KR20240067668A - 배터리 팩 - Google Patents

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강민송
김지웅
박병준
박주용
신석호
한진수
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에스케이온 주식회사
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Abstract

복수의 배터리 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 적층체와 셀 적층체의 적어도 일측에 배치되는 사이드 커버를 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및 복수의 배터리 모듈이 수용되는 팩 하우징을 포함하며, 사이드 커버는 셀 적층체와 제1 방향으로 대향하는 바디부; 바디부에서 제1 방향으로 연장되는 제1 연장부; 및 바디부 및 제1 연장부와 각각 연결되는 제2 연장부를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다.
이차전지(배터리 셀)는 일차전지와 달리 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 각종 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 동력원으로 많은 주목을 받고 있다. 배터리 모듈은 이러한 배터리 셀을 복수 개 연결하여 모듈화한 것이며, 배터리 팩은 배터리 모듈 및/또는 배터리 셀을 다수 개 연결하여 대용량의 에너지 저장 장치로 구성한 것이다.
이차전지가 충방전을 거듭함에 따라, 이차전지의 내부에서 가스가 발생되어 폭 방향으로 팽창하는 현상이 발생될 수 있다. 이차전지를 다수 포함하는 배터리 모듈 및 배터리 팩에 있어서, 이와 같은 이차전지의 폭 방향의 변형은 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 전기적 성능을 저하시키고, 배터리 모듈의 외형을 야기할 우려가 있다.
한편, 배터리 모듈 및 배터리 팩에 요구되는 에너지 용량이 점차 증가됨에 따라, 대용량의 배터리 모듈 및 배터리 팩을 신속하게 제작할 수 있는 구조 및 배터리 모듈 및 배터리 팩의 에너지 밀도를 높일 수 있는 구조가 요구된다.
따라서, 구조적으로 간결하면서도, 배터리 셀의 팽창압을 충분히 흡수할 수 있는 구조를 가지는 배터리 모듈 및 배터리 팩이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 구조적으로 간결하면서도, 배터리 셀의 팽창압을 충분히 흡수할 수 있는 구조를 가지는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배터리 모듈과 팩 하우징이 견고하게 결합될 수 있는 구조를 가지는 배터리 팩을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 높은 에너지 밀도 및 방열 효율을 가지면서, 배터리 셀의 스웰링에 강한 저항성을 가지는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에서, 복수의 배터리 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 적층체와 셀 적층체의 적어도 일측에 배치되는 사이드 커버를 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및 복수의 배터리 모듈이 수용되는 팩 하우징을 포함하며, 사이드 커버는 셀 적층체와 제1 방향으로 대향하는 바디부; 바디부에서 제1 방향으로 연장되는 제1 연장부; 및 바디부 및 제1 연장부와 각각 연결되는 제2 연장부를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
실시예들에서, 제2 연장부는 바디부 또는 제1 연장부에 대해 경사진 경사면을 가질 수 있다.
실시예들에서, 제2 연장부와 바디부 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다.
실시예들에서, 팩 하우징은 복수의 배터리 모듈이 안착되는 하부 프레임; 및 복수의 배터리 모듈의 상부를 덮는 상부 프레임을 포함하며, 제2 연장부와 바디부 사이의 간격은 하부 프레임에서 상부 프레임을 향하는 방향으로 좁아질 수 있다.
실시예들에서, 배터리 모듈은 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바; 및 버스바와 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 대향하는 엔드 커버를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버는 엔드 커버와 결합될 수 있다.
실시예들에서, 팩 하우징은 복수의 배터리 모듈의 사이드 커버와 대향하는 크로스 프레임을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 사이드 커버는 크로스 프레임에 결합될 수 있다.
실시예들에서, 바디부는 크로스 프레임과 제1 방향으로 대향하며, 제1 연장부는 크로스 프레임과 제1 방향에 수직한 제3 방향으로 대향할 수 있다.
실시예들에서, 배터리 팩은제1 연장부를 관통하여 크로스 프레임에 체결되는 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제2 연장부는 체결 부재가 통과할 수 있는 제1 회피부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 팩 하우징은 복수의 배터리 모듈의 상부를 덮는 상부 프레임; 및 크로스 프레임에 배치되어 상부 프레임과 결합되는 결합부를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제2 연장부는 결합부가 통과할 수 있는 제2 회피부를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 연장부는 결합부가 통과할 수 있는 제3 회피부를 포함하며, 제3 회피부와 제2 회피부는 제3 방향으로 중첩될 수 있다.
실시예들에서, 셀 적층체는 복수의 배터리 셀의 상부와 하부가 각각 노출된 상태로 상부 프레임과 하부 프레임에 각각 대향할 수 있다.
실시예들에 따르면, 구조적으로 간결하면서도, 배터리 셀의 팽창압을 충분히 흡수할 수 있는 구조를 가지는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 구현할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면, 배터리 모듈과 팩 하우징이 견고하게 결합될 수 있는 구조를 가지는 배터리 팩을 구현할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면, 높은 에너지 밀도 및 방열 효율을 가지면서, 배터리 셀의 스웰링에 강한 저항성을 가지는 배터리 모듈 및 배터리 팩을 구현할 수 있다.
도 1은 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 2는 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈의 사시도이다.
도 3은 배터리 모듈의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2의 II-II' 부분의 단면도이다.
도 5는 배터리 모듈과 팩 하우징의 결합을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 도 1의 I-I' 부분의 단면도이다.
도 7은 도 6의 A 부분의 확대도이다.
본 발명의 상세한 설명에 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 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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.
본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서, 서로 다른 실시예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성 요소를 도시하고 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 모두 하나의 실시예를 의미하는 것은 아니다.
이하의 설명에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "구성하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하의 설명에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성 요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며, 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안될 것이다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성 요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한 해석되어서는 안된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 예를 들어, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 구성요소의 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여 본 발명의 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다. 도 2는 배터리 팩(1)에 포함되는 배터리 모듈(10)의 사시도이다. 도 3은 배터리 모듈(10)의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2의 II-II' 부분의 단면도이다.
배터리 팩(1)은 복수의 배터리 모듈(10) 및 배터리 모듈(10)이 수용되는 공간을 갖는 팩 하우징(20)을 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(10)은 각각 하나 이상의 배터리 셀(1000)을 포함하여, 전기적 에너지를 출력하거나 저장할 수 있도록 구성된다.
배터리 모듈(10)에서, 복수의 배터리 셀들(1000)은 서로 적층되어 셀 적층체(100)의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100)의 배터리 셀들(1000)과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(200), 버스바 어셈블리(200)를 커버하는 엔드 커버(300)를 더 포함할 수 있다.
셀 적층체(100)는 서로 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀들(1000)을 포함할 수 있다. 하나의 셀 적층체(100)에서, 복수의 배터리 셀들(1000)은 일 방향(예를 들어, X축 방향)으로 적층 배치될 수 있다. 이하의 설명에서, 셀 적층체(100)에 포함되는 배터리 셀들(1000)의 적층 방향을 '제1 방향' 또는 '셀 적층 방향'이라고 한다.
배터리 셀(1000)은 파우치 내부에 전극 조립체(미도시)가 수납된 구조를 가지는 파우치형(pouch type) 이차전지일 수 있다. 파우치형 이차전지에서, 전극 조립체(미도시) 및 전해액(미도시)은 한 장 또는 복수의 외장재를 포밍(forming)하여 형성되는 파우치 내부에 수납될 수 있다.
다만, 배터리 셀(1000)은 파우치형 이차전지로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 셀(1000)은 각형의 캔형(can type) 이차전지로 구성되는 것도 가능하며, 복수의 파우치형 이차전지를 그룹화하여 번들로 형성한 구성을 갖는 것도 가능하다.
배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100)의 배터리 셀들(1000)과 전기적으로 연결되는 버스바 어셈블리(200)를 포함할 수 있다.
버스바 어셈블리(200)는 셀 적층체(100)의 적어도 일측에 배치되어, 배터리 셀들(1000) 상호간을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 버스바 어셈블리(200)는 한 쌍으로 마련되어 셀 적층체(100)의 양 단에 각각 하나씩 배치될 수 있다. 다만, 한 쌍의 버스바 어셈블리(200)는 서로 연결되어 하나의 구성품으로 형성될 수도 있다.
버스바 어셈블리(200)는 셀 적층체(100)의 배터리 셀들(1000)을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바(210) 및 버스바(210)를 지지하는 버스바 프레임(220)을 포함할 수 있다.
버스바(210)는 도전성 재료로 형성될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(1000)을 서로 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 버스바(210)는 버스바 프레임(220)에 고정된 상태로 배터리 셀(1000)과 전기적으로 연결될 수 있다. 버스바(210) 중 적어도 일부에는 배터리 모듈(10)의 외부 회로와 전기적으로 연결될 수 있는 단자부(230)가 배치될 수 있다.
버스바 프레임(220)은 버스바(210)가 배터리 셀(1000)과 안정적으로 연결되도록 지지할 수 있다. 버스바 프레임(220)은 소정의 강성을 가지는 비도전성 재료(예를 들어, 플라스틱)를 포함할 수 있으며, 복수의 버스바들(210)을 구조적으로 지지한다.
버스바 프레임(220)은 셀 적층체(100)의 적어도 일측에 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참고하면, 버스바 프레임(220)은 셀 적층체(100)와 제2 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 대향하도록 배치될 수 있다. 여기서, 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향일 수 있다. 이하의 설명에서, 제2 방향(Y축 방향)은 버스바 어셈블리(200)와 셀 적층체(100)가 서로 마주보는 방향과 나란한 방향을 의미할 수 있다.
배터리 모듈(10)의 일측 최외곽에는 엔드 커버(300)가 배치될 수 있다. 엔드 커버(300)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속이나 수지화합물)를 포함하여, 셀 적층체(100)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
엔드 커버(300)는 버스바 어셈블리(200) 또는 셀 적층체(100)에 결합되어 버스바(210)를 커버할 수 있다. 도면에 도시되지는 않으나, 엔드 커버(300)와 버스바(210)가 전기적으로 단락되는 것을 방지하기 위해, 엔드 커버(300)와 버스바 어셈블리(200) 사이에는 절연성 재료를 포함하는 절연 커버(미도시)가 배치될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100)의 적어도 일측에 대향하는 사이드 커버(400)를 포함할 수 있다. 사이드 커버(400)는 강성을 가지는 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속이나 수지화합물)를 포함하여, 셀 적층체(100)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
사이드 커버(400)는 셀 적층체(100)의 서로 다른 면을 커버할 수 있도록 한 쌍으로 제공될 수 있다. 한 쌍의 사이드 커버(400)는 엔드 커버(300)와 각각 결합되어 배터리 모듈(10)의 측면을 구성하고, 셀 적층체(100)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
사이드 커버(400)는 엔드 커버(300)와 서로 다른 방향으로 셀 적층체(100)와 대향할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이드 커버(400)는 셀 적층체(100)와 제1 방향(X축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있으며, 엔드 커버(300)는 버스바 어셈블리(200)를 사이에 두고 셀 적층체(100)와 제2 방향(Y축 방향)으로 마주보게 배치될 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 엔드 커버(300), 한 쌍의 사이드 커버(400)는 배터리 모듈(10)의 네 면을 구성할 수 있다.
사이드 커버(400)의 양 단부는 엔드 커버(300)와 결합될 수 있다. 사이드 커버(400)와 엔드 커버(300)의 결합에는 체결 부재(440)가 활용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 체결 부재(440)가 사이드 커버(400)를 관통하여 엔드 커버(300)에 체결되고, 이에 따라 사이드 커버(400)와 엔드 커버(300)가 상호 고정될 수 있다. 다만, 사이드 커버(400)와 엔드 커버(300)의 결합 방식은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 사이드 커버(400)는 엔드 커버(300)와 용접되어 결합될 수 있다.
사이드 커버(400)는 배터리 셀(1000)의 적층 방향인 제1 방향(X축 방향)으로 배터리 셀(1000)과 대면할 수 있으며, 이에 따라, 배터리 셀(1000)에 면압을 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 배터리 셀(1000)의 충방전이 반복되는 경우, 배터리 셀(1000) 내부에서 발생된 가스에 의해 배터리 셀(1000)이 팽창하는 스웰링 현상이 발생되어, 배터리 셀(1000)의 전기적 성능이 저하될 우려가 있다. 이러한 스웰링 현상을 억제하기 위해, 사이드 커버(400)는 배터리 셀(1000)의 스웰링 발생에 따른 팽창압을 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 사이드 커버(400)는 셀 적층체(100)와 제1 방향(X축 방향)으로 대면하도록 배치되어, 배터리 셀(1000)에서 발생되는 제1 방향(X축 방향)의 팽창압에 반하는 제1 방향(X축 방향)의 면압을 제공할 수 있다.
배터리 셀(1000)의 팽창압에 대해 보다 강한 저항력을 가질 수 있도록, 사이드 커버(400)는 보강 구조(420, 430)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 사이드 커버(400)는 셀 적층체(100)와 대면하는 바디부(410), 바디부(410)에 연결되어 사이드 커버(400)의 구조적 강성을 더욱 증가시킬 수 있는 보강 구조(420, 430)를 포함할 수 있다.
바디부(410)의 일면은 셀 적층체(100)와 제1 방향(X축 방향)으로 대면할 수 있다. 바디부(410)의 일면과 반대되는 타면에는 보강 구조(420, 430)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 보강 구조(420, 430)는 바디부(410)에서 제1 방향(X축 방향)으로 연장되는 제1 연장부(420) 및 제1 연장부(420)의 연장 방향과 다른 방향으로 연장되는 제2 연장부(430)를 포함할 수 있다.
제1 연장부(420)는 바디부(410) 상에서 배터리 모듈(10)의 바깥 방향으로 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 연장부(420)는 제1 방향(X축 방향)으로 돌출되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 바디부(410)에 대해 수직한 구조물의 형태를 가질 수 있다.
제1 연장부(420)가 배치됨에 따라, 사이드 커버(400)는 단순히 판형 형상을 가질 때보다 더욱 큰 구조적 강성을 가질 수 있다.
사이드 커버(400)는 제1 연장부(420)와 연결되는 제2 연장부(430)를 더 포함할 수 있다. 제2 연장부(430)는 제1 연장부(420)의 단부에 연결되며, 제1 연장부(420)와 다른 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 연장부(430)는 제1 연장부(420)의 연장 방향(예를 들어, 제1 방향)에 대해 경사진 방향으로 연장되도록 구성될 수 있다.
제2 연장부(430)는 제1 연장부(420) 및 바디부(410)에 모두 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 연장부(430)는 제1 연장부(420)의 제1 방향(X축 방향) 단부와 바디부(410)의 단부를 잇는 구조물일 수 있다.
제2 연장부(430)는 제1 연장부(420) 또는 바디부(410)에 대해 경사진 경사면을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 연장부(430)는 제1 연장부(420)의 단부에서 바디부(410)의 단부까지 비스듬히 연장되는 경사면을 가질 수 있다. 이 경우, 제2 연장부(430)와 바디부(410) 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다.
제2 연장부(430)와 바디부(410) 사이의 간격은 배터리 모듈(10)의 높이 방향인 제3 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 점차 좁아지도록 구성될 수 있다. 이하의 설명에서, 제3 방향(Z축 방향)은 배터리 모듈(10)의 높이 방향으로, 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)과 모두 수직한 방향을 의미할 수 있다.
사이드 커버(400)의 단면은 바디부(410), 제1 연장부(420) 및 제2 연장부(430)로 둘러쌓인 형태의 삼각형 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 제1 연장부(420) 및 제2 연장부(430)가 형성하는 이러한 구조에 의해, 사이드 커버(400)는 배터리 셀(1000)의 팽창압을 보다 효과적으로 견딜 수 있다.
배터리 모듈(10)의 상부면 또는 하부면은 셀 적층체(100)가 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(10)은 엔드 커버(300)와 사이드 커버(400)가 서로 결합되어 형성되는 사각 틀의 내부에 셀 적층체(100)가 배치된 구조를 가질 수 있으며, 셀 적층체(100)의 상부면 또는 하부면을 덮는 별도의 커버 부재를 가지지 않을 수 있다. 이러한 구조에 의할 경우, 셀 적층체(100)가 배터리 모듈(10) 외부의 구성{예를 들어, 도 1에 도시된 배터리 팩(1)의 하부 프레임(21), 상부 프레임(23) 또는 방열 부재(미도시)}에 대해 노출되어 직접 대향하거나, 또는 직접 맞닿을 수 있다. 이에 따라, 셀 적층체(100)로부터 배터리 모듈(10)의 상부 방향 또는 하부 방향으로 열 배출이 원활히 이루어질 수 있어, 배터리 모듈(10)의 방열 효율이 증가할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(10)은 팩 하우징(20)에 수용될 수 있다. 팩 하우징(20)은 배터리 모듈(10)이 안착되는 하부 프레임(21), 하부 프레임(21)의 상부에 배치되는 복수의 크로스 프레임(22) 및 배터리 모듈(10)의 상부를 덮는 상부 프레임(23)을 포함할 수 있다.
하부 프레임(21)은 팩 하우징(20)의 하부면을 형성한다. 하부 프레임(21)은 사각 판형 부재나 또는 다각 판형 부재로 구비될 수 있으나, 그 구체적인 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 배터리 모듈(10)은 하부 프레임(21)의 상부에 안착될 수 있다. 예를 들어, 복수의 배터리 모듈(10)은 하부 프레임(21) 상에서 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배열될 수 있다.
하부 프레임(21)은 강성 가지는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(21)의 적어도 일부는 알루미늄을 포함할 수 있다. 하부 프레임(21)이 알루미늄을 포함하는 경우, 알루미늄의 뛰어난 열 전도성으로 인하여 배터리 모듈(10)에서 발생된 열 에너지가 배터리 팩(1) 외부로 신속하게 방열되는 효과를 기대할 수 있다.
하부 프레임(21)과 배터리 모듈(10) 사이에는 방열 부재(미도시)가 배치될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 일면은 배터리 모듈(10)의 셀 적층체(100)와 접촉되고, 일면과 반대되는 타면은 하부 프레임(21)과 접촉되게 배치될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 열 전도성 접착제(Thermal adhesive)로 제공될 수 있다. 방열 부재(미도시)는 배터리 모듈(10)과 하부 프레임(21) 사이의 공간을 메워 전도에 의한 열 전달이 더욱 활발히 이루어지도록 할 수 있다. 이에 따라, 배터리 팩(1)의 방열 효율이 증대될 수 있다.
크로스 프레임(22)은 하부 프레임(21)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 크로스 프레임(22)은 하부 프레임(21)의 상부면을 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 가로지르도록 배치될 수 있다.
크로스 프레임(22) 팩 하우징(20)의 내부 공간을 구획하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 하부 프레임(21)의 상부면에서, 복수의 크로스 프레임(22)은 제1 방향(X축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있으며, 이웃하는 두 크로스 프레임(22) 사이에 하나 이상의 배터리 모듈(10)이 배치될 수 있다.
복수의 크로스 프레임(22) 중 적어도 일부는 배터리 모듈(10)의 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(X축 방향)을 따라 배치되는 복수의 배터리 모듈(10) 사이에 크로스 프레임(22)이 배치될 수 있다.
하부 프레임(21)과 마찬가지로, 크로스 프레임(22)은 소정의 강성을 가지는 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 높은 방열 효과를 위해 크로스 프레임(22)의 적어도 일부는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
팩 하우징(20)은 배터리 모듈(10)의 상부에 배치되어 팩 하우징(20)의 내부 공간을 폐쇄하는 상부 프레임(23)을 포함할 수 있다.
상부 프레임(23)은 크로스 프레임(22)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 크로스 프레임(22)에는 배터리 팩(1)의 높이 방향인 제3 방향(Z축 방향)으로 연장되는 결합부(24)가 배치될 수 있으며, 상부 프레임(23)은 결합부(24)와 결합되어 배터리 모듈(10)의 상부를 덮을 수 있다.
도 1을 참고하면, 결합부(24)는 크로스 프레임(22)에서 제3 방향(Z축 방향)으로 연장되는 기둥의 형상으로 마련될 수 있으나, 그 구체적인 배치 위치 및 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상부 프레임(23)은 별도의 체결 부재(미도시)를 통해 크로스 프레임(22)의 결합부(24)와 결합될 수 있다. 예를 들어, 체결 부재(미도시)가 상부 프레임(23)을 제3 방향(Z축 방향)으로 관통하여 결합부(24)에 체결될 수 있으며, 이에 따라 상부 프레임(23)은 크로스 프레임(22)에 고정되어 배터리 팩(1) 내부 공간을 덮을 수 있다.
배터리 모듈(10)을 팩 하우징(20)에 배치시키는 경우, 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)는 결합 구조물로 활용될 수 있다. 예를 들어, 사이드 커버(400)는 팩 하우징(20)의 크로스 프레임(22)과 결합될 수 있으며, 이에 따라 배터리 모듈(10)이 팩 하우징(20) 내부에 견고하게 고정될 수 있다.
사이드 커버(400)와 크로스 프레임(22)은 체결 부재(30)를 통해 상호 결합될 수 있다.
체결 부재(30)는 사이드 커버(400)의 적어도 일부분을 관통하여 크로스 프레임(22)에 체결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 체결 부재(30)는 사이드 커버(400)의 제1 연장부(420)를 제3 방향(Z축 방향)으로 관통하여 크로스 프레임(22)에 체결될 수 있다.
이 경우, 제2 연장부(430)는 체결 부재(30)와의 간섭을 피하기 위한 제1 회피부(431)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 회피부(431)는 제2 연장부(430)의 경사면에 형성된 홈의 구조를 가질 수 있으며, 체결 부재(30)는 제1 회피부(431)를 통과하여 제1 연장부(420)에 제3 방향(Z축 방향)으로 삽입될 수 있다.
체결 부재(30)는 복수 개가 제2 방향(Y축 방향)으로 마련될 수 있으며, 제2 연장부(430)의 제1 회피부(431)도 이에 대응하여 제2 방향(Y축 방향)을 따라 복수 개가 배치될 수 있다.
크로스 프레임(22)에 결합부(24)가 배치되는 경우, 제2 연장부(430)는 결합부(24)와의 간섭을 피하기 위한 제2 회피부(432)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 회피부(432)는 제2 연장부(430)의 경사면에 형성된 홈의 구조를 가질 수 있으며, 크로스 프레임(22)의 결합부(24)는 제2 회피부(432)를 통과하여 상부 프레임(23)과 결합될 수 있다.
또한, 제1 연장부(420)도 크로스 프레임(22)의 결합부(24)와의 간섭을 피하기 위한 회피 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 연장부(420)는 결합부(24)를 회피할 수 있는 제3 회피부(421)를 가질 수 있다. 제3 회피부(421)는 제2 연장부(430)의 제2 회피부(432)와 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이러한 회피 구조에 의해, 배터리 모듈(10)이 팩 하우징(20)에 조립되는 과정에서, 사이드 커버(400)가 결합부(24)와 충돌하거나 간섭되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 모듈(10)들을 최대한 밀착시켜 배치하면서도, 팩 하우징(20)의 강성 구조물들을 서로 견고하게 연결할 수 있어, 높은 에너지 밀도를 가지면서도 높은 구조적 안정성을 가지는 배터리 팩(1)을 구현할 수 있다.
다만, 사이드 커버(400)와 크로스 프레임(22)의 결합 방식은 상술한 바에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 별도의 체결 부재(30) 없이, 사이드 커버(400)는 크로스 프레임(22)에 끼움 결합되도록 구성될 수 있다. 또는 사이드 커버(400)와 크로스 프레임(22)은 서로 용접 결합될 수도 있다.
사이드 커버(400)와 크로스 프레임(22)이 결합됨에 따라, 사이드 커버(400)는 배터리 셀(1000) 스웰링에 따른 팽창압을 더욱 효과적으로 견딜 수 있다. 즉, 크로스 프레임(22)이 사이드 커버(400)와 견고하게 고정되어 사이드 커버(400)를 제1 방향(X축 방향)으로 지지할 수 있으므로, 사이드 커버(400)는 배터리 셀(1000)의 팽창압을 더욱 안정적으로 견딜 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참고하여, 배터리 모듈(10)과 배터리 팩(1)의 팩 하우징(20) 사이의 결합 구조를 설명한다.
도 5는 배터리 모듈(10)과 팩 하우징(20)의 결합을 설명하기 위한 예시도이다. 도 6은 도 1의 I-I' 부분의 단면도이다. 도 7은 도 6의 A 부분의 확대도이다. 도 5 내지 도 7에서 설명되는 배터리 모듈(10) 및 배터리 팩(1)은 앞서 도 1 내지 도 4에서 설명되는 배터리 모듈(10) 및 배터리 팩(1)에 대응되는 것이므로, 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
배터리 모듈(10)은 팩 하우징(20)의 하부 프레임(21)에 안착될 수 있으며, 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)와 팩 하우징(20)의 크로스 프레임(22)이 서로 결합될 수 있다.
복수의 크로스 프레임(22)은 하부 프레임(21)의 상부면을 따라 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 배터리 모듈(10)은 크로스 프레임(22)들의 사이에 배치될 수 있다.
복수의 크로스 프레임(22) 중 적어도 하나는 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)의 높이보다 낮은 높이를 가질 수 있다. 여기서 높이는 제3 방향(Z축 방향)의 길이를 의미할 수 있다. 이 경우, 크로스 프레임(22)은 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)의 제1 연장부(420)와 제3 방향(Z축 방향)으로 대향할 수 있다. 즉, 사이드 커버(400)의 바디부(410)는 크로스 프레임(22)과 제1 방향(X축 방향)으로 대향하며, 바디부(410)에서 돌출되는 제1 연장부(420)는 크로스 프레임(22)과 제3 방향(Z축 방향)으로 대향할 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 크로스 프레임(22)의 상면은 제1 연장부(420)와 대향하여, 배터리 모듈(10)과 팩 하우징(20) 사이의 체결 영역으로 활용될 수 있으며, 크로스 프레임(22)의 측면은 바디부(410)와 제1 방향으로 대향하여, 사이드 커버(400)를 제1 방향(X축 방향)으로 지지할 수 있다.
어느 한 크로스 프레임(22)에는 복수의 배터리 모듈(10)이 결합될 수 있다. 예를 들어, 크로스 프레임(22)을 사이에 두고 제1 방향(X축 방향)으로 서로 마주보는 두 배터리 모듈(10)에 있어서, 어느 한 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400) 및 그와 마주보는 다른 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)는 동일한 크로스 프레임(22)에 결합될 수 있다. 이 경우, 각각의 사이드 커버(400)의 제1 연장부(420)는 제1 방향(X축 방향)으로 나란히 배치될 수 있다.
사이드 커버(400)의 제2 연장부(430)는 제1 연장부(420)에 대해 경사지게 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 연장부(430)와 사이드 커버(400)의 바디부(410) 사이에는 소정의 간격이 형성될 수 있다. 제2 연장부(430)와 바디부(410) 사이 간격은 팩 하우징(20)의 하부 프레임(21)에서 상부 프레임(23)을 향하는 방향인 제3 방향(Z축 양의 방향)으로 점차 좁아지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 방향(X축 방향)으로 서로 마주보는 두 배터리 모듈(10)에 있어서, 어느 한 배터리 모듈(10)의 제2 연장부(430) 및 그와 마주보는 다른 배터리 모듈(10)의 제2 연장부(430)의 사잇각은 예각을 형성할 수 있다.
사이드 커버(400)와 크로스 프레임(22)의 결합에는 체결 부재(30)가 활용될 수 있다. 체결 부재(30)의 체결 방식, 제2 연장부(430)에서 체결 부재(30)를 회피하는 구조(예를 들어, 제1 회피부) 등은 앞서 도 1 내지 도 4의 설명을 참고할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)는 팩 하우징(20)의 결합부(24)를 회피할 수 있는 구조(예를 들어, 제2 회피부 또는 제3 회피부)를 가질 수 있는데, 이와 관련된 설명은 도 1 내지 도 4의 설명을 참고할 수 있다.
배터리 모듈(10)은 셀 적층체(100)의 상부 및 하부를 덮는 별도의 커버 부재를 포함하지 않을 수 있지만, 보강부{예를 들어, 제1 연장부(420) 및 제2 연장부(430)}를 가지는 사이드 커버(400) 구조를 채용하여, 종래의 배터리 모듈과 같거나 또는 그 이상의 구조적 강성을 가질 수 있다. 또한, 배터리 모듈(10)은 별도의 하부 커버를 가지지 않으므로 방열 효율도 증대될 수 있다.
또한, 실시예들의 배터리 모듈(10) 및 배터리 팩(1)에 따르면, 특정한 사이즈를 가지는 하우징과 같은 구조물을 생략할 수 있으므로, 배터리 모듈(10) 및 배터리 팩(1)의 제작 비용을 감소시킬 수 있으며, 제조 공정의 효율이 증가할 수 있다.
또한, 배터리 모듈(10)의 사이드 커버(400)에서 돌출되는 제1 연장부(420) 및 제2 연장부(430)는 배터리 팩(1)의 팩 하우징(20)과 견고하게 고정시키는 역할을 수행함과 동시에, 배터리 셀(1000)의 팽창압을 더욱 효과적으로 견딜 수 있는 보강 구조체의 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 구조적으로 간결하면서도 배터리 셀(1000)의 스웰링 압력에 대해 높은 저항성을 가지는 배터리 팩(1)을 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 평균적인 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한, 전술한 실시예에서 일부의 구성요소를 삭제하여 실시될 수 있고, 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수도 있다.
1... 배터리 팩 10... 배터리 모듈
20... 팩 하우징 21... 하부 프레임
22... 크로스 프레임 23... 상부 프레임
24... 결합부 30... 체결 부재
100... 셀 적층체 200... 버스바 어셈블리
300... 엔드 커버 400... 사이드 커버
410... 바디부 420... 제1 연장부
430... 제2 연장부 1000... 배터리 셀

Claims (15)

  1. 복수의 배터리 셀이 제1 방향으로 적층된 셀 적층체와 상기 셀 적층체의 적어도 일측에 배치되는 사이드 커버를 각각 포함하는 복수의 배터리 모듈; 및
    상기 복수의 배터리 모듈이 수용되는 팩 하우징을 포함하며,
    상기 사이드 커버는
    상기 셀 적층체와 상기 제1 방향으로 대향하는 바디부;
    상기 바디부에서 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 연장부; 및
    상기 바디부 및 상기 제1 연장부와 각각 연결되는 제2 연장부를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 연장부는 상기 바디부 또는 상기 제1 연장부에 대해 경사진 경사면을 가지는 배터리 팩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 연장부와 상기 바디부 사이에는 이격 공간이 형성되는 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 팩 하우징은 상기 복수의 배터리 모듈이 안착되는 하부 프레임; 및
    상기 복수의 배터리 모듈의 상부를 덮는 상부 프레임을 포함하며,
    상기 제2 연장부와 상기 바디부 사이의 간격은 상기 하부 프레임에서 상기 상부 프레임을 향하는 방향으로 좁아지는 배터리 팩.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은
    상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 버스바; 및
    상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 상기 버스바와 대향하는 엔드 커버를 더 포함하는 배터리 팩.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 사이드 커버는 상기 엔드 커버와 결합되는 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 팩 하우징은
    상기 복수의 배터리 모듈의 상기 사이드 커버와 대향하는 크로스 프레임을 포함하는 배터리 팩.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 사이드 커버는 상기 크로스 프레임에 결합되는 배터리 팩.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 바디부는 상기 크로스 프레임과 상기 제1 방향으로 대향하며,
    상기 제1 연장부는 상기 크로스 프레임과 상기 제1 방향에 수직한 제3 방향으로 대향하는 배터리 팩.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 연장부를 관통하여 상기 크로스 프레임에 체결되는 체결 부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 연장부는 상기 체결 부재가 통과할 수 있는 제1 회피부를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 팩 하우징은
    상기 복수의 배터리 모듈의 상부를 덮는 상부 프레임; 및
    상기 크로스 프레임에 배치되어 상기 상부 프레임과 결합되는 결합부를 더 포함하는 배터리 팩.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 연장부는 상기 결합부가 통과할 수 있는 제2 회피부를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 연장부는 결합부가 통과할 수 있는 제3 회피부를 포함하며,
    상기 제3 회피부와 상기 제2 회피부는 상기 제3 방향으로 중첩되는 배터리 팩.
  15. 제4 항에 있어서,
    상기 셀 적층체는 상기 복수의 배터리 셀의 상부와 하부가 각각 노출된 상태로 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임에 각각 대향하는 배터리 팩.
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