KR101776853B1

KR101776853B1 - 배터리 팩

Info

Publication number: KR101776853B1
Application number: KR1020150093143A
Authority: KR
Inventors: 임종대; 김정민; 권택만; 박상환; 한상훈; 최경희
Original assignee: 인지컨트롤스 주식회사
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-09-12
Also published as: KR20170003791A; WO2017003168A1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 선단에 각각 음극과 양극의 전극이 형성된 한 쌍의 배터리 셀과, 선단과 기단이 개방된 튜브형태의 케이스에 상기 배터리 셀이 수용되고 케이스의 기단에 제1커버가 설치되어 폐쇄되며, 케이스에서 돌출된 배터리 셀의 전극과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈과, 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩 하우징과, 상기 배터리 팩 하우징에 수용된 배터리 모듈의 버스 바와 각각 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압 센싱부와, 상기 전압 센싱부와 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압 편차를 조정하고 온도를 센싱하는 슬래브 BMS 모듈 및 상기 전압 센싱부 및 슬래브 BMS 모듈이 외부로 노출되지 않도록 배터리 팩 하우징에 설치되는 제2커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 개시된다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}

본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전장품의 조립 및 교체가 용이하고 구조가 간단하며, 배터리 셀에서 발생된 가스를 정해진 유로로 방출함과 동시에 외부에 대해 배터릭 팩의 기밀성을 확보하여 외부의 수분침투를 방지할 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차(Electric Vehicle: EV) 또는 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle: HEV)는 장래의 자동차 공해 및 에너지 문제를 해결할 수 있는 가장 가능성 높은 대안이라는 점에서 연구가 활발하게 진행되고 있다.

전기자동차는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 2차 전지로 이루어진 배터리를 주동력원으로 사용하고 있다.

한편, 전기자동차에 이용되는 배터리는 복수의 배터리 셀을 연결하여 하나의 모듈로 만들고, 이러한 모듈을 복수개로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 그리고, 이러한 배터리 팩을 전기자동차에 설치하여 전기자동차의 구동원으로 이용하고 있고 있다.

이러한 배터리 팩을 차체에 설치함에 있어서 배터리 팩을 냉각시키기 위한 냉각용 공기통로가 마련되고, 더불어 배터리 팩 내의 배터리 셀에서 발생한 가스를 외부로 배출하기 위한 가스배출유로가 마련되어 있다.

하지만, 종래기술에 따르면, 배터리 팩에 대한 냉각용 공기통로와 가스배출유로가 정확하게 구분되지 않기 때문에 배터리 팩에서 발생한 유해한 가스가 자동차의 실내공간으로 유입되거나 냉각용 공기통로를 통해 외부의 수분이 배터리 팩 내로 유입될 수 있는 문제가 있었다.

한편, 배터리 팩에는, 다수의 이차 전지와 함께 여러 개의 전기적 부품이 포함될 수 있으며, 이러한 전기적 부품들을 전장품(electrical equipment)이라고도 한다. 배터리 팩에 포함되는 전장품의 대표적인 예로는, 릴레이나 전류센서, 퓨즈, 배터리 관리부(BMS,Battery Managememt System) 등을 들 수 있다.

이러한 전장품들은 배터리 팩에 포함된 이차 전지의 충방전을 관리하고, 안전성을 확보하기 위한 구성요소로서, 대부분의 배터리 팩에 필수적으로 포함되는 구성요소라 할 수 있다.

종래 배터리 팩의 경우, 이러한 전장품들이 배터리 팩의 내부나 외부 등에 장착되어 있는데, 이러한 전장품의 배치 부분에 있어서 여러 문제점이 있다. 예를 들어, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 전장품을 장착하기 위한 공간을 확보하기 위해 배터리 팩의 부피가 증가하거나 이차 전지의 수납 공간이 감소하는 문제점이 있다.

또한, 종래 배터리 팩의 경우, 다수의 전장품 각각을 배터리 팩 내부나 외부에 배치 조립하는 작업이 용이하지 않고, 이차 전지가 구비된 배터리 모듈에 연결하는 작업 또한 쉽지 않다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 종래 배터리 팩의 경우, 전장품을 구성하는 각 부품이 고장으로 교체될 필요가 있는 경우, 전장품이 설치된 구조의 복잡성으로 인해 교체가 쉽지 않다는 문제점이 있다.

KR 10-1277250 B (2013.06.14)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전장품의 조립 및 교체가 용이하고 구조가 간단한 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 배터리 셀에서 발생된 가스를 배터리 팩의 외부로 방출함과 동시에 외부에 대해 배터리 팩의 기밀성을 효과적으로 확보하여 외부의 수분이 침투됨을 확실하게 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 배터리 셀에서 발생하는 열을 신속하게 방열할 수 있는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 선단에 각각 음극과 양극의 전극이 형성된 한 쌍의 배터리 셀과, 선단과 기단이 개방된 튜브형태의 케이스에 상기 배터리 셀이 수용되고 케이스의 기단에 제1커버가 설치되어 폐쇄되며, 케이스에서 돌출된 배터리 셀의 전극과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈과, 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩 하우징과, 상기 배터리 팩 하우징에 수용된 배터리 모듈의 버스 바와 각각 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압 센싱부와, 상기 전압 센싱부와 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압 편차를 조정하는 슬래브 BMS 모듈 및 상기 전압 센싱부 및 슬래브 BMS 모듈이 외부로 노출되지 않도록 배터리 팩 하우징에 설치되는 제2커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩에 의해 달성된다.

여기서, 상기 버스 바는 상기 한 쌍의 배터리 셀 사이에 위치하여 버스 바의 양측으로 배터리 셀의 전극이 위치되어 레이저 용접에 의해 접합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1커버는 상기 케이스의 기단 외측면을 감싸 복수 개의 배터리 모듈이 적층되었을 때 제1커버의 두께만큼 배터리 모듈들 간에 방열공간이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2커버는 상기 배터리 셀에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 가스배출장치가 마련되되, 상기 가스배출장치는 상기 제2커버를 관통하며 관통된 부분의 둘레에 러그가 형성된 소켓부와, 상기 소켓부에 대응하여 상기 제2커버의 내측에 마련되고, 상기 배터리 팩 하우징의 내부와 소통하는 제1가스배출공을 갖는 디가싱포트 바디(degassing port body) 및 상기 소켓부에 분리가능하게 결합되고, 내부에 제2가스배출공이 형성되어 상기 디가싱포트 바디에 형성된 제1가스배출공과 연통되는 디가싱 니플을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디가싱 니플은 상기 소켓부의 전방으로 연장되는 전방 돌출부와, 상기 전방 돌출부와 일체로 형성되어 그 내부에 상기 제2가스배출공이 형성되며, 상기 소켓부를 관통하여 디가싱포트 바디의 후방으로 연장되는 후방 돌출부 및 상기 전방 돌출부와 후방 돌출부의 경계에 형성되고, 상기 소켓부에 분리가능하게 결합되는 숄더를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 소켓부는 상기 디가싱 니플의 숄더와 마주하는 면에 제2가스켓이 안치되는 안치 홈이 형성되고, 상기 안치 홈의 중심에 상기 디가싱 니플의 후방 돌출부가 삽입되는 삽입 홀이 형성되되, 상기 삽입 홀은 그 내경에 상기 후방 돌출부의 기단에 형성된 시건 돌기가 통과하는 시건 홈이 형성되어 상기 소켓부에 디가싱 니플이 결합된 후에 회전하는 것에 따라 상기 시건 돌기가 상기 디가싱포트 바디를 소켓부로 밀착시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 디가싱포트 바디는 상기 후방 돌출부가 관통하여 상기 시건 돌기와 접촉하는 면에 가이드 경사면을 형성하여 상기 후방 돌출부가 회전하는 것에 따라 상기 시건 돌기가 가이드 경사면을 압박하여 상기 디가싱포트 바디를 소켓부로 밀착시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소켓부에 결합된 디가싱 니플이 임의적으로 분리되는 것을 단속하는 회전방지 스토퍼가 마련되되, 상기 회전방지 스토퍼는 상기 디가싱 니플의 숄더와 일체로 형성되고 상기 소켓부를 향해 돌출된 걸림 돌기 및 상기 소켓부의 러그를 따라 형성되고 상기 걸림 돌기가 회전하면서 삽입되는 삽입공간이 형성된 걸림 턱을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 러그는 상기 걸림 돌기가 상기 걸림 턱에 형성된 삽입공간으로부터 무단 이탈하지 않도록 방지하는 이탈방지 턱이 마련되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 배터리 팩 하우징은 그 양측면이 개방되어 상기 배터리 모듈의 케이스가 외부로 노출되고, 상기 노출된 배터리 팩 하우징에 워터자켓이 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이스는 그 내부의 양측에 스페이서가 형성되어 한 쌍의 배터리 셀이 케이스의 내부에 수용되었을 때 배터리 셀 간을 이격시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 스페이서는 선단이 상기 버스 바와 나사 체결되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 슬래브 BMS 모듈은 상기 배터리 셀들의 과충전, 과방전, 과전류 발생 여부 또는 허용전류 통전 여부 중 적어도 어느 하나를 감지하거나, 상기 배터리 셀의 충방전 상태를 실시간으로 감지하는 배터리셀 모니터링부와, 상기 배터리셀 모니터링부에서 감지되는 상기 배터리셀들의 충방전 상태를 기반으로 각각의 상기 배터리 셀에 인가되는 충전 전류나 충전 전압을 조절하여 보정하는 인가전원 보정부와, 상기 배터리 셀에 외부의 전원을 공급 또는 차단하거나, 상기 배터리 셀의 방전을 차단하는 스위칭부와, 상기 배터리셀 모니터링부의 감지신호에 따라 상기 인가전원 보정부나 상기 스위칭부의 작동을 제어하는 제어부 및 상기 배터리셀 모니터링부, 상기 인가전원 보정부, 상기 스위칭부 및 상기 제어부 중 적어도 어느 하나의 작동상태를 외부의 마스터 BMS 모듈에 전송하거나 상기 마스터 BMS 모듈로부터 인가되는 제어신호를 상기 제어부에 전송하는 통신부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬래브 BMS 모듈은 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 온도센서에서 인가되는 측정온도 및 기 설정된 허용온도를 비교하여 상기 제어부나 상기 통신부에 제공하는 온도 비교부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 상기 온도센서의 측정온도가 상기 설정된 허용온도 보다 높으면, 상기 배터리 셀에 공기를 송풍하는 송풍팬을 작동시키는 송풍팬 작동부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 한 쌍의 배터리 셀이 케이스에 수용되고 버스 바와 제1커버가 설치되어 배터리 모듈을 형성하게 되며, 이러한 복수 개의 배터리 모듈이 적층된 상태로 배터리 팩 하우징에 수용됨으로써, 그 구조가 간단할 뿐만 아니라 전장품의 조립 및 교체가 용이하다.

또한, 복수 개의 배터리 모듈이 적층되어 배터리 팩 하우징에 수용될 때 배터리 모듈의 케이스 기단에 설치된 제1커버에 의해 배터리 모듈 간에 방열공간이 형성되어 배터리 셀에서 발생하는 열을 신속하게 방열시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩 하우징의 양 측면이 개방되고 개방된 부분에 워터자켓이 설치되어 수냉식 구조를 갖게 되어 배터리 모듈의 작동에 따라 발생하는 열이 워터자켓에 의해 신속하게 냉각된다.

그리고, 본 발명에 의하면 배터리 셀에서 발생하는 가스가 디가싱 니플의 제2가스배출공을 통해 배터리 팩 하우징의 외부로 배출됨으로써, 전기자동차의 내부로 유해 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 디가싱 니플을 기밀하게 설치할 수 있어 외부의 수분이 배터리 팩 하우징의 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 슬래브 BMS 모듈이 마련되어 배터리 셀들의 충전 및 방전을 보다 효율적으로 관리할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도 4는 및 도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 모듈과 배터리 팩 하우징의 분해 및 결합을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 모듈들 간에 형성되는 방열공간을 나타낸 부분 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 전압 센싱부의 장착을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 슬래브 BMS 모듈과 제2커버의 장착을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 팩 하우징에 워터자켓이 장착되는 것을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 출력단자의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 출력단자의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 제2커버에 마련되는 가스배출장치를 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 제2커버에 형성된 소켓부를 나타낸 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 슬래브 BMS 모듈을 나타낸 개략도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 한 쌍의 배터리 셀(10), 배터리 셀(10)이 수용되는 복수 개의 배터리 모듈(100), 배터리 모듈(100)을 수용하는 배터리 팩 하우징(200), 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(300), 배터리 셀(10)의 전압 편차를 조정하고 온도를 센싱하는 슬래브 BMS 모듈(400), 배터리 팩 하우징(200)의 선단에 설치되는 제2커버(500)로 구성된다.

부연하자면, 배터리 셀(10)은 선단에 각각 음극과 양극의 전극(12)이 형성되어 상기 전극(12)을 통해 배터리 셀(10)에 저장된 전기 에너지를 출력하게 된다. 이러한 배터리 셀(10)은 파우치의 형태를 갖고 서로 마주하게 적층된 상태로 배터리 모듈(100)의 케이스(110)에 수용된다. 이를 도 2 및 도 3에 의거하여 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도 및 결합 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 배터리 셀(10)을 수용하는 배터리 모듈(100)은 케이스(110), 제1커버(120), 버스 바(130)로 구성된다.

부연하자면, 케이스(110)는 선단과 기단이 개방된 튜브형태로 이루어져 배터리 셀(10)이 케이스(110)의 내부에 수용된다. 그리고, 케이스(110)의 개방된 기단은 제1커버(120)가 설치되어 폐쇄된다. 이때, 제1커버(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 기단 외측면을 감싸는 구조로 이루어져 복수 개의 배터리 모듈(100)이 적층되었을 때 제1커버(120)의 두께만큼 배터리 모듈(100)들 간에 방열공간(S)이 형성된다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 기단에 제1커버(120)가 설치되고, 이러한 상태로 배터리 모듈(100)이 적층되는 경우 케이스(110)와 케이스(110) 사이에 방열공간(S)이 형성되며, 이러한 방열공간(S)을 통해 배터리 셀(10)에서 발생하는 열이 방출되어 신속하게 배터리 모듈(100)을 냉각시킬 수 있다.

그리고, 배터리 셀(10)이 수용되는 케이스(110)는 그 내부의 양측으로 스페이서(111)가 형성되어 한 쌍의 배터리 셀(10)이 케이스(110)의 내부에 수용되었을 때 배터리 셀(10) 간을 이격시키게 된다.

이렇게, 케이스(110)의 내부에 형성되는 스페이서(111)는 도 2의 원안에 도시된 바와 같이 케이스(110)의 내부 양측 선단에서 기단을 향해 연장된다. 이에 따라 케이스(110)의 내부에 한 쌍의 배터리 셀(10)이 수용되면 스페이서(111)의 양측으로 배터리 셀(10)이 위치하게 된다.

이렇게 케이스(110)의 내부에 스페이서(111)가 형성되면 한 쌍의 배터리 셀(10)이 케이스(110)에 수용되었을 때 배터리 셀(10)의 위치를 셋팅할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 셀(10)이 케이스(110) 내부에서 움직이지 않도록 고정하게 된다.

한편, 버스 바(130)는 케이스(110)의 선단으로 돌출된 배터리 셀(10)의 전극과 전기적으로 연결되는 것으로, 이러한 버스 바(130)는 케이스(110) 내부에 수용된 한 쌍의 배터리 셀(10)에 각각 형성된 전극(12) 간의 폭 만큼에 해당하는 너비를 갖는 구조물(131)과 상기 구조물(131)의 외측면에 형성되며 배터리 셀(10)의 전극(12)과 접촉하는 도체로 이루어진 전극부(132)로 구성된다.

이때, 전극부(132)는 구리와 같은 도체로 이루어진 얇은 판의 형상을 갖되, 구조물(131)의 외측면을 감싸도록 절곡되어 버스 바(130)가 배터리 셀(10) 간에 위치하게 되었을 때 버스 바(130)의 전극부(132)가 배터리 셀(10)에 형성된 전극(12)과 면접촉하게 된다. 이와 같이, 버스 바(130)의 전극부(132)와 배터리 셀(10)의 전극(12)이 면접촉하게 되며, 레이저 용접에 의해 버스 바(130)의 전극부(132)와 배터리 셀(10)의 전극(12)을 용접하게 된다.

이와 같이 한 쌍의 배터리 셀(10)과 전기적으로 연결되는 버스 바(130)는 볼트에 의해 케이스(110)와 나사 체결된다. 이를 위해, 버스 바(130)의 구조물(131)에는 제1관통 홀(131a)이 형성되고, 케이스(110)의 스페이서(111)에는 제1체결 홀(111a)이 형성되어 제1볼트가 제1관통 홀(131a)을 관통하여 스페이서(111)의 제1체결 홀(111a)과 나사 체결되어 버스 바(130)가 케이스(110)와 고정된다.

상기와 같은 구조를 갖는 배터리 모듈(100)은 복수 개가 적층된 상태로 배터리 팩 하우징(200)에 의해 수용된다. 이를 도 4 및 도 5에 의거하여 설명한다.

도 4는 및 도 5는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 모듈과 배터리 팩 하우징의 분해 및 결합을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 배터리 팩 하우징(200)은 도면에 도시된 바와 같이 좌우반체로 구성되어 복수 개의 배터리 모듈(100)이 적층되었을 때 좌우반체로 구성된 배터리 팩 하우징(200)이 배터리 모듈(100)의 양 측면에서 결합된다.

이때, 좌우반체로 구성된 배터리 팩 하우징(200)은 서로 맞닿는 부분에 플랜지(230)가 형성되어 좌우반체의 배터리 팩 하우징(200)이 결합되어 복수 개의 배터리 모듈(100)을 수용했을 때 플랜지(230) 부분이 열융착에 의해 일체화된다.

또한, 배터리 팩 하우징(200)은 복수 개의 배터리 모듈(100)을 안정적으로 고정할 수 있게 제2체결 홀(211)이 형성되고, 제2체결 홀(211)에 대응하여 각 버스 바(130)의 구조물(131)에 제2관통 홀(131b)이 형성되어 제2볼트가 제2관통 홀(131b)을 관통하여 배터리 팩 하우징(200)에 형성된 제2체결 홀(211)과 나사 체결되어 각 배터리 모듈(100)이 배터리 팩 하우징(200)과 고정된다.

한편, 상기와 같이 배터리 팩 하우징(200)에 복수 개의 배터리 모듈(100)이 수용되면 각 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 전압 센싱부(300)가 설치된다. 이를 도 7에 의거하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 전압 센싱부의 장착을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 전압 센싱부(300)는 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 것으로 도 7에 도시된 바와 같이 배터리 팩 하우징(200)에 수용된 배터리 모듈(100)의 버스 바(130)와 각각 전기적으로 연결되어 각 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하게 된다.

이러한 전압 센싱부(300)는 각 배터리 모듈(100)의 버스 바(130)와 전기적으로 연결되는 도선과 도선이 인출되며 배터리 셀(10)의 전압을 센싱하는 회로가 구성된 인쇄회로기판으로 구현될 수 있다.

그리고, 전압 센싱부(300)의 상부에는 슬래브 BMS 모듈(BMS,Battery Managememt System)(400)이 설치된다. 이를 도 8에 의거하여 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 슬래브 BMS 모듈과 제2커버의 장착을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 슬래브 BMS 모듈(400)은 전압 센싱부(300)와 전기적으로 연결되어 배터리 셀(10)의 전압 편차를 조정하고 온도를 센싱하는 것으로, 전압 센싱부(300)를 통해 각 배터리 셀(10)의 전압이 센싱되면 이를 토대로 슬래브 BMS 모듈(400)이 각 배터리 셀(10)의 전압 편차를 조정하여 안정적으로 배터리 셀(10)로부터 전기 에너지를 방출 또는 충전하게 된다.

이와 함께 슬래브 BMS 모듈(400)은 각 배터리 셀(10)의 온도를 센싱하여 비정상적으로 배터리 셀(10)의 온도가 상승하게 되는 경우 해당 배터리 셀(10)의 작동을 제어하게 된다.

이러한 슬래브 BMS 모듈(400)은 전압 센싱부(300)의 상부에 이격되도록 설치되며, 이때, 슬래브 BMS 모듈(400)과 전압 센싱부(300)는 터미널단자와 같은 전기적 연결구조에 의해 연결된다. 이때, 터미널단자는 슬래브 BMS 모듈(400)과 전압 센싱부(300)를 이격시키는 스페이서의 역할을 겸할 수 도 있다.

이와 같은 터미널단자는 예를 들어 전압 센싱부(300)에 배터리 셀(10)들과 전기적으로 연결되는 암커넥터가 마련되고, 암커넥터에 대응하여 슬래브 BMS 모듈(400)에 수커넥터가 마련되어 전압 센싱부(300)와 슬래브 BMS 모듈(400)이 암커넥터와 수커넥터의 결합에 의해 이루어질 수 있다.

상기와 같이 복수 개의 배터리 모듈(100)을 수용한 배터리 팩 하우징(200)에 전압 센싱부(300) 및 슬래브 BMS 모듈(400)이 설치되면, 배터리 팩 하우징(200)의 선단에 제2커버(500)가 설치되어 전압 센싱부(300) 및 슬래브 BMS 모듈(400)이 외부로 노출되지 않도록 보호하게 된다.

이때, 제2커버(500)는 전압 센싱부(300)와 슬래브 BMS 모듈(400)을 이격시키도록 개구가 형성되어 개구의 일부가 전압 센싱부(300)와 슬래브 BMS 모듈(400) 사이에 위치될 수 있으며, 이렇게, 개구를 통해 슬래브 BMS 모듈(400)이 제2커버(500)의 선단에 위치하게 될 때 외부로 노출된 슬래브 BMS 모듈(400)을 감싸 보호하는 보조커버(560)가 마련될 수 있다.

또한, 제2커버(500)는 제3관통 홀(501)이 형성되고, 상기 제3관통 홀(501)에 대응하여 배터리 팩 하우징(200)에 제3체결 홀(212)이 형성되어 제3볼트에 의해 제2커버(500)가 배터리 팩 하우징(200)에 고정된다.

또한, 제2커버(500)는 일측에 각 배터리 모듈(100)로부터 전기 에너지를 공급받는 출력단자(140)가 인출되는 인출 홀(502)이 형성된다. 이때, 제2커버(500)에 형성된 인출 홀(502)을 통해 인출되는 출력단자(140)는 도 1 또는 도 9에 도시된 바와 같은 리드 선에 의해 구현될 수도 있지만 경우에 따라서는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 출력단자(140)가 볼트와 같은 구조로 이루어질 수도 있다.

이때, 제2커버(500)의 외부로 볼트와 같은 출력단자(140)가 돌출될 때 인출 홀(502)의 주변에 실링부재(141)가 마련되어 볼트와 같은 출력단자(140)가 인출 홀(502)을 통해 배터리 모듈(100)의 버스 바(130)와 전기적으로 연결된다. 이와 같이 볼트와 같은 구조를 갖는 출력단자(140)와 제2커버(500) 사이에 실링부재(141)가 마련되는 경우 배터리 팩의 기밀성을 효과적으로 확보할 수 있다.

한편, 상기와 같이 복수 개의 배터리 모듈(100)을 수용하게 되는 배터리 팩 하우징(200)은 그 양측면이 개방된 구조를 갖게 된다. 이를 도 9에 의거하여 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 배터리 팩 하우징에 워터자켓이 장착되는 것을 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 배터리 팩 하우징(200)은 그 양측면이 개방되어 배터리 팩 하우징(200)에 복수 개의 배터리 모듈(100)이 수용되었을 때 배터리 모듈(100)이 배터리 팩 하우징(200)의 외부로 노출된다.

이와 같이 배터리 모듈(100)이 배터리 팩 하우징(200)의 외부로 노출되면, 워터자켓(600)이 배터리 팩 하우징(200)의 개방된 부분에 설치된다. 이때 워터자켓(600)과 배터리 모듈(100)은 면접촉을 하도록 설치되어 배터리 모듈(100)의 작동에 따라 발생하는 열이 워터자켓(600)에 의해 냉각된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배터리 팩에 의하면, 한 쌍의 배터리 셀(10)이 케이스(110)에 수용되고 버스 바(130)와 제1커버(120)가 설치되어 배터리 모듈(100)을 형성하게 되며, 이러한 복수 개의 배터리 모듈(100)이 적층된 상태로 배터리 팩 하우징(200)에 수용됨으로써, 그 구조가 간단할 뿐만 아니라 전장품의 조립 및 교체가 용이하다.

또한, 복수 개의 배터리 모듈(100)이 적층되어 배터리 팩 하우징(200)에 수용될 때 배터리 모듈(100)의 케이스(110) 기단에 설치된 제1커버(120)에 의해 배터리 모듈(100) 간에 방열공간(S)이 형성되어 배터리 셀(10)에서 발생하는 열을 신속하게 방열시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩 하우징(200)의 양 측면이 개방되고 개방된 부분에 워터자켓(600)이 설치되어 수냉식 구조를 갖게 되어 배터리 모듈(100)의 작동에 따라 발생하는 열이 워터자켓(600)에 의해 신속하게 냉각된다.

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

예를 들어, 제2커버(500)에 가스배출장치가 마련되어 배터리 셀(10)에서 발생하는 가스를 정해진 유로를 통해 외부로 방출하여 가스가 차량의 실내로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이를 도 12 및 도 13에 의거하여 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 제2커버에 마련되는 가스배출장치를 나타낸 사시도이고, 도 13은 본 발명에 따른 배터리 팩 중 제2커버에 형성된 소켓부를 나타낸 단면도이다.

도면을 참조하여 설명하면, 제2커버(500)에 마련되는 가스배출장치는 제2커버(500)의 일측에 소켓부(510)가 형성되고, 소켓부(510)에 대응하여 제2커버(500)의 내측에 마련되는 디가싱포트 바디(520), 소켓부(510)에 분리가능하게 결합되는 디가싱 니플(530)로 구성된다.

소켓부(510)는 제2커버(500)의 일측을 관통하여 형성되는데, 이를 위해 소켓부(510)는 디가싱 니플(530)이 삽입되는 삽입 홀(513)이 형성되어 디가싱 니플(530)이 소켓부(510)에 조립될 때 디가싱 니플(530)의 일부가 삽입 홀(513)을 통해 배터리 팩 하우징(200)의 일측을 관통하게 된다.

또한, 소켓부(510)에 형성된 삽입 홀(513)의 둘레를 따라 러그(511)가 형성되는데, 러그(511)는 삽입 홀(513)이 형성된 배터리 팩 하우징(200)의 일측보다 두꺼운 두께를 갖도록 형성되어 러그(511)에 의해 삽입 홀(513)이 보강된다.

그리고, 상기와 같이 제2커버(500)의 일측에 마련된 소켓부(510)는 디가싱 니플(530)이 결합되어 배터리 셀에서 발생되는 가스를 배터리 팩 하우징(200)의 외부로 배출시키게 된다. 이와 같이 소켓부(510)에 디가싱 니플(530)이 설치될 때 소켓부(510)와 디가싱 니플(530)을 더욱 기밀하게 할 수 있게 제2가스켓(550)이 개재된다.

이때, 제2가스켓(550)은 탄성복원력이 발휘되는 고무, 우레탄과 같은 재질로 이루어져 디가싱 니플(530)이 소켓부(510)의 전면을 향해 이동하는 것에 따라 제2가스켓(550)이 변형되면서 디가싱 니플(530)과 소켓부(510)의 전면 사이의 틈새를 기밀하게 유지시키게 된다.

이러한 제2가스켓(550)은 소켓부(510)의 러그(511)에 형성된 안치 홈(512)에 안치되어 디가싱 니플(530)이 소켓부(510)에 조립될 때 제2가스켓(550)이 디가싱 니플(530)에 압박되면서 소켓부(510)와 디가싱 니플(530) 사이의 틈새를 더욱 견고하게 기밀하게 된다.

그리고, 소켓부(510)에 대응하여 배터리 팩 하우징(200)의 내측에는 디가싱포트 바디(degassing port body)(520)가 마련되는데, 디가싱포트 바디(520)에는 배터리 팩 하우징(200)의 내부와 소통하는 제1가스배출공(521)이 형성되며, 이러한 제1가스배출공(521)은 배터리 팩 하우징(200)의 일측에 형성된 소켓부(510)에 결합되는 디가싱 니플(530)에 형성된 제2가스배출공(531)과 연통된다.

이때, 디가싱포트 바디(520)와 소켓부(510)의 내면 사이에 제1가스켓(540)이 개재되어 디가싱포트 바디(520)와 소켓부(510)의 내면 사이를 더욱 견고하게 밀착시켜 기밀성을 향상시키게 된다.

이렇게, 디가싱포트 바디(520)와 소켓부(510)의 내면 사이에 개재되는 제1가스켓(540)은 탄성복원력이 발휘되는 고무, 우레탄과 같은 재질로 이루어져 디가싱포트 바디(520)가 소켓부(510)의 내면을 향해 이동하는 것에 따라 제1가스켓(540)이 변형되면서 디가싱포트 바디(520)와 소켓부(510)의 내면 사이의 틈새를 기밀하게 유지시키게 된다.

한편, 배터리 팩 하우징(200)에 마련되는 소켓부(510)에 조립되는 디가싱 니플(530)은 전방 돌출부(532),후방 돌출부(533), 숄더(534)로 구성되는데, 전방 돌출부(532)는 소켓부(510)의 전방으로 연장되며, 후방 돌출부(533)는 상기 전방 돌출부(532)와 일체로 형성되며 그 내부에 제2가스배출공(531)이 형성된다.

이와 같이 전방 돌출부(532)와 일체로 형성되는 후방 돌출부(533)는 소켓부(510)에 결합되었을 때 소켓부(510)를 관통하여 디가싱포트 바디(520)의 후방으로 연장된다.

또한, 전방 돌출부(532)와 후방 돌출부(533)의 경계에 숄더(534)가 형성되는데, 숄더(534)는 전방 돌출부(532) 또는 후방 돌출부(533)보다 큰 외경을 형성하는데, 바람직하게 숄더(534)의 외경은 소켓부(510)에 형성된 삽입 홀(513)보다 크게 형성되어 후방 돌출부(533)를 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 삽입하였을 때 숄더(534)와 배터리 팩 하우징(200)의 일측이 서로 마주보게 된다.

또한, 디가싱 니플(530)의 후방 돌출부(533)에는 시건 돌기(533a)가 형성되고, 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에는 상기 시건 돌기(533a)가 통과하는 시건 홈(513a)이 형성되어 디가싱 니플(530)의 후방 돌출부(533)가 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 삽입될 때 시건 돌기(533a)와 시건 홈(513a)이 동일 선상을 유지한 상태에서 후방 돌출부(533)가 삽입 홀(513)을 향해 직선 이동하여 시건 돌기(533a)가 시건 홈(513a)을 통과한 후 회전하는 것에 따라 시건 돌기(533a)가 디가싱포트 바디(520)를 소켓부(510)로 밀착시키게 된다.

즉, 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 형성된 시건 홈(513a)은 디가싱 니플(530)의 후방 돌출부(533)에 형성된 시건 돌기(533a)에 부합하는 형상으로 이루어져 후방 돌출부(533)가 삽입 홀(513)에 삽입되었을 때 시건 돌기(533a)가 시건 홈(513a)을 통과하여 배터리 팩 하우징(200)의 내측으로 연장된다.

이와 같은 상태에서 디가싱 니플(530)이 회전하는 것에 따라 후방 돌출부(533)의 시건 돌기(533a)와 삽입 홀(513)의 시건 홈(513a)은 서로 엇갈린 상태를 갖게 되어 디가싱 니플(530)이 배터리 팩 하우징(200)의 전방으로 직선 이동하여도 시건 돌기(533a)가 디가싱포트 바디(520)에 걸림되어 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 소켓부(510)에 대응하여 배터리 팩 하우징(200)의 내측에 마련된 디가싱포트 바디(520)에는 소켓부(510)의 삽입 홀(513)을 관통한 후방 돌출부(533)의 시건 돌기(533a)와 접촉하는 면에 가이드 경사면(142)이 형성된다.

이에 따라, 디가싱 니플(530)의 후방 돌출부(533)가 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 삽입되어 회전하는 것에 따라 시건 돌기(533a)가 디가싱포트 바디(520)에 형성된 가이드 경사면(142)을 압박하여 디가싱포트 바디(520)를 소켓부(510)로 밀착시키게 된다.

한편, 디가싱 니플(530)과 소켓부(510)에는 디가싱 니플(530)이 소켓부(510)에 결합되었을 때 임의적으로 분리되는 것을 단속하기 위해 회전방지 스토퍼가 마련된다. 이러한 회전방지 스토퍼는 디가싱 니플(530)의 숄더(534)와 일체로 형성되고, 소켓부(510)를 향해 돌출된 걸림 돌기(534a) 및 소켓부(510)의 러그(511)를 따라 형성되고, 상기 걸림 돌기(534a)가 회전하면서 삽입되는 삽입공간이 형성된 걸림 턱(511a)으로 구성된다.

이러한 걸림 턱(511a)은 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 형성된 시건 홈(513a)과 엇갈리게 배열되어 디가싱 니플(530)의 후방 돌출부(533)가 회전하는 것에 따라 숄더(534)와 일체로 형성된 걸림 돌기(534a)가 걸림 턱(511a)에 걸림되어 디가싱 니플(530)의 회전을 차단하게 된다.

그리고, 상기와 같이 걸림 돌기(534a)가 걸림 턱(511a)과 러그(511) 사이에 형성된 삽입공간에 삽입될 때 걸림 턱(511a)이 걸림되어 디가싱 니플(530)이 임의적으로 회전하지 않도록 이탈방지 턱(511b)이 마련되는데, 이탈방지 턱(511b)은 바람직하게 걸림 턱(511a)과 마주하는 러그(511)의 외주면에 형성된다.

이때, 이탈방지 턱(511b)은 걸림 턱(511a)에 대응하는 러그(511)의 외경에 형성되는데, 이때 걸림 돌기(534a)의 두께보다 러그(511)와 걸림 턱(511a) 사이의 공간이 좁게 형성되도록 이탈방지 턱(511b)이 걸림 턱(511a)을 향해 돌출된다.

이에 따라, 디가싱 니플(530)이 소켓부(510)의 삽입 홀(513)에 결합된 상태에서 회전하게 되면, 숄더(534)의 걸림 돌기(534a)가 걸림 턱(511a)과 러그(511) 사이에 형성된 삽입공간에 원활하게 삽입되지만, 이와는 반대로 삽입공간에 위치한 걸림 돌기(534a)가 삽입공간에서 이탈할 때에는 이탈방지 턱(511b)에 걸림되어 임의적으로 디가싱 니플(530)이 회전하는 것을 방지하게 된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배터리 팩의 가스배출장치에 의하면, 배터리 셀에서 발생하는 가스가 디가싱 니플(530)의 제2가스배출공(531)을 통해 배터리 팩 하우징(200)의 외부로 배출됨으로써, 전기자동차의 내부로 유해 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 디가싱 니플(530)을 제2커버(500)에 기밀하게 설치할 수 있어 외부의 수분이 배터리 팩 하우징(200)의 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 슬래브 BMS 모듈(400)에 의해 배터리 셀(10)의 과충전 또는 과방전을 방지하여 배터리 셀(10)을 안정적이고 효과적으로 관리할 수 있다. 이를 도 14에 의거하여 설명한다.

도 14는 본 발명에 따른 배터리 팩 중 슬래브 BMS 모듈을 나타낸 개략도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 슬래브 BMS 모듈(400)는 배터리셀 모니터링부(410), 인가전원 보정부(420), 스위칭부(430), 제어부(440), 통신부(460)로 구성된다.

부연하자면, 배터리셀 모니터링부(410)는 상기 배터리 셀(10)들의 과충전, 과방전, 과전류 발생 여부 또는 허용전류 통전 여부 중 적어도 어느 하나를 감지하거나, 배터리 셀(10)의 충방전 상태를 실시간으로 감지하게 된다.

이러한 배터리셀 모니터링부(410)는 예컨대, 통상의 과충전 보호회로, 과방전 보호회로, 과전류 보호회로, 전류 감지회로 또는 SOC(State of Charge) 등으로 구성할 수 있다.

인가전원 보정부(420)는 배터리셀 모니터링부(410)에서 감지되는 배터리 셀(10)들의 충방전 상태를 기반으로 각각의 배터리 셀(10)에 인가되는 충전 전류나 충전 전압을 조절하여 보정하게 된다. 이러한 인가전원 보정부(420)는 예컨대, 통상의 저항이나 CC/CV모드 변경 회로로 구성할 수 있다.

스위칭부(430)는 배터리 셀(10)에 외부의 전원을 공급 또는 차단하거나, 배터리 셀(10)의 방전을 차단하게 되는데, 스위칭부(430)는 예컨대, 배터리 셀(10)의 충전을 제어(충전 또는 충전 중단)하는 충전 릴레이 및/또는 상기 배터리 셀의 방전을 제어(방전 또는 방전 중단)하는 방전 릴레이로 구성할 수 있다.

제어부(440)는 배터리셀 모니터링부(410)의 감지신호에 따라 인가전원 보정부(420)나 스위칭부(430)의 작동을 제어하게 되며, 통신부(460)는 배터리셀 모니터링부(410), 인가전원 보정부(420), 스위칭부(430) 및 제어부(440) 중 적어도 어느 하나의 작동상태를 외부의 마스터 BMS 모듈(450)에 전송하거나 마스터 BMS 모듈(450)로부터 인가되는 제어신호를 제어부(440)에 전송하게 된다.

이와 같은 구성을 갖는 슬래브 BMS 모듈(400)의 작동을 설명하면, 제어부(440)는 배터리 셀(10)의 과충전(예: 55.25V 이상) 시 스위칭부(430)의 충전 릴레이를 OFF하여 충전을 중단시키고, 배터리 셀(10)에 충전이 필요(예: 52.6V 이하)할 경우 충전 릴레이를 ON하여 상기 배터리 셀(10)을 다시 충전시킨다.

이때, 충전 릴레이는 OFF시 배터리 셀로 공급되는 외부의 전원을 차단하여 충전을 중단시키고, ON시 배터리 셀로 외부의 전원을 공급하여 다시 충전시킨다.

이와 달리, 제어부(440)는 배터리 셀(10)의 과방전(예: 41.6V 이하) 시 스위칭부(430)의 방전 릴레이를 ON시켜서 방전을 중단시키고, 배터리 셀(10)이 방전 가능한 전압(예: 39V 이상)으로 복원될 경우 다시 방전 릴레이를 OFF하여 상기 배터리 셀(10)을 방전시킨다.

이때, 방전 릴레이는 배터리 셀(10)로의 충전 전원이 인가되는 도선과 접속되어 OFF되고, 도선과 접속이 중단되면서 ON된다. 따라서, 방전 릴레이는 ON/OFF 동작에 의한 스위칭 작동을 통해 배터리 셀(10)을 방전시키거나 방전을 중단시킨다.

이와 또 달리, 제어부(440)는 배터리 셀(10)의 충전시 또는 방전시 과전류가 발생될 경우, 충전 릴레이를 OFF시켜서 충전을 중단시키거나, 방전 릴레이를 ON시켜서 방전을 중단시키며, 과전류의 발생이 중단될 경우 다시 충전 릴레이나 방전 릴레이를 반대로 작동시켜서 배터리 셀을 다시 충전 또는 방전시킨다.

이와 또 달리, 제어부(440)는 설정된 충전 허용전류(예: 5A 이하) 또는 설정된 방전 허용전류(예: 8A 이하)와 상이한 전류가 통전될 경우 충전 릴레이 및/또는 방전 릴레이를 전술한 바와 같이 작동시켜서 충전 및 방전을 중단시킨다.

한편, 제어부(440)는 배터리셀 모니터링부(410)에서 인가되는 감지신호, 즉 배터리 셀(10)들의 과충전, 과방전, 과전류 발생 여부, 허용전류 통전 여부 및 배터리 셀(10)의 실시간 충방전 상태를 통신부를 통해 마스터 BMS 모듈(450)에 전송한다.

그리고, 제어부(440)는 통신부(460)를 통해 마스터 BMS 모듈(450)에서 인가되는 배터리 셀(10)의 작동에 필요한 각종 제어신호를 수신하여 배터리셀 모니터링부(410)나 인가전원 보정부(420) 또는 스위칭부(430)의 작동을 제어한다.

한편, 제어부(440)는 배터리셀 모니터링부(410)에서 인가되는 감지신호를 통해 배터리 셀(10)들 중 어느 하나가 완충되고 다른 하나가 미완충된 것으로 확인될 경우, 완충된 배터리 셀(10)로 인가되는 충전 전류를 저항과 같은 소자로 이루어진 인가전원 보정부(420)를 통해 패시브 방식으로 소산시켜서 충전 전류를 완충된 배터리 셀(10)에 적합하게 보정한다. 즉, 제어부(440)는 미완충된 배터리 셀(10)만 지속적으로 충전되도록 완충된 배터리 셀(10)로 인가되는 충전 전류를 소산시킨다.

이와 달리, 제어부(440)는 배터리셀 모니터링부(410)에서 인가되는 감지신호를 통해 배터리 셀(10)의 충전상태가 설정된 레벨을 초과할 경우, CC/CV모드 변환회로로 구성된 인가전원 보정부(420)를 통해 CC모드(정전류 모드)로 배터리 셀(10)을 충전시켜서 배터리 셀(10)을 보호하고, 설정된 레벨에 미달할 경우 CV모드(정전압 모드)로 배터리 셀(10)을 충전시켜서 상기 배터리 셀(10)을 신속하게 충전시킨다.

한편, 슬래브 BMS 모듈(400)은 온도센서(470) 및 온도 비교부(480)를 더 포함할 수 있다. 부연하자면, 온도센서(470)는 배터리 셀(10)들의 온도를 측정하게 되며 온도 비교부(480)는 온도센서(470)에서 인가되는 측정온도 및 기 설정된 허용온도를 비교하여 제어부(440)나 통신부(460)에 제공하게 된다.

이러한, 온도 비교부(480)는 기 설정된 허용온도(예: 최고 영상 70도) 및 온도센서(470)의 측정온도를 비교하여 측정온도가 최고 온도보다 높을 경우 마스터 BMS 모듈(450)로 이에 해당하는 신호 또는 경고신호를 인가한다.

그리고, 제어부(440)는 측정온도가 최고 온도보다 높을 경우 충전 릴레이나 방전 릴레이를 OFF시키고, 배터리 셀(10)들의 온도가 다시 정상상태로 돌아올 경우 충전 릴레이나 방전 릴레이를 ON시켜 배터리 셀(10)이 과열되는 것을 방지하게 된다.

한편, 슬래브 BMS 모듈(400)은 송풍팬 작동부(490)를 더 포함할 수 있는데, 송풍팬 작동부(490)는 배터리 셀(10)에 공기를 송풍하는 송풍팬(F)과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제어부(440)는 온도센서(470)의 측정온도가 설정된 허용 온도보다 높으면, 송풍팬 작동부(490)를 통해 송풍팬(F)을 작동시켜 배터리 셀(10)에 공기를 송풍하여 강제 냉각시켜 배터리 팩이 과열되는 것을 방지하게 된다.

10 : 배터리 셀 12 : 전극
100 : 배터리 모듈 110 : 케이스
111 : 스페이서 111a : 제1체결 홀
120 : 제1커버 130 : 버스 바
131 : 구조물 131a : 제1관통 홀
131b : 제2관통 홀 132 : 전극부
140 : 출력단자 141 : 실링부재
200 : 배터리 팩 하우징 211 : 제2체결 홀
212 : 제3체결 홀 220 : 플랜지
300 : 전압 센싱부 400 : 슬래브 BMS 모듈
410 : 배터리셀 모니터링부 420 : 인가전원 보정부
430 : 스위칭부 440 : 제어부
450 : 마스터 BMS 모듈 460 : 통신부
470 : 온도센서 480 : 온도 비교부
490 : 송풍팬 작동부 F : 송풍팬
500 : 제2커버 501 : 제3관통 홀
510 : 소켓부 511 : 러그
511a : 걸림 턱 511b : 이탈방지 턱
512 : 안치 홈 513 : 삽입 홀
513a : 시건 홈 520 : 디가싱포트 바디
521 : 제1가스배출공 522 : 가이드 경사면
530 : 디가싱 니플 531 : 제2가스배출공
532 : 전방 돌출부 533 : 후방 돌출부
533a : 시건 돌기 534 : 숄더
534a : 걸림 돌기 540 : 제1가스켓
550 : 제2가스켓 560 : 보조커버
600 : 워터자켓

Claims

선단에 각각 음극과 양극의 전극이 형성된 한 쌍의 배터리 셀;
선단과 기단이 개방된 튜브형태의 케이스에 상기 배터리 셀이 수용되고 케이스의 기단에 제1커버가 설치되어 폐쇄되며, 케이스에서 돌출된 배터리 셀의 전극과 전기적으로 연결되는 버스 바를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 팩 하우징;
상기 배터리 팩 하우징에 수용된 배터리 모듈의 버스 바와 각각 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압을 센싱하는 전압 센싱부;
상기 전압 센싱부와 전기적으로 연결되어 배터리 셀의 전압 편차를 조정하는 슬래브 BMS 모듈; 및
상기 전압 센싱부 및 슬래브 BMS 모듈이 외부로 노출되지 않도록 배터리 팩 하우징에 설치되는 제2커버;를 포함하고,
상기 제1커버는
상기 케이스 각각의 기단 외측면을 감싸도록 설치되어 상기 복수 개의 케이스가 서로 마주하도록 적층되었을 때 케이스와 케이스 사이에 상기 제1커버의 두께만큼의 방열공간이 형성되어 상기 방열공간을 통해 상기 배터리 셀에서 발생하는 열이 방출되고,
상기 제2커버는 상기 배터리 셀에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 가스배출장치가 마련되되,
상기 가스배출장치는,
상기 제2커버를 관통하며 관통된 부분의 둘레에 러그가 형성된 소켓부;
상기 소켓부에 대응하여 상기 제2커버의 내측에 마련되고, 상기 배터리 팩 하우징의 내부와 소통하는 제1가스배출공을 갖는 디가싱포트 바디(degassing port body); 및
상기 소켓부에 분리가능하게 결합되고, 내부에 제2가스배출공이 형성되어 상기 디가싱포트 바디에 형성된 제1가스배출공과 연통되는 디가싱 니플;을 포함하며,
상기 디가싱 니플은
상기 소켓부의 전방으로 연장되는 전방 돌출부;
상기 전방 돌출부와 일체로 형성되어 그 내부에 상기 제2가스배출공이 형성되며, 상기 소켓부를 관통하여 디가싱포트 바디의 후방으로 연장되는 후방 돌출부; 및
상기 전방 돌출부와 후방 돌출부의 경계에 형성되고, 상기 소켓부에 분리가능하게 결합되는 숄더;를 포함하고,
상기 소켓부는
상기 디가싱 니플의 숄더와 마주하는 면에 제2가스켓이 안치되는 안치 홈이 형성되고, 상기 안치 홈의 중심에 상기 디가싱 니플의 후방 돌출부가 삽입되는 삽입 홀이 형성되되,
상기 삽입 홀은 그 내경에 상기 후방 돌출부의 기단에 형성된 시건 돌기가 통과하는 시건 홈이 형성되어 상기 소켓부에 디가싱 니플이 결합된 후에 회전하는 것에 따라 상기 시건 돌기가 상기 디가싱포트 바디를 소켓부로 밀착시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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청구항 1에 있어서,
상기 배터리 팩 하우징은 그 양측면이 개방되어 상기 배터리 모듈의 케이스가 외부로 노출되고, 상기 노출된 배터리 팩 하우징에 워터자켓이 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스는 그 내부의 양측에 스페이서가 형성되어 한 쌍의 배터리 셀이 케이스의 내부에 수용되었을 때 배터리 셀 간을 이격시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 1에 있어서, 상기 슬래브 BMS 모듈은
상기 배터리 셀들의 과충전, 과방전, 과전류 발생 여부 또는 허용전류 통전 여부 중 적어도 어느 하나를 감지하거나, 상기 배터리 셀의 충방전 상태를 실시간으로 감지하는 배터리셀 모니터링부;
상기 배터리셀 모니터링부에서 감지되는 상기 배터리셀들의 충방전 상태를 기반으로 각각의 상기 배터리 셀에 인가되는 충전 전류나 충전 전압을 조절하여 보정하는 인가전원 보정부;
상기 배터리 셀에 외부의 전원을 공급 또는 차단하거나, 상기 배터리 셀의 방전을 차단하는 스위칭부;
상기 배터리셀 모니터링부의 감지신호에 따라 상기 인가전원 보정부나 상기 스위칭부의 작동을 제어하는 제어부; 및
상기 배터리셀 모니터링부, 상기 인가전원 보정부, 상기 스위칭부 및 상기 제어부 중 적어도 어느 하나의 작동상태를 외부의 마스터 BMS 모듈에 전송하거나 상기 마스터 BMS 모듈로부터 인가되는 제어신호를 상기 제어부에 전송하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
청구항 7에 있어서, 상기 슬래브 BMS 모듈은
상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 온도센서에서 인가되는 측정온도 및 기 설정된 허용온도를 비교하여 상기 제어부나 상기 통신부에 제공하는 온도 비교부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.