KR102066910B1 - 3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 전지모듈들이 탑재되며 팩 커버와 결합되어 전지팩을 구성하는 베이스 플레이트로서, 외부 디바이스에 고정되며 전지모듈들의 하중을 지지하는 제 1 플레이트; 제 1 플레이트 상에 위치하며, 팩 커버가 결합되어 전지모듈들을 외부로부터 밀봉하는 밀봉부가 구비되어 있는 제 2 플레이트; 및 제 2 플레이트 상에 위치하며, 전지모듈의 장착을 위한 하나 이상의 모듈 장착부가 구비되어 있는 제 3 플레이트; 를 포함하고 있으며, 상기 제 1 플레이트, 제 2 플레이트 및 제 3 플레이트는 상하 방향으로 밀착 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트를 제공한다.

Description

3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트 {Base Plate for Battery Pack Having Three-layered Structure}

본 발명은 3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트에 관한 것이다.

최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.

이러한 이차전지가 자동차의 동력원으로 이용되는 경우, 상기 이차전지는 다수의 전지모듈 내지 전지모듈 어셈블리를 포함하는 전지팩의 형태로 이용된다.

차량용 전지팩은 일반적으로 트렁크와 같은 내부 공간에 탑재된 상태에서, 각 장치들과 전기적으로 연결된다. 그러나, 차량의 운행 중에는 크고 작은 진동이 불가피하게 발생한다. 이는 엔진 또는 모터의 진동으로 인하여 발생하는 미세한 진동도 있으며, 방지턱 등과 같은 도로의 요철로 인하여 발생하는 큰 진동도 있다.

이러한 진동으로 인하여 차량용 전지팩의 밀봉 상태가 훼손되어 외부의 이물질이 침투하거나, 차량 프레임에 고정된 차량용 전지팩이 이탈되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 차량용 전지팩은 전기적으로 연결된 각 장치들에게 전원을 공급하므로, 사용자의 의사와는 무관하게 전기적 연결 상태가 해제되면 사용자의 운행 제어가 불가능할 수 있으며, 이는 대형 사고로 이어질 수 있는 문제가 있다.

따라서, 이러한 외부의 진동 내지 충격이 가해져도 차량용 전지팩을 차량의 프레임에 단단하게 고정함과 동시에, 차량용 전지팩 내부로 외부 물질의 침투를 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 팩 커버와 결합되어 전지팩을 구성하는 베이스 플레이트를 특정한 3층 적층 구조로 형성하는 경우, 차량용 전지팩의 밀봉성을 향상시킴과 동시에 차량 프레임에 안정적으로 고정되어 결과적으로 안정성이 향상됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 베이스 플레이트는, 복수의 전지모듈들이 탑재되며 팩 커버와 결합되어 전지팩을 구성하는 베이스 플레이트로서, 외부 디바이스에 고정되며 전지모듈들의 하중을 지지하는 제 1 플레이트; 제 1 플레이트 상에 위치하며, 팩 커버가 결합되어 전지모듈들을 외부로부터 밀봉하는 밀봉부가 구비되어 있는 제 2 플레이트; 및, 제 2 플레이트 상에 위치하며, 전지모듈의 장착을 위한 하나 이상의 모듈 장착부가 구비되어 있는 제 3 플레이트; 를 포함하고 있으며 상기 제 1 플레이트, 제 2 플레이트 및 제 3 플레이트는 상하 방향으로 밀착 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다.

상기 전지모듈들은 복수의 전지모듈들로 구성되는 것이 일반적이나, 하나의 전지모듈만을 포함하는 것을 배제하는 취지는 아니며, 경우에 따라서는 상기 전지모듈은 하나의 전지모듈만을 포함할 수도 있다. 다만, 둘 이상의 전지모듈들을 사용하여 전지팩의 에너지 밀도를 향상시키는 것이 바람직하다. 더욱이, 전지팩이 장착되는 디바이스의 사공간(Dead Space)에 부합되는 형상으로 전지모듈들을 이격 상태로 배치한 전지팩은, 디바이스의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.

앞서 정의한 바와 같이, 본 발명에 따른 3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트는 각기 다른 기능을 하는 제 1 플레이트, 제 2 플레이트 및 제 3 플레이트로 구성되어 있다.

상기 제 1 플레이트는 판 형상으로 형성되며, 베이스 플레이트는 상기 제 1 플레이트를 통해 외부 디바이스, 예를 들어, 차량의 프레임에 고정될 수 있다.

또한, 베이스 플레이트는 팩 커버와 결합하여 내부를 완벽하게 밀폐하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 베이스 플레이트는 제 2 플레이트를 더 포함하며, 상기 제 2 플레이트에는 상기 팩 커버와 결합하여 전지모듈들을 밀폐시킬 수 있는 밀봉부를 구비되어 있다.

또한, 베이스 플레이트는 전지모듈의 장착을 위한 모듈 장착부가 구비된 제 3 플레이트를 포함하고 있다. 상기 모듈 장착부는 전지모듈 이외에도 전지모듈을 제어하는 제어 부재 또는 냉각 부재 등을 장착할 수 있도록 형성될 수도 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 3 플레이트는, 제 1 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 1 판형 부재; 및 상기 제 1 방향의 수직인 제 2 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 2 판형 부재; 를 포함하고 있고, 상기 제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상으로 형성될 수 있다.

상세하게는, 베이스 플레이트 및 팩 커버가 결합된 전지팩은 차량의 뒷자석 하부 및 암레스트의 하부에 걸쳐서 위치되도록 T자형으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 베이스 플레이트를 T자형으로 형성하기 위하여 제 3 플레이트를 평면상으로 사각형인 제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재가 결합된 형태로 형성할 수 있다.

상기 제 1 방향 및 제 2 방향과 관련하여, 예를 들어, 베이스 플레이트가 장착되는 차량의 폭 방향을 "제 1 방향"으로, 차량의 길이 방향을 "제 2 방향"으로 정의할 수도 있다.

제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재가 결합된 상태가 T자형으로 형성되기 위하여 제 1 판형 부재는 제 1 방향으로 연장되어 있으며, 제 2 판형 부재는 제 2 방향으로 연장되어 있다.

이에 따라, 제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재는 차량의 길이 방향을 기준으로 상호 폭이 다르게 형성될 수 있으며, 폭이 다른 사각 판형 부재가 결합된 상태로 형성될 수 있다. 상세하게는, 제 1 판형 부재의 폭은 제 2 판형 부재의 폭 대비 100% 내지 400%의 범위를 갖도록 형성될 수 있다.

이러한 구조에서, 제 1 판형 부재의 일측부 및 제 2 판형 부재의 일측부는 동일 평면 상에 상호 수직한 방향으로 결합될 수 있다. 상세하게는, 제 1 판형 부재의 일측부의 중앙에 상기 제 2 판형 부재의 일측부가 결합될 수 있다.

이와 같이, 베이스 플레이트를 T자형으로 형성함으로써 전지팩의 수평 방향 단면을 T자형으로 형성할 수 있으며, 이에 따라, 차량에 장착되어 있는 기타 다른 장치들의 간섭 없이, 작업자가 전지팩의 수리 및 교체를 용이하게 할 수 있으며, 차량의 공간을 더 효율적으로 사용하여 차량의 내부 공간을 사용자가 더 넓게 사용할 수 있다.

또한, 상기 구조에 의해, 전지팩은 평면상으로 자동차와 같은 디바이스의 중앙 부위에 위치함으로써, 다비이스의 좌우 양측에 인가되는 무게가 균형을 이루도록 구성할 수 있으며, 이에 따라, 전지팩에 의해 인가되는 무게를 고려한 디바이스의 역학적 설계를 보다 용이하게 수행할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서는 제 3 플레이트를 T자형 형상으로 형성하였으나, 제 3 플레이트의 형상은 이에 제한되지 않으며, 차량의 형태, 크기, 용도 등을 고려하여 다른 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

하나의 구체적인 예에서, 제 3 플레이트의 모듈 장착부는, 전지모듈의 외주변 하단을 지지하면서 중앙에 개구가 형성되어 있는 프레임 구조로 이루어져 있고, 하나의 모듈 장착부에 하나의 전지모듈 또는 둘 이상의 전지모듈들이 장착될 수 있다.

이러한 구조에서, 상기 모듈 장착부는 전지모듈의 양측부 하단을 지지하며, 상기 개구에는 전지모듈을 냉각시키는 냉각 부재가 삽입되어 전지모듈의 하부와 열 교환을 하도록 형성될 수 있다.

상기 제 3 플레이트에 형성되는 모듈 장착부는 상세하게는 제 1 내지 제 3 모듈 장착부들로 구성될 수 있다. 이러한 구조에서, 제 1 모듈 장착부 및 제 2 모듈 장착부에 고정되는 전지모듈의 배열 방향은 서로 상이하고, 제 2 모듈 장착부 및 제 3 모듈 장착부에 고정되는 전지모듈의 배열 방향은 서로 동일하도록 구성할 수 있다.

이 때, 제 3 플레이트의 제 1 판형 부재는, 제 1 방향으로 양측에 대향하여 위치하는 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들, 및 상기 제 1 모듈 장착부들 사이에 위치하고 제 1 모듈 장착부의 전지모듈 배향과 다른 전지모듈 배향의 제 2 모듈 장착부를 포함할 수 있다.

상세하게는, 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들은 제 1 판형 부재의 양측부에 대칭되게 위치될 수 있으며, 대칭되는 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들 사이에 제 2 모듈 장착부가 형성될 수 있다.

이러한 구조에서, 제 1 모듈 장착부는 일정한 폭을 가지면서 제 2 방향으로 길게 형성될 수 있고, 이에 따라, 전지모듈 역시 제 1 모듈 장착부에 장착될 때 제 2 방향으로 일렬로 배치될 수 있다.

이와는 달리, 제 2 모듈 장착부에 장착되는 전지모듈은 제 1 방향으로 일렬로 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 모듈 장착부는 제 2 방향으로 전지모듈의 길이만큼의 폭을 갖는 개구 형상이며, 제 1 방향으로의 폭은 설계자의 선택에 따라 전지모듈의 개수를 달리 형성할 수 있으므로 달라질 수 있다.

한편, 제 3 플레이트의 제 2 판형 부재는, 상기 제 2 모듈 장착부와 동일한 전지모듈 배향의 제 3 모듈 장착부를 포함할 수 있다. 또한, 제 3 모듈 장착부의 형상은 전술한 제 2 모듈 장착부의 형상과 동일하게 형성될 수 있다. 그러나, 이는 설계자의 선택에 따라 달리 형성될 수 있음을 명시한다.

이와 같이, 전지모듈의 배열 방향을 서로 상이하게 형성함에 따라, 차량 내부의 제한된 공간 내에서 전지팩의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 보다 다양한 형상으로 전지팩을 구성함으로써, 전지팩의 탑재 공간에 대한 제약을 보다 용이하게 극복할 수 있다.

본 발명에서, 상기 전지모듈들을 구성하는 전지셀들은 일반적으로 판상형 구조의 파우치형 전지셀로 이루어질 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 3 플레이트는 전지모듈의 장착 고정을 위한 상향 돌출된 체결돌기들이 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상기 체결돌기들은 예를 들어 용접된 볼트들(weld bolt)로 형성될 수 있으며, 전지모듈이 장착된 상태에서 고정 부재를 체결돌기에 결합시켜 전지모듈을 안정적으로 고정할 수 있다. 상기 고정 부재는 엔드 플레이트, 브라켓 등과 같은 부재일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다..

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에는 각각 아일랜드형 비드들이 상향 돌출 구조 또는 하향 만입 구조로 형성될 수 있다.

아일랜드형 비드는 독립적이 형태의 비드로서, 이러한 아일랜드형 비드들은 일정한 간격으로 배열된 형태로 플레이트에 형성되어, 플레이트의 강도를 향상시킨다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 플레이트에는 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드들이 형성되어 있고, 상기 제 2 플레이트에는 하향 만입 구조의 아일랜드형 비드들이 형성되어 있으며, 상기 제 1 플레이트의 아일랜드형 비드들은 제 2 플레이트의 아일랜드형 비드들과 서로 대면하는 구조일 수 있다. 상기 아일랜드형 비드들은, 예를 들어, 평면상으로 직사각형 또는 정사각형 형상으로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 제 1 및 제 2 플레이트들에 아일랜드형 비드들이 형성되어 있음으로써, 제 1 플레이트 및 제 2 플레이트의 사행 내지 비틀림 현상을 최소화하면서, 밀착되어 적층 방향에서의 강도 증진에 기여한다.

한편, 제 2 플레이트는 제 1 플레이트와 제 3 플레이트 사이에 위치하며, 팩 커버와 결합하여 전지모듈을 밀폐시키는 기능을 한다. 다시 말하면, 팩 커버를 제 1 플레이트에 바로 결합시키지 않고, 별도로 제 2 플레이트를 사용하여 결합시킨다.

제 1 플레이트는 차량과 같은 외부 디바이스와 직접 결합됨에 따라, 외부의 진동 내지 충격이 직접적으로 전달되므로, 전지모듈이 완벽하게 밀폐되지 않을 가능성이 있다.

만약, 제 1 플레이트와 커버 팩이 결합되어 전지모듈을 밀폐시킨다면, 차량의 운행 중에 지속적인 진동으로 인하여 제 1 플레이트와 커버 팩 사이에 이격된 공간이 생길 수 있으며, 상기 이격된 공간을 통해 물이나 먼지와 같은 이물질이 침투되어 심각한 위험을 초래할 수 있다.

따라서, 제 1 플레이트 상부에 제 2 플레이트를 적층하며, 상기 제 2 플레이트 상에 밀봉부를 구비함으로써 전지팩을 완벽하게 외부로부터 밀폐시킬 수 있다.

상기 밀봉부는, 제 2 플레이트 상면의 외주변을 따라 소정의 높이 및 폭으로 상향 돌출된 외주 돌출부를 포함할 수 있으며, 밀봉부를 소정의 높이 및 폭으로 상향 돌출되도록 형성함에 따라, 외부의 진동 내지 충격을 완충하는 역할을 함과 동시에 전지팩을 빈틈없이 차폐시킬 수 있다.

또한, 상기 밀봉부는, 팩 커버가 외주 돌출부에 결합될 때 팩 커버와의 계면에 개재되는 실링 가스켓을 더 포함할 수 있다. 상기 가스켓은 예를 들어 고무 재질로 형성될 수 있지만, 그것 만으로 한정되지 않음은 물론이다.

제 2 플레이트는, 제 1 플레이트 또는 제 3 플레이트와는 달리, 바람직하게는 1 단위의 부재로 이루어져 있어서, 높은 밀봉성을 제공한다.

한편, 상기 외주 돌출부의 내측에 제 3 플레이트의 외주 단부가 밀착 고정될 수 있다. 외주 돌출부의 내측에 제 3 플레이트를 상하 방향으로 끼움 결합함으로써 별도의 볼트-너트 결합 내지 용접을 통한 결합 없이도 일정 강도 이상의 결합력을 발휘할 수 있다.

또한, 제 1 판형 부재에 결합되는 제 2 판형 부재의 단부에는 한 쌍의 외향 돌출형의 제 1 체결부들이 형성되어 있고, 제 1 판형 부재에는 상기 제 1 체결부들에 대응하는 위치에 하향 만입형의 제 2 체결부들이 형성되어 있으며, 상기 1 체결부들이 제 2 체결부들에 수용된 상태에서 스팟 용접에 의해 상호 결합될 수 있다.

이 때, 제 3 플레이트는 제 1 체결부 및 제 2 체결부를 통하여 끼움 결합을 함으로써 결합시 접촉 면적을 증대시키며, 수평 방향의 외력에 결합이 해제되지 않도록 형성할 수 있다. 더불어, 상기 제 1 체결부 및 제 2 체결부가 결합된 상태의 미세한 틈에 스팟 용접을 가하여 궁극적으로 제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재를 강하게 결합시킬 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 제 1 플레이트는 상기 제 3 플레이트의 제 1 판형 부재에 대응하는 제 3 판형 부재; 및 상기 제 3 플레이트의 제 2 판형 부재에 대응하는 제 4 판형 부재; 를 포함하고 있고, 상기 제 3 판형 부재 및 제 4 판형 부재는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이룰 수 있다.

상세하게는, 제 1 플레이트는 제 3 플레이트와 마찬가지로 2개의 서로 다른 판형 부재가 결합된 상태로 구성할 수 있다.

상기 제 1 플레이트는 제 3 플레이트보다 상대적으로 강성이 큰 소재 또는 구조로 이루어져 있다. 이는, 제 1 플레이트가 차량의 프레임에 직접 결합되며, 전지모듈을 지지하는 역할을 하기 때문에, 바람직하게는, 제 2 및 제 3 플레이트의 두께보다는 두꺼운 금속 부재로 형성될 수 있다.

하나의 예에서, 상기 제 1 플레이트를 2개의 서로 다른 판형 부재인 제 3 및 제 4 판형 부재가 결합되도록 형성하였는 바, 이는, 기계적 강성을 위한 단단한 소재 선정 및 두께의 증가로 인한 제품 성형성을 고려한 것이다.

상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트는 각각의 외주변에 외부 디바이스에 대한 결합을 위한 복수의 고정용 홀들이 천공되어 있는 구조일 수 있다.

이러한 구조에서, 제 1 플레이트의 고정용 홀들은 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드 상에 형성되어 있고, 상기 제 2 플레이트의 고정용 홀들은 밀봉부로부터 외향 연장된 부위에 형성될 수 있다.

상세하게는, 제 1 플레이트의 고정용 홀들은 상기 제 1 플레이트의 외주변을 따라 이격하여 형성되어 볼트 등과 같은 결합 부재를 통하여 외부 디바이스와 결합될 수 있다. 또한, 제 2 플레이트는 밀봉부 외측 방향으로 연장되는 날개부를 형성할 수 있으며, 상기 날개부 상에 제 2 플레이트 고정용 홀들을 형성할 수 있다.

상기 구조에서, 제 1 및 제 2 플레이트 고정용 홀들 각각은 서로 대면하는 위치에 배치되어 하나의 결합 부재가 상기 제 1 및 제 2 플레이트 고정용 홀을 관통하여 외부 디바이스에 고정되도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 제 3 플레이트에는, 전지모듈들의 작동 제어를 위한 제어부재가 탑재되어 고정될 수 있는 적어도 하나 이상의 스터드 볼트가 구비될 수 있다.

하나의 구체적인 실시예에서, 상기 전지모듈은 전기적으로 연결되어 있고, 인접 배열된 복수의 전지셀들을 포함하고 있는 구조일 수 있다. 전지모듈들 각각은 예를 들어 12개 내지 24개의 전지셀들을 포함할 수 있으며, 상기 전지셀은 리튬 이차전지로 형성될 수 있다. 상기 전지모듈들을 구성하는 전지셀들의 수량은 모두 동일하거나 다를 수 있다.

상기 리륨 이차전지의 구성 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명은 또한 상기 베이스 플레이트 상에 전지모듈들이 탑재되어 있고 팩 커버가 결합될 수 있는 구조의 전지팩을 제공한다.

팩 커버는 베이스 플레이트의 제 2 플레이트, 상세하게는, 1 단위 부재로 이루어진 제 2 플레이트의 밀봉부에 결합되어 높은 차폐성을 발휘한다.

또한, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스는, 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.

전술한 바와 같이, 베이스 플레이트를 T자형으로 형성함에 따라, 전지팩을 차량의 중앙 하부, 예를 들어, 뒤좌석 탑승 공간의 하부에 탑재시킬 수 있으며, 차량의 트렁크와 같은 내부 공간을 차지하지 않을 수 있어 차량 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 디바이스 내에서 전지팩은 자동차의 실내(탑승 공간)로부터 격리된 구조로 탑재되어 있는 구조일 수 있다.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전지팩이 고온의 환경에 노출되거나 또는 오작동을 일으키는 경우, 상기 전지팩을 구성하는 전지셀에서 내부 단락이 발생하면, 양극 계면에서 전해액의 분해 반응이 일어나게 되고, 그로 인해 가스가 다량 발생하여 결국 내압의 증가로 전지케이스가 파열되어 전지셀 외부로 배출된다.

일반적으로 이러한 내부 가스는 일산화탄소 등과 같은 인체에 해로운 유독 성분을 포함하고 있어, 안전성에 관한 문제가 유발된다.

반면에, 본 발명에 따른 전지팩은 디바이스 내에서 자동차의 실내로부터 격리된 구조로 탑재됨으로써, 상기 내부 가스가 자동차의 실내로 유입되는 현상을 방지하고, 이에 따른 안전성의 문제를 해소할 수 있다.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩용 베이스 플레이트는, 각기 다른 기능을 하는 제 1 내지 제 3 플레이트들이 적층된 상태로 형성되어 있어서, 외부 디바이스에 견고히 고정됨과 동시에 팩 커버와 결합되어 내부에 탑재된 전지모듈을 외부로부터 완벽하게 밀폐할 수 있고, 그에 따라, 자동차와 같은 디바이스 내에서, 전지팩의 탑재 위치에 대한 제한을 극복할 수 있고, 전지팩의 용량 대비 부피를 최소화할 수 있어, 디바이스의 공간 활용성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트가 결합된 상태를 나타낸 사시도다.
도 3은 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트의 제 2 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트의 제 3 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트의 제 3 플레이트에 고정 부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트에 냉각 부재가 장착되는 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 1의 전지팩용 베이스 플레이트에 전지모듈들이 장착된 상태를 나타낸 사시도다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 전지팩의 사시도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트의 분해 사시도이며 도 2는 결합된 상태를 나타낸 사시도다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트(100)는 각기 다른 기능을 하는 제 1 플레이트(110), 제 2 플레이트(140) 및 제 3 플레이트(170)로 구성되어 있다.

베이스 플레이트(100)는, 제 1 플레이트(110) 상에 제 2 플레이트(140)가 적층되어 있고, 제 2 플레이트(140) 상에 제 3 플레이트(170)가 순차적으로 적층되어 있는 구조를 가진다.

제 1 플레이트(110)는 평면상으로 대략 T자형 판 형상을 이루고 있으며, 외부 디바이스, 예를 들어, 차량의 프레임에 직접 고정된다. 차량의 프레임에 고정시키기 위하여, 이격 배치되는 복수의 제 1 고정용 홀들(117)을 포함하고 있다.

제 2 플레이트(140)는 1 단위의 부재로 이루어져 있고, 제 1 플레이트(110)에 형성된 제 1 고정용 홀들(117)과 대면하는 위치에 제 2 고정용 홀들(147)을 포함하고 있다. 따라서, 제 1 고정용 홀들(117) 및 제 2 고정용 홀들(147)에 체결 부재(도시하지 않음)를 관통시켜 차량의 프레임(도시하지 않음)에 베이스 플레이트(100)를 고정할 수 있다.

제 1 플레이트(110)에는 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드들(111) 이 형성되어 있고, 제 2 플레이트(140)에는 하향 만입 구조의 아일랜드형 비드들(141) 이 형성되어 있으며, 제 1 플레이트(110)의 아일랜드형 비드들(111)은 제 2 플레이트(140)의 아일랜드형 비드들(141)과 서로 대면할 수 있다.

아일랜드형 비드들(111,141)은, 예를 들어, 평면상으로 직사각형 또는 정사각형 형상으로 이루어질 있지만, 그것 만으로 한정되지 않음은 물론이다.

제 2 플레이트(140)는 제 1 플레이트(110)와 제 3 플레이트(170) 사이에 위치하며, 팩 커버(미도시)와 결합하여 전지모듈(미도시)을 밀폐시키는 기능을 한다. 다시 말하면, 팩 커버를 2개의 부재들로 이루어진 제 1 플레이트(110)에 결합시키지 않고, 1 단위의 부재로 이루어진 제 2 플레이트(140)를 사용하여 결합시킴으로써 높은 밀폐도를 제공한다.

이를 위해, 제 2 플레이트(140)는 팩 커버가 결합되는 밀봉부를 포함하고 있다. 상기 밀봉부는 제 2 플레이트(140) 상면의 외주변을 따라 소정의 높이 및 폭으로 상향 돌출된 외주 돌출부(144)를 포함하고 있고, 외주 돌출부(144)의 내측에 제 3 플레이트(170)의 외주 단부가 밀착 고정됨으로써, 제 3 플레이트(170)가 제 2 플레이트(140)에 고정될 수 있다.

제 3 플레이트(170)는, 제 1 방향(Ⅰ)으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 1 판형 부재(172)와, 제 1 방향의 수직인 제 2 방향(Ⅱ)으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 2 판형 부재(176)를 포함하고 있다. 제 1 판형 부재(172)와 제 2 판형 부재(176)는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이루고 있다.

또한, 제 3 플레이트(170)는 적어도 하나 이상의 전지모듈을 장착할 수 있는 제 1 내지 제 3 모듈 장착부들(173, 174, 177)을 포함하고 있다.

제 1 및 제 2 모듈 장착부들(173, 174)에 각각 고정되는 전지모듈(도시하지 않음)의 배열 방향을 서로 상이하고, 제 2 모듈 장착부(174)과 제 3 모듈 장착부(177)에 각각 고정되는 전지모듈의 배열 방향은 서로 동일하다. 제 2 플레이트(140) 및 제 3 플레이트(170)에 관한 더욱 자세한 설명은 후술하도록 한다.

제 1 플레이트(110)는, 제 3 플레이트(170)의 제 1 판형 부재(172)에 대응하는 제 3 판형 부재(112)와, 제 3 플레이트(170)의 제 2 판형 부재(176)에 대응하는 제 4 판형 부재(116)를 포함하고 있고, 제 3 판형 부재(112) 및 제 4 판형 부재(116)는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이루고 있다.

제 1 플레이트(110)는 차량의 프레임에 직접 결합되며, 전지모듈을 지지하는 역할을 하기 때문에, 제 2 및 제 3 플레이트들(140, 170)의 두께보다 두꺼운 두께를 가지고 있다.

도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트의 제 2 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 제 2 플레이트(140)는 제 1 및 제 3 플레이트들(110, 170)와는 달리, 하나의 T자형 판형 부재로 이루어져 있다. 이는 제 2 플레이트(140)가 팩 커버와 결합하여 전지모듈을 밀폐시키는 역할을 하기 때문에 외부의 물질이 침투할 수 있는 공극을 없애기 위함이다. 또한, 제 2 플레이트(140)는 상대적으로 제 1 플레이트(110)보다는 얇은 두께로 형성되기 때문에 1 단위의 부재로 제작하기 용이하다.

강도 향상을 위해, 제 2 플레이트(140)에는, 도 1에 도시된 제 1 플레이트(110)에 형성된 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드들(111)에 대응되는 형상인 하향 만입 구조의 아일랜드형 비드들(141)이 형성되어 있다.

제 2 플레이트(140)의 아일랜드형 비드(141)에는 냉각 부재용 고정홀(149)이 형성되어 있다. 이러한 냉각 부재용 고정홀은 반드시 제 2 플레이트(140)의 모든 아일랜드형 비드들(141) 상에 형성되는 것은 아니며, 구조의 설계에 따라 달라질 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 제 2 플레이트(140) 상에 형성된 냉각 부재용 고정홀(149)은 제 1 플레이트(110) 상에 형성된 체결 돌기(179)의 위치와 대응된다. 이에 따라, 결합 부재를 통하여 냉각 부재용 고정홀(149) 및 체결 돌기(179)를 관통하여 냉각 부재를 결합시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 제 2 플레이트(140)는 상면의 외주변을 따라 밀봉부가 형성되어 있다. 이러한 밀봉부는 팩 커버(도시하지 않음)와의 계면에 개재되는 실링 가스켓(146)을 포함한다. 실링 가스켓(146)은 고무 재질로 형성될 수 있으며, 고무 패킹과 같은 역할을 한다.

또한, 밀봉부에는 소정의 높이 및 폭으로 상향 돌출된 외주 돌출부(144)가 형성되어 있어서, 밀봉부의 내측과 소정의 높이만큼 단차가 형성된다. 이에 따라, 외주 돌출부(144)의 내측에는 전술한 제 3 플레이트(170)가 밀착되어 안착된다. 또한, 제 3 플레이트(170)는 외주 돌출부(144)의 높이에 대응되어 끼워질 수 있는 높이로 형성되어 있다.

또한, 제 2 플레이트(140)에는 제 1 플레이트(110)와 함께 외부 디바이스에 고정되기 위하여 제 2 고정용 홀들(147)이 형성되어 있다. 제 2 고정용 홀들(147)은 밀봉부의 외측 방향으로 연장된 날개부(148)에 이격 형성되어 있다. 또한, 밀봉부의 외측 방향에 밀봉부의 둘레를 따라 이격 형성되어 있다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트의 제 3 플레이트의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 4를 참조하면, 제 3 플레이트(170)는, 제 1 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 1 판형 부재(172)와, 제 1 방향의 수직인 제 2 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 2 판형 부재(176)를 포함하고 있고, 제 1 판형 부재(172) 및 제 2 판형 부재(176)는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이루고 있다.

제 1 판형 부재(172) 및 제 2 판형 부재(176)가 상호 결합되어 T자형 형상을 이루고 위하여, 제 1 판형 부재(172)는 제 1 방향으로 연장되어 있으며, 제 2 판형 부재(176)는 제 2 방향으로 연장되어 있다.

이에 따라, 제 1 판형 부재(172) 및 제 2 판형 부재(176)는 차량의 길이 방향을 기준으로 상호 폭이 다르게 형성될 수 있으며, 폭이 다른 사각 판형 부재가 결합된 상태로 형성될 수도 있다.

제 3 플레이트(170)는 제 1 내지 제 3 모듈 장착부들(173, 174, 177)들을 포함하고 있다. 제 1 및 제 2 모듈 장착부(173, 174)에 각각 고정되는 전지모듈의 배열 방향을 서로 상이하고, 제 2 모듈 장착부(174) 및 제 3 모듈 장착부(177)에 각각 장착되는 전지모듈의 배열 방향은 서로 동일하다.

제 3 플레이트(170)의 제 1 판형 부재(172)는 제 1 방향으로 양측에 대향하여 위치하는 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들(173)을 포함하고 있다. 또한, 제 1 모듈 장착부(173)들 사이에 위치하고 제 1 모듈 장착부(173)의 전지모듈 배향과 다른 전지모듈 배향의 제 2 모듈 장착부(174)를 포함하고 있다. 즉, 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들(173)이 제 1 판형 부재(172)의 양측부에 대칭으로 위치하고, 제 1 모듈 장착부들(173) 사이에 제 2 모듈 장착부(174)가 형성되어 있다.

도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트의 제 3 플레이트에 고정 부재가 결합된 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하면, 제 3 플레이트(170) 상에는 전지모듈들을 고정하기 위한 제 1 고정 부재(185a, 185b, 185c, 185d)이 결합된다. 제 1 고정 부재(185a, 185b, 185c, 185d)는 전지모듈들을 양측 단부에서 상호 밀착시켜 제 3 플레이트(170) 상에 고정하는 일종의 앤드 플레이트들이다.

도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트에 냉각 부재가 장착되는 상태를 나타낸 분해 사시도이다.

도 6을 참조하면, 냉각 부재는, 제 1 내지 제 3 모듈 장착부들(173, 174, 177)에 대응되는 형상으로 형성되어 있는 히트 싱크들(190a, 190b, 190c, 190d)과, 이러한 히트 싱크들(190a, 190b, 190c, 190d)를 냉매를 공급하는 냉각 유로(192a, 192b)로 구성되어 있다.

히트 싱크들(190a, 190b, 190c, 190d)은 각각 중공형 판상 구조로 형성되어 있으며, 외주 변에는 제 1 및 제 2 플레이트들(110, 140)에 고정시키기 위한 결합 부재가 삽입될 수 있는 결합 홀들이 형성되어 있다.

도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트에 전지모듈이 장착된 상태를 나타낸 사시도다.

도 5 및 도 7을 함께 참조하면, 베이스 플레이트 상에 상이한 방향으로 배열된 복수의 전지모듈들(194, 195, 196, 197)이 장착된다. 복수의 전지모듈들(194, 195, 196, 197)은, 전술한 제 1 고정 부재(190a, 190b, 190c, 190d)과, 일종의 브라겟인 제 2 고정 부재(184)를 통해 수직 방향으로 고정된다.

제 1 모듈 장착부(173)에는 전지모듈들(194, 195)이 제 2 방향으로 일렬로 배치되며, 제 2 모듈 장착부(174) 및 제 3 모듈 장착부(177)에는 전지모듈들(196, 197)이 제 1 방향으로 일렬로 배치된다. 결과적으로 전지모듈들(194, 195, 196, 197)은 상이한 제 1 방향 및 제 2 방향으로 배치되어 있다.

도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 베이스 플레이트와 팩 커버가 결합된 상태의 전지팩을 나타낸 사시도다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3층 적층 구조의 전지팩용 베이스 플레이트(100) 상부에는 팩 커버(198)가 결합됨으로써 내부를 완벽하게 밀봉할 수 있으며, 전 방향으로 외부의 물질이 침투하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

1. 복수의 전지모듈들이 탑재되며 팩 커버와 결합되어 전지팩을 구성하는 베이스 플레이트로서,
   외부 디바이스에 고정되며 전지모듈들의 하중을 지지하는 제 1 플레이트;
   제 1 플레이트 상에 위치하며, 팩 커버가 결합되어 전지모듈들을 외부로부터 밀봉하는 밀봉부가 구비되어 있는 제 2 플레이트; 및
   제 2 플레이트 상에 위치하며, 전지모듈의 장착을 위한 하나 이상의 모듈 장착부가 구비되어 있는 제 3 플레이트;
   를 포함하고 있으며,
   상기 제 3 플레이트는,
   제 1 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 1 판형 부재; 및
   상기 제 1 방향의 수직인 제 2 방향으로 연장되어 있고 평면상으로 사각형인 제 2 판형 부재;
   를 포함하고 있고,
   상기 제 1 판형 부재 및 제 2 판형 부재는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이루고 있고
   상기 제1 플레이트는,
   상기 제 3 플레이트의 제 1 판형 부재에 대응하는 제 3 판형 부재; 및
   상기 제 3 플레이트의 제 2 판형 부재에 대응하는 제 4 판형 부재;
   를 포함하고 있고,
   상기 제 3 판형 부재 및 제 4 판형 부재는 동일 평면 상에 수직으로 결합되어 T자형 형상을 이루고 있으며,
   상기 제2 플레이트는, 상기 제1 플레이트와 상기 제3 플레이트 사이에 구비되어, 상기 제1 플레이트의 상기 제3판형부재와 제4 판형 부재 사이에서 유입되는 이물로부터 전지모듈을 보호하고,
   상기 제 1 플레이트, 제 2 플레이트 및 제 3 플레이트는 상하 방향으로 밀착 적층되어 있는 구조로 이루어져 있고,
   상기 제1 플레이트의 외주면에는 외부 디바이스와 결합을 위한 제1 고정용 홀들이 천공되어 있고,
   상기 제2 플레이트에는 상기 밀봉부의 외측 방향으로 연장된 날개부가 형성되어 있으며, 상기 날개부에는 제2 고정용 홀들이 형성되어 있으며,
   상기 제2 플레이트의 밀봉부는,
   제 2 플레이트 상면의 외주변을 따라 소정의 높이 및 폭으로 상향 돌출된 외주 돌출부; 및
   팩 커버가 외주 돌출부에 결합될 때 팩 커버와의 계면에 개재되는 실링 가스켓;
   을 포함하여 구성되며,
   상기 외주 돌출부는 내측에 제 3 플레이트의 외주 단부가 밀착 고정되고,
   상기 제1 플레이트와 제2 플레이트는 상기 제1 고정용 홀들 및 제2 고정용 홀들을 관통하는 체결부재를 통해 전지팩이 장착되는 디바이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 플레이트의 모듈 장착부는, 전지모듈의 외주변 하단을 지지하면서 중앙에 개구가 형성되어 있는 프레임 구조로 이루어져 있고, 하나의 모듈 장착부에 하나의 전지모듈 또는 둘 이상의 전지모듈들이 장착되는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 판형 부재는, 제 1 방향으로 양측에 대향하여 위치하는 한 쌍의 제 1 모듈 장착부들, 및 상기 제 1 모듈 장착부들 사이에 위치하고 제 1 모듈 장착부의 전지모듈 배향과 다른 전지모듈 배향의 제 2 모듈 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
5. 제 4 항에 있어서, 제 3 플레이트의 제 2 판형 부재는, 상기 제 2 모듈 장착부와 동일한 전지모듈 배향의 제 3 모듈 장착부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 플레이트에는 전지모듈의 장착 고정을 위한 상향 돌출된 체결돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트에는 각각 아일랜드형 비드들이 상향 돌출 구조 또는 하향 만입 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 플레이트에는 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드들이 형성되어 있고, 상기 제 2 플레이트에는 하향 만입 구조의 아일랜드형 비드들이 형성되어 있으며, 상기 제 1 플레이트의 아일랜드형 비드들은 제 2 플레이트의 아일랜드형 비드들과 서로 대면하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 1 항에 있어서,
    제 1 판형 부재에 결합되는 제 2 판형 부재의 단부에는 한 쌍의 외향 돌출형의 제 1 체결부들이 형성되어 있고,
    제 1 판형 부재에는 상기 제 1 체결부들에 대응하는 위치에 하향 만입형의 제 2 체결부들이 형성되어 있으며,
    상기 1 체결부들이 제 2 체결부들에 수용된 상태에서 스팟 용접에 의해 상호 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
    
13. 삭제
14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플레이트의 소재는 제 3 플레이트의 소재보다 상대적으로 강성이 큰 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
    
15. 삭제
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트의 고정용 홀들은 상향 돌출 구조의 아일랜드형 비드 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 플레이트에는, 전지모듈들의 작동 제어를 위한 제어부재가 탑재되어 고정될 수 있는 적어도 하나 이상의 스터드 볼트가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩용 베이스 플레이트.
18. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 8 항, 제 12 항, 제 14 항, 제 16 항 및 제 17 항 중 어느 하나에 따른 베이스 플레이트 상에 전지모듈들이 탑재되어 있고 팩 커버가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
19. 제 18 항에 따른 전지팩이 장착되어 있는 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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