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KR101912015B1 - 배터리 팩 - Google Patents

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KR101912015B1
KR101912015B1 KR1020160152246A KR20160152246A KR101912015B1 KR 101912015 B1 KR101912015 B1 KR 101912015B1 KR 1020160152246 A KR1020160152246 A KR 1020160152246A KR 20160152246 A KR20160152246 A KR 20160152246A KR 101912015 B1 KR101912015 B1 KR 101912015B1
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cell
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김인석
손인국
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수 개의 배터리 모듈 중 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀; 및 배터리 셀이 장착되는 카트리지를 포함하고, 카트리지는 배터리 셀이 안착되는 안착부; 및 안착부와 서로 다른 재질로 이루어지고, 배터리 셀로부터 발생하는 열을 흡수하는 방열부를 포함하여, 별도의 냉각커버를 구비하지 않고, 카트리지에 포함된 방열부를 통해 방열할 수 있고, 경량화 및 컴팩트화가 가능한 이점이 있다.

Description

배터리 팩{Battery Pack}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열부가 형성된 카트리지를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
배터리 팩은 외부로 전원을 공급하기 위한 배터리 셀의 복수 개를 하나의 기기로 어셈블리화한 것으로서, 휴대단말기, 가전기기, 자동차 등의 다양한 산업분야에 적용되어 사용될 수 있다.
특히, 배터리 팩은 구동모터로부터 출력되는 구동력으로 주행하는 전기자동차에 장착되어 사용될 수 있고, 이러한 배터리 팩은 복수 개의 배터리 모듈이 결합되어 구성될 수 있고, 복수개의 배터리 모듈 각각은 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
배터리 팩은 배터리 셀에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각커버를 포함할 수 있다. 냉각커버는 카트리지와 결합될 수 있다.
한편, 냉각커버는 금속재질로 이루어질 수 있고, 이로 인해 배터리 팩의 무게가 증가한다는 문제점이 있다.
KR 10-2015-0132903 A (2015년11월27일 공개)
본 발명은 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하는 방열부가 형성된 카트리지를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 브래킷을 사용하여, 배터리 팩에 포함되는 배터리 모듈과 세퍼레이터와 엔드 플레이트를 고정시키는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 모듈이 적층된 배터리 팩에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 각각의 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 배터리 셀이 장착되는 카트리지를 포함하고, 상기 카트리지는 상기 배터리 셀이 안착되는 안착부 및 상기 안착부와 서로 다른 재질로 이루어지고, 상기 배터리 셀로부터 발생하는 열을 흡수하는 방열부를 포함한다.
상기 방열부는 상기 안착부에 상기 카트리지의 너비 방향으로 길게 배치될 수 있다.
상기 배터리 셀은 본체 및 상기 본체에 연결된 셀 리드를 포함하고, 상기 본체는 상기 셀 리드가 연결된 면 이외의 면이 상기 방열부와 마주보게 배치될 수 있다
상기 본체의 일면과 상기 방열부 사이에 배치된 접착부재를 더 포함할 수 있다.
상기 방열부에 연결되는 방열 패드를 더 포함할 수 잇다.
상기 배터리 셀은 본체 및 상기 본체에 연결되는 음극 셀 리드 및 양극 셀 리드를 포함하고, 상기 카트리지는 상기 안착부에서 돌출 형성되고 상기 음극 셀 리드와 양극 셀 리드 사이에 배치되는 쇼트방지부재를 더 포함할 수 있다.
상기 쇼트 방지부재는 일측에 형성되는 록킹부 및 타측에 형성되는 걸림턱을 포함하고, 상기 록킹부는 이웃하게 적층되는 타 카트리지의 걸림턱과 록킹될 수 있다.
상기 카트리지는 상기 쇼트 방지부재의 반대편에는 제2록킹부가 돌출되고, 이웃하는 타 카트리지에 형성된 제2록킹부가 록킹되는 걸림홈이 형성될 수 있다.
최외곽 배터리 모듈에 설치되는 한 쌍의 엔드 플레이트 및 상기 한 쌍의 엔드 플레이트 각각에 고정되는 브래킷을 더 포함할 수 있다.
상기 브래킷은 상기 안착부를 마주보도록 배치될 수 있다.
상기 브래킷을 상기 엔드 플레이트에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함할 수 있다.
한 쌍의 배터리 모듈 사이에 설치된 세퍼레이터를 더 포함할 수 있고, 상기 브래킷은 상기 세퍼레이터에 고정될 수 있다.
상기 브래킷을 상기 세퍼레이터에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함할 수 있다.
상기 방열부는 상기 안착부의 적어도 일부에 코팅될 수 있다.
상기 방열부는 제1 방열부재 및 상기 제1 방열부재와 연결되는 제2 방열부재를 포함할 수 있고, 상기 안착부의 일부는 상기 제1 방열부재와 상기 제2 방열부재 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 냉각커버를 구비하지 않고, 카트리지에 포함된 방열부를 통해 방열할 수 있고, 경량화 및 컴팩트화가 가능한 이점이 있다.
또한, 냉각커버를 사용하지 않음으로써, 배터리 팩의 부피와 무게를 감소시킬 수 있고, 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 롱 볼트를 사용하지 않고 배터리 모듈과 세퍼레이터와 엔드 플레이트를 고정시킴으로써, 배터리 팩의 부피를 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩이 도시된 사시도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 분해 사시도,
도 4는 일 배터리 모듈의 분해 사시도,
도 5는 일 배터리 모듈의 사시도,
도 6은 도 5의 H-H선 단면도,
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 카트리지의 록킹부와 타 카트리지의 걸림턱이 체결되기 전의 사시도,
도 8은 카트리지의 록킹부와 타 카트리지의 걸림턱이 체결된 이후의 사시도,
도 9는 도 2의 A 영역의 확대도,
도 10은 도 3의 B 영역의 확대도,
도 11은 제2 실시 예에 따른 배터리 팩에 포함되는 카트리지의 사시도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩이 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 팩의 분해 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해 사시도이다. 그리고, 도 4는 일 배터리 모듈의 분해 사시도이고, 도 5는 일 배터리 모듈의 사시도이고, 도 6은 도 5의 H-H선 단면도이다.
배터리 팩(P)은 한 쌍의 엔드 플레이트(400)와, 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 사이에 배치된 복수의 배터리 모듈(100)을 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 한 쌍의 엔드 플레이드 사이에 적층되게 배치될 수 있다. 복수의 배터리 모듈(100)은 한 쌍의 엔드 플레이드 사이에 수평방향 또는 수직방향으로 적층될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 세퍼레이터(200)에 의해 다수의 그룹으로 나뉠 수 있다. 배터리 팩(P)은 다수의 그룹 중 어느 한 그룹과, 다른 그룹을 구분하는 세퍼레이터(200)를 포함할 수 있다.
배터리 팩(P)은 한 쌍의 배터리 모듈(100) 사이에 설치된 세퍼레이터(200), 세퍼레이터(200)와 배터리 모듈(100)의 적층 방향으로 이격되어 설치되는 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 및 엔드 플레이트(400)와 세퍼레이터(200)에 고정되는 브래킷(700)을 더 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100) 중 각각의 배터리 모듈(100)은 적어도 하나의 배터리 셀(110) 및 상기 배터리 셀(110)이 장착되는 카트리지(120)를 포함할 수 있다.
카트리지(120)는 배터리 셀(110)이 안착되는 안착부(121) 및 상기 안착부(121)와 서로 다른 재질로 이루어지고, 배터리 셀(110)로부터 발생하는 열을 흡수하는 방열부(122)를 포함할 수 있다.
안착부(121)은 배터리 셀(110)의 일부를 둘러싸는 카트리지 바디부일 수 있다. 안착부(121)는 배터리 셀(110)의 선단과, 배터리 셀(110)의 후단 및 배터리 셀(110)의 상면을 모두 둘러싸게 형성될 수 있다. 안착부(121)는 배터리 셀(110)의 하면 일부를 더 둘러싸게 형성될 수 있다.
안착부(121)에는 배터리 셀(110)이 안착될 수 있다. 안착부(121)에는 복수의 배터리 셀(110)이 안착될 수 있고, 한 쌍의 배터리 셀(110) 사이에는 완충부재(160)가 배치될 수 있다. 완충부재(160)는 한 쌍의 배터리 셀(110) 사이에서 충격을 흡수할 수 있다. 또는, 완충부재(160)는 배터리 셀(110)이 부풀어 오를 때, 충격을 흡수하여 인접하는 타 배터리 셀(110)을 보호할 수 있다.
방열부(122)는 카트리지(120)의 네 변 중 어느 한 변에 배치될 수 있다.방열부(122)는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성될 수 있다. 방열부(122)는 안착부(121)에 카트리지(120)의 너비 방향으로 길게 배치될 수 있다. 방열부(122)는 안착부(121)와 다른 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 방열부(122)는 열 전도도가 높은 금속재질로 이루어질 수 있다.
배터리 셀(110)은 본체(111) 및 본체(111)에 연결된 셀 리드(112)를 포함하다.
본체(111)는 일면이 방열부(122)를 마주보게 배치될 수 있다. 본체(111)는 셀 리드(122)가 연결된 면 이외의 면이 방열부(122)와 마주보게 배치될 수 있다. 본체(111)의 너비 방향 일측면은 방열부(122)와 마주보도록 배치될 수 있다. 본체(111)는 방열부(122)를 마주보는 면이 방열부(122)와 접촉될 수 있다. 배터리 셀(110)의 열은 본체(111) 중 방열부(122)를 마주보는 일면을 통해 방열부(122)로 전달될 수 있다.
셀 리드(112)는 본체(111)의 전면에 전방으로 돌출되게 구비되거나, 본체(111)의 후면에 후방으로 돌출되게 구비될 수 있다. 본체(111)는 전면 및 후면 이외가 방열부(122)를 마주볼 수 잇다. 본체(111)는 저면이 방열부(122)를 마주볼 수 있고, 본체(111)의 열은 본체(111)의 저면을 통해 방열부(122)로 전달될 수 있다.
방열부(122)의 일예는 막대 형상으로 길게 형성된 방열판일 수 있다. 방열판은 배터리 셀(110)의 길이와 같거나, 배터리 셀(110) 보다 길이가 짧을 수 있다.
안착부(121)는 상판과, 너비 방향의 일측에 위치하는 일측판과, 너비 방향의 타측에 위치하는 타측판을 포함할 수 있다. 그리고, 방열부(122)는 안착부(121)의 하부에 배치될 수 있다.
카트리지(120)의 일예로, 안착부(121)는 저면 전체가 개방될 수 있고, 방열부(122)는 안착부(121)의 저면을 막게 배치되는 것이 가능하다.
카트리지(120)의 다른 예로, 안착부(121)는 저면 일부가 개방된 하판을 포함하고, 방열부(122)는 안착부(121)의 하판에 결합되고 안착부(121)의 개방된 부분을 막게 배치되는 것이 가능하다.
카트리지(120)의 또 다른 예로, 안착부(121)는 하판에 방열부(122)가 올려질 수 있는 안착리브가 형성될 수 있고, 방열부(122)는 일부가 안착리브에 올려지게 배치될 수 있다.
방열부(120)는 일면이 카트리지(120)의 내부에 형성된 공간을 향할 수 있고, 카트리지(120)의 내부 공간을 마주보는 면은 배터리 셀(110)에 접촉되어 배터리 셀(110)의 열을 흡열하는 흡열면일 수 있다.
카트리지(120)를 외부에서 볼 때, 방열부(120)는 그 타면이 외부로 노출될 수 있고, 방열부(120) 중 외부로 노출되는 면은 방열부(120) 열을 카트리지(120) 외부로 방열하는 방열면일 수 있다.
배터리 셀(110)은 방열부(122)와 직접 접촉되는 것이 가능하다.
배터리 셀(110)은 방열부(122)와 고정되지 않고, 방열부(122)에 올려질 수 있고, 방열부(122) 중 배터리 셀(100)을 마주보는 면에 접촉될 수 있다.
배터리 셀(110)은 방열부(122)에 부착되는 것이 가능하다. 배터리 셀(110)은 방열부(122)와 열 접착으로 부착될 수 있다. 배터리 셀(110)과 방열부(122)를 열 접착시킴으로써 열 전도도를 높일 수 있다. 배터리 셀(110)과 방열부(122)를 열 접착시키는 경우, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)과 방열부(122) 사이에는 열접착부가 형성될 수 있다.
한편, 본체(111)의 일면과 방열부(122) 사이에 배치된 접착부재를 더 포함할 수 있다. 여기서, 접착부재는 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)과 방열부(122)의 열 전도를 높이기 위해 배터리 셀(110)과 방열부(122) 사이에 배치되는 전열 본드(140;heat conduction bond)일 수 있다.
전열 본드(140)는 배터리 셀(100)과 방열부(122) 각각과 접착되어 배터리 셀(100)과 방열부(122)를 결합하고, 배터리 셀(100)의 열을 방열부(122)로 전달할 수 있다.
방열부(122)는 도 6에 도시된 바와 같이, 카트리지(120) 안쪽으로 돌출되게 형성되는 안착턱(122a)을 더 포함할 수 있다. 안착턱(122a)은 배터리 셀(110)을 안착시키는 역할을 수행할 수 있다.
안착턱(122a)은 복수의 배터리 셀(110) 사이로 돌출되게 배치될 수 있다. 또는, 안착턱(122a)은 완충부재(160)를 향해 돌출될 수 있다. 안착턱(122a)은 복수개의 배터리 셀(110)을 이격시키는 스페이서로 기능할 수 있다. 안착턱(122a)은 복수개 배터리 셀(110) 각각에 접촉될 수 있고, 복수개의 배터리 셀(110)의 열을 안착턱(122a)으로 전달될 수 있다.
안착턱(122a)은 완충부재(160) 보다 높이가 낮을 수 있고, 배터리 셀(110)의 측면 중 일부와 접촉될 수 있다. 안착턱(122a)은 방열부(122) 중 카트리지의 내측을 향하는 면에 돌출될 수 있다. 안착턱(122a)의 단부는 완충부재(160)와 접촉될 수 있다. 완충부재(160)는 안착턱(122a)에 지지될 수 있고, 완충부재(160)가 복수개의 배터리 셀(110) 사이에서 유동되는 것은 최소화될 수 있다.
방열부(122)는 카트리지(120)의 다수 영역에 형성될 수 있다. 카트리지(120)의 일측에 형성된 방열부(122)만으로 배터리 모듈(100)에서 발생하는 열을 방열하기에 충분하지 않은 경우, 방열부(122)는 카트리지(120)의 타측에도 형성될 수 있다. 방열부(122)는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성될 수 있다. 방열부(122)는 카트리지(120)의 너비 방향으로 길게 배치될 수 있다.
카트리지(120)는 전체적으로 내부가 빈 사각 프레임 형상일 수 있고, 방열부(120)는 카트리지(120)의 네 변 중 어느 한 변에 배치될 수 있다. 카트리지(120)는 하면에 개구부가 형성된 안착부(121)와, 안착부(121)의 개구부에 배치되는 방열부(122)를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(110)의 하면은 그 전체 또는 일부가 방열부(122)의 상면에 올려질 수 있고, 방열부(122)에는 배터리 셀(110)의 하중이 작용될 수 있다. 방열부(122)는 배터리 셀(110)의 자중에 의해 배터리 셀(110)과 최대한 근접할 수 있다.
방열부(122)는 상기의 실시예에 한하지 않고, 카트리지(120)의 안착부(121)의 적어도 일부에 코팅되어 형성될 수 있다. 이 경우, 카트리지(120)의 안착부(121)는 그 전체가 사각 프레임 형상일 수 있고, 방열부(122)는 안착부(121) 중 하판의 적어도 일부에 코팅되어 형성될 수 있다.
배터리 팩(P)은 방열부(122)와 접촉하는 방열 패드(150; Thermal Pad)를 더 포함할 수 있다. 방열 패드(150)는 방열부(122)와 접촉되게 방열부(122)에 연결될 수 있다. 방열 패드(150)는 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 방열부(122)로부터 전달받을 수 있다. 방열 패드(150)는 방열부(122) 중 배터리 셀(110)의 반대편에 부착될 수 있다. 방열 패드(150)는 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있고, 발열을 효과적으로 분산시켜줄 수 있다.
배터리 팩(P)은 방열부(122)를 공랭식으로 냉각하거나 냉매 냉각식으로 냉각하는 것이 가능하다.
배터리 팩(P)이 방열부(122)를 공랭식으로 냉각할 경우, 방열부(122)의 열을 방열시킬 수 있는 히트 싱크를 더 포함할 수 있다. 배터리 팩(P)이 방열 패드(150)를 포함하지 않을 경우, 히트 싱크는 방열부(122)에 일체로 돌출되게 형성되거나 방열부(122)의 부착될 수 있다. 배터리 팩(P)이 방열패드(150)를 더 포함할 경우, 히트 싱크는 방열패드(150)에 부착될 수 있다. 히트 싱크는 공기와 열교환되어 방열부(122)에서 전달된 열을 방열할 수 있다.
배터리 팩(P)이 방열부(122)를 냉매냉각식으로 냉각할 경우, 방열부(122) 또는 방열패드(150)는 냉매가 통과하는 열교환기(152)와 접촉될 수 있다.
배터리 팩(P)이 방열패드(150)를 포함하지 않을 경우, 방열부(122)는 열교환기(152)에 접촉될 수 있고, 이 경우, 방열부(122)의 열은 열교환기(152)로 흡열될 수 있다. 배터리 팩(P)이 방열패드(150)를 포함할 경우, 방열패드(150)는 일면이 방열부(122)에 접촉되고 타면이 열교환기(152)에 접촉될 수 있으며, 방열부(122)에서 방열패드(150)로 전달된 열은 열교환기(152)로 흡열될 수 있다.
종래에는, 배터리 셀에서 발생하는 열을 방열하기 위해 배터리 셀의 측면 및 카트리지의 측면에 면접촉되는 별도의 냉각커버를 사용하였다. 냉각커버는 카트리지의 측면 및 배터리 셀의 측면을 덮게 배치되었고, 배터리 팩의 무게를 증대시켰다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)로부터 발생하는 열을 카트리지(120)의 일부를 구성하는 방열부(122)를 통해 방열할 수 있다. 방열부(122)는 카트리지(120)의 네 변 중 하나를 구성하여 냉각커버에 비해 부피가 크지 않다. 그리고, 카트리지(120)의 일부인 방열부(122)가 배터리 셀(110)을 효율적으로 방열할 수 있기 때문에, 배터리 셀(110)의 측면을 덮는 별도의 냉각커버가 필요하지 않게 된다.
또한, 방열부(122)는 금속재질로 이루어질 수 있지만, 크기가 크지 않으므로, 냉각커버가 사용되는 배터리 팩(P)에 비해 배터리 팩(P)의 무게를 낮출 수 있다는 장점도 있다.
카트리지(120)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 카트리지(120)의 너비 방향 일측에서 돌출 형성되는 결합돌기(125) 및 결합돌기(125)와 이격되어 형성되는 결합홈(126)을 더 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 적층될 수 있고, 결합돌기(125)는 이웃하게 적층되는 타 배터리 모듈(100)의 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 결합홈(126)에 삽입될 수 있다.
카트리지(120)는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에서 돌출 형성되는 결합돌기(125) 및 결합돌기(125)와 이격되어 형성되는 결합홈(126)을 더 포함할 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 적층될 수 있고, 결합돌기(125)는 이웃하게 적층되는 타 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 결합홈(126)에 삽입될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 카트리지의 록킹부와 타 카트리지의 걸림턱이 체결되기 전의 사시도이고, 도 8은 카트리지의 록킹부와 타 카트리지의 걸림턱이 체결된 이후의 사시도이며, 도 9는 도 2의 A 영역의 확대도이고, 도 10은 도 3의 B 영역의 확대도이다.
배터리 셀(110)의 셀 리드(112)는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본체(111)에 연결되는 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(110)은 형태에 따라 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)가 각각 본체(111)의 일측과 타측에 연결되는 것이 가능하고, 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)이 본체(111)의 일측에 모두 연결되는 것이 가능하다.
배터리 팩(P)의 부피를 줄이기 위해 배터리 셀(110)의 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)가 본체(111)의 일측에 함께 구비되는 것이 바람직하다.
배터리 셀(110)의 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)가 본체(111)의 일측에 형성된 경우, 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)는 카트리지(120)의 너비 방향 일측 주변에 함께 위치될 수 있다.
카트리지(120)는 안착부에서 돌출되고 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b) 사이에 배치되는 쇼트방지부재(123)(124)를 더 포함할 수 있다.
쇼트방지부재(123)(124)는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에서 돌출 형성될 수 있다.
쇼트 방지부재(123)(124)는 일측에 형성되는 록킹부(123) 및 타측에 형성되는 걸림턱(124)을 포함할 수 있다.
록킹부(123) 및 걸림턱(124)은 도 4에 도시된 바와 같이, 카트리지(120)의 너비 방향 일측에서 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 적층될 수 있고, 록킹부(123)는 이웃하게 적층되는 타 배터리 모듈(100)의 카트리지(120)에 형성된 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.록킹부(123)는 어느 하나 배터리 모듈(100)의 카트리지(120)에 이웃하게 적층되는 다른 하나 배터리 모듈(100)의 카트리지(120)에 형성된 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.
록킹부(123)와 걸림턱(124)은 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b) 사이에 위치될 수 있다. 이 경우, 록킹부(123)와 걸림턱(124)은 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)가 쇼트되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
카트리지(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 쇼트방지부재(123)(124)의 반대편에 제2록킹부(123')가 형성될 수 있다. 카트리지(120)는 이웃하는 타 카트리지에 형성된 제2록킹부(123')가 록킹되는 걸림홈(124')이 형성될 수 있다. 제2록킹부(123')와 걸림홈(124')는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 구비될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(100)은 적층될 수 있고, 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2록킹부(123')는 이웃하게 적층되는 타 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 걸림홈(124')과 록킹될 수 있다.
카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성된 제2록킹부(123')와 걸림홈(124')는 쇼트방지부재(123)(124)의 반대편에서 카트리지(120) 상호간의 결합을 도울 수 있다.
제2록킹부(123') 및 걸림홈(124')는 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)의 반대편에 형성되므로, 음극 셀 리드(112a)와 양극 셀 리드(112b)와 간섭 가능성이 없다. 제2록킹부(123') 및 걸림홈(124') 각각은 카트리지 특히 안착부(121)의 너비 방향 타측에 복수개 형성될 수 있고, 이웃하는 카트리지를 서로 견고하게 체결시킬 수 있다.
세퍼레이터(200)는 세퍼레이터(200)의 외형을 형성하는 바디(210)를 포함할 수 있다. 바디(210)에는 제1 카트리지 걸림턱(220)이 돌출 형성될 수 있다. 바디(210)에는 제1 카트리지 결합홈(250)이 형성될 수 있다.
제1 카트리지 걸림턱(220)는 세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 적어도 하나 형성될 수 있다. 세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성되는 제1 카트리지 록킹부는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성되는 제1 카트리지 걸림턱(220)은 세퍼레이터(200)의 좌우 중 일측에 위치하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 록킹부(123)와 록킹될 수 있다.
세퍼레이터(200)에는 복수개의 제1 카트리지 걸림턱(220)이 형성될 수 있다. 복수개의 제1 카트리지 걸림턱(220) 중 어느 하나는 세퍼레이터(220)의 일측 옆에 위치하는 배터리 모듈(100의 카트리지(120)에 형성된 록킹부(123)와 록킹될 수 있다. 그리고, 복수개의 제1 카트리지 걸림턱(220) 중 다른 하나는 세퍼레이터(220)의 타측 옆에 위치하는 배터리 모듈(100의 카트리지(120)에 형성된 록킹부(123)와 록킹될 수 있다.
제1 카트리지 걸림턱(220)는 세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 적어도 하나 형성될 수 있다. 세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 록킹부는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 걸림턱(220)은 세퍼레이터(200)의 좌우 중 일측에 위치하는 타 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 록킹부(123)와 록킹될 수 있다.
한편, 바디(210)에는 제1 카트리지 결합홈(250)이 형성될 수 있다.
제1 카트리지 결합홈(250)은 세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성될 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성되는 제1 카트리지 결합홈(250)에는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 결합돌기(125)가 삽입될 수 있다.
세퍼레이터(200)는 세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 결합홈(250)을 더 포함할 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 결합홈(250)에는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 결합돌기(125)가 삽입될 수 있다.
세퍼레이터(200)는 세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성되는 제1 카트리지 결합돌기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 카트리지 결합돌기는 바디(210)에 형성될 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 일측에 형성되는 제1 카트리지 결합돌기는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 결합홉에 삽입될 수 있다.
세퍼레이터(200)는 세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 결합돌기를 더 포함할 수 있다.
세퍼레이터(200)의 너비 방향 타측에 형성되는 제1 카트리지 결합돌기는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 결합홉에 삽입될 수 있다.
배터리 팩(P)은 도 3을 참조하면, 최외각 배터리 모듈(100)에 설치되는 엔드 커버(300)를 더 포함할 수 있다. 엔드 커버(300)는 수평판(310)을 포함할 수 있다. 엔드 커버(300)는 수평판(310)에서 돌출 형성되는 제2 카트리지 록킹부(330)를 포함할 수 있다. 또는, 엔드 커버(300)는 수평판(310)에 형성되는 제2 카트리지 걸림턱을 포함할 수 있다.
제2 카트리지 걸림턱는 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성될 수 있다.
엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 걸림턱은 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 록킹부(123)와 록킹될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 걸림턱을 더 포함할 수 있다.
엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 걸림턱은 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 록킹부(123)와 록킹될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 록킹부(330)를 더 포함할 수 있다.
엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 록킹부(330)는 엔드 커버(300)는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 록킹부(330)를 더 포함할 수 있다.
엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 록킹부(330)는 엔드 커버(300)는 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 걸림턱(124)과 록킹될 수 있다.
또한, 엔드 커버(300)는 수평판(310)에 형성되는 제2 카트리지 결합돌기(340)를 포함할 수 있다. 제2 카트리지 결합돌기(340)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성될 수 있다. 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 결합돌기(340)는 엔드 커버(300)에 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 결합홈에 삽입될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 결합돌기(340)를 더 포함할 수 있다. 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 결합돌기(340)는 엔드 커버(300)에 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 결합홉에 삽입될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 결합홈을 더 포함할 수 있다. 엔드 커버(300)의 너비 방향 일측에 형성되는 제2 카트리지 결합홈에는 엔드 커버(300)에 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 일측에 형성되는 결합돌기(125)가 삽입될 수 있다.
엔드 커버(300)는 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 결합홈을 더 포함할 수 있다. 엔드 커버(300)의 너비 방향 타측에 형성되는 제2 카트리지 결합홈에는 엔드 커버(300)에 이웃하는 배터리 모듈(100)에 포함되는 카트리지(120)의 너비 방향 타측에 형성되는 결합돌기(125)가 삽입될 수 있다.
엔드 플레이트(400)는 엔드 커버(300)와 접촉되게 배치될 수 있다. 한 쌍의 엔드 플레이트(400)는 최외곽 배터리 모듈(100)에 설치될 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 최외각 배터리 모듈(100)과 마주보게 배치될 수 있다. 엔드 커버(300)는 엔드 플레이트(400)와 최외각 배터리 모듈(100) 사이에 배치될 수 있다.
엔드 커버(300)는 수평판(310)을 포함할 수 있고, 수평판(310)은 엔드 플레이트(400)와 접촉하게 배치될 수 있다.
엔드 커버(300)는 수평판(310)에서 엔드 플레이트(400)를 향해 돌출 형성되는 가이드(320)를 더 포함할 수 있다. 엔드 플레이트(400)는 엔드 커버(300)와 접촉하는 가압판(410)을 포함할 수 있다. 가압판(410)에는 가이드(320)가 삽입되는 가이드 홀(430)이 형성될 수 있다.
가이드(320)가 가이드 홀(430)에 삽입됨으로써, 엔드 커버(300)와 엔드 플레이트(400)는 상호 위치 고정될 수 있다.
배터리 팩(P)은 브래킷(700)을 더 포함할 수 있다. 브래킷(700)은 복수의 배터리 모듈(100)과 세퍼레이터(200)와 엔드 커버(300)와 엔드 플레이트(400)를 상호 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
배터리 팩(P)은 한 쌍의 브래킷(700)을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 모듈(100)은 한 쌍의 브래킷(700) 사이에 배치될 수 있다. 세퍼레이터(200)는 좌우 방향으로 한 쌍의 배터리 모듈(100)의 사이에 위치되고, 전후 방향으로 한 쌍의 브래킷(700) 사이에 배치될 수 있다. 브래킷(700)은 카트리지(120)의 너비 방향 측면을 마주보게 배치될 수 있다.
브래킷(700)은 세퍼레이터(200)에 고정될 수 있다.
배터리 팩은 브래킷(700)을 세퍼레티어(200)에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함할 수 잇다.
브래킷(700)은 세퍼레이터(200)에 고정되는 세퍼레이터 체결부(710)를 포함할 수 있다. 그리고 세퍼레이터(200)는 브래킷(700)이 고정되는 제1 브래킷 체결부(230)를 포함할 수 있다. 브래킷(700)과 세퍼레이터(200)는 세퍼레이터 체결부(710)와 제1 브래킷 체결부(230)를 관통하는 체결부재(S1)로 고정될 수 있다.
체결부재(S1)은 볼트로 구성될 수 있고, 세퍼레이터 체결부(710) 및 제1 브래킷 체결부(230)는 브래킷(700)을 세퍼레티어(200)에 고정시키는 볼트 체결부가 될 수 있다.
그리고, 브래킷(700)은 엔드 플레이트(400)에 고정될 수 있다. 브래킷(700)은 한 쌍의 엔드 플레이트(400) 각각에 고정될 수 있다.
배터리 팩은 브래킷(700)을 엔드 플레이트(400)에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함할 수 잇다.
브래킷(700)은 엔드 플레이트(400)에 고정되는 엔드 플레이트 체결부(720)를 포함할 수 있다. 그리고 엔드 플레이트(400)는 브래킷(700)이 고정되는 제2 브래킷 체결부(420)를 포함할 수 있다. 브래킷(700)과 엔드 플레이트(400)는 엔드 플레이트 체결부(720)와 제2 브래킷 체결부(420)를 관통하는 체결부재(S2)로 고정될 수 있다.
체결부재(S2)는 볼트로 구성될 수 있고, 엔드 플레이트 체결부(720)과 제2브래킷 체결부(420)은 브래킷(700)을 엔드 플레이트(400)에 고정시키는 볼트 체결부가 될 수 있다.
종래의 배터리 팩은 복수의 배터리 모듈(100)을 관통하는 롱볼트를 이용하여 전체 구조를 고정시켰다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 모듈(100)를 록킹부(123)와 걸림턱(124)이 체결되어 배터리 모듈(100)의 적층구조가 형성될 수 있다. 그리고 복수의 배터리 모듈(100)과 세퍼레이터(200)와 엔드 커버(300)와 엔드 플레이트(400)를 상호 고정시키는 브래킷(700)을 통해 베터리 팩의 전체 구조를 고정시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩(P)은 브래킷(700)을 포함함으로써, 배터리 팩(P)의 부피를 줄일 수 있고, 경량화가 가능하다. 또한, 배터리 팩(P)의 부피와 무게를 줄임으로써, 배터리 팩(P)의 단위 체적당 에너지 밀도를 높일 수 있다는 장점이 있다.
배터리 팩(P)은 카트리지(120)와 브래킷(700) 사이에 배치되고 셀과 연결되는 연결보드 어셈블리(500)(600)를 더 포함할 수 있다. 연결보드 어셈블리(500)(600)는 복수의 셀 리드(112)와 연결될 수 있다. 연결 보드 어셈블리(500)(600)는 복수개의 셀 리드(112)가 접촉되는 버스바(502) 및 버스바(502)와 전기적으로 연결되는 피시비(504)가 설치된 연결 보드(500)와, 연결 보드(500)에 결합되어 버스바(502) 및 피시비(504)를 덮는 보드 커버(600)을 포함할 수 잇다.
연결 보드 어셈블리(500)는 한 쌍의 브래킷(710) 중 어느 하나와 복수개의 배터리 모듈(100) 사이에 배치될 수 있다.
이하, 앞서 설명한 실시 예와 상이한 구성 및 작용에 대해서 설명하고, 앞서 설명한 실시 예와 동일하거나 유사한 구성은 중복된 설명을 피하기 위해 생략한다.
도 11은 제2 실시 예에 따른 배터리 팩에 포함되는 카트리지의 사시도이다.
제2 실시 예에 따르면 방열부(122)는 제1 방열부재(122a) 및 제1 방열부재(122a)와 연결되는 제2 방열부재(122b)를 포함할 수 있다. 방열부(122)는 제1 방열부재(122a)와 제2 방열부재(122b)가 체결된 결합체로 구성될 수 있다. 안착부(121)의 일부는 제1 방열부재(122a)와 제2 방열부재(122b) 사이에 배치될 수 있다.
안착부(121)의 일부는 제1 방열부재(122a)와 제2 방열부재(122b) 사이에 배치될 수 있다. 제1 방열부재(122a)와 제2 방열부재(122b)는 결합되었을 때, 안착부(121)를 감싸게 배치될 수 있다. 안착부(121)의 너비 방향 일부는 제1 방열부재(122a)와 제2 방열부재(122b) 사이에 배치될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리 모듈 110: 배터리 셀
120: 카트리지 122: 방열부
123: 록킹부 124: 걸림턱
125: 결합돌기 126: 결합홈
200: 세퍼레이터 300: 엔드 커버
400: 엔드 플레이트 700: 브래킷

Claims (15)

  1. 복수 개의 배터리 모듈이 적층된 배터리 팩에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 중 각각의 배터리 모듈은
    적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀이 장착되는 카트리지를 포함하고,
    상기 카트리지는
    상기 배터리 셀이 안착되는 안착부; 및
    상기 안착부와 서로 다른 재질로 이루어지고, 상기 배터리 셀로부터 발생하는 열을 흡수하는 방열부를 포함하고,
    상기 배터리 셀은
    본체 및 상기 본체에 연결되는 음극 셀 리드 및 양극 셀 리드를 포함하고,
    상기 본체의 하면은 상기 방열부를 향하고,
    상기 음극 셀 리드 및 양극 셀 리드는 상기 본체의 하면 이외에 연결되며,
    상기 카트리지는 상기 안착부에서 상기 음극 셀 리드와 양극 셀 리드 사이를 향해 돌출되어 상기 음극 셀 리드와 양극 셀 리드 사이에서 쇼트를 방지하는 쇼트방지부재를 더 포함하고,
    상기 쇼트 방지부재는
    상기 안착부에 돌출되게 형성된 록킹부 및
    상기 안착부에 상기 록킹부와 반대 방향으로 돌출되게 형성된 걸림턱을 포함하고, 상기 록킹부는 이웃하게 적층되는 타 카트리지의 걸림턱과 록킹되는 배터리 팩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열부는 상기 안착부에 상기 카트리지의 너비 방향으로 길게 배치되는 배터리 팩.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체의 일면과 상기 방열부 사이에 배치된 접착부재를 더 포함하는 배터리 팩.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열부에 연결되는 방열 패드를 더 포함하는 배터리 팩.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 카트리지는 상기 쇼트 방지부재의 반대편에는 제2록킹부가 돌출되고,
    이웃하는 타 카트리지에 형성된 제2록킹부가 록킹되는 걸림홈이 형성된 배터리 팩.
  9. 청구항 1에 있어서,
    최외곽 배터리 모듈에 설치되는 한 쌍의 엔드 플레이트 및
    상기 한 쌍의 엔드 플레이트 각각에 고정되는 브래킷을 더 포함하는 배터리 팩.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 브래킷은 상기 안착부를 마주보도록 배치되는 배터리 팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 브래킷을 상기 엔드 플레이트에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함하는 배터리 팩.
  12. 청구항 9에 있어서,
    한 쌍의 배터리 모듈 사이에 설치된 세퍼레이터를 더 포함하고,
    상기 브래킷은 상기 세퍼레이터에 고정되는 배터리 팩.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 브래킷을 상기 세퍼레이터에 고정시키는 볼트 체결부를 더 포함하는 배터리 팩.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열부는
    상기 안착부의 적어도 일부에 코팅되는 배터리 팩.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 방열부는
    제1 방열부재 및 상기 제1 방열부재와 연결되는 제2 방열부재를 포함하고,
    상기 안착부의 일부는
    상기 제1 방열부재와 상기 제2 방열부재 사이에 배치되는 배터리 팩.
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