WO2022149967A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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WO2022149967A1
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battery pack
battery
base plate
longitudinal direction
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오광근
양진오
정인혁
최해원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and an automobile including the same.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the unit secondary battery cell that is, the operating voltage of the unit battery cell is about 2.5V ⁇ 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of battery cells may be connected in parallel to form a battery pack according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module. It is common to configure battery packs or battery racks.
  • a conventional battery pack is generally configured to include a plurality of battery cells and a cell frame accommodating the plurality of battery cells.
  • a conventional cell frame generally accommodates the plurality of battery cells and consists of an assembly of a plurality of plates such as a front plate, a rear plate, a side plate, a lower plate, and an upper plate to secure rigidity.
  • the size of the entire battery pack increases according to the cell frame structure configured by the assembly of the plurality of plates, which is disadvantageous in terms of energy density.
  • an object of the present invention is to provide a battery pack capable of securing rigidity while increasing energy density and a vehicle including the same.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of improving cost competitiveness and manufacturing efficiency, and a vehicle including the same.
  • the present invention provides a battery pack mounted on a vehicle, comprising: a plurality of battery cells; a base plate supporting the plurality of battery cells; and a cross beam unit disposed at a predetermined length along the width direction of the base plate, disposed between the plurality of battery cells in the longitudinal direction of the base plate, and attaching and fixing battery cells facing each other in the longitudinal direction; It provides a battery pack comprising a.
  • Anode and cathode structures for electrical connection of the plurality of battery cells are provided on one surface of the plurality of battery cells, and the other surface opposite to one surface of the plurality of battery cells may be attached to the cross beam unit.
  • One surface of the plurality of battery cells may be disposed to be spaced apart from one surface of the battery cells facing each other by a predetermined distance in the longitudinal direction.
  • a cooling water passage for cooling the plurality of battery cells may be provided in the cross beam unit.
  • the battery pack may include a cover plate that covers upper sides of the plurality of battery cells and is disposed to face the base plate with the plurality of battery cells interposed therebetween.
  • the cross beam unit may be disposed between the base plate and the cover plate, and may be disposed in contact with the base plate and the cover plate, respectively.
  • the cross beam unit may include a plurality of beam members, and the plurality of beam members may be spaced apart from each other by a predetermined distance along a length direction of the base plate.
  • the plurality of beam members may include: a beam body having the coolant passage formed therein and having a predetermined length along a width direction of the base plate; a first flange provided at the lower end of the beam body and arranged in contact with the base plate; and a second flange provided at an upper end of the beam body opposite to the first flange and disposed in contact with the cover plate.
  • the first flange and the second flange may have a greater thickness than the beam body in the longitudinal direction.
  • the first flange may cover at least a portion of an upper side of the plurality of battery cells in the longitudinal direction
  • the second flange may cover at least a portion of a lower side of the plurality of battery cells in the longitudinal direction have.
  • the plurality of battery cells may be directly attached to both surfaces of the beam body in the longitudinal direction, respectively.
  • the plurality of battery cells may be symmetrically disposed with each beam body interposed therebetween in the longitudinal direction.
  • the present invention provides a vehicle comprising, as a vehicle, at least one battery pack according to the above-described embodiments.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is a view for explaining a beam member of a cross beam unit of the battery pack of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a view for explaining a battery cell fixed to the beam member of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 1 ;
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1
  • FIG. 3 is a beam member of the cross beam unit of the battery pack of FIG. 2 3 is a cross-sectional view of the beam member of FIG. 4
  • FIG. 5 is a view for explaining a battery cell fixed to the beam member of FIG. 3
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery pack of FIG. 1 .
  • the battery pack 10 is mounted on a vehicle and may include a battery cell 100 , a base plate 200 , and a cross beam unit 300 .
  • the battery pack 10 may further include a cover plate 400 .
  • At least one battery cell 100 may be provided in plurality.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to being provided in plurality.
  • the plurality of battery cells 100 may be a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery as a secondary battery.
  • the plurality of battery cells 100 will be described as being provided as cylindrical secondary batteries.
  • An electrical connection structure in which positive and negative electrode structures for electrical connection of the plurality of battery cells 100 are provided may be formed on one surface of the plurality of battery cells 100 .
  • One surface of the plurality of battery cells 100 is, in the longitudinal direction of the base plate 200, which will be described later, the battery cells 100 facing each other for connection to a bus bar plate for electrical connection of the positive and negative electrode structures. ) may be disposed to be spaced apart from one surface by a predetermined distance.
  • Such positive and negative electrode structures may not be formed.
  • the other surface of the plurality of battery cells 100 may be attached to a cross beam unit 300 to be described later.
  • the base plate 200 is for supporting the plurality of battery cells 100 , and may have a shape and size capable of seating the plurality of battery cells 100 .
  • the base plate 200 may be mounted on the vehicle.
  • the longitudinal direction of the base plate 200 may be parallel to the longitudinal direction of the vehicle, and the width direction of the base plate 200 may be parallel to the left and right side width directions of the vehicle.
  • the cross beam unit 300 is disposed to have a predetermined length along the width direction of the base plate 200 , and is disposed between the plurality of battery cells 100 in the length direction of the base plate 200 , The battery cells 100 facing each other in the longitudinal direction may be attached and fixed.
  • the cross beam unit 300 may have a coolant flow path 315 therein.
  • the cross beam unit 300 may be made of a metal material having a predetermined strength in terms of securing rigidity. In the present embodiment, since the attachment of the cross beam unit 300 and the plurality of battery cells 100 is performed on the other surface of the plurality of battery cells 100 on which electrodes of the battery cells 100 are not formed, It is possible to prevent a problem such as an electric short due to the attachment from occurring.
  • the cross beam unit 300 is disposed between the base plate 200 and a cover plate 400 to be described later, and may be disposed in contact with the base plate 200 and a cover plate 400 to be described later, respectively.
  • the cross beam unit 300 reinforces the rigidity of the battery pack 300 and generates external shocks in the width direction of the base plate 200 , that is, in the width direction of the battery pack 300 . It is possible to prevent or buffer the shock from being transmitted to the plurality of battery cells 100 .
  • the cross beam unit 300 may be disposed to protrude more outward than the plurality of battery cells 100 in the width direction of the base plate 200 .
  • the cross beam unit 300 receives the external shock before the plurality of battery cells 100 and buffers or absorbs the external shock, etc. It is possible to minimize the transmission of shocks to the battery cells 100 .
  • the cross beam unit 300 may receive an impact preferentially than the plurality of battery cells 100 when an external impact occurs in any one side in the width direction, and the impact is applied to the width By transmitting to the other side of the direction, it is possible to effectively prevent the shock transmission to the plurality of battery cells 100 side.
  • cross beam unit 300 according to this embodiment will be described in more detail.
  • the cross beam unit 300 may include a plurality of beam members 300 .
  • the plurality of beam members 300 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the longitudinal direction of the base plate 200 .
  • the plurality of beam members 300 may be disposed more outward than the plurality of battery cells 100 in the width direction of the base plate 200 .
  • the plurality of beam members 300 may include a beam body 310 , a first flange 330 , and a second flange 350 , respectively.
  • the beam body 310 may have the coolant passage 315 formed therein, and may have a predetermined length along the width direction of the base plate 200 .
  • the beam body 310 may receive and absorb an external shock preferentially than the plurality of battery cells 100 when an external shock occurs.
  • the plurality of battery cells 100 may be attached to both surfaces of the beam body 310 in the longitudinal direction, respectively. Accordingly, the plurality of battery cells 100 may be symmetrically disposed with each beam body 310 interposed therebetween in the longitudinal direction.
  • the plurality of battery cells 100 may be directly attached to both surfaces of the beam body 310 in the longitudinal direction, respectively.
  • the other surfaces of the plurality of battery cells 100 may be directly attached to both surfaces of the beam body 310 in the longitudinal direction, respectively.
  • the attachment of the plurality of battery cells 100 may be performed using an adhesive or double-sided tape.
  • the present invention is not limited thereto, and it may be possible to form grooves having a predetermined shape on both sides of the beam body 310 into which the other surfaces of the plurality of battery cells 100 can be fitted.
  • the attachment guide member may be attached to both surfaces of the beam body 310 after inserting the other surfaces of the plurality of battery cells 100 .
  • a heat transfer material having an adhesive component may be provided between the plurality of battery cells 100 and the beam body 310 to further increase the cooling performance of the plurality of battery cells 100 .
  • the cooling water flow path 315 is for cooling the plurality of battery cells 100 , and cooling water for cooling the plurality of battery cells 100 may flow therein.
  • the first flange 330 is for reinforcing the rigidity of the beam body 310 , and may be provided at the lower end of the beam body 310 .
  • the first flange 330 may be disposed in contact with the base plate 200 .
  • the first flange 330 may have a greater thickness than the beam body 310 in the longitudinal direction.
  • the first flange 330 may cover at least a portion of an upper side of the plurality of battery cells 100 in the longitudinal direction.
  • the first flange 330 may effectively guide the plurality of battery cells 100 to be more stably fixed and supported by the beam body 310 .
  • the second flange 350 for reinforcing the rigidity of the beam body 310, is provided at the upper end of the beam body 310 opposite to the first flange 330, and a cover plate (to be described later) ( 400) and may be placed in contact with it.
  • the second flange 350 may have a greater thickness than the beam body 310 in the longitudinal direction.
  • the second flange 350 may cover at least a portion of the lower side of the plurality of battery cells 100 in the longitudinal direction.
  • the second flange 350 can effectively guide the plurality of battery cells 100 to be more stably fixed and supported by the beam body 310 .
  • the cover plate 400 may cover upper sides of the plurality of battery cells 100 and may be disposed to face the base plate 200 with the plurality of battery cells 100 interposed therebetween.
  • the battery pack 10 reinforces the rigidity of the battery pack 10 through the cross beam unit 300 without a cell frame structure including a plurality of plate members as in the prior art. In addition, it is possible to more stably fix the plurality of battery cells 100 .
  • the cell frame structure as in the prior art can be omitted, so that the overall size of the battery pack 10 can be reduced, thereby increasing the energy density of the battery pack 10 . can be higher than
  • the battery pack 10 according to the present embodiment significantly reduces the manufacturing cost of the battery pack 10 and significantly speeds up the assembly process by omitting the cell frame structure composed of a plurality of plate members as in the prior art. can be raised
  • the battery pack 10 according to the present embodiment can increase cost competitiveness when manufacturing the battery pack 10 and significantly increase the assembly process efficiency during the manufacturing process.
  • the coolant flow path 315 for the coolant flow is provided in the cross beam unit 300 , so that the battery pack 10 is provided without adding a structure such as a separate heat sink.
  • the plurality of battery cells 100 may be effectively cooled.
  • the stacked structure of a structure such as a separate heat sink as in the prior art can be omitted, and the overall size of the battery pack 10 can be further reduced.
  • the energy density of the battery pack 10 can be significantly increased.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery pack 20 according to the present embodiment is similar to the battery pack 10 of the previous embodiment, redundant descriptions of components substantially the same as or similar to those of the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, the previous embodiment will be omitted. Let's take a look at the differences between
  • the battery pack 20 may include a plurality of battery cells 100 , a base plate 200 , a cross beam unit 300 , a cover plate 400 , and a cell support guider 500 . can
  • the plurality of battery cells 100 , the base plate 200 , the cross beam unit 300 , and the cover plate 400 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, and thus, redundant descriptions will be omitted below. do.
  • the cell support guide 500 may support upper and lower sides of the plurality of battery cells 100 between the base plate 200 and the cover plate 300 .
  • the cell support guider 500 is a support space having a concave-convex shape corresponding to the stacked shape of the battery cells 100 stacked together to more stably support the upper and lower sides of the plurality of battery cells 100 . can be provided.
  • the plurality of battery cells 100 are more firmly fixed and supported between the base plate 200 and the cover plate 300.
  • the cell support guider 500 may be provided as a heat transfer material to further increase the cooling performance of the plurality of battery cells 100 . Accordingly, in the present embodiment, the cooling performance of the battery pack 20 may be further improved.
  • the heat transfer material may include, for example, thermal grease, an elastomer filling pad, a graphite pad, a thermal silicon pad, and the like.
  • FIG. 8 is a view for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the battery packs 10 and 20 may be provided in the vehicle 1 as a fuel source for the vehicle.
  • the battery packs 10 and 20 may be provided in the vehicle 1 in an electric vehicle, a hybrid vehicle, and any other manner in which the battery pack 10 , 20 may be used as a fuel source.
  • the battery packs 10 and 20 of the present embodiment may be mounted in the vehicle 1 in a modular form.
  • the battery packs 10 and 20 may be provided in plurality according to a required capacity and mounted on the vehicle 1 so that they can be electrically connected to each other in the vehicle 1 .
  • the battery packs 10 and 20 include the cross beam unit 300, a structure such as a cross beam separately provided in a conventional vehicle through mounting of the battery packs 10 and 20 can be omitted.
  • the vehicle 1 it is possible to secure more space for mounting the battery packs 10 and 20 in the vehicle 1 , and thus the battery mounted in the vehicle 1 .
  • the energy density of the packs 10 and 20 can be further increased.
  • a coolant flow path 315 is provided in the cross beam unit 300 of the battery packs 10 and 20, the battery packs 10 and 20 ). Since the structure of a cooling unit such as a heat sink for cooling can also be simplified, it is possible to additionally secure a mounting space for the battery pack 10 and 20 in the vehicle 1, so that the vehicle 1 It is possible to significantly increase the energy density of the battery packs 10 and 20 mounted on the .
  • the battery packs 10 and 20 may be provided in other devices such as an energy storage system using a secondary battery in addition to the vehicle 1, as well as other devices, instruments, and facilities.
  • a battery pack 10 and 20 capable of securing rigidity while increasing energy density and a vehicle 1 including the same.
  • the battery packs 10 and 20 capable of improving cost competitiveness and manufacturing efficiency, and the vehicle 1 including the same.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차에 장착되는 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀, 복수 개의 배터리 셀을 지지하는 베이스 플레이트 및 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 소정 길이로 배치되고, 베이스 플레이트의 길이 방향에서 복수 개의 배터리 셀 사이에 배치되며, 길이 방향에서 마주 하는 배터리 셀들을 부착하여 고정하는 크로스 빔 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 01월 11일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0003550호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다.
종래 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 복수 개의 배터리 셀 및 이러한 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 셀 프레임을 포함하여 구성된다. 종래 셀 프레임은, 일반적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하며 강성 등의 확보를 위해 전방 플레이트, 후방 플레이트, 사이드 플레이트, 로어 플레이트 및 어퍼 플레이트 등의 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성된다.
그러나, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조의 특성 상, 제조 비용이 증가하며 조립 공정이 복잡하여, 원가 경쟁력 및 제조 효율 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 팩의 경우, 이러한 복수 개의 플레이트들의 조립체로 구성되는 셀 프레임 구조에 따라, 전체 배터리 팩의 사이즈가 증가되어 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 자동차에 장착되는 배터리 팩으로서, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 지지하는 베이스 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 소정 길이로 배치되고, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 길이 방향에서 마주 하는 배터리 셀들을 부착하여 고정하는 크로스 빔 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 셀의 일면에는, 상기 복수 개의 배터리 셀의 전기적 연결을 위한 양극 및 음극 구조가 마련되며, 상기 크로스 빔 유닛에는, 상기 복수 개의 배터리 셀의 일면의 반대편인 타면이 부착될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀의 일면은, 상기 길이 방향에서, 마주 하는 배터리 셀들의 일면과 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛에는, 상기 복수 개의 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각수 유로;가 구비될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 복수 개의 배터리 셀의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀을 사이에 두고 상기 베이스 플레이트와 대향 배치되는 커버 플레이트;를 포함할 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛은, 상기 베이스 플레이트와 상기 커버 플레이트 사이에 배치되며, 상기 베이스 플레이트 및 상기 커버 플레이트와 각각 접촉 배치될 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛은, 복수 개의 빔 부재;를 포함하며, 상기 복수 개의 빔 부재는, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 빔 부재는, 상기 냉각수 유로가 내부에 형성되며, 상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 빔 바디; 상기 빔 바디의 하단부에 구비되며, 상기 베이스 플레이트와 접촉 배치되는 제1 플랜지; 및 상기 제1 플랜지의 반대편인 상기 빔 바디의 상단부에 구비되며, 상기 커버 플레이트와 접촉 배치되는 제2 플랜지;를 포함할 수 있다.
상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지는, 상기 길이 방향에서 상기 빔 바디보다 넓은 두께를 가질 수 있다.
상기 제1 플랜지는, 상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀의 상측의 적어도 일부를 커버하며, 상기 제2 플랜지는, 상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀의 하측의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀은, 상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디의 양면에 각각 직접적으로 부착될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀은, 상기 길이 방향에서, 각각의 빔 바디를 사이에 두고 대칭적으로 배치될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공할 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 배터리 팩의 크로스 빔 유닛의 빔 부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 도 3의 빔 부재의 단면도이다.
도 5는 도 3의 빔 부재에 고정되는 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 팩의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 배터리 팩의 크로스 빔 유닛의 빔 부재를 설명하기 위한 도면이며, 도 4의 도 3의 빔 부재의 단면도이며, 도 5는 도 3의 빔 부재에 고정되는 배터리 셀을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 1의 배터리 팩의 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 자동차에 장착되며, 배터리 셀(100), 베이스 플레이트(200) 및 크로스 빔 유닛(300)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(10)은, 커버 플레이트(400)를 더 포함할 수 있다.
이하, 이러한 상기 배터리 팩(10)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 원통형 이차 전지로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 일면에는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 전기적 연결을 위한 양극 및 음극 구조가 마련되는 전기적 연결 구조가 형성될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 일면은, 후술하는 베이스 플레이트(200)의 길이 방향에서, 상기 양극 및 음극 구조의 전기적 연결을 위한 버스바 플레이트 등과의 연결 등을 위해 마주 하는 배터리 셀들(100)의 일면과 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 일면의 반대편인 타면에는, 이러한 양극 및 음극 구조가 형성되지 않을 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은 타면은 후술하는 크로스 빔 유닛(300)에 부착될 수 있다.
상기 베이스 플레이트(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 지지하기 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 안착시킬 수 있는 형상 및 크기를 가질 수 있다.
이러한 상기 베이스 플레이트(200)는, 상기 자동차에 장착될 수 있다. 상기 베이스 플레이트(200)의 길이 방향은, 상기 자동차의 길이 방향과 나란한 방향이며, 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향은, 상기 자동차의 좌우 양측 폭 방향과 나란한 방향일 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향을 따라 소정 길이로 배치되고, 상기 베이스 플레이트(200)의 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 사이에 배치되며, 상기 길이 방향에서 마주 하는 배터리 셀들(100)을 부착하여 고정할 수 있다. 이러한 상기 크로스 빔 유닛(300)에는 내부에 냉각수 유로(315)가 구비될 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛(300)은, 강성 확보 측면에서 소정 강도를 갖는 금속 재질로 구비될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 크로스 빔 유닛(300)과 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 부착이, 상기 배터리 셀들(100)의 전극이 형성되지 않는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 타면에서 수행되므로, 상기 부착에 따른 전기적 쇼트 등의 문제가 발생되는 것이 방지될 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 베이스 플레이트(200)와 후술하는 커버 플레이트(400) 사이에 배치되며, 상기 베이스 플레이트(200) 및 후술하는 커버 플레이트(400)와 각각 접촉 배치될 수 있다.
상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 배터리 팩(300)의 강성을 보강함과 아울러 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향, 즉, 상기 배터리 팩(300)의 폭 방향에서의 외부 충격 등의 발생 시 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 측으로의 충격 전달을 방지하거나 또는 완충시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)보다 더 바깥쪽으로 돌출되게 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 폭 방향에서 상기 외부 충격 등의 발생 시, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)보다 먼저 상기 외부 충격 등을 전달받아 이를 완충하거나 또는 흡수하여, 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 측으로의 충격 전달을 최소화할 수 있다.
예로써, 상기 크로스 빔 유닛(300)은, 상기 폭 방향 중 어느 일측에서의 외부 충격 등의 발생 시, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)보다 우선적으로 충격을 전달받을 수 있고, 이러한 충격을 상기 폭 방향의 타측으로 전달시켜, 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 측으로의 충격 전달을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 이러한 본 실시예에 따른 상기 크로스 빔 유닛(300)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
상기 크로스 빔 유닛(300)은, 복수 개의 빔 부재(300)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 빔 부재(300)는, 상기 베이스 플레이트(200)의 길이 방향을 따라 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 빔 부재(300)는, 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)보다 더 바깥쪽으로 배치될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 빔 부재(300)는, 각각, 빔 바디(310), 제1 플랜지(330) 및 제2 플랜지(350)를 포함할 수 있다.
상기 빔 바디(310)는, 상기 냉각수 유로(315)가 내부에 형성되며, 상기 베이스 플레이트(200)의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 상기 빔 바디(310)는, 외부 충격 등의 발생 시, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)보다 우선적으로 외부 충격 등을 전달 받아 완충 및 흡수할 수 있다.
상기 빔 바디(310)의 길이 방향에 따른 양면에는, 각각, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)이 부착될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 상기 길이 방향에서, 각각의 빔 바디(310)를 사이에 두고 대칭적으로 배치될 수 있다.
예로써, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디(310)의 양면에 각각 직접적으로 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 타면이, 상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디(310)의 양면에 각각 직접적으로 부착될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 부착은 접착제 또는 양면 테이프 등으로 수행될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 빔 바디(310)의 양면에 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 타면이 끼워질 수 있는 소정 형상의 홈이 형성되는 것도 가능할 수 있다. 또한, 상기 빔 바디(310)와 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 타면 사이에 이들 사이의 부착을 가이드하는 부착 가이드 부재가 구비되는 것도 가능할 수 있다. 이러한 상기 부착 가이드 부재는 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 타면을 삽입한 후 상기 빔 바디(310)의 양면에 각각 부착될 수 있다.
한편, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)와 상기 빔 바디(310) 사이에는 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있게 접착 성분을 갖는 열전달물질이 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 냉각수 유로(315)는 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 냉각을 위한 것으로서, 내부에 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 냉각을 위한 냉각수가 유동할 수 있다.
상기 제1 플랜지(330)는, 상기 빔 바디(310)의 강성을 보강하기 위한 것으로서, 상기 빔 바디(310)의 하단부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제1 플랜지(330)는, 상기 베이스 플레이트(200)와 접촉 배치될 수 있다.
상기 제1 플랜지(330)는, 상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디(310)보다 넓은 두께를 가질 수 있다. 상기 제1 플랜지(330)는, 상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 상측의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
이에 따라, 상기 제1 플랜지(330)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)이 상기 빔 바디(310)에 보다 더 안정적으로 고정 및 지지되는 것을 효과적으로 가이드 할 수 있다.
상기 제2 플랜지(350)는, 상기 빔 바디(310)의 강성을 보강하기 위한 것으로서, 상기 제1 플랜지(330)의 반대편인 상기 빔 바디(310)의 상단부에 구비되며, 후술하는 커버 플레이트(400)와 접촉 배치될 수 있다.
이러한 상기 제2 플랜지(350)는, 상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디(310)보다 넓은 두께를 가질 수 있다. 상기 제2 플랜지(350)는, 상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 하측의 적어도 일부를 커버할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 플랜지(350)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)이 상기 빔 바디(310)에 보다 더 안정적으로 고정 및 지지되는 것을 효과적으로 가이드 할 수 있다.
상기 커버 플레이트(400)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 사이에 두고 상기 베이스 플레이트(200)와 대향 배치될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 상기 크로스 빔 유닛(300)을 통해, 종래와 같은 복수 개의 플레이트부재들로 구성되는 셀 프레임 구조물 없이도 상기 배터리 팩(10)의 강성을 보강함과 아울러 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 보다 더 안정적으로 고정시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 종래와 같은 셀 프레임 구조물을 생략할 수 있어, 상기 배터리 팩(10)의 전체 사이즈를 줄일 수 있어 상기 배터리 팩(10)의 에너지 밀도를 보다 더 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 종래와 같은 복수의 플레이트부재들로 구성되는 셀 프레임 구조물 생략에 따라, 상기 배터리 팩(10)의 제조 원가를 낮추면서 조립 공정 속도를 현저히 높일 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 상기 배터리 팩(10)의 제조 시 원가 경쟁력을 높이며, 상기 제조 공정 시의 조립 공정 효율을 현저히 높일 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 상기 크로스 빔 유닛(300) 내에 냉각수 유동을 위한 상기 냉각수 유로(315)가 구비되는 바, 별도의 히트 싱크와 같은 구조물 등의 추가 없이도 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 효과적으로 냉각할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(10)은, 종래와 같은 별도의 히트 싱크와 같은 구조물의 적층 구조, 또한, 생략할 수 있어, 상기 배터리 팩(10)의 전체 사이즈를 보다 더 줄일 수 있으며, 상기 배터리 팩(10)의 에너지 밀도를 보다 더 현저히 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 팩(20)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 팩(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 7을 참조하면, 상기 배터리 팩(20)은, 복수 개의 배터리 셀(100), 베이스 플레이트(200), 크로스 빔 유닛(300), 커버 플레이트(400) 및 셀 지지 가이더(500)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 셀(100), 상기 베이스 플레이트(200), 상기 크로스 빔 유닛(300) 및 상기 커버 플레이트(400)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 셀 지지 가이더(500)는, 상기 베이스 플레이트(200)와 상기 커버 플레이트(300) 사이에서 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 상측 및 하측을 지지할 수 있다.
이러한 상기 셀 지지 가이더(500)는 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 상측 및 하측을 보다 더 안정적으로 지지할 수 있게 상호 적층되는 배터리 셀(100)의 적층 형상에 대응되는 요철 형상을 갖는 지지 공간을 구비할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 셀 지지 가이더(500)를 통해, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)이 상기 베이스 플레이트(200)와 상기 커버 플레이트(300) 사이에서 보다 더 견고하게 고정 및 지지될 수 있다.
아울러, 상기 셀 지지 가이더(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 냉각 성능을 보다 더 높일 수 있게 열전달물질로 구비되는 것도 가능할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(20)의 냉각 성능이 보다 더 향상될 수 있다. 상기 열전달물질은, 예로써, 써멀 그리스, 엘라스토머 충진 패드, 그라파이트 패드, 써멀 실리콘 패드 등으로 마련될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 팩(10)(20)은 자동차의 연료원으로써, 자동차(1)에 구비될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(10)(20)은 전기 자동차, 하이브리드 자동차 및 기타 배터리 팩(10)(20)을 연료원으로써 이용할 수 있는 기타 다른 방식으로 자동차(1)에 구비될 수 있다.
본 실시예의 상기 배터리 팩(10)(20)은, 상기 자동차(1)에 모듈화 형태로 장착될 수 있다. 예로써, 상기 배터리 팩(10)(20)은, 요구되는 용량 등에 따라 복수 개로 구비되어 상기 자동차(1) 내에서 상호 전기적으로 연결될 수 있게 상기 자동차(1)에 장착될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 팩(10)(20)이 상기 크로스 빔 유닛(300)을 구비하는 바, 상기 배터리 팩(10)(20) 장착을 통해 종래 자동차에 별도로 구비되던 크로스 빔 등과 같은 구조물을 생략할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 자동차(1)는, 상기 자동차(1)에서 상기 배터리 팩(10)(20)의 장착 공간을 보다 더 확보할 수 있기에, 상기 자동차(1)에 장착되는 배터리 팩(10)(20)의 에너지 밀도를 보다 더 높일 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 자동차(1)는, 상기 배터리 팩(10)(20)의 상기 크로스 빔 유닛(300) 내에 냉각수 유로(315)가 구비됨에 따라, 상기 배터리 팩(10)(20)의 냉각을 위한 히트 싱크와 같은 냉각 유닛의 구조 또한 간소화할 수 있기에, 상기 자동차(1)에서 상기 배터리 팩(10)(20)의 장착 공간을 추가적으로 더 확보할 수 있어, 상기 자동차(1)에 장착되는 배터리 팩(10)(20)의 에너지 밀도를 보다 더 현저히 높일 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩(10)(20)은 상기 자동차(1) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 에너지 밀도를 높이면서 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩(10)(20) 및 이를 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
또한, 이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 원가 경쟁력 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 배터리 팩(10)(20) 및 이를 포함하는 자동차(1)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (13)

  1. 자동차에 장착되는 배터리 팩에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀;
    상기 복수 개의 배터리 셀을 지지하는 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 소정 길이로 배치되고, 상기 베이스 플레이트의 길이 방향에서 상기 복수 개의 배터리 셀 사이에 배치되며, 상기 길이 방향에서 마주 하는 배터리 셀들을 부착하여 고정하는 크로스 빔 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 일면에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 전기적 연결을 위한 양극 및 음극 구조가 마련되며,
    상기 크로스 빔 유닛에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 일면의 반대편인 타면이 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 일면은,
    상기 길이 방향에서, 마주 하는 배터리 셀들의 일면과 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 크로스 빔 유닛에는,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 냉각을 위한 냉각수 유로;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀의 상측을 커버하며, 상기 복수 개의 배터리 셀을 사이에 두고 상기 베이스 플레이트와 대향 배치되는 커버 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 크로스 빔 유닛은,
    상기 베이스 플레이트와 상기 커버 플레이트 사이에 배치되며, 상기 베이스 플레이트 및 상기 커버 플레이트와 각각 접촉 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 크로스 빔 유닛은,
    복수 개의 빔 부재;를 포함하며,
    상기 복수 개의 빔 부재는,
    상기 베이스 플레이트의 길이 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 빔 부재는,
    상기 냉각수 유로가 내부에 형성되며, 상기 베이스 플레이트의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 빔 바디;
    상기 빔 바디의 하단부에 구비되며, 상기 베이스 플레이트와 접촉 배치되는 제1 플랜지; 및
    상기 제1 플랜지의 반대편인 상기 빔 바디의 상단부에 구비되며, 상기 커버 플레이트와 접촉 배치되는 제2 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지는,
    상기 길이 방향에서 상기 빔 바디보다 넓은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 플랜지는,
    상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀의 상측의 적어도 일부를 커버하며,
    상기 제2 플랜지는,
    상기 길이 방향에서, 상기 복수 개의 배터리 셀의 하측의 적어도 일부를 커버하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀은,
    상기 길이 방향에서, 상기 빔 바디의 양면에 각각 직접적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 셀은,
    상기 길이 방향에서, 각각의 빔 바디를 사이에 두고 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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