WO2024090994A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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WO2024090994A1
WO2024090994A1 PCT/KR2023/016672 KR2023016672W WO2024090994A1 WO 2024090994 A1 WO2024090994 A1 WO 2024090994A1 KR 2023016672 W KR2023016672 W KR 2023016672W WO 2024090994 A1 WO2024090994 A1 WO 2024090994A1
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WO
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battery pack
base plate
assembly
cell
enclosure
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/016672
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English (en)
French (fr)
Inventor
오영후
공유담
심창휘
옥승민
조상현
조영범
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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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
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • 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 and an energy storage system including the same, and more specifically, to a battery pack with an improved enclosure and assembly method between parts, and an energy storage system including the same.
  • This application is a priority application for Korean Patent Application No. 10-2022-0138105 filed on October 25, 2022, and all contents disclosed in the specification and drawings of the application are incorporated by reference into this application.
  • Secondary batteries which are easy to apply depending on the product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) that are driven by an electrical drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as an energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency, not only because they have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also because they do not generate any by-products due to energy use.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell is approximately 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting a plurality of battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • the Energy Storage System which has recently been attracting attention, is a device that can maximize power use efficiency by storing generated electricity in a battery pack and supplying it to consumers when electricity is needed.
  • ESS multiple battery packs form one battery rack, and dozens to hundreds of battery racks come together to form one system. It is also used in conjunction with UPS (uninterruptible power supply), which ensures stable power supply in response to sudden power supply interruptions or abnormalities, and solar power generation systems, which are power generation devices that convert sunlight into electrical energy.
  • UPS uninterruptible power supply
  • solar power generation systems which are power generation devices that convert sunlight into electrical energy.
  • ESS can be applied to electric charging stations that can charge electric vehicles.
  • a plurality of battery cells may be stored in an enclosure that can be called a pack case.
  • the enclosure of an ESS battery pack is usually made of a high-rigidity metal material, usually steel, to support the high load of a plurality of battery cells.
  • the electrical insulation between the enclosure and the electrical components, especially the enclosure and the battery cell is a problem, and to solve this problem, an additional insulation structure or separate insulating parts must be applied between the enclosure and the battery cell. Accordingly, there is a problem that causes an increase in the manufacturing time, tact time, and manufacturing cost of the battery pack.
  • the conventional ESS battery pack has a structure that uses a bolt-nut combination to secure the internal pack components.
  • rotation is prevented due to torque, and bolts are fastened to fix the position of the terminal block to prevent rotation.
  • the present invention was created in consideration of the above-mentioned problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack that ensures electrical insulation and structural safety and an energy storage system including the same.
  • Another problem that the present invention aims to solve is that there are fewer design variables to consider for fixing the internal pack components than when using bolts and nuts, it is easier to manage in terms of process control than when using bolts and nuts, and the tact time does not increase. To provide a battery pack and an energy storage system including the same.
  • a battery pack of the present invention for solving the above-described problems includes at least one cell assembly including a plurality of battery cells; An enclosure for accommodating the cell assembly, the outer surface of which is provided with an insertion portion that is recessed inward, along the length direction; and a rod-shaped reinforcing member inserted into the insertion portion.
  • the enclosure includes a base plate on which the battery cell is mounted; and a support frame portion provided on both sides of the base plate and constituting the insertion portion.
  • the base plate and the support frame may be integrally injection molded.
  • the reinforcing member may be a pair of steel pipes.
  • the enclosure may be made of a plastic material, and the reinforcing member may be made of a metal material.
  • the battery pack of the present invention may further include a base clip for fixing the position of the reinforcement member.
  • the at least one cell assembly may be a plurality of cell assemblies arranged in parallel with each other, and the cell assembly may include a bus bar frame assembly.
  • the support frame portion of the base plate is provided in an edge area extending in the arrangement direction of the cell assemblies, and protrudes upward at predetermined intervals along the arrangement direction of the cell assemblies to support the bus bar frame assembly of each cell assembly. It may have been designed to do so.
  • the base plate further includes a concave portion provided between the support frame portions adjacent to each other, and the bus bar frame assembly of each cell assembly includes a bus bar frame made of an electrically insulating material, and the bus bar frame includes the support frame.
  • a mounting plate disposed on the upper surface of the frame portion; And it may include a seating guide block protruding downward from the mounting plate so as to be insertable into the corresponding concave portion.
  • the mounting plate and the seating guide block may be injection molded integrally with the bus bar frame.
  • the concave portion may include a step on an upper surface, and a lower surface of the seating guide block may have a shape that matches the step.
  • each of the seating guide blocks and the support frame portion is a continuous assembly wall along the arrangement direction of the cell assembly.
  • the assembly wall may define the insertion portion.
  • the seating guide block and the support frame restrict the position of the reinforcing member in the longitudinal and height directions of the reinforcing member, and the enclosure and the bus bar frame assembly may be fixed to each other by the reinforcing member.
  • the assembled wall includes an upper receiving wall, a lower receiving wall, and a side receiving wall
  • the reinforcing member is a rectangular steel pipe
  • the upper part of the steel pipe is in contact with the upper receiving wall
  • the lower part of the steel pipe is in contact with the lower receiving wall
  • one side of the steel pipe may be in contact with the side receiving wall.
  • the enclosure further includes a front plate on at least one side of the base plate, and the battery pack further includes a terminal block, and a snap fit on the front plate to prevent the terminal block from being separated.
  • a front cover of the structure can be installed.
  • the base plate and the front plate may be injection molded as one piece.
  • the front plate is in the form of a vertical plate provided on one edge of the base plate, and the terminal block is mounted on an outer surface of the front plate, and the battery pack further includes a top cover with an opening, wherein the terminal block may be exposed or shielded using the front cover that is detachably provided on the front plate through the opening of the top cover.
  • the present invention provides an energy storage system comprising at least one battery pack according to the present invention as an energy storage system.
  • insulation between the enclosure and the battery cell can be secured by manufacturing the enclosure from plastic injection molding, and by inserting a reinforcing member into the enclosure, the mechanical properties of the enclosure can be improved to ensure structural stability.
  • a battery pack configured so that insulation can be perfectly implemented by applying an injection molded enclosure without separate insulating parts. Accordingly, electrical insulation between the enclosure and the battery cell is possible without an additional insulating structure or separate insulating parts, thereby reducing the manufacturing process of the battery pack, tact time, and manufacturing cost.
  • the enclosure and the bus bar frame assembly are fixed to each other by a reinforcing member to provide a sturdy fastening structure, thereby improving resistance to bending or sagging.
  • the fixation structure using bolts and nuts can be minimized.
  • a structure for structurally assembling and fixing internal parts is proposed by minimizing the fixing structure using bolts and nuts in a battery pack.
  • problems that may occur here can be suppressed.
  • the present invention material costs are reduced by simplifying the structure and reducing the number of parts. According to the present invention, productivity is improved due to reduced tact time. According to the present invention, there is also an effect of reducing the weight of the battery pack through process simplification and structure simplification. According to the present invention, since it is an injection molded plastic enclosure rather than a steel material, it is not only light in weight, but also does not require resin to implement an injection structure for weighting and fixing bolts and nuts compared to structures using existing bolts and nuts. Further weight reduction is possible.
  • the reinforcing member has a significant effect of reinforcing the rigidity of the base plate manufactured by injection, can stably fix the cell assembly to the base plate, and provides a battery pack configured to reduce the weight of the battery pack. You can.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view of the top cover removed from the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial exploded perspective view showing main parts of the battery pack of FIG. 1.
  • Figure 4 is a perspective view showing a cell assembly of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view showing a base plate and a reinforcement member of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a partial enlarged view of Figure 5.
  • FIG. 7 is a diagram showing the bus bar frame of FIG. 4 in more detail.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating an assembly process or assembly structure of a base plate and a plurality of cell assemblies according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the assembled state of the base clip after inserting the reinforcing member in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a terminal block portion of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram for explaining the terminal block assembly and fixing structure in the battery pack according to the present invention.
  • FIG. 14 corresponds to the cross section A-A' of FIG. 13 and is a view after assembling the front cover.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of an energy storage system according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view of the top cover removed from the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 3 is a partially exploded perspective view showing main parts of the battery pack of FIG. 1. am.
  • the battery pack 10 may be a three-dimensional structure having a predetermined length, width, and height in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively.
  • the battery pack 10 includes a cell assembly (CMA) 100, an enclosure 400, and a reinforcement member 500.
  • the battery pack 10 may further include a base clip and a top cover 410 for fixing the position of the reinforcement member 500.
  • the battery pack 10 includes one or more cell assemblies 100.
  • the cell assembly 100 refers to a plurality of grouped battery cells 101.
  • the battery pack 10 may be configured to include a plurality of cell assemblies 100.
  • the battery pack 10 may include four cell assemblies 100 arranged in parallel with each other.
  • the battery pack 10 includes an enclosure 400 to protect the four cell assemblies 100 from the outside.
  • the enclosure 400 is a part that stores the cell assembly 100.
  • the top cover 410 is coupled to the enclosure 400 as shown in FIG. 1, an empty space in which the cell assembly 100 is accommodated can be formed, and the cell assembly 100 is placed in this empty space. It can be stored.
  • the enclosure 400 may support the cell assembly 100.
  • the enclosure 400 may mainly support the lower surface of the cell assembly 100.
  • This enclosure 400 can be mounted on a machine or appliance that uses the battery pack 10 as an energy source.
  • the enclosure 400 may be mounted on an energy storage system, an electric vehicle, etc.
  • the enclosure 400 may include a base plate 420 that supports the four cell assemblies 100 at their lower portions.
  • the base plate 420 supports the cell assembly 100 and constitutes a main part of the enclosure 400.
  • the base plate 420 may cover the lower surface of the cell assembly 100.
  • the top cover 410 mainly covers the upper surface of the cell assembly 100 and is coupled to the base plate 420.
  • the top cover 410 may be provided in the shape of a rectangular box with an open bottom, and the base plate 420 may be provided in a substantially plate-shaped shape with an area capable of seating a plurality of cell assemblies 100.
  • the base plate 420 and the top cover 410 each include two unit parts arranged to extend in one direction (Y-axis direction in this embodiment), and each unit part can be connected to each other.
  • Figure 3 shows parts located on the left of the two unit parts.
  • fastening protrusions protruding in the direction facing each other and fastening receiving grooves coupled to these fastening protrusions are provided, so that the unit parts can be assembled without steps at the connection portion.
  • each unit part of the base plate 420 and the top cover 410 can be manufactured in an appropriate size and assembled in a simple manner to complete the process, which is an advantage of convenience in the manufacturing and handling process.
  • the structural rigidity of the base plate 420 can be further improved at the connection portion of each unit part, and the resistance to bending or sagging in the thickness direction (Z-axis direction) is further improved.
  • Figure 4 is a perspective view showing a cell assembly of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the cell assembly 100 may include a plurality of battery cells 101 .
  • a predetermined number of battery cells 101 may be gathered together to form one cell assembly 100.
  • Each cell assembly 100 may include cell stacks 110 and 120 including a plurality of battery cells 101 .
  • the cell stacks 110 and 120 are spaced apart by a predetermined distance and have an air layer K1.
  • the number of battery cells 101 forming the cell stacks 110 and 120 can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • One cell assembly 100 may include two cell stacks 110 and 120 as shown, or may be configured to include three or four cell stacks. Of course, it may also be possible to include only one cell stack.
  • the cell stack refers to an assembly of battery cells 101 in which a predetermined number of battery cells 101 having an approximately plate shape are stacked.
  • the air layer K1 may serve to block the movement of heat between the cell stacks 110 and 120. For example, when a thermal runaway event occurs in one of the battery cells 101 of the cell stack 120, the air layer K1 causes the cell stack 120 to move from one side of the cell stack 120 to the other side. The movement of heat can be prevented by the cell stack 110. Therefore, when a thermal event occurs in a specific battery cell 101, it is possible to block the chain propagation of heat to all battery cells 101 included in the cell assembly 100. Additionally, the air layer K1 may be used as a passage for gas to move when gas is generated in the battery cell 101.
  • the battery cell 101 may be made of a pouch-type secondary battery, and may be provided in plural numbers and electrically connected to each other.
  • the cell assembly 100 includes a busbar frame assembly 300.
  • Each battery cell 101 may include an electrode assembly, a battery case accommodating the electrode assembly, and an electrode lead 102 that protrudes out of the battery case and is electrically connected to the electrode assembly.
  • the electrode lead 102 may include a positive electrode lead and a negative electrode lead, where the positive lead may be connected to the positive electrode plate of the electrode assembly, and the negative electrode lead may be connected to the negative electrode plate of the electrode assembly.
  • each battery cell 101 includes a pair of electrode leads 102 that protrude on both sides of the battery cell 101 in the longitudinal direction (X-axis direction).
  • the electrode lead 102 may be provided at the front and rear portions of the battery cell 101, which is a pouch-type secondary battery, along the longitudinal direction, respectively.
  • the cell stack 110 and 120 is a collection of a plurality of battery cells 101 stacked in one direction (Y-axis direction).
  • the battery cells 101 may be arranged vertically (Z-axis direction) and arranged side by side in the horizontal direction (Y-axis direction). That is, the battery cells 101 may be provided in a horizontally stacked form with the wide surface standing vertically on the ground.
  • the bus bar frame assembly 300 is disposed at the front and rear of the cell stacks 110 and 120, respectively, which are spaced apart from each other at a predetermined distance in the left and right direction (Y-axis direction) and arranged side by side. In other words, the bus bar frame assembly 300 is disposed at the front and rear of the cell stacks 110 and 120 in a direction that intersects the stacking direction of the battery cells 101.
  • the busbar frame assembly 300 may be prepared to correspond to the number of cell stacks. That is, the bus bar frame assembly 300 of this embodiment is designed to correspond to two cell stacks 110 and 120, but for example, if the number of cell stacks is three, the bus bar frame assembly 300 also has the three cells. It can be configured to support and electrically connect the cell stacks.
  • the busbar frame assembly 300 includes a busbar frame 310 and a plurality of busbars 320.
  • the bus bar frame 310 is made of an electrically insulating material and may be provided in a size that integrally covers the front surface or rear surface of the cell stacks 110 and 120. Additionally, the bus bar frame 310 may each be provided with lead slits through which a predetermined number of electrode leads 102 can pass in the front-back direction (X-axis direction). The lead slits may be provided at predetermined intervals along the stacking direction of the battery cells 101.
  • the plurality of bus bars 320 may be made of an electrically conductive metal material such as copper, aluminum, nickel, etc. and may be provided in the form of a bar or plate.
  • the plurality of bus bars 320 may be mounted on the bus bar frame 310 at regular intervals along the stacking direction of the battery cells 101.
  • the battery cells 101 constituting the cell stacks 110 and 120 may be drawn out of the bus bar frame 310 with their electrode leads 102 passing through the corresponding lead slits.
  • the electrode lead 102 drawn out of the bus bar frame 310 may be bent and fixedly attached to the surface of the corresponding bus bar 320.
  • the bus bar 320 and the electrode lead 102 may be fixedly coupled to each other by laser welding or ultrasonic welding.
  • the positive leads of two battery cells 101 are overlapped and attached to a specific bus bar 320, and the negative leads of the other two battery cells 101 are overlapped and attached to the specific bus bar 320.
  • the four battery cells 101 may be connected to each other in series and/or parallel.
  • the busbar frame 310 can achieve electrical insulation.
  • the busbar frame 310 can be manufactured as a plastic structure through injection, so there is no need for separate insulation treatment or insulation parts for electrical insulation. It also helps reduce weight.
  • the bus bar frame 310 of the bus bar frame assembly 300 includes a mounting plate 314 mounted on the upper surface of the support frame portion 422 of the base plate 420. It may further include a seating guide block 315 protruding downward from the mounting plate 314.
  • the mounting plate 314 and the seating guide block 315 are components for improving assembly and fixation between the plurality of cell assemblies 100 and the base plate 420.
  • the mounting plate 314 and the seating guide block 315 may be injection molded integrally with the bus bar frame 310.
  • the mounting plate 314 and the seating guide block 315 will be described in more detail below in connection with the base plate 420.
  • the enclosure 400 may be made of plastic material.
  • the enclosure 400 may be entirely made of plastic material.
  • the enclosure 400 may be constructed in the form of an injection molded plastic product. In this way, when the enclosure 400 is manufactured from plastic injection molding, insulation with the battery cell 101 can be secured.
  • a plurality of cell assemblies 100 may be seated and supported on the base plate 420.
  • four cell assemblies 100 with electrode leads 102 protruding in both directions of the Busbar frame assemblies 300 are placed on both sides of the base plate 420. If the cell assembly includes a cell assembly in which electrode leads protrude in one direction of the X-axis, the bus bar frame assembly may be placed on one side of the base plate.
  • the base plate 420 can achieve electrical insulation and is preferably configured as an injection structure for implementing the cell assembly 100 and mating parts.
  • the base plate 420 can be manufactured as a plastic structure through injection, so there is no need for separate insulation treatment or insulation parts for electrical insulation. Additionally, it can be made lighter than when the enclosure is made of metal.
  • the base plate of a conventional battery pack enclosure is manufactured by extrusion or is made of a rigid material such as a steel plate.
  • a problem that weight and cost increase because additional insulating parts must be applied for insulation. Since the battery pack 10 according to the present invention uses an injection molded enclosure, there is no need to apply additional insulating parts. Therefore, weight and cost can be reduced.
  • the structural safety of the enclosure 400 may be problematic.
  • the structure of the enclosure 400 made of plastic injection molding may be more prone to bending or sagging, and may be weak in strength or rigidity, making it sturdy. There may be limits to support.
  • a reinforcing member 500 is provided in the enclosure 400. That is, the structural rigidity of the injection-molded enclosure is supplemented by a reinforcing member 500, which may be a steel pipe for mechanical structure.
  • the reinforcing member 500 can sufficiently compensate for the desired rigidity with a smaller volume and weight than the steel base plate of a conventional battery pack enclosure. Therefore, the battery pack 10 according to the present invention can reduce weight and cost compared to a conventional battery pack.
  • the enclosure 400 is provided with an insertion portion 424a whose outer surface is recessed in the inner direction along the longitudinal direction.
  • the insertion portion 424a may be provided on both sides of the base plate 420 of the enclosure 400, and to configure the insertion portion 424a, the base plate 420 is connected to the support frame portion 422. Includes.
  • the base plate 420 and the support frame portion 422 may be injection molded integrally. In this way, by manufacturing the enclosure 400 from plastic injection molding, in addition to the advantage of ensuring insulation with the battery cell 101, convenience in processing can also be secured and the manufacturing process can be reduced. In this way, by manufacturing the enclosure 400 out of plastic injection molding, electrical insulation is possible without an additional insulating structure or separate insulating parts, making it possible to reduce the tact time and manufacturing cost of the battery pack 10.
  • the reinforcing member 500 may be inserted into the enclosure 400.
  • the reinforcing member 500 may be inserted into the insertion portion 424a of the enclosure 400.
  • the reinforcing member 500 may be configured as a rod extending long in one direction to be inserted into the insertion portion 424a.
  • the insertion portion 424a may be provided on both sides of the enclosure 400. Accordingly, the reinforcing member 500 can be inserted from the side of the battery pack 10. Since the insertion portion 424a is provided in the enclosure 400 in a form in which the outer surface is recessed in the inward direction, the reinforcement member 500 can be easily pushed in from the outer surface of the enclosure 400 inward, that is, in the side direction. This can make insertion into the insertion portion 424a easier.
  • the reinforcing member 500 may be made of metal material.
  • the reinforcing member 500 may be a pair of steel pipes.
  • the reinforcing member 500 may be a rectangular steel pipe with a square cross-section.
  • the reinforcing member 500 may be provided in the form of a hollow pipe as shown. In this case, the weight can be further reduced.
  • a pair of such reinforcing members 500 may be inserted into the insertion portion 424a of the enclosure 400. Through this, both sides of the enclosure 400 can be firmly supported. In this way, even though the enclosure 400 is manufactured from plastic injection molding, the mechanical properties of the enclosure 400 are improved through the reinforcing member 500, and structural stability can be secured. Compared to the case where the cell assembly 100 is supported only by the base plate 420, the entire coupling structure can support the load of the cell assembly 100 through the reinforcing member 500, thereby ensuring structural safety. .
  • Figure 5 is a perspective view showing a base plate and a reinforcement member of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a partial enlarged view of Figure 5.
  • the base plate 420 may have a lower venting hole 425 formed therethrough.
  • the top cover 410 may have a penetrating upper venting hole 411.
  • the upper venting hole 411 and the lower venting hole 425 may be formed to be vertically symmetrical.
  • the upper venting hole 411, the air layer K1 shown in FIGS. 2 and 3, and the lower venting hole 425 may all be configured to match in the vertical direction.
  • Gas emitted from the battery cell 101 may be discharged to the outside of the battery pack 10 through the upper venting hole 411 and/or the lower venting hole 425 through the air layer K1. In this way, the high-temperature, high-pressure gas generated from the battery cells 101 can be uniformly distributed and discharged to the outside of the enclosure 400. Accordingly, collapse or deformation of the battery pack 10 when gas is emitted from the battery cells 101 can be prevented.
  • the support frame portion 422 of the base plate 420 is provided in the border area extending in the arrangement direction of the cell assembly 100, and the arrangement of the cell assembly 100 It protrudes upward at predetermined intervals along the direction.
  • the base plate 420 may further include a concave portion 423 provided between adjacent support frame portions 422.
  • the arrangement direction of the cell assembly 100 is the same as the stacking direction of the battery cells 101, and the border area extending in the arrangement direction of the cell assembly 100 is in both directions of the Includes border area.
  • the support frame portion 422 has a shape in which the outer surface is recessed in the inward direction, so that it can form the insertion portion 424a.
  • the recessed shape is approximately prepared in a ' ⁇ ' shape, and this shape can be shape-matched to the reinforcing member 500.
  • the depressed shape does not necessarily have to be a ' ⁇ ' shape as long as it is a shape that matches the reinforcing member 500.
  • the concave portion 423 may be located between two adjacent support frame portions 422, as shown in FIG. 6 .
  • FIG. 7 is a diagram showing the bus bar frame of FIG. 4 in more detail.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating an assembly process or assembly structure of a base plate and a plurality of cell assemblies according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the assembled state of the base clip after inserting the reinforcing member in FIG. 9.
  • the concave portion 423 may be configured to fit the shape of the seating guide block 315 of the bus bar frame 310, as shown in FIGS. 7 and 8.
  • the concave portion 423 includes a step on its upper surface, and the lower surface of the seating guide block 315 may have a shape that matches the step.
  • the step can implement a position guide, and can be configured to specifically include an inclined portion to facilitate positioning and assembly of the guide block 315 in the concave portion 423. Accordingly, the cell assembly 100 can be stably mounted and stored on the base plate 420.
  • Each cell assembly 100 includes a bus bar frame assembly 300 equipped with a seating guide block 315, and the base plate 420 has concave portions 423 at certain positions.
  • the number of seating guide blocks 315 provided in the cell assembly 100 and the number of recesses 423 provided in the base plate 420 are the same.
  • a support frame portion 422 is protruded around the concave portion 423.
  • the seating guide block 315 may be inserted into the concave portion 423 while passing between adjacent support frame portions 422 from upward to downward, that is, in the Z-axis direction.
  • the recessed portion 423 is such that when the seating guide block 315 of each cell assembly 100 is inserted into the corresponding recessed portion 423, the cell assemblies 100 are spaced apart from each other at a predetermined distance on the base plate 420. It may be configured to be placed in the border area of the base plate 420.
  • the bus bar frame 310 of each cell assembly 100 is provided with a mounting plate 314 that can be disposed to face the upper surface of the support frame portion 422, as shown in FIGS. 3 and 7.
  • the battery pack 10 includes the above-described configuration, and when each cell assembly 100 is assembled on the base plate 420 so that the seating guide block 315 and the concave portion 423 are aligned with each other, As shown in FIG. 8, the plurality of cell assemblies 100 can be easily placed in the correct positions with respect to the base plate 420, respectively.
  • each cell assembly 100 is inserted so that the seating guide block 315 fits into the concave portion 423 between the two support frame portions 422, the Y-axis with respect to the base plate 420 in FIG. 8 The direction can be fixed.
  • the seating guide block 315 of the bus bar frame 310 is inserted into the recessed portion 423 of the base plate 420, and the recessed portion 423 is restrained to the left and right (Y-axis direction) of the recessed portion 423.
  • the support frame portion 422 protrudes around the cell assembly 100, movement in the Y-axis direction is restricted after each cell assembly 100 is seated on the base plate 420.
  • each seating guide block 315 and the support frame portion 422 may be configured to form a continuous assembly wall 424 along the arrangement direction of the cell assembly 100. That is, the seating guide block 315 and the support frame portion 422 may be arranged so that a predetermined internal space communicates with each other, and may also have a predetermined internal space with other neighboring seating guide blocks 315 and the support frame portion 422. The internal spaces may be arranged to communicate with each other, and the reinforcing member 500 may be inserted and arranged within these spaces.
  • the assembled wall 424 may be provided in a form in which the outer surface is recessed in the inward direction, it defines the insertion portion 424a of the enclosure 400. As shown in FIG. 9 , the reinforcing member 500 may be inserted into the insertion portion 424a from the side.
  • the reinforcing member 500 may be provided in a rod shape with a length corresponding to the length of the assembled wall 424. These reinforcing members 500 can be applied substantially equally to both edge areas of the base plate 420.
  • the assembled wall 424 includes an upper receiving wall 424_1, a lower receiving wall 424_2, and a side receiving wall 424_3, and the reinforcing member 500 is a rectangular parallelepiped steel pipe.
  • the upper part of the reinforcing member 500 is in contact with the upper receiving wall 424_1, the lower part of the reinforcing member 500 is in contact with the lower receiving wall 424_2, and one side of the reinforcing member 500 is in contact with the side receiving wall 424_3. You can access it.
  • the upper receiving wall 424_1 formed by the support frame portion 422 of the base plate 420 and the upper receiving wall 424_1 formed by the seating guide block 315 of the bus bar frame 310 are formed in parallel and have a step. does not exist.
  • the lower receiving wall 424_2 formed by the support frame portion 422 and the lower receiving wall 424_2 formed by the seating guide block 315 are also formed in parallel and have no steps.
  • the side receiving wall 424_3 formed by the support frame portion 422 and the side receiving wall 424_3 formed by the seating guide block 315 are also formed in parallel and have no steps. Accordingly, the internal space of the assembled wall 424 communicates with each other in the It can be inserted stably. Furthermore, after being inserted into the insertion portion 424a, the position of the reinforcing member 500 is restricted in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.
  • a base clip 510 may be mounted on the base plate 420 as shown in FIG. 10 to prevent the reinforcing member 500 from being easily removed from the insertion portion 424a.
  • the base clip 510 may be coupled to the support frame portion 422 of the base plate 420.
  • the base clip 510 is used to secure the reinforcement member 500 to the base plate 420 and may be a bracket structure made of steel.
  • all cell assemblies 100 can be fixed to the base plate 420 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. That is, each cell assembly 100 is sandwiched between the support frame portions 422 (both edge areas) of the base plate 420, and thus its movement in the X-axis direction is restricted. Since the support frame portion 422 and the seating guide block 315 are fixed by the reinforcing member 500, movement of the seating guide block 315 in the Y-axis direction and the Z-axis direction is restricted. Afterwards, the top cover 410 can be further assembled to secondary prevent the reinforcing member 500 from flowing, thereby completing the battery pack 10.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 1. A cross section perpendicular to the Y-axis direction is shown.
  • the reinforcing member 500 is inserted inside the seating guide block 315 of each cell assembly 100, and movement in the X-axis direction and Z-axis direction is restricted.
  • the seating guide block 315 of each cell assembly 100 is inserted into the concave portion 423, so movement in the Y-axis direction is restricted.
  • the seating guide block 315 and the support frame portion 422 also constrain the position of the reinforcing member 500 in the longitudinal and height directions of the reinforcing member 500.
  • the reinforcing member 500 is inserted through the support frame portion 422 of the base plate 420 and the seating guide block 315 of the bus bar frame 310 of the cell assembly 100, so the reinforcing member ( 500) can fix the base plate 420 and the cell assembly 100. That is, the enclosure 400 and the bus bar frame assembly 300 can be fixed to each other by the reinforcing member 500. In this way, it can be confirmed that the X-axis direction and the Z-axis direction can be restrained with the reinforcing member 500, the base plate 420, and the bus bar frame 310 without bolts and nuts.
  • the base plate 420 and the bus bar frame 310 can be manufactured as a plastic structure through injection, and the base plate 420 and the bus bar frame 310, divided into two parts, are inserted into the reinforcing member 500. and are assembled and fixed to each other by side fixing.
  • the base plate 420 and the busbar frame 310 can be combined without bolts and nuts, and structural safety can be strengthened.
  • bolts and nuts In terms of process management, bolts and nuts must be continuously checked and managed for torque management for fastening, omission of fastening, and loosening due to use of the product after fastening. There is also the problem of increased tact time due to the addition of processes for fastening and confirmation of fastening. According to the present invention, the use of bolts and nuts can be minimized, making it easy to manage in terms of process management, and the tact time does not increase.
  • the enclosure 400 further includes a front plate 427 on at least one side of the base plate 420, and the battery pack 10 has a terminal block 700.
  • a front cover 701 having a snap fit 702 structure that prevents the terminal block 700 from being separated may be mounted on the front plate 427.
  • the front cover 701 is provided to be detachable from the front plate 427.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a terminal block portion of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a diagram for explaining the terminal block assembly and fixing structure in the battery pack according to the present invention.
  • FIG. 14 corresponds to the cross section A-A' of FIG. 13 and is a view after assembling the front cover.
  • the base plate 420 and the front plate 427 may be injection molded as one piece.
  • the front plate 427 is in the form of a vertical plate provided on one edge of the base plate 420, and can be an electrical equipment installation part.
  • the terminal block 700 may be mounted on the outer surface of the front plate 427 and the BMS assembly 600 may also be mounted.
  • the BMS assembly 600 may be configured to measure the current and temperature of the battery cell 101 in the battery pack 10 and control charging and discharging of the battery cell 101.
  • the terminal block 700 may include electrode terminals of the battery pack 10, a fuse, etc.
  • a BMS mounting portion 600A and a terminal block mounting portion 700A may be provided on the outer surface of the front plate 427.
  • the terminal block mounting portion 700A may be configured to include a step portion 428.
  • Top cover 410 may include an opening 412 .
  • the terminal block 700 may be exposed or shielded using a front cover 701 that is detachably provided on the front plate 427 through the opening 412 of the top cover 410.
  • the terminal block 700 may be mounted on the step portion 428 of the front plate 427. Conventionally, when assembling a terminal block, bolts are fastened to prevent rotation due to torque and to fix the position of the terminal block. In the present invention, rotation of the terminal block 700 can be prevented through a structural step, and the front cover 701 of the terminal block 700 can be fixed to the front plate 427 through the snap fit 702 structure. there is.
  • the stepped wall at the step portion 428 serves as a position guide during assembly and prevents rotation after assembly.
  • the snap fit 702 structure prevents the terminal block 700 from being separated after assembly.
  • the step portion 428 is used, thereby minimizing the use of bolts and nuts.
  • the BMS assembly 600 may be mounted on the front plate 427 through the insert nut 610.
  • the front plate 427 can be provided in consideration of plastic injection so that the BMS assembly 600 can be mounted on the BMS mounting portion 600A through the insert nut 610 without the need for a separate BMS housing.
  • the front plate 427 can be manufactured through injection molding of the BMS mounting part 600A and the terminal block mounting part 700A.
  • Plastic injection satisfies insulation requirements and has the effect of reducing weight and reducing costs. Additionally, there is no need to fasten bolts and nuts to fix the position of the terminal block 700.
  • design and management factors of the battery pack 10 can be minimized, thereby suppressing problems that may occur here.
  • material costs are reduced by simplifying the structure and reducing the number of parts. According to the present invention, productivity is improved due to reduced tact time.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of an energy storage system according to the present invention.
  • the energy storage system 20 may include one or more battery packs 10 according to the present invention described above.
  • the energy storage system 20 may include a plurality of battery packs 10 according to the present invention electrically connected to each other in order to have a large energy capacity.
  • the energy storage system 20 according to the present invention may further include various other components of energy storage systems known at the time of filing of the present invention.
  • this energy storage system 20 can be used in various places or devices, such as a smart grid system or an electric charging station.
  • the energy storage system 20 may include a plurality of battery racks including the battery pack 10 according to the present invention.
  • the battery pack 10 may be configured to be accommodated in a rack case (not shown) in a vertically arranged form. Inside the rack case, a plurality of battery packs 10 may be mounted while being spaced apart from each other in the vertical direction.
  • the rack case may have a storage space with an open structure so that the plurality of battery packs 10 communicate in the vertical direction.
  • the battery rack may be equipped with a rack BMS (Battery Management System) at the top of the plurality of battery packs 10.
  • the rack BMS may be a battery management system that centrally controls charging and discharging of a plurality of battery packs 10 provided in a battery rack. Additionally, these plurality of battery racks may be electrically connected to each other through a rack bus bar (not shown).
  • the energy storage system 20 according to the present invention includes the battery pack 10 according to the present invention, so that the advantages of the battery pack 10 can be utilized as is. Since the electrical insulation and structural safety of the battery pack 10 are secured, the energy storage system 20 including the battery pack 10 is safe. Since the structural safety of the battery pack 10 is ensured and the weight is reduced, the battery pack 10 is easy to transport and install. Since the material cost of the battery pack 10 is reduced and productivity is improved, the production cost of the energy storage system 20 including it can also be reduced.
  • cell assembly 101 battery cell
  • bus bar frame 314 mounting plate
  • Guide block 320 Bus bar
  • enclosure 410 top cover
  • opening 420 base plate
  • Front plate 428 Step portion
  • terminal block 701 front cover

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

본 발명의 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수납하는 외함으로서 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련되는 삽입부를 길이 방향을 따라 구비하는 외함; 및 상기 삽입부에 삽입되는 막대형 보강 부재를 포함한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 외함, 그리고 부품간 조립 방식이 개선된 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 10월 25일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0138105호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 복수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
최근에 주목받고 있는 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)은 생산된 전기를 배터리 팩에 저장해 두었다가 전기가 필요할 때 수요자에게 공급함으로써 전력 사용 효율을 극대화할 수 있는 장치이다. ESS는 복수의 배터리 팩이 하나의 배터리 랙을 이루며, 수십 개 내지 수백 개의 배터리 랙들이 모여 하나의 시스템을 구성한다. 그리고 갑작스러운 전력 공급 중단이나 이상에 대응하여 전력 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 UPS(무정전 전원 장치)와 태양빛을 전기 에너지로 변환하는 발전 장치인 태양광발전 시스템 등과 연동하여 사용되기도 한다. 또한, 전기 자동차에 대한 상용화가 본격화되면서 전기 자동차를 충전시킬 수 있는 전기 충전소에도 이러한 ESS가 적용될 수 있다.
ESS에 사용되는 배터리 팩의 경우, 팩 케이스라 할 수 있는 외함에 복수의 배터리 셀이 수납된 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 보통 ESS 배터리 팩의 외함은, 복수의 배터리 셀의 고하중을 지지하기 위해 고강성의 금속 재질 보통, 스틸(steel) 재질로 제조되고 있다.
그러나, 이 경우, 외함과 전기적 구성 요소 특히, 외함과 배터리 셀 사이의 전기적 절연성이 문제되며, 이를 해결하기 위해 외함과 배터리 셀간에 추가적인 절연 구조나 별도의 절연 부품이 반드시 적용되어야 한다. 이에 따라 배터리 팩의 제작 공수 증가, 택트 타임(tact time) 및 제작 비용의 상승을 초래하는 문제점이 있다.
한편, 종래 ESS 배터리 팩의 경우, 내부의 팩 구성 요소를 고정하기 위해 볼트-너트 결합을 이용하는 구조를 가지고 있다. 또한, 터미널 블록 조립 시 토크(torque)에 따른 회전 방지, 터미널 블록 위치 고정을 위해 볼트 체결을 하여 고정 및 회전 방지를 하고 있다.
종래와 같이 볼트-너트 사용 시에는 이를 구현하기 위한 구조적인 고려가 필요한데, 예를 들어 인써트(insert)나 언더 컷(under cut) 회피 등을 고려한 설계를 진행해야 한다. 뿐만 아니라, 여기에서 발생할 수 있는 절연 약화들을 함께 고려하는 설계도 해야 한다. 그리고, 볼트-너트는 공정 관리 측면에서 체결을 위한 토크 관리 및 체결 누락 여부, 체결 후 제품 사용에 따른 풀림 등을 지속적으로 확인 및 관리해야 한다. 체결 및 체결 확인을 위한 공정 추가로 택트 타임이 증가하는 문제도 있다.
따라서, 외함과 전기적 구성 요소 사이의 전기적 절연을 확보함과 동시에 복수의 배터리 셀을 견고히 지지하도록 구조적 강성 및 안전성을 향상된 외함 구조에 대한 기술 개발이 요구된다. 또한, 볼트-너트 사용 시보다 내부의 팩 구성 요소를 고정하기 위해 고려해야 할 설계 변수가 적은 배터리 팩에 대한 기술 개발이 요구된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기적 절연성 및 구조적 안전성이 확보된 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 볼트-너트 사용 시보다 내부의 팩 구성 요소를 고정하기 위해 고려해야 할 설계 변수가 적고 볼트-너트 사용 시보다 공정 관리 측면에서 관리가 쉬우며 택트 타임이 증가하지 않는 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 셀 어셈블리; 상기 셀 어셈블리를 수납하는 외함으로서 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련되는 삽입부를 길이 방향을 따라 구비하는 외함; 및 상기 삽입부에 삽입되는 막대형 보강 부재를 포함한다.
상기 외함은, 상기 배터리 셀이 안착되는 베이스 플레이트(base plate); 및 상기 베이스 플레이트의 양측에 마련되며, 상기 삽입부를 구성하는 지지 프레임부를 포함한다.
상기 베이스 플레이트와 상기 지지 프레임부는 일체로 사출 성형될 수 있다.
상기 보강 부재는 한 쌍의 강관일 수 있다.
상기 외함은 플라스틱 재질로 제작되고, 상기 보강 부재는 금속 재질로 제작될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은 상기 보강 부재의 위치 고정을 위한 베이스 클립(base clip)을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 셀 어셈블리는 서로 나란하게 배치되는 복수의 셀 어셈블리이고, 상기 셀 어셈블리는 버스바 프레임 조립체를 포함할 수 있다.
상기 베이스 플레이트의 상기 지지 프레임부는, 상기 셀 어셈블리의 배열 방향으로 연장되는 테두리 영역에 구비되고, 상기 셀 어셈블리의 배열 방향을 따라 소정 간격마다 상향 돌출되어 각 상기 셀 어셈블리의 상기 버스바 프레임 조립체를 지지하도록 마련된 것일 수 있다.
상기 베이스 플레이트는 서로 이웃하는 상기 지지 프레임부 사이에 마련되는 오목부를 더 포함하고, 각 상기 셀 어셈블리의 상기 버스바 프레임 조립체는 전기 절연성 소재의 버스바 프레임을 포함하며, 상기 버스바 프레임은 상기 지지 프레임부의 상면에 배치되는 거치판; 및 대응하는 상기 오목부에 삽입 가능하도록 상기 거치판에서 하방 돌출된 안착 가이드 블록을 포함할 수 있다.
상기 거치판과 상기 안착 가이드 블록은 상기 버스바 프레임에 일체로 사출 성형될 수 있다.
상기 오목부는 상면에 단차를 포함하고, 상기 안착 가이드 블록의 하면은 상기 단차에 부합되는 형상을 가질 수 있다.
상기 셀 어셈블리가 각각의 상기 안착 가이드 블록이 대응하는 상기 오목부에 삽입되어 상기 베이스 플레이트에 안착된 때, 각각의 상기 안착 가이드 블록과 상기 지지 프레임부는 상기 셀 어셈블리의 배열 방향을 따라 연속된 조립 벽체를 형성하도록 구성되고, 상기 조립 벽체가 상기 삽입부를 정의할 수 있다.
상기 안착 가이드 블록과 상기 지지 프레임부는 상기 보강 부재의 길이 방향 및 높이 방향으로 상기 보강 부재의 위치를 구속하며, 상기 보강 부재에 의해 상기 외함과 상기 버스바 프레임 조립체가 서로 고정될 수 있다.
상기 조립 벽체는 상부 수용벽, 하부 수용벽 및 측부 수용벽을 포함하고, 상기 보강 부재는 직육면체 강관이며, 상기 강관의 상부는 상기 상부 수용벽에 접하고, 상기 강관의 하부는 상기 하부 수용벽에 접하며, 상기 강관의 일 측부는 상기 측부 수용벽과 접할 수 있다.
상기 외함은 상기 베이스 플레이트의 적어도 일측에 프론트 플레이트(front plate)를 더 포함하고, 상기 배터리 팩은 터미널 블록을 더 포함하며, 상기 프론트 플레이트에 상기 터미널 블록의 이탈을 방지하는 스냅 핏(snap fit) 구조의 프론트 커버가 장착될 수 있다.
상기 베이스 플레이트와 상기 프론트 플레이트는 일체로 사출 성형될 수 있다.
상기 프론트 플레이트는 상기 베이스 플레이트의 일측 가장자리에 구비되는 수직인 판 형태이고, 상기 프론트 플레이트의 외측면에 상기 터미널 블록이 장착되며, 상기 배터리 팩은 개구가 형성된 탑 커버를 더 포함하여, 상기 터미널 블록은 상기 탑 커버의 상기 개구를 통하여 상기 프론트 플레이트에 탈부착 가능하게 마련되는 상기 프론트 커버를 사용하여 노출 또는 차폐될 수 있다.
그리고 본 발명은 에너지 저장 시스템으로서 본 발명에 따른 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플라스틱 사출물로 외함을 제작하여 외함과 배터리 셀과의 절연성이 확보될 수 있으며, 외함에 보강 부재를 삽입하여 외함의 기계 물성이 향상되어 구조적 안정성이 확보될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 따르면, 별도의 절연부품 없이 사출 외함을 적용하여 절연이 완벽히 구현될 수 있도록 구성된 배터리 팩을 제공할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 절연 구조나 별도의 절연 부품없이, 외함과 배터리 셀간의 전기적 절연이 가능해져 배터리 팩의 제작 공수 감소, 택트 타임 및 제작 비용의 절감이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 외함과 버스바 프레임 조립체가 보강 부재에 의해 서로 고정되어 견고한 체결 구성이 마련됨에 따라, 휨 또는 처짐에 대한 저항성이 향상될 수 있다.
나아가, 보강 부재에 의한 고정 구성을 통해, 볼트-너트를 사용하는 고정 구조를 최소화할 수 있다. 이에 따라, 특히, 본 발명에 따르면, 배터리 팩에서 볼트-너트를 사용하는 고정 구조를 최소화하여, 구조적으로 내부 부품을 조립, 고정하는 구조를 제안한다. 본 발명에 따르면, 배터리 팩의 설계적, 관리적 관리인자를 최소화하여, 여기서 발생할 수 있는 문제 발생을 억제할 수 있다. 즉, 볼트-너트 사용 시보다 내부의 팩 구성 요소를 고정하기 위해 고려해야 할 설계 변수가 적고 볼트-너트 사용 시보다 공정 관리 측면에서 관리가 쉬우며 택트 타임이 증가하지 않는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구조 단순화 부품수 감소에 따라 재료비가 절감된다. 본 발명에 따르면, 택트 타임 감소로 인해 생산성이 향상된다. 본 발명에 따르면, 공정 단순화 및 구조 단순화를 통해 배터리 팩의 무게를 절감하는 효과도 있다. 본 발명에 따르면, 스틸 재질이 아닌 플라스틱 사출 외함이므로 무게가 가벼울 뿐 아니라, 기존의 볼트-너트를 사용하는 구조에 비해 볼트, 너트 무게 및 고정을 위한 사출 구조 구현을 위한 레진(resin)이 필요없어 더욱 무게 저감이 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 보강 부재는 사출로 제작되는 베이스 플레이트의 강성을 보강하는 효과가 현저하며, 베이스 플레이트에 셀 어셈블리를 안정적으로 고정시킬 수 있으며 배터리 팩 무게가 경량화되도록 구성된 배터리 팩을 제공할 수 있다.
그리고 이러한 배터리 팩을 포함함으로써, 에너지 저장 시스템은 안전하고, 운반과 설치가 용이하며, 생산 비용을 낮출 수 있다.
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 팩의 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서 탑 커버를 분리한 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 주요 부분을 보여주는 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 베이스 플레이트 및 보강 부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
도 7은 도 4의 버스바 프레임을 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 플레이트와 복수의 셀 어셈블리의 조립 공정 내지 조립 구조를 도시한 도면들이다.
도 10은 도 9에서 보강 부재 삽입 후 베이스 클립이 조립된 상태를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 1의 배터리 팩의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 터미널 블록 부분을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 배터리 팩에서 터미널 블록 조립 및 고정 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 13의 A-A' 단면에 해당하며 프론트 커버를 조립한 후의 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩에서 탑 커버를 분리한 도면이며, 도 3은 도 1의 배터리 팩의 주요 부분을 보여주는 일부 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 X축, Y축, Z축 방향으로 각각 소정의 길이, 폭, 높이를 가지는 입체적 구조물일 수 있다. 배터리 팩(10)은 셀 어셈블리(CMA, 100), 외함(400) 및 보강 부재(500)를 포함한다. 배터리 팩(10)은 보강 부재(500) 위치 고정을 위한 베이스 클립(base clip)과 탑 커버(410)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 셀 어셈블리(100)를 하나 이상 포함한다. 여기서, 셀 어셈블리(100)는 그룹화된 복수의 배터리 셀(101)을 지칭하는 것을 가리킨다.
배터리 팩(10)은 셀 어셈블리(100)가 복수 포함되게 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 2의 실시 구성과 같이, 배터리 팩(10)은 서로 나란하게 배치되는 4개의 셀 어셈블리(100)를 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 팩(10)은 상기 4개의 셀 어셈블리(100)를 외부로부터 보호하기 위한 외함(400)을 포함하는 것이다.
외함(400)은 셀 어셈블리(100)를 수납하는 부분이다. 외함(400)에 도 1에 도시한 바와 같이 탑 커버(410)가 결합되게 되면, 내부에 셀 어셈블리(100)가 수용되는 빈 공간을 형성할 수 있고, 셀 어셈블리(100)는 이러한 빈 공간에 수납될 수 있다.
외함(400)은 셀 어셈블리(100)를 지지할 수 있다. 특히 외함(400)은 셀 어셈블리(100)의 하면을 주로 지지할 수 있다. 이러한 외함(400)은, 배터리 팩(10)을 에너지원으로 하는 기계나 기구물 등에 장착될 수 있다. 예로써, 외함(400)은 에너지 저장 시스템이나, 전기 자동차 등에 장착될 수 있다.
본 실시예에서, 외함(400)은 4개의 셀 어셈블리(100)의 하부에서 셀 어셈블리(100)를 지지하는 베이스 플레이트(420)를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(420)는 셀 어셈블리(100)를 지지하며, 외함(400)의 주된 부분을 구성한다. 구체적으로 베이스 플레이트(420)는 셀 어셈블리(100)의 하면을 커버할 수 있다.
탑 커버(410)는 셀 어셈블리(100)의 상면을 주로 커버하며 베이스 플레이트(420)와 상호 결합된다. 탑 커버(410)는 하부가 개방된 직육면체 박스 형태로 마련되고, 베이스 플레이트(420)는 복수의 셀 어셈블리(100)를 안착할 수 있는 면적을 갖는 대략 판상체 형태로 마련될 수 있다.
특히, 베이스 플레이트(420)와 탑 커버(410) 각각은 일 방향(본 실시예에서는 Y축 방향)으로 연장되게 배치된 2개의 단위 파트를 포함하게 하고, 각 단위 파트를 상호 연결하여 마련할 수 있다. 도 3에는 2개의 단위 파트 중 좌측에 위치한 파트들을 도시하였다. 그리고 단위 파트가 서로 마주보는 일 변에는 서로를 바라보는 방향으로 돌출된 체결 돌출부와 이러한 체결 돌출부에 결합되는 체결 수용홈부를 마련하여, 단위 파트간 연결 부위에 단차없이 조립할 수 있다. 대용량 배터리 팩을 제조하기 위하여 외함(400)의 사이즈를 대형화할 때에 한 덩어리의 단위로 제조하면, 제조상 어려움이나 취급 과정에서의 불편함이 발생할 수 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 따르면, 베이스 플레이트(420)와 탑 커버(410)의 각 단위 파트를 적당한 사이즈로 제조하고, 이를 간단한 방법으로 조립하여 완성할 수 있으므로, 제조 및 취급 과정에서 편리해지는 이점이 있다. 나아가, 베이스 플레이트(420)는 각 단위 파트의 연결 부위에서 구조 강성이 더욱 향상될 수 있으며, 두께 방향(Z축 방향)으로의 휨 또는 처짐에 대한 저항성이 더욱 개선되는 효과가 있다.
다음으로, 셀 어셈블리(100)의 상세 구성에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 셀 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 4를 더 참조하면, 셀 어셈블리(100)는 복수의 배터리 셀(101)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(101)은, 소정 개수만큼 모여 하나의 셀 어셈블리(100)로 구성될 수 있다.
각각의 셀 어셈블리(100)는 복수의 배터리 셀(101)을 포함하는 셀 적층체(110, 120)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 셀 적층체(110, 120)간은 소정 간격 이격되어, 공기층(K1)을 가진다.
셀 적층체(110, 120)를 이루는 배터리 셀(101)의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 하나의 셀 어셈블리(100)는 도시한 바와 같이 2개의 셀 적층체(110, 120)를 포함하거나, 3개 또는 4개의 셀 적층체를 포함하도록 구성될 수도 있다. 물론 1개의 셀 적층체만을 포함하는 경우도 가능할 수 있다. 여기서 상기 셀 적층체는, 대략 판상 형태로 갖는 배터리 셀(101)을 소정 개수만큼 적층한 배터리 셀(101)들의 집합체를 의미한다.
공기층(K1)은 셀 적층체(110, 120)간의 열의 이동을 차단하는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 셀 적층체(120)의 배터리 셀(101) 중 하나의 배터리 셀(101)에 열 폭주 이벤트가 발생한 때, 공기층(K1)으로 인해, 한 쪽의 셀 적층체(120)에서 다른 한 쪽의 셀 적층체(110)로 열의 이동이 저지될 수 있다. 따라서 특정 배터리 셀(101)에서 열적 이벤트가 발생한 때, 셀 어셈블리(100)에 포함된 모든 배터리 셀(101)로 열이 연쇄적으로 전파되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 공기층(K1)은, 배터리 셀(101)에서 가스가 발생한 때, 가스의 이동 통로로 사용될 수도 있다.
배터리 셀(101)은 파우치형 이차전지로 이루어질 수 있으며, 복수로 구비되어 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 전기적 연결을 위해 셀 어셈블리(100)는 버스바 프레임 조립체(300)를 포함한다.
각각의 배터리 셀(101)은 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드(102)를 포함할 수 있다. 전극 리드(102)는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있으며, 상기 양극 리드는 상기 전극 조립체의 양극판에 연결되고, 상기 음극 리드는 상기 전극 조립체의 음극판에 연결될 수 있다.
도시한 예에서 각각의 배터리 셀(101)은 그 길이 방향(X축 방향) 양측으로 각각 돌출되는 한 쌍의 전극 리드(102)를 포함하고 있다. 다시 말해, 전극 리드(102)는 각각 파우치형 이차전지인 배터리 셀(101)의 길이 방향에 따른 전방부와 후방부에 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 셀 적층체(110, 120)는, 일 방향(Y축 방향)으로 적층된 다수의 배터리 셀(101)의 집합체이다. 배터리 셀(101)은 상하 방향(Z축 방향)으로 세워진 상태로 수평 방향(Y축 방향)으로 나란하게 배열될 수 있다. 즉, 배터리 셀(101)의 넓은 면이 지면에 수직하게 세워져 수평 방향으로 적층된 형태로 제공될 수 있다.
버스바 프레임 조립체(300)는 좌우 방향(Y축 방향)으로 소정 간격 이격되고 서로 나란하게 배치되는 셀 적층체(110, 120)의 전방과 후방에 각각 배치된다. 다시 말하면, 버스바 프레임 조립체(300)는 배터리 셀(101)의 적층 방향과 교차하는 방향인, 셀 적층체(110, 120)의 전방 및 후방에 배치된다.
버스바 프레임 조립체(300)는 셀 적층체들의 개수에 대응하게 마련될 수 있다. 즉, 본 실시예의 버스바 프레임 조립체(300)는 2개의 셀 적층체(110, 120)에 대응하도록 설계된 것이나, 예컨대 셀 적층체의 개수가 3개이면, 버스바 프레임 조립체(300)도 상기 3개의 셀 적층체들을 지지하고 전기적으로 연결할 수 있게 구성될 수 있다.
버스바 프레임 조립체(300)는, 버스바 프레임(310)과 복수의 버스바(320)를 포함한다.
버스바 프레임(310)은, 전기 절연성 소재이고 셀 적층체(110, 120)의 전방면 또는 이들의 후방면을 일체로 커버하는 있는 사이즈로 마련될 수 있다. 또한, 버스바 프레임(310)은 각각 소정 개수의 전극 리드(102)를 전후 방향(X축 방향)으로 통과시킬 수 있는 리드 슬릿을 구비할 수 있다. 상기 리드 슬릿은 배터리 셀(101)의 적층 방향을 따라 소정 간격마다 마련될 수 있다.
복수의 버스바(320)는 전기 전도성을 갖는 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속 소재로 막대 또는 판 형태로 마련될 수 있다. 이러한 복수의 버스바(320)는 버스바 프레임(310)에 배터리 셀(101)의 적층 방향을 따라 일정 간격 서로 떨어져 장착될 수 있다.
셀 적층체(110,120)를 각각 구성하는 배터리 셀(101)은, 그것들의 전극 리드(102)가 대응하는 상기 리드 슬릿을 통과해 버스바 프레임(310)의 바깥쪽으로 인출될 수 있다. 버스바 프레임(310)의 바깥쪽으로 인출된 전극 리드(102)는 벤딩되어 대응하는 버스바(320)의 표면에 고정되게 부착될 수 있다. 예컨대, 버스바(320)와 전극 리드(102)는 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 상호 고정 결합될 수 있다. 예컨대 2개의 배터리 셀(101)의 양극 리드를 포개어 특정 버스바(320)에 부착하고, 다른 2개의 배터리 셀(101)의 음극 리드를 포개어 상기 특정 버스바(320)에 부착한다. 그러면 4개의 배터리 셀(101)들은 서로 간에 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 이와 같은 방식으로 배터리 셀(101)의 전극 리드(102)를 대응하는 버스바(320)에 부착하면, 셀 적층체(110,120)에 포함된 모든 배터리 셀(101)이 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다.
버스바 프레임(310)은 전기적 절연을 달성할 수 있다. 버스바 프레임(310)은 사출을 통해 플라스틱 구조물로 제조될 수 있어, 별도의 전기 절연을 위한 절연처리나 절연 부품이 필요하지 않다. 또한 경량화에 도움이 된다.
그리고, 베이스 플레이트(420)와의 메이팅 파트 구현을 위한 사출 구조물로서 구성됨이 바람직하다. 본 실시예에 따른 배터리 팩(10)에서, 버스바 프레임 조립체(300)의 버스바 프레임(310)은, 베이스 플레이트(420)의 지지 프레임부(422)의 상면에 안착되는 거치판(314)과 이러한 거치판(314)에서 하방 돌출되는 안착 가이드 블록(315)을 더 포함할 수 있다. 거치판(314)과 안착 가이드 블록(315)은, 복수의 셀 어셈블리(100)와 베이스 플레이트(420)간의 조립성과 고정성을 높이기 위한 구성요소이다. 거치판(314)과 안착 가이드 블록(315)은 버스바 프레임(310)에 일체로 사출 성형될 수 있다. 거치판(314)과 안착 가이드 블록(315)에 대해서는 이하에서 베이스 플레이트(420)와 연계하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 외함(400)은 플라스틱 재질로 구성될 수 있다. 외함(400)은 전체적으로 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 외함(400)은, 플라스틱 사출물 형태로 구성될 수 있다. 이처럼, 플라스틱 사출물로 외함(400)을 제작하게 되면, 배터리 셀(101)과의 절연성이 확보될 수 있다.
베이스 플레이트(420) 상에는 복수의 셀 어셈블리(100)가 안착되어 지지될 수 있다. 도시한 예에서는 X축 양 방향으로 전극 리드(102)가 돌출된 셀 어셈블리(100)가 Y축 방향을 따라 4개가 나란히 배열되어 있으며, 셀 어셈블리(100)에서 전극 리드(102)간을 연결하는 버스바 프레임 조립체(300)가 베이스 플레이트(420)의 양 측면에 놓여 있다. X축 일 방향으로 전극 리드가 돌출된 셀 어셈블리를 포함하는 경우라면 상기 버스바 프레임 조립체는 상기 베이스 플레이트의 일 측면에 놓일 수 있다.
특히 베이스 플레이트(420)는 전기적 절연을 달성할 수 있고, 셀 어셈블리(100)와 메이팅 파트 구현을 위한 사출 구조물로서 구성됨이 바람직하다. 베이스 플레이트(420)는 사출을 통해 플라스틱 구조물로 제조될 수 있어, 별도의 전기 절연을 위한 절연처리나 절연 부품이 필요하지 않다. 또한, 금속 재질로 외함을 구성하는 경우보다 경량화시킬 수 있다.
종래 배터리 팩 외함의 베이스 플레이트는 압출로 제조되거나 철판(steel plate)과 같은 강성 재질로 적용되어 있다. 여기에는, 절연을 위해 추가 절연 부품을 적용해야 해서 무게 및 원가가 증가하는 문제가 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 사출 외함을 적용하므로 절연 부품을 추가로 적용할 필요가 없다. 따라서, 무게 및 원가를 줄일 수 있다.
다만, 플라스틱 사출물로 적용 시, 외함(400)의 구조적 안전성이 문제될 수 있다. 더욱이, 외함(400) 사이즈가 대형화될수록 스틸 재질의 종래 외함에 비해, 플라스틱 사출물의 외함(400) 구조의 경우 상대적으로 휨이나 처짐 현상이 더 발생될 수 있고, 강도나 강성 면에서 약할 수 있어 견고한 지지력에는 한계가 있을 수 있다.
이에 본 실시예에서는 외함(400)에 보강 부재(500)를 마련한다. 즉, 사출 외함의 구조적 강성은 기계 구조용 강관일 수 있는 보강 부재(500)로 보완한다. 보강 부재(500)는 종래 배터리 팩 외함의 스틸 재질 베이스 플레이트에 비해 더 적은 부피와 무게로 원하는 강성은 충분히 보완할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 종래 배터리 팩에 비하여 무게 및 원가를 줄일 수 있다.
외함(400)은 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련되는 삽입부(424a)를 길이 방향을 따라 구비한다. 특히, 삽입부(424a)는 외함(400)의 베이스 플레이트(420)의 양측에 마련될 수 있으며, 이러한 삽입부(424a)를 구성할 수 있게, 베이스 플레이트(420)는 지지 프레임부(422)를 포함한다. 베이스 플레이트(420)와 지지 프레임부(422)는 일체로 사출 성형될 수 있다. 이처럼 플라스틱 사출물로 외함(400)을 제작함에 따라, 배터리 셀(101)과의 절연성이 확보될 수 있는 장점과 더불어, 가공상의 편의성도 확보될 수 있으며 제작 공수가 줄어들 수 있다. 이처럼, 플라스틱 사출물로 외함(400)을 제작하여 추가적인 절연 구조나 별도의 절연 부품없이, 전기적 절연이 가능해져 배터리 팩(10)의 택트 타임 및 제작 비용의 절감이 가능할 수 있다.
보강 부재(500)는, 외함(400)에 삽입될 수 있다. 보강 부재(500)는 외함(400)의 삽입부(424a)에 삽입될 수 있다. 특히, 보강 부재(500)는 삽입부(424a)에 삽입되기 위해, 일 방향으로 길게 연장된 막대형으로 구성될 수 있다. 삽입부(424a)는 외함(400)의 양측에 마련될 수 있다. 따라서, 보강 부재(500)는 배터리 팩(10)의 측부로부터 삽입이 될 수 있다. 삽입부(424a)가 외함(400)에서 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련되므로, 보강 부재(500)는 외함(400)의 외측면에서부터 내측으로, 즉 사이드 방향으로 밀어넣는 단순 조작에 의해 삽입부(424a)에 삽입이 용이하게 될 수 있다.
보강 부재(500)는 금속 재질로 제작될 수 있다. 일례로, 보강 부재(500)는 한 쌍의 강관일 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 보강 부재(500)는 단면이 사각형인 직육면체 강관일 수 있다. 또한, 그리고 보강 부재(500)는 도시한 바와 같이 속이 빈 파이프 형태로 구비되어도 좋다. 이 경우 무게를 더욱 줄일 수 있다.
이와 같은 보강 부재(500)는 외함(400)의 삽입부(424a)에 한 쌍이 삽입되게 배치될 수 있다. 이를 통해, 외함(400)의 양 측부는 견고히 지지될 수 있다. 이와 같이 플라스틱 사출물로 외함(400)이 제작됨에도 보강 부재(500)를 통하여 외함(400)의 기계 물성이 향상되어 구조적 안정성이 확보될 수 있다. 베이스 플레이트(420)만으로 셀 어셈블리(100)를 지지하는 경우에 비해, 보강 부재(500)를 통하여, 셀 어셈블리(100)의 하중을 전체 결합 구조가 지지할 수 있게 되어 구조적 안전성이 확보될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 베이스 플레이트 및 보강 부재를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
먼저 도 5에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(420)는 관통 형성된 하측 벤팅홀(425)을 구비할 수 있다. 그리고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 탑 커버(410)는 관통 형성된 상측 벤팅홀(411)을 구비할 수 있다. 상측 벤팅홀(411)과 하측 벤팅홀(425)은 상하로 대칭 구조가 되도록 형성될 수 있다. 그리고 상측 벤팅홀(411), 도 2와 도 3에 도시한 공기층(K1) 및 하측 벤팅홀(425)은, 모두 상하 방향으로 매칭되게 구성될 수 있다. 배터리 셀(101)에서 분출된 가스는 공기층(K1)을 통해 상측 벤팅홀(411) 및/또는 하측 벤팅홀(425) 거쳐 배터리 팩(10)의 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이 배터리 셀(101)들에서 발생하는 고온 고압의 가스가 균일하게 분산되어서 외함(400)의 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(101)들의 가스 분출시 배터리 팩(10)의 붕괴 내지 변형이 방지될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(420)의 지지 프레임부(422)는 셀 어셈블리(100)의 배열 방향으로 연장되는 테두리 영역에 구비되고, 셀 어셈블리(100)의 배열 방향을 따라 소정 간격마다 상향 돌출된 것이다. 그리고, 베이스 플레이트(420)는 서로 이웃하는 지지 프레임부(422) 사이에 마련되는 오목부(423)를 더 포함할 수 있다. 여기서 셀 어셈블리(100)의 배열 방향은 배터리 셀(101)의 적층 방향과 같고, 셀 어셈블리(100)의 배열 방향으로 연장되는 테두리 영역은, 도 5의 베이스 플레이트(420)에서 X축 양 방향의 테두리 영역을 포함한다.
또한 지지 프레임부(422)는, 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태를 가지므로 삽입부(424a)를 구성할 수 있는 형상이다. 상기 함몰된 형태는, 대략적으로 'ㄷ' 형태로 마련되고, 이러한 형태는 보강 부재(500)와 형상 맞춤될 수 있다. 한편, 상기 함몰된 형태는 보강 부재(500)와 형상 맞춤되는 형태라면 반드시 'ㄷ' 형태가 아니라도 무방하다. 오목부(423)는, 도 6과 같이, 인접한 2개의 지지 프레임부(422) 사이에 위치할 수 있다.
도 7은 도 4의 버스바 프레임을 보다 상세히 도시한 도면이다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 플레이트와 복수의 셀 어셈블리의 조립 공정 내지 조립 구조를 도시한 도면들이다. 도 10은 도 9에서 보강 부재 삽입 후 베이스 클립이 조립된 상태를 보여주는 도면이다.
오목부(423)는, 도 7 및 도 8에서와 같이, 버스바 프레임(310)의 안착 가이드 블록(315)과 형상 맞춤되도록 구성될 수 있다. 특히, 오목부(423)는 상면에 단차를 포함하고, 안착 가이드 블록(315)의 하면은 상기 단차에 부합되는 형상을 가질 수 있다. 상기 단차는 위치 가이드를 구현할 수 있으며, 경사부를 특히 포함하도록 구성하여 오목부(423)에 가이드 블록(315) 위치 가이드 및 조립이 용이하도록 할 수 있다. 이에 따라, 베이스 플레이트(420)에 셀 어셈블리(100)를 안정적으로 거치 및 수납할 수 있다.
이어서, 도 8 내지 도 10을 더 참조하여, 베이스 플레이트(420)와 복수의 셀 어셈블리(100)간의 조립 구조 및 고정 구조를 설명하기로 한다.
각 셀 어셈블리(100)는 안착 가이드 블록(315)을 구비한 버스바 프레임 조립체(300)를 포함하고, 베이스 플레이트(420)는 일정한 위치 마다 오목부(423)를 구비한다. 셀 어셈블리(100)에 구비되는 안착 가이드 블록(315)의 개수와 베이스 플레이트(420)에 구비되는 오목부(423)의 개수는 동일하다.
오목부(423) 주변에는 지지 프레임부(422)가 돌설되어 있다. 안착 가이드 블록(315)은 이웃하는 지지 프레임부(422)의 사이를 상방에서 하방으로, 즉 Z축 방향으로 지나가면서, 오목부(423)에 끼워질 수 있다. 그리고 오목부(423)는, 각 셀 어셈블리(100)의 안착 가이드 블록(315)을 대응하는 각 오목부(423)에 삽입하면, 셀 어셈블리(100)가 베이스 플레이트(420) 상에서 서로 일정 간격 이격 배치되도록, 베이스 플레이트(420)의 테두리 영역에 구성될 수 있다. 또한, 각 셀 어셈블리(100)의 버스바 프레임(310)은 도 3 및 도 7에도 도시한 바와 같이 지지 프레임부(422)의 상면에 대면하게 배치될 수 있는 거치판(314)을 구비한다.
본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 상기와 같은 구성을 포함하고 있어, 안착 가이드 블록(315)과 오목부(423)가 서로 형합하도록 각 셀 어셈블리(100)를 베이스 플레이트(420)에 조립하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 셀 어셈블리(100)가 각각 베이스 플레이트(420)에 대해 정위치에 수월하게 배치될 수 있다.
또한, 각 셀 어셈블리(100)는 안착 가이드 블록(315)이 2개의 지지 프레임부(422) 사이의 오목부(423)에 형합하도록 삽입되기 때문에, 도 8에서 베이스 플레이트(420)에 대해 Y축 방향으로 고정될 수 있다. 다시 말해, 베이스 플레이트(420)의 오목부(423)에 버스바 프레임(310)의 안착 가이드 블록(315)이 삽입되고, 오목부(423) 좌우측(Y축 방향)으로 구속되도록 오목부(423) 주변에 지지 프레임부(422)가 돌설되어 있기 때문에, 각 셀 어셈블리(100)가 베이스 플레이트(420)에 안착된 후에는 Y축 방향으로 움직임이 제한되는 것이다.
도 9를 참조하면, 셀 어셈블리(100)는 각각의 안착 가이드 블록(315)이 대응하는 각 오목부(423)에 삽입되어 베이스 플레이트(420)에 안착된 때, 각각의 안착 가이드 블록(315)과 지지 프레임부(422)는 셀 어셈블리(100)의 배열 방향을 따라 연속된 조립 벽체(424)를 형성하도록 구성될 수 있다. 즉, 안착 가이드 블록(315)과 지지 프레임부(422)는 서로간에 소정의 내부 공간이 상호 연통되게 배치될 수 있고, 이웃한 다른 안착 가이드 블록(315)과 지지 프레임부(422)와도 소정의 내부 공간이 상호 연통되게 배치될 수 있으며, 이러한 공간 안에 보강 부재(500)가 삽입 배치될 수 있는 것이다.
조립 벽체(424)는, 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련될 수 있으므로, 외함(400)의 삽입부(424a)를 정의하게 된다. 삽입부(424a)에, 도 9에 도시한 바와 같이, 보강 부재(500)가 측부로부터 삽입될 수 있다.
보강 부재(500)는 조립 벽체(424)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 막대형으로 마련될 수 있다. 이러한 보강 부재(500)는 베이스 플레이트(420)의 양쪽 테두리 영역에 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로, 조립 벽체(424)는 상부 수용벽(424_1), 하부 수용벽(424_2) 및 측부 수용벽(424_3)을 포함하게 되며, 보강 부재(500)는 직육면체 강관이다. 보강 부재(500)의 상부는 상부 수용벽(424_1)에 접하고, 보강 부재(500)의 하부는 하부 수용벽(424_2)에 접하며, 보강 부재(500)의 일 측부는 측부 수용벽(424_3)과 접할 수 있다.
베이스 플레이트(420)의 지지 프레임부(422)에 의한 상부 수용벽(424_1)과 버스바 프레임(310)의 안착 가이드 블록(315)에 의한 상부 수용벽(424_1)은 나란하게 형성이 되며 단차가 없다. 지지 프레임부(422)에 의한 하부 수용벽(424_2)과 안착 가이드 블록(315)에 의한 하부 수용벽(424_2)도 나란하게 형성이 되며 단차가 없다. 지지 프레임부(422)에 의한 측부 수용벽(424_3)과 안착 가이드 블록(315)에 의한 측부 수용벽(424_3)도 나란하게 형성이 되며 단차가 없다. 따라서, 조립 벽체(424)에 의한 내부 공간은 X축, Y축 및 Z축 방향으로 서로 연통되어 일체형 공간의 삽입부(424a)를 정의하며, 그에 따라 보강 부재(500)를 삽입부(424a)에 안정적으로 삽입할 수 있게 되어 있다. 나아가, 삽입부(424a)에 삽입된 이후 보강 부재(500)의 위치는 X축, Y축 및 Z축 방향으로 구속이 된다.
한편, 보강 부재(500)가 삽입부(424a)에서 쉽게 빠지지 않도록 도 10과 같이 베이스 클립(510)이 베이스 플레이트(420)에 장착될 수 있다. 예컨대, 보강 부재(500)가 삽입부(424a)에 삽입된 다음, 베이스 클립(510)이 베이스 플레이트(420)의 지지 프레임부(422)에 결합될 수 있다. 베이스 클립(510)은 베이스 플레이트(420)에 보강 부재(500)를 고정하기 위한 것으로, 스틸 재질의 브라켓 구조물일 수 있다.
이와 같은 실시 구성에 의하면, 모든 셀 어셈블리(100)는, 베이스 플레이트(420)에 대해 X축 방향, Y축 방향, Z축 방향으로 고정될 수 있다. 즉, 각 셀 어셈블리(100)는 베이스 플레이트(420)의 (양쪽 테두리 영역) 지지 프레임부(422) 사이에 끼워져 있어 X축 방향으로도 이동이 제한된다. 보강 부재(500)에 의해 지지 프레임부(422)와 안착 가이드 블록(315)이 고정됨으로써, 안착 가이드 블록(315)의 Y축 방향 및 Z축 방향으로의 이동이 제한된다. 이후 탑 커버(410)를 더 조립하여 보강 부재(500) 유동을 2차 방지하여 배터리 팩(10)을 완성할 수 있다.
도 11은 도 1의 배터리 팩의 단면도이다. Y축 방향에 수직인 단면을 나타내었다.
도 11과 같이, 보강 부재(500)가 각 셀 어셈블리(100)의 안착 가이드 블록(315)의 내측에 삽입되어 있어, X축 방향 및 Z축 방향으로 이동이 제한된다. 그리고 전술한 바와 같이, 각 셀 어셈블리(100)의 안착 가이드 블록(315)이 오목부(423)에 삽입되어 있어 Y축 방향으로의 이동이 제한된다. 이와 같이 안착 가이드 블록(315)과 지지 프레임부(422)는 보강 부재(500)의 길이 방향 및 높이 방향으로 보강 부재(500)의 위치를 구속하는 것이기도 하다.
또한, 보강 부재(500)는 베이스 플레이트(420)의 지지 프레임부(422)와 셀 어셈블리(100)의 버스바 프레임(310)의 안착 가이드 블록(315)을 관통하여 삽입이 되므로, 보강 부재(500)는 베이스 플레이트(420)와 셀 어셈블리(100)간을 고정할 수 있다. 즉, 보강 부재(500)에 의해 외함(400)과 버스바 프레임 조립체(300)가 서로 고정될 수 있다. 이와 같이 볼트와 너트 없이도 보강 부재(500), 베이스 플레이트(420) 및 버스바 프레임(310)을 가지고 X축 방향, Z축 방향 구속할 수 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 베이스 플레이트(420)와 버스바 프레임(310)은 사출을 통해 플라스틱 구조물로 제조될 수 있으며, 두 파트로 나누어진 베이스 플레이트(420)와 버스바 프레임(310)은 보강 부재(500) 삽입 및 사이드 고정에 의해 서로 조립, 고정된다. 볼트와 너트 없이도 베이스 플레이트(420)와 버스바 프레임(310)을 결합할 수 있고, 구조적 안전성을 보강할 수 있다.
볼트-너트는 공정 관리 측면에서 체결을 위한 토크 관리 및 체결 누락 여부, 체결 후 제품 사용에 따른 풀림 등을 지속적으로 확인 및 관리해야 한다. 체결 및 체결 확인을 위한 공정 추가로 택트 타임이 증가하는 문제도 있다. 본 발명에 따르면, 볼트-너트의 사용을 최소화할 수 있어 공정 관리 측면에서 관리가 쉬우며 택트 타임이 증가하지 않는다.
한편, 도 2와 도 3을 참조하면, 외함(400)은 베이스 플레이트(420)의 적어도 일측에 프론트 플레이트(427, front plate)를 더 포함하고, 배터리 팩(10)은 터미널 블록(700)을 더 포함하며, 프론트 플레이트(427)에 터미널 블록(700)의 이탈을 방지하는 스냅 핏(snap fit, 702) 구조의 프론트 커버(701)가 장착될 수 있다. 프론트 커버(701)는 프론트 플레이트(427)에 탈부착 가능하게 마련된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 터미널 블록 부분을 도시한 도면이다. 도 13은 본 발명에 따른 배터리 팩에서 터미널 블록 조립 및 고정 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 도 13의 A-A' 단면에 해당하며 프론트 커버를 조립한 후의 도면이다.
도 2와 도 12 내지 도 14를 함께 참조하면, 베이스 플레이트(420)와 프론트 플레이트(427)는 일체로 사출 성형될 수 있다.
프론트 플레이트(427)는 베이스 플레이트(420)의 일측 가장자리에 구비되는 수직인 판 형태이고, 전장품 설치부가 될 수 있다. 이를테면, 프론트 플레이트(427)의 외측면에 터미널 블록(700)이 장착되고 BMS 조립체(600)도 장착될 수 있다. 여기서, BMS 조립체(600)는 배터리 팩(10) 내의 배터리 셀(101)의 전류, 및 온도를 측정하고, 배터리 셀(101)의 충방전을 제어하도록 구성될 수 있다. 터미널 블록(700)은 배터리 팩(10)의 전극 터미널과, 퓨즈 등을 구비할 수 있다. BMS 조립체(600) 및 터미널 블록(700)을 장착하기 위하여, 프론트 플레이트(427)의 외측면에는 BMS 장착부(600A)와 터미널 블록 장착부(700A)가 마련될 수 있다. 특히, 터미널 블록 장착부(700A)는 단차부(428)를 포함하게 구성할 수 있다.
탑 커버(410)는 개구(412)를 포함할 수 있다. 터미널 블록(700)은 탑 커버(410)의 개구(412)를 통하여 프론트 플레이트(427)에 탈부착 가능하게 마련되는 프론트 커버(701)를 사용하여 노출 또는 차폐될 수 있다.
도 12를 참조하면, 터미널 블록(700)은 프론트 플레이트(427)의 단차부(428)에 장착이 될 수 있다. 종래에는 터미널 블록 조립 시 토크에 따른 회전 방지, 터미널 블록 위치 고정을 위해 볼트 체결을 하여 고정 및 회전 방지를 하고 있다. 본 발명에서는, 구조적 단차를 통해 터미널 블록(700) 회전을 방지할 수 있으며, 스냅 핏(702) 구조를 통해 터미널 블록(700)의 프론트 커버(701)를 프론트 플레이트(427)에 위치 고정할 수가 있다.
단차부(428)에서 단차로 생긴 벽으로 조립 시 위치 가이드 및 조립 후 회전 방지가 된다. 스냅 핏(702) 구조로 조립 후에는 터미널 블록(700)의 이탈이 방지된다.
종래에는 터미널 블록 조립 시 토크에 따른 회전 방지, 터미널 블록 위치 고정을 위해 볼트 체결을 하여 고정 및 회전 방지를 하고 있다. 본 발명의 이러한 실시 구성에 따르면, 단차부(428)를 이용하므로 볼트-너트 사용을 최소화한다.
한편, 프론트 플레이트(427)에는 인서트 너트(610)를 통하여 BMS 조립체(600)를 장착하도록 할 수도 있다. 별도의 BMS 하우징을 구비할 필요없이 인서트 너트(610)를 통하여 BMS 장착부(600A)에 BMS 조립체(600)를 장착할 수 있도록 플라스틱 사출시 고려하여 프론트 플레이트(427)를 마련할 수 있다.
이와 같이 프론트 플레이트(427)는 BMS 장착부(600A)와 터미널 블록 장착부(700A)가 일체로 사출을 통하여 제작이 될 수 있다. 플라스틱 사출로 절연을 만족하며 무게 감소 및 원가 절감의 효과가 있다. 또한, 터미널 블록(700) 위치 고정을 위해 볼트-너트 체결을 할 필요가 없다.
볼트-너트는 공정 관리 측면에서 체결을 위한 토크 관리 및 체결 누락 여부, 체결 후 제품 사용에 따른 풀림 등을 지속적으로 확인 및 관리해야 한다. 체결 및 체결 확인을 위한 공정 추가로 택트 타임 증가하는 문제도 있다. 본 발명에 따르면, 배터리 팩(10)에서 볼트-너트를 사용하는 고정 구조를 최소화하여, 구조적으로 내부 부품을 조립, 고정하는 구조를 제안한다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩(10)의 설계적, 관리적 관리인자를 최소화하여, 여기서 발생할 수 있는 문제 발생을 억제할 수 있다. 즉, 볼트-너트 사용 시보다 내부의 팩 구성 요소를 고정하기 위해 고려해야 할 설계 변수가 적고 볼트-너트 사용 시보다 공정 관리 측면에서 관리가 쉬우며 택트 타임이 증가하지 않는 배터리 팩(10)을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 구조 단순화 부품수 감소에 따라 재료비가 절감된다. 본 발명에 따르면, 택트 타임 감소로 인해 생산성이 향상된다.
도 15는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 개략도이다.
에너지 저장 시스템(20)은, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 에너지 저장 시스템(20)은, 큰 에너지 용량을 갖기 위해, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)이 서로 전기적으로 연결된 형태로 다수 포함되도록 할 수 있다. 이 밖에도, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(20)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 에너지 저장 시스템의 다른 다양한 구성요소를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 에너지 저장 시스템(20)은, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 장소나 장치에 사용될 수 있다.
예를 들어, 에너지 저장 시스템(20)은, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함하는 배터리 랙을 다수 포함할 수 있다. 배터리 팩(10)은, 상하 방향으로 배열된 형태로 랙 케이스(미도시)에 수용되도록 구성될 수 있다. 랙 케이스 내부에는 복수 개의 배터리 팩(10)이 상하 방향으로 서로 이격되어 탑재될 수 있다. 랙 케이스는 복수 개의 배터리 팩(10) 사이가 상하 방향으로 연통되도록 개방된 구조를 가진 수납 공간을 구비할 수 있다. 상기 배터리 랙은 복수의 배터리 팩(10)의 최상부에 랙 BMS(Battery Management System)를 구비할 수 있다. 여기서, 랙 BMS는 배터리 랙에 구비된 복수의 배터리 팩(10)의 충방전을 중앙 제어하는 배터리 관리 시스템일 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 배터리 랙은 랙 버스바(도시하지 않음)를 통해 상호 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 시스템(20)은 본 발명에 따른 배터리 팩(10)을 포함함으로써, 배터리 팩(10)이 가진 이점을 그대로 활용할 수 있다. 배터리 팩(10)의 전기적 절연성 및 구조적 안전성이 확보되므로, 이를 포함하는 에너지 저장 시스템(20)은 안전하다. 배터리 팩(10)의 구조적 안전성이 확보되고 무게 절감이 되므로 배터리 팩(10)의 운반과 설치가 용이하다. 배터리 팩(10)의 재료비가 절감되고 생산성이 향상되므로, 이를 포함하는 에너지 저장 시스템(20)의 생산 비용도 낮출 수 있다.
본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
10 : 배터리 팩 20 : 에너지 저장 장치
100 : 셀 어셈블리 101 : 배터리 셀
102 : 전극 리드 110, 120 : 셀 적층체
K1 : 공기층 300 : 버스바 프레임 조립체
310 : 버스바 프레임 314 : 거치판
315 : 가이드 블록 320 : 버스바
400 : 외함 410 : 탑 커버
412 : 개구 420 : 베이스 플레이트
422 : 지지 프레임부 423 : 오목부
424 : 조립 벽체 424a : 수납부
427 : 프론트 플레이트 428 : 단차부
500 : 보강 부재 510 : 베이스 클립
700 : 터미널 블록 701 : 프론트 커버
702 : 스냅 핏

Claims (17)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 적어도 하나의 셀 어셈블리;
    상기 셀 어셈블리를 수납하는 외함으로서 외측면이 내측 방향으로 함몰된 형태로 마련되는 삽입부를 길이 방향을 따라 구비하는 외함; 및
    상기 삽입부에 삽입되는 막대형 보강 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외함은
    상기 배터리 셀이 안착되는 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트의 양측에 마련되며, 상기 삽입부를 구성하는 지지 프레임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와 상기 지지 프레임부는 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보강 부재는 한 쌍의 강관인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외함은 플라스틱 재질로 제작되고,
    상기 보강 부재는 금속 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보강 부재의 위치 고정을 위한 베이스 클립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀 어셈블리는 서로 나란하게 배치되는 복수의 셀 어셈블리이고,
    상기 셀 어셈블리는 버스바 프레임 조립체를 포함하며,
    상기 베이스 플레이트의 상기 지지 프레임부는,
    상기 셀 어셈블리의 배열 방향으로 연장되는 테두리 영역에 구비되고, 상기 셀 어셈블리의 배열 방향을 따라 소정 간격마다 상향 돌출되어 각 상기 셀 어셈블리의 상기 버스바 프레임 조립체를 지지하도록 마련된 것임을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 서로 이웃하는 상기 지지 프레임부 사이에 마련되는 오목부를 더 포함하고,
    각 상기 셀 어셈블리의 상기 버스바 프레임 조립체는 전기 절연성 소재의 버스바 프레임을 포함하며,
    상기 버스바 프레임은
    상기 지지 프레임부의 상면에 배치되는 거치판; 및
    대응하는 상기 오목부에 삽입 가능하도록 상기 거치판에서 하방 돌출된 안착 가이드 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 거치판과 상기 안착 가이드 블록은 상기 버스바 프레임에 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는 상면에 단차를 포함하고, 상기 안착 가이드 블록의 하면은 상기 단차에 부합되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 셀 어셈블리가 각각의 상기 안착 가이드 블록이 대응하는 상기 오목부에 삽입되어 상기 베이스 플레이트에 안착된 때, 각각의 상기 안착 가이드 블록과 상기 지지 프레임부는 상기 셀 어셈블리의 배열 방향을 따라 연속된 조립 벽체를 형성하도록 구성되고, 상기 조립 벽체가 상기 삽입부를 정의하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 안착 가이드 블록과 상기 지지 프레임부는 상기 보강 부재의 길이 방향 및 높이 방향으로 상기 보강 부재의 위치를 구속하며, 상기 보강 부재에 의해 상기 외함과 상기 버스바 프레임 조립체가 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서, 상기 조립 벽체는 상부 수용벽, 하부 수용벽 및 측부 수용벽을 포함하고,
    상기 보강 부재는 직육면체 강관이며,
    상기 강관의 상부는 상기 상부 수용벽에 접하고, 상기 강관의 하부는 상기 하부 수용벽에 접하며, 상기 강관의 일 측부는 상기 측부 수용벽과 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제2항에 있어서, 상기 외함은 상기 베이스 플레이트의 적어도 일측에 프론트 플레이트를 더 포함하고,
    상기 배터리 팩은 터미널 블록을 더 포함하며,
    상기 프론트 플레이트에 상기 터미널 블록의 이탈을 방지하는 스냅 핏 구조의 프론트 커버가 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서, 상기 베이스 플레이트와 상기 프론트 플레이트는 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제14항에 있어서, 상기 프론트 플레이트는 상기 베이스 플레이트의 일측 가장자리에 구비되는 수직인 판 형태이고,
    상기 프론트 플레이트의 외측면에 상기 터미널 블록이 장착되며,
    상기 배터리 팩은 개구가 형성된 탑 커버를 더 포함하여,
    상기 터미널 블록은 상기 탑 커버의 상기 개구를 통하여 상기 프론트 플레이트에 탈부착 가능하게 마련되는 상기 프론트 커버를 사용하여 노출 또는 차폐되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
PCT/KR2023/016672 2022-10-25 2023-10-25 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템 WO2024090994A1 (ko)

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