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KR101737489B1 - 터미널 볼트의 토크 지지 구조가 개선된 배터리 팩 - Google Patents

터미널 볼트의 토크 지지 구조가 개선된 배터리 팩 Download PDF

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KR101737489B1
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terminal bolt
bus bar
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성준엽
엄영섭
유성천
강달모
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 외부로 노출되어 접속 단자로서 기능하는 터미널 볼트에 너트 결합 시, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩을 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징; 상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트; 상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및 일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바를 포함한다.

Description

터미널 볼트의 토크 지지 구조가 개선된 배터리 팩{Battery pack having improved structure for supporting torque of terminal bolt}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 팩의 외부로 노출되어 접속 단자로서 기능하는 터미널 볼트에 너트 결합 시, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩에 관한 것이다.
근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차 전지가 널리 이용되고 있다. 특히, 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 중요한 부품 중 하나는 차량 모터로 구동력을 부여하는 배터리 팩이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있는 등 여러 측면에서 장점이 많아 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 배터리 팩에는 보통 다수의 이차 전지가 포함되며, 이러한 다수의 이차 전지들은 서로 직렬 및 병렬로 연결됨으로써 용량 및 출력을 향상시킨다. 이러한 자동차용 배터리 팩을 포함한 일반적인 배터리 팩은, 다수의 이차 전지가 적층된 형태로 구비된 셀 어셈블리와 셀 어셈블리를 내부 공간에 수납하는 팩 하우징을 포함한다. 또한, 이러한 배터리 팩을 사용하기 위해서는, 배터리 팩과 외부의 장치 사이가 연결용 와이어 등의 연결 부재를 통해 전기적으로 연결되어야 하는데, 이러한 연결을 위해, 배터리 팩에는 접속 단자가 마련될 수 있다.
이러한 접속 단자는 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 접속 단자의 대표적인 형태로는 단자의 외면에 나사산이 형성되어 연결 부재가 접속 단자의 외면에 체결되고, 그 위에 너트 등의 체결 부재를 결합시킴으로써 접속 단자와 연결 부재의 체결 상태가 고정되도록 할 수 있다. 이때, 접속 단자는 외면에 나사산이 형성되어 볼트 형태를 갖고 있기 때문에, 터미널 볼트로 지칭되기도 한다.
그런데, 이러한 터미널 볼트는, 너트 등의 체결 부재가 체결되는 과정에서 토크가 가해질 수 있는데, 이러한 토크에 쉽게 손상되거나 변형되지 않아야 한다. 특히, 하이브리드 자동차를 비롯한 전기 자동차의 경우, 사용 중 강한 진동에 자주 노출될 수 있기 때문에, 너트 등의 체결 부재와 터미널 볼트는 서로 강하게 결합될 필요가 있으며, 이로 인해 자동차용 배터리 팩의 터미널 볼트에는 보다 강한 토크가 가해질 수 있다. 따라서, 강한 토크에도 손상되거나 변형되지 않는 배터리 팩이 필요하다. 더욱이, 자동차 등에 사용되는 배터리 팩의 경우, 중대형 배터리 팩으로서, 고전압 및 고용량 특성을 갖고 있다는 점에서, 터미널 볼트 및 주변 부품의 손상이나 변형은 화재나 폭발, 감전 등 다른 큰 피해로 이어질 수 있다는 점에서 더욱 큰 문제가 될 수 있다. 그러므로, 이러한 자동차용 배터리 팩의 경우, 터미널 볼트 등에 대한 토크 관련 성능 요구 조건이 더욱 높다고 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0040629호(공개일자: 2014년 4월 3일) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0112082호(공개일자: 2011년 10월 12일) 일본 특허공보 특허 제3964626호(공개일자: 2007년 8월 22일) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0023059호(공개일자: 2013년 3월 7일) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0057502호(공개일자: 2011년 6월 1일)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 터미널 볼트에 너트 결합 시 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선되어, 터미널 볼트의 손상 및 변형 등이 효과적으로 방지될 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것을 목적으로 한다.
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 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 다수의 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리; 내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징; 상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트; 상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및 일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바를 포함한다.
바람직하게는, 상기 버스바는 절곡부를 구비하고, 상기 절곡부가 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 상기 센터 플레이트의 삽입홈은 하부 방향으로 형성되어, 상기 절곡부가 상부에서 하부 방향으로 상기 삽입홈에 삽입된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부는, 상기 버스바의 타단 말단부에 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부 및 상기 삽입홈은 둘 이상 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 상기 절곡부의 적어도 일부를 외측에서 감싸도록 상기 절곡부와 함께 상기 삽입홈에 삽입된 커버 돌출부를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 몸통부, 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 구비한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 돌출부는 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합 가능하게 구성된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는 타단에 체결홀이 형성되고, 상기 하부 돌출부는 적어도 일부가 상기 버스바의 체결홀에 관통되고 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 상기 터미널 볼트의 몸통부 하면의 적어도 일부 및 몸통부 측면의 적어도 일부에 접촉된다.
또한 바람직하게는, 상기 버스바는, 센터 플레이트의 상부에 안착된다.
또한 바람직하게는, 상기 센터 플레이트는, 상부에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상이 장착된다.
또한 바람직하게는, 상기 터미널 볼트는, 상기 팩 하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되되, 상기 터미널 볼트와 관통홀 사이 공간을 실링하는 실링 부재를 구비한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 터미널 볼트에 너트 등의 체결 부재를 회전 결합하는 경우, 터미널 볼트에 가해지는 토크를 지지할 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩이 제공된다.
따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 토크로 인해 터미널 볼트에 손상이나 변형 등이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 자동차용 배터리 팩 등 성능이 높고 강한 충격이나 진동에 자주 노출되는 배터리 팩의 경우, 이러한 토크 관련 성능 요구 조건이 높다고 할 수 있는데, 본 발명에 의하면, 이러한 높은 토크 조건에 부합하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 일 측면에 의하면, 토크로 인한 터미널 볼트나 주변 부품 등의 손상이나 변형 등으로 인한, 배터리 팩의 고장을 예방할 수 있음은 물론, 이러한 손상이나 변형 등으로 인해 배터리 팩의 화재나 폭발, 감전 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이다.
도 2는, 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 3은, 도 2의 구성에서 일부 구성만을 나타낸 결합 사시도이다.
도 4는, 도 3의 구성에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 하나의 터미널 볼트가 위치한 부분의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은, 도 5에 도시된 터미널 볼트가 위치하는 부분의 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 7은, 도 5의 상면도이다.
도 8은, 도 7의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바의 단부 구성을 하부 측에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다.
도 10은, 도 9에 도시된 버스바가 센터 플레이트에 결합된 구성의 개략적인 상면도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바와 터미널 볼트의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
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 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 나타내는 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 구성에 대한 분리 사시도이다.
또한, 도 3은 도 2의 구성에서 일부 구성만을 나타낸 결합 사시도이고, 도 4는 도 3의 구성에서 일부 구성에 대한 분리 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 셀 어셈블리(100), 팩 하우징(200), 터미널 볼트(300), 센터 플레이트(400) 및 버스바(500)를 포함한다.
상기 셀 어셈블리(100)는, 하나 이상의 이차 전지를 구비한다. 특히, 배터리 팩에 있어서, 상기 셀 어셈블리(100)는 다수의 이차 전지를 구비하는 이차 전지의 집합체일 수 있다. 여기서, 다수의 이차 전지는 파우치형 이차 전지일 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지는, 일 방향, 이를테면 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
한편, 셀 어셈블리(100)는, 파우치형 이차 전지의 적층을 위한 적층용 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은 이차 전지를 적층하는데 이용되는 구성요소로서, 이차 전지를 홀딩하여 그 유동을 방지하고, 상호 적층 가능하도록 구성되어 이차 전지의 조립을 가이드할 수 있다. 이러한 적층용 프레임은, 카트리지 등 다른 다양한 용어로 대체될 수 있으며, 중앙 부분이 비어 있는 사각 링 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 적층용 프레임의 네 모서리는 파우치형 이차 전지의 외주부에 각각 위치할 수 있다.
상기 팩 하우징(200)은, 내부에 빈 공간이 형성되며, 이러한 내부 공간에 셀 어셈블리(100)를 수납할 수 있다. 상기 팩 하우징(200)은, 배터리 팩에 있어서, 외장재 역할을 할 수 있기 때문에, 배터리 팩에 구조적 안정성을 부여하고, 충격이나 물질 등 외부의 다른 물리적인 요소로부터 셀 어셈블리(100)와 같은 내부에 수납된 구성요소들을 보호하는 역할을 할 수 있다.
한편, 상기 팩 하우징(200)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 로워 하우징(202) 및 어퍼 하우징(201)을 포함할 수 있다. 이때, 로워 하우징(202)은 상부가 개방되고 내부에 수납 공간을 구비하는 형태로 형성될 수 있으며, 어퍼 하우징(201)은 로워 하우징(202)의 상부 개방부를 덮는 형태로 형성될 수 있다. 물론, 어퍼 하우징(201) 역시 소정 수납 공간이 형성될 수 있다. 그리고, 로워 하우징(202)에 셀 어셈블리(100)와 같은 내부 구성요소의 대부분이 수납된 후, 어퍼 하우징(201)이 로워 하우징(202)의 상부에 결합되는데, 이때 로워 하우징(202)과 어퍼 하우징(201)은 볼트와 같은 체결 부재를 통해 테두리부가 상호 결합될 수 있다.
상기 터미널 볼트(300)는, 셀 어셈블리(100)와 연결되도록 구성되어, 셀 어셈블리(100)와 외부 장치 사이가 전기적으로 연결될 수 있도록 접속 단자를 제공한다. 일반적으로, 배터리 팩에는 접속 단자로서 양극 단자와 음극 단자가 모두 구비되어야 하기 때문에, 터미널 볼트(300) 역시 양극 터미널 볼트(301)와 음극 터미널 볼트(302)가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 터미널 볼트(300)는, 외부 장치의 연결이 용이하도록 팩 하우징(200)의 외부로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 이를 위해, 팩 하우징(200), 특히 어퍼 하우징(201)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 관통홀(210)이 형성될 수 있으며, 이러한 관통홀(210)을 통해 터미널 볼트(300)의 일부분이 팩 하우징(200)의 외부로 돌출된 형태로 노출될 수 있다.
상기 센터 플레이트(400)는, 상부와 하부에 넓은 면을 가진 플레이트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 센터 플레이트(400)는, 팩 하우징(200)의 내부 공간에서 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 센터 플레이트(400)에는 터미널 볼트(300)가 장착될 수 있다.
상기 버스바(500)는, 셀 어셈블리(100)와 터미널 볼트(300) 사이에 구비되어, 이들 사이를 전기적으로 연결시키는 구성요소이다. 이를 위해, 상기 버스바(500)는 일단이 셀 어셈블리(100)의 전극 단자(110) 측에 전기적으로 연결되고, 타단이 터미널 볼트(300)에 직접 접촉된 형태로 연결될 수 있다.
특히, 셀 어셈블리(100)의 전극 단자(110)는 양극 어셈블리 단자(111)와 음극 어셈블리 단자(112)로 구성되고, 터미널 볼트(300)도 양극 터미널 볼트(301)와 음극 터미널 볼트(302)로 구성될 수 있기 때문에, 상기 버스바(500) 역시 양극 버스바(501) 및 음극 버스바(502)를 포함할 수 있다. 이 경우, 양극 버스바(501)는 양극 어셈블리 단자(111)와 양극 터미널 볼트(301) 사이를 전기적으로 연결하고, 음극 버스바(502)는 음극 어셈블리 단자(112)와 음극 터미널 볼트(302) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다. 이처럼, 버스바(500)는 전기적 연결을 위한 구성요소이기 때문에 전기적 전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 특히 어느 정도의 기계적 강도를 확보하기 위해 구리와 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
한편, 상기 양극 버스바(501)나 음극 버스바(502)는 둘 이상 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 버스바(501)는 4개의 단위 버스바(500)로 구성되고, 음극 버스바(502)는 1개의 단위 버스바(500)로 구성될 수 있다. 여기서, 4개의 양극 단위 버스바(500)는 서로 직접적으로 연결되거나, 전류센서나 릴레이, 퓨즈 등과 같은 전장품을 통해 서로 연결될 수 있다.
이와 같이, 터미널 볼트(300)는, 셀 어셈블리(100)에 전기적으로 연결되어, 배터리 팩의 외부 단자로서 기능하며, 셀 어셈블리(100)에 구비된 이차 전지의 충전 또는 방전을 위해, 모터 또는 충전기와 같은 외부 장치와 연결되도록 구성된다. 이때, 터미널 볼트(300)에는 외부 장치가 직접 연결되거나, 외부 장치와 연결하기 위한 연결 부재가 연결될 수 있다.
이때, 이러한 외부 장치 또는 연결 부재와의 연결을 용이하게 하는 한편, 연결된 상태에서의 고정력을 확보하기 위해, 터미널 볼트(300)에는 너트가 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 하나의 터미널 볼트(300)가 위치한 부분의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 터미널 볼트(300)가 위치하는 부분의 배터리 팩의 일부 구성을 개략적으로 분리하여 나타낸 사시도이다. 또한, 도 7은 도 5의 상면도이고, 도 8은 도 7의 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 터미널 볼트(300)에는 너트가 결합될 수 있으며, 이러한 너트의 결합을 위해 터미널 볼트(300)의 적어도 일부분에는 나사산이 형성될 수 있다. 이 경우, 도 5에서 화살표로 표시된 바와 같이, 너트가 회전함으로써 터미널 볼트(300)에 너트가 체결될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 도 8의 C1 부분에 표시된 바와 같이, 버스바(500)의 적어도 일부는 센터 플레이트(400)에 삽입 결합되도록 구성될 수 있다. 즉, 터미널 볼트(300) 및 버스바(500)는 센터 플레이트(400)에 안착될 수 있는데, 이때 센터 플레이트(400)에는 삽입홈(420)이 형성될 수 있다. 그리고, 버스바(500)는 일부분이 이러한 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)의 삽입 결합 구성이 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 지지 및 완화할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)에 너트가 결합하여 회전하는 경우, 터미널 볼트(300)에는 토크가 가해질 수 있는데, 상기 구성과 같이 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 결합되는 경우, 이러한 삽입 결합 구성이 터미널 볼트(300)의 회전을 막는 것은 물론, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크의 일부를 흡수하여, 토크를 분산 및 완화시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 터미널 볼트(300)에 강한 토크가 인가되더라도, 터미널 볼트(300)나 주변 구성요소들의 손상이나 파손, 변형 등을 방지할 수 있다.
특히, 상기 버스바(500)는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일부분이 절곡된 형태로 형성된 절곡부(510)를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입됨으로써, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 결합되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510)는, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 절곡부(510)의 형태에 상응하여, 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420) 역시, 센터 플레이트(400)의 상부 표면에서 하부 방향으로 형성될 수 있다. 이 경우, 버스바(500)의 절곡부(510)가 상부에서 하부 방향으로 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입됨으로써, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)가 삽입 체결되도록 구성될 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 버스바(500)의 절곡부(510)를 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입시키기 위해, 버스바(500)를 센터 플레이트(400)의 상부에 안착시키면서 절곡부(510)가 삽입홈(420)에 끼워지도록 위치를 맞추면 되므로, 센터 플레이트(400)에 대한 버스바(500)의 조립 공정이 간단해질 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부(510)는, 버스바(500)의 타단 말단부에 형성될 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 구성을 참조하면, 버스바(500)는 좌측에서 우측 방향으로 길게 연장되는 형태로 구성될 수 있으며, 우측 단부에 터미널 볼트(300)가 접촉 결합되도록 구성될 수 있다. 이때, 버스바(500)의 우측 단부에서 가장 끝 부분, 즉 우측 말단부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 우측 말단부가 절곡부(510)로서 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
이처럼, 절곡부(510)가 버스바(500)의 말단부에 형성되는 실시예에 의하면, 버스바(500)의 절곡부(510)를 센터 플레이트(400)에 조립시키는 공정이 용이해지고, 이로 인해 배터리 팩 제조 시간이 단축될 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며, 절곡부(510)는 버스바(500)의 말단부가 아닌 중간의 소정 지점에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 버스바(500)는 좌측에서 우측 방향으로 연장되어 우측 단부가 터미널 볼트(300)에 결합되되, 터미널 볼트(300)의 좌측 부분에 돌출부, 또는 U자형의 절곡부(510)가 형성될 수 있고, 이에 대응하는 센터 플레이트(400) 부분에 삽입홈(420)이 형성되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 이러한 돌출부 또는 U자형의 절곡부(510)가 삽입홈(420)에 삽입될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩에서, 터미널 볼트(300)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 몸통부(310), 상부 돌출부(320) 및 하부 돌출부(330)를 구비하는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 몸통부(310)는, 버스바(500)와 직접적으로 접촉하는 구성요소라 할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)는 몸통부(310)의 하부가 버스바(500)의 상부에 접촉하도록 구성됨으로써, 버스바(500)와 직접 전기적으로 연결되는 부분이라 할 수 있다.
상부 돌출부(320)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)에서 상부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 너트(N1)가 결합될 수 있다. 그리고, 이러한 상부 돌출부(320)는, 적어도 일부가 팩 하우징(200)의 관통홀(210)을 관통하여 팩 하우징(200)의 외부로 노출될 수 있다. 한편, 상부 돌출부(320)에는, 너트(N1)가 결합될 수 있도록, 외면에 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 상부 돌출부(320)에는, 이러한 너트(N1) 이외에, 외부 장치 또는 외부 장치와 연결되기 위한 연결 부재가 연결될 수 있다.
하부 돌출부(330)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)에서 하부 방향으로 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 하부 돌출부(330)는, 적어도 일부가 버스바(500)를 관통하여 버스바(500)에 체결될 수 있다. 이를 위해, 버스바(500)는, 도면에 도시된 바와 같이, 터미널 볼트(300)와 접촉하는 타단부에 체결홀(520)이 형성될 수 있으며, 하부 돌출부(330)는, 이러한 버스바(500)의 체결홀(520)을 관통하도록 구성될 수 있다.
여기서, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 체결 구성에 대한 고정력을 강화하기 위해, 하부 돌출부(330)의 외면에는 나사산이 형성될 수 있으며, 이러한 나사산을 이용해 하부 돌출부(330)에 너트(N2)가 결합 고정될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)와 너트(N2) 사이에 버스바(500)가 개재됨으로써, 버스바(500)와 터미널 볼트(300) 사이의 결합 고정력이 확보될 수 있다.
여기서, 하부 돌출부(330)는, 터미널 볼트(300)에 둘 이상 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 하부 돌출부(330)에 대응하여 버스바(500)에는 복수의 체결홀(520)이 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 하나의 터미널 볼트(300) 및 버스바(500)의 결합 구성에 있어서, 다수의 하부 돌출부(330) 및 체결홀(520)이 결합되므로, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 결합이 더욱 견고해질 수 있고, 터미널 볼트(300)에 대한 토크의 지지가 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 버스바(500)는, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310) 하면의 적어도 일부 및 몸통부(310) 측면의 적어도 일부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 즉, 버스바(500)는 평평한 부분이 상부 및 하부 방향을 향하도록 센터 플레이트(400)의 상부에 장착되며, 그 상부에 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)가 안착된다. 따라서 버스바(500)는, 도 8에서 C2로 표시된 부분과 같이, 몸통부(310)의 하부에 접촉될 수 있다.
또한, 버스바(500)는, 도 8에서 C3로 표시된 부분과 같이, 몸통부(310)의 측면의 적어도 일부에 접촉되도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 버스바(500)는, 몸통부(310)의 하부 끝부분에서 몸통부(310)의 측면을 적어도 일부 감싸도록 절곡된 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 버스바(500)는, 몸통부(310)의 하부뿐 아니라, 측면부에도 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 접촉 표면적이 넓어짐으로써 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 전기적 연결이 보다 안정적으로 이루어지고 연결 부분에서의 전기적 저항이 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 버스바(500)가 몸통부(310)의 측면을 감싸도록 구성되어 있으므로, 터미널 볼트(300)의 상부 돌출부(320)에 너트(N1)가 결합하여 회전하는 경우, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 지지 및 분산시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 터미널 볼트(300)는, 실링 부재를 구비할 수 있다.
상기 실링 부재는, 터미널 볼트(300)와 관통홀(210) 사이 공간이 밀폐될 수 있도록, 이 공간을 실링하는 구성요소이다. 예를 들어, 터미널 볼트(300)는, 도 8에서 S로 표시된 부분에 O-링 형태의 실링 부재를 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 실링 부재는, 터미널 볼트(300)의 상부 돌출부(320)가 팩 하우징(200)의 관통홀(210)을 관통할 때, 터미널 볼트(300)의 몸통부(310)와 관통홀(210) 사이 공간을 밀폐시킬 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 실링 부재로 인해, 배터리 팩 내부에서 가스 발생시, 이러한 터미널 볼트(300)와 팩 하우징(200) 사이의 틈을 통해 외부로 배출되는 것을 방지함은 물론, 배터리 팩 외부의 수분이나 이물질 등이 이러한 틈을 통해 배터리 팩 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 버스바(500)는, 센터 플레이트(400)의 상부에 안착될 수 있다. 센터 플레이트(400)는 팩 하우징(200)의 내부에서 셀 어셈블리(100)의 상부에 위치할 수 있다. 이때, 센터 플레이트(400)는, 볼트 등의 체결 부재를 이용하여 셀 어셈블리(100)의 상부에 결합될 수 있다. 그리고, 이러한 센터 플레이트(400)에는, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 버스바(500)가 안착될 수 있도록 안착부가 형성되어 있으며, 버스바(500)는 이러한 센터 플레이트(400)의 안착부에 안착될 수 있다. 특히, 버스바(500)는, 도 8의 C3로 표시된 부분과 같이, 일부분이 절곡된 형태로 형성될 수 있으며, 센터 플레이트(400)의 안착부는 이러한 버스바(500)의 절곡된 형상에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 더욱이, 버스바(500)는 C3로 표시된 부분의 내측(도 8의 좌측)에서 다시 한번 절곡된 형태로 형성될 수 있는데, 이 경우, 센터 플레이트(400) 역시 이러한 이중으로 절곡된 형태에 대응되는 형태로 안착부가 형성될 수 있다. 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 버스바(500)의 강성 및 기계적 지지력을 보강하는 한편, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 보다 강하게 지지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센터 플레이트(400)의 상부에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전장품, 이를테면 BMS(411), 전류센서(412), 릴레이(413) 및 퓨즈(414) 등이 장착될 수 있다.
여기서, BMS(Battery Management System)(411)는 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리 관리 장치를 의미하며, 이러한 BMS(411)는 배터리 팩에 통상적으로 포함되는 구성요소라 할 수 있다.
또한, 전류센서(412)는 배터리 팩의 충방전 전류를 센싱하는 구성요소이고, 릴레이(413)는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭 부품이다. 또한, 퓨즈(414)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어, 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 융단됨으로써 충방전 전류의 흐름을 차단하는 구성요소이다. 이러한 전류센서(412), 릴레이(413) 및 퓨즈(414)는 BMS(411)와 정보를 주고 받을 수 있으며, BMS(411)에 의해 제어될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 절곡부(510) 및 상기 삽입홈(420)은 둘 이상 형성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 9 및 도 10을 참조하여, 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스바(500)의 단부 구성을 하부 측에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 버스바(500)가 센터 플레이트(400)에 결합된 구성의 개략적인 상면도이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 버스바(500)는 복수의 절곡부(510), 이를테면 3개의 절곡부(510)를 구비할 수 있다. 또한, 이러한 3개의 절곡부(510)는, 버스바(500)의 타단(도 9의 우측 단부)에서 말단부에 1개, 그리고 양 측부에 각각 1개씩 형성될 수 있다. 특히, 이러한 절곡부(510)는 모두 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성될 수 있다.
이러한 3개의 절곡부(510)는, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)의 결합 시, 도 10에서 D1, D2 및 D3로 표시된 부분에 위치할 수 있다. 그리고, 이러한 버스바(500)의 절곡부(510) 형성 구성에 대응하여, 센터 플레이트(400)는 복수의 삽입홈(420), 즉 3개의 삽입홈(420)을 구비할 수 있다. 따라서, 도 10에서 D1, D2 및 D3로 표시된 부분에서, 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)이 형성될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예 구성에서는, 도 10의 D1, D2 및 D3로 표시된 3개의 위치에서 버스바(500)의 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입되는 결합 구성이 존재할 수 있다.
이러한 실시예와 같이, 절곡부(510) 및 삽입홈(420)이 복수 형성되는 구성에 의하면, 절곡부(510)와 삽입홈(420)의 결합 구성으로 인한 토크의 지지 구성이 더욱 강화될 수 있다. 즉, 복수의 절곡부(510)와 삽입홈(420)의 결합 구성이 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크를 분산하여 지지하므로, 터미널 볼트(300)에 대한 토크 지지력이 강화되는 한편, 버스바(500)와 센터 플레이트(400)에 가해지는 힘이 분산되어, 토크로 인한 버스바(500)와 센터 플레이트(400), 터미널 볼트(300) 등의 손상이나 파손, 변형 등을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버스바(500)와 터미널 볼트(300)의 결합 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 특히, 도 11의 구성은, 도 8의 구성에 대한 다른 실시예라 할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩에 있어서, 터미널 볼트(300)는, 커버 돌출부(340)를 구비할 수 있다. 상기 커버 돌출부(340)는, 터미널 볼트(300)의 일부에서 소정 방향으로 돌출되도록 구성되어, 버스바(500)의 말단부를 감싸도록 구성될 수 있다. 특히, 도 11에 도시된 바와 같이, 버스바(500)의 우측 말단부가 하부 방향으로 절곡되고 이러한 절곡부(510)가 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입된 경우, 버스바(500)의 몸통부(310)의 우측면 하부에서 하부 방향으로 돌출된 형태로 커버 돌출부(340)가 형성되고, 이러한 커버 돌출부(340)가 버스바(500)의 우측 말단부, 즉 버스바(500)의 절곡부(510)를 외측(도 11의 우측)에서 감싸도록 구성될 수 있다. 이때, 터미널 볼트(300)의 커버 돌출부(340) 역시, 버스바(500)의 절곡부(510)와 함께 센터 플레이트(400)의 삽입홈(420)에 삽입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 터미널 볼트(300)의 커버 돌출부(340)가 버스바(500)를 감싸면서 센터 플레이트(400)에 삽입되는 구조에 의해, 너트(N1) 결합 시 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크가 지지됨으로써, 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크 부담이 완화될 수 있다. 뿐만 아니라, 터미널 볼트(300)와 버스바(500)의 접촉 면적이 넓어져 전기적 연결 상태가 안정적으로 유지되고 전기적 저항이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩의 경우, 자동차 운행 시, 강한 진동이나 충격이 자주 인가되더라도 터미널 볼트(300)에 가해지는 토크가 지지되는 여러 구조로 인해, 이러한 토크로 인한 터미널 볼트(300)나 버스바(500)와 같은 주변 여러 부품들의 파손이나 손상, 변형 등이 방지될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100: 셀 어셈블리, 110: 전극 단자, 111: 양극 어셈블리 단자, 112: 음극 어셈블리 단자
200: 팩 하우징, 201: 어퍼 하우징, 202: 로워 하우징
300: 터미널 볼트, 301: 양극 터미널 볼트, 302: 음극 터미널 볼트, 310: 몸통부, 320: 상부 돌출부, 330: 하부 돌출부, 340: 커버 돌출부
400: 센터 플레이트, 420: 삽입홈
500: 버스바, 501: 양극 버스바, 502: 음극 버스바, 510: 절곡부

Claims (14)

  1. 다수의 파우치형 이차 전지를 구비하는 셀 어셈블리;
    내부 공간을 구비하여 상기 셀 어셈블리를 수납하는 팩 하우징;
    외부 장치와 연결되기 위한 접속 단자로서 제공되며, 상기 팩 하우징의 외부로 돌출된 형태로 형성된 터미널 볼트;
    상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하며, 삽입홈이 형성된 센터 플레이트; 및
    상기 팩 하우징의 내부 공간에서 상기 센터 플레이트의 상부에 안착되며 일단이 상기 셀 어셈블리의 전극 단자 측에 전기적으로 연결되고 타단이 상기 터미널 볼트에 접촉 연결되어 상기 셀 어셈블리와 상기 터미널 볼트 사이를 전기적으로 연결하며, 일부분이 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 버스바
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 절곡부를 구비하고, 상기 절곡부가 상기 센터 플레이트의 삽입홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부는 하부 방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 상기 센터 플레이트의 삽입홈은 하부 방향으로 형성되어, 상기 절곡부가 상부에서 하부 방향으로 상기 삽입홈에 삽입된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부는, 상기 버스바의 타단 말단부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 절곡부 및 상기 삽입홈은 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 상기 절곡부의 적어도 일부를 외측에서 감싸도록 상기 절곡부와 함께 상기 삽입홈에 삽입된 커버 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 몸통부, 상부 돌출부 및 하부 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 상부 돌출부는 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합 가능한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 버스바는 타단에 체결홀이 형성되고,
    상기 하부 돌출부는 적어도 일부가 상기 버스바의 체결홀에 관통되고 외면에 나사산이 형성되어 너트가 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 버스바는, 상기 터미널 볼트의 몸통부 하면의 적어도 일부 및 몸통부 측면의 적어도 일부에 접촉된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는, 센터 플레이트의 상부에 안착되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센터 플레이트는, 상부에 BMS, 전류센서, 릴레이 및 퓨즈 중 적어도 하나 이상이 장착된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 터미널 볼트는, 상기 팩 하우징의 관통홀을 관통하여 외부로 돌출되되, 상기 터미널 볼트와 관통홀 사이 공간을 실링하는 실링 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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