KR20210087814A - 개선된 체결 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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KR20210087814A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈이 적층된 모듈 적층체; 상기 모듈 적층체를 하부에서 지지하는 로워 하우징 및 상기 모듈 적층체의 상부로부터 상기 로워 하우징에 결합되는 어퍼 하우징을 포함하는 팩 하우징; 상기 로워 하우징의 하면에 고정되는 복수의 웰드 너트; 및 상기 팩 하우징 및 모듈 적층체를 관통하여 상기 웰드 너트에 체결되는 복수의 체결 볼트; 를 포함한다.

Description

개선된 체결 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차{Battery pack having improved fastening structure and automobile including same}
본 발명은 개선된 체결 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 모듈 적층체와 팩 하우징을 볼트로 한꺼번에 체결하여 연결 신뢰성을 높이고 코스트를 절감하되 팩 하우징 외측의 체결 부위를 통한 수분 침투를 방지할 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 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.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 복수개 적층되어 형성된 모듈 적층체를 팩 하우징 내에 수용시켜 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
따라서, 복수의 배터리 모듈 간의 체결, 그리고 모듈 적층체와 팩 하우징 간의 체결이 최대한 간소하게 이루어질 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩의 개발을 통해 부품 비용 절감 및 구조적 신뢰성을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은, 상술한 기술적 과제를 고려하여 창안된 것으로서, 복수의 배터리 모듈 간의 체결 및 복수의 배터리 모듈이 적층되어 형성된 모듈 적층체와 팩 하우징 간의 체결이 최대한 간소하게 이루어지도록 함으로써 부품의 절감 및 공정의 간소화를 실현하고, 또한 에너지 밀도를 향상시키며 구조적 신뢰성을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 모듈이 적층된 모듈 적층체; 상기 모듈 적층체를 하부에서 지지하는 로워 하우징 및 상기 모듈 적층체의 상부로부터 상기 로워 하우징에 결합되는 어퍼 하우징을 포함하는 팩 하우징; 상기 로워 하우징의 하면에 고정되는 복수의 웰드 너트; 및 상기 팩 하우징 및 모듈 적층체를 관통하여 상기 웰드 너트에 체결되는 복수의 체결 볼트; 를 포함한다.
상기 로워 하우징은, 상기 모듈 적층체의 수용 공간을 제공하는 로워 하우징 본체; 및 상기 로워 하우징 본체의 하면에 부착되며, 상기 웰드 너트의 수용 공간을 제공하는 기밀 플레이트 어셈블리; 를 포함할 수 있다.
상기 기밀 플레이트 어셈블리는, 상기 웰드 너트를 커버하는 가스켓; 및 상기 가스켓을 가압하며 상기 로워 하우징의 하면에 부착되는 기밀 플레이트; 를 포함할 수 있다.
상기 기밀 플레이트는, 상기 가스켓이 수용될 수 있는 수용 공간 및 상기 웰드 너트가 수용될 수 있는 공간을 갖는 이중 단차 구조를 가질 수 있다.
상기 로워 하우징 본체의 하면에는, 상기 기밀 플레이트 어셈블리가 부착될 수 있는 부착 홈이 형성될 수 있다.
상기 부착 홈의 깊이는, 상기 기밀 플레이트가 갖는 단차의 높이와 동일하거나 더 깊게 형성될 수 있다.
상기 체결 볼트의 헤드부에는 실링 부재가 코팅될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 복수의 단위 모듈이 결합되어 형성된 단위 모듈 적층체; 및 상기 단위 모듈 적층체의 길이 방향 일 측에 결합되는 BMS 어셈블리; 를 포함할 수 있다.
상기 BMS 어셈블리는, 높이 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 체결 홀을 구비하고, 상기 단위 모듈은, 길이 방향 일 측에 형성되는 복수의 제2 체결 홀 및 길이 방향 타 측에 형성되는 제3 체결 홀을 구비할 수 있다.
상기 복수의 체결 볼트 중, 제1 체결 볼트는 서로 겹쳐진 상기 제1 관통 홀 및 제2 관통 홀을 동시에 통과하고, 제2 체결 볼트는 서로 겹쳐진 제2 관통 홀 및 제3 관통 홀을 동시에 통과하여 팩 하우징, BMS 어셈블리 및 단위 모듈 적층체를 한꺼번에 결합시킬 수 있다.
상기 단위 모듈은, 상기 단위 모듈의 길이 방향을 따라 배열된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹이 상기 단위 모듈의 폭 방향을 따라 복수개 배열된 구조를 가지며, 상기 제3 체결 홀은, 서로 인접한 셀 그룹이 엇갈려 배치됨에 따라 발생되는 데드 스페이스에 형성될 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 모듈 간의 체결 및 복수의 배터리 모듈이 적층되어 형성된 모듈 적층에와 팩 하우징 간의 체결이 최대한 간소하게 이루어지도록 함으로써 부품의 절감 및 공정의 간소화를 실현하고, 또한 에너지 밀도를 향상시키며 구조적 신뢰성을 향상시킨다.
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 완성 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 팩에 적용되는 팩 하우징의 하면이 잘 나타나도록 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 A 영역의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 팩에 적용되는 배터리 모듈에 있어서 모듈 하우징이 제거된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 배터리 모듈에 있어서 셀 하우징의 내부에 수용된 배터리 셀이 나타나도록 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 팩 하우징을 구성하는 로워 하우징의 분해 사시도이다.
도 8은 도 1의 X-X 라인을 따라 절단한 단면을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 B 영역을 확대하여 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 적용되는 체결 볼트를 나타내는 도면이다.
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.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 개략적인 구조를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은 모듈 적층체(M), 팩 하우징(200), 복수의 체결 볼트(300) 및 복수의 웰드 너트(weld nut)(400)를 포함한다.
상기 모듈 적층체(M)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 배터리 모듈(100)이 적층된 형태를 갖는다. 각각의 배터리 모듈(100)의 구체적인 구조에 대해서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 상세히 후술하기로 한다.
상기 팩 하우징(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈 적층체(M)의 하부를 지지하는 로워 하우징(210) 및 모듈 적층체(M)의 상부를 커버하며 로워 하우징(210)에 결합되는 어퍼 하우징(220)을 포함한다. 상기 로워 하우징(210)은 그 하면에 특별한 구조를 갖고 있는데, 이러한 로워 하우징(210)의 특별한 구조에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
상기 복수의 체결 볼트(300)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 롱 볼트(Long bolt) 형태를 가지며, 어퍼 하우징(220), 모듈 적층체(M) 및 로워 하우징(210)을 차례로 관통하여 모듈 적층체(M)가 팩 하우징(200)에 고정될 수 있도록 한다.
상기 웰드 너트(400)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 로워 하우징(210)(도 2 및 도 3 참조)의 바닥면에 용접에 의해 부착된다. 상기 웰드 너트(400)는, 체결 볼트(300)와 결합될 수 있도록 로워 하우징(210)의 바닥면에 형성된 관통 홀에 대응되는 위치에 부착된다. 또한, 상기 웰드 너트(400)는, 로워 하우징(210)을 구성하는 가스켓(210a) 및 기밀 플레이트(210b) 내측에 위치한다. 상기 웰드 너트(400)가 이처럼 가스켓(210a)과 기밀 플레이트(210b)의 내측에 위치하는 것은, 로워 하우징(210)에 형성된 관통 홀로 인한 외부 이물질이나 수분이 팩 하우징(200)의 내부로 침투하여 배터리 팩(1)의 수명 단축이나 성능 저하를 유발하는 것을 방지하기 위함이다.
다음은, 도 2와 함께 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 적용되는 모듈 적층체(M)를 구성하는 배터리 모듈(100)에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 배터리 모듈(100)은, 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)에 있어서 외장 커버, 즉 모듈 하우징을 벗겨낸 형태의 것이다. 즉, 도 5에 도시된 배터리 모듈(100)과 도 2에 도시된 배터리 모듈(100)은 모듈 하우징 유/무의 차이가 있기는 하지만 설명의 편의상 동일한 도면 참조 부호를 적용하는 것임을 밝혀둔다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)은 복수의 단위 모듈(111)이 결합되어 형성된 단위 모듈 적층체(110) 및 단이 모듈 적층체(110)의 길이 방향(도 5의 X축에 나란한 방향) 일 측 단부에 결합되는 BMS 어셈블리(120)를 포함한다.
상기 단위 모듈(111)은 셀 하우징(111a) 및 셀 하우징(111a) 내에 수용되며 서로 전기적으로 연결되는 복수의 배터리 셀(111b)을 포함한다. 상기 배터리 셀(111b)로는, 예를 들어 원통형 배터리 셀이 적용될 수 있다.
상기 BMS 어셈블리(120)는, 복수의 BMS(battery management system)(121) 및 BMS(121)를 감싸며 고정시키는 BMS 프레임(122)을 포함한다. 각각의 BMS(121)는 단위 모듈(111)과 전기적으로 연결되며, 슬레이브 BMS(slave BMS)로서 작용할 수 있다. 즉, 복수의 BMS(121)들은 별도의 마스터 BMS(master BMS)(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 체결 볼트(300)(도 1 및 도 2 참조)가 통과할 수 있는 복수의 체결 홀(H1~H3)들을 구비한다. 구체적으로, 상기 BMS 프레임(122)은 배터리 모듈(100)의 폭 방향(도 5의 Y축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 형성되는 복수의 제1 체결 홀(H1)을 구비한다. 또한, 상기 단위 모듈(111)은, 단위 모듈(111)의 길이 방향(도 5의 X축과 나란한 방향) 일 측 단부에 형성되며 단위 모듈(111)의 폭 방향(도 5의 Y축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 형성되는 복수의 제2 체결 홀(H2)을 구비한다. 상기 제2 체결 홀(H2)은 단위 모듈(111)을 구성하는 셀 하우징(111a)에 형성된다. 즉, 상기 제2 체결 홀(H2)은 셀 하우징(111a)에 있어서 배터리 셀(111b)의 수용 공간 이 외의 잉여 공간에 형성되는 것이다. 상기 배터리 모듈(100)의 형성을 위한 단위 모듈 적층체(110)와 BMS 어셈블리(120)의 조립 시에 제1 체결 홀(H1)과 제2 체결 홀(H2)은 서로 겹쳐진다. 따라서, 상기 체결 볼트(300)는, 제1 체결 홀(H1)과 제2 체결 홀(H2)을 동시에 통과하게 되며, 이로써 단위 모듈 적층체(110)와 BMS 어셈블리(120) 그리고 팩 하우징(200) 상호 간은 한꺼번에 결합된다.
또한, 상기 단위 모듈(111)은, 단위 모듈(111)의 길이 방향(도 5의 X축과 나란한 방향) 타 측 단부에 형성되며 단위 모듈(111)의 폭 방향(도 5의 Y축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 형성되는 복수의 제3 체결 홀(H3)을 구비한다. 상기 제3 체결 홀(H3)은 단위 모듈(111)을 구성하는 셀 하우징(111a)에 형성된다. 즉, 상기 제3 체결 홀(H3)은 셀 하우징(111a)에 있어서 배터리 셀(111b)의 수용 공간 이 외의 잉여 공간에 형성되는 것이다. 상기 단위 모듈 적층체(110)의 형성을 위한 단위 모듈(111)과 단위 모듈(111) 간의 조립 시에 제2 체결 홀(H2)과 제3 체결 홀(H3)은 서로 겹쳐진다. 따라서, 상기 체결 볼트(300)는, 제2 체결 홀(H2)과 제3 체결 홀(H3)을 동시에 통과하게 되며, 이로써 단위 모듈 적층체(110)와 팩 하우징(200) 상호 간은 한꺼번에 결합된다.
한편, 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(100)의 길이 방향(도 6의 X축과 나란한 방향) 양 측 단부 중 BMS 어셈블리(120)가 결합된 측의 반대 측에 형성된 제3 체결 홀(H3)의 경우, 서로 인접한 셀 그룹(G) 간의 엇갈린 배치에 의해 발생되는 데드 스페이스(dead space)를 이용하여 형성된다. 즉, 상기 단위 모듈(111)은, 단위 모듈(111)의 길이 방향(도 6의 X축과 나란한 방향)을 따라 배열된 복수의 배터리 셀(111b)을 포함하는 셀 그룹(G)이 단위 모듈(111)의 폭 방향(도 6의 Y축과 나란한 방향)을 따라 복수개 배열된 구조를 갖는데, 제3 체결 홀(H3)은 서로 인접한 셀 그룹(G)이 엇갈려 배치됨에 따라 발생되는 데드 스페이스에 형성되는 것이다. 상기 제3 체결 홀(H3)은, 이와 같이 데드 스페이스를 이용하여 형성됨으로써 제3 체결 홀(H3)의 형성에 따른 에너지 밀도 손실을 방지할 수 있다.
다음은, 도 4와 함께 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)에 적용되는 기밀 플레이트 어셈블리(212), 체결 볼트(300) 및 웰드 너트(400)를 이용한 체결 구조 및 그에 따른 체결성 향상 및 기밀성 향상 효과에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 4와 함께 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 로워 하우징(210)은, 로워 하우징 본체(211) 및 기밀 플레이트 어셈블리(212)를 포함한다. 상기 기밀 플레이트 어셈블리(212)는 로워 하우징 본체(211)의 하면에 형성된 부착 홈(211a) 내에 삽입되며, 용접 등에 의해 부착 홈(211a)의 내측 바닥 면에 고정된다.
상기 기밀 플레이트 어셈블리(212)는, 가스켓(212a) 및 기밀 플레이트(212b)를 포함한다. 상기 가스켓(212a)은 로워 하우징 본체(211)의 하면에 용접에 의해 부착된 웰드 너트(400)의 둘레를 감싸며, 웰드 너트(400)와 기밀 플레이트(212b) 사이에 개재되어 웰드 너트(400)와 로워 하우징 본체(211)의 바닥 면 사이의 틈새로 이물질 및/또는 수분이 침투하는 것을 방지한다. 상기 기밀 플레이트(212b)는 부착 홈(211b) 내에서 가스켓(212a) 및 웰드 너트(400)를 커버하면서 로워 하우징 본체(211)의 바닥 면에 용접 등에 의해 고정되어 1차적으로 이물질 및/또는 수분의 침투를 방지한다.
상기 기밀 플레이트(212b)는 가스켓(212a)을 가압하며 로워 하우징의(210) 하면, 즉 하우징 본체(211)의 바닥 면에 부착된다. 또한, 상기 기밀 플레이트(212b)는, 가스켓(212a)이 수용될 수 있는 수용 공간 및 웰드 너트(400)가 수용될 수 있는 수용 공간을 갖는 이중 단차 구조를 가질 수 있다. 다만, 이러한 이중 단차 구조에 따른 기밀 플레이트(212b)의 높이와 비교하여 부착 홈(211a)의 깊이는 동일하거나 더 깊게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 기밀 플레이트(212b)의 형성으로 인한 에너지 밀도 손실을 방지하기 위함이다.
한편, 도 10을 참조하면, 상기 체결 볼트(300)는, 팩 하우징(200)의 상부에 형성된 관통 홀, 즉 어퍼 하우징(210)에 형성된 관통 홀을 통한 이물질 및/또는 수분의 침투를 최소화 하기 위해서 헤드부의 표면에 코팅된 실링 부재(S)를 구비할 수 있다. 상기 실링 부재(S)는 탄성을 갖는 소재가 이용되는 것이 바람직하며, 예를 들어 우레탄 재질이 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 팩 하우징(200)에 미리 고정된 웰드 너트(400), 그리고 팩 하우징(200)과 모듈 적층체(M)를 한꺼번에 관통하여 웰드 너트(400)에 체결되는 체결 볼트(300)를 이용하여 모듈 적층체(M)를 구성하는 각각의 구성요소들과 팩 하우징(200)을 한꺼번에 체결시킬 수 있는 구조를 가짐으로써 체결 신뢰성 향상 및 비용 절감 효과를 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)은, 팩 하우징(200)의 외측에 형성되는 홀을 통한 외부 이물질 및/또는 수분의 침투를 방지할 수 있는 구조를 가짐으로써 배터리 팩의 사용 과정에서 성능 저하의 우려를 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함한다.
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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 배터리 팩
M: 모듈 적층체
100: 배터리 모듈
110: 단위 모듈 적층체
111: 단위 모듈
111a: 셀 하우징
111b: 배터리 셀
H1: 제1 체결 홀
H2: 제2 체결 홀
H3: 제3 체결 홀
G: 셀 그룹
120: BMS 어셈블리
121: BMS
122: BMS 프레임
200: 팩 하우징
210: 로워 하우징
211: 로워 하우징 본체
211a: 부착 홈
212: 기밀 플레이트 어셈블리
212a: 가스켓
212b: 기밀 플레이트
220: 어퍼 하우징
300: 체결 볼트
S: 실링 부재
400: 웰드 너트

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 모듈이 적층된 모듈 적층체;
    상기 모듈 적층체를 하부에서 지지하는 로워 하우징 및 상기 모듈 적층체의 상부로부터 상기 로워 하우징에 결합되는 어퍼 하우징을 포함하는 팩 하우징;
    상기 로워 하우징의 하면에 고정되는 복수의 웰드 너트; 및
    상기 팩 하우징 및 모듈 적층체를 관통하여 상기 웰드 너트에 체결되는 복수의 체결 볼트;
    를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로워 하우징은,
    상기 모듈 적층체의 수용 공간을 제공하는 로워 하우징 본체; 및
    상기 로워 하우징 본체의 하면에 부착되며, 상기 웰드 너트의 수용 공간을 제공하는 기밀 플레이트 어셈블리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기밀 플레이트 어셈블리는,
    상기 웰드 너트를 커버하는 가스켓; 및
    상기 가스켓을 가압하며 상기 로워 하우징의 하면에 부착되는 기밀 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기밀 플레이트는,
    상기 가스켓이 수용될 수 있는 수용 공간 및 상기 웰드 너트가 수용될 수 있는 공간을 갖는 이중 단차 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로워 하우징 본체의 하면에는, 상기 기밀 플레이트 어셈블리가 부착될 수 있는 부착 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 부착 홈의 깊이는, 상기 기밀 플레이트가 갖는 단차의 높이와 동일하거나 더 깊게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체결 볼트의 헤드부에는 실링 부재가 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    복수의 단위 모듈이 결합되어 형성된 단위 모듈 적층체; 및
    상기 단위 모듈 적층체의 길이 방향 일 측에 결합되는 BMS 어셈블리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 BMS 어셈블리는, 높이 방향을 따라 형성되는 복수의 제1 체결 홀을 구비하고,
    상기 단위 모듈은, 길이 방향 일 측에 형성되는 복수의 제2 체결 홀 및 길이 방향 타 측에 형성되는 제3 체결 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 체결 볼트 중, 제1 체결 볼트는 서로 겹쳐진 상기 제1 관통 홀 및 제2 관통 홀을 동시에 통과하고, 제2 체결 볼트는 서로 겹쳐진 제2 관통 홀 및 제3 관통 홀을 동시에 통과하여 팩 하우징, BMS 어셈블리 및 단위 모듈 적층체를 한꺼번에 결합시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단위 모듈은, 상기 단위 모듈의 길이 방향을 따라 배열된 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 그룹이 상기 단위 모듈의 폭 방향을 따라 복수개 배열된 구조를 가지며,
    상기 제3 체결 홀은, 서로 인접한 셀 그룹이 엇갈려 배치됨에 따라 발생되는 데드 스페이스에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068682A1 (ko) * 2021-10-22 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차, 및 배터리 케이스 제조 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4037080A4 (en) * 2020-08-26 2023-01-25 LG Energy Solution, Ltd. BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0571523A (ja) * 1991-09-18 1993-03-23 Mazda Motor Corp ウエルドナツトおよびその製造方法
JP4371897B2 (ja) * 2003-09-04 2009-11-25 西川ゴム工業株式会社 車両用バッテリーの固定構造
JP2007296934A (ja) 2006-04-28 2007-11-15 Toyota Motor Corp 電源装置
KR20120081821A (ko) * 2011-01-12 2012-07-20 (주)브이이엔에스 배터리 모듈
JP5734453B2 (ja) 2011-11-14 2015-06-17 本田技研工業株式会社 バッテリの車載構造
JP2013105617A (ja) 2011-11-14 2013-05-30 Honda Motor Co Ltd バッテリパック
JP6282510B2 (ja) 2014-03-28 2018-02-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 蓄電装置
KR101737489B1 (ko) * 2014-06-05 2017-05-18 주식회사 엘지화학 터미널 볼트의 토크 지지 구조가 개선된 배터리 팩
KR101948180B1 (ko) * 2015-04-30 2019-02-14 주식회사 엘지화학 배터리 팩 및 그 제조 방법
KR102315974B1 (ko) * 2017-12-01 2021-10-21 주식회사 엘지에너지솔루션 전장 어셈블리 및 상기 전장 어셈블리를 포함하는 배터리 팩
JP7198422B2 (ja) 2018-01-16 2023-01-04 スズキ株式会社 電動車両の車体構造
KR102311075B1 (ko) * 2018-04-09 2021-10-07 주식회사 엘지에너지솔루션 팩 하우징을 포함하는 배터리 팩
KR20200000994A (ko) 2018-06-26 2020-01-06 인베니아 주식회사 기판 처리장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068682A1 (ko) * 2021-10-22 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 케이스, 이를 포함하는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 자동차, 및 배터리 케이스 제조 방법

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