WO2024117695A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2024117695A1
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허남훈
신주환
전종필
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery pack, and more specifically, to a battery pack with a structure that allows cell stacks or battery modules to be installed in close contact with a partition wall without interference from weld beads and to regulate their mounting positions.
  • the present invention provides a battery pack suitable for a cell-to-pack (CTP) structure in which the cell stack is directly installed in the battery pack.
  • CTP cell-to-pack
  • battery packs were manufactured with a structure in which a plurality of battery modules containing a plurality of cell stacks were accommodated in a module housing in a pack case.
  • thermal resin is applied twice between the cell stack and the module housing, and between the module housing and the pack case, which increases manufacturing costs and reduces cooling performance.
  • module parts for constructing the battery module and additional parts required for mounting the pack case were required, increasing component costs.
  • the module housing cannot be installed closely to the partition wall due to the weld bead generated on the partition wall, which reduces the space utilization of the pack case and reduces the energy density of the battery pack. did.
  • the structure of the battery pack can be simplified, space utilization and energy density can be improved by eliminating the interference of weld beads, the position of the cell stack can be regulated even in a cell-to-pack structure without a module housing, and multiple There is a need to develop technology that can effectively install cell stacks in pack cases.
  • the present invention can easily perform the welding operation of joining a cross beam to a base plate, can apply uniform surface pressure to a plurality of cell stacks, and has a loading jig that handles a plurality of cell stacks as one body to form a cross beam.
  • One purpose is to provide a pack case that can perform work stably without interference.
  • Another purpose of the present invention is to provide a pack case that can solve the problem of cell stack interference by weld beads that inevitably occurs when welding a cross beam to a base plate.
  • Another object of the present invention is to provide a pack case with a simplified configuration, for example, a pack case capable of regulating the position of the cell stack even in a cell-to-pack structure without a separate module housing.
  • the present invention relates to a pack case, and in one example, it includes a base plate, a side plate that is coupled along the circumference of the base plate to form an accommodation space therein, and the accommodation space inside the base plate is horizontally divided. It includes a lower cross beam coupled to the base plate, and an upper cross beam coupled to the lower cross beam, wherein the lower cross beam and the upper cross beam are each provided with a binding groove that regulates the installation position of the cell stack. do.
  • the upper cross beam is coupled upward to the lower cross beam to form one cross beam.
  • the lower cross beam has a first uneven structure in which concave portions and protrusions are repeated with respect to the coupling direction of the upper cross beam, and the upper cross beam has a shape complementary to the first uneven structure.
  • a second uneven structure may be provided.
  • the lower cross beam may be coupled to the base plate by welding, and the upper cross beam may be coupled to the lower cross beam with bolts.
  • the lower cross beam and the upper cross beam may be made of different materials, and the upper cross beam may be made of a lighter material than the lower cross beam.
  • the lower cross beam may have at least one concave welding groove on the boundary with the base plate.
  • the welding grooves may be provided on both sides of the lower cross beam.
  • Each welding groove provided on both sides of the lower cross beam may be distributed so that at least a portion of the welding grooves do not overlap in the direction in which they face each other.
  • the lower cross beam is welded to the base plate through the weld groove, and the weld bead formed in the weld groove may not protrude outside the lower cross beam.
  • the binding groove may be formed in the form of an open groove with the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam as an opening.
  • the binding groove may be formed in the form of a hole separated from each other bordering the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam, and may also be formed in the form of a hole that is separated from the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam. It may include a guide groove connected from the surface to the hole.
  • the present invention can provide a battery pack including a pack case having the above configuration, and a plurality of cell stacks mounted in divided accommodating spaces of the pack case.
  • the plurality of cell stacks includes a bus bar frame assembly coupled to the battery cell stack at both ends where leads protrude, and the bus bar frame assembly is fastened to each binding groove of the lower cross beam and the upper cross beam. It may be provided with a protrusion structure.
  • the binding groove is formed in the form of an open groove with the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam as an opening, and correspondingly, the protrusion structure has the open grooves of the lower and upper cross beams. It can be provided as a pin structure corresponding to a connected form.
  • the binding groove is formed in the form of a hole separated from each other bordering the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam, and correspondingly, the protrusion structure is formed in the hole of the lower cross beam and the upper cross beam. It may be provided as a snap-fit joint including a cantilever lug to be fastened.
  • the binding groove includes a guide groove connected from the coupling surface of the lower cross beam and the upper cross beam to the hole, and the protrusion structure allows the cantilever lug to slide on the guide groove surface and be fastened to the hole.
  • the protrusion structure may be disposed on both sides of the bus bar frame assembly facing each binding groove of the lower cross beam and the upper cross beam.
  • bus bar frame assembly may include an insulating cover coupled to the front surface.
  • thermal resin may be interposed on a contact surface between the plurality of cell stacks and the base plate.
  • the pack case of the present invention has a two-layer structure of a lower cross beam in which one cross beam is coupled to the base plate, and an upper cross beam in which one cross beam is coupled upward to the lower cross beam.
  • the cross beam has a two-layer combined structure, the accessibility of the welding tool tip is improved, making welding of the lower cross beam to the base plate easier, and by seating the multiple cell stacks in the pack case before assembling the upper cross beam.
  • the workability of the loading jig is improved.
  • the upper cross beam which does not involve welding work on the base plate, is made of a lightweight heterogeneous material, such as engineering plastic, which can contribute to reducing the weight of the battery pack.
  • the pack case of the present invention is provided with binding grooves that regulate the installation position of the cell stack on each of the lower and upper cross beams, and thus has a simplified pack case structure, such as a cell-to-pack structure without a separate module housing. It is also possible to regulate the position of the cell stack, which improves the productivity and safety of the battery pack.
  • the lower cross beam is provided with a first concavo-convex structure, so that the gripper of the loading jig can firmly grasp and enter the cell stack without causing interference with the lower cross beam, Additionally, the cell stack can be placed stably on the base plate without impact.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pack case according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view showing the upper cross beam separated from the pack case of Figure 1.
  • Figure 3 is a diagram showing the combined structure of the lower and upper cross beams.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line "A-A" in Figure 3.
  • Figure 5 is a perspective view showing the welded structure of the lower cross beam to the base plate.
  • Figure 6 is a plan view showing welding points of the lower cross beam to the base plate.
  • Figure 7 is a view showing one embodiment of a cross beam provided with a binding groove.
  • Figure 8 is a view showing another embodiment of a cross beam having a binding groove.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration in which a plurality of cell stacks are mounted on a pack case including the cross beam of FIG. 7.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing the structure in which the protrusion structure of the bus bar frame assembly is coupled to the binding groove of FIG. 7.
  • FIG. 11 is an enlarged view showing the structure in which the protrusion structure of the bus bar frame assembly is coupled to the binding groove of FIG. 8.
  • FIG. 12 is a perspective view of a battery pack according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line “B-B” in FIG. 12.
  • Figure 14 is a perspective view showing an embodiment in which the gripper of a loading jig holding a plurality of cell stacks enters the lower cross beam.
  • Figure 15 is a cross-sectional view showing the loading jig of Figure 14 entering the lower cross beam.
  • Figure 16 is a cross-sectional view showing the process of removing a loading jig after seating a plurality of cell stacks.
  • Figure 17 is a cross-sectional view showing a state in which the upper cross beam is fastened after the loading jig is removed.
  • the present invention relates to a pack case, and in one example, it includes a base plate, a side plate that is coupled along the circumference of the base plate to form an accommodation space therein, and the accommodation space inside the base plate is horizontally divided. It includes a lower cross beam coupled to the base plate, and an upper cross beam coupled to the lower cross beam, wherein the lower cross beam and the upper cross beam are each provided with a binding groove that regulates the installation position of the cell stack. do.
  • the upper cross beam is coupled upward to the lower cross beam to form one cross beam.
  • the pack case of the present invention has a two-layer structure of a lower cross beam in which one cross beam is coupled to the base plate, and an upper cross beam in which one cross beam is coupled upward to the lower cross beam.
  • the cross beam has a two-layer combined structure, the accessibility of the welding tool tip is improved, making welding of the lower cross beam to the base plate easier, and by seating the multiple cell stacks in the pack case before assembling the upper cross beam.
  • the workability of the loading jig is improved.
  • the upper cross beam which does not involve welding work on the base plate, is made of a lightweight heterogeneous material, such as engineering plastic, which can contribute to reducing the weight of the battery pack.
  • the pack case of the present invention is provided with binding grooves on each of the lower and upper cross beams to regulate the installation position of the cell stack, which allows the position of the cell stack to be regulated even in a cell-to-pack structure without a separate module housing. This improves the productivity and safety of the battery pack.
  • Figure 1 is a perspective view of the pack case 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a state in which the upper cross beam 136 is separated from the pack case 100 of Figure 1. 1 and 2, the overall configuration of the pack case 100 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the present invention relates to a pack case 100 that equally divides and accommodates a plurality of cell stacks 210.
  • the cell stack 210 is a completed battery cell capable of charging and discharging as a secondary battery, and is used in this specification in a comprehensive sense regardless of external distinction such as a pouch-type battery or a square-shaped battery.
  • the plurality of cell stacks 210 constitute a battery module stored in one housing and be mounted on the pack case 100, but in particular, the pack case 100 of the present invention is used as a module housing, etc.
  • a plurality of cell stacks 210 are shown in the drawing as a simple collection of pouch-type batteries.
  • the illustrated pack case 100 includes a base plate 110 and a side plate 120 that is coupled along the circumference of the base plate 110 to form a receiving space therein. And, as a partition member dividing the receiving space inside the base plate 110, it is provided with a cross beam 130 that is coupled to the base plate 110 in the transverse direction, based on the drawing.
  • the cross beam 130 of the pack case 100 has a length corresponding to the transverse width of the base plate 110, and thus both ends of the cross beam 130 contact the side plate 120. It is adjacent to the inside.
  • the cross beam 130 includes a lower cross beam 132 directly coupled to the base plate 110 to laterally divide the receiving space inside the base plate 110, and a lower cross beam 132. It consists of two upper cross beams 136 coupled to.
  • the upper cross beam 136 is coupled upward with respect to the lower cross beam 132, that is, the upper cross beam 136 is aligned and overlapped above the lower cross beam 132, thereby forming one cross beam 130.
  • It consists of a two-layer structure that forms.
  • the pack case 100 of the present invention has many advantages. For example, since only the lower cross beam 132 needs to be joined to the base plate 110, the accessibility of the welding tool tip is improved as the height of the cross beam 130 is lowered, making welding work on the lower cross beam 132 possible. It becomes easier. In addition, since the plurality of cell stacks 210 can be mounted in the pack case 100 before assembling the upper cross beam 136, the problem of interference with the cross beam 130 is reduced. The workability of the loading jig 300, which handles 210 at once, is improved.
  • the upper cross beam 136 which does not involve welding work on the base plate 110, can be made of a lightweight dissimilar material, for example, the lower cross beam 132 can be welded.
  • the upper cross beam 136 can be made of a metal material such as stainless steel, and the upper cross beam 136 can be made of a lighter engineering plastic, thereby contributing to reducing the weight of the battery pack 200.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of the combined structure of the lower and upper cross beams 132 and 136
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line “A-A” of FIG. 3.
  • the lower cross beam 132 has a first uneven structure 133 in which concave portions 133-1 and protrusions 133-2 are repeated in the upward coupling direction of the upper cross beam 136. is provided, and correspondingly, the upper cross beam 136 is provided with a second uneven structure 137 that is complementary to the first uneven structure 133.
  • the fact that the first uneven structure 133 and the second uneven structure 137 have a complementary shape means that the concave portion 133-1 of the first uneven structure 133 and the second uneven structure 137 This means that the protrusion 137-2, the protrusion 133-2 of the first uneven structure 133, and the concave part 137-1 of the second uneven structure 137 form a type of meshing structure facing each other. It is done.
  • the complementary uneven structures 133 and 137 the coupling position of the upper cross beam 136 with respect to the lower cross beam 132 is set at one, so that the lower and upper cross beams 132 and 136 are accurately aligned.
  • the first concavo-convex structure 133 of the lower cross beam 132 is advantageously used to avoid interference with the loading jig 300.
  • the lower cross beam 132 may be coupled to the base plate 110 by welding, and the upper cross beam 136 may be coupled to the lower cross beam 132 with bolts 138, such as
  • the separated two-layer bonding structure makes it possible to make the upper cross beam 136 from a lightweight, different material. Referring to FIG. 3, considering the effective screwing depth of the bolt 138, it is advantageous to have a short access path from the upper cross beam 136 to the lower cross beam 132, so that the second uneven structure 137 The bolt 138 is fastened in an area where the concave portion 137-1 is coupled to the convex portion of the first uneven structure 133.
  • the lower and upper cross beams 132 and 136 basically have a hollow structure and are provided with a rib structure connecting both side walls to reinforce rigidity. Lightweight can be achieved through the hollow structure of the lower and upper cross beams 132 and 136, and heat generated from any cell stack 210 in the pack case 100 is transmitted between the cross beams 130 in the form of conduction. It is also advantageous to delay heat propagation due to thermal runaway by suppressing movement to other cell stacks 210 placed there.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the welded structure of the lower cross beam 132 to the base plate 110
  • FIG. 6 is a plan view showing welding points of the lower cross beam 132 to the base plate 110.
  • the cross beam 130 is an important member that reinforces the lateral rigidity of the pack case 100, and is connected to the base plate 110 by welding or bolting. Welding is widely used considering fastening strength, productivity, weight reduction, etc. In this case, the weld bead 135 formed on the welded surface of the cross beam 130 and the base plate 110 improves the safety and capacity of the battery pack 200. causes problems.
  • a plurality of cell stacks 210 are mounted inside the cross beam 130.
  • the cell stacks 210 interfere with the weld bead 135 and cause vibration or
  • the cell stack 210 that interferes with the weld bead 135 is easily damaged or broken, which may cause serious safety problems such as fire.
  • a design that avoids interference from the weld bead 135 reduces the energy density of the battery pack 200 by creating dead space.
  • the lower cross beam 132 has at least one concave welding groove 134 on the boundary with the base plate 110.
  • the lower cross beam 132 is welded to the base plate 110 through the weld groove 134, and thus a weld bead 135 is formed in the concave space within the weld groove 134, and is formed within the weld groove 134.
  • the formed weld bead 135 does not protrude outside the lower cross beam 132. As a result, it is possible to prevent the interference of the cell stack 210 by the weld bead 135 and/or the occurrence of dead space due to avoidance design.
  • the size of the welding groove 134 can be designed in consideration of the size of the welding tool tip and the size of the welding bead 135 according to the welding method.
  • the tip size is small and the size of the weld bead 135 is about 2 to 3 mm, so the size of the weld groove 134 can be made correspondingly to a height and depth of several millimeters. there is.
  • welding grooves 134 may be provided on both sides of the lower cross beam 132.
  • each welding groove 134 provided on both sides of the lower cross beam 132 can be arranged to stagger each other so that at least some portions do not overlap along the direction facing each other. there is. Since the welding grooves 134 are evenly distributed on both sides of the lower cross beam 132, stable welding strength can be secured while reducing the risk of deformation due to welding heat.
  • FIGS. 7 and 8 show a pack case 100 according to a third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment of FIGS. 7 and 8 is characterized in that the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136 are each provided with a binding groove 140 that regulates the installation position of the cell stack 210. do.
  • the cells are stacked using the binding groove 140 of the cross beam 130.
  • the location of ritual installation can be tightly regulated.
  • the plurality of cell stacks 210, whose positions are regulated, are installed at precise positions and do not easily shake even during use of the battery pack 200, thereby improving the stability of the battery pack 200.
  • Figure 7 shows an embodiment of the binding groove 140, in which the binding groove 140 is formed in the form of an open groove 142 with the coupling surface of the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136 as an opening. do.
  • the binding groove 140 in FIG. 7 is formed in the form of a long groove in the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136, and one side of each long groove, that is, the lower and upper cross beams 132 , 136), the joining surface forms an open inlet.
  • Figure 8 shows another embodiment of the binding groove 140, in which the binding groove 140 is in the form of holes 144 separated from each other with a boundary between the coupling surfaces of the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136. is formed That is, unlike the embodiment of FIG. 7, even if the lower and upper cross beams 132 and 136 are combined, the pair of binding grooves 140 are not connected to each other.
  • the shape of the hole 144 is shown as a semicircular hole in FIG. 8, but is not limited thereto, and various other shapes not shown in the drawing, such as circular holes or square holes, are also applicable.
  • the coupling groove 140 of the separated structure of FIG. 8 may include a guide groove 145 connected from the coupling surface of the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136 to the hole 144.
  • the guide groove 145 is intended to facilitate the sliding of the protrusion structure 214 fastened to the binding groove 140, which will be described further below.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams for explaining a configuration in which the installation positions of the plurality of cell stacks 210 are regulated by the binding groove 140 of FIG. 7 .
  • FIG. 9 shows a configuration in which a plurality of cell stacks 210 are mounted on the pack case 100 of the third embodiment.
  • the illustrated cell stack 210 includes a bus bar frame assembly 212 coupled to the battery cell stack 210 at both ends where the leads protrude (both ends in the transverse direction, based on the drawing), and the bus bar frame assembly (212) is provided with a protrusion structure 214 that is fastened to each binding groove 140 of the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136.
  • the protrusion structure 214 provided on the bus bar frame assembly 212 is the open groove 142 of the lower and upper cross beams 132 and 136. It forms a pin structure 215 corresponding to this one connected form.
  • FIG. 10 shows a structure in which the bus bar frame assembly 212 coupled to the plurality of cell stacks 210 is coupled to the binding groove 140 of FIG. 7.
  • the plurality of cell stacks 210 are not shown in FIG. 10, and the adjacent cell stacks 210 on both sides sharing one cross beam 130 are bonded in the same manner. Its position is regulated by the groove 140.
  • the cross beam 130 has only the lower cross beam 132 installed in the pack case 100, and the open groove (140) is the binding groove 140 of the lower cross beam 132.
  • the opening of 142) is open upward. Accordingly, when the plurality of cell stacks 210 are inserted between the lower cross beams 132 from top to bottom, about half of the pin structure 215 of the bus bar frame assembly 212 is inserted into the open groove 142 and , As fastening between the pin structure 215 and the open groove 142 occurs at both ends of the multi-cell stack 210, the installation positions of the multi-cell stack 210 are aligned.
  • FIG. 11 shows a structure in which the bus bar frame assembly 212 is coupled to the coupling groove 140 of FIG. 8.
  • the embodiment of FIG. 8 is also the same in that the position of the multi-cell stack 210 is regulated by the combination of the lower and upper cross beams 132 and 136, except that the protrusion structure for the binding groove 140 There is a difference in the fastening method of (214).
  • a binding groove 140 is formed in the form of a hole 144 separated from each other bordering the coupling surface of the lower cross beam 132 and the upper cross beam 136, and correspondingly, the bus bar
  • the protruding structure 214 of the frame assembly 212 has a snap-fit joint 216 including a cantilever lug 217 that is fastened to the hole 144 of the lower and upper cross beams 132 and 136. Consists of.
  • the binding groove 140 is formed in the form of an independent hole 144 without a cutout
  • the cantilever lug 217 of the protrusion structure 214 composed of the snap-fit joint 216 is elastically bent to form a protrusion at the end of the cantilever. may enter the hole 144 and be bound.
  • the engagement groove 140 has a guide groove 145 in the lower and upper cross beams 132 and 136, respectively, connected from the engagement surface to the hole 144. ) may be provided, and accordingly, the cantilever lug 217 of the snap-fit joint 216 can be smoothly fastened to the hole 144 by sliding on the surface of the guide groove 145.
  • the protrusion structure 214 of the plurality of cell stacks 210 is formed on the lower and upper cross beams 132 and 136. It may be desirable to place them on both sides of the bus bar frame assembly 212 facing each binding groove 140.
  • the bus bar frame assembly 212 may include an insulating cover 218 coupled to the front surface. The insulating cover 218 is a cover member for electrically and physically protecting the front side of the bus bar frame assembly 212 facing the side plate 120 or another cell stack 210.
  • the insulating cover 218 can also be configured to be easily attached to and removed from the bus bar frame assembly 212 by a snap-fit structure, and the insulating cover 218 has a protrusion structure 214 disposed on the side of the bus bar frame assembly 212. ) is designed not to block or obscure (see Figure 9).
  • FIG 12 is a perspective view of the battery pack 200 according to one embodiment of the present invention.
  • a plurality of cell stacks 210 are mounted in each of the plurality of accommodation spaces divided by the cross beam 130, thereby forming a battery pack 200.
  • the illustrated embodiment is a battery pack 200 of a cell-to-pack structure in which a plurality of cell stacks 210 are gathered between bus bar frame assemblies 212 for electrical connection without a separate module housing, and the internal structure is The lead that closes the upper surface is omitted for the purpose of showing.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line “B-B” of FIG. 12, and an insulating sheet or compression pad 220 is interposed between the lower and upper cross beams 132 and 136 and the contact surface of the cell stack 210.
  • the insulating sheet and compression pad are referred to by distinguishing between a thin member as an insulating sheet and a relatively elastic thick member as a compression pad, and both have electrical insulation and layer resistance and abrasion resistance for the cell stack 210.
  • FIGS. 14 to 17 show a series of processes for manufacturing the battery pack 200 using the pack case 100 of the present invention described above through the first to third embodiments.
  • the manufacturing method of the battery pack 200 includes the pack case 100 of the present invention, that is, the base plate 110, and a side plate ( 120), and a lower cross beam 132 coupled to the base plate 110 to partition the receiving space inside the base plate 110.
  • the second step is a step of seating a plurality of cell stacks 210 in the receiving space divided by the lower cross beam 132, and in particular, handling a plurality of cell stacks 210 at once for productivity.
  • a loading jig 300 can be used.
  • Figure 14 is a perspective view showing an embodiment in which the gripper 310 of the loading jig 300 holding the plurality of cell stacks 210 enters the lower cross beam 132
  • Figure 15 is a loading diagram of Figure 14 This is a cross-sectional view showing the jig 300 entering the lower cross beam 132.
  • the pack case 100 prepared in the first step has a concave portion 133-1 and a lower cross beam 132 with respect to the coupling direction of the upper cross beam 136. It is preferable that the protrusion 133-2 has a repeated first uneven structure 133.
  • the loading jig 300 is provided with a gripper 310 that grips the plurality of cell stacks 210 as one body.
  • the gripper 310 of the loading jig 300 is provided as a pair to grip both sides of the cell stack 210 parallel to the lower cross beam 132, and also grips the other side of the cell stack 210.
  • a gripper 310 for gripping may be additionally provided.
  • the gripper 310 that grips both sides of the cell stack 210 facing the lower cross beam 132 is formed in the concave portion 133- 1) It may include a plurality of feet corresponding to the location (or location and number). Accordingly, the gripper 310 of the loading jig 300 enters the concave portion 133-1 of the first uneven structure 133 and seats the plurality of cell stacks 210 held on the base plate 110. I order it.
  • the depth of the concave portion 133-1 of the first uneven structure 133 is deeper than half of the total height of the cell stack 210. Accordingly, the gripper 310 of the loading jig 300 can secure a grip area of at least half the total height of the cell stack 210. In other words, since the lower cross beam 132 is provided with the first concavo-convex structure 133, the gripper 310 of the loading jig 300 can firmly hold the cell stack without causing interference with the lower cross beam 132. It is possible to enter by holding 210, and also the cell stack 210 can be stably placed on the base plate 110 without impact.
  • the cross beam 130 of the pack case 100 is provided with the binding groove 140 described in the third embodiment, and the plurality of cell stacks 210 have a protrusion structure 214 fastened to the binding groove 140. ), the installation position of the plurality of cell stacks 210 mounted on the pack case 100 by the loading jig is accurately controlled.
  • reference numeral 230 refers to thermal resin, which serves to improve the heat dissipation performance of the battery pack 200 by promoting conductive heat transfer between the base plate 110 and the cell stack 210.
  • thermal resin 230 in the cell-to-pack structure battery pack 200, when the lower surface of the cell stack 210 is open, the thermal resin 230 is connected to the base plate 110 and the cell stack 210 without an intermediate structure such as a module housing. More smooth heat dissipation is possible by directly mediating the conduction heat transfer between the two devices.
  • the thermal resin 230 is evenly applied to the base plate 110 with an appropriate thickness before mounting the cell stack 210 in the pack case 100.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the process of removing the loading jig 300 after seating the plurality of cell stacks 210. Since the thickness of the gripper 310 is thinner than the thickness of the lower cross beam 132, the base plate ( 110), the gripper 310 may retreat, release the grip state, and then leave upward of the lower cross beam 132.
  • the lower cross beam on which the plurality of cell stacks 210 are seated is installed.
  • sufficient surface pressure can be formed for the entire height of the cell stack 210.
  • the swelling phenomenon that occurs while the cell stack 210 is charging and discharging can be effectively suppressed.
  • the above-described insulating sheet or compression pad 220 may be attached to the grip surface of the plural cell stack 210 held by the loading jig 300, and this insulating sheet or compression pad 220 also swells. It can help suppress the ring phenomenon.
  • the above-described second and third steps that is, the second step of seating the plurality of cell stacks 210 in the receiving space partitioned by the lower cross beam 132, and the plurality of cell stacks 210
  • the third step of coupling the upper cross beam 136 to the seated lower cross beam 132 is repeated, and the fourth step of mounting the plurality of cell stacks 210 in all the accommodation spaces is performed, thereby performing the present invention.
  • the battery pack 200 with the cell stack 210 mounted on the pack case 100 is completed.
  • pack case 110 base plate
  • Protrusion structure 215 Pin structure
  • Insulating cover 220 Insulating sheet or compression pad

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Abstract

팩 케이스는, 하나의 예에서, 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 안쪽의 수용공간을 횡으로 구획하도록 상기 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔, 및 상기 하부 크로스 빔에 결합하는 상부 크로스 빔을 포함하고, 여기서 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔에는 각각 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비된다.

Description

배터리 팩
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 셀 적층체나 배터리 모듈을 용접 비드의 간섭 없이 격벽에 밀착 설치함과 함께 그 탑재 위치를 규제할 수 있는 구조의 배터리 팩에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 셀 적층체를 직접 배터리 팩에 설치하는 셀투팩(CTP, Cell to Pack) 구조에 적합한 배터리 팩을 제공한다.
본 출원은 2022. 12. 02일자 대한민국 특허출원 제10-2022-0167142호, 및 2023. 03. 17일자 대한민국 특허출원 제10-2023-0035421호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
종래에는 복수의 셀 적층체를 모듈 하우징에 수용한 배터리 모듈 복수 개를 팩 케이스에 수용하는 구조로서 배터리 팩을 제조하였다.
그러나, 이러한 종래의 배터리 팩은 써멀레진(Thermal Resin)이 셀 적층체와 모듈 하우징 사이, 그리고 모듈 하우징과 팩 케이스 사이에 2차례나 도포됨으로써 제조비용이 상승하는 반면 냉각성능은 저하되었다. 그리고, 배터리 모듈을 구성하기 위한 모듈 부품 및 팩 케이스 장착에 요구되는 추가적인 부품이 필요하여 부품비용이 증가하였다. 또한, 배터리 모듈을 구획하는 격벽을 팩 케이스에 용접함에 있어서, 격벽에 발생한 용접 비드로 인해 모듈 하우징을 격벽에 밀착 설치할 수 없게 되고, 이 때문에 팩 케이스의 공간 활용률이 떨어지고 배터리 팩의 에너지 밀도가 감소하였다.
셀투팩 구조의 배터리 팩을 구현하기 위해 모듈 하우징을 제거하고 셀 적층체를 직접 팩 케이스에 장착하는 간소화된 구조에 있어서도, 격벽의 용접 비드에 의해 셀 적층체가 간섭되는 문제는 여전히 남게 된다. 아울러 셀 적층체를 직접 팩 케이스에 장착함에도, 설치 당시는 물론 배터리 팩의 장기간 사용시에도 셀 적층체의 초기 설치 위치가 흐트러지지 않도록 규제할 필요가 있는데, 모듈 하우징이 제거된 간소화된 셀투팩 구조에서는 셀 적층체의 위치 규제에 곤란한 점이 있다.
또한, 모듈 하우징 없이 셀 적층체를 격벽 사이에 설치할 경우, 복수의 셀 적층체를 한 번에 잡아서 격벽 안으로 넣어주는 로딩지그를 사용하는 것이 생산성 측면에서 매우 유리한데, 고중량의 셀 적층체 집단을 안정적으로 이송하기 위해 셀 적층체 깊숙히 파지한 로딩지그와 격벽 사이의 간섭으로 인해 다수의 셀 적층체를 팩 케이스에 한 번에 설치하기가 어려웠다.
따라서, 배터리 팩의 구조를 간소화할 수 있고, 용접 비드의 간섭을 배제하여 공간 활용률과 에너지 밀도를 향상할 수 있으며, 모듈 하우징이 없는 셀투팩 구조에서도 셀 적층체의 위치 규제가 가능하고, 다수의 셀 적층체를 효과적으로 팩 케이스에 설치할 수 있는 기술의 개발이 요망된다.
본 발명은 크로스 빔을 베이스 플레이트에 결합하는 용접 작업을 용이하게 수행할 수 있고, 복수의 셀 적층체에 균일한 면압을 가할 수 있으며, 다수의 셀 적층체를 일체로 취급하는 로딩지그가 크로스 빔의 간섭 없이 안정적으로 작업을 수행할 수 있는 팩 케이스를 제공하는데 하나의 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 크로스 빔을 베이스 플레이트에 용접할 때 불가피하게 발생하는 용접 비드에 의하여 셀 적층체가 간섭되는 문제를 해결할 수 있는 팩 케이스를 제공하는데 또 하나의 목적이 있다.
또한, 본 발명은 구성이 간소화된 팩 케이스, 예를 들어 별도의 모듈 하우징이 없는 셀투팩 구조에서도 셀 적층체의 위치 규제가 가능한 팩 케이스를 제공하는데 또 다른 하나의 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 팩 케이스에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 안쪽의 수용공간을 횡으로 구획하도록 상기 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔, 및 상기 하부 크로스 빔에 결합하는 상부 크로스 빔을 포함하고, 여기서 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔에는 각각 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비된다.
본 발명의 팩 케이스는, 상기 하부 크로스 빔에 대해 상기 상부 크로스 빔이 상방 결합하여 하나의 크로스 빔을 형성한다.
일 실시형태에서, 상기 하부 크로스 빔은, 상기 상부 크로스 빔의 결합 방향에 대해 오목부와 돌출부가 반복된 제1 요철구조를 구비하고, 상기 상부 크로스 빔은 상기 제1 요철구조에 상보하는 형태의 제2 요철구조를 구비할 수 있다.
상기 하부 크로스 빔은 상기 베이스 플레이트에 대해 용접으로 결합하고, 상기 상부 크로스 빔은 상기 하부 크로스 빔에 대해 볼트로 결합할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔은 서로 이종재질로 이루어지고, 상기 상부 크로스 빔은 상기 하부 크로스 빔보다 경량 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 하부 크로스 빔은, 상기 베이스 플레이트와의 경계 상에 적어도 하나 이상의 오목한 용접홈을 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 용접홈은, 상기 하부 크로스 빔의 양측으로 구비될 수 있다.
상기 하부 크로스 빔의 양측으로 구비되는 각 용접홈은, 서로 대면하는 방향을 따라 적어도 일부분이 중첩되지 않도록 분산 배치될 수 있다.
그리고, 상기 하부 크로스 빔은 상기 용접홈을 통해 상기 베이스 플레이트에 대해 용접되고, 상기 용접홈 안에 형성된 용접 비드는 상기 하부 크로스 빔 외부로 돌출되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 결속 홈은, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 개구부로 하는 개방홈의 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 결속 홈은, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍의 형태로 형성될 수 있으며, 아울러 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면에서부터 상기 구멍까지 연결된 유도 그루브를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 구성을 구비한 팩 케이스, 및 상기 팩 케이스의 분할된 수용공간에 장착되는 복수의 셀 적층체를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.
상기 복수의 셀 적층체는, 리드가 돌출된 양단부에서 상기 전지셀 적층체와 결합하는 버스바 프레임 어셈블리를 포함하고, 상기 버스바 프레임 어셈블리는 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 각 결속 홈에 체결되는 돌기 구조를 구비할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 결속 홈은 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 개구부로 하는 개방홈의 형태로 형성되고, 이에 대응하여, 상기 돌기 구조는 상기 하부 및 상부 크로스 빔의 개방홈이 하나로 연결된 형태에 대응하는 핀 구조체로 마련될 수 있다.
다른 실시형태에서, 상기 결속 홈은 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍의 형태로 형성되고, 이에 대응하여, 상기 돌기 구조는 상기 하부 및 상부 크로스 빔의 구멍에 체결되는 캔틸레버 러그를 포함하는 스냅-핏 조인트로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 결속 홈은 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면에서부터 상기 구멍까지 연결된 유도 그루브를 포함하고, 상기 돌기 구조는 상기 캔틸레버 러그가 상기 유도 그루브 표면을 활주하여 상기 구멍에 체결될 수 있다.
상기 돌기 구조는, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 각 결속 홈에 마주보는 상기 버스바 프레임 어셈블리의 양 측면에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 버스바 프레임 어셈블리는, 그 전면에 결합하는 절연 커버를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수의 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트의 접촉면에는 써멀 레진이 개재될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 팩 케이스는, 하나의 크로스 빔이 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔과, 하부 크로스 빔에 대해 상방 결합하는 상부 크로스 빔의 이층구조로 이루어져 있다. 크로스 빔이 이층 결합구조로 이루어짐으로써, 용접툴 팁의 접근성이 개선되어 베이스 플레이트에 대한 하부 크로스 빔의 용접 작업이 용이해지고, 상부 크로스 빔을 조립하기 전에 복수의 셀 적층체를 팩 케이스 안에 안착함으로써 로딩지그의 작업성이 향상된다.
그리고, 크로스 빔을 이층구조로 구성함으로써, 베이스 플레이트에 대한 용접작업이 수반되지 않는 상부 크로스 빔을 경량의 이종 재료, 예를 들어 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성함으로써, 배터리 팩의 경량화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 팩 케이스는 하부 및 상부 크로스 빔 각각에 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비되어 있으며, 이로써 구성이 간소화된 팩 케이스 구조, 예컨대 별도의 모듈 하우징이 없는 셀투팩 구조에서도 셀 적층체의 위치 규제가 가능해지고, 이를 통해 배터리 팩의 생산성과 안전성이 향상된다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따라 하부 크로스 빔이 제1 요철구조를 구비함으로써, 로딩지그의 그리퍼는 하부 크로스 빔에 간섭을 일으킴이 없이 견고하게 셀 적층체를 파지하여 진입할 수 있게 되고, 또한 셀 적층체를 충격 없이 안정적으로 베이스 플레이트 위에 올려놓을 수 있게 된다.
다만, 본 발명을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과는 상술한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 팩 케이스에 대한 사시도.
도 2는 도 1의 팩 케이스에서 상부 크로스 빔을 분리한 상태를 도시한 사시도.
도 3은 하부 및 상부 크로스 빔의 결합 구조를 도시한 도면.
도 4는 도 3의 "A-A" 선을 따라 절개한 단면도.
도 5는 베이스 플레이트에 대한 하부 크로스 빔의 용접 구조를 도시한 사시도.
도 6은 베이스 플레이트에 대한 하부 크로스 빔의 용접 지점을 도시한 평면도.
도 7은 결속 홈을 구비하는 크로스 빔의 일 실시형태를 도시한 도면.
도 8은 결속 홈을 구비하는 크로스 빔의 다른 실시형태를 도시한 도면.
도 9는 도 7의 크로스 빔을 포함하는 팩 케이스에 대해 복수의 셀 적층체가 탑재되는 구성을 도시한 도면.
도 10은 도 7의 결속 홈에 버스바 프레임 어셈블리의 돌기 구조가 결합하는 구조를 확대 도시한 도면.
도 11은 도 8의 결속 홈에 버스바 프레임 어셈블리의 돌기 구조가 결합하는 구조를 확대 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩에 대한 사시도.
도 13은 도 12의 "B-B" 선을 따라 절개한 단면도.
도 14는 복수의 셀 적층체를 파지한 로딩지그의 그리퍼가 하부 크로스 빔으로 진입하는 일 실시형태를 도시한 사시도.
도 15은 도 14의 로딩지그가 하부 크로스 빔으로 진입한 상태를 도시한 단면도.
도 16은 복수의 셀 적층체를 안착한 후의 로딩지그의 이탈 과정을 도시한 단면도.
도 17은 로딩지그의 이탈 후 상부 크로스 빔을 체결한 상태를 도시한 단면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 팩 케이스에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트와, 상기 베이스 플레이트 안쪽의 수용공간을 횡으로 구획하도록 상기 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔, 및 상기 하부 크로스 빔에 결합하는 상부 크로스 빔을 포함하고, 여기서 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔에는 각각 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비된다.
본 발명의 팩 케이스는, 상기 하부 크로스 빔에 대해 상기 상부 크로스 빔이 상방 결합하여 하나의 크로스 빔을 형성한다.
이와 같이, 본 발명의 팩 케이스는, 하나의 크로스 빔이 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔과, 하부 크로스 빔에 대해 상방 결합하는 상부 크로스 빔의 이층구조로 이루어져 있다. 크로스 빔이 이층 결합구조로 이루어짐으로써, 용접툴 팁의 접근성이 개선되어 베이스 플레이트에 대한 하부 크로스 빔의 용접 작업이 용이해지고, 상부 크로스 빔을 조립하기 전에 복수의 셀 적층체를 팩 케이스 안에 안착함으로써 로딩지그의 작업성이 향상된다.
그리고, 크로스 빔을 이층구조로 구성함으로써, 베이스 플레이트에 대한 용접작업이 수반되지 않는 상부 크로스 빔을 경량의 이종 재료, 예를 들어 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성함으로써, 배터리 팩의 경량화에 기여할 수 있다.
특히, 본 발명의 팩 케이스는 하부 및 상부 크로스 빔 각각에 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비되어 있으며, 이로써 별도의 모듈 하우징이 없는 셀투팩 구조에서도 셀 적층체의 위치 규제가 가능해지고, 이를 통해 배터리 팩의 생산성과 안전성을 향상시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 팩 케이스(100), 그리고 이를 포함하는 배터리 팩(200)에 대한 구체적인 실시형태를 상세히 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 사용되는 상대적인 위치를 지정하는 전후나 상하좌우의 방향은 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 특별한 정의가 없는 한 도면에 도시된 방향을 기준으로 삼는다.
[제1 실시형태]
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 팩 케이스(100)에 대한 사시도, 그리고 도 2는 도 1의 팩 케이스(100)에서 상부 크로스 빔(136)을 분리한 상태를 도시한 사시도로서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 팩 케이스(100)의 전체적인 구성에 대해 설명한다.
본 발명은 다수의 셀 적층체(210)를 균등하게 분할 수용하는 팩 케이스(100)에 관한 것이다. 셀 적층체(210)는 이차전지로서의 충방전이 가능한 하나의 완성된 전지 셀로서, 본 명세서에서는 파우치형 전지나 각형 전지 등의 외형적 구별에 상관 없는 포괄적인 의미로 사용된다. 또한, 복수의 셀 적층체(210)가 하나의 하우징에 수납된 배터리 모듈을 구성하여 팩 케이스(100)에 장착되는 것을 배제하는 것은 아니지만, 특히 본 발명의 팩 케이스(100)는 모듈 하우징 등의 각종 모듈 부품을 사용하지 않는 셀투팩 구조에 적합한 것임을 고려하여, 도면상에서 다수의 셀 적층체(210)가 파우치형 전지의 단순 집합으로 도시되어 있다.
도시된 팩 케이스(100)는 베이스 플레이트(110)와, 베이스 플레이트(110)의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트(120)를 포함하고 있다. 그리고, 베이스 플레이트(110) 안쪽의 수용공간을 구획하는 격벽부재로서, 도면을 기준으로, 횡 방향으로 베이스 플레이트(110)에 결합하는 크로스 빔(130)을 구비하고 있다. 도시된 실시형태에서, 팩 케이스(100)의 크로스 빔(130)은 베이스 플레이트(110)의 횡폭에 대응하는 길이를 가지고 있으며, 이에 따라 크로스 빔(130)의 양단은 사이드 플레이트(120)에 접촉 내지 인접한다.
도 2를 참조하면, 크로스 빔(130)은, 베이스 플레이트(110) 안쪽의 수용공간을 횡으로 구획하도록 베이스 플레이트(110)에 직접 결합하는 하부 크로스 빔(132)과, 하부 크로스 빔(132)에 결합하는 상부 크로스 빔(136)의 두 개로 구성되어 있다. 하부 크로스 빔(132)에 대해 상부 크로스 빔(136)이 상방 결합, 다시 말해 하부 크로스 빔(132) 위쪽에서 상부 크로스 빔(136)이 포개지도록 정렬된 상태에서 상호 결합함으로써 하나의 크로스 빔(130)을 형성하는 이층구조로 이루어져 있다.
이처럼 하나의 크로스 빔(130)을 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)으로 분할된 이층구조를 이룸에 따라, 본 발명의 팩 케이스(100)는 많은 이점을 가지게 된다. 예를 들어, 베이스 플레이트(110)에는 하부 크로스 빔(132)만 접합하면 되므로, 크로스 빔(130)의 높이가 낮아진만큼 용접툴 팁의 접근성이 개선되어 하부 크로스 빔(132)에 대한 용접 작업이 용이해진다. 그리고, 상부 크로스 빔(136)을 조립하기 전에 복수의 셀 적층체(210)를 팩 케이스(100) 안에 탑재할 수 있어 크로스 빔(130)에 대한 간섭의 문제가 줄어들므로, 복수의 셀 적층체(210)를 한 번에 취급하는 로딩지그(300)의 작업성이 향상된다.
또한, 크로스 빔(130)을 이층구조로 구성함으로써, 베이스 플레이트(110)에 대한 용접작업이 수반되지 않는 상부 크로스 빔(136)을 경량의 이종재질, 예를 들어 하부 크로스 빔(132)은 용접이 가능한 스테인리스스틸 등의 금속재질로 하면서 상부 크로스 빔(136)은 이보다 경량인 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성함으로써, 배터리 팩(200)의 경량화에 기여할 수 있다
도 3은 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 결합 구조에 대한 일 실시형태를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 "A-A" 선을 따라 절개한 단면도이다. 도시된 실시형태에 따르면, 하부 크로스 빔(132)은 상부 크로스 빔(136)의 상방 결합 방향에 대해 오목부(133-1)와 돌출부(133-2)가 반복된 제1 요철구조(133)를 구비하고, 이에 대응하여 상부 크로스 빔(136)은 제1 요철구조(133)에 상보하는 형태의 제2 요철구조(137)를 구비하고 있다.
여기서, 제1 요철구조(133)와 제2 요철구조(137)가 상보하는 형태를 가진다 함은, 제1 요철구조(133)의 오목부(133-1)와 제2 요철구조(137)의 돌출부(137-2), 그리고 제1 요철구조(133)의 돌출부(133-2)와 제2 요철구조(137)의 오목부(137-1)가 서로 마주보는 일종의 치합 구조를 이루고 있음을 의미하는 것이다. 상보하는 요철구조(133, 137)에 의해, 하부 크로스 빔(132)에 대한 상부 크로스 빔(136)의 결합 위치가 하나로 정해짐으로써 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 정렬이 정확이 이루어지고, 이로써 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 가조립 상태에서 볼트(138)로 체결을 완료하는 작업이 용이해진다. 또한, 후술할 바와 같이, 하부 크로스 빔(132)의 제1 요철구조(133)는 로딩지그(300)와의 간섭을 회피하는데도 유리하게 활용된다.
전술한 바와 같이, 하부 크로스 빔(132)은 베이스 플레이트(110)에 대해 용접으로 결합하고, 상부 크로스 빔(136)은 하부 크로스 빔(132)에 대해 볼트(138)로 결합할 수 있으며, 이러한 분리된 이층결합 구조에 의해, 상부 크로스 빔(136)을 경량의 이종재질로 만드는 것이 가능해진다. 도 3을 참조하면, 볼트(138)의 유효한 나사체결 깊이를 고려할 때, 상부 크로스 빔(136)에서 하부 크로스 빔(132)으로의 접근경로가 짧은 것이 유리하므로, 제2 요철구조(137)의 오목부(137-1)가 제1 요철구조(133)의 볼록부에 결속하는 영역에서 볼트(138) 체결이 이루어지도록 되어 있다.
그리고, 도 4를 보면, 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)은 기본적으로 중공 구조를 이루고 있으며, 강성보강을 위해 양 측벽을 연결하는 리브 구조를 구비하고 있다. 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 중공 구조를 통해 경량화를 이룰 수 있으며, 또한 팩 케이스(100) 내의 어느 셀 적층체(210)에서 발생한 열이 전도의 형태로서 크로스 빔(130)을 사이에 둔 다른 셀 적층체(210)로 이동하는 것을 억제함으로써 열 폭주로 인한 열전파를 지연시키는 데에도 유리하게 작용한다.
[제2 실시형태]
도 5는 베이스 플레이트(110)에 대한 하부 크로스 빔(132)의 용접 구조를 도시한 사시도이고, 도 6은 베이스 플레이트(110)에 대한 하부 크로스 빔(132)의 용접 지점을 도시한 평면도이다.
크로스 빔(130)은 팩 케이스(100)의 횡 방향 강성을 보강하는 중요한 부재로서, 베이스 플레이트(110)에 대해 용접이나 볼트 체결 등으로 결합한다. 체결 강도와 생산성, 경량화 등을 고려하여 용접이 많이 사용되는데, 이 경우 크로스 빔(130)과 베이스 플레이트(110)의 용접면에 형성되는 용접 비드(135)가 배터리 팩(200)의 안전과 용량에 문제를 일으킨다.
즉, 크로스 빔(130) 안쪽으로 복수의 셀 적층체(210)가 탑재되는데, 특히 모듈 하우징이 없거나 간소화된 셀투팩 구조에서는 셀 적층체(210)가 용접 비드(135)에 간섭 되고, 진동이나 충격 등이 장시간 작용하는 환경에서 용접 비드(135)에 간섭된 셀 적층체(210)는 손상, 파손되기 쉽고, 이는 화재와 같은 심각한 안전 문제를 야기할 수 있다. 또한, 용접 비드(135)의 간섭을 회피하는 설계는 데드 스페이스를 만듦으로써 배터리 팩(200)의 에너지 밀도를 떨어뜨리게 된다.
도 5 및 도 6의 하부 크로스 빔(132)의 용접 구조는 이러한 용접 비드(135)의 문제를 해결할 수 있다. 도면을 참조하면, 하부 크로스 빔(132)은 베이스 플레이트(110)와의 경계 상에 적어도 하나 이상의 오목한 용접홈(134)을 구비하고 있다. 하부 크로스 빔(132)은 용접홈(134)을 통해 베이스 플레이트(110)에 대해 용접되고, 이에 따라 용접홈(134) 안의 오목한 공간에 용접 비드(135)가 형성되며, 용접홈(134) 안에 형성된 용접 비드(135)는 하부 크로스 빔(132) 외부로 돌출되지 않는다. 이로써, 용접 비드(135)에 의한 셀 적층체(210)의 간섭 및/또는 회피설계에 의한 데드 스페이스의 발생을 방지할 수 있다.
용접홈(134)의 크기는 용접방식에 따른 용접툴 팁의 사이즈 및 용접 비드(135)의 크기를 고려하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 와이어 레이저 용접은 팁의 사이즈가 작고 용접 비드(135)의 크기도 2∼3㎜ 정도이므로, 용접홈(134)의 크기도 이에 대응하여 수 밀리미터 정도의 높이와 깊이로 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 용접홈(134)은 하부 크로스 빔(132)의 양측으로 구비될 수 있다. 이때, 도 6에 도시된 것과 같이, 하부 크로스 빔(132)의 양측으로 구비되는 각 용접홈(134)은, 서로 대면하는 방향을 따라 적어도 일부분이 중첩되지 않도록, 다시 말해 서로 엇갈리게 분산 배치될 수 있다. 용접홈(134)이 하부 크로스 빔(132)의 양측에 고르게 분산됨으로써 용접열에 의한 변형의 위험을 줄이면서 안정적인 용접 강도를 확보할 수 있다.
[제3 실시형태]
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 팩 케이스(100)에 대해 도시하고 있다. 도 7 및 도 8의 제3 실시형태는, 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)에 각각 셀 적층체(210)의 설치 위치를 규제하는 결속 홈(140)이 구비되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 복수의 셀 적층체(210)가 별도의 모듈 하우징이 없는 셀투팩 구조로서 팩 케이스(100)에 수납된 경우에, 크로스 빔(130)의 결속 홈(140)을 이용하여 셀 적층제의 설치 위치를 견고하게 규제할 수 있다. 위치가 규제된 복수의 셀 적층체(210)는 정확한 위치에 설치되고, 배터리 팩(200)의 사용 중에도 그 위치가 좀처럼 흔들리지 않음으로써 배터리 팩(200)의 안정성을 향상시킨다.
도 7은 결속 홈(140)에 대한 일 실시형태로서, 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)의 결합면을 개구부로 하는 개방홈(142)의 형태로서 결속 홈(140)이 형성된다. 다시 말해, 도 7에서의 결속 홈(140)은 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)에 반반씩 장홈의 형태로서 형성되어 있으며, 각 장홈의 일면, 즉 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 결합면은 개방된 입구를 형성한다.
도 8은 결속 홈(140)에 대한 다른 실시형태로서, 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍(144)의 형태로 결속 홈(140)이 형성된다. 즉, 도 7의 실시형태와는 다르게, 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)이 결합하더라도, 한 쌍의 결속 홈(140)은 하나로 이어지지 않는다. 구멍(144)의 형태는, 도 8에는 반원 구멍으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 도면에 도시되지 않은 다양한 다른 형태, 예를 들면 원형 구멍이나 사각 구멍 등도 적용 가능하다.
그리고, 도 8의 분리된 구조의 결속 홈(140)은, 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)의 결합면에서부터 구멍(144)까지 연결된 유도 그루브(145)를 포함할 수 있다. 유도 그루브(145)는 결속 홈(140)에 체결되는 돌기 구조(214)의 활주가 용이하게 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 이에 대해서는 아래에서 추가로 설명한다.
도 9 및 도 10은 도 7의 결속 홈(140)에 의해 복수의 셀 적층체(210)의 설치 위치가 규제된 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 제3 실시형태의 팩 케이스(100)에 대해 복수의 셀 적층체(210)가 탑재되는 구성을 도시하고 있다. 도시된 셀 적층체(210)는 리드가 돌출된 양단부(도면을 기준으로, 횡 방향 양단부)에서 전지셀 적층체(210)와 결합하는 버스바 프레임 어셈블리(212)를 포함하며, 버스바 프레임 어셈블리(212)는 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)의 각 결속 홈(140)에 체결되는 돌기 구조(214)를 구비하고 있다. 도 7의 결속 홈(140)에 대응하는 돌기 구조(214)로서, 버스바 프레임 어셈블리(212)에 구비되는 돌기 구조(214)는 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 개방홈(142)이 하나로 연결된 형태에 대응하는 핀 구조체(215)를 이루고 있다.
도 10은 도 7의 결속 홈(140)에 대해 복수의 셀 적층체(210)에 결합한 버스바 프레임 어셈블리(212)가 결합하는 구조를 보여주고 있다. 제3 실시형태의 명확한 이해를 위해, 도 10에서 복수의 셀 적층체(210)는 도시가 생략되어 있으며, 하나의 크로스 빔(130)을 공유하는 양편의 인접한 셀 적층체(210)는 동일한 결속 홈(140)에 의해 그 위치가 규제된다.
셀 적층체(210)의 탑재를 위해, 크로스 빔(130)은 하부 크로스 빔(132)만 팩 케이스(100)에 설치되어 있으며, 하부 크로스 빔(132)의 결속 홈(140)인 개방홈(142)의 개구부는 위로 열려 있다. 이에 따라, 복수 개 셀 적층체(210)를 위에서 아래로 하부 크로스 빔(132) 사이에 삽입하면, 버스바 프레임 어셈블리(212)의 핀 구조체(215) 절반 정도가 개방홈(142) 안에 끼워지고, 이러한 핀 구조체(215)와 개방홈(142) 사이의 체결이 복수 셀 적층체(210)의 양단부에서 일어남으로써, 복수 셀 적층체(210)의 설치 위치는 정렬된다.
또한, 하부 크로스 빔(132)에 대한 상부 크로스 빔(136)이 결합에 의해, 핀 구조체(215)의 나머지 부분이 상부 크로스 빔(136)의 개방홈(142)에 끼워지고, 이로써 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 결합에 의해 하나로 이어진 개방홈(142) 안에 버스바 프레임 어셈블리(212)의 핀 구조체(215) 전체가 구속된 형태가 완성된다. 따라서, 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 결합에 의해, 복수 셀 적층체(210)의 위치는 견고히 규제된다. 특히. 예시적으로 도시된 도 9의 팩 케이스(100)와 같이, 수용공간을 종으로 가로지르는 격벽부재가 없고, 이에 따라 종 방향으로 마주보는 셀 적층체(210) 사이의 위치관계를 제한할 수단이 없는 경우에도, 제3 실시형태의 팩 케이스(100)는 크로스 빔(130)의 결속 홈(140)과 셀 적층체(210)의 돌기 구조(214)에 의해 모든 셀 적층체(210)의 장착위치를 정확히 규제하는 것이 가능하다.
도 11은 도 8의 결속 홈(140)에 대해 버스바 프레임 어셈블리(212)가 결합하는 구조를 도시하고 있다. 기본적으로, 도 8의 실시형태 또한 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 결합에 의해, 복수 셀 적층체(210)의 위치가 규제되는 것은 동일하며, 다만 결속 홈(140)에 대한 돌기 구조(214)의 체결방식에 차이가 있다. 도 8과 같이, 하부 크로스 빔(132)과 상부 크로스 빔(136)의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍(144)의 형태로 결속 홈(140)이 형성되어 있고, 이에 대응하여, 버스바 프레임 어셈블리(212)의 돌기 구조(214)는 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 구멍(144)에 체결되는 캔틸레버 러그(217)(cantilever lug)를 포함하는 스냅-핏 조인트(216)로 구성되어 있다.
결속 홈(140)이 절개부가 없는 독립된 구멍(144)의 형태로 구성되어 있으나, 스냅-핏 조인트(216)로 구성된 돌기 구조(214)의 캔틸레버 러그(217)가 탄력적으로 휘어짐으로써 캔틸레버 말단의 돌출부가 구멍(144) 안으로 진입하여 결속될 수 있다. 캔틸레버 러그(217)가 손상 없이 정확하게 구멍(144)으로 진입할 수 있도록, 결속 홈(140)은 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)은 각각 결합면에서부터 구멍(144)까지 연결된 유도 그루브(145)를 구비할 수 있으며, 이에 따라 스냅-핏 조인트(216)의 캔틸레버 러그(217)는 유도 그루브(145) 표면을 활주하여 부드럽게 구멍(144)에 체결될 수 있다.
한편, 평행한 크로스 빔(130) 사이에 복수의 셀 적층체(210)가 탑재되는 설치배열상, 복수 셀 적층체(210)의 돌기 구조(214)는 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)의 각 결속 홈(140)과 마주보는 버스바 프레임 어셈블리(212)의 양 측면에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 그리고, 버스바 프레임 어셈블리(212)는, 그 전면에 결합하는 절연 커버(218)를 포함할 수 있다. 절연 커버(218)는 사이드 플레이트(120), 또는 다른 셀 적층체(210)와 마주보는 버스바 프레임 어셈블리(212)의 전면을 전기적, 물리적으로 보호하기 위한 커버 부재이다. 절연 커버(218)도 스냅-핏 구조에 의해 간편하게 버스바 프레임 어셈블리(212)에 착탈되도록 구성될 수 있으며, 절연 커버(218)는 버스바 프레임 어셈블리(212)의 측면에 배치된 돌기 구조(214)를 차단하거나 가리지 않도록 설계된다(도 9 참조).
[제4 실시형태]
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩(200)에 대한 사시도이다. 제1 내지 제3 실시형태에서 설명한 본 발명의 팩 케이스(100)에 대해, 크로스 빔(130)으로 분할된 복수의 수용공간에 각각 복수의 셀 적층체(210)가 장착됨으로써 배터리 팩(200)이 완성된다. 참고로, 도시된 실시형태는 별도의 모듈 하우징 없이 전기연결을 위한 버스바 프레임 어셈블리(212) 사이에 복수의 셀 적층체(210)가 집합된 셀투팩 구조의 배터리 팩(200)이며, 내부 구조의 도시를 위해 상면을 폐쇄하는 리드가 생략되어 있다.
도 13은 도 12의 "B-B" 선을 따라 절개한 단면도로서, 하부 및 상부 크로스 빔(132, 136)과, 셀 적층체(210)의 접촉면 사이에는 절연시트 또는 압축패드(220)가 개재되어 있다. 절연시트와 압축패드는 편의상 두께가 얇은 부재를 절연 시트로, 상대적으로 탄력감이 있는 두꺼운 부재를 압축패드로 구별하여 지칭하는 것이며, 양자 공히 전기 절연과 셀 적층체(210)에 대한 내층격성·내마모성 등을 보강하기 위한 보호부재로서, 크로스 빔(130)에 대해 셀 적층체(210)를 보호하는 역할을 한다.
한편, 도 14 내지 도 17은, 제1 내지 제3 실시형태를 통해 상술했던 본 발명의 팩 케이스(100)를 이용하여 배터리 팩(200)을 제조하는 일련의 과정을 보여준다. 배터리 팩(200)의 제조방법은, 본 발명의 팩 케이스(100), 다시 말해 베이스 플레이트(110)와, 베이스 플레이트(110)의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트(120), 및 베이스 플레이트(110) 안쪽의 수용공간을 구획하도록 베이스 플레이트(110)에 결합하는 하부 크로스 빔(132)을 구비하는 팩 케이스(100)를 준비하는 제1 단계로부터 시작한다.
특히, 제1 단계에서는, 전체 크로스 빔(130) 중 하부 크로스 빔(132)만이 팩 케이스(100)에 준비되어 있으며, 이 상태에서 셀 적층체(210)의 탑재가 이루어진다. 즉, 제2 단계는, 하부 크로스 빔(132)으로 구획된 수용공간 안에 복수의 셀 적층체(210)를 안착하는 단계이며, 특히 생산성을 위해 다수의 셀 적층체(210)를 한 번에 취급하는 로딩지그(300)를 사용할 수 있다.
도 14는 복수의 셀 적층체(210)를 파지한 로딩지그(300)의 그리퍼(310)가 하부 크로스 빔(132)으로 진입하는 일 실시형태를 도시한 사시도이며, 도 15는 도 14의 로딩지그(300)가 하부 크로스 빔(132)으로 진입한 상태를 도시한 단면도이다. 로딩지그(300)의 원활한 작업을 위해, 제1 단계에서 준비하는 팩 케이스(100)는, 하부 크로스 빔(132)이 상부 크로스 빔(136)의 결합 방향에 대해 오목부(133-1)와 돌출부(133-2)가 반복된 제1 요철구조(133)를 구비하는 것임이 바람직하다.
도 14 및 도 15에 도시된 것처럼, 로딩지그(300)는 복수의 셀 적층체(210)를 일체로서 파지하는 그리퍼(310)를 구비하고 있다. 로딩지그(300)의 그리퍼(310)는, 하부 크로스 빔(132)과 평행한 셀 적층체(210)의 양 측면을 파지하는 한 쌍으로 구비되며, 이외에도 셀 적층체(210)의 다른 면을 파지하는 그리퍼(310)를 추가로 구비할 수도 있다.
특히, 하부 크로스 빔(132)과 마주보는 셀 적층체(210)의 양 측면을 파지하는 그리퍼(310)는, 하부 크로스 빔(132)에 형성된 제1 요철구조(133)의 오목부(133-1) 위치(또는 위치 및 개수)에 대응하는 복수의 발을 포함할 수 있다. 이에 따라, 로딩지그(300)의 그리퍼(310)는 제1 요철구조(133)의 오목부(133-1) 안으로 진입하여 파지한 복수의 셀 적층체(210)를 베이스 플레이트(110) 위에 안착시킨다.
대략적으로, 제1 요철구조(133)의 오목부(133-1)의 깊이는, 셀 적층체(210) 전체 높이의 절반 이상으로 깊숙히 들어가 있다. 따라서, 로딩지그(300)의 그리퍼(310)는 최소 셀 적층체(210) 전체 높이의 절반 이상의 그립 면적을 확보할 수 있게 된다. 다시 말해, 하부 크로스 빔(132)이 제1 요철구조(133)를 구비함으로써, 로딩지그(300)의 그리퍼(310)는 하부 크로스 빔(132)에 간섭을 일으킴이 없이 견고하게 셀 적층체(210)를 파지하여 진입할 수 있게 되고, 또한 셀 적층체(210)를 충격 없이 안정적으로 베이스 플레이트(110) 위에 올려놓을 수 있게 된다.
여기서, 팩 케이스(100)의 크로스 빔(130)은 제3 실시형태에서 설명한 결속 홈(140)을 구비하고, 복수의 셀 적층체(210)는 결속 홈(140)에 체결되는 돌기 구조(214)를 구비하면, 로딩지그에 의해 팩 케이스(100)에 탑재되는 복수의 셀 적층체(210)의 설치위치는 정확히 제어된다.
참고로, 설명되지 않은 도면부호 230은 써멀 레진으로서, 베이스 플레이트(110)와 셀 적층체(210) 사이의 전도 열전달을 촉진함으로써 배터리 팩(200)의 방열성능을 향상시키는 역할을 한다. 특히, 셀투팩 구조의 배터리 팩(200)에서 셀 적층체(210)의 하면이 개방되어 있으면, 모듈 하우징과 같은 중간 구조물 없이 써멀 레진(230)이 베이스 플레이트(110)와 셀 적층체(210) 사이의 전도 열전달을 직접 중개함으로써 더욱 원활한 방열이 가능해진다. 써멀 레진(230)은 셀 적층체(210)를 팩 케이스(100) 안에 탑재하기 이전에, 베이스 플레이트(110) 상에 적절한 두께로 고르게 도포된다.
도 16은 복수의 셀 적층체(210)를 안착한 후의 로딩지그(300)의 이탈 과정을 도시한 단면도이다. 하부 크로스 빔(132)의 두께에 비해 그리퍼(310)의 두께가 더 얇기 때문에, 로딩지그(300)의 그리퍼(310)가 복수의 셀 적층체(210)를 일체로 파지한 상태에서 베이스 플레이트(110) 위에 안착시키고 나면, 그리퍼(310)는 후퇴하여 파지상태를 해제한 후 하부 크로스 빔(132)의 상방으로 그대로 이탈할 수 있다.
이러한 일련의 단계를 거쳐 복수의 셀 적층체(210)를 일체로 하나의 수용공간 안에 장착하면 그 다음으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 복수의 셀 적층체(210)가 안착된 하부 크로스 빔(132)에 대해 상부 크로스 빔(136)을 결합하는 제3 단계를 수행한다. 하부 크로스 빔(132)에 대해 상부 크로스 빔(136)이 결속함으로써, 셀 적층체(210)의 전체 높이에 대해 충분한 면압을 형성할 수 있다. 셀 적층체(210)에 가해진 면압에 의해, 셀 적층체(210)가 충방전을 방전하면서 나타나는 스웰링 현상이 효과적으로 억제될 수 있다. 또한, 로딩지그(300)에 파지된 복수 개 셀 적층체(210)의 그립면에는 전술한 절연시트 또는 압축패드(220)가 부착되어 있을 수 있는데, 이러한 절연시트 또는 압축패드(220) 역시 스웰링 현상을 억제하는데 도움을 줄 수 있다.
그리고, 전술한 제2 단계 및 제3 단계, 즉 하부 크로스 빔(132)으로 구획된 수용공간 안에 복수의 셀 적층체(210)를 안착하는 제2 단계와, 복수의 셀 적층체(210)가 안착된 하부 크로스 빔(132)에 대해 상부 크로스 빔(136)을 결합하는 제3 단계를 반복하여 모든 수용공간 안에 복수의 셀 적층체(210)을 장착하는 제4 단계가 수행되며, 이로써 본 발명의 팩 케이스(100)에 빠짐 없이 셀 적층체(210)가 탑재된 배터리 팩(200)이 완성된다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[부호의 설명]
100: 팩 케이스 110: 베이스 플레이트
120: 사이드 플레이트 130: 크로스 빔
132: 하부 크로스 빔 133: 제1 요철구조
133-1: 오목부 133-2: 돌출부
134: 용접홈 135: 용접 비드
136: 상부 크로스 빔 137: 제2 요철구조
137-1: 오목부 137-2: 돌출부
138: 볼트 140: 결속 홈
142: 개방홈 144: 구멍
145: 유도 그루브 200: 배터리 팩
210: 셀 적층체 212: 버스바 프레임 어셈블리
214: 돌기 구조 215: 핀 구조체
216: 스냅-핏 조인트 217: 캔틸레버 러그
218: 절연 커버 220: 절연시트 또는 압축패드
230: 써멀 레진 300: 로딩지그
310: 그리퍼

Claims (20)

  1. 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 둘레를 따라 결합하여 그 내부에 수용공간을 형성하는 사이드 플레이트;
    상기 베이스 플레이트 안쪽의 수용공간을 횡으로 구획하도록 상기 베이스 플레이트에 결합하는 하부 크로스 빔; 및
    상기 하부 크로스 빔에 결합하는 상부 크로스 빔;
    을 포함하고,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔에는 각각 셀 적층체의 설치 위치를 규제하는 결속 홈이 구비된, 팩 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔에 대해 상기 상부 크로스 빔이 상방 결합하여 하나의 크로스 빔을 형성하는, 팩 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔은, 상기 상부 크로스 빔의 결합 방향에 대해 오목부와 돌출부가 반복된 제1 요철구조를 구비하고,
    상기 상부 크로스 빔은 상기 제1 요철구조에 상보하는 형태의 제2 요철구조를 구비하는, 팩 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔은 상기 베이스 플레이트에 대해 용접으로 결합하고,
    상기 상부 크로스 빔은 상기 하부 크로스 빔에 대해 볼트로 결합하는, 팩 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔은 서로 이종재질로 이루어지고,
    상기 상부 크로스 빔은 상기 하부 크로스 빔보다 경량 재질로 이루어진, 팩 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔은,
    상기 베이스 플레이트와의 경계 상에 적어도 하나 이상의 오목한 용접홈을 구비하는, 팩 케이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용접홈은,
    상기 하부 크로스 빔의 양측으로 구비되는, 팩 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔의 양측으로 구비되는 각 용접홈은,
    서로 대면하는 방향을 따라 적어도 일부분이 중첩되지 않도록 분산 배치되는, 팩 케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하부 크로스 빔은 상기 용접홈을 통해 상기 베이스 플레이트에 대해 용접되고,
    상기 용접홈 안에 형성된 용접 비드는 상기 하부 크로스 빔 외부로 돌출되지 않는, 팩 케이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결속 홈은,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 개구부로 하는 개방홈의 형태로 형성되는, 팩 케이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 결속 홈은,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍의 형태로 형성되는, 팩 케이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결속 홈은,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면에서부터 상기 구멍까지 연결된 유도 그루브를 포함하는, 팩 케이스.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 팩 케이스; 및
    상기 팩 케이스의 분할된 수용공간에 장착되는 복수의 셀 적층체;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 셀 적층체는,
    리드가 돌출된 양단부에서 상기 전지셀 적층체와 결합하는 버스바 프레임 어셈블리를 포함하고,
    상기 버스바 프레임 어셈블리는 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 각 결속 홈에 체결되는 돌기 구조를 구비하는, 배터리 팩.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 결속 홈은, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 개구부로 하는 개방홈의 형태로 형성되고,
    상기 돌기 구조는, 상기 하부 및 상부 크로스 빔의 개방홈이 하나로 연결된 형태에 대응하는 핀 구조체인, 배터리 팩.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 결속 홈은, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면을 경계로 서로 분리된 구멍의 형태로 형성되고,
    상기 돌기 구조는, 상기 하부 및 상부 크로스 빔의 구멍에 체결되는 캔틸레버 러그를 포함하는 스냅-핏 조인트인, 배터리 팩.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 결속 홈은, 상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 결합면에서부터 상기 구멍까지 연결된 유도 그루브를 포함하고,
    상기 돌기 구조는, 상기 캔틸레버 러그가 상기 유도 그루브 표면을 활주하여 상기 구멍에 체결되는, 배터리 팩.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 돌기 구조는,
    상기 하부 크로스 빔과 상부 크로스 빔의 각 결속 홈에 마주보는 상기 버스바 프레임 어셈블리의 양 측면에 배치되는, 배터리 팩.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 버스바 프레임 어셈블리는,
    그 전면에 결합하는 절연 커버를 포함하는, 배터리 팩.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 셀 적층체와 상기 베이스 플레이트의 접촉면에는 써멀 레진이 개재되는, 배터리 팩.
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