WO2018186581A1 - Battery pack having expandable battery module structure - Google Patents

Battery pack having expandable battery module structure Download PDF

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WO2018186581A1
WO2018186581A1 PCT/KR2018/001836 KR2018001836W WO2018186581A1 WO 2018186581 A1 WO2018186581 A1 WO 2018186581A1 KR 2018001836 W KR2018001836 W KR 2018001836W WO 2018186581 A1 WO2018186581 A1 WO 2018186581A1
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WO
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side plate
unit battery
battery module
module
tray
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/001836
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
지호준
강달모
문정오
이윤구
박진용
서성원
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to US16/348,754 priority Critical patent/US11264670B2/en
Priority to CN201880005180.9A priority patent/CN110088939B/en
Priority to JP2019530690A priority patent/JP7037007B2/en
Priority to EP18781567.5A priority patent/EP3567650A4/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery module mounting structure capable of increasing both mechanical rigidity and energy density.
  • This application is a priority application for Korean Patent Application No. 10-2017-0045394, filed Apr. 07, 2017, and Korean Patent Application No. 10-2018-0011460, filed Jan. 30, 2018. All the contents disclosed in the specification and drawings of this application are incorporated in this application by reference.
  • Secondary batteries unlike primary batteries that cannot be charged, are batteries that can be charged and discharged, and are not only small and high-tech electronic devices such as mobile phones, PDAs, and notebook computers, but also energy storage systems (ESS), electric vehicles (EVs), or It is used as a power source for hybrid vehicles (HEV).
  • ESS energy storage systems
  • EVs electric vehicles
  • HEV hybrid vehicles
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, the battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
  • a battery pack when a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module including a plurality of battery cells is configured first, and the battery pack is configured by adding other components using the plurality of battery modules. How to do is common. That is, the battery module may mean a component in which a plurality of secondary batteries are connected in series or in parallel, and the battery pack may mean a component in which a plurality of battery modules are connected in series or in parallel in order to increase capacity and output.
  • a crash beam may be used in a conventional battery pack.
  • the crash beam may refer to a beam-shaped structure installed in a tray constituting the battery pack case.
  • the unit battery module 2 and the crash beams 3 are separately installed in the tray 1 of the pack case.
  • the plurality of unit battery modules 2 and the crash beams 3 are separately installed as shown in FIG. 1, not only a large number of fastening members are used, but also a mounting process is complicated, which takes a long time to assemble the battery pack.
  • the battery pack in which the crash beam 3 is installed is difficult to increase the energy density due to its structure, and furthermore, since there are unnecessary gaps C between the unit battery module 2 and the crash beam 3, the space of the battery pack is increased. There is a problem that the usability is further reduced. Accordingly, development of a battery pack having a new structure capable of increasing energy density while maintaining mechanical rigidity as in the case of a battery pack in which the conventional crash beam 3 is installed is required.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing the mechanical rigidity while minimizing the number of unnecessary dead spaces and fastening parts and increasing the energy density.
  • a plurality of unit battery modules are each accommodated in a plurality of battery cells in the inner space and structurally connected in succession in one direction;
  • a pack case covering the plurality of unit battery modules, wherein the unit battery module has side plates forming both side surfaces, and one unit battery module and another unit battery module adjacent to each other include:
  • a battery pack may be provided in which side plates are combined to form one common wall.
  • the side plate may include a right side plate forming a right side of the unit battery module and a left side plate forming a left side of the unit battery module.
  • the right side plate of the one unit battery module may be formed to be combined with the left side plate of the other unit battery module adjacent to one another.
  • One of the right side plate and the left side plate may be provided with a fitting protrusion, and the other may be provided with a fitting groove for coupling the fitting protrusion and interference.
  • the right side plate and the left side plate may be symmetrically formed.
  • the right side plate and the left side plate may have an "L" shape in cross-section, and may have a shape that is relatively inverted with respect to each other, and may be shorter than the height of the unit battery module, so that the bottom surface of the unit battery module and the right side plate of the right side plate may be formed. Steps may be formed between the bottom surfaces, respectively, between the top surface of the unit battery module and the top surface of the left side plate.
  • the unit battery module is provided in the form of a plate body covering each of the upper and lower portions of the inner space, each of which has a stepped portion formed by bending one edge portion, the right side plate and the left side plate to a predetermined height It may include an upper plate and a lower plate for supporting up and down in position.
  • the mating surfaces of the side plates may be provided in a zigzag form.
  • the pack case may include a tray for providing a space in which the plurality of unit battery modules are seated, and the plurality of unit battery modules may be mounted on the tray by a fastening member connecting the common wall and the tray. Can be.
  • the pack case may include a tray that provides a space in which the plurality of unit battery modules are seated and includes a module connection part protruding from an inner surface of the wall at a predetermined position along a circumference of a wall surrounding the space.
  • the side plate of the unit battery module, the front and rear of the unit battery module is formed more protruding than the other portion and the groove is formed in the shape that is fitted with the module connection portion inside it can be inserted and coupled to the module connection in the vertical direction It may include a tray connection to be provided.
  • the module connection part may include a head part having a shape in which the left and right widths of at least one part extending in the protruding direction are larger than other parts, and the head part may slide along the vertical direction in the groove.
  • an automobile including the battery pack described above may be provided.
  • a battery pack capable of minimizing dead space and fastening parts and increasing energy density while increasing mechanical rigidity may be provided.
  • the capacity expansion of the battery pack can be made very simple.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a battery pack in which a conventional crash beam is installed.
  • FIG. 2 is a perspective view of a unit battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view for explaining a connection method of a unit battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 9 are views according to modifications of the side plate of FIG. 4, respectively.
  • FIG. 10 is a partial perspective view of a unit battery module having a tray connection according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a state in which the unit battery modules of FIG. 11 are mounted in a tray.
  • the unit battery module 100 may include a plurality of battery cells 110 accommodated in the internal space (S), and a module housing forming the internal space (S). have.
  • the plurality of battery cells 110 may be a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, and the like that may be charged and discharged.
  • the battery cells 110 may be variously connected in series and / or in parallel according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
  • the plurality of battery cells 110 may be provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery module 100 may further include a stacking frame (not shown) for stacking the pouch type secondary battery. Can be.
  • the stacking frame is a means for stacking secondary batteries to prevent the flow by holding the secondary batteries, and is configured to be stacked on each other to guide assembly of the secondary batteries.
  • the module housing may form an inner space S accommodating the plurality of battery cells 110 in a configuration that forms an appearance of the unit battery module 100.
  • the module housing according to the present exemplary embodiment may be formed to have an approximate rectangular parallelepiped shape in which an inner space S is formed. That is, the module housing forms two side plates 121 and 122 which are formed to face each other so as to form both sides of the inner space S, and forms an upper surface of the inner space S and the two side plates 121 and 122.
  • An upper plate 130 connecting upper edges of the upper plate 130 and an upper plate 130 to form a lower surface of the inner space S, and connecting lower edges of the two side plates 121 and 122 to each other. It includes a lower plate 140.
  • the battery module 100 may further include a front cover 150 and a rear cover (not shown) that may cover the front and rear as needed.
  • a front cover 150 and a rear cover are schematically illustrated for convenience of drawing, the front cover 150 and the rear cover are assembled with electrical components including a plurality of bus bars that can be electrically connected to the electrode leads of the battery cells 110. Can be.
  • terminal terminals provided to the unit battery module 100 may be provided in the front cover 150 and / or the rear cover.
  • Such a module housing may serve to form an exterior of the battery module 100 and provide mechanical support to protect the battery cells 110 stored in the internal space S from external shocks. Therefore, the module housing may be made of a metal material such as steel to ensure rigidity.
  • the unit battery module 100 of the present invention may be continuously coupled in one direction through a structural connection between the other unit battery module 200 and the side plates 121 and 222.
  • the side plates 121 and 122 of the unit battery module 100 may include the right side plate 121 and the unit battery module 100 that form the right side of the unit battery module 100.
  • the right side plate 121 and the left side plate 122 may be symmetrically formed.
  • the right side plate 121 and the left side plate 122 according to the present exemplary embodiment may have a vertical cross-section having an approximately “L” shape and relatively inverted with respect to each other.
  • the right side plate 121 and the left side plate 122 respectively cover both side portions of the unit battery module 100 in a symmetrical state with respect to each other.
  • the heights of the two side plates 121 and 122 may be formed to be somewhat lower than the overall height of the unit battery module 100.
  • the length of the right side plate 121 and the left side plate 122 is shorter than the length corresponding to the height of the unit battery module 100.
  • the step difference between the bottom surface of the unit battery module 100 and the bottom surface of the right side plate 121, between the top surface of the unit battery module 100 and the top surface of the left side plate 122, respectively. Is formed.
  • the empty space generated by the step is used as a space for assembling another unit battery module 200 later.
  • the upper plate 130 and the lower plate 140 may have a stepped structure to connect the upper or lower edges of the two side plates 121 and 122.
  • the upper plate 130 and the lower plate 140 serve as a part of the module housing to cover the upper, lower and side portions of the battery cells 110, and the right side plate 121 and the left side plate ( 122) may serve to support the top and bottom.
  • the upper plate 130 and the lower plate 140 are each provided in the form of a plate body covering the upper and lower portions of the inner space of the module housing, respectively, one side edge portion It is provided with stepped portions 132 and 142 bent in the form of stairs.
  • the stepped portion 132 of the upper plate 130 is provided at the left edge portion to compensate for the short length of the left side plate 122, and the stepped portion 142 of the lower plate 140 is provided at the right edge portion. The short length of the right side plate 121 is compensated for.
  • the right side plate 121 and the left side plate 122 may be assembled with the other unit battery module 200 later, as shown in the unit battery module.
  • the length is formed shorter than the height of 100.
  • the upper plate 130 and the lower plate 140 respectively have stepped portions 132 and 142 of one side edge portion to support the relatively short side plates 121 and 122 up and down at a predetermined height, and at the same time the side plates ( 121, 122, to compensate for the insufficient side cover function.
  • first fitting portions 121a and 122a a portion in which the side plates 121 and 122 are vertically disposed with respect to the upper plate 130 or the lower plate 140 is referred to as first fitting portions 121a and 122a and is disposed horizontally. This will be referred to as second matching parts 121b and 122b.
  • an upper end surface of the first fitting portion 121a of the left side plate 122 may be coupled to face the left end portion of the upper plate 130, and the second fitting portion 121b may be coupled to the upper surface of the first side fitting portion 121a.
  • the bottom surface of the bottom plate 140 may be coupled to face to the flat left end portion.
  • the lower end surface of the first fitting portion 121a of the right side plate 121 may be coupled to face the stepped end portion of the lower plate 140, and the upper surface of the second fitting portion 121b may be the upper plate ( 130 may be coupled to face flat right end portion.
  • first fastening holes H1 through which the fastening member B may be inserted to a predetermined depth may be formed in the first fitting parts 121a and 122a of the respective side plates, and the second fitting parts 121b may be formed in the vertical direction.
  • the second fastening holes H2 through which the fastening member B may pass may be formed in the vertical direction at 122b.
  • the unit battery module 100 having the two side plates 121 and 122 may be connected to the other unit battery module 200 from side to side as shown in FIG. 4.
  • the right side plate 121 of one unit battery module 100 may be combined with the left side plate 222 of the other unit battery module 200, and the right side plate 121 may be combined as described above.
  • the left side plate 222 form one common wall W between the two unit battery modules 100 and 200.
  • a battery pack including the unit battery modules 100, 200, and 300 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG 5 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes three unit battery modules 100, 200 and 300 and a pack case 400 covering them.
  • the three unit battery modules 100, 200, and 300 may all have the same structure and may be structurally connected continuously in a lateral direction.
  • the battery pack according to the present exemplary embodiment includes the first unit battery module 100, the second unit battery module 200, and the third unit battery module 300, but according to the required size of the battery pack, the unit battery module You can easily expand it by increasing the quantity of.
  • the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200 are connected to each other, the second unit battery module 200 is again a third unit The battery module 300 is connected to each other.
  • one common wall W is formed by combining the right side plate 121 of the first unit battery module 100 and the left side plate 222 of the second unit battery module 200, and the second The right side plate 221 of the unit battery module 200 and the left side plate 322 of the third unit battery module 300 are combined to form another common wall W.
  • the first matching part 121a of the right side plate 121 of the first unit battery module 100 is formed of the left side plate 222 of the second unit battery module 200.
  • the first matching portion 222a of the left side plate 222 of the second unit battery module 200 may be placed on the second matching portion 222b, and the right side plate ( 121 may be disposed below the second matching portion 121b.
  • the first fastening holes H1 of the respective side plates may be connected to each other.
  • the second fastening holes H2 coincide with each other up and down.
  • the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200 are inserted into the first fastening holes H1 and the second fastening holes H2 by inserting the fastening member B.
  • the third unit battery module 300 may be continuously assembled to the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200.
  • the upper plate 130 and the lower plate 140 may also be provided with holes through which the fastening member B may pass, and may be assembled integrally with the side plates. According to this configuration, since one fastening member B is connected to the two unit battery modules 100 and 200, the number of fastening parts required for mounting the unit battery modules 100 is reduced compared to the case of the conventional battery pack assembly. Can be.
  • the pack case 400 may include a tray 410 providing a space in which the plurality of unit battery modules 100 are seated, and a combination of the trays 410 to package the plurality of unit battery modules 100.
  • Pack cover 420 may be included. The tray 410 and the pack cover 420 may be configured such that the periphery is abutted and coupled up and down.
  • the tray 410 may further include a long bolt (B) provided to protrude from the surface thereof.
  • the long bolt B is used as a fastening member B for mounting the first to third unit battery modules 100, 200, and 300 on the tray 410.
  • the plurality of long bolts B may be provided on the basis of the mounting target positions of the first to third unit battery modules 100, 200, and 300, and preferably, the common walls of the first to third unit battery modules 100, 200, and 300 are provided. It may be provided at the position where W is placed.
  • the long bolts on the tray 410 according to the present exemplary embodiment may be provided in one-to-one correspondence with the fastening holes H1 and H2 located under the two common walls W of the three unit battery modules 100. Can be.
  • the three unit battery modules 100, 200, and 300 may be fixed to the tray 410 by being inserted into the long bolts B.
  • the scope of the present invention is not limited to these matters, and the three unit battery modules 100, 200, 300 are placed on the upper surface of the tray 410, and then the three unit battery modules 100, 200, 300 and the tray 410 are integrally formed. It can also be bolted.
  • the battery pack according to the present invention is configured such that three unit battery modules 100, 200, and 300 are connected to each other, assembled into one body, and share two common walls (W).
  • the common wall W may function as a crash beam of a conventional battery pack. That is, the common wall W may serve as a module housing function of the battery module 100 and a crash beam function of a conventional battery pack. In this sense, the common wall W may be a structure in which a part of the module housing and the crash beam are integrated.
  • the battery pack of the present invention can secure sufficient mechanical stiffness as the common wall (W) even without separately installing a crash beam, and a plurality of unit battery modules (100, 200, 300) are continuously structurally connected to the prior art. More unit battery modules may be mounted in the battery pack case 400 than in the battery pack according to the present invention. Therefore, the battery pack of the present invention can satisfy both mechanical stiffness and high energy density at the same time.
  • one of the right side plate 121 and the left side plate 122 according to the present modification may be provided with a fitting protrusion 121c, and the other fitting fitting 121c may be provided. And an interference fit fitting groove 222c may be provided.
  • the side plate coupling of the above-described embodiment is a simple shape fitting method
  • the side plate 121,222 according to the present modification is a shape fitting of the interference fitting method, so that the side coupling force may be further strengthened compared to the above-described embodiment.
  • the shape of the fitting protrusion 121c and the fitting groove 222c is not limited to the shape of FIG. 7, and any shape may be used as long as it is a shape capable of forcible fitting.
  • the fitting protrusions 121c are formed on the right side plate 121 and the fitting groove 222c is formed on the left side plate 122, but the right side plate 121 and the left side are not only opposite.
  • the fitting protrusion 121c and the fitting groove 222c may be mixed in the side plate 122.
  • the side plate according to other modified embodiments of the present invention may have a mating surface of the side plate in a zigzag form.
  • the right side plate 121 ′ is mounted in an oblique or up-down direction with respect to the left side plate 222 ′, and the right side plate 121 ′ is mounted to the left side plate 222 ′. It can be configured to conform to the form spanning over. In this case, the lateral coupling force between the unit battery modules 100 and 200 may be more stable than the above-described embodiment.
  • the mating surface of the side plate according to the modification of FIG. 9 substantially takes the form of “Z”, and the first fastening hole H1 and the second fastening hole H2 are in the center of the common wall W.
  • FIG. It can be configured to match up and down. Therefore, in the present modification, it is possible to simply secure the side plates 121 ′′ and 222 ′′ by simply using one fastening member B.
  • FIG. 10 is a partial perspective view of a unit battery module having a tray connection unit according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a state in which unit battery modules of a battery are mounted in a tray.
  • the tray connection portion 160 provided in the unit battery modules as a configuration for connecting the unit battery module to the tray 410 of the pack case, the tray It may further include a module connection portion 413 provided on the wall.
  • the tray connection unit 160 may be formed integrally with the side plate in a form protruding more than the other portion of the front and rear of the unit battery module.
  • the tray connection parts 160 and 260 may be provided at both ends of the right side plates 121 and 221.
  • tray connection portions 160 and 260 are provided at both ends of the left side plates 222 and 322, or trays are provided at both ends of the right side plate 121 and the left side plate 222, which will form the common wall W.
  • One part and the other part of the connection parts 160 and 260 may be provided to share with each other.
  • the tray connection parts 160 and 260 have grooves 162 that form empty spaces in the vertical direction in a rectangular pillar shape.
  • the shape of the groove 162 is provided so that the shape can be matched with the shape of the module connection portion 413 of the tray to be described later.
  • the module connection portion 413 may protrude from the inner surface of the wall 412 at a predetermined position along the circumference of the tray wall 412.
  • the predetermined position may be a position corresponding to a position where the unit battery modules 100, 200, and 300 which are connected to each other cross the common walls W of the unit battery modules 100, 200, and 300 when the trays 410 are mounted.
  • the tray connecting portions 160 and 260 may be provided at two opposite side walls 412 at predetermined intervals.
  • the module connection portion 413 has a head portion 413a having a form in which the left and right widths of at least a portion extending based on the protruding direction are larger than other portions, and the height of the wall 412 is increased.
  • the cross section may be formed identically.
  • the module connection portion 413 is provided in a shape in which the cross section thereof is substantially close to the "T" and extends as long as the height of the tray wall 412.
  • the module connection part 413 has a head portion 413a that slides up and down in the grooves 162 of the tray connection parts 160 and 260 so as to conform to the tray connection parts 160 and 260. That is, in the present embodiment, the module connection part 413 is slide-coupled in the vertical direction to the tray connection parts 160 and 260 having a square pillar shape in which the inside is an empty space, and thus the module connection part 413 may be disposed in the empty space. Therefore, when the unit battery modules 100, 200, and 300 are mounted in the tray 410, the tray connection parts 160 and 260 of the unit battery modules 100, 200 and 300 and the module connection parts 413 of the tray 410 are respectively positioned at corresponding positions.
  • the unit battery modules 100, 200, and 300 when the unit battery modules 100, 200, and 300 are mounted in the tray 410, the head of the module connection part 413 is fitted to the grooves 162 of the tray connection parts 160 and 260 so that the flow in the horizontal direction is reduced. Can be suppressed.
  • the unit battery modules 100, 200, and 300 may be vertically bolted onto the tray 410, thereby preventing flow in the vertical direction.
  • both side walls 412 of the tray 410 are connected to the tray connecting portions 160 and 260, and the tray connecting portions 160 and 260 are integrally formed with the side plates forming the common wall W.
  • FIG. It is connected.
  • both side walls 412 of the tray 410 are supported by the common walls W of the unit battery modules 100, 200, and 300. That is, according to this configuration, the common wall (W) shared by the unit battery modules (100, 200, 300) supports both side walls 412 of the tray 410, for example, the tray even during shock or vibration generated during vehicle driving 410 Warping or deformation of the side walls can be prevented.
  • the battery pack according to the present invention described above may further include various devices for controlling the charging and discharging of the battery modules, such as a BMS, a current sensor, a fuse.
  • the battery pack may not only be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, but may also be applied to other IT products.

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Abstract

According to the present invention, provided is a battery pack comprising: a plurality of unit battery modules structurally connected in one direction in a continuous manner, each of which accommodates a plurality of battery cells in an inner space; and a pack case for covering the plurality of unit battery modules, wherein a unit battery module neighboring another unit battery module form one shared wall by mutual coupling of side plates.

Description

확장형 배터리 모듈 구조를 갖는 배터리 팩Battery Pack with Extended Battery Module Structure
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기구적 강성과 에너지 밀도를 함께 증대시킬 수 있는 배터리 모듈 탑재 구조에 관한 것이다. 본 출원은 2017년 04월 07일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0045394호, 2018년 01월 30일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0011460호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.The present invention relates to a battery pack, and more particularly, to a battery module mounting structure capable of increasing both mechanical rigidity and energy density. This application is a priority application for Korean Patent Application No. 10-2017-0045394, filed Apr. 07, 2017, and Korean Patent Application No. 10-2018-0011460, filed Jan. 30, 2018. All the contents disclosed in the specification and drawings of this application are incorporated in this application by reference.
이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS), 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)의 동력원으로 사용되고 있다.Secondary batteries, unlike primary batteries that cannot be charged, are batteries that can be charged and discharged, and are not only small and high-tech electronic devices such as mobile phones, PDAs, and notebook computers, but also energy storage systems (ESS), electric vehicles (EVs), or It is used as a power source for hybrid vehicles (HEV).
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 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.Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like. The operating voltage of such a unit secondary battery cell, that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.2V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, the battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
예컨대, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 복수 개의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 복수 개의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 즉, 배터리 모듈은 다수의 이차 전지가 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미하고, 배터리 팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 배터리 모듈이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다고 할 수 있다.For example, when a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module including a plurality of battery cells is configured first, and the battery pack is configured by adding other components using the plurality of battery modules. How to do is common. That is, the battery module may mean a component in which a plurality of secondary batteries are connected in series or in parallel, and the battery pack may mean a component in which a plurality of battery modules are connected in series or in parallel in order to increase capacity and output.
한편, 전기 자동차의 경우 운행 중 예기치 않은 충격과 진동이 배터리 팩에 가해질 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 간의 전기적 연결이 끊어지거나 배터리 모듈을 지지하는 팩 케이스의 변형이 일어날 수 있다. 따라서 전기 자동차용 배터리 팩은 외부 충격과 진동에 대한 충분한 내구성이 요구된다. 배터리 팩의 내구성을 높이기 위한 수단의 일환으로써 종래 배터리 팩에는 크래쉬 빔(Crash beam)이 사용되기도 한다. 여기서 크래쉬 빔은 배터리 팩 케이스를 구성하는 트레이에 설치되는 빔 형태의 구조물을 의미할 수 있다. Meanwhile, in the case of an electric vehicle, unexpected shocks and vibrations may be applied to the battery pack while driving. In this case, the electrical connection between the battery modules is broken or deformation of the pack case supporting the battery module may occur. Therefore, battery packs for electric vehicles require sufficient durability against external shock and vibration. As part of a means for increasing the durability of the battery pack, a crash beam may be used in a conventional battery pack. Here, the crash beam may refer to a beam-shaped structure installed in a tray constituting the battery pack case.
그런데 크래쉬 빔을 설치하면 배터리 팩의 기계적 강성도가 좋아지나, 배터리 모듈들을 탑재할 수 있는 공간이 크래쉬 빔의 공간만큼 줄어들어 에너지 밀도가 낮아지고, 배터리 모듈 및 크래쉬 빔의 마운팅이 쉽지 않아 조립이 난해해지는 문제점이 있다. However, if the crash beam is installed, the mechanical strength of the battery pack is improved, but the space for mounting the battery modules is reduced as much as the space of the crash beam, resulting in low energy density, and difficult assembly of the battery module and the crash beam. There is a problem.
일예로 도 1을 참조하면, 종래의 배터리 팩은 팩 케이스의 트레이(1)에 단위 배터리 모듈(2)과 크래쉬 빔(3)들이 개별적으로 설치된다. 도 1과 같이 복수의 단위 배터리 모듈(2)들과 크래쉬 빔(3)들을 개별적으로 설치하는 경우, 많은 수의 체결 부재가 사용될 뿐만 아니라 마운팅 공정이 복잡해 배터리 팩 조립에 장시간이 소요된다. 또한, 크래쉬 빔(3)을 설치한 배터리 팩은 그 구조상 에너지 밀도를 증대시키기 어렵고, 더욱이 단위 배터리 모듈(2)과 크래쉬 빔(3) 사이에는 불필요한 간격(C)들이 존재하기 때문에 배터리 팩의 공간 활용성이 더 저하되는 문제가 있다. 이에 종래의 크래쉬 빔(3)을 설치한 배터리 팩처럼 기구적 강성을 그대로 유지하면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 새로운 구조의 배터리 팩에 대한 개발이 요구되고 있다.For example, referring to FIG. 1, in the conventional battery pack, the unit battery module 2 and the crash beams 3 are separately installed in the tray 1 of the pack case. When the plurality of unit battery modules 2 and the crash beams 3 are separately installed as shown in FIG. 1, not only a large number of fastening members are used, but also a mounting process is complicated, which takes a long time to assemble the battery pack. In addition, the battery pack in which the crash beam 3 is installed is difficult to increase the energy density due to its structure, and furthermore, since there are unnecessary gaps C between the unit battery module 2 and the crash beam 3, the space of the battery pack is increased. There is a problem that the usability is further reduced. Accordingly, development of a battery pack having a new structure capable of increasing energy density while maintaining mechanical rigidity as in the case of a battery pack in which the conventional crash beam 3 is installed is required.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 불필요한 데드 스페이스 및 체결 부품 수를 최소화하고 에너지 밀도를 높일 수 있으면서도 기계적 강성도를 증대시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing the mechanical rigidity while minimizing the number of unnecessary dead spaces and fastening parts and increasing the energy density.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. It will also be appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 복수의 배터리 셀을 내부 공간에 각각 수납하고 일 방향으로 연속해서 구조적으로 연결되는 복수의 단위 배터리 모듈; 및 상기 복수의 단위 배터리 모듈들을 커버하는 팩 케이스를 포함하되, 상기 단위 배터리 모듈은 양 측면을 형성하는 사이드 플레이트를 구비하고, 어느 하나의 단위 배터리 모듈과 이웃한 다른 하나의 단위 배터리 모듈은, 상기 사이드 플레이트들끼리 형합하여 하나의 공통 벽체 형성하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.In order to solve the above object, according to the present invention, a plurality of unit battery modules are each accommodated in a plurality of battery cells in the inner space and structurally connected in succession in one direction; And a pack case covering the plurality of unit battery modules, wherein the unit battery module has side plates forming both side surfaces, and one unit battery module and another unit battery module adjacent to each other include: A battery pack may be provided in which side plates are combined to form one common wall.
상기 사이드 플레이트는, 상기 단위 배터리 모듈의 우측면을 형성하는 우측 사이드 플레이트 및 상기 단위 배터리 모듈의 좌측면을 형성하는 좌측 사이드 플레이트를 포함할 수 있다.The side plate may include a right side plate forming a right side of the unit battery module and a left side plate forming a left side of the unit battery module.
상기 어느 하나의 단위 배터리 모듈의 우측 사이드 플레이트는 이웃한 다른 하나의 단위 배터리 모듈의 좌측 사이드 플레이트와 형합되게 형성될 수 있다.The right side plate of the one unit battery module may be formed to be combined with the left side plate of the other unit battery module adjacent to one another.
상기 우측 사이드 플레이트 및 상기 좌측 사이드 플레이트 중 어느 하나에는 끼움돌기가 마련되고 다른 하나에는 상기 끼움돌기와 억지 끼움 결합하는 끼움홈이 마련될 수 있다.One of the right side plate and the left side plate may be provided with a fitting protrusion, and the other may be provided with a fitting groove for coupling the fitting protrusion and interference.
상기 우측 사이드 플레이트와 상기 좌측 사이드 플레이트는 좌우 대칭되게 형성될 수 있다.The right side plate and the left side plate may be symmetrically formed.
상기 우측 사이드 플레이트와 좌측 사이드 플레이트는 종단면이 "L" 형상이고, 서로에 대해 상대적으로 역립된 형태를 취하며 상기 단위 배터리 모듈의 높이보다 짧게 마련되어 상기 단위 배터리 모듈의 하단면과 상기 우측 사이드 플레이트의 하단면 사이, 상기 단위 배터리 모듈의 상단면과 상기 좌측 사이드 플레이트의 상단면 사이에 각각 단차가 형성될 수 있다.The right side plate and the left side plate may have an "L" shape in cross-section, and may have a shape that is relatively inverted with respect to each other, and may be shorter than the height of the unit battery module, so that the bottom surface of the unit battery module and the right side plate of the right side plate may be formed. Steps may be formed between the bottom surfaces, respectively, between the top surface of the unit battery module and the top surface of the left side plate.
상기 단위 배터리 모듈은, 각각 상기 내부 공간의 상부와 하부를 각각 커버하는 판상체 형태로 마련되되, 일측 가장자리 부분이 절곡되어 형성된 단차부를 구비하고, 상기 우측 사이드 플레이트와 상기 좌측 사이드 플레이트를 소정의 높이에 위치하게 상하로 지지하는 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함할 수 있다.The unit battery module is provided in the form of a plate body covering each of the upper and lower portions of the inner space, each of which has a stepped portion formed by bending one edge portion, the right side plate and the left side plate to a predetermined height It may include an upper plate and a lower plate for supporting up and down in position.
상기 사이드 플레이트들의 형합면이 지그재그 형태로 마련될 수 있다.The mating surfaces of the side plates may be provided in a zigzag form.
상기 팩 케이스는, 상기 복수의 단위 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하는 트레이를 포함하며, 상기 복수의 단위 배터리 모듈은, 상기 공통 벽체와 상기 트레이를 연결시키는 체결 부재에 의해 상기 트레이 상에 마운팅될 수 있다.The pack case may include a tray for providing a space in which the plurality of unit battery modules are seated, and the plurality of unit battery modules may be mounted on the tray by a fastening member connecting the common wall and the tray. Can be.
상기 팩 케이스는, 상기 복수의 단위 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하되, 상기 공간을 둘러싸는 벽체의 둘레를 따라 미리 지정된 위치에 상기 벽체의 내측면으로부터 돌출 형성되는 모듈 연결부를 구비한 트레이를 포함하고, 상기 단위 배터리 모듈의 사이드 플레이트는, 상기 단위 배터리 모듈의 전,후방으로 다른 부분보다 더 돌출 형성되고 상기 모듈 연결부와 형상 맞춤되는 그루브를 내측에 구비하여 상기 모듈 연결부에 상하 방향으로 삽입 결합 가능하게 마련된 트레이 연결부를 포함할 수 있다.The pack case may include a tray that provides a space in which the plurality of unit battery modules are seated and includes a module connection part protruding from an inner surface of the wall at a predetermined position along a circumference of a wall surrounding the space. In addition, the side plate of the unit battery module, the front and rear of the unit battery module is formed more protruding than the other portion and the groove is formed in the shape that is fitted with the module connection portion inside it can be inserted and coupled to the module connection in the vertical direction It may include a tray connection to be provided.
상기 모듈 연결부는 돌출 방향을 기준으로 연장된 적어도 일 부분의 좌우 폭이 다른 부분보다 크게 확장된 형태를 갖는 헤드부를 구비하고, 상기 헤드부는 상기 그루브에 상하 방향을 따라 슬라이드될 수 있다.The module connection part may include a head part having a shape in which the left and right widths of at least one part extending in the protruding direction are larger than other parts, and the head part may slide along the vertical direction in the groove.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상술한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, an automobile including the battery pack described above may be provided.
본 발명의 일 측면에 의하면, 데드 스페이스 및 체결 부품 수를 최소화하고 에너지 밀도를 높일 수 있으면서도 기계적 강성도를 증대시킬 수 있는 배터리 팩이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a battery pack capable of minimizing dead space and fastening parts and increasing energy density while increasing mechanical rigidity may be provided.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 배터리 팩의 용량 확장이 매우 간단하게 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, the capacity expansion of the battery pack can be made very simple.
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 아니된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 종래의 크래쉬 빔이 설치된 배터리 팩의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a battery pack in which a conventional crash beam is installed.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 사시도이다.2 is a perspective view of a unit battery module according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 배터리 모듈의 연결 방식을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a connection method of a unit battery module according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.5 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 단면도이다. 6 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 9는 각각 도 4의 사이드 플레이트의 변형예들에 따른 도면들이다.7 to 9 are views according to modifications of the side plate of FIG. 4, respectively.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트레이 연결부를 구비한 단위 배터리 모듈의 부분 사시도이다.10 is a partial perspective view of a unit battery module having a tray connection according to another embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.11 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
도 12는 도 11의 단위 배터리 모듈들이 트레이에 탑재된 상태를 도시한 평면도이다.FIG. 12 is a plan view illustrating a state in which the unit battery modules of FIG. 11 are mounted in a tray.
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 해석되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.Since embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, the shapes and sizes of the components in the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated for clarity. Thus, the size or ratio of each component does not necessarily reflect the actual size or ratio.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 단위 배터리 모듈(100)은, 내부 공간(S)에 수납되는 복수의 배터리 셀(110)과, 상기 내부 공간(S)을 형성하는 모듈 하우징을 포함할 수 있다.Referring to these drawings, the unit battery module 100 according to the present invention may include a plurality of battery cells 110 accommodated in the internal space (S), and a module housing forming the internal space (S). have.
상기 복수의 배터리 셀(110)은 충전 및 방전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등일 수 있다. 배터리 셀(110)들은 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 직렬 및/또는 병렬로 다양하게 연결될 수 있다. 본 실시예에서 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들은 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있으며, 이 경우 배터리 모듈(100)은 파우치형 이차 전지의 적층을 위한 적층용 프레임(미도시)을 더 포함할 수 있다.The plurality of battery cells 110 may be a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, and the like that may be charged and discharged. The battery cells 110 may be variously connected in series and / or in parallel according to the required output voltage or charge / discharge capacity. In the present embodiment, the plurality of battery cells 110 may be provided as a pouch type secondary battery. In this case, the battery module 100 may further include a stacking frame (not shown) for stacking the pouch type secondary battery. Can be.
자세히 도시하지 않았으나, 적층용 프레임은 이차 전지를 적층하기 위한 수단으로서, 이차 전지를 홀딩함으로써 그 유동을 방지시키고, 상호 간 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드하는 역할을 한다. Although not shown in detail, the stacking frame is a means for stacking secondary batteries to prevent the flow by holding the secondary batteries, and is configured to be stacked on each other to guide assembly of the secondary batteries.
모듈 하우징은 상기 단위 배터리 모듈(100)의 외관을 형성하는 구성으로 상기 복수 개의 배터리 셀(110)들을 수용하는 내부 공간(S)을 형성할 수 있다.The module housing may form an inner space S accommodating the plurality of battery cells 110 in a configuration that forms an appearance of the unit battery module 100.
구체적으로, 도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 모듈 하우징은 내부 공간(S)이 형성된 대략 직육면체 형상에 가깝게 이루어진다. 즉, 모듈 하우징은 상기 내부 공간(S)의 양 측면을 형성하도록 상호 대향하는 형태로 구비되는 2개의 사이드 플레이트(121,122), 상기 내부 공간(S)의 상면을 형성하고 2개의 사이드 플레이트(121,122)의 상부 모서리를 서로 연결하는 상부 플레이트(130), 및 상기 내부 공간(S)의 하면을 형성하도록 상부 플레이트(130)와 대향하는 형태로 구비되고 2개의 사이드 플레이트(121,122)의 하부 모서리를 서로 연결하는 하부 플레이트(140)를 포함한다.Specifically, referring to FIGS. 2 to 3, the module housing according to the present exemplary embodiment may be formed to have an approximate rectangular parallelepiped shape in which an inner space S is formed. That is, the module housing forms two side plates 121 and 122 which are formed to face each other so as to form both sides of the inner space S, and forms an upper surface of the inner space S and the two side plates 121 and 122. An upper plate 130 connecting upper edges of the upper plate 130 and an upper plate 130 to form a lower surface of the inner space S, and connecting lower edges of the two side plates 121 and 122 to each other. It includes a lower plate 140.
또한, 배터리 모듈(100)은 필요에 따라 정면 및 후면을 커버할 수 있는 정면 덮개(150) 및 후면 덮개(미도시)를 더 포함할 수 있다. 도면의 편의상 정면 덮개(150) 및 후면 덮개를 개략적으로 도시하였으나, 정면 덮개(150) 및 후면 덮개에는 배터리 셀(110)들의 전극 리드들과 전기적으로 연결될 수 있는 다수의 버스 바를 포함한 전장 부품들이 조립될 수 있다. 또한, 단위 배터리 모듈(100)에 부여되는 터미널 단자들은 정면 덮개(150) 및/또는 후면 덮개에 구비될 수 있다.In addition, the battery module 100 may further include a front cover 150 and a rear cover (not shown) that may cover the front and rear as needed. Although the front cover 150 and the rear cover are schematically illustrated for convenience of drawing, the front cover 150 and the rear cover are assembled with electrical components including a plurality of bus bars that can be electrically connected to the electrode leads of the battery cells 110. Can be. In addition, terminal terminals provided to the unit battery module 100 may be provided in the front cover 150 and / or the rear cover.
이러한 모듈 하우징은 배터리 모듈(100)의 외관을 형성하고 기계적 지지력을 제공하여 내부 공간(S)에 수납된 배터리 셀(110)들을 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 모듈 하우징은 강성이 확보될 수 있도록 스틸 등의 금속 재질로 제작될 수 있다.Such a module housing may serve to form an exterior of the battery module 100 and provide mechanical support to protect the battery cells 110 stored in the internal space S from external shocks. Therefore, the module housing may be made of a metal material such as steel to ensure rigidity.
자세히 후술하겠지만, 본 발명의 단위 배터리 모듈(100)은 다른 단위 배터리 모듈(200)과 사이드 플레이트(121,222)들 간의 구조적 연결을 통해 일 방향으로 연속해서 결합될 수 있다.As will be described in detail below, the unit battery module 100 of the present invention may be continuously coupled in one direction through a structural connection between the other unit battery module 200 and the side plates 121 and 222.
이러한 단위 배터리 모듈(100)의 사이드 플레이트(121,122)를 더 자세히 설명하면, 사이드 플레이트(121,122)는 단위 배터리 모듈(100)의 우측면을 형성하는 우측 사이드 플레이트(121)와 단위 배터리 모듈(100)의 좌측면을 형성하는 좌측 사이드 플레이트(122)를 포함한다.When the side plates 121 and 122 of the unit battery module 100 are described in more detail, the side plates 121 and 122 may include the right side plate 121 and the unit battery module 100 that form the right side of the unit battery module 100. A left side plate 122 forming a left side.
상기 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)는 좌우 대칭되게 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 상기 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)는 종단면이 대략 "L" 형상으로 이루어지고 서로에 대해 상대적으로 역립된 형태를 취할 수 있다. 이를테면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)는 서로에 대해 역립된 상태로 좌우 대칭적으로 단위 배터리 모듈(100)의 양쪽 측면부를 각각 커버한다. The right side plate 121 and the left side plate 122 may be symmetrically formed. The right side plate 121 and the left side plate 122 according to the present exemplary embodiment may have a vertical cross-section having an approximately “L” shape and relatively inverted with respect to each other. For example, as shown in FIG. 2, the right side plate 121 and the left side plate 122 respectively cover both side portions of the unit battery module 100 in a symmetrical state with respect to each other.
또한, 본 실시예에 따른 상기 2개의 사이드 플레이트(121,122)들의 높이는 단위 배터리 모듈(100)의 전체 높이보다 다소 낮게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 단위 배터리 모듈(100)의 높이에 해당하는 길이보다 상기 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)의 길이가 짧게 마련된다. 이에 따라 상기 단위 배터리 모듈(100)의 하단면과 상기 우측 사이드 플레이트(121)의 하단면 사이, 상기 단위 배터리 모듈(100)의 상단면과 상기 좌측 사이드 플레이트(122)의 상단면 사이에 각각 단차가 형성된다. 상기 단차에 의해 발생하는 빈 공간은 추후 다른 단위 배터리 모듈(200)을 조립하기 위한 공간으로 활용된다.In addition, the heights of the two side plates 121 and 122 according to the present exemplary embodiment may be formed to be somewhat lower than the overall height of the unit battery module 100. In other words, the length of the right side plate 121 and the left side plate 122 is shorter than the length corresponding to the height of the unit battery module 100. Accordingly, the step difference between the bottom surface of the unit battery module 100 and the bottom surface of the right side plate 121, between the top surface of the unit battery module 100 and the top surface of the left side plate 122, respectively. Is formed. The empty space generated by the step is used as a space for assembling another unit battery module 200 later.
그리고 상부 플레이트(130) 및 하부 플레이트(140)는 이러한 2개의 사이드 플레이트(121,122)의 상부 모서리 또는 하부 모서리를 연결하도록 단차 구조를 가질 수 있다. In addition, the upper plate 130 and the lower plate 140 may have a stepped structure to connect the upper or lower edges of the two side plates 121 and 122.
상부 플레이트(130)와 하부 플레이트(140)는 모듈 하우징을 구성하는 일 부분으로서 배터리 셀(110)들의 상부 및 하부와 측면 일 부분을 커버하는 역할과 상기 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)의 상부와 하부를 지지하는 역할을 담당할 수 있다.The upper plate 130 and the lower plate 140 serve as a part of the module housing to cover the upper, lower and side portions of the battery cells 110, and the right side plate 121 and the left side plate ( 122) may serve to support the top and bottom.
구체적으로, 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상부 플레이트(130)와 하부 플레이트(140)는 각각 모듈 하우징의 내부 공간의 상부와 하부를 각각 커버하는 판상체 형태로 마련되되, 일측 가장자리 부분에는 계단 형태로 절곡 형성된 단차부(132,142)를 구비한다. Specifically, as shown in FIGS. 2 to 3, the upper plate 130 and the lower plate 140 are each provided in the form of a plate body covering the upper and lower portions of the inner space of the module housing, respectively, one side edge portion It is provided with stepped portions 132 and 142 bent in the form of stairs.
상기 상부 플레이트(130)의 단차부(132)는 좌측 가장자리 부분에 구비되어 좌측 사이드 플레이트(122)의 짧은 길이를 보상하고, 하부 플레이트(140)의 단차부(142)는 우측 가장자리 부분에 구비되어 우측 사이드 플레이트(121)의 짧은 길이를 보상한다. The stepped portion 132 of the upper plate 130 is provided at the left edge portion to compensate for the short length of the left side plate 122, and the stepped portion 142 of the lower plate 140 is provided at the right edge portion. The short length of the right side plate 121 is compensated for.
다시 말하면, 어느 하나의 단위 배터리 모듈(100)에서 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)는 추후 다른 단위 배터리 모듈(200)과의 조립을 위해, 도시한 바와 같이, 그 단위 배터리 모듈(100)의 높이보다 길이가 짧게 형성되어 있다. 상부 플레이트(130)와 하부 플레이트(140)는 각각 일측 가장자리 부분의 단차부(132,142)를 가짐으로서 상대적으로 짧은 상기 사이드 플레이트들(121,122)을 소정 높이에 위치하게 상하로 지지하는 동시에 사이드 플레이트들(121,122)의 불충분한 측면 커버 기능을 보완한다.In other words, in one unit battery module 100, the right side plate 121 and the left side plate 122 may be assembled with the other unit battery module 200 later, as shown in the unit battery module. The length is formed shorter than the height of 100. The upper plate 130 and the lower plate 140 respectively have stepped portions 132 and 142 of one side edge portion to support the relatively short side plates 121 and 122 up and down at a predetermined height, and at the same time the side plates ( 121, 122, to compensate for the insufficient side cover function.
이하에서는 설명의 편의를 위해 상부 플레이트(130) 또는 하부 플레이트(140)에 대해 사이드 플레이트(121,122)가 수직하게 배치되는 부분을 제1 형합부(121a,122a)라 지칭하고, 수평하게 배치되는 부분을 제2 형합부(121b,122b)라 지칭하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, a portion in which the side plates 121 and 122 are vertically disposed with respect to the upper plate 130 or the lower plate 140 is referred to as first fitting portions 121a and 122a and is disposed horizontally. This will be referred to as second matching parts 121b and 122b.
다시 도 3을 참조하면, 좌측 사이드 플레이트(122)의 제1 형합부(121a)의 상단면은 상부 플레이트(130)의 단차진 좌측 말단부에 대면하게 결합될 수 있고, 제2 형합부(121b)의 하단면은 하부 플레이트(140)의 평평한 좌측 말단부에 대면하게 결합될 수 있다. 그리고 우측 사이드 플레이트(121)의 제1 형합부(121a)의 하단면은 하부 플레이트(140)의 단차진 말단부에 대면하게 결합될 수 있고, 제2 형합부(121b)의 상단면은 상부 플레이트(130)의 평평한 우측 말단부에 대면하게 결합될 수 있다.Referring to FIG. 3 again, an upper end surface of the first fitting portion 121a of the left side plate 122 may be coupled to face the left end portion of the upper plate 130, and the second fitting portion 121b may be coupled to the upper surface of the first side fitting portion 121a. The bottom surface of the bottom plate 140 may be coupled to face to the flat left end portion. The lower end surface of the first fitting portion 121a of the right side plate 121 may be coupled to face the stepped end portion of the lower plate 140, and the upper surface of the second fitting portion 121b may be the upper plate ( 130 may be coupled to face flat right end portion.
그리고 각각의 사이드 플레이트의 제1 형합부(121a,122a)에는 체결 부재(B)가 일정 깊이까지 삽입될 수 있는 제1 체결홀(H1)들이 상하 방향으로 형성될 수 있고 제2 형합부(121b,122b)에는 체결 부재(B)가 통과할 수 있는 제2 체결홀(H2)들이 상하 방향으로 형성될 수 있다.In addition, first fastening holes H1 through which the fastening member B may be inserted to a predetermined depth may be formed in the first fitting parts 121a and 122a of the respective side plates, and the second fitting parts 121b may be formed in the vertical direction. The second fastening holes H2 through which the fastening member B may pass may be formed in the vertical direction at 122b.
이러한 2개의 사이드 플레이트(121,122)를 갖는 단위 배터리 모듈(100)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 다른 하나의 단위 배터리 모듈(200)과 좌우로 연결될 수 있다. 이때, 어느 하나의 단위 배터리 모듈(100)의 우측 사이드 플레이트(121)는 다른 하나의 단위 배터리 모듈(200)의 좌측 사이드 플레이트(222)와 형합될 수 있으며, 이렇게 형합된 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(222)는 2개의 단위 배터리 모듈(100,200) 사이에 하나의 공통 벽체(W)를 형성한다.The unit battery module 100 having the two side plates 121 and 122 may be connected to the other unit battery module 200 from side to side as shown in FIG. 4. In this case, the right side plate 121 of one unit battery module 100 may be combined with the left side plate 222 of the other unit battery module 200, and the right side plate 121 may be combined as described above. And the left side plate 222 form one common wall W between the two unit battery modules 100 and 200.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 이러한 단위 배터리 모듈들(100,200,300)로 구성된 배터리 팩에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a battery pack including the unit battery modules 100, 200, and 300 will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 단면도이다. 5 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a schematic cross-sectional view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)과 이들을 커버하는 팩 케이스(400)를 포함한다. Referring to these drawings, a battery pack according to an embodiment of the present invention includes three unit battery modules 100, 200 and 300 and a pack case 400 covering them.
상기 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)은 모두 동일한 구조로 이루어지고 측면 방향을 따라 연속해서 구조적으로 연결될 수 있다. 본 실시예에 따른 배터리 팩은 제1 단위 배터리 모듈(100), 제2 단위 배터리 모듈(200), 제3 단위 배터리 모듈(300)로 구성되어 있지만, 요구되는 배터리 팩의 사이즈에 따라 단위 배터리 모듈의 수량을 늘려 얼마든지 간단하게 확장시킬 수 있다.The three unit battery modules 100, 200, and 300 may all have the same structure and may be structurally connected continuously in a lateral direction. The battery pack according to the present exemplary embodiment includes the first unit battery module 100, the second unit battery module 200, and the third unit battery module 300, but according to the required size of the battery pack, the unit battery module You can easily expand it by increasing the quantity of.
단위 배터리 모듈들(100,200,300) 간의 연결 구조를 보다 자세히 살펴보면, 제1 단위 배터리 모듈(100)과 제2 단위 배터리 모듈(200)이 서로 연결되고, 제2 단위 배터리 모듈(200)은 다시 제3 단위 배터리 모듈(300)과 서로 연결된다. 이때, 제1 단위 배터리 모듈(100)의 우측 사이드 플레이트(121)와 제2 단위 배터리 모듈(200)의 좌측 사이드 플레이트(222)의 형합에 의해 하나의 공통 벽체(W)가 형성되고, 제2 단위 배터리 모듈(200)의 우측 사이드 플레이트(221)와 제3 단위 배터리 모듈(300)의 좌측 사이드 플레이트(322)가 형합하여 또 하나의 공통 벽체(W)가 형성된다. Looking at the connection structure between the unit battery modules 100, 200, 300 in more detail, the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200 are connected to each other, the second unit battery module 200 is again a third unit The battery module 300 is connected to each other. At this time, one common wall W is formed by combining the right side plate 121 of the first unit battery module 100 and the left side plate 222 of the second unit battery module 200, and the second The right side plate 221 of the unit battery module 200 and the left side plate 322 of the third unit battery module 300 are combined to form another common wall W. FIG.
도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 제1 단위 배터리 모듈(100)의 우측 사이드 플레이트(121)의 제1 형합부(121a)는 제2 단위 배터리 모듈(200)의 좌측 사이드 플레이트(222)의 제2 형합부(222b) 위에 놓일 수 있으며, 반대로 제2 단위 배터리 모듈(200)의 좌측 사이드 플레이트(222)의 제1 형합부(222a)는 제1 단위 배터리 모듈(100)의 우측 사이드 플레이트(121)의 제2 형합부(121b) 아래에 놓일 수 있다. 이와 같이 제1 단위 배터리 모듈(100)의 우측 사이드 플레이트(121)과 제2 단위 배터리 모듈(200)의 좌측 사이드 플레이트(222)가 연결되면 각각의 사이드 플레이트의 제1 체결홀(H1)들과 제2 체결홀(H2)들이 서로 상하로 일치하게 된다.3 to 6, the first matching part 121a of the right side plate 121 of the first unit battery module 100 is formed of the left side plate 222 of the second unit battery module 200. The first matching portion 222a of the left side plate 222 of the second unit battery module 200 may be placed on the second matching portion 222b, and the right side plate ( 121 may be disposed below the second matching portion 121b. As such, when the right side plate 121 of the first unit battery module 100 and the left side plate 222 of the second unit battery module 200 are connected, the first fastening holes H1 of the respective side plates may be connected to each other. The second fastening holes H2 coincide with each other up and down.
이러한 상태에서 상기 제1 체결홀(H1)들과 제2 체결홀(H2)들에 체결 부재(B)를 삽입하여 상기 제1 단위 배터리 모듈(100)과 제2 단위 배터리 모듈(200)을 하나의 몸체로 조립할 수 있다. 같은 방식으로 상기 제1 단위 배터리 모듈(100)과 제2 단위 배터리 모듈(200)에 제3 단위 배터리 모듈(300)을 연속해서 조립할 수 있다. In this state, the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200 are inserted into the first fastening holes H1 and the second fastening holes H2 by inserting the fastening member B. Can be assembled into the body of In the same manner, the third unit battery module 300 may be continuously assembled to the first unit battery module 100 and the second unit battery module 200.
물론, 이때 상부 플레이트(130)와 하부 플레이트(140)에도 상기 체결 부재(B)를 통과시킬 수 있는 홀들을 마련하여 사이드 플레이트들과 일체로 조립할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 하나의 체결 부재(B)가 2개의 단위 배터리 모듈(100,200)에 연결되기 때문에 기존의 배터리 팩 조립의 경우에 비해 단위 배터리 모듈(100)들을 마운팅시키는데 필요한 체결 부품의 수가 절감될 수 있다. Of course, at this time, the upper plate 130 and the lower plate 140 may also be provided with holes through which the fastening member B may pass, and may be assembled integrally with the side plates. According to this configuration, since one fastening member B is connected to the two unit battery modules 100 and 200, the number of fastening parts required for mounting the unit battery modules 100 is reduced compared to the case of the conventional battery pack assembly. Can be.
한편, 팩 케이스(400)는 상기 복수의 단위 배터리 모듈(100)이 안착되는 공간을 제공하는 트레이(410)와, 상기 트레이(410)와 결합하여 상기 복수의 단위 배터리 모듈(100)을 패키징하는 팩 커버(420)를 포함할 수 있다. 트레이(410)와 팩 커버(420)는 주연부가 맞닿게 제작되어 상하로 결합되게 구성될 수 있다. Meanwhile, the pack case 400 may include a tray 410 providing a space in which the plurality of unit battery modules 100 are seated, and a combination of the trays 410 to package the plurality of unit battery modules 100. Pack cover 420 may be included. The tray 410 and the pack cover 420 may be configured such that the periphery is abutted and coupled up and down.
특히, 상기 트레이(410)는 그 표면으로부터 돌출 형성되게 마련되는 롱 볼트(B)를 더 포함할 수 있다. 상기 롱 볼트(B)는 제1 내지 제3 단위 배터리 모듈(100,200,300)을 상기 트레이(410) 상에 마운팅시키는 체결 부재(B)로 사용된다.In particular, the tray 410 may further include a long bolt (B) provided to protrude from the surface thereof. The long bolt B is used as a fastening member B for mounting the first to third unit battery modules 100, 200, and 300 on the tray 410.
상기 롱 볼트(B)는 제1 내지 제3 단위 배터리 모듈(100,200,300)의 장착 대상 위치에 기초해 복수 개가 마련될 수 있으며, 바람직하게는 상기 제1 내지 제3 단위 배터리 모듈(100,200,300)의 공통 벽체(W)가 놓이는 위치에 마련될 수 있다. 이를테면, 본 실시예에 따른 트레이(410) 상의 롱 볼트들은 3개의 단위 배터리 모듈(100)이 갖는 2개의 공통 벽체(W)의 하부에 위치한 체결홀들(H1,H2)과 일대일 대응하게 마련될 수 있다. The plurality of long bolts B may be provided on the basis of the mounting target positions of the first to third unit battery modules 100, 200, and 300, and preferably, the common walls of the first to third unit battery modules 100, 200, and 300 are provided. It may be provided at the position where W is placed. For example, the long bolts on the tray 410 according to the present exemplary embodiment may be provided in one-to-one correspondence with the fastening holes H1 and H2 located under the two common walls W of the three unit battery modules 100. Can be.
이러한 구성에 의하면 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)은 상기 롱 볼트(B)들에 끼워져 트레이(410) 상에 위치 고정될 수 있다. 물론, 이러한 사항에 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)을 트레이(410)의 상면에 놓은 다음, 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)과 트레이(410)를 일체로 볼트 체결할 수도 있다. According to this configuration, the three unit battery modules 100, 200, and 300 may be fixed to the tray 410 by being inserted into the long bolts B. Of course, the scope of the present invention is not limited to these matters, and the three unit battery modules 100, 200, 300 are placed on the upper surface of the tray 410, and then the three unit battery modules 100, 200, 300 and the tray 410 are integrally formed. It can also be bolted.
이와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩은 3개의 단위 배터리 모듈(100,200,300)이 상호 연결되어 하나의 몸체로 조립되고 2개의 공통 벽체(W)를 공유하도록 구성된다. 여기서 상기 공통 벽체(W)는 기존의 배터리 팩의 크래쉬 빔과 같은 기능을 할 수 있다. 즉, 상기 공통 벽체(W)는 배터리 모듈(100)의 모듈 하우징 기능과 종래의 배터리 팩의 크래쉬 빔 기능을 겸용적으로 담당할 수 있다. 이러한 의미에서 상기 공통 벽체(W)는 모듈 하우징의 일부와 크래쉬 빔을 일체화시킨 구조물이라 할 수 있을 것이다.As such, the battery pack according to the present invention is configured such that three unit battery modules 100, 200, and 300 are connected to each other, assembled into one body, and share two common walls (W). Here, the common wall W may function as a crash beam of a conventional battery pack. That is, the common wall W may serve as a module housing function of the battery module 100 and a crash beam function of a conventional battery pack. In this sense, the common wall W may be a structure in which a part of the module housing and the crash beam are integrated.
그러므로 본 발명의 배터리 팩은, 크래쉬 빔을 따로 설치하지 않더라도 상기 공통 벽체(W)로써 기계적 강성도를 충분히 확보할 수 있으며, 복수 개의 단위 배터리 모듈들(100,200,300)이 연속해서 구조적으로 연결되므로 종래 기술에 따른 배터리 팩보다 배터리 팩 케이스(400)에 더 많은 단위 배터리 모듈을 탑재할 수 있다. 따라서 본 발명의 배터리 팩은 기계적 강성도와 고에너지 밀도를 동시에 충족시킬 수 있다. Therefore, the battery pack of the present invention can secure sufficient mechanical stiffness as the common wall (W) even without separately installing a crash beam, and a plurality of unit battery modules (100, 200, 300) are continuously structurally connected to the prior art. More unit battery modules may be mounted in the battery pack case 400 than in the battery pack according to the present invention. Therefore, the battery pack of the present invention can satisfy both mechanical stiffness and high energy density at the same time.
이어서, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 실시예에 따른 사이드 플레이트의 변형예들에 대해 설명하기로 한다. 이하에서 설명할 본 발명의 다른 변형예들은 전술한 실시예와 비교할 때, 도 4에 대응되는 구성이라 할 수 있다. 동일한 부재번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 사이드 플레이트와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다. Next, with reference to FIGS. 7 to 9, modifications of the side plate according to the present embodiment will be described. Other modifications of the present invention to be described below may be referred to as a configuration corresponding to FIG. 4 when compared with the above-described embodiment. Like reference numerals denote like members, and duplicate descriptions of the same members will be omitted, and descriptions will be given based on differences from the side plates.
먼저, 도 7을 참조하면, 본 변형예에 따른 우측 사이드 플레이트(121) 및 좌측 사이드 플레이트(122) 중 어느 하나에는 끼움 돌기(121c)가 마련될 수 있고, 다른 하나에는 상기 끼움 돌기(121c)와 억지 끼움 결합 가능한 끼움 홈(222c)이 마련될 수 있다.First, referring to FIG. 7, one of the right side plate 121 and the left side plate 122 according to the present modification may be provided with a fitting protrusion 121c, and the other fitting fitting 121c may be provided. And an interference fit fitting groove 222c may be provided.
전술한 실시예의 사이드 플레이트 끼리의 결합은 단순 형상 맞춤 방식인 반면에 본 변형예에 따른 사이드 플레이트(121,222) 끼리의 결합은 억지 끼움 방식의 형상 맞춤이므로 측면 결합력이 전술한 실시예에 비해 더 강화될 수 있다. 물론, 끼움 돌기(121c)와 끼움 홈(222c)의 형상은 도 7의 형상에 국한되는 것은 아니며, 억지 끼움 결합 가능한 형상이라면, 어떠한 형상이라도 무방하다. 또한, 본 변형예는 우측 사이드 플레이트(121)에 끼움 돌기(121c)들을 형성하고 좌측 사이드 플레이트(122)에 끼움 홈(222c)을 형성하였으나, 반대의 경우뿐만 아니라 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(122)에 끼움 돌기(121c)와 끼움 홈(222c)을 혼재시켜도 무방하다. While the side plate coupling of the above-described embodiment is a simple shape fitting method, the side plate 121,222 according to the present modification is a shape fitting of the interference fitting method, so that the side coupling force may be further strengthened compared to the above-described embodiment. Can be. Of course, the shape of the fitting protrusion 121c and the fitting groove 222c is not limited to the shape of FIG. 7, and any shape may be used as long as it is a shape capable of forcible fitting. In addition, in the present modification, the fitting protrusions 121c are formed on the right side plate 121 and the fitting groove 222c is formed on the left side plate 122, but the right side plate 121 and the left side are not only opposite. The fitting protrusion 121c and the fitting groove 222c may be mixed in the side plate 122.
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 변형예들에 따른 사이드 플레이트는 전술한 실시예와 달리, 사이드 플레이트의 형합면이 지그재그 형태로 마련될 수 있다.Next, referring to FIGS. 8 and 9, unlike the above-described embodiment, the side plate according to other modified embodiments of the present invention may have a mating surface of the side plate in a zigzag form.
먼저, 도 8의 변형예는 우측 사이드 플레이트(121')가 좌측 사이드 플레이트(222')에 대해 사선 방향 또는 상하 방향으로 장착되며, 상기 우측 사이드 플레이트(121')가 좌측 사이드 플레이트(222') 위에 걸쳐지는 형태로 형합되게 구성될 수 있다. 이 경우, 단위 배터리 모듈들(100,200) 간의 측면 방향 결합력이 전술한 실시예에 비해 안정적일 수 있다. First, in the modification of FIG. 8, the right side plate 121 ′ is mounted in an oblique or up-down direction with respect to the left side plate 222 ′, and the right side plate 121 ′ is mounted to the left side plate 222 ′. It can be configured to conform to the form spanning over. In this case, the lateral coupling force between the unit battery modules 100 and 200 may be more stable than the above-described embodiment.
그 다음, 도 9의 변형예에 따른 사이드 플레이트의 형합면은 실질적으로 "Z" 형태를 취하며, 제1 체결홀(H1)과 제2 체결홀(H2)이 공통 벽체(W)의 정 가운데에서 상하로 일치하게 구성될 수 있다. 따라서 본 변형예의 경우, 간단하게 하나의 체결 부재(B)를 사용해서 사이드 플레이트들(121'',222'')을 견고하게 고정시킬 수 있다. Next, the mating surface of the side plate according to the modification of FIG. 9 substantially takes the form of “Z”, and the first fastening hole H1 and the second fastening hole H2 are in the center of the common wall W. FIG. It can be configured to match up and down. Therefore, in the present modification, it is possible to simply secure the side plates 121 ″ and 222 ″ by simply using one fastening member B.
이어서, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩을 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 중복된 설명은 생략하기로 하고 차이점을 위주로 설명하기로 한다.Next, a unit battery module and a battery pack including the same according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 to 12. Duplicate description with the above-described embodiment will be omitted and the description will be mainly focused on differences.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 트레이 연결부를 구비한 단위 배터리 모듈의 부분 사시도, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 사시도, 도 12는 도 11의 단위 배터리 모듈들이 트레이에 탑재된 상태를 도시한 평면도이다.10 is a partial perspective view of a unit battery module having a tray connection unit according to another embodiment of the present invention, FIG. 11 is a perspective view schematically showing a main configuration of a battery pack according to another embodiment of the present invention, FIG. 4 is a plan view illustrating a state in which unit battery modules of a battery are mounted in a tray.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 단위 배터리 모듈을 팩 케이스의 트레이(410)에 연결시키기 위한 구성으로서 단위 배터리 모듈들에 마련되는 트레이 연결부(160)와, 트레이의 벽체에 마련되는 모듈 연결부(413)를 더 포함할 수 있다.Referring to these drawings, a battery pack according to another embodiment of the present invention, the tray connection portion 160 provided in the unit battery modules as a configuration for connecting the unit battery module to the tray 410 of the pack case, the tray It may further include a module connection portion 413 provided on the wall.
트레이 연결부(160)는 단위 배터리 모듈의 전,후방으로 다른 부분보다 더 돌출된 형태로 사이드 플레이트와 일체로 형성될 수 있다. 예컨대, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 트레이 연결부(160,260)는 우측 사이드 플레이트(121,221)의 양쪽 끝 부분에 하나씩 구비될 수 있다. 본 실시예의 대안으로서는, 좌측 사이드 플레이트(222,322)의 양단부에 트레이 연결부(160,260)를 마련하거나, 공통 벽체(W)를 형성하게될 우측 사이드 플레이트(121)와 좌측 사이드 플레이트(222)의 양단부에 트레이 연결부(160,260)의 일 부분과 나머지 부분을 서로 공유하도록 마련할 수도 있다.The tray connection unit 160 may be formed integrally with the side plate in a form protruding more than the other portion of the front and rear of the unit battery module. For example, as shown in FIGS. 10 and 11, the tray connection parts 160 and 260 may be provided at both ends of the right side plates 121 and 221. As an alternative to the present embodiment, tray connection portions 160 and 260 are provided at both ends of the left side plates 222 and 322, or trays are provided at both ends of the right side plate 121 and the left side plate 222, which will form the common wall W. One part and the other part of the connection parts 160 and 260 may be provided to share with each other.
본 실시예에 따른 트레이 연결부(160,260)는 사각기둥 형상으로 그 내측에 상하 방향으로 빈 공간을 형성하는 그루브(162)를 구비한다. 상기 그루브(162)의 형상은 후술할 트레이의 모듈 연결부(413)의 형상과 형상 맞춤 가능하게 마련되어 있다. The tray connection parts 160 and 260 according to the present exemplary embodiment have grooves 162 that form empty spaces in the vertical direction in a rectangular pillar shape. The shape of the groove 162 is provided so that the shape can be matched with the shape of the module connection portion 413 of the tray to be described later.
모듈 연결부(413)는 트레이 벽체(412)의 둘레를 따라 미리 지정된 위치에 벽체(412)의 내측면으로부터 돌출 형성될 수 있다. 여기서 상기 미리 지정된 위치는 상호 연결되어진 단위 배터리 모듈들(100,200,300)을 트레이(410)에 탑재하였을 때, 상기 단위 배터리 모듈들(100,200,300)의 공통 벽체(W)들과 교차하는 위치에 대응하는 위치에 해당한다. 이를테면, 도 11과 같이, 트레이 연결부(160,260)는 대향하는 양쪽 측면 벽체(412)에 일정 간격을 두고 2개씩 구비될 수 있다. The module connection portion 413 may protrude from the inner surface of the wall 412 at a predetermined position along the circumference of the tray wall 412. The predetermined position may be a position corresponding to a position where the unit battery modules 100, 200, and 300 which are connected to each other cross the common walls W of the unit battery modules 100, 200, and 300 when the trays 410 are mounted. Corresponding. For example, as shown in FIG. 11, the tray connecting portions 160 and 260 may be provided at two opposite side walls 412 at predetermined intervals.
또한, 본 실시예에 따른 모듈 연결부(413)는 돌출 방향을 기준으로 연장된 적어도 일부분의 좌우 폭이 다른 부분보다 크게 확장된 형태를 갖는 헤드부(413a)를 구비하고, 벽체(412)의 높이 방향을 따라서는 횡단면이 동일하게 형성될 수 있다. 본 실시예에서 상기 모듈 연결부(413)는 그 횡단면이 대략 "T" 자에 가깝고 트레이 벽체(412)의 높이만큼 길게 연장된 형태로 마련된다. In addition, the module connection portion 413 according to the present embodiment has a head portion 413a having a form in which the left and right widths of at least a portion extending based on the protruding direction are larger than other portions, and the height of the wall 412 is increased. Along the direction, the cross section may be formed identically. In the present embodiment, the module connection portion 413 is provided in a shape in which the cross section thereof is substantially close to the "T" and extends as long as the height of the tray wall 412.
이러한 모듈 연결부(413)는 헤드부(413a)가 트레이 연결부(160,260)의 그루브(162) 내에서 상하 방향으로 슬라이드되어 상기 트레이 연결부(160,260)와 형상 맞춤된다. 즉, 본 실시예에서 내측이 빈 공간이었던 사각기둥 형상의 트레이 연결부(160,260)에 모듈 연결부(413)가 상하 방향으로 슬라이드 결합되어 상기 빈 공간에 모듈 연결부(413)가 배치될 수 있다. 따라서 단위 배터리 모듈들(100,200,300)을 트레이(410)에 탑재시 단위 배터리 모듈들(100,200,300)의 트레이 연결부(160,260)들과 트레이(410)의 모듈 연결부(413)들이 각각 대응하는 위치에 오도록 한다.The module connection part 413 has a head portion 413a that slides up and down in the grooves 162 of the tray connection parts 160 and 260 so as to conform to the tray connection parts 160 and 260. That is, in the present embodiment, the module connection part 413 is slide-coupled in the vertical direction to the tray connection parts 160 and 260 having a square pillar shape in which the inside is an empty space, and thus the module connection part 413 may be disposed in the empty space. Therefore, when the unit battery modules 100, 200, and 300 are mounted in the tray 410, the tray connection parts 160 and 260 of the unit battery modules 100, 200 and 300 and the module connection parts 413 of the tray 410 are respectively positioned at corresponding positions.
도 12와 같이, 단위 배터리 모듈들(100,200,300)이 트레이(410)에 탑재되게 되면 모듈 연결부(413)의 헤드부가 트레이 연결부(160,260)의 그루브(162)에 형상 맞춤된 상태여서 수평방향으로 유동이 억제될 수 있다. 또한, 단위 배터리 모듈들(100,200,300)은 트레이(410) 상에 수직으로 볼트 체결됨으로써 상하방향으로도 유동이 억제될 수 있다. As shown in FIG. 12, when the unit battery modules 100, 200, and 300 are mounted in the tray 410, the head of the module connection part 413 is fitted to the grooves 162 of the tray connection parts 160 and 260 so that the flow in the horizontal direction is reduced. Can be suppressed. In addition, the unit battery modules 100, 200, and 300 may be vertically bolted onto the tray 410, thereby preventing flow in the vertical direction.
특히, 본 실시예에 따르면, 트레이(410)의 양쪽 측면 벽체(412)는 트레이 연결부(160,260)와 연결되어 있고, 상기 트레이 연결부(160,260)는 공통 벽체(W)를 형성하는 사이드 플레이트와 일체로 연결되어 있다. 따라서 상기 트레이(410)의 양쪽 측면 벽체(412)는 단위 배터리 모듈들(100,200,300)의 공통 벽체(W)들에 의해 지지되게 된다. 즉 이러한 구성에 의하면, 단위 배터리 모듈들(100,200,300)이 공유하는 상기 공통 벽체(W)가 트레이(410)의 양쪽 측면 벽체(412)를 지지해줌으로써 예컨대 차량 운행 중 발생하는 충격이나 진동시에도 트레이(410) 측면 벽체의 뒤틀림이나 변형이 방지될 수 있다.In particular, according to the present embodiment, both side walls 412 of the tray 410 are connected to the tray connecting portions 160 and 260, and the tray connecting portions 160 and 260 are integrally formed with the side plates forming the common wall W. FIG. It is connected. Accordingly, both side walls 412 of the tray 410 are supported by the common walls W of the unit battery modules 100, 200, and 300. That is, according to this configuration, the common wall (W) shared by the unit battery modules (100, 200, 300) supports both side walls 412 of the tray 410, for example, the tray even during shock or vibration generated during vehicle driving 410 Warping or deformation of the side walls can be prevented.
한편, 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 모듈들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 기타 IT 제품군 등에도 적용될 수도 있다.On the other hand, the battery pack according to the present invention described above may further include various devices for controlling the charging and discharging of the battery modules, such as a BMS, a current sensor, a fuse. The battery pack may not only be applied to an automobile such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, but may also be applied to other IT products.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As mentioned above, although the preferred embodiment of the present invention has been illustrated and described, the present invention is not limited to the specific preferred embodiment described above, and the present invention belongs to the present invention without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.On the other hand, in the present specification. Although terms indicating directions, such as up, down, left, and right, have been used, these terms are merely for convenience of description and may be expressed differently according to the viewing position of the observer or the position of the object. Self-explanatory

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀을 내부 공간에 각각 수납하고 일 방향으로 연속해서 구조적으로 연결되는 복수의 단위 배터리 모듈; 및A plurality of unit battery modules accommodating a plurality of battery cells in an inner space and structurally connected in succession in one direction; And
    상기 복수의 단위 배터리 모듈들을 커버하는 팩 케이스를 포함하되, Including a pack case for covering the plurality of unit battery modules,
    상기 단위 배터리 모듈은 양 측면을 형성하는 사이드 플레이트를 구비하고, The unit battery module has a side plate forming both sides,
    어느 하나의 단위 배터리 모듈과 이웃한 다른 하나의 단위 배터리 모듈은, 상기 사이드 플레이트들끼리 형합하여 하나의 공통 벽체 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The one unit battery module and the other unit battery module adjacent to each other, the side plates are combined to form a common wall, characterized in that the battery pack.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 사이드 플레이트는, 상기 단위 배터리 모듈의 우측면을 형성하는 우측 사이드 플레이트 및 상기 단위 배터리 모듈의 좌측면을 형성하는 좌측 사이드 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The side plate may include a right side plate forming a right side of the unit battery module and a left side plate forming a left side of the unit battery module.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 어느 하나의 단위 배터리 모듈의 우측 사이드 플레이트는 이웃한 다른 하나의 단위 배터리 모듈의 좌측 사이드 플레이트와 형합되게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The right side plate of the unit battery module of any one of the battery pack, characterized in that formed in combination with the left side plate of the other one unit battery module.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 우측 사이드 플레이트 및 상기 좌측 사이드 플레이트 중 어느 하나에는 끼움돌기가 마련되고 다른 하나에는 상기 끼움돌기와 억지 끼움 결합하는 끼움홈이 마련되는 것을 특징으로 배터리 팩.One of the right side plate and the left side plate of the battery pack, characterized in that the fitting protrusion is provided and the other is provided with a fitting groove for engaging the fitting protrusion.
  5. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 우측 사이드 플레이트와 상기 좌측 사이드 플레이트는 좌우 대칭되게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.And the right side plate and the left side plate are symmetrically formed.
  6. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 우측 사이드 플레이트와 좌측 사이드 플레이트는 종단면이 "L" 형상이고, 서로에 대해 상대적으로 역립된 형태를 취하며 상기 단위 배터리 모듈의 높이보다 짧게 마련되어 상기 단위 배터리 모듈의 하단면과 상기 우측 사이드 플레이트의 하단면 사이, 상기 단위 배터리 모듈의 상단면과 상기 좌측 사이드 플레이트의 상단면 사이에 각각 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The right side plate and the left side plate may have an "L" shape in cross-section, and may have a shape that is relatively inverted with respect to each other, and may be shorter than the height of the unit battery module, so that the bottom surface of the unit battery module and the right side plate of the right side plate may be formed. And a step is formed between a bottom surface and an upper surface of the unit battery module and an upper surface of the left side plate, respectively.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 단위 배터리 모듈은, 각각 상기 내부 공간의 상부와 하부를 각각 커버하는 판상체 형태로 마련되되, 일측 가장자리 부분이 절곡되어 형성된 단차부를 구비하고The unit battery module is provided in the form of a plate body covering each of the upper and lower portions of the inner space, each side has a stepped portion formed by bending the edge portion
    상기 우측 사이드 플레이트와 상기 좌측 사이드 플레이트를 소정의 높이에 위치하게 상하로 지지하는 상부 플레이트와 하부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 배터리 팩.And a top plate and a bottom plate for supporting the right side plate and the left side plate up and down to be positioned at a predetermined height.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 사이드 플레이트들의 형합면이 지그재그 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.Battery pack, characterized in that the mating surface of the side plates are provided in a zigzag form.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 팩 케이스는, 상기 복수의 단위 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하는 트레이를 포함하며, The pack case includes a tray providing a space in which the plurality of unit battery modules are seated.
    상기 복수의 단위 배터리 모듈은, 상기 공통 벽체와 상기 트레이를 연결시키는 체결 부재에 의해 상기 트레이 상에 마운팅되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.The plurality of unit battery modules are mounted on the tray by a fastening member connecting the common wall and the tray.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 팩 케이스는, 상기 복수의 단위 배터리 모듈이 안착되는 공간을 제공하되, 상기 공간을 둘러싸는 벽체의 둘레를 따라 미리 지정된 위치에 상기 벽체의 내측면으로부터 돌출 형성되는 모듈 연결부를 구비한 트레이를 포함하고,The pack case may include a tray that provides a space in which the plurality of unit battery modules are seated and includes a module connection part protruding from an inner surface of the wall at a predetermined position along a circumference of a wall surrounding the space. and,
    상기 단위 배터리 모듈의 사이드 플레이트는,The side plate of the unit battery module,
    상기 단위 배터리 모듈의 전,후방으로 다른 부분보다 더 돌출 형성되고The front and rear of the unit battery module is formed more protruding than other parts
    상기 모듈 연결부와 형상 맞춤되는 그루브를 내측에 구비하여 상기 모듈 연결부에 상하 방향으로 삽입 결합 가능하게 마련된 트레이 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.A battery pack comprising a tray connecting portion provided with a groove that is shape-fitted with the module connecting portion to be inserted into the module connecting portion in a vertical direction.
  11. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 모듈 연결부는 돌출 방향을 기준으로 연장된 적어도 일 부분의 좌우 폭이 다른 부분보다 크게 확장된 형태를 갖는 헤드부를 구비하고,The module connection part includes a head part having a shape in which the left and right widths of at least one part extending in the protruding direction are larger than other parts,
    상기 헤드부는 상기 그루브에 상하 방향을 따라 슬라이드되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.And the head portion slides along the groove in the vertical direction.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.12. An automobile comprising a battery pack according to any one of the preceding claims.
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