WO2023146202A1 - 에너지 저장 시스템용 배터리 팩 - Google Patents

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WO2023146202A1
WO2023146202A1 PCT/KR2023/000843 KR2023000843W WO2023146202A1 WO 2023146202 A1 WO2023146202 A1 WO 2023146202A1 KR 2023000843 W KR2023000843 W KR 2023000843W WO 2023146202 A1 WO2023146202 A1 WO 2023146202A1
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WO
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battery module
support
battery
energy storage
storage system
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/000843
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English (en)
French (fr)
Inventor
양은석
Original Assignee
한화솔루션 주식회사
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 a battery pack structure, and more particularly, to a battery pack for an energy storage system having easy assembly and shock absorption.
  • batteries are currently used as devices for storing electric energy in many places, and most of the primary and secondary batteries have a cylindrical, prismatic, or pouch shape. Secondary batteries, which are recharged and used a lot, are widely used in portable electronic devices such as smartphones and laptops, as well as rechargeable electric vehicles using batteries. It is also used in ESS (Energy Storage System) that stores and uses electricity.
  • ESS Electronicgy Storage System
  • a plurality of cells are connected in series and parallel by using spot welding or laser welding, which instantaneously applies voltage between separate electrodes and battery electrodes. connection method was used. It is called a battery module with the same voltage as one battery cell but with increased current capacity.
  • a battery pack When a plurality of battery cells are connected in parallel and the (+) pole of one battery module with increased current capacity and the (-) pole of another battery module are connected (serial connection), the desired voltage can be raised. This is called a battery pack.
  • a battery pack for an energy storage system capable of securing stability by responding elastically to an external impact after installation and significantly reducing the number of assembly man-hours by making some of the axially fixed parts of the battery module with an elastic member when installing the battery module.
  • a battery pack for an energy storage system includes a case in which a battery module is built; A first elastic support part fixed to the inside of the case, seated so that both lower ends of the battery module are supported, and having an elastic member elastically supporting the battery module in the other direction at either side of the lower end; A second elastic support unit supporting an upper end of the battery module and having an elastic member on one side for elastically supporting the battery module in a downward direction is provided.
  • the first elastic support portion a pair of support portion for supporting one end of the lower end of the battery module and a holding portion that is bent from the support portion to be caught so that the movement of the battery module in the horizontal direction is limited It is made of one support member, and an elastic member may be provided in any one of the catching parts.
  • a slot is formed in the horizontal direction in the hooking part, and a guide blade formed in the battery may be inserted and guided through the slot.
  • the second elastic support portion is made of a second support member disposed on the upper portion of the battery module and fixed horizontally to the case, and the lower portion of the second support member elastically supports the upper end of the battery module.
  • An elastic member may be provided.
  • the battery module may be installed in multiple stages inside the case.
  • the first elastic support portion may be fixedly installed on the second elastic support portion.
  • the elastic member may be at least one plate spring.
  • the plurality of battery modules are installed so as to overlap in the front and rear directions inside the case, and between the battery modules, a plate-shaped intermediate support is fixedly assembled to the case so that the battery module at the rear can be fixed and supported, and the battery is positioned at the forefront.
  • a plate-shaped front support may be assembled to the case.
  • an elastic member may be provided between the battery module and the intermediate support or between the battery module and the electric support.
  • the battery pack for an energy storage system can be easily and quickly assembled and fixed because a process of fastening the fastening member can be partially omitted.
  • the battery pack for an energy storage system can alleviate the impact applied to the battery module because the elastic member partially absorbs the impact when an impact is applied from the outside after assembling the battery module.
  • FIG. 1 is an external perspective view illustrating a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a state in which a door of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is opened.
  • FIG 3 is a perspective view of a state before assembling a battery module inside a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are perspective views of a first elastic support part and a second elastic support part, which are some components of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of internal components assembled in a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are perspective views of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention, viewed from different angles, in a state in which a plurality of batteries are overlapped in one layer.
  • FIG. 10 is a schematic schematic diagram of a battery pack for an energy storage system according to another embodiment of the present invention.
  • Words and terms used in this specification and claims are not construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, but in accordance with the principle that the inventors can define terms and concepts in order to best describe their inventions. It should be interpreted as a meaning and concept that corresponds to the technical idea.
  • a component being in the "front”, “rear”, “above” or “below” of another component means that it is in direct contact with another component, unless there are special circumstances, and is “in front”, “rear”, “above” or “below”. It includes not only those disposed at the lower part, but also cases in which another component is disposed in the middle.
  • the fact that certain components are “connected” to other components includes cases where they are not only directly connected to each other but also indirectly connected to each other unless there are special circumstances.
  • a battery pack 1 for an energy storage system may include a case 10, a first elastic support part, a second elastic support part, an intermediate support part 50, and a front support part 40. .
  • the case 10 may contain battery modules 20 and 30 .
  • the case 10 is made in the form of a cabinet in the form of a substantially rectangular parallelepiped.
  • the front door 11 is hinged so that it can be opened and closed.
  • the battery modules 20 and 30 are installed in three layers in multiple stages.
  • a control system is installed at the top of the inside of the case 10 . That is, the battery modules 20 and 30 may be installed in multiple stages inside the case 10, and here they are installed in three stages.
  • the battery modules 20 and 30 may be installed to overlap in the front and rear directions as well as in multiple stages.
  • the two battery modules (20, 30) are installed so as to overlap each other by being disposed on the front and rear sides via the intermediate support 50.
  • the first elastic support part is fixed to the inside of the case 10 and is seated so that both lower ends of the battery modules 20 and 30 are supported, and is placed on either side of both lower ends.
  • Elastic members 71a, 73a, and 75a may be provided to elastically support the battery modules 20 and 30 in the other direction.
  • the first elastic support portion is bent from the support portion supporting one end of the lower end of the battery modules 20 and 30 and the support portion so that the battery modules 20 and 30 are limited in movement along the horizontal direction It consists of a pair of first support members 70-75 having a hooking part to be caught, and any one of the hooking parts may include elastic members 71a, 73a, and 75a.
  • a slot 72a is formed in the horizontal direction in the hooking part, and guide blades 20a and 30a formed in the battery modules 20 and 30 may be inserted and guided through the slot 72a.
  • the first elastic support portion is composed of a pair of first support members (70-75).
  • the first support members 70 - 75 may be spaced apart by the width of the battery modules 20 and 30 and fixed to upper portions of the second support members 60 - 66 .
  • the first support members 70-75 are fixed on the upper portion of the second support members 60-66, and are spaced apart by the height of the battery modules 20 and 30 to separate the second support members 60-66 and the first support members 60-66.
  • the installation of the members 70 to 75 is repeated so that the battery modules 20 and 30 can be installed in multiple stages.
  • the first support member (70-75) is composed of a support portion and a hooking portion, and the support portion is fixed to the second support member (60-65) by a fastening means.
  • the hooking part is bent vertically from the supporting part and is erected, and the lower side of the side surface of the battery modules 20 and 30 is caught.
  • Plate springs 71a, 73a, and 75a are installed at the stiffening portions of the opposite first support members 70-75. Therefore, when the leaf springs 71a, 73a, and 75a are pushed to one side of the battery modules 20 and 30 and the guide blades 20a and 30a on the opposite side pass through the slot 72a, the bottom of the battery modules 20 and 30 Installation is complete. That is, the lower ends of the battery modules 20 and 30 may be seated and installed without any fastening means.
  • the second elastic support portion supports an upper end of the battery modules 20 and 30 and an elastic member for elastically supporting the battery modules 20 and 30 in a downward direction at one side ( 62a, 63a, 64a, 65a, 66a) may be provided.
  • the second elastic support portion is disposed on the battery modules 20 and 30 and is composed of second support members 60-66 horizontally fixed to the case 10, and the second support member Elastic members 62a, 63a, 64a, 65a, and 66a may be provided below the 60-66 to elastically support the upper ends of the battery modules 20 and 30.
  • One or a pair of the second support members 60 - 66 may be installed horizontally in parallel, and may be fixed to the case 10 or the frame.
  • the second support members 60-66 may be installed on the upper and lower sides when only one battery module 20 or 30 is installed, and when installed in multiple stages, in this case, when installed in three stages, a total of 4
  • the second support member 60-66 may be installed as a stage.
  • the first elastic support portion may be fixedly installed on the second elastic support portion. That is, the first support members 70 to 75 may be installed and supported on the second support members 60 to 65 .
  • the second support members 60 - 66 may be fastened and fixed to the case 10
  • the first support members 70 - 75 may be fastened and fixed to the second support members 60 - 66 . Therefore, the battery modules 20 and 30 are primarily supported by the first support members 70-75, and the load is transferred to the frame structure of the case 10 via the second support members 60-65, can be supported
  • the plurality of battery modules 20 and 30 are installed inside the case 10 so as to overlap each other in the forward and backward directions, and between the battery modules 20 and 30, a plate-shaped intermediate support 50 is provided on the rear battery module ( 30) is fixedly assembled to the case 10 so as to be fixedly supported, and in front of the battery module 20 located in the front, a plate-shaped front support part 40 is attached to the case or the second support member 63, 65, 66 can be assembled to Referring to FIG. 7 , fastening parts 50a may be formed on both sides of the intermediate support part 50 to be fastened to the case 10 . Therefore, the battery module 30 installed inside can be fixed in the front-back direction by the intermediate support part 50 .
  • the front support portion 40 may be fastened and fixed to the second support members 63, 65, and 66 located above and below the battery module 20 by means of fastening members, and the battery module 20 located on the outside may be fixed to the front side. It may be supported in a state located between the support part 40 and the intermediate support part 50.
  • an elastic member may be provided between the battery modules 20 and 30 and the intermediate support 50 or between the battery module 20 and the electric support 40 .
  • a leaf spring between the elastic member, for example, the front support part 40 and the middle support part 50, an impact mitigation effect applied to the battery modules 20 and 30 can be provided.
  • FIG. 1 an external perspective view illustrating a battery pack 1 for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the battery pack 1 has an exterior of a rectangular parallelepiped cabinet shape, a plurality of battery modules 20 and 30 are installed in multiple stages inside, and a door 11 is provided at the front.
  • FIG. 2 a perspective view of an open state of a door of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the battery modules 20 and 30 are installed in three stages inside the battery pack 1, and a control system is installed at the top.
  • FIG. 3 a perspective view of a state before assembling a battery module inside a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is shown.
  • First support members 70-75 and second support members 60-66 are installed so that the battery modules 20 and 30 can be installed in three stages.
  • the first support member 70 - 75 is supported by being fastened to the upper portion of the second support member 60 - 65 , and transmits the load of the battery modules 20 and 30 .
  • FIGS. 4 and 5 perspective views of a first elastic support part and a second elastic support part, which are some components of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention, are shown.
  • the first support members 70-75 are installed in a pair at right angles to the pair of second support members 60-65. Both ends of the second support members 60-65 are fastened to and supported by the case 10, installed in parallel as a pair, and the first support members 70-75 are fastened and fixed thereon.
  • the first support member 70-75 has a supporting portion and a hooking portion bent at 90 degrees, and plate springs 71a, 73a, and 75a are provided on only one side of the pair of first support members 70-75.
  • Plate springs 62a, 63a, 64a, 65a, and 66a may also be installed under the second support members 62-65, and the number and position may be selectively determined.
  • FIG. 6 a perspective view of internal components assembled in a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the battery modules 20 and 30 are installed in three stages between the second support members 60 to 66, and the battery modules 20 and 30 may be overlapped in front and rear for each stage. Therefore, based on FIG. 6, the vertical direction is seated and supported by the second support member 60-66 and the plate springs 62a, 63a, 64a, 65a, and 66a, and the left and right direction is supported by the first support portion 70-75. And it is seated by the plate springs (71a, 73a, 75a), and is fixed and supported by the intermediate support part 50 and the front support part 40 in the front and rear direction.
  • FIG. 7 an exploded perspective view of a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the lowermost battery modules 20 and 30, the middle support portion 50, and the front support portion 40 are disassembled.
  • the rear battery module 30 is inserted.
  • the guide blade 30a of the rear battery module 30 is inserted into the slot 72a of the first support member and guided, and the opposite side may be elastically supported by the leaf springs 71a, 73a, and 75a.
  • the intermediate support part 50 is fixed by fastening the fastening part 50a to the case 10 .
  • the front battery module 20 is assembled in the same way, and finally the front support part 40 is fastened and fixed to the second support member 60-66.
  • FIGS. 8 and 9 perspective views viewed from different angles in a state in which a plurality of battery modules 20 and 30 are installed in a plurality of overlapping layers in a battery pack for an energy storage system according to an embodiment of the present invention are shown.
  • the length of the second support members 60-65 is longer than that of the battery modules 20 and 30, so that battery modules having different specifications, that is, a wider width can be installed.
  • the battery modules 20 and 30 after assembly, the battery modules 20 and 30 have plate springs 62a, 63a, 64a, 65a, and 66a at the top and first support parts 70-75 at the bottom.
  • the battery modules 20 and 30 are supported by the leaf springs 71a, 73a, and 75a on the left side and by the hooking parts of the first support members 70-75 on the right side.
  • the inner battery module 30 may be supported by the case 10 and the middle support 50
  • the outer battery module 20 may be supported by the middle support 50 and the front support 40. .
  • FIG. 10 is a schematic schematic diagram of a battery pack for an energy storage system according to another embodiment of the present invention.
  • the above-described embodiment is modeled, and the lower end of the battery module 20 can be supported by the bracket 170 and supported by the elastic member 21 on the left and right sides, (b) ), it is represented by a schematic diagram that the elastic member 21 can be installed also in the front-back direction. That is, it shows that elastic members can be installed in various positions with respect to the three axes according to design needs.
  • the present invention can be applied to battery packs of energy storage systems.

Landscapes

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Abstract

조립 용이성과 충격 흡수성을 갖는 에너지 저장 시스템용 배터리 팩이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩은, 배터리 모듈이 내장되는 케이스; 상기 케이스의 내부에 고정되고, 상기 배터리 모듈의 하부 양단이 지지되도록 안착되며, 하부 양단 중 어느 일측에 상기 배터리 모듈을 타측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제1 탄성 지지부; 및 상기 배터리 모듈의 상단을 지지하고, 일측에 상기 배터리 모듈을 하측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제2 탄성 지지부;를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템용 배터리 팩
본 발명은 배터리 팩 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 조립 용이성과 충격 흡수성을 갖는 에너지 저장 시스템용 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 현재 많은 곳에서 전기에너지를 저장하는 장치로 배터리를 사용하고 있으며, 1차 전지와 2차 전지 대부분은 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치 (Pouch)의 형태를 가지고 있다. 재충전하여 사용이 가증한 2차 전지는 스마트폰, 노트북 등 휴대용 전자기기부터 배터리를 이용한 충전 가능한 전기차 등 광범위하게 사용되고 있으며, 최근에는 여러 개의 배터리 셀을 직/병렬로 연결하여 태양광, 풍력 등에서 만들어진 전기를 저장하여 사용하는 ESS(Energy Storage System) 등에도 사용되고 있다.
원통형 배터리 셀을 직/병렬 형태로 연결하는 방법에는 배터리 셀의 양극과 음극 단자를 또 다른 외부의 연결판(Bus Bar)을 이용하여 용접을 하는 경우가 대부분이다. 이때 병렬 연결(양극끼리 그리고 음극끼리의 연결)을 통해 전류 용량을 증가시킬 수 있으며, 직렬연결(양극과 또다른 전지의 음극을 연결)을 통해 전압을 올릴 수 있다. 주로 배터리 셀의 양극, 음극과 동일한 소재인 니켈판을 이용하여 용접을 하는 경우가 대부분이다. 통상 사용되는 전기장치(휴대용에서 전기자동차용, ESS용)는 12V, 24V, 48V, 72V, 110V, 200V, 380V 등 이므로 수 개에서 수십 개의 직렬연결이 필요하며, 사용되는 에너지량에 따라 수 개에서 수백 개, 수천 개의 병렬연결이 필요한 경우도 있다.
종래에는 배터리의 양극과 음극을 직렬과 병렬로 연결할 때 별도의 극판과 배터리 전극 사이를 순간적으로 전압을 가하는 점(Spot) 용접 또는 레이저 용접 등을 이용하여 연결하는 형태로 다수의 셀을 직렬과 병렬로 연결하는 방법을 이용하였다. 한 개의 배터리 셀과 동일한 전압을 가지면서 전류 용량만 증가된 배터리 모듈이라고 부른다. 다수개의 배터리 셀이 병렬로 연결되어 전류용량이 증가된 하나의 배터리 모듈의 (+)극과 또 다른 하나의 배터리 모듈의 (-)극을 다수 연결하면(직렬연결) 원하는 전압까지 올릴 수 있으며, 이를 배터리 팩이라고 부른다.
종래 배터리 팩은 볼트 연결(Bolting), 강성체 등으로 배터리 모듈의 x, y, z의 3축 자유도를 구속하여 체결하기 때문에 체결 시 작업 공수가 많이 필요하다. 또한 지진, 낙하(Drop) 등의 외부 충격이 그대로 배터리 모듈에 전달되어서 배터리에 문제를 야기시킬 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명에 따르면 배터리 모듈의 설치 시 일부 축 방향의 고정을 탄성부재로 이루어지도록 함으로써 조립 공수를 현저히 줄일 수 있고 설치 후 외부 충격에도 탄성적으로 대응하여 안정성을 확보할 수 있는 에너지 저장 시스템용 배터리 팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩은, 배터리 모듈이 내장되는 케이스; 상기 케이스의 내부에 고정되고, 상기 배터리 모듈의 하부 양단이 지지되도록 안착되며, 하부 양단 중 어느 일측에 상기 배터리 모듈을 타측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제1 탄성 지지부; 상기 배터리 모듈의 상단을 지지하고, 일측에 상기 배터리 모듈을 하측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제2 탄성 지지부;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈의 하단 중 일단을 지지하는 받침부와 상기 받침부로부터 절곡되어 상기 배터리 모듈이 수평 방향을 따라 이동이 제한되도록 걸리게 되는 걸림부를 구비하는 한 쌍의 제1 지지부재로 이루어지고, 상기 걸림부 중 어느 한 걸림부에는 탄성부재가 구비될 수 있다.
이때, 상기 걸림부에는 수평 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯에는 상기 배터리에 형성된 가이드 블레이드가 관통 삽입되어 안내될 수 있다.
이때, 상기 제2 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈의 상부에 배치되고 상기 케이스에 수평으로 고정된 제2 지지부재로 이루어지고, 상기 제2 지지부재의 하부에는 상기 배터리 모듈 상단을 탄성 지지할 수 있도록 탄성부재가 구비될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈은 상기 케이스 내부에 다단으로 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2 탄성 지지부 상부에는 상기 제1 탄성 지지부가 고정 설치될 수 있다.
이때, 상기 탄성부재는 적어도 하나 이상의 판 스프링일 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈은 케이스 내부에 전후 방향으로 복수개가 겹치도록 설치되고, 상기 배터리 모듈 사이에는 판형의 중간 지지부가 후방의 배터리 모듈을 고정 지지할 수 있도록 케이스에 고정 조립되고, 최전방에 위치하는 배터리 모듈의 전방에는 판형의 전방 지지부가 케이스에 조립될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈과 중간 지지부 사이 또는 상기 배터리 모듈과 전장 지지부 사이에는 탄성부재가 구비될 수 있다.
상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩은 체결부재의 체결하는 공정을 일부 생략할 수 있기 때문에 조립 고정이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩은 배터리 모듈 조립 후, 외부에서 충격이 가해지는 경우 탄성부재가 그 충격을 일부 흡수하기 때문에 배터리 모듈에 가해지는 충격을 완화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩을 도시한 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 도어가 개방된 상태의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩 내부 배터리 모듈 조립 전 상태의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 일부 구성요소인 제1 탄성 지지부와 제2 탄성 지지부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩에서 내부 구성품이 조립된 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩에서 배터리가 한 층에 복수개 겹치게 설치된 상태의 서로 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 개략적인 모식도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩(1)은, 케이스(10), 제1 탄성 지지부, 제2 탄성 지지부, 중간 지지부(50), 전방 지지부(40)를 포함할 수 있다.
상기 케이스(10)는, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 배터리 모듈(20, 30)이 내장될 수 있다.
이때, 케이스(10)는 대략 직육면체의 형태의 캐비닛 형태로 이루어져 있다. 전방에는 도어(11)가 힌지 연결되어 여닫을 수 있도록 되어 있다. 케이스(10) 내부에는 3층으로 배터리 모듈(20, 30)들이 다단으로 설치되어 있다. 케이스(10) 내부 최상단부에는 제어 시스템이 설치되어 있다. 즉 상기 배터리 모듈(20, 30)은 상기 케이스(10) 내부에 다단으로 설치될 수 있는 바, 여기서는 3단으로 설치되어 있다. 또한 배터리 모듈(20, 30)은 다단뿐만 아니라 전후 방향으로 겹치도록 설치될 수 있다. 여기서는 2개의 배터리 모듈((20, 30))이 중간 지지부(50)를 매개로 전후방에 각각 배치되어 겹치도록 설치되어 있다.
상기 제1 탄성 지지부는, 도 2 내지 도 9를 참고하면, 상기 케이스(10)의 내부에 고정되고, 상기 배터리 모듈(20, 30)의 하부 양단이 지지되도록 안착되며, 하부 양단 중 어느 일측에 상기 배터리 모듈(20, 30)을 타측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재(71a, 73a, 75a)를 구비할 수 있다.
이때, 상기 제1 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈(20, 30)의 하단 중 일단을 지지하는 받침부와 상기 받침부로부터 절곡되어 상기 배터리 모듈(20, 30)이 수평 방향을 따라 이동이 제한되도록 걸리게 되는 걸림부를 구비하는 한 쌍의 제1 지지부재(70-75)로 이루어지고, 상기 걸림부 중 어느 한 걸림부에는 탄성부재(71a, 73a, 75a)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 걸림부에는 수평 방향으로 슬롯(72a)이 형성되고, 상기 슬롯(72a)에는 상기 배터리 모듈(20, 30)에 형성된 가이드 블레이드(20a, 30a)가 관통 삽입되어 안내될 수 있다.
이때, 상기 제1 탄성 지지부는 한 쌍의 제1 지지부재(70-75)로 이루어져 있다. 상기 제1 지지부재(70-75)는 배터리 모듈(20, 30)의 폭만큼 이격되어 제2 지지부재(60-66)의 상부에 고정될 수 있다. 이렇게 제2 지지부재(60-66) 상부에 제1 지지부재(70-75)가 고정되고, 다시 배터리 모듈(20, 30) 높이만큼 이격되어 제2 지지부재(60-66)와 제1 지지부재(70-75)가 설치되는 방식으로 반복되어 배터리 모듈(20, 30)을 다단으로 설치할 수 있게 된다.
이때, 제1 지지부재(70-75)는 받침부와 걸림부로 이루어지고, 받침부는 제2 지지부재(60-65)에 체결 수단으로 고정된다. 걸림부는 받침부로부터 수직으로 절곡되어 세워지고 배터리 모듈(20, 30)의 측면의 하부 측이 걸리게 된다. 반대쪽의 제1 지지부재(70-75)의 결림부에는 판 스프링(71a, 73a, 75a)이 설치되어 있다. 따라서 배터리 모듈(20, 30)의 일측면으로 판 스프링(71a, 73a, 75a)을 밀고 반대쪽의 가이드 블레이드(20a, 30a)를 슬롯(72a)을 관통하도록 하면 배터리 모듈(20, 30)의 하단 설치가 완료된다. 즉 별다른 체결 수단 없이도 배터리 모듈(20, 30)의 하단부가 안착 설치될 수 있다.
상기 제2 탄성 지지부는, 도 2 내지 도 9를 참고하면, 상기 배터리 모듈(20, 30)의 상단을 지지하고, 일측에 상기 배터리 모듈(20, 30)을 하측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재(62a, 63a, 64a, 65a, 66a)를 구비할 수 있다.
이때, 상기 제2 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈(20, 30)의 상부에 배치되고 상기 케이스(10)에 수평으로 고정된 제2 지지부재(60-66)로 이루어지고, 상기 제2 지지부재(60-66)의 하부에는 상기 배터리 모듈(20, 30) 상단을 탄성 지지할 수 있도록 탄성부재(62a, 63a, 64a, 65a, 66a)가 구비될 수 있다. 상기 제2 지지부재(60-66)는 하나 또는 한 쌍이 평행하게 수평으로 설치될 수 있고, 케이스(10) 또는 프레임에 고정될 수 있다. 여기서 상기 제2 지지부재(60-66)는 배터리 모듈(20, 30)이 하나만 설치되는 경우에는 상하부 측에 각각 설치될 수 있고, 다단으로 설치되는 경우, 여기서는 3단으로 설치되는 경우로서 총 4 단으로 제2 지지부재(60-66)가 설치될 수 있다.
이때, 상기 제2 탄성 지지부 상부에는 상기 제1 탄성 지지부가 고정 설치될 수 있다. 즉 제2 지지부재(60-65) 상부에 제1 지지부재(70-75)가 설치되어 지지될 수 있다. 제2 지지부재(60-66)는 케이스(10)에 체결되어 고정되고, 제1 지지부재(70-75)는 제2 지지부재(60-66)에 체결되어 고정될 수 있다. 따라서 배터리 모듈(20, 30)은 제1 지지부재(70-75)에 의해 1차로 지지되고, 그 하중은 제2 지지부재(60-65)를 매개로 케이스(10)의 프레임 구조물에 전달되어 지지될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈(20, 30)은 케이스(10) 내부에 전후 방향으로 복수개가 겹치도록 설치되고, 상기 배터리 모듈(20, 30) 사이에는 판형의 중간 지지부(50)가 후방의 배터리 모듈(30)을 고정 지지할 수 있도록 케이스(10)에 고정 조립되고, 전방에 위치하는 배터리 모듈(20)의 전방에는 판형의 전방 지지부(40)가 케이스 또는 제2 지지부재(63, 65, 66)에 조립될 수 있다. 여기서 도 7을 참고하면, 중간 지지부(50)의 양면에는 체결부(50a)가 형성되어 케이스(10)에 체결될 수 있다. 따라서 내측에 설치되는 배터리 모듈(30)은 상기 중간 지지부(50)에 의해 전후 방향에 대하여 고정될 수 있다. 또한 전방 지지부(40)가 배터리 모듈(20) 상하부에 위치하는 제2 지지부재(63, 65, 66)에 체결부재에 의해 체결되어 고정될 수 있고, 외측에 위치하는 배터리 모듈(20)은 전방 지지부(40)와 중간 지지부(50) 사이에 위치한 상태에서 지지될 수 있다.
이때, 상기 배터리 모듈(20, 30)과 중간 지지부(50) 사이 또는 상기 배터리 모듈(20)과 전장 지지부(40) 사이에는 탄성부재가 구비될 수 있다. 이렇게 탄성부재, 예를 들면 전방 지지부(40)와 중간 지지부(50) 사이에 판스프링을 설치함으로써 배터리 모듈(20, 30)에 가해지는 충격 완화 효과를 제공할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩(1)을 도시한 외관 사시도가 도시되어 있다. 배터리 팩(1)은 외관이 직육면체의 캐비닛 형태로 이루어지고, 내부에는 복수개의 배터리 모듈(20, 30)이 다단으로 설치되고, 전방에는 도어(11)가 구비되어 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 도어가 개방된 상태의 사시도가 도시되어 있다. 도어(11)가 개방된 상태로 배터리 팩(1) 내부에는 3단으로 배터리 모듈(20, 30)이 설치되어 있고, 그 최상부에는 제어 시스템이 설치되어 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩 내부 배터리 모듈 조립 전 상태의 사시도가 도시되어 있다. 배터리 모듈(20, 30)이 3단으로 설치될 수 있도록 제1 지지부재(70-75)와 제2 지지부재(60-66)가 설치되어 있다. 제1 지지부재(70-75)는 제2 지지부재(60-65) 상부에 체결되어 지지되고, 배터리 모듈(20, 30)의 하중을 전달한다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 일부 구성요소인 제1 탄성 지지부와 제2 탄성 지지부의 사시도가 도시되어 있다. 제1 지지부재(70-75)는 한 쌍으로 한 쌍의 제2 지지부재(60-65)에 직각 방향으로 설치된다. 제2 지지부재(60-65)는 양단이 케이스(10)에 체결되어 지지되고, 한 쌍으로 평행하게 설치되며, 상기 제1 지지부재(70-75)가 그 상부에 체결되어 고정된다. 상기 제1 지지부재(70-75)는 받침부와 걸림부가 90도 절곡된 형태로 이루어지고, 한 쌍의 제1 지지부재(70-75) 중 일측에만 판 스프링(71a, 73a, 75a)이 설치되어 있고, 반대 측의 제1 지지부재에는 슬롯(72a)이 형성되어 있다. 제2 지지부재(62-65)의 하부에도 판 스프링(62a, 63a, 64a, 65a, 66a)이 설치될 수 있고, 선택적으로 개수와 위치를 결정할 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩에서 내부 구성품이 조립된 사시도가 도시되어 있다. 배터리 모듈(20, 30)은 제2 지지부재(60-66) 사이에 3단으로 설치되어 있으며, 1단마다 전후로 배터리 모듈(20, 30)이 겹치게 설치될 수 있다. 따라서 도 6을 기준으로 상하 방향은 제2 지지부재(60-66)와 판 스프링(62a, 63a, 64a, 65a, 66a)에 의해 안착되어 지지되고, 좌우 방향은 제1 지지부(70-75)와 판 스프링(71a, 73a, 75a)에 의해 안착되며, 전후 방향으로는 중간 지지부(50)와 전방 지지부(40)에 의해 고정되어 지지된다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 3단 중에 최하단부의 배터리 모듈(20, 30)과 중간 지지부(50), 전방 지지부(40)가 분해되어 있다. 먼저 후방의 배터리 모듈(30)이 삽입된다. 이때 후방 배터리 모듈(30)의 가이드 블레이드(30a)가 제1 지지부재의 슬롯(72a)에 삽입되어 안내되고 반대 측은 판 스프링(71a, 73a, 75a)에 의해 탄성 지지될 수 있다. 그 다음 중간 지지부(50)가 체결부(50a)를 케이스(10)에 체결함으로써 고정된다. 전방의 배터리 모듈(20)이 동일한 방식으로 조립되고, 마지막으로 전방 지지부(40)가 제2 지지부재(60-66)에 체결되어 고정된다.
도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩에서 배터리 모듈(20, 30)이 한 층에 복수개 겹치게 설치된 상태의 서로 다른 각도에서 바라본 사시도가 도시되어 있다. 여기서 제2 지지부재(60-65)는 그 길이가 배터리 모듈(20, 30)에 비하여 길게 형성되어 있는데, 이것은 규격이 다른, 즉 폭이 더 넓은 경우의 배터리 모듈도 설치할 수 있도록 하기 위함이다. 도 8 및 도 9를 기준으로 배터리 모듈(20, 30)은 조립 후에는 상하단 방향에 대하여, 상단은 판 스프링(62a, 63a, 64a, 65a, 66a), 하단은 제1 지지부(70-75)에 의해 지지된다. 좌우측 방향에 대하여 배터리 모듈(20, 30)은 좌측은 판 스프링(71a, 73a, 75a), 우측은 제1 지지부재(70-75)의 걸림부에 의해 지지된다. 전후방 방향에 대하여 내측 배터리 모듈(30)은 케이스(10)와 중간 지지부(50)에 의해 지지되고, 외측 배터리 모듈(20)은 중간 지지부(50)와 전방 지지부(40)에 의해 지지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템용 배터리 팩의 개략적인 모식도이다. (a)의 경우에는 전술한 실시예를 모식화한 것으로, 배터리 모듈(20)의 하단은 브래킷(170)에 의해 지지될 수 있고, 좌우측에서 탄성 부재(21)에 의해 지지되도록 하고, (b)의 경우에는 전후방향으로도 탄성 부재(21)를 설치할 수 있는 것이 모식도로 표현되어 있다. 즉 설계 필요에 따라 3축에 대하여 다양한 위치에 탄성 부재를 설치할 수 있는 것을 보여준다.
본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 배터리 팩에 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 배터리 모듈이 내장되는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 고정되고, 상기 배터리 모듈의 하부 양단이 지지되도록 안착되며, 하부 양단 중 어느 일측에 상기 배터리 모듈을 타측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제1 탄성 지지부;
    상기 배터리 모듈의 상단을 지지하고, 일측에 상기 배터리 모듈을 하측 방향으로 탄성 지지하는 탄성부재를 구비한 제2 탄성 지지부;를 포함하는, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈의 하단 중 일단을 지지하는 받침부와 상기 받침부로부터 절곡되어 상기 배터리 모듈이 수평 방향을 따라 이동이 제한되도록 걸리게 되는 걸림부를 구비하는 한 쌍의 제1 지지부재로 이루어지고,
    상기 걸림부 중 어느 한 걸림부에는 탄성부재가 구비된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 걸림부에는 수평 방향으로 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯에는 상기 배터리에 형성된 가이드 블레이드가 관통 삽입되어 안내되는, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 탄성 지지부는, 상기 배터리 모듈의 상부에 배치되고 상기 케이스에 수평으로 고정된 제2 지지부재로 이루어지고,
    상기 제2 지지부재의 하부에는 상기 배터리 모듈 상단을 탄성 지지할 수 있도록 탄성부재가 구비된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 케이스 내부에 다단으로 설치된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 탄성 지지부 상부에는 상기 제1 탄성 지지부가 고정 설치된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 적어도 하나 이상의 판 스프링인, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 케이스 내부에 전후 방향으로 복수개가 겹치도록 설치되고, 상기 배터리 모듈 사이에는 판형의 중간 지지부가 후방의 배터리 모듈을 고정 지지할 수 있도록 케이스에 고정 조립되고, 최전방에 위치하는 배터리 모듈의 전방에는 판형의 전방 지지부가 케이스에 조립된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈과 중간 지지부 사이 또는 상기 배터리 모듈과 전장 지지부 사이에는 탄성부재가 구비된, 에너지 저장 시스템용 배터리 팩.
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