KR102662647B1 - 배터리 팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체와 상기 셀 적층체의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛을 포함하는 다수의 배터리 조립체, 및 적어도 두 개의 상기 배터리 조립체를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함하며, 상기 플레이트 유닛은 상기 연결 부재가 삽입되는 홈 형태의 수용부를 구비할 수 있다.
Description
본 발명은 복수개의 배터리 셀이 적층된 배터리 조립체를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행 중이다. 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 배터리 셀 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀로 제조된다.
복수의 배터리 셀은 전기적으로 연결되어 적층된 형태의 셀 적층체를 형성하며, 모듈 하우징 내부에 셀 적층체를 수용하여 배터리 모듈을 형성하게 된다. 또한, 복수의 배터리 모듈은 팩 하우징에 수용되어 배터리 팩을 형성하게 된다. 배터리 팩은 전기 자동차 등에 설치되어 사용된다.
종래기술에 의한 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈을 수용하는데, 각각의 배터리 모듈은 셀 적층체의 상하면을 포함하여 외부면 전체를 감싸는 형태를 가지므로 팩 하우징 내부에서 배터리 모듈이 차지하는 공간이 커지므로 에너지 밀도가 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 일 측면으로서, 배터리 팩의 공간 활용도를 높일 수 있고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적 중 적어도 일부를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체와 상기 셀 적층체의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛을 포함하는 다수의 배터리 조립체, 및 적어도 두 개의 상기 배터리 조립체를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 포함하며, 상기 플레이트 유닛은 상기 연결 부재가 삽입되는 수용부를 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 수용부는, 상기 플레이트 유닛의 상면으로 개방되는 홈으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는, 막대 형태로 형성되어 상기 수용부에 삽입되는 접속 부재 및 상기 접속 부재의 양 단에서 연장되어 상기 배터리 조립체의 연결단자에 결합되는 단자 결합부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 접속 부재는, 납작한 막대 형상으로 형성되어 넓은 면이 상기 셀 적층체를 향하도록 상기 수용부 내에 삽입될 수 있다.
본 실시예의 배터리 팩은, 상기 배터리 조립체들과 상기 연결 부재를 내부에 수용하는 팩 하우징을 더 포함하며, 상기 팩 하우징은 내부 공간을 형성하는 측벽부와 상기 내부 공간을 다수 개로 구획하는 격벽부재를 포함하고, 상기 배터리 조립체들은 상기 내부 공간에 분산 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는 상기 격벽부재와 교차하도록 배치되며, 상기 격벽부재는 상기 연결 부재가 삽입되는 교차 홈을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는 이격 부재를 더 포함하고, 상기 이격 부재는 상기 교차 홈에 결합되어 상기 연결 부재와 상기 격벽부재를 일정 거리 이격시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 이격 부재는 절연 재질로 형성되며, 상기 접속 부재는 상기 이격 부재를 관통하며 상기 이격 부재에 결합될할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 이격 부재는 수지, 세라믹, 및 고무 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 수용부는 상기 플레이트 유닛 중 상기 측벽부와 대면하는 부분에 마련될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 플레이트 유닛은 적어도 일부가 상기 접속 부재와 상기 측벽부 사이에는 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 플레이트 유닛은, 상기 셀 적층체의 네 측면 중 마주보는 양 측면에 결합되는 2개의 제1 플레이트 및 상기 네 측면 중 나머지 양 측면에 결합되는 2개의 제2 플레이트를 포함하며, 상기 제1 플레이트는 상기 배터리 셀의 전극 리드에 대향하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 2개의 제2 플레이트는 상기 배터리 셀과 나란하게 배치되며, 상기 수용부는 상기 2개의 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 다수의 상기 배터리 조립체는 상기 제1 플레이트가 서로 대향하도록 배치되고, 상기 연결 부재는 상기 제2 플레이트에 나란하게 배치될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체와 상기 셀 적층체의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛을 포함하는 다수의 배터리 조립체, 적어도 두 개의 상기 배터리 조립체를 전기적으로 연결하는 연결 부재, 및 상기 배터리 조립체들과 상기 연결 부재를 내부에 수용하는 팩 하우징을 포함하며, 상기 플레이트 유닛은 적어도 일부가 상기 연결 부재와 상기 팩 하우징 사이에 배치되어 상기 연결 부재와 상기 팩 하우징 사이의 절연을 확보할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 플레이트 유닛은, 적어도 일부가 상기 연결 부재와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 연결 부재와 상기 셀 적층체 사이의 절연을 확보할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면 배터리 조립체들을 상호 연결하는 연결 부재가 배터리 조립체에 마련된 수용부에 수용되므로, 연결 부재와 팩 하우징 사이의 절연을 위해 별도의 절연 부재를 마련할 필요가 없어 제조 비용 및 제조 시간을 줄일 수 있다. 또한 배터리 팩의 공간 활용도를 높일 수 있어 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 조립체의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 조립체의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 버스바 조립체 및 센싱유닛을 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 조립체를 구비하는 배터리 팩의 사시도.
도 5 및 도 6은 도 4의 부분 분해 사시도.
도 7은 도 4에서 배터리 조립체와 연결 부재를 확대하여 도시한 사시도.
도 8은 도 6의 연결부재를 확대하여 도시한 사시도.
도 9는 도 4의 I-I'에 따른 부분 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 조립체의 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 버스바 조립체 및 센싱유닛을 확대하여 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 배터리 조립체를 구비하는 배터리 팩의 사시도.
도 5 및 도 6은 도 4의 부분 분해 사시도.
도 7은 도 4에서 배터리 조립체와 연결 부재를 확대하여 도시한 사시도.
도 8은 도 6의 연결부재를 확대하여 도시한 사시도.
도 9는 도 4의 I-I'에 따른 부분 단면도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 조립체의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 조립체의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 버스바 조립체 및 센싱유닛을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 조립체(100)는 복수의 배터리 셀(111)이 적층된 셀 적층체(110), 셀 적층체(110)에 결합되는 버스바 조립체(120), 셀 적층체(110)의 측면(side surface) 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛(140), 버스바 조립체(120)에 연결되는 센싱유닛(130), 및 셀 모니터링 유닛(150)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 배터리 조립체(100)는 플레이트 유닛(140)의 외측 면에 결합되는 브라켓 부재(160)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(111)이 적층된 상태를 이룬다. 배터리 셀(111)은 넓은 면이 서로 접촉한 상태로 적층되며, 이웃하는 배터리 셀(111)은 양면 테이프를 통해 고정될 수 있다. 셀 적층체(110)는 배터리 셀(111)이 넓은 면이 접촉한 상태로 수평방향(X축 방향)으로 적층될 수 있으나, 적층 방향은 이에 한정되는 것은 아니다.
셀 적층체(110)에 구비되는 배터리 셀(111)은 파우치형(pouched type) 이차전지로 이루어질 수 있다. 파우치형 이차전지로 이루어지는 배터리 셀(111)은 외장재(파우치) 내에 전극 조립체 및 전해액이 수용된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체는 양극판과 음극판의 넓은 면이 서로 마주보도록 한 상태에서 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 양극판과 음극판에는 각각 전극탭이 연결되며, 동일 극성의 전극탭은 전극리드(112)에 연결되어 외장재의 외부로 노출될 수 있다. 전극리드(112)는 배터리 셀(111)의 길이방향(Y축 방향) 양단에 각각 배치될 수 있으나, 배터리 셀(111)의 어느 일단에 서로 높이를 달리 하여 복수의 전극리드(112)가 배치되는 것도 가능하다.
배터리 셀(111)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로 구성될 수 있다. 위에서는, 배터리 셀(111)로서 파우치형 이차전지가 사용되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 실시예에서 배터리 조립체(100)에 구비되는 배터리 셀(111)은 전술한 파우치형 이차전지로 한정되는 것은 아니며, 캔형 이차전지로 구성되는 것도 가능하다. 캔형 이차전치는 적층되어 셀 적층체(110)를 이룰 수 있도록 사각단면을 가질 수 있다.
버스바 조립체(120)는 배터리 셀(111)의 전극리드(112)와 전기적으로 연결되는 버스바(125)를 구비하며, 셀 적층체(110)에 결합될 수 있다. 버스바(125)는 전기 전도성 재질로 형성되어 배터리 셀(111)의 직렬 및 병렬 전기적 연결구조를 구현하게 된다. 전극리드(112)는 버스바(125)에 관통 형성된 결합홀(126)을 통하여 버스바(125)의 외측으로 노출될 수 있다. 전극리드(112)는 결합홀(126)을 관통한 상태에서 버스바(125)에 용접될 수 있다. 배터리 셀(111)의 전극리드(112)가 배터리 셀(111)의 길이방향(Y축 방향) 양단에 배치되는 경우 버스바 조립체(120)는 배터리 셀(111)의 길이방향(Y축 방향) 양단 측에 각각 배치될 수 있다.
버스바 조립체(120)는 버스바(125)가 지지 및 설치되는 절연성의 지지 플레이트(121)를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(121)는 버스바(125)와 배터리 셀(111) 사이의 절연을 위하여 버스바(125)와 배터리 셀(111) 사이에 위치할 수 있다. 지지 플레이트(121)는 전극리드(112)가 통과할 수 있도록 관통홀(122)이 형성될 수 있다. 전극리드(112)는 지지 플레이트(121)의 관통홀(122)을 통과한 상태에서 버스바(125)의 결합홀(126)에 결합될 수 있으며, 버스바 조립체(120)는 셀 적층체(110)에 결합된 상태를 가질 수 있다.
플레이트 유닛(140)은 셀 적층체(110)의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되어 셀 적층체(110)의 측면을 외부로부터 보호하게 된다. 플레이트 유닛(140)은 셀 적층체(110)의 4개의 측면을 둘러싸며, 셀 적층체(110)의 상면 중 적어도 일부와 하면 중 적어도 일부가 외부로 노출되도록 하는 형상을 가질 수 있다.
일 예로서, 플레이트 유닛(140)은 배터리 셀(111)의 길이방향(Y축 방향)에서 셀 적층체(110)를 커버하는 제1 플레이트(141)와, 배터리 셀(111)의 적층방향(X축 방향)에서 셀 적층체(110)를 커버하는 제2 플레이트(145)를 구비할 수 있다.
따라서 제1 플레이트(141)는 2개가 셀 적층체(110)의 네 측면 중 마주보는 양 측면에 결합되고, 제2 플레이트(145)는 2개가 상기 네 측면 중 나머지 마주보는 양 측면에 결합될 수 있다.
이때, 제1 플레이트(141)와 셀 적층체(110) 사이에는 버스바 조립체(120)가 위치할 수 있다. 따라서, 제1 플레이트(141)는 배터리 셀(111)의 전극리드(112)에 대향하도록 배치되어 버스바 조립체(120)를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 또한 2개의 제2 플레이트(145)는 배터리 셀(111)과 나란하게 배치될 수 있다.
상세하게 도시되지는 않았지만, 제1 플레이트(141)와 제2 플레이트(145), 제1 플레이트(141)와 버스바 조립체(120), 제2 플레이트(145)와 버스바 조립체(120) 중 적어도 일부는 상호 간에 볼트 등 공지된 체결 수단에 의해 체결될 수 있다.
셀 적층체(110)와 버스바 조립체(120) 사이의 간격(즉, Y축 방향의 간격)을 유지하도록 제2 플레이트(145)는 버스바 조립체(120)와 결합되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 배터리 셀(111)의 전극리드(112)와 버스바(125) 사이의 안정적 결합이 유지될 수 있다. 제1 플레이트(141), 제2 플레이트(145), 버스바 조립체(120) 사이의 체결을 위하여 제1 플레이트(141), 제2 플레이트(145), 버스바 조립체(120)에는 체결수단의 체결이나 관통을 위한 조립홀(도면부호 미부여)이 형성될 수 있다. 이와 같이, 셀 적층체(110)와 버스바 조립체(120) 사이의 결합, 제1 플레이트(141), 제2 플레이트(145) 및/또는 버스바 조립체(120)의 상호 간의 결합에 의해 배터리 조립체(100)는 하나의 구조물로 형성될 수 있다.
한편, 플레이트 유닛(140)은 셀 적층체(110)의 측면 중에서 버스바 조립체(120)가 구비되지 않는 양면(도 2에서 셀 적층체(110)의 X축 방향 양측 면)을 덮도록 구성되고, 버스바 조립체(120)가 구비되는 양면(도 2에서 셀 적층체(110)의 Y축 방향 양측 면)에는 설치되지 않을 수 있다. 이 경우, 셀 적층체(110)의 4개의 측면 중에서 배터리 셀(111)의 적층방향(X)의 2개의 측면은 플레이트 유닛(140)에 의해 덮이는 구조를 갖고, 배터리 셀(111)의 길이방향(Y축 방향)의 2개의 측면은 버스바 조립체(120)에 의해 덮이는 구조를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서, 셀 적층체(110)의 4개의 측면은 플레이트 유닛(140)과 버스바 조립체(120)에 의해 둘러싸여 보호되는 구조로 변경되는 것도 가능하다.
한편, 플레이트 유닛(140)에는 배터리 셀(111)에서 배출된 가스나 화염, 연소물질 등을 셀 적층체(110)의 외측방향으로 배출하기 위하여 벤팅홀(142)이 형성될 수 있다. 파우치형 이차전지는 배터리 셀(111)은 전극조립체를 수용하는 외장재의 둘레 중 적어도 일부를 밀봉하여 실링부(미도시)를 형성하고 밀봉력 유지를 위하여 실링부를 폴딩하는 구조를 가질 수 있다. 이때, 전극리드(112)가 배치된 실링부는 폴딩할 수 없어 폴딩된 부분에 비해 밀봉력이 약하므로, 배터리 셀(111) 내부에서 온도 상승, 화재, 폭발 등 이벤트가 발생한 경우 전극리드(112)가 배치된 실링부를 통해 가스나 화염, 연소 물질 등이 배출될 수 있다.
제1 플레이트(141)에 형성된 벤팅홀(142)은 전극리드(112)와 대향하는 위치에 형성될 수 있다. 따라서 셀 적층체(110)에서 배출된 가스나 화염, 연소 물질 등은 벤팅홀(142)을 통해 셀 적층체(110)의 외측방향으로 신속하게 배출될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 플레이트(141)에는 연결단자(도 3의 127)를 지지하는 단자부(143)가 설치될 수 있다. 단자부(143)는 연결단자(127)의 하부에서 연결단자(127)를 지지하는 형태로 형성될 수 있으며, 배터리 조립체(100)의 장변 방향 양단에 설치될 수 있다. 그러나 단자부(143)의 위치나 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예의 플레이트 유닛(140) 중 적어도 하나는 수용부(147)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 제2 플레이트(145) 중 셀 모니터링 유닛(150)이 결합되지 않는 제2 플레이트(145)에 수용부(147)가 구비된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다른 제2 플레이트(145)나 제1 플레이트(141)에도 마련될 수도 있다.
수용부(147)는 후술되는 연결 부재(도 5의 170)가 삽입되는 공간으로, 제2 플레이트(145)의 상면(Z방향)으로 개방되는 홈의 형태로 형성될 수 있다.
연결 부재(170)와 후술되는 팩 하우징(도 4의 210) 간의 전기 절연을 위해, 연결 부재(170)는 최대한 많은 부분이 수용부(147) 내에 삽입 배치될 수 있다. 예컨대 수용부(147)의 깊이는 연결 부재(170)를 구성하는 접속 부재(171)가 제2 플레이트(145)의 상부로 돌출되지 않는 깊이로 형성될 수 있다.
수용부(147)는 제2 플레이트(145)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 이로 인해 도 2를 기준으로 제2 플레이트(145)는 하부에 비해 수용부(147)가 형성된 상부가 더 두껍게 형성될 수 있다. 예컨대, 플레이트 유닛(140) 중 수용부(147)가 형성된 부분은 상부로 갈수록 두께가 증가하는 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 접속 부재(171)는 제2 플레이트(145)보다 길게 형성될 수 있다. 따라서 수용부(147)는 제2 플레이트(145)의 양 단부에서 개방되는 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 연결 부재(170)는 배터리 조립체(120)의 상부에 위치한 후 하강하여 접속 부재(171)가 수용부(147)에 삽입되며 배터리 조립체(100)에 결합될 수 있다.
본 실시예에서 수용부(147)에 삽입되는 접속 부재(171)는 도전성 재질로 형성된다. 따라서 접속 부재(171)와 다른 요소들과의 전기적인 절연을 위해, 수용부(147)가 형성된 제2 플레이트(145)는 절연 재질로 형성된다. 예컨대, 본 실시예의 플레이트 유닛(140)은 전체가 절연 재질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부분을 도전성 재질로 형성하는 것도 가능하다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 수용부(147)는 플레이트 유닛(140) 중 측벽부(212)와 대면하도록 배치되는 제2 플레이트(145)에 마련된다. 따라서 도전성을 갖는 접속 부재(171)가 수용부(147) 내에 삽입 배치되면, 플레이트 유닛(140)은 적어도 일부(P1)가 접속 부재(171)와 측벽부(212) 사이에는 배치되어 접속 부재(171)와 측벽부(212) 사이의 절연을 확보할 수 있다. 이 경우, 플레이트 유닛(140)은 적어도 일부(P2)가 연결 부재(170)와 셀 적층체(110) 사이에도 배치되므로, 연결 부재(170)와 셀 적층체(110) 사이의 절연도 확보할 수 있다.
센싱유닛(130)은 배터리 셀(111)의 전압이나 온도 등을 측정하기 위하여 구비될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 센싱유닛(130)은 배터리 셀(111)의 전압을 측정하기 위하여 버스바(125)에 연결되는 전압센서(132)와, 배터리 셀(111)의 온도를 측정하기 위하여 배터리 셀(111)의 외면(예를 들어, 상면)에 설치되는 온도센서(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 센싱유닛(130)은 전압센서(132), 온도센서 등에서 수신된 신호를 전달하기 위하여 회로부재(131)를 구비할 수 있다. 회로부재(131)는 인쇄회로기판(PCB)으로 이루어질 수 있으나, 취급 및 설치 용이성, 그리고 두께 감소를 위하여 연성 회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)을 포함하여 구성될 수 있다.
회로부재(131)는 셀 적층체(110)의 일면, 예를 들어 셀 적층체(110)의 상면에 배치될 수 있다. 또한 본 실시예에서 센싱유닛(130)은 회로부재(131)와 셀 적층체(110) 사이를 절연을 위해, 절연부재(135)를 포함할 수 있다. 절연부재(135)는 절연성을 갖는 필름(film) 형태나 시트(sheet) 형태로 마련되어 회로부재(131)와 셀 적층체(110) 사이에 배치될 수 있다.
전압센서(132)는 버스바(125)에 용접 등을 통해 부착될 수 있다. 이를 위해 센싱유닛(130)은 회로부재(131)로부터 버스바(125)를 향하여 연장되는 연장부(131a)를 구비할 수 있다. 연장부(131a)는 지지 플레이트(121)에 형성된 홈을 통해 버스바(125) 측으로 연장되며, 연장부(131a)의 말단에는 전압센서(132)가 배치되어 버스바(125)에 부착될 수 있다. 한편, 연장부(131a)는 셀 적층체(110)의 상면을 향해 연장될 수 있으며, 셀 적층체(110)의 상면 측으로 연장된 연장부(131a)에는 온도센서(미도시)가 설치될 수 있다.
셀 모니터링 유닛(150)은 센싱유닛(130)에 접속되어 전압센서(132) 및/또는 온도센서 등으로부터 수신된 정보 등에 기초하여 배터리 모듈의 온도, 전압 등을 측정하여 BMS(Battery Management System)에 전달할 수 있다. 셀 모니터링 유닛(150)은 플레이트 유닛(140)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 제2 플레이트(145) 중 적어도 하나에는 셀 모니터링 유닛(150)의 설치를 위한 홈(146)이 형성될 수 있으며, 센싱유닛(130)의 커넥터(133)와 연결된 상태로 제2 플레이트(145)의 홈(146)에 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서 배터리 조립체(100)는 플레이트 유닛(140)의 외측 면(exterior surface)에 결합되는 브라켓 부재(160)를 추가로 포함할 수 있으며, 브라켓 부재(160)를 통해 배터리 조립체(100)를 팩 하우징(도 4의 210) 내부에 고정 설치될 수 있다.
브라켓 부재(160)는 셀 적층체(110)의 모든 측면에 대응하도록 설치되는 것도 가능하지만, 배터리 조립체(100)의 부피를 최소화하고 조립성을 개선하기 위하여 플레이트 유닛(140) 중 일부에 설치될 수 있다. 일 예로서 브라켓 부재(160)는 셀 적층체(110)의 장변에 대응하는 제1 플레이트(141)의 외측 면에 결합될 수 있다.
또한, 필요에 따라 브라켓 부재(160)는 볼트 등의 체결부재를 통해 버스바 조립체(120)에 직접 체결될 수 있다. 이 경우 제1 플레이트(141)에는 체결부재가 관통하는 통과홀(도면부호 미부여)이 형성될 수 있으며, 제1 플레이트(141)는 브라켓 부재(160)와 버스바 조립체(120)의 체결력에 의해 브라켓 부재(160)와 버스바 조립체(120) 사이에 고정될 수 있다.
브라켓 부재(160)는 제1 플레이트(141)에 대향하는 넓은 면으로 이루어지는 지지판(161)과, 지지판(161)의 상단에 구비되는 상부 플랜지부(162)를 구비할 수 있다. 또한 브라켓 부재(160)는 지지판(161)의 하단에 구비되는 하부 플랜지부(163)를 구비할 수도 있다.
브라켓 부재(160)는 배터리 조립체(100)의 강성을 보강할 수 있으며, 이를 위해 금속 재질로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속과 유사한 강성을 갖는 범위에서 다양한 재질이 이용될 수 있다. 또한 배터리 조립체(100)는 브라켓 부재(160)를 통해 후술되는 팩 하우징(도 4의 210)에 체결될 수 있다. 예컨대, 배터리 조립체(100)는 브라켓 부재(160)의 상부 플랜지부(162), 하부 플랜지부(163)가 팩 하우징(210)에 체결됨에 따라 팩 하우징(210)에 고정 결합될 수 있다. 이를 위해 브라켓 부재(160)는 팩 하우징(210)에 배터리 조립체(100)를 고정할 수 있는 강성을 가질 수 있다.
다음으로, 도 4 내지 도 9를 함께 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(200)에 대해 설명한다. 또한 도 4는 도 1에 도시된 배터리 조립체를 구비하는 배터리 팩의 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 부분 분해 사시도이다. 또한 도 7은 도 4에서 배터리 조립체와 연결 부재를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 8은 도 6의 연결부재를 확대하여 도시한 사시도이며, 도 9는 도 4의 I-I'에 따른 부분 단면도이다.
여기서, 도 4 내지 도 9는 배터리 팩(200)의 내부 구조를 용이하게 식별할 수 있도록, 팩 하우징(210)의 상부면을 형성하는 상부 커버를 생략하고 도시하였다.
배터리 팩(200)은 팩 하우징(210), 복수의 배터리 조립체(100), 및 연결 부재(170)를 포함할 수 있다.
팩 하우징(210)은 복수의 배터리 조립체들(100)과 연결 부재(170)를 내부에 수용한다. 이를 위해 팩 하우징(210)은 내부 공간을 형성하는 측벽부(212)와, 내부 공간에 배치되는 격벽부재(220)를 포함할 수 있다. 또한 팩 하우징(210)은 내부 공간의 하부를 커버하는 하부 커버(211)와 상부를 커버하는 상부 커버(미도시)를 포함할 수 있다.
측벽부(212)는 팩 하우징(210)의 제1 방향의 양단에 위치하는 제1 측벽(212a)과 제1 방향에 수직한 제2 방향의 양단에 위치하는 제2 측벽(212b)을 구비할 수 있으며, 제1 측벽(212a)과 제2 측벽(212b)은 상호 결합되어 팩 하우징(210)의 4개의 외측면을 형성하게 된다.
격벽부재(220)는 팩 하우징(210)의 내부 공간을 배터리 조립체(100)가 수용되는 복수의 공간으로 구획할 수 있다.
따라서 배터리 조립체(100)는 측벽부(212)와 격벽부재(220)에 의해 구획되는 다수의 내부 공간에 각각 분산 배치될 수 있으며, 브라켓 부재(160)를 통해 팩 하우징(210)의 하부 커버(211)에 고정될 수 있다. 이때, 배터리 조립체들(100)은 제1 플레이트(141) 또는 브라켓 부재(160)가 서로 대향하도록 배치되어 팩 하우징(210)에 결합될 수 있다.
또한 팩 하우징(210)에는 셀 적층체(110)를 구성하는 배터리 셀(111)에서 발생하는 가스, 화염 및/또는 연소물질을 배터리 팩(200)의 외부로 배출할 수 있도록 벤팅부재(230)가 설치될 수 있다. 이러한 벤팅부재(230)는 평상 시 막혀 있다가 가스 등의 배출 시 개방될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 다만, 벤팅부재(230)는 팩 하우징(210)에 형성된 개방된 홀로 구성되는 것도 가능하다. 벤팅부재(230)의 설치위치 및 개수는 필요에 따라 다양한 변경이 가능하다.
한편, 셀 적층체(110)로부터 배출된 가스, 화염 및/또는 연소물질은 벤팅홀(142)을 통해 셀 적층체(110)의 외측방향으로 배출된다. 이에 팩 하우징(210)의 내부에는 가스, 화염 및/또는 연소물질이 벤팅부재(230)로 이동할 수 있는 벤팅 유로(BP)가 구비될 수 있다. 일 예로, 벤팅 유로(BP)는, 측벽부(212)의 내부나 격벽부재(220)의 내부, 팩 하우징(210)과 배터리 조립체들(100) 사이에 형성될 수 있다. 벤팅 유로(BP)로 유입된 가스 등은 팩 하우징(210)에 마련된 벤팅부재(230)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에 화염/열의 급격한 전파와, 이로 인한 2차 피해를 최소화할 수 있다.
팩 하우징(210)과 배터리 조립체들(100) 사이에 벤팅 유로(BP)가 형성되는 경우, 브라켓 부재(160)는 벤팅 유로(BP)의 일부를 형성할 수 있다. 따라서 브라켓 부재(160)는 내열, 내화 성능을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 브라켓 부재(160)는 내열, 내화 성능을 보유하고 약 0.5 GPa 이상의 강성을 보유한 금속, 수지, 복합재, 섬유강화 복합재 등의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 브라켓 부재(160)는 내열 및 내화, 강도 및 강성을 보강하기 위한 코팅, 열처리 등의 후가공 처리를 거쳐 제조될 수도 있다.
또한 배터리 팩(200)은 분산 배치된 배터리 조립체들(100)을 전기적으로 연결하는 연결 부재(170)를 구비할 수 있다.
본 실시예의 연결 부재(170)는 제2 플레이트(145)에 나란하게 배치되어 배터리 조립체들(100)에 결합될 수 있다. 구체적으로 연결 부재(170)는 배터리 조립체(100)의 연결단자(127)에 접촉하는 접속 부재(171)와, 접속 부재(171)에 결합되는 이격 부재(175)를 포함할 수 있다.
접속 부재(171)는 막대 형태로 형성될 수 있으며, 구리와 같은 전기 전도성이 높은 재질로 형성될 수 있다. 접속 부재(171)의 양 단에는 각각 배터리 조립체(100)의 연결단자에 결합되는 단자 결합부(172)가 형성될 수 있다. 단자 결합부(172)는 접속 부재(171)의 양 단에서 배터리 조립체(100) 측으로 연장되어 형성될 수 있다. 예컨대 단자 결합부(172)는 접속 부재(171)의 길이 방향에 직교하는 방향으로 접속 부재(171)에서 돌출될 수 있다. 또한 단자 결합부(172)는 연결단자(127)의 상면에 안착되며 연결단자와 결합되므로, 연결단자(127)의 상면과 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
접속 부재(171)는 납작한 막대 형태로 형성될 수 있다. 접속 부재(171)는 편평한 넓은 면이 셀 적층체(110)를 향하도록 배터리 조립체(100)에 결합될 수 있다.
한편, XY 평면을 따라 접속 부재(171)의 면적이 증가하게 되면, 접속 부재(171)로 인해 배터리 조립체(100)의 부피가 증가할 수 있으며, 이에 배터리 팩(200)의 에너지 밀도가 낮아질 수 있다. 이에 본 실시예의 연결 부재(170)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 접속 부재(171)의 수직 방향(YZ 평면)의 면적이 수평 방향(XY 평면)의 면적보다 크도록 배치되어 배터리 조립체(100)에 결합된다.
접속 부재(171)가 제2 플레이트(145)의 수용부(147)에 삽입되므로, 접속 부재(171)는 제2 플레이트(145)와 나란하게 배치될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 배터리 조립체들(100) 사이에는 격벽부재(220)가 배치되므로, 접속 부재(171)가 격벽부재(220)의 양 측에 설치된 배터리 조립체들(100)을 전기적으로 연결하기 위해서는, 격벽부재(220)와 교차하도록 배치될 수 있다.
이를 위해, 격벽부재(220)에는 연결 부재(170)가 삽입되는 교차 홈(225)이 구비될 수 있으며, 연결 부재(170)는 교차 홈(225)에 삽입되는 이격 부재(175)를 구비할 수 있다.
이격 부재(175)는 블록 형태로 마련되어 접속 부재(171)에 결합되며, 접속 부재(171)가 팩 하우징(210)이나 격벽부재(220)에 접촉하는 것을 방지한다. 따라서 이격 부재(175)는 교차 홈(225)에 삽입되어 접속 부재(171)를 측벽부(212)나 격벽부재(220)로부터 일정거리 이격시킬 수만 있다면 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서 접속 부재(171)는 이격 부재(175)를 관통하며 이격 부재(175)와 결합할 수 있다. 본 실시예에서는 이격 부재(175)에 마련된 관통 구멍에 접속 부재(171)가 삽입되는 형태로, 접속 부재(171)와 이격 부재(175)가 결합된다.
그러나 이격 부재(175)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 접속 부재(171)를 격벽부재(220)와 일정 거리 이격시킬 수만 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다. 예컨대, 이격 부재(175)에 홈을 형성하고, 상기한 홈에 접속 부재(171)를 끼워넣어 접속 부재(171)와 이격 부재(175)를 결합하는 것도 가능하다.이격 부재(175)는 절연 재질로 형성될 수 있다. 예컨대 이격 부재(175)는 수지, 세라믹, 고무 중 적어도 하나의 재질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이격 부재(175)는 격벽부재(220)의 교차 홈(225)에 삽입되어 격벽부재(220)에 결합될 수 있다. 따라서 이격 부재(175)는 교차 홈(225)에 견고하게 끼워질 수 있는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 접속 부재(171)는 이격 부재(175)를 통해 격벽 부재와 일정 거리 이격된 상태가 유지될 수 있다
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 팩(200)은 배터리 조립체들(100)을 상호 연결하는 연결 부재(170)가 배터리 조립체(100)에 마련된 수용부(147)에 수용된다. 따라서 연결 부재(170)와 팩 하우징(210) 사이의 절연을 위해 별도의 절연 부재를 마련할 필요가 없어 제조 비용 및 제조 시간을 줄일 수 있다.
또한 연결 부재(170)가 배터리 조립체들(100)의 상부에 배치되지 않으므로, 연결 부재(170)로 인해 배터리 팩(200)의 두께가 증가하는 것을 방지할 수 있다.
더하여 본 실시예의 배터리 조립체들(100)은 셀 적층체(110)의 상부와 하부에 별도의 커버가 결합되지 않는다. 이로 인해 셀 적층체와 팩 하우징(210) 사이에 별도의 구성 요소들이 배치되지 않으므로, 배터리 팩(200)의 두께를 최소화할 수 있어 에너지 밀도를 높일 수 있다.
한편 본 실시예의 경우, 플레이트 유닛(140)이 셀 적층체(110)의 측면에만 결합되므로, 셀 적층체(110)의 하면은 팩 하우징(210)의 하부 커버(도 6의 211)와 접촉할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(도 2의 111)에서 발생한 열은 팩 하우징(210)의 하부 커버(211)에 직접 전달될 수 있으며, 하부 커버(211)에 전달된 열은 하부 커버(211)의 외부면에 결합되는 냉각유닛(미도시)을 통해 방출될 수 있다. 여기서 냉각유닛은 공냉 또는 수냉 방식으로 열을 방출하는 장치일 수 있다. 또한 배터리 셀(111)의 방열 성능을 개선하기 위하여 배터리 셀(111)의 하면과 하부 커버(211) 사이에는 열전도성 접착제 등 열전도성 소재가 개재될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
100... 배터리 조립체 110... 셀 적층체
111... 배터리 셀 120... 버스바 조립체
130... 센싱유닛
140... 플레이트 유닛 141... 제1 플레이트
145... 제2 플레이트 150... 셀 모니터링 유닛
160... 브라켓 부재
200... 배터리 팩 210... 팩 하우징
211... 하부 커버 212... 측벽부
220... 격벽부재
111... 배터리 셀 120... 버스바 조립체
130... 센싱유닛
140... 플레이트 유닛 141... 제1 플레이트
145... 제2 플레이트 150... 셀 모니터링 유닛
160... 브라켓 부재
200... 배터리 팩 210... 팩 하우징
211... 하부 커버 212... 측벽부
220... 격벽부재
Claims (16)
- 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛을 포함하는 다수의 배터리 조립체;
적어도 두 개의 상기 배터리 조립체를 전기적으로 연결하는 연결 부재; 및
상기 배터리 조립체들과 상기 연결 부재를 내부에 수용하는 팩 하우징;
을 포함하며,
상기 플레이트 유닛은 상기 연결 부재가 삽입되는 수용부를 구비하며,
상기 팩 하우징은 내부 공간을 형성하는 측벽부와, 상기 내부 공간을 다수 개로 구획하는 격벽부재를 포함하고, 상기 배터리 조립체들은 상기 내부 공간에 분산 배치되며,
상기 연결 부재는 상기 격벽부재와 교차하도록 배치되며,
상기 격벽부재는 상기 연결 부재가 삽입되는 교차 홈을 구비하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서, 상기 수용부는,
상기 플레이트 유닛의 상면으로 개방되는 홈으로 형성되는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서, 상기 연결 부재는,
막대 형태로 형성되어 상기 수용부에 삽입되는 접속 부재; 및
상기 접속 부재의 양 단에서 연장되어 상기 배터리 조립체의 연결단자에 결합되는 단자 결합부;
를 포함하는 배터리 팩.
- 제3항에 있어서, 상기 접속 부재는,
납작한 막대 형상으로 형성되어 넓은 면이 상기 셀 적층체를 향하도록 상기 수용부 내에 삽입되는 배터리 팩.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 연결 부재는 이격 부재를 더 포함하고,
상기 이격 부재는 상기 교차 홈에 결합되어 상기 연결 부재와 상기 격벽부재를 일정 거리 이격시키는 배터리 팩.
- 제7항에 있어서,
상기 연결 부재는 막대 형태로 형성되어 상기 수용부에 삽입되는 접속 부재;를 포함하며,
상기 이격 부재는 절연 재질로 형성되며, 상기 접속 부재는 상기 이격 부재를 관통하며 상기 이격 부재에 결합되는 배터리 팩.
- 제7항에 있어서, 상기 이격 부재는,
수지, 세라믹, 및 고무 중 적어도 하나의 재질을 포함하는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서, 상기 수용부는,
상기 플레이트 유닛 중 상기 측벽부와 대면하는 부분에 마련되는 배터리 팩.
- 제10항에 있어서,
상기 연결 부재는 막대 형태로 형성되어 상기 수용부에 삽입되는 접속 부재;를 포함하며,
상기 플레이트 유닛은 적어도 일부가 상기 접속 부재와 상기 측벽부 사이에는 배치되는 배터리 팩.
- 제1항에 있어서, 상기 플레이트 유닛은,
상기 셀 적층체의 네 측면 중 마주보는 양 측면에 결합되는 2개의 제1 플레이트; 및
상기 네 측면 중 나머지 양 측면에 결합되는 2개의 제2 플레이트;
를 포함하며,
상기 제1 플레이트는 상기 배터리 셀의 전극 리드에 대향하도록 배치되는 배터리 팩.
- 제12항에 있어서,
상기 2개의 제2 플레이트는 상기 배터리 셀과 나란하게 배치되며,
상기 수용부는 상기 2개의 제2 플레이트 중 적어도 하나에 형성되는 배터리 팩.
- 제12항에 있어서,
다수의 상기 배터리 조립체는 상기 제1 플레이트가 서로 대향하도록 배치되고,
상기 연결 부재는 상기 제2 플레이트에 나란하게 배치되는 배터리 팩.
- 복수의 배터리 셀이 적층된 셀 적층체와, 상기 셀 적층체의 측면 중 적어도 일부를 덮도록 구성되는 플레이트 유닛을 포함하는 다수의 배터리 조립체;
적어도 두 개의 상기 배터리 조립체를 전기적으로 연결하는 연결 부재; 및
상기 배터리 조립체들과 상기 연결 부재를 내부에 수용하는 팩 하우징;
을 포함하며,
상기 팩 하우징은 내부 공간을 형성하는 측벽부와, 상기 내부 공간을 다수 개로 구획하는 격벽부재를 포함하고, 상기 배터리 조립체들은 상기 내부 공간에 분산 배치되며,
상기 연결 부재는 상기 격벽부재와 교차하도록 배치되며,
상기 격벽부재는 상기 연결 부재가 삽입되는 교차 홈을 구비하며,
상기 플레이트 유닛은 적어도 일부가 상기 연결 부재와 상기 팩 하우징 사이에 배치되어 상기 연결 부재와 상기 팩 하우징 사이의 절연을 확보하는 배터리 팩.
- 제15항에 있어서, 상기 플레이트 유닛은,
적어도 일부가 상기 연결 부재와 상기 셀 적층체 사이에 배치되어 상기 연결 부재와 상기 셀 적층체 사이의 절연을 확보하는 배터리 팩.
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| KR101057563B1 (ko) * | 2009-07-01 | 2011-08-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
| KR101136310B1 (ko) * | 2010-06-07 | 2012-04-19 | 에스비리모티브 주식회사 | 배터리 팩 |
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