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KR101230350B1 - 구조적 안정성이 우수한 전지팩 - Google Patents

구조적 안정성이 우수한 전지팩 Download PDF

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KR101230350B1
KR101230350B1 KR1020100007611A KR20100007611A KR101230350B1 KR 101230350 B1 KR101230350 B1 KR 101230350B1 KR 1020100007611 A KR1020100007611 A KR 1020100007611A KR 20100007611 A KR20100007611 A KR 20100007611A KR 101230350 B1 KR101230350 B1 KR 101230350B1
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Abstract

본 발명은 전지셀들 자체 또는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 수직으로 세워 적층한 구조의 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체; 전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트; 전지모듈들의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 한 쌍의 메인 멤버; 상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 밀착되는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및 상기 엔드 플레이트들을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들의 상부 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바; 를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 상기 엔드 플레이트는, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있도록, 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있는 전지팩을 제공한다.

Description

구조적 안정성이 우수한 전지팩 {Battery Pack of Excellent Structural Stability}
본 발명은 구조적 안정성이 우수한 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체, 전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트, 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치한 한 쌍의 메인 멤버, 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 밀착되는 한 쌍의 엔드 플레이트, 및 엔드 플레이트들의 상부 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 엔드 플레이트는, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있도록 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있는 구조로 이루어진 전지팩에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
이러한 이차전지가 EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되는 바, 이를 위하여 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬로 연결하거나, 경우에 따라서는 직렬 및 병렬로 연결하여 전지모듈 및 전지팩을 형성하고 있다.
일반적으로 이러한 전지팩은 이차전지들이 내장된 전지모듈들을 보호하기 위한 구조물로서 대상 차량의 종류나 차량의 장착 위치에 따라 다양한 형태를 가지고 있다. 이 중 대용량의 전지모듈들을 효과적으로 고정하는 구조가 서포팅 바와 엔드 플레이트에 기반한 구조이다. 이러한 구조는 서포팅 바의 방향으로 하중이 인가되는 경우에도 전지모듈들의 움직임을 최소화할 수 있는 장점이 있으나, 이를 위해서는 서포팅 바와 엔드 플레이트의 강성이 충분히 확보되어야 하는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 하나의 전지모듈로 구성된 종래의 전지팩에 대한 사시도가 예시적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 이차전지들이 내장된 단위모듈들(10), 베이스 플레이트(20), 한 쌍의 엔드 플레이트들(30), 및 서포팅 바(40)로 구성되어 있다.
베이스 플레이트(20)의 상부에는 단위모듈들(10)이 수직으로 세워져 적층되어 있고, 엔드 플레이트(30)는 베이스 플레이트(20)에 하단이 고정된 상태로 최외각 단위모듈들(10)의 외면에 밀착되어 있다.
서포팅 바(40)는 한 쌍의 엔드 플레이트들(30)을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들(30)의 상부 양측을 연결하고 있다.
그러나, 상기 구조의 전지팩은 하나의 전지모듈만 사용함으로 인해 용량이 작으므로 고출력 및 대용량의 전지팩을 필요로 하는 차량과 같은 외부 디바이스에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 하이브리드 전기자동차용 전지팩은 전지셀들의 집합체들을 안정적으로 보호하기 위해 대상 차량의 종류나 차량의 장착 위치에 따라 다양한 형태를 가지고 있다. 이 중 트렁크 하부와 또는 리어시트 하단과 트렁크 사이에 만입된 공간에 장착되는 전지팩은 일반적으로 버킷(bucket) 구조를 가지고 있다.
이 경우, 전지팩은 차체와의 체결 위치보다 아래에 위치하게 되므로, 메인 멤버와 베이스 플레이트에 의해 지지되고, 전후 방향으로의 전지팩 변형을 방지하기 위해 앞 뒤로 엔드 플레이트와 서포팅 바가 위치하는 구조가 필요하다. 이러한 구조에서는, 메인 멤버가 버킷 형태로 휘어져 들어가는 바, 메인 멤버의 강성도에 따라 전지팩 전체의 구조적 안정성이 결정된다.
메인 멤버의 강성도를 향상시키는 방법으로는, 플랜지의 깊이를 충분히 확보하거나, 메인 멤버의 두께를 키우는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 차량 내부의 장착 공간의 제한으로 인해 플랜지의 깊이를 충분히 늘리는 것은 불가능하고, 메인 멤버의 두께를 키우는 것은 전지팩의 하중이 늘어나는 문제점이 있으므로 결과적으로 전지팩의 구조적 안정성 측면에서 큰 효과를 얻기가 힘들다.
따라서, 전지모듈이 차체와의 체결 위치보다 아래에 위치하고, 하중을 지지하는 메인 멤버가 버킷 형식을 가지며 전지모듈들이 베이스 플레이트 상에 2열로 배치되는 구조의 전지팩에서, 메인 멤버의 플랜지 깊이와 두께를 유지하면서 구조적 안정성이 향상되는 특정 구조의 전지팩이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체, 베이스 플레이트, 메인 멤버, 엔드 플레이트, 및 서포팅 바로 이루어져 있고, 엔드 플레이트를 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있어서, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있는 전지팩 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 차량의 일부 형태를 이용하여 전지팩의 일부 구조를 형성함으로써, 차량에 안정적으로 장착되고 차량 내부에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있는 전지팩 구조를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
전지셀들 자체 또는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 수직으로 세워 적층한 구조의 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체;
전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트;
전지모듈들의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 한 쌍의 메인 멤버;
상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 밀착되는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및
상기 엔드 플레이트들을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들의 상부 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바;
를 포함하는 것으로 구성되어 있고,
상기 엔드 플레이트는, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있도록, 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 엔드 플레이트가 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로 형성되어 있으므로, 메인 멤버의 굽힘 강성을 확실하게 보강할 수 있고, 상하 방향 진동에 대한 전지팩 전체의 구조적 안정성을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 메인 멤버의 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어져 있으므로, 전지팩이 외부 디바이스와의 체결 위치보다 아래에 위치하더라도 전지팩을 외부 디바이스에 용이하게 장착할 수 있다.
더욱이, 단위모듈들을 수직으로 세워 적층한 구조의 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있으므로, 1개의 전지모듈로 구성된 종래의 전지팩구조와 비교하여 고출력 대용량의 전기용량을 제공할 수 있다.
본 발명에서의 상기 단위모듈은 이차전지 자체이거나 또는 둘 또는 그 이상의 이차전지들을 내장한 형태의 소형 모듈일 수 있다. 둘 또는 그 이상의 이차전지들을 내장한 형태의 단위모듈의 예로는 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-12303호의 모듈을 들 수 있다. 상기 출원에서의 단위모듈은 두 개의 이차전지들을 서로 대면하도록 밀착시킨 상태로 입출력 단자가 형성되어 있는 프레임 부재에 장착된 구조로 이루어져 있다.
단위모듈의 또 다른 예로는 본 출원인의 한국 특허출원 제2006-20772호와 제2006-45444호의 모듈들을 들 수 있다. 이들 출원들에서의 단위모듈은 두 개의 이차전지들을 서로 대면하도록 밀착시킨 상태로 그것의 외면을 한 쌍의 고강도 셀 커버로 감싼 구조로 이루어져 있다.
상기 출원들은 참조로서 본 발명의 내용에 합체된다. 그러나, 본 발명의 전지모듈에서 단위모듈의 구조가 상기 출원들의 예로 한정되는 것이 아님은 물론이다.
상기 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀이며, 예를 들어, 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로는, 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 파우치형 이차전지로서, 전체적으로 폭 대비 두께가 얇은 대략 직육면체 구조인 판상형으로 이루어져 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 일반적으로 파우치형의 전지케이스로 이루어져 있으며, 상기 전지케이스는 내구성이 우수한 고분자 수지로 이루어진 외부 피복층; 수분, 공기 등에 대해 차단성을 발휘하는 금속 소재로 이루어진 차단층; 및 열융착될 수 있는 고분자 수지로 이루어진 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 라미네이트 시트 구조로 구성되어 있다.
상기 메인 멤버는 전지모듈들의 하중을 용이하게 지지할 수 있는 구조이면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 전지모듈 배열체의 양측면과 하면을 감싸는 대략적으로 U자형인 프레임 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 메인 멤버의 양 측면이 엔드 플레이트와 연결됨으로써, U자형 프레임 구조의 내부가 꽉 찬 모형 구조로 변경되어 상하 방향의 진동에 대한 굽힘 강성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 구조의 바람직한 예로서, 메인 멤버의 상단부는 외부 디바이스와 장착을 용이하게 할 수 있도록 외측으로 절곡되어 있고 절곡된 부위에는 체결구가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 메인 멤버와 외부 디바이스의 결합을 견고히 수행할 수 있다.
상기 엔드 플레이트는, 전지모듈들과 서포팅 바로부터의 압력(굽힘 하중)을 분산시킬 수 있도록, 바람직하게는, 상기 전지모듈 배열체에 접하는 본체부와, 상기 본체부의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽, 하단벽, 및 한 쌍의 측벽을 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다. 여기서, "외측 방향"이란 상기 압력에 대향하는 방향, 즉, 엔드 플레이트의 본체부를 중심으로 전지모듈들과 서포팅 바가 위치하는 방향에 대해 반대인 방향을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 베이스 플레이트에 적층되어 있는 전지모듈들을 엔드 플레이트로 밀착시켜 주고, 상기 엔드 플레이트를 서포팅 바로 다시 고정시켜 주므로, 전지모듈을 구성하는 단위모듈의 두께 방향으로의 이동 및 스웰링 현상을 방지하여 전지모듈의 안전성을 향상시키고 성능저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 구조의 하나의 바람직한 예로서, 엔드 플레이트의 하단벽은 베이스 플레이트 및 메인 멤버의 하단부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 구조 일 수 있다.
이와 같이 엔드 플레이트의 하단벽이 베이스 플레이트 및 메인 멤버의 하단부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 경우, 용접점 또는 볼팅 부위의 수는 4 점 이상으로 이루어지는 것이 상호간의 결합력을 견고히 할 수 있으므로 바람직하다.
또 다른 예로서, 상기 엔드 플레이트의 측벽 역시 메인 멤버의 측면부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같이 엔드 플레이트의 측벽이 메인 멤버의 측면부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 경우, 용접점 또는 볼팅 부위의 수는 1 점 이상으로 이루어질 수 있다. 특히, 메인 멤버의 변형 모드를 고려할 때, 용접점 또는 볼팅 부위의 수가 3점으로 이루어지는 것이 엔드 플레이트와 메인 멤버의 결합력을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
한편, 서포팅 바는 엔드 플레이트들의 상부 양측을 연결하는 구조일 수도 있고, 엔드 플레이트들의 측면 양측을 연결하는 구조일 수도 있다.
서포팅 바가 엔드 플레이트들의 상부 양측을 연결하는 구조에서, 바람직하게는, 엔드 플레이트의 상단벽이 서포팅 바를 장착하기 위해 전지모듈 배열체의 상단면을 기준으로 상향 돌출되어 있어서, 서포팅 바는 전지모듈들의 상부에 위치하면서 엔드 플레이트에 결합된 구조일 수 있다.
상기 상단벽의 상향 돌출된 높이는 전지모듈 배열체의 높이를 기준으로 2 내지 20%의 크기로 이루어질 수 있으며, 상기 높이가 전지모듈 배열체의 높이보다 2% 미만인 경우, 서포팅 바를 엔드 플레이트에 장착하기 어렵거나 그에 맞는 크기의 서포팅 바를 사용하여야 하므로 전체적인 강성이 떨어질 수 있다. 반대로, 20%을 초과하는 경우, 전지팩의 부피 증가 정도가 지나치게 커지므로 바람직하지 않다.
상기 엔드 플레이트는 하단벽이 베이스 플레이트 상에 결합되어 있는 구조로 고정되어 있어서, 외부로부터 엔드 플레이트에 충격이 인가되더라고 엔드 플레이트가 베이스 플레이트로부터 정위치 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 엔드 플레이트의 하단벽 일부 부위에 한 쌍의 체결홈이 형성되어 있고, 이러한 체결홈에 볼트를 삽입하여 엔드 플레이트를 베이스 플레이트에 고정시키거나, 용접을 통해 상호간의 결합을 달성할 수 있다.
한편, 상기 엔드 플레이트는 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기이면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 평면상 직사각형으로 이루어질 수 있다.
상기 엔드 플레이트의 상부에는 바람직하게는 서포팅 바를 장착하기 위한 관통홀들이 형성되어 있어서, 서포팅 바는 엔드 플레이트의 관통홀에 삽입됨으로써 상호간의 결합이 용이하게 달성된다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 사용하며 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차를 제공한다.
자동차의 전원으로 사용되는 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 조합하여 제조될 수 있음은 물론이다.
이 경우, 상기 자동차는 전지팩이 차량의 트렁크 하단부 또는 차량의 리어 시트와 트렁크 사이에 장착되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.
전지팩을 전원으로 사용하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있으므로 1개의 전지모듈로 구성된 종래의 전지팩구조와 비교하여 고출력 대용량의 전기용량을 제공할 수 있고, 엔드 플레이트를 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있는 특정 구조로 형성함으로써, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 차량의 일부 형태를 이용하여 전지팩의 일부 구조를 형성함으로써 차량에 안정적으로 장착되고, 차량 내부에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 전지팩을 나태는 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도이다;
도 4는 본 발명에 대한 비교 목적으로, 도 2의 전지팩 구조에서 엔드 플레이트가 전지모듈 각각에 장착되어 있는 전지팩 구조의 사시도이다;
도 5 및 도 6은 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 좌우방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이다;
도 7 및 도 8은 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 전후방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이다;
도 9 및 도 10은 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 상하방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지팩(200)은 전지모듈들(110, 120)이 2열 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체(122), 베이스 플레이트(130), 한 쌍의 메인 멤버(140)와 엔드 플레이트(150), 및 서포팅 바(160)로 구성되어 있다.
베이스 플레이트(130)의 상부에는 전지모듈들(110, 120)이 수직으로 세워져 적층되어 있고, 엔드 플레이트(150)는 베이스 플레이트(130)에 하단이 고정된 상태로 전지모듈 배열체(122)의 전면과 후면에 밀착되어 있다.
메인 멤버(140)는 전지모듈들(110, 120)의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체(122)의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스(도시하지 않음)에 체결된다.
또한, 메인 멤버(140)는 전지모듈 배열체(122)의 양측면과 하면을 감싸는 U자형 프레임 구조로 이루어져 있고, 메인 멤버(140)의 상단부는 외측으로 절곡되어 있고 절곡된 부위에는 체결구(142)가 형성되어 있어서 전지팩(200)을 외부 디바이스에 용이하게 장착할 수 있다.
서포팅 바(160)는 한 쌍의 엔드 플레이트들(150)을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들(150)의 상부 양측을 연결하고 있다.
엔드 플레이트(150)는 전지모듈 배열체(122)의 전면에 대응하는 크기로서 일체형이면서 평면상 직사각형으로 형성되어 있어서, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩(200)의 변형을 최소화할 수 있다.
또한, 엔드 플레이트(150)는 전지모듈 배열체(122)에 접하는 본체부(152), 본체부(152)의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽(154), 하단벽(156), 및 한 쌍의 측벽(158)을 포함하고 있다.
엔드 플레이트(150)의 하단벽(156)은 베이스 플레이트(130) 및 메인 멤버(140)의 하단부와 4점 용접(151)에 의해 결합되어 있고, 엔드 플레이트(150)의 측벽(158)은 메인 멤버(140)의 측면부와 3점 용접(153)에 의해 결합되어 있다.
경우에 따라서는, 엔드 플레이트(150)의 하단벽(156)은 베이스 플레이트(130) 및 메인 멤버(140)의 하단부와 볼팅(도시하지 않음)에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다. 마찬가지로, 엔드 플레이트(150)의 측벽(158) 역시 메인 멤버(140)의 측면부와 볼팅(도시하지 않음)에 의해 결합되어 있는 구조일 수 있다.
더욱이, 엔드 플레이트(150)의 상단벽(154)은 전지모듈 배열체(122)의 상단면을 기준으로 전지모듈 배열체(122)의 높이(H)의 10% 크기로 상향 돌출되어 있어서, 서포팅 바(160)는 엔드 플레이트(150)의 상부(155) 양측에 용이하게 장착된다.
전지모듈(110)은 라미네이트 시트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 수직으로 세워 적층한 구조로 구성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 도 3의 전지팩(200a)은 엔드 플레이트(150)의 상부에 서포팅 바(160)를 장착하기 위한 관통홀들(157)이 형성되어 있는 점을 제외하고는, 도 2의 전지팩(200) 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 대한 비교 목적으로, 도 2의 전지팩 구조에서 엔드 플레이트가 전지모듈 각각에 장착되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4의 전지팩(200b)은 엔드 플레이트들(150b, 151b)이 전지모듈들(110b, 120b)의 전면과 후면에 대응하는 크기로 형성되어 있고, 엔드 플레이트들(150b, 151b)의 측벽은 메인 멤버(140b)의 측면부와 용접되어 있지 않은 점을 제외하고는 도 2의 전지팩 구조와 동일하다.
도 5 및 도 6에는 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 좌우방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다. 도 5 및 도 6과 이후 설명하게 될 도 7 내지 도 10의 구조들은 전지팩에 외력을 인가하였을 때의 변형을 시뮬레이션 한 결과들이다.
이들 도면을 참조하면, 도 2의 전지팩(200)은 외력이 전지팩의 좌우방향(화살표)으로 인가되더라도 메인 멤버(140)의 변형이 적게 일어나지만, 도 4의 전지팩(200b)은 메인 멤버(140)가 외력의 인가 방향으로 크게 변형이 일어나 엔드 플레이트(151b)의 측벽(158b)으로부터 좌우방향으로 크게 이격됨을 알 수 있다.
도 7 및 도 8에는 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 전후방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 2의 전지팩(200)은 외력이 전지팩의 전후방향(화살표)으로 인가되더라도 메인 멤버(140)의 변형이 적게 일어나지만, 도 4의 전지팩(200b)은 메인 멤버(140)가 외력의 인가 방향으로 크게 변형이 일어나 엔드 플레이트(151b)의 측벽(18b)으로부터 전후방향으로 크게 이격됨을 알 수 있다.
도 9 및 도 10에는 도 2 및 도 4의 전지팩에 대해 외력을 상하방향으로 인가한 경우의 변형량을 나타내는 사시도들이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 도 2의 전지팩(200)은 외력이 전지팩의 상하방향(화살표)으로 인가되더라도 메인 멤버(140)의 변형이 적게 일어나지만, 도 4의 전지팩(200b)은 메인 멤버(140)가 외력의 인가 방향으로 크게 변형이 일어나 메인 멤버(140)의 중간 부위(142b)가 하향으로 크게 휨을 알 수 있다.
또한, 도 2의 전지팩 구조와 도 4의 전지팩 구조에 대한 진동 특성을 파악하기 위해, 전지팩의 좌우방향, 전후방향, 및 상하방향으로 각각 외력을 인가한 경우의 변형 모드에 대한 공진점 검출 해석을 실시한 결과가 하기 표 1에 기재되어 있다.
<표 1>
Figure 112010005815824-pat00001
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 각각의 변형 모드에서 도 2의 전지팩 구조는 엔드 플레이트가 일체형으로 형성되어 있고 엔드 플레이트의 측벽이 메인 멤버의 측면부와 용접되어 있으므로, 도 4의 전지팩 구조와 비교하여 높은 진동에도 구조적 안정성이 크게 향상됨을 알 수 있다.
따라서, 엔드 플레이트를 일체형으로 구성하는 것만으로 메인 멤버의 변형량을 최소화할 수 있음을 의미하며, 이는 전혀 예상치 못한 결과이다.
특히, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 중량이 30 Kg 이상이고, 메인 멤버의 구조가 상하 방향 진동에 취약한 경우, 상하 진동에 취약한 자동차에 실제 적용할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 전지셀들 자체 또는 둘 또는 그 이상의 전지셀들이 내장된 단위모듈들을 수직으로 세워 적층한 구조의 전지모듈이 2열 이상 측면으로 배열되어 있는 전지모듈 배열체;
    전지모듈들이 수직으로 세워져 적층되는 베이스 플레이트;
    전지모듈들의 하중을 지지하기 위해 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 각각 위치하고 양 단부가 외부 디바이스에 체결되는 구조로 이루어진 한 쌍의 메인 멤버;
    상기 베이스 플레이트에 하단이 고정된 상태로 전지모듈 배열체의 전면과 후면에 밀착되는 한 쌍의 엔드 플레이트; 및
    상기 엔드 플레이트들을 상호 연결하여 지지하기 위해 엔드 플레이트들의 상부 또는 측면 양측을 연결하고 있는 서포팅 바;
    를 포함하는 것으로 구성되어 있고,
    상기 엔드 플레이트는, 상하 방향으로의 진동에 대한 전지팩의 변형을 최소화할 수 있도록, 전지모듈 배열체의 전면 또는 후면에 대응하는 크기로서 일체형으로 형성되어 있는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀은 라미네이트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 멤버는 전지모듈 배열체의 양측면과 하면을 감싸는 U자형 프레임 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 메인 멤버의 상단부는 외부 디바이스와 장착을 용이하게 할 수 있도록 외측으로 절곡되어 있고 절곡된 부위에는 체결구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트는, 상기 전지모듈 배열체에 접하는 본체부와, 상기 본체부의 외주면으로부터 외측 방향으로 돌출된 형상의 상단벽, 하단벽, 및 한 쌍의 측벽을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 하단벽은 베이스 플레이트 및 메인 멤버의 하단부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 용접점 또는 볼팅 부위의 수는 4 점 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 측벽은 메인 멤버의 측면부와 용접 또는 볼팅에 의해 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 용접점 또는 볼팅 부위의 수는 1 점 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 상단벽은 서포팅 바를 장착하기 위해 전지모듈 배열체의 상단면을 기준으로 상향 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 상향 돌출된 높이는 전지모듈 배열체의 높이를 기준으로 2 내지 20%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트는 평면상 직사각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 플레이트의 상부에는 서포팅 바를 장착하기 위한 관통홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전지팩은 차량의 트렁크 하단부 또는 차량의 리어 시트와 트렁크 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차.
  17. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차.
  18. 제 1 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 플러그-인 하이브리드 전기자동차.
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