WO2023287143A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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윤선우
황성택
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the same, and more particularly, to a battery pack capable of dissipating heat from a bus bar unit and a vehicle including the same.
  • a lithium secondary battery mainly use lithium-based oxides and carbon materials as positive electrode active materials and negative electrode active materials, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate coated with such a positive electrode active material and a negative electrode active material are disposed with a separator therebetween, and an exterior material that seals and houses the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery case.
  • a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator and electrolyte interposed therebetween.
  • a lithium ion battery (LIB) or a lithium polymer battery (Polymer Lithium Ion Battery) is used. , PLIB), etc.
  • the electrodes of these lithium secondary batteries may be formed by coating a positive electrode or negative electrode active material on a current collector such as an aluminum or copper sheet, mesh, film, or foil and then drying it. .
  • the battery pack may be provided with a bus bar connected to the battery module to drive an object such as a car and a bus bar connected to the battery module to charge the battery module.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a battery pack capable of reducing the weight and cost of the battery pack by reducing the cross-sectional area of the bus bar by providing a bus bar unit capable of radiating heat, and a vehicle including the same.
  • a battery module provided with a plurality of battery cells; a case in which the battery module is accommodated; and a bus bar unit connected to the battery module, wherein the bus bar unit is provided not only for electrical connection but also for heat dissipation.
  • the bus bar unit may include a first bus bar member connecting the object and the battery module to drive the object; a second bus bar member connecting a charging member for charging the battery module and the battery module; and an insulated heat dissipation member connected to the first bus bar member and the second bus bar member and electrically insulated and provided to transmit heat.
  • a relay member coupled to the bus bar unit; And a fastening member for fastening the bus bar unit to the relay member, wherein the first bus bar member and the second bus bar member are disposed above the relay member, and the first bus bar member and the first bus bar member 2
  • the insulating heat dissipation member may be disposed on the upper side of the bus bar member.
  • the relay member includes a first relay member coupled to the first bus bar member and a second relay member coupled to the second bus bar member, and the fastening member is coupled to the first bus bar member. It includes a first fastening member and a second fastening member coupled to the second bus bar member, wherein the first bus bar member and the first relay member are connected to the first fastening member to prevent the insulation and heat dissipation of the member. It is fastened to one end, and the second bus bar member and the second relay member may be fastened to the second end of the insulated heat dissipation member by the second fastening member.
  • the insulating heat dissipation member may be formed in an H shape.
  • the insulating heat dissipation member may be provided with a ceramic material.
  • the fastening member may be provided as a bolt, and a rubber ring may be interposed between the bolt and the insulating heat dissipation member.
  • the fastening member is provided as a bolt, and may include a bushing member into which the bolt can be inserted.
  • the bushing member, the body is formed with a hollow into which the bolt is inserted; and a protrusion that protrudes from the main body toward the bolt and contacts the bolt.
  • a plurality of through-hole shaped cutouts may be formed between the protrusions in the main body.
  • a buffer space may be formed between the bushing member and the bolt.
  • a vehicle including the battery pack described above may be provided.
  • the bus bar unit is provided to be able to dissipate heat, thereby reducing the cross-sectional area of the bus bar, thereby reducing the weight and cost of the battery pack.
  • FIG. 1 is a plan view showing the inside of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a bus bar unit in a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the bus bar unit of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 3 .
  • Figure 5 is a perspective view of the bushing member of Figure 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line BB′ of FIG. 5 .
  • FIG. 7 is an enlarged view of a portion X of FIG. 4 .
  • Figure 8 is a perspective view according to another embodiment of the bushing member of Figure 5;
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line C-C′ of FIG. 8 .
  • each component or a specific part constituting the component is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of explanation. Therefore, the size of each component does not fully reflect the actual size. If it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, such description will be omitted.
  • the term 'coupling' or 'connection' refers to the case where one member and another member are directly coupled or directly connected, as well as when one member is indirectly coupled to another member through a joint member, or indirectly Including cases connected to
  • FIG. 1 is a plan view showing the inside of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a bus bar unit in a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a bus bar of FIG. 2
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along A-A' in Figure 3
  • Figure 5 is a perspective view of the bushing member of Figure 4
  • FIG. 8 is a perspective view of the bushing member of FIG. 5 according to another embodiment
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line CC' of FIG.
  • a battery pack 10 includes a battery module 100, a case 200, and a bus bar unit 300.
  • a battery module 100 includes a plurality of battery cells 110 .
  • the battery cell 110 is a unit cell arranged in the order of positive plate-separator-negative plate or a bi-cell arranged in the order of positive plate-separator-negative plate-separator-positive plate-separator-negative plate. It may have a structure in which a plurality of layers are stacked according to capacity.
  • Electrode leads may be provided in the battery cell 110 . Electrode leads are a kind of terminals exposed to the outside and connected to external devices, and a conductive material may be used.
  • the electrode lead may include a positive electrode lead and a negative electrode lead.
  • the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in opposite directions with respect to the length direction of the battery cell 110, or the positive electrode lead and the negative electrode lead may be disposed in the same direction with respect to the length direction of the battery cell 110. It could be.
  • the battery module 100 may include a plurality of cartridges accommodating the battery cells 110 .
  • Each cartridge may be manufactured by injection molding of plastic, and a plurality of cartridges formed with a storage part capable of accommodating the battery cell 110 may be stacked.
  • a cartridge assembly in which a plurality of cartridges are stacked may include a connector element or a terminal element.
  • the connector element may include, for example, various types of electrical connection parts or connection members for connection to a battery management system (BMS) capable of providing data on the voltage or temperature of the battery cell 110 (not shown).
  • BMS battery management system
  • the terminal element is a main terminal connected to the battery cell 110 and includes a positive terminal and a negative terminal, and the terminal element is provided with a terminal bolt to be electrically connected to the outside.
  • At least one battery module 100 is accommodated in the case 200 .
  • the plurality of battery modules 100 may be stacked inside the case 200 or arranged in various ways.
  • the case 200 is provided to accommodate and protect the plurality of battery modules 100 . That is, the case 200 surrounds the entire battery module 100 and thereby protects the battery module 100 from external vibration or impact.
  • the case 200 may be formed in a shape corresponding to the shape of the battery module 100 .
  • the case 200 may also be provided in a hexahedral shape to correspond thereto.
  • it is not limited thereto.
  • the case 200 may be manufactured by, for example, bending a plate made of metal, and thereby, the case 200 may be manufactured integrally.
  • the case 200 is integrally manufactured, there is an effect of simplifying and simplifying the coupling process.
  • the case 200 may be manufactured as a separate type and coupled using various methods such as welding, rivets, bolts, pins, brackets, or moment bonding methods.
  • the battery pack 10 may include various devices for controlling charging and discharging of the battery module 100 , such as a BMS, a current sensor, and a fuse.
  • the bus bar unit 300 is connected to the battery module 100.
  • the bus bar unit 300 is not only electrically connected to the battery module 100, but is also prepared to dissipate heat.
  • the bus bar unit 300 may include a first bus bar member 310 , a second bus bar member 320 , and an insulating heat dissipation member 330 .
  • the first bus bar member 310 is provided to connect the object 910 and the battery module 100 to drive the object 910 (see FIG. 1).
  • the first bus bar member 310 may be connected to the object 910 through the connection terminal 210 .
  • the object 910 connected to the battery module 100 may be various.
  • the object 910 may be an electric vehicle, and when the object 910 is an electric vehicle, the first bus bar member 310 converts electric energy used to drive the electric vehicle into electricity from the battery module 100. It is configured to be movable by car.
  • the object 910 is not limited to an electric vehicle, and for convenience of description, a case in which the object 910 is an electric vehicle will be described below.
  • the second bus bar member 320 is provided to connect the battery module 100 to a charging member 920 (see FIG. 1) for charging the battery module 100.
  • the second bus bar member 320 may be connected to the charging member 920 through the charging terminal 220.
  • the insulating heat dissipating member 330 is electrically insulated and provided to transfer heat, and connects the first bus bar member 310 and the second bus bar member 320. To this end, the insulating heat dissipation member 330 may be made of a ceramic material.
  • the material of the insulated heat dissipation member 330 is not limited to ceramic, and various materials having insulation and heat dissipation characteristics may be used as the material of the insulated heat dissipation member 330 .
  • the second bus bar member 320 is not used while the electrical energy moves through the first bus bar member 310, the heat generated from the first bus bar member 310 is transferred to the insulating heat dissipating member 330. ) It can move to the second bus bar member 320 and be discharged to the outside.
  • the first bus bar member 310 is not used while the electrical energy moves through the second bus bar member 320, the heat generated from the second bus bar member 320 is transferred to the insulating heat dissipating member 330. ) It can move to the first bus bar member 310 and be discharged to the outside through.
  • the other one is not used, and the heat generated from the used bus bar member passes through the insulating heat dissipating member 330. It can move to an unused bus bar member and be discharged to the outside.
  • the relay member 400 may be coupled to the bus bar unit 300 .
  • a first bus bar member 310 and a second bus bar member 320 may be disposed above the relay member 400 .
  • an insulating heat dissipation member 330 may be disposed above the first bus bar member 310 and the second bus bar member 320 .
  • the relay member 400 may include a first relay member 410 coupled to the first bus bar member 310 and a second relay member 420 coupled to the second bus bar member 320. there is.
  • the fastening member 500 fastens the bus bar unit 300 to the relay member 400.
  • the fastening member 500 may be provided in various ways, and may be provided with, for example, bolts and nuts.
  • the nut may be coupled to the relay member 400, or the nut may be integrally formed with the relay member 400 itself.
  • the fastening member 500 is not limited to bolts and nuts, and various known structures may be included in the fastening member 500 . However, for convenience of explanation, a case in which the fastening member 500 is a bolt and a nut integrally formed with the relay member 400 will be described below.
  • the fastening member 500 may include a first fastening member 510 coupled to the first bus bar member 310 and a second fastening member 520 coupled to the second bus bar member 320. there is.
  • the first bus bar member 310 and the first relay member 410 may be fastened to the first end 331 of the insulating heat dissipating member 330 by the first fastening member 510 .
  • the second bus bar member 320 and the second relay member 420 may be fastened to the second end 332 of the insulating heat dissipating member 330 by the second fastening member 520 .
  • the insulating heat dissipation member 330 may be formed in an H shape. However, it is not limited to the H shape of the shape of the insulating heat dissipating member 330 .
  • the insulated heat dissipation member 330 may be made of a ceramic material so that electrical insulation and heat can be well transferred. However, ceramic materials can be easily damaged due to brittleness.
  • a rubber ring 600 and a bushing member 700 may be provided to prevent damage to the insulating heat dissipating member 330 made of ceramic material.
  • a rubber ring 600 is interposed between a bolt that is a fastening member 500 and an insulating heat dissipating member 330 .
  • the rubber ring 600 protects the insulating heat dissipation member 330 from impact or vibration in the vertical direction.
  • the bushing member 700 is provided so that a bolt, which is a fastening member 500, is inserted.
  • the bushing member 700 protects the insulating heat dissipation member 330 from impact or vibration in the left and right directions.
  • the bushing member 700 may include a body 710 and a protrusion 720 .
  • a hollow 711 is formed in the main body 710, and a bolt is inserted into the hollow 711 of the main body 710.
  • a plurality of cutouts 712 in the shape of through holes may be formed between the protrusions 720 in the main body 710 .
  • the protruding portion 720 is formed on the main body 710 and protrudes from the main body 710 toward the bolt side to contact the bolt as shown in FIG. 7 . In this way, the protruding portion 720 is in contact with the bolt to mitigate impact or vibration in the left and right directions.
  • a buffer space 800 may be formed between the bushing member 700 and the fastening member 500 bolt.
  • the buffer space 800 protects the insulated heat dissipation member 330 by preventing vibration generated from the bolt from being directly transmitted to the insulated heat dissipation member 330 .
  • a protrusion 720 is formed on the main body 710, and unlike FIGS. 5 and 6, a plurality of cutouts 712 are formed There is not.
  • the battery pack 10 includes a first bus bar member 310 and a second bus bar member 320 to transmit electric energy.
  • heat generated while electric energy is transmitted through one bus bar member moves to another bus bar member through the insulating heat dissipating member 330 and is released to the outside.
  • the insulating heat dissipation member 330 may be made of a brittle ceramic material, and may be provided with a rubber ring 600 and a bushing member 700 to prevent damage from vibration of the bolt.
  • the cross-sectional area of the bus bar can be reduced, and the weight and cost of the battery pack 10 can be reduced.
  • a vehicle (not shown) according to an embodiment of the present invention may include the battery pack 10 described above.
  • the battery pack 10 may be used in various machines or devices that use electricity, and may be disposed on, for example, an electric vehicle, particularly, an under floor of an electric vehicle.
  • the electric vehicle may include a hybrid vehicle that uses electric energy together with other energy as well as an electric vehicle driven purely by electricity.
  • the present invention relates to a battery pack and a vehicle including the battery pack, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 복수의 배터리 셀들이 구비된 배터리 모듈; 배터리 모듈이 수납되는 케이스; 및 배터리 모듈에 연결되는 버스바유닛을 포함하며, 버스바유닛은 전기적 연결 뿐만 아니라 방열도 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 출원은 2021년 07월 15일자로 출원된 한국 특허 출원번호 제10-2021-0093113호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은, 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 버스바유닛의 방열이 가능한 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 종래 이차 전지로서 니켈카드뮴 전지 또는 수소이온 전지가 사용되었으나, 최근에는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충전 및 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 많이 사용되고 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.
리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차 전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
배터리 팩은 자동차와 같은 대상물을 구동시키기 위해 배터리 모듈에 연결되는 버스바와, 배터리 모듈을 충전시키기 위해 배터리 모듈에 연결되는 버스바가 분리되어 마련될 수 있다.
그런데, 고전류의 사용으로 인해 버스바의 발열량이 증가하면 버스바의 단면적이 증대되어야 하므로, 이에 따라 배터리 팩의 중량이 증대되고 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 버스바유닛이 방열 가능하도록 마련되어 버스바의 단면적을 감소시키며, 이에 의해 배터리 팩의 경량화와 원가 절감이 가능한 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 배터리 셀들이 구비된 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈이 수납되는 케이스; 및 상기 배터리 모듈에 연결되는 버스바유닛을 포함하며, 상기 버스바유닛은 전기적 연결 뿐만 아니라 방열도 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.
또한, 상기 버스바유닛은, 대상물을 구동시키기 위해 상기 대상물과 상기 배터리 모듈을 연결시키는 제1 버스바부재; 상기 배터리 모듈을 충전시키기 위한 충전부재와 상기 배터리 모듈을 연결시키는 제2 버스바부재; 및 상기 제1 버스바부재와 상기 제2 버스바부재를 연결하며, 전기적으로 절연되고 열이 전달되도록 마련된 절연방열부재를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 버스바유닛에 결합되는 릴레이부재; 및 상기 버스바유닛을 상기 릴레이부재에 체결하는 체결부재를 더 포함하며, 상기 릴레이부재의 상측에 상기 제1 버스바부재 및 상기 제2 버스바부재가 배치되고, 상기 제1 버스바부재 및 상기 제2 버스바부재의 상측에 상기 절연방열부재가 배치될 수 있다.
또한, 상기 릴레이부재는 상기 제1 버스바부재에 결합되는 제1 릴레이부재와, 상기 제2 버스바부재에 결합되는 제2 릴레이부재를 포함하고, 상기 체결부재는 상기 제1 버스바부재에 결합되는 제1 체결부재와, 상기 제2 버스바부재에 결합되는 제2 체결부재를 포함하며, 상기 제1 버스바부재와 상기 제1 릴레이부재가 상기 제1 체결부재에 의해 상기 절연방열부재의 제1 단부에 체결되고, 상기 제2 버스바부재와 상기 제2 릴레이부재가 상기 제2 체결부재에 의해 상기 절연방열부재의 제2 단부에 체결될 수 있다.
그리고, 상기 절연방열부재는 H 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연방열부재는 세라믹 재질로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 체결부재는 볼트로 마련되고, 상기 볼트와 상기 절연방열부재 사이에 고무링이 개재될 수 있다.
또한, 상기 체결부재는 볼트로 마련되고, 상기 볼트가 삽입될 수 있는 부싱부재를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 부싱부재는, 상기 볼트가 삽입되는 중공이 형성된 본체; 및 상기 본체로부터 상기 볼트측을 향해 돌출되어 상기 볼트에 접촉되는 돌출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체에는 상기 돌출부들 사이에 관통공 형상의 복수의 절개부들이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 부싱부재와 상기 볼트 사이에 완충공간이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 배터리 팩을 포함하는 자동차가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 버스바유닛이 방열 가능하도록 마련되어 버스바의 단면적을 감소시키며, 이에 의해 배터리 팩의 경량화와 원가 절감이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 내부가 도시된 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바유닛의 사시도이다.
도 3은 도 2의 버스바유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3에서 A-A'을 따라 바라본 단면도이다.
도 5는 도 4의 부싱부재의 사시도이다.
도 6은 도 5의 B-B'을 따라 바라본 단면도이다.
도 7은 도 4의 X 부분의 확대도이다.
도 8은 도 5의 부싱부재의 다른 실시예에 따른 사시도이다.
도 9는 도 8의 C-C'을 따라 바라본 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상세히 설명하기로 한다. 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
본 명세서에서 사용되는 '결합' 또는 '연결'이라는 용어는, 하나의 부재와 다른 부재가 직접 결합되거나, 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 하나의 부재가 이음부재를 통해 다른 부재에 간접적으로 결합되거나, 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 내부가 도시된 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩에서 버스바유닛의 사시도이며, 도 3은 도 2의 버스바유닛의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 A-A'을 따라 바라본 단면도이며, 도 5는 도 4의 부싱부재의 사시도이고, 도 6은 도 5의 B-B'을 따라 바라본 단면도이며, 도 7은 도 4의 X 부분의 확대도이고, 도 8은 도 5의 부싱부재의 다른 실시예에 따른 사시도이며, 도 9는 도 8의 C-C'을 따라 바라본 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리 모듈(100)과, 케이스(200)와, 버스바유닛(300)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀(110)들을 구비한다. 배터리 셀(110)은 양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열되는 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판-세퍼레이터-음극판-세퍼레이터-양극판-세퍼레이터-음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 다수개 적층시킨 구조를 가질 수 있다.
그리고, 배터리 셀(110)에는 전극 리드가 구비될 수 있다. 전극 리드는 외부로 노출되어 외부 기기에 연결되는 일종의 단자들로서 전도성 재질이 사용될 수 있다.
전극 리드는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드는 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 반대 방향에 배치될 수도 있고 또는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드가 배터리 셀(110)의 길이 방향에 대해 서로 동일한 방향에 위치될 수도 있다.
한편, 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110)을 수납하는 복수의 카트리지들이 구비될 수 있다. 각각의 카트리지는 플라스틱의 사출 성형으로 제조될 수 있고, 배터리 셀(110)을 수납할 수 있는 수납부가 형성된 복수의 카트리지들이 적층될 수 있다.
복수의 카트리지들이 적층된 카트리지 조립체에는 커넥터 요소 또는 단자 요소가 구비될 수 있다.
커넥터 요소는, 예를 들어, 배터리 셀(110)의 전압 또는 온도에 대한 데이터를 제공할 수 있는 BMS(Battery Management System, 미도시) 등에 연결되기 위한 다양한 형태의 전기적 연결 부품 내지 연결 부재가 포함될 수 있다.
그리고, 단자 요소는 배터리 셀(110)에 연결되는 메인 단자로서 양극 단자와 음극 단자를 포함하며, 단자 요소는 터미널 볼트가 구비되어 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
케이스(200)에는 적어도 하나의 배터리 모듈(100)이 수납된다. 배터리 모듈(100)이 복수로 마련되는 경우 복수의 배터리 모듈(100)은 케이스(200) 내부에 적층되거나, 또는 다양한 방식으로 배열될 수 있다.
케이스(200)는 복수의 배터리 모듈(100)을 수용하여 보호하도록 마련된다. 즉, 케이스(200)는 배터리 모듈(100)의 전체를 둘러싸며 이에 의해 외부의 진동이나 충격으로부터 배터리 모듈(100)을 보호한다.
케이스(200)는 배터리 모듈(100)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 적층된 배터리 모듈(100)들의 전체 형상이 육면체 형상으로 마련되는 경우 케이스(200)도 이에 대응되도록 육면체 형상으로 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스(200)는 예를 들어, 금속 재질의 플레이트를 절곡하여 제조될 수 있으며, 이에 의해, 케이스(200)는 일체형으로 제조될 수 있다. 여기서 케이스(200)가 일체형으로 제조되는 경우 결합 공정이 간단해지고 단순화되는 효과가 있다.
또는, 케이스(200)가 분리형으로 제조되어 용접, 리벳, 볼트, 핀, 브라켓 또는 모멘트 접합 방식 등의 다양한 방식을 사용하여 결합되도록 마련될 수 있다. 그리고, 배터리 팩(10)에는 배터리 모듈(100)의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치, 이를테면 BMS, 전류 센서, 퓨즈 등이 포함될 수 있다.
버스바유닛(300)은 배터리 모듈(100)에 연결된다. 버스바유닛(300)은 배터리 모듈(100)과 전기적으로 연결될 뿐만 아니라 방열이 가능하도록 마련된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 버스바유닛(300)은 제1 버스바부재(310)와, 제2 버스바부재(320)와, 절연방열부재(330)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 버스바부재(310)는 대상물(910, 도 1 참조)을 구동시키기 위해 대상물(910)과 배터리 모듈(100)을 연결시키도록 마련된다. 제1 버스바부재(310)는 연결 단자(210)를 통해 대상물(910)에 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(100)에 연결되는 대상물(910)은 다양할 수 있다.
예를 들어, 대상물(910)은 전기 자동차일 수 있으며, 대상물(910)이 전기 자동차인 경우 제1 버스바부재(310)는 전기 자동차의 구동에 사용되는 전기 에너지가 배터리 모듈(100)로부터 전기 자동차로 이동가능하도록 구성된다.
다만, 대상물(910)이 전기 자동차에 한정되는 것은 아니며, 설명의 편의를 위해 이하에서는 대상물(910)이 전기 자동차인 경우에 대해 설명한다.
제2 버스바부재(320)는 배터리 모듈(100)을 충전시키기 위한 충전부재(920, 도 1 참조)와 배터리 모듈(100)을 연결시키도록 마련된다. 제2 버스바부재(320)는 충전 단자(220)를 통해 충전부재(920)에 연결될 수 있다.
즉, 대상물(910)인 전기 자동차인 경우 전기 자동차를 구동시키기 위한 전기 에너지는 제1 버스바부재(310)를 통해 배터리 모듈(100)로부터 전기 자동차로 이동하고, 전기 자동차의 구동 종료 후 배터리 모듈(100)이 충전될 때 충전을 위한 전기 에너지는 제2 버스바부재(320)를 통해 충전부재(920)로부터 배터리 모듈(100)로 이동한다.
절연방열부재(330)는 전기적으로 절연되고 열이 전달되도록 마련되며, 제1 버스바부재(310)와 제2 버스바부재(320)를 연결한다. 이를 위해, 절연방열부재(330)는 세라믹 재질로 마련될 수 있다.
다만, 절연방열부재(330)의 재질이 세라믹에 한정되는 것은 아니며, 절연과 방열 특성을 가지는 다양한 재질이 절연방열부재(330)의 재질로 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전기 자동차가 구동하는 경우 전기 에너지는 배터리 모듈(100)로부터 제1 버스바부재(310)를 통해 전기 자동차로 이동하므로, 제1 버스바부재(310)에는 열이 발생한다. 특히, 전기 자동차의 경우 고전류를 사용하므로 발열량이 증가하게 된다.
여기서, 제1 버스바부재(310)를 통해 전기 에너지가 이동하는 동안 제2 버스바부재(320)는 사용되지 않고 있으므로, 제1 버스바부재(310)에서 발생된 열이 절연방열부재(330)를 통해 제2 버스바부재(320)로 이동하여 외부로 방출될 수 있다.
이때, 절연방열부재(330)는 전기적으로 절연되므로, 제1 버스바부재(310)로부터 제2 버스바부재(320)로 열은 전달되지만 전기는 이동하지 않는다. 이하, 제2 버스바부재(320)로부터 제1 버스바부재(310)로 열이 전달될때도 마찬가지로 전기는 이동하지 않는다.
그리고, 전기 자동차가 충전되는 경우 전기 에너지는 충전부재(920)로부터 제2 버스바부재(320)를 통해 배터리 모듈(100)로 이동하므로, 제2 버스바부재(320)에 열이 발생한다.
여기서, 제2 버스바부재(320)를 통해 전기 에너지가 이동하는 동안 제1 버스바부재(310)는 사용되지 않고 있으므로, 제2 버스바부재(320)에서 발생된 열이 절연방열부재(330)를 통해 제1 버스바부재(310)로 이동하여 외부로 방출될 수 있다.
즉, 제1 버스바부재(310)와 제2 버스바부재(320) 중 어느 하나가 사용되면 다른 하나는 사용되지 않으며, 사용되는 버스바부재로부터 발생된 열은 절연방열부재(330)를 통해 사용되지 않는 버스바부재로 이동하여 외부로 방출될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 릴레이부재(400)는 버스바유닛(300)에 결합될 수 있다. 릴레이부재(400)의 상측에는 제1 버스바부재(310)와 제2 버스바부재(320)가 배치될 수 있다. 그리고, 제1 버스바부재(310)와 제2 버스바부재(320)의 상측에는 절연방열부재(330)가 배치될 수 있다.
릴레이부재(400)는 제1 버스바부재(310)에 결합되는 제1 릴레이부재(410)와, 제2 버스바부재(320)에 결합되는 제2 릴레이부재(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
체결부재(500)는 버스바유닛(300)을 릴레이부재(400)에 체결한다. 체결부재(500)는 다양하게 마련될 수 있으며, 예를 들어, 볼트와 너트로 마련될 수 있다. 너트는 릴레이부재(400)에 결합될 수도 있고, 또는 릴레이부재(400) 자체에 너트가 일체형으로 형성될 수도 있다.
그러나, 체결부재(500)가 볼트와 너트에 한정되는 것은 아니며 공지된 다양한 구조가 체결부재(500)에 포함될 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 이하에서는 체결부재(500)가 볼트와, 릴레이부재(400)에 일체형으로 형성된 너트인 경우에 대해 설명한다.
체결부재(500)는 제1 버스바부재(310)에 결합되는 제1 체결부재(510)와, 제2 버스바부재(320)에 결합되는 제2 체결부재(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 버스바부재(310)와 제1 릴레이부재(410)는 제1 체결부재(510)에 의해 절연방열부재(330)의 제1 단부(331)에 체결될 수 있다. 그리고, 제2 버스바부재(320)와 제2 릴레이부재(420)는 제2 체결부재(520)에 의해 절연방열부재(330)의 제2 단부(332)에 체결될 수 있다.
여기서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 절연방열부재(330)는 H 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 절연방열부재(330)의 형상의 H 형상에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 절연방열부재(330)는 전기적 절연과 열이 잘 전달될 수 있도록 세라믹 재질로 마련될 수 있다. 하지만, 세라믹 재질은 취성에 의해 쉽게 파손될 수 있다.
여기서, 세라믹 재질의 절연방열부재(330)의 파손을 방지하기 위해 고무링(600)과 부싱부재(700)가 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 고무링(600)은 체결부재(500)인 볼트와 절연방열부재(330) 사이에 개재된다. 고무링(600)은 상하 방향의 충격이나 진동으로부터 절연방열부재(330)를 보호한다.
그리고, 부싱부재(700)에는 체결부재(500)인 볼트가 삽입되도록 마련된다. 부싱부재(700)는 좌우 방향의 충격이나 진동으로부터 절연방열부재(330)를 보호한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 부싱부재(700)는 본체(710)와 돌출부(720)를 포함하도록 구성될 수 있다.
본체(710)에는 중공(711)이 형성되며, 본체(710)의 중공(711)에 볼트가 삽입된다. 본체(710)에는 돌출부(720)들 사이에 관통공 형상의 복수의 절개부(712)들이 형성될 수 있다.
돌출부(720)는 본체(710)에 형성되고, 본체(710)로부터 볼트측을 향해 돌출되어 도 7에서와 같이 볼트에 접촉된다. 이와 같이, 돌출부(720)가 볼트에 접촉되어 좌우 방향의 충격이나 진동을 완화시킨다.
한편, 도 7을 참조하면, 부싱부재(700)와 체결부재(500)인 볼트 사이에 완충공간(800)이 형성될 수 있다. 여기서, 완충공간(800)은 볼트로부터 발생되는 진동이 절연방열부재(330)로 직접 전달되는 것을 방지하여 절연방열부재(330)를 보호한다.
도 5 및 도 6의 다른 실시예로 도 8 및 도 9를 참조하면, 본체(710)에 돌출부(720)가 형성되어 있고, 도 5 및 도 6과 달리 복수의 절개부(712)는 형성되어 있지 않다.
한편, 도 5 및 도 6의 실시예와 도 8 및 도 9의 실시예에서 공통되는 설명은 전술한 설명으로 대체한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
배터리 팩(10)에는 전기 에너지를 전달시키기 위해 제1 버스바부재(310)와 제2 버스바부재(320)가 구비된다. 여기서, 어느 하나의 버스바부재를 통해 전기 에너지가 전달되면서 발생한 열은 절연방열부재(330)를 통해 다른 하나의 버스바부재로 이동하여 외부로 방출된다.
그리고, 절연방열부재(330)는 취성의 세라믹 재질로 마련될 수 있으며, 볼트의 진동으로부터 파손되는 것을 방지하기 위해 고무링(600)과 부싱부재(700)가 구비될 수 있다.
이와 같은 방열 구조를 통해 버스바의 단면적을 감소시킬 수 있으며, 또한 배터리 팩(10)의 경량화와 원가 절감이 가능한 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차(미도시)는 전술한 배터리 팩(10)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩(10)은 전기를 사용하는 다양한 기계 또는 장치 등에 사용될 수 있으며, 예를 들어 전기 자동차, 특히, 전기 자동차의 언더 플로어(Under Floor)에 배치될 수 있다. 여기서, 전기 자동차는 순수하게 전기로만 구동되는 전기 자동차뿐만 아니라 다른 에너지와 전기 에너지를 함께 사용하는 하이브리드 자동차를 포함할 수 있다.
이상에서 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.
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로서, 특히, 이차 전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀들이 구비된 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈이 수납되는 케이스; 및
    상기 배터리 모듈에 연결되는 버스바유닛을 포함하며,
    상기 버스바유닛은 전기적 연결 뿐만 아니라 방열도 가능하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바유닛은,
    대상물을 구동시키기 위해 상기 대상물과 상기 배터리 모듈을 연결시키는 제1 버스바부재;
    상기 배터리 모듈을 충전시키기 위한 충전부재와 상기 배터리 모듈을 연결시키는 제2 버스바부재; 및
    상기 제1 버스바부재와 상기 제2 버스바부재를 연결하며, 전기적으로 절연되고 열이 전달되도록 마련된 절연방열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바유닛에 결합되는 릴레이부재; 및
    상기 버스바유닛을 상기 릴레이부재에 체결하는 체결부재를 더 포함하며,
    상기 릴레이부재의 상측에 상기 제1 버스바부재 및 상기 제2 버스바부재가 배치되고,
    상기 제1 버스바부재 및 상기 제2 버스바부재의 상측에 상기 절연방열부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 릴레이부재는 상기 제1 버스바부재에 결합되는 제1 릴레이부재와, 상기 제2 버스바부재에 결합되는 제2 릴레이부재를 포함하고,
    상기 체결부재는 상기 제1 버스바부재에 결합되는 제1 체결부재와, 상기 제2 버스바부재에 결합되는 제2 체결부재를 포함하며,
    상기 제1 버스바부재와 상기 제1 릴레이부재가 상기 제1 체결부재에 의해 상기 절연방열부재의 제1 단부에 체결되고,
    상기 제2 버스바부재와 상기 제2 릴레이부재가 상기 제2 체결부재에 의해 상기 절연방열부재의 제2 단부에 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연방열부재는 H 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 절연방열부재는 세라믹 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 체결부재는 볼트로 마련되고,
    상기 볼트와 상기 절연방열부재 사이에 고무링이 개재되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 체결부재는 볼트로 마련되고,
    상기 볼트가 삽입될 수 있는 부싱부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부싱부재는,
    상기 볼트가 삽입되는 중공이 형성된 본체; 및
    상기 본체로부터 상기 볼트측을 향해 돌출되어 상기 볼트에 접촉되는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 본체에는 상기 돌출부들 사이에 관통공 형상의 복수의 절개부들이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 부싱부재와 상기 볼트 사이에 완충공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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