B1) 및 제2 볼트(B2)는 커버 수용 홈(40b)을 관통한다.
도 1 내지 도 4와 함께 도 6을 참조하면, 상기 배터리 팩(1)은, 하부 탄성 부재(60)를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 탄성 부재(60)는, 팩 트레이(20)와 트레이 베이스(110) 사이에 개재된다. 상기 하부 탄성 부재(60)는, 배터리 모듈(10)의 스웰링에 의해 트레이 베이스(110)가 팩 트레이(20)의 베이스 플레이트를 향해 이동함에 따라 압축되면서 스웰링에 다른 부피 팽창을 흡수한다.
상기 하부 탄성 부재(60)는, 제1 셀 적층체(200A)와 대응되는 위치에 배치되는 제1 하부 탄성 부재(60A) 및 제2 셀 적층체(200B)와 대응되는 위치에 배치되는 제2 하부 탄성 부재(60B)를 포함할 수 있다.
상기 트레이 베이스(110)는, 팩 트레이(20) 및 트레이 베이스(110)를 관통하는 제3 볼트(B3)에 의해 트레이 격벽에 체결된다. 스웰링에 따른 상기 트레이 베이스(110)의 움직임은 제3 볼트(B3)에 의해 가이드 될 수 있다.
상기 팩 트레이(20)는, 팩 트레이(20)의 베이스 플레이트의 내측 면 상에 돌출 형성되는 트레이 돌출부(20a)를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 하부 탄성 부재(60A) 및 제 2하부 탄성 부재(60B)는, 서로 인접한 트레이 돌출부(20a) 및 크로스 빔(22) 사이에 배치된다. 상기 트레이 돌출부(20a) 및 크로스 빔(22)은, 제1 하부 탄성 부재(60A) 및 제2 하부 탄성 부재(60B)가 정해진 위치에서 이탈하지 않도록 하는 스토퍼로서 기능할 수 있다. 상기 제3 볼트(B3)는 트레이 돌출부(20a)를 관통한다.
상기 팩 트레이(20)는, 제3 볼트(B3)가 팩 트레이(20)의 베이스 플레이트의 하부로 노출되지 않도록 팩 트레이(20)의 베이스 플레이트의 하부 표면에 형성되는 트레이 수용 홈(20b)을 구비할 수 있다. 상기 트레이 수용 홈(20b)은, 트레이 돌출부(20a)와 대응되는 위치에 형성된다. 상기 제3 볼트(B3)는 트레이 수용 홈(20b)을 관통한다.
한편, 상기 상부 탄성 부재(50) 및 하부 탄성 부재(60)로는, 예를 들어 판스프링 또는 코일 스프링이 적용될 수 있다. 판스프링 또는 코일 스프링의 경우, 종래에 배터리 셀의 스웰링 흡수를 위해 적용하던 완충 패드와 비교하여, 스웰링에 의한 탄성 부재의 형태 변형이 커짐에 따른 배터리 셀에 가해지는 압력 증가가 좀 더 일정한 특성을 갖는다.
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 (15)

  1. 복수의 배터리 모듈;
    상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 팩 트레이;
    상기 팩 트레이의 상부에 형성된 개구부를 커버하는 모듈 커버;
    상기 모듈 커버를 커버하는 팩 커버; 및
    상기 모듈 커버와 팩 커버 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈의 스웰링에 의해 상기 모듈 커버가 상기 팩 커버를 향해 이동함에 따라 압축되면서 상기 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수하는 상부 탄성 부재;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    트레이 베이스 및 상기 트레이 베이스에 수직한 방향을 따라 연장되어 상기 트레이 베이스 상의 안착 공간을 상기 트레이 베이스의 폭 방향을 따라 분할하는 트레이 격벽을 포함하는 모듈 트레이;
    상기 트레이 베이스 상에 배치되며 상기 트레이 격벽의 일 측에 배치되는 제1 셀 적층체; 및
    상기 트레이 베이스 상에 배치되며 상기 트레이 격벽의 타 측에 배치되는 제2 셀 적층체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 탄성 부재는,
    상기 제1 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제1 상부 탄성 부재; 및
    상기 제2 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제2 상부 탄성 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 셀 적층체 및 제2 셀 적층체 각각은,
    상기 트레이 베이스에 수직한 방향을 따라 적층되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 팩 트레이는,
    상기 팩 트레이 내부에 형성된 상기 배터리 모듈의 수용 공간을 상기 팩 트레이의 폭 방향을 따라 분할 하는 분할 빔; 및
    상기 분할 빔에 의해 분할된 공간을 상기 팩 트레이의 길이 방향을 따라 분할 하는 크로스 빔;
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 모듈 커버 및 상기 팩 커버는, 상기 모듈 커버 및 상기 팩 커버를 관통하는 볼트에 의해 상기 팩 트레이에 체결되고,
    상기 스웰링에 따른 상기 모듈 커버의 움직임은 상기 볼트에 의해 가이드 되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼트는,
    상기 팩 커버 및 상기 모듈 커버를 순차적으로 관통하여 상기 크로스 빔에 체결되는 제1 볼트; 및
    상기 팩 커버 및 상기 모듈 커버를 순차적으로 관통하여 상기 트레이 격벽에 체결되는 제2 볼트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 팩 커버는, 상기 팩 커버의 내측 면 상에 돌출 형성되는 복수의 커버 돌출부를 구비하며,
    상기 제1 상부 탄성 부재 및 제2 상부 탄성 부재는, 서로 인접한 한 쌍의 커버 돌출부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 팩 커버는, 상기 제1 볼트 및 제2 볼트가 상기 팩 커버의 상부로 노출되지 않도록 상기 팩 커버의 상부 표면에 형성되는 커버 수용 홈을 구비하며,
    상기 커버 수용 홈은, 상기 커버 돌출부와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    상기 팩 트레이와 상기 트레이 베이스 사이에 개재되며, 상기 배터리 모듈의 스웰링에 의해 상기 트레이 베이스가 상기 팩 트레이를 향해 이동함에 따라 압축되면서 상기 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수하는 하부 탄성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부 탄성 부재는,
    상기 제1 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제1 하부 탄성 부재; 및
    상기 제2 셀 적층체와 대응되는 위치에 배치되는 제2 하부 탄성 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 트레이 베이스는,
    상기 팩 트레이 및 상기 트레이 베이스를 관통하는 제3 볼트에 의해 상기 트레이 격벽에 체결되고,
    상기 스웰링에 따른 상기 트레이 베이스의 움직임은, 상기 제3 볼트에 의해 가이드 되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 팩 트레이는, 상기 팩 트레이의 내측 면 상에 돌출 형성되는 트레이 돌출부를 구비하며,
    상기 제1 하부 탄성 부재 및 제2 하부 탄성 부재는, 서로 인접한 상기 트레이 돌출부 및 상기 크로스 빔 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 팩 트레이는, 상기 제3 볼트가 상기 팩 트레이의 하부로 노출되지 않도록 상기 팩 트레이의 하부 표면에 형성되는 트레이 수용 홈을 구비하며,
    상기 트레이 수용 홈은, 상기 트레이 돌출부와 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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