WO2024128461A1 - 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차 - Google Patents

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김지훈
김상진
백승률
설재중
윤석진
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • 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 a vehicle including the same.
  • Secondary batteries which are easy to apply depending on the product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) that are driven by an electrical drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency, not only because they have the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels, but also because they do not generate any by-products due to energy use.
  • EV Electric Vehicle
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, and nickel zinc batteries.
  • the operating voltage of these unit secondary battery cells is approximately 2.5V to 4.5V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack is formed by connecting a plurality of battery cells in series. Additionally, a battery pack may be constructed by connecting a plurality of battery cells in parallel depending on the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack can be set in various ways depending on the required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module containing at least one battery cell is first configured, and other components are added using this at least one battery module.
  • a common method is to construct a battery pack or battery rack.
  • a module case, etc. is omitted and a plurality of battery cells are stored inside the pack case.
  • the rigidity of the pack case is very important. For example, if bending of the battery pack occurs while multiple battery cells are stored, the battery cells connected to each other may separate and the battery cells may vent or explode, which is very dangerous. The need to secure bending rigidity emerged.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery pack capable of securing bending rigidity and a vehicle including the same.
  • the present invention provides a battery pack, a cell array case including a plurality of battery cells, and a protrusion accommodating the cell array and extending on at least one side
  • a battery pack is provided, comprising a plurality of battery module assemblies including a cell array case and a mounting portion disposed between the plurality of battery module assemblies and having a protrusion insertion portion into which the protrusion is inserted. do.
  • the cell array has a length, width and height, the plurality of battery module assemblies are arranged along the width direction of the cell array, and the mounting part is located between the plurality of battery module assemblies along the longitudinal direction of the cell array. It may be extended.
  • the protrusion may be provided to protrude in the width direction from at least one side of the cell array case.
  • the protrusion may include a locking portion provided to prevent movement in the longitudinal or width direction within the protrusion insertion portion.
  • the protrusion may have a T-shaped cross section perpendicular to the height direction of the cell array.
  • the protrusion insertion portion may be provided in a shape corresponding to the protrusion portion.
  • the protrusions may be provided in plural numbers to be spaced apart from each other along the longitudinal direction.
  • the first protrusion and the second protrusion may be provided to be spaced apart from each other.
  • the head portion may extend from one side of the leg portion.
  • the head portion may extend from both sides of the leg portion.
  • An end of the head portion may be bent in the width direction.
  • the protrusion and the protrusion insertion portion may be provided to extend in the height direction of the cell array to correspond to the height of the cell array case.
  • the protrusion insertion portion may include a stopping end that is spaced apart in the height direction of the mounting portion and supports the bottom surface of the protrusion portion.
  • the mounting portion may be manufactured by die casting and include a filled or empty wall portion, and the protrusion insertion portion may be provided such that at least a portion of the outer surface of the wall portion is recessed inward.
  • the present invention provides an automobile, characterized in that it includes a battery pack according to the present invention.
  • the battery module assembly is assembled to the mounting portion, it is bound and fixed to each other, so ease of assembly and stability can be ensured.
  • the load is transferred when the battery pack is bent, so the rigidity of the battery module assembly can be utilized as the rigidity of the battery pack.
  • the rigidity against bending of the battery pack can be secured while maintaining the height of the battery pack to a minimum.
  • the present invention may have various other effects, and these will be described in each implementation configuration, or the description of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view of the main part of the battery pack of FIG. 1 viewed from the top.
  • FIG. 4 is a cross-sectional perspective view of the main part of the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A' of the battery pack of FIG. 1.
  • FIGS 6 and 7 are drawings for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIGS 8 and 9 are drawings for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of a vehicle including the battery pack of FIG. 1.
  • Figure 1 is an overall perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an exploded perspective view of the battery pack of Figure 1.
  • a battery pack 10 includes a cell array 110 including a plurality of battery cells 111 and a cell array 110 that accommodates the cell array 110. It may include a plurality of battery module assemblies 100 including a cell array case 120 and a mounting part 300 disposed between the plurality of battery module assemblies 100.
  • the battery cell 111 may be any type of secondary battery, such as a prismatic, cylindrical, or pouch-shaped battery cell. In this embodiment, the battery cell 111 is provided as a cylindrical battery cell. The plurality of battery cells 111 may be electrically connected to each other.
  • the battery module assembly 100 may include a plurality of cell arrays 110 such that a plurality of battery cells 111 are arranged in columns and rows. A plurality of such battery module assemblies 100 may be provided in the battery pack 10 .
  • the cell array 110 may have a length, width, and height.
  • the length direction of the cell array 110 is defined as the Y direction
  • the width direction of the cell array 110 is defined as the X direction
  • the height direction of the cell array 110 is defined as the Z direction. It can be.
  • the cell array 110 and the plurality of battery module assemblies 100 including the plurality of cell arrays 110 may be arranged along the width direction of the cell array 110.
  • the battery module assembly 100 is composed of cells. It may include an array case 120.
  • the cell array case 120 is made of plastic resin to support the battery cells 111, secure the rigidity of the battery cells 111, and form the outer side of the battery pack 10 to form the battery pack 111. It can function as a pack case that forms the appearance of (10).
  • the cell array case 120 includes an end plate 121 provided in the longitudinal direction on the outside of the battery module assembly 100, and between the end plates 121. It may include a main plate 122 that connects the end plates 121 to each other and partitions the plurality of cell arrays 110.
  • the main plate 122 may be provided in plural numbers along the width direction of the cell array 110 to form a wall in the width direction of the cell array case 120.
  • the cell array case 120 may further include a cell housing 123 supporting lower portions of the battery cells 111 on the end plate 121 and the main plate 122. Accordingly, the end plate 121 or the main plate 122 supports both sides of the battery cells 111, and the cell housing 123 supports the lower surfaces of the battery cells 111, so that the It is possible to prevent the battery cells 111 from leaving the cell array case 120 .
  • the cell array case 120 may be provided in a box shape consisting of four walls. It may further include a module frame provided above or below the plurality of battery cells 111 to secure the battery cells 111.
  • the module frame may include a module top frame that maintains the gap between the battery cells 111 at the top of the plurality of battery cells 111 and a module bottom frame on which the plurality of battery cells 111 are seated. Holes into which the plurality of battery cells 111 are inserted may be formed in the module frame.
  • the cell array case 120 may be configured by filling an adhesive material such as resin between the plurality of cell arrays 110 to form a single unit, and having a wall on at least one side.
  • the cell array case 120 shown in the drawing corresponds to an example, and the configuration of the cell array case 120 may vary.
  • the cell array case 120 may be the same as an existing module case, or, unlike the existing module case, the battery pack 10 may be implemented as a CTP-type battery pack.
  • the battery pack 10 may include a pack bottom plate 200 provided below the plurality of battery module assemblies 100 and on which the mounting part 300 is mounted.
  • the pack bottom plate 200 may form part of the pack case.
  • the pack bottom plate 200 may be configured as a bottom surface in the shape of a square plate.
  • a venting passage through which high-temperature gas or flame generated when venting the battery cell 111 can flow is formed between the pack bottom plate 200 and the battery module assembly 100. You can.
  • the battery module assembly 100 may include a cooling member 500 provided between the cell arrays 110 to cool the battery cells 111 when they generate heat. 1 and 2, the two cell arrays 110 are provided between the two main plates 122, and the cooling member 500 is provided between the two cell arrays 110. It is showing.
  • the battery pack 10 of the present invention may include a mounting portion 300 disposed between the plurality of battery module assemblies 100 to connect the battery module assemblies 100 to each other.
  • the mounting part 300 may extend along the longitudinal direction of the cell array 110 between the plurality of battery module assemblies 100. As a result, the mounting part 300 can more firmly fix the battery module assembly 100 extending in the longitudinal direction inside the battery pack 10.
  • the mounting portion 300 is provided between two adjacent battery module assemblies 100 when a plurality of battery module assemblies 100 are disposed, and not only supplements the rigidity of the pack case, but also supports the battery module assembly ( 100) can be fixed inside the battery pack (10).
  • the cell array case 120 included in the battery pack 10 of the present invention may be provided with a protrusion 400 extending from at least one side, and the mounting The portion 300 may be provided with a protrusion insertion portion 320 into which the protrusion 400 is inserted.
  • the mounting part 300 is not manufactured by extruding an aluminum plate like the conventional battery pack 10, but is manufactured by die casting and includes a filled or empty wall part 310, and the protrusion insertion part ( 320) may be provided such that at least a portion of the outer surface of the wall portion 310 is recessed inward.
  • the mounting part 300 may be made of aluminum. Aluminum material is preferable because it is light, has good thermal conductivity, and is easy to apply to die casting.
  • the protrusions 400 may be provided in plural numbers to be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the cell array 110.
  • the protrusion 400 may be provided on the end plate 121 facing the mounting part 300 provided between two battery module assemblies 100, and the mounting part 300 may be connected to the two battery module assemblies ( It may be provided between two end plates 121 facing each other in 100).
  • FIG. 1 it is shown that two battery module assemblies 100 are provided, and the protrusion 400 is provided only on the end plate 121 provided between the two battery module assemblies 100.
  • the battery The module assembly 100 may be provided with a plurality of extensions in the width or length direction.
  • the protrusions 400 may be provided on both sides of the end plate 121 or the main plate 122.
  • assembly rigidity can be reinforced by the protrusion 400 and the protrusion insertion portion 320 regardless of the number or extension direction of the battery module assembly 100.
  • the operation of inserting the protrusion 400 into the protrusion insertion portion 320 can be simply performed mechanically, and a special alignment process for combining the battery module assembly 100 with the mounting portion 300 This is not necessary, and the protrusion insertion portion 320 can serve as a guide for inserting the protrusion 400, thereby further ensuring ease of assembly.
  • the locking portion H of the protrusion 400 is not connected to the cell array 110. ) is prevented from moving in the longitudinal or width direction, so the battery module assemblies 100 can be maintained in a coupled state.
  • the protrusion 400 may have a T-shape in cross section perpendicular to the height direction of the cell array 110.
  • the T-shaped horizontal portion serves as a locking portion (H), thereby preventing movement of the cell array 110 in the longitudinal or width direction.
  • the protrusion insertion portion 320 may be provided in a shape corresponding to the protrusion 400. A detailed description of the shape of the protrusion 400 will be described later.
  • a beam such as an extruded aluminum plate is installed inside the pack case, and then the battery cells are fixed to the beam by bolting.
  • the bolt fastening is performed only at the top of the beam, so the fixation between the beam and the battery cell is only localized, and the bending rigidity is insufficient.
  • the protrusion 400 is inserted and fastened to the protrusion insertion portion 320, thereby minimizing the height of the battery pack 10 and securing the bending rigidity by fixing the battery module assembly 100 as a whole to secure the battery.
  • the safety and reliability of the pack 10 can be secured.
  • the structure of the protrusion 400 will be described in detail with further reference to FIGS. 3 to 5 along with FIGS. 1 and 2.
  • the protrusion 400 is adjacent to a first protrusion 400a provided on any one of the plurality of battery module assemblies 100 and any one of the plurality of battery module assemblies 100. and a second protrusion 400b provided on the other, and the first protrusion 400a and the second protrusion 400b may be alternately arranged along the longitudinal direction. That is, the protrusions 400 are provided on two battery module assemblies 100 adjacent to each other, so that when the battery pack 10 is bent, the coupling between the battery module assemblies 100 is strengthened and separation is further improved. It can be prevented.
  • Each of the first protrusion 400a and the second protrusion 400b is connected to a leg portion 420 that extends in the width direction and has a constant width (w) and is connected to the leg portion 420 in the longitudinal direction. It may include a head portion 410 extending longer than (w). That is, as the length (d) of the head portion is longer than the width (w) of the leg portion 420, a locking portion (H) of the protruding portion 400 is formed so that the battery pack 10 is bent when the battery pack 10 is bent. As the locking portion H is restrained by the protrusion insertion portion 320, the protrusion 400 is prevented from leaving the protrusion insertion portion 320.
  • the head portion 410 extends from both sides of the leg portion 420 and may have a T-shaped cross-section cut in a direction perpendicular to the height direction. .
  • the end of the head 410 may be bent in the width direction so that a cross-section cut in a direction perpendicular to the height direction may have a mountain-like shape. Accordingly, as the number of engaging portions H increases, the battery module assemblies 100 can be further prevented from being separated when the battery pack 10 is bent.
  • the head portion 410 of the first protrusion 400a and the head portion 410 of the second protrusion 400b may interfere with each other in the longitudinal or width direction when the mounting portion 300 is bent.
  • the first protrusion 400a and the second protrusion 400b according to an embodiment are provided to partially overlap in the width direction, and the head of the first protrusion 400a ( 410 and the head portion 410 of the second protrusion 400b may be provided to interfere with each other in the width direction.
  • the first protrusion 400a and the second protrusion 400b may receive rotational force relative to each other due to the bending force.
  • this rotating force is dispersed and absorbed, so that it is possible to prevent fracture due to concentration of stress in one part. Bending rigidity is secured.
  • the mounting part 300 includes a first protrusion insertion part 320a into which the first protrusion 400a is inserted on one side and a second protrusion insertion part 320b into which the second protrusion 400b is inserted on the other side. may include.
  • the first protrusion insertion portion 320a and the second protrusion insertion portion 320b are provided at positions where the first protrusion 400a and the second protrusion 400b are provided. It may be provided in a shape corresponding to (400b).
  • the first protrusion 400a and the second protrusion 400b may be provided in various shapes to form a locking portion H that can be restrained by the protrusion insertion portion 320 when the battery pack 10 is bent. You can.
  • embodiments according to various shapes of the protrusion 400 and the protrusion insertion portion 320 will be described with reference to FIGS. 6 to 8 as well as FIGS. 3 to 5.
  • FIGS. 6, 8, and 10 are views of the main parts of the battery pack according to the various embodiments described above, respectively, and FIGS. 7, 9, and 11 are cross-sections of the main parts of FIGS. 6, 8, and 10, respectively. It is a perspective view.
  • the first protrusions 400a and the second protrusions 400b are provided to partially overlap only in the longitudinal direction, and the first protrusions 400a and 400b are provided to overlap only in the longitudinal direction.
  • the head 410 of the protrusion 400a and the head 410 of the second protrusion 400b may be provided to interfere with each other only in the longitudinal direction.
  • the first protrusion 400a and the second protrusion 400b are arranged in a straight line and the protrusion parts 400 are symmetrical up, down, left, and right, so that manufacturing of the protrusion 400 and the protrusion insertion part 320 can be facilitated. there is.
  • the first protrusion 401a and the second protrusion 401b may have an L-shape when cut in a direction perpendicular to the height direction. That is, unlike the head portion 410 of the protrusion 400 of FIGS. 3 to 5 extending from both sides of the leg portion 420, the head portion 410 extends from one side of the leg portion 420. It may be extended.
  • the first protrusion 402a and the second protrusion 402b are provided so that the head portion 410 of the protrusion 400 of FIGS. 3 to 5 is angled.
  • the end of the head 410 may be provided in a round shape. In this way, if the diameter (D) of the head portion (410) is larger than the width (w) of the leg portion (420), the protrusion portion (400) may be provided in any shape that allows the locking portion (H) to be formed. It's okay.
  • the spacing between the protrusions 400 may be closer than when the protrusions 400 are provided in a T-shape, so a greater number of protrusions can be added to the cell array case 120. (400) may be provided to further enhance the rigidity of the pack case.
  • the protrusion 400 is inserted into the protrusion insertion part 320 by inserting the cell array 110 into the protrusion insertion part 320. ) can be inserted in the height direction.
  • the protrusion 400 and the protrusion insertion part 320 may be provided to extend in the height direction of the cell array 110 to correspond to the height of the cell array case 120.
  • the protrusion insertion part 320 is spaced apart in the height direction of the mounting part 300 and may include a stopping end 321 that supports the bottom surface of the protrusion 400. . Accordingly, when the protrusion 400 is inserted into the protrusion insertion part 320, it is seated on the stopping end 321, so that the protrusion 400 can be provided to protrude in the height direction beyond the protrusion insertion part 320. there is.
  • the load can be transferred to the cell array case 120 and the mounting portion 300 when the battery pack 10 is bent.
  • the rigidity of the battery module assembly 100 can be utilized as the rigidity of the battery pack 10. Accordingly, the rigidity of the battery pack 10 can be secured while keeping the height of the battery pack 10 minimized, that is, without adding a separate pack reinforcement material in the height direction. In particular, rigidity against bending can be secured.
  • FIG. 12 is a perspective view of a vehicle including the battery pack of FIG. 1.
  • the present invention can provide a car 20 characterized by including a battery pack 10 according to the above-described embodiments. That is, the battery pack 10 according to the present invention can be applied to automobiles such as electric vehicles or hybrid vehicles.
  • the battery pack 10 may be installed in the vehicle body frame or trunk space under the vehicle seat.
  • a battery pack 10 that can ensure safety and reliability by securing rigidity when bending the battery pack 10 and a vehicle 20 including the same can be provided.
  • the battery pack 10 according to the present invention can be applied to ESS (Energy Storage System) and various electrical devices in addition to automobiles.
  • ESS Electronicgy Storage System
  • devices, instruments, and equipment equipped with the battery pack 10, such as the automobile 20 according to an embodiment of the present invention include the battery pack 10 described above. It can be implemented with all the advantages resulting from it.

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  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

벤딩 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공한다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어레이(cell array)와, 상기 셀 어레이를 수용하며 적어도 일측면에서 연장되는 돌기부가 구비되는 셀 어레이 케이스(cell array case)를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈 조립체 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체의 사이에 배치되며, 상기 돌기부가 삽입되는 돌기 삽입부가 구비되는 마운팅(mounting)부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 배터리 팩의 벤딩시 강성을 확보하여 배터리 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다. 또한, 배터리 팩의 강성을 확보하면서도 배터리 팩의 높이를 최소화할 수 있다. 또한, 배터리 모듈 조립체가 마운팅부에 조립됨에 따라 서로 구속되어 고정되므로 조립 용이성 및 안정성이 확보될 수 있다.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것이다.
본 출원은, 2022년12월16일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2022-0177489호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
또한, 본 출원은, 2023년06월08일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제 10-2023-0073839호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 복수 개의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙(rack)을 구성하는 방법이 일반적이다.
하지만, 종래 배터리 팩의 경우, 복수 개의 배터리 셀이 모듈 케이스 내부에 수납되어 각각의 배터리 모듈을 구성하고, 이러한 배터리 모듈이 팩 케이스 내부에 수납되어 배터리 팩을 구성하기 때문에, 모듈 케이스 등 구성의 추가로 인해 에너지 밀도와 조립성, 냉각성 등의 측면에서 불리할 수 있다. 따라서, 최근에는, 셀투팩(Cell To Pack : CTP) 형태의 배터리 팩에 대한 시도가 이루어지고 있다.
CTP 형태의 배터리 팩에서는 모듈 케이스 등을 생략하여 팩 케이스 내부에 복수의 배터리 셀을 수납하려고 하는데, 이러한 경우 팩 케이스의 강성이 매우 중요하다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀을 수납한 상태에서 배터리 팩의 벤딩(bending)이 발생하면 서로 연결된 배터리 셀들이 분리되면서 배터리 셀이 벤트(vent) 또는 폭발할 수 있기 때문에 매우 위험하므로, 팩 케이스의 벤딩 강성을 확보할 필요성이 대두되었다.
이에, 종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 알루미늄 압출 판재와 같은 빔을 설치한 후, 여기에 배터리 셀을 볼트 체결로 고정하는 방식을 채택하고 있다. 그런데, 볼트 체결이 빔의 상단에서만 이루어져 빔과 배터리 셀 간의 고정이 국부적으로만 되어 있으므로, 벤딩 강성이 불충분한 문제가 있다. 별도의 팩 보강재를 활용하는 안을 고려해 볼 수도 있으나, 배터리 팩의 부피나 중량 증가는 에너지 밀도 측면에서 바람직하지 않고, 또한 정해진 배터리 팩의 스펙 내에서 팩 보강재를 임의로 추가하기란 마땅치 않다. 특히, 배터리 팩의 높이를 최소화한 상태로 유지하면서 수직 방향에서 별도의 팩 보강재를 추가하는 것은 불가하다. 따라서, 벤딩 강성을 확보할 수 있는 개선된 배터리 팩이 요구된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 벤딩 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차를 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어레이(cell array)와, 상기 셀 어레이를 수용하며 적어도 일측면에서 연장되는 돌기부가 구비되는 셀 어레이 케이스(cell array case)를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈 조립체 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체의 사이에 배치되며, 상기 돌기부가 삽입되는 돌기 삽입부가 구비되는 마운팅(mounting)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
상기 셀 어레이는 길이, 너비 및 높이를 가지며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체는 상기 셀 어레이의 너비 방향을 따라 배치되고, 상기 마운팅부는 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체의 사이에서 상기 셀 어레이의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다.
상기 돌기부는 상기 셀 어레이 케이스의 적어도 일측면에서 상기 너비 방향을 향해 돌출되어 구비될 수 있다.
상기 돌기부는 상기 돌기 삽입부 내에서 상기 길이 방향 또는 너비 방향으로의 이동이 방지되도록 구비되는 걸림부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는 상기 셀 어레이의 높이 방향에 수직인 단면이 T자 형상으로 구비될 수 있다.
상기 돌기 삽입부는 상기 돌기부와 대응되는 형상으로 구비될 수 있다.
상기 돌기부는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 돌기부는 복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체 중 어느 하나에 구비되는 제1 돌기부 및 복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체 중 상기 어느 하나의 배터리 모듈 조립체와 인접하는 다른 하나에 구비되는 제2 돌기부를 포함하고, 상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 상기 길이 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.
상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 서로 이격되도록 구비될 수 있다.
상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 상기 너비 방향으로 일부 중첩되게 구비될 수 있다.
상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부 각각은 상기 너비 방향으로 연장되며 일정한 폭을 가지는 다리부와 상기 다리부에 연결되어 상기 길이 방향으로 상기 폭보다 길게 연장되는 머리부를 포함하고, 상기 제1 돌기부의 머리부와 상기 제2 돌기부의 머리부는 상기 마운팅부의 벤딩시 상기 길이 방향 또는 너비 방향에서 서로 간섭될 수 있다.
상기 머리부는 상기 다리부의 일측에서 연장될 수 있다.
상기 머리부는 상기 다리부의 양측에서 연장될 수 있다.
상기 머리부의 단부는 상기 너비 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 마운팅부는 일측에 상기 제1 돌기부가 삽입되는 제1 돌기 삽입부 및 타측에 상기 제2 돌기부가 삽입되는 제2 돌기 삽입부를 포함할 수 있다.
상기 돌기부는 상기 돌기 삽입부에 상기 셀 어레이의 높이 방향으로 삽입될 수 있다.
상기 돌기부 및 돌기 삽입부는 상기 셀 어레이 케이스의 높이와 대응되도록 상기 셀 어레이의 높이 방향으로 연장되어 구비될 수 있다.
상기 돌기 삽입부는 상기 마운팅부의 높이 방향으로 이격되어 상기 돌기부의 바닥면을 지지하는 걸림단을 포함할 수 있다.
상기 마운팅부는 다이 캐스팅(die casting)으로 제작되어 속이 채워지거나 빈 벽체부를 포함하고, 상기 돌기 삽입부는 상기 벽체부의 외측면의 적어도 일부가 내측으로 함몰되어 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 자동차로서, 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩의 벤딩시 강성을 확보할 수 있는 배터리 팩을 제공하여 배터리 팩의 안전성과 신뢰성을 보장할 수 있다.
또한, 배터리 모듈 조립체가 마운팅부에 조립됨에 따라 서로 구속되어 고정되므로 조립 용이성 및 안정성이 확보될 수 있다.
또한, 배터리 팩의 벤딩 시 하중이 전이되어 배터리 모듈 조립체의 강성을 배터리 팩의 강성으로 활용할 수 있다.
또한, 배터리 팩의 높이를 최소화한 상태로 유지하면서 배터리 팩의 벤딩에 대한 강성을 확보할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시 구성에서 설명하거나, 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 주요부를 상부에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 팩의 주요부의 단면 사시도이다.
도 5는 도 1의 배터리 팩의 A-A' 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 도 1의 배터리 팩이 포함되는 자동차의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 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. 참고로, 본 명세서에 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 첨부도면에 나타난 구성요소들을 기준으로 하는 용어들이며, 실제 구성요소들의 자세나 위치에 따라 변경될 수 있는 상대적인 용어들이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 전체 사시도이고, 도 2는 도 1의 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(10)은, 복수 개의 배터리 셀(111)을 포함하는 셀 어레이(110)와, 상기 셀 어레이(110)를 수용하는 셀 어레이 케이스(120)를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100) 및 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100)의 사이에 배치되는 마운팅부(300)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(111)은 각형, 원통형 또는 파우치형 배터리 셀 등 어떠한 형태의 이차전지라도 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 배터리 셀(111)이 원통형 배터리 셀로 구비되는 것을 예로 들고 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(111)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 모듈 조립체(100)는 내부에서 복수 개의 배터리 셀(111)이 열과 행으로 배치되도록 복수 개의 셀 어레이(110)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 모듈 조립체(100)는 배터리 팩(10)에 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 셀 어레이(110)는 길이, 너비 및 높이를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에서, 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향은 Y 방향으로, 상기 셀 어레이(110)의 너비 방향은 X 방향으로, 상기 셀 어레이(110)의 높이 방향은 Z 방향으로 정의될 수 있다. 상기 셀 어레이(110) 및 복수 개의 셀 어레이(110)를 포함하는 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100)는 상기 셀 어레이(110)의 너비 방향을 따라 배치될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 복수 개의 셀 어레이(110)를 한 덩어리로 모아 하나의 단위체 상태, 즉 하나의 배터리 모듈 조립체(100) 상태로 유지하기 위하여, 상기 배터리 모듈 조립체(100)는 셀 어레이 케이스(120)를 포함할 수 있다. 상기 셀 어레이 케이스(120)는 플라스틱 레진 재질로 구비되어 상기 배터리 셀(111)을 지지하고, 상기 배터리 셀(111)의 강성을 확보하면서, 상기 배터리 팩(10)의 측면 외측을 형성하여 배터리 팩(10)의 외관을 형성하는 팩 케이스로서 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1과 같이 상기 셀 어레이 케이스(120)는 배터리 모듈 조립체(100)의 외측에 상기 길이 방향으로 구비되는 엔드 플레이트(121), 상기 엔드 플레이트(121)의 사이에 구비되어 상기 엔드 플레이트(121)를 서로 연결하며, 상기 복수 개의 셀 어레이(110)를 구획하는 메인 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 상기 메인 플레이트(122)는 상기 셀 어레이(110)의 너비 방향을 따라 복수 개 구비되어 상기 셀 어레이 케이스(120)의 너비 방향의 벽체를 형성할 수도 있다.
상기 셀 어레이 케이스(120)는 상기 엔드 플레이트(121) 및 상기 메인 플레이트(122)에 상기 배터리 셀(111)들의 하부를 지지하는 셀 하우징(123)을 더 포함할 수 있다. 이로써, 상기 엔드 플레이트(121) 또는 상기 메인 플레이트(122)는 상기 배터리 셀(111)들의 양측면을 지지하고, 상기 셀 하우징(123)은 상기 배터리 셀(111)들의 하부면을 지지하게 되므로, 상기 배터리 셀(111)들이 상기 셀 어레이 케이스(120)의 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
또는, 상기 셀 어레이 케이스(120)는 4개의 벽체로 이루어진 박스 형태로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(111)의 상부 또는 하부에 구비되어 상기 배터리 셀(111)들을 고정하는 모듈 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 모듈 프레임은 상기 복수 개의 배터리 셀(111)의 상부에서 배터리 셀(111)들의 간격을 유지하는 모듈 탑 프레임과 상기 복수 개의 배터리 셀(111)이 안착되는 모듈 바텀 프레임을 포함할 수 있다. 상기 모듈 프레임에는 상기 복수 개의 배터리 셀(111)이 삽입되는 홀들이 형성되어 있을 수 있다.
또는, 상기 복수 개의 셀 어레이(110) 사이에 레진과 같은 접착물질을 채워 하나의 단위체 상태로 만들고, 적어도 일측에 벽체를 갖는 형태로 셀 어레이 케이스(120)가 구성될 수도 있다.
이와 같이, 도면에 도시된 셀 어레이 케이스(120)는 일 예에 해당하고, 셀 어레이 케이스(120)의 구성은 다양할 수 있다. 셀 어레이 케이스(120)는 기존의 모듈 케이스와 같을 수도 있으며, 기존의 모듈 케이스와는 달라 상기 배터리 팩(10)이 CTP 형태의 배터리 팩으로 구현될 수도 있다.
한편, 상기 배터리 팩(10)은 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100)의 하부에 구비되어 상기 마운팅부(300)가 안착되는 팩 바텀 플레이트(200)를 포함할 수 있다. 상기 팩 바텀 플레이트(200)는 팩 케이스의 일부를 구성할 수 있다. 이를테면, 본 실시 구성에서 상기 팩 바텀 플레이트(200)는 사각판 형태의 바닥면으로 구성될 수 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 팩 바텀 플레이트(200)와 상기 배터리 모듈 조립체(100) 사이에는 상기 배터리 셀(111)의 벤팅시 발생하는 고온의 가스 또는 화염이 유동할 수 있는 벤팅 유로가 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈 조립체(100)는 상기 셀 어레이(110)의 사이에 구비되어 배터리 셀(111)들의 발열시 냉각시키는 냉각 부재(500)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 두 개의 상기 메인 플레이트(122) 사이에 두 개의 상기 셀 어레이(110)가 구비되어 있고, 상기 두 개의 셀 어레이(110) 사이에 상기 냉각 부재(500)가 구비되어 있는 것을 도시하고 있다.
한편, 본 발명의 배터리 팩(10)은 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100)의 사이에 배치되어 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 서로 연결하도록 구비되는 마운팅부(300)를 포함할 수 있다.
상기 마운팅부(300)는 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체(100)의 사이에서 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 이로써, 상기 마운팅부(300)는 길이 방향으로 연장되는 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 배터리 팩(10) 내부에 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다. 상기 마운팅부(300)는 상기 배터리 모듈 조립체(100)가 복수 개 배치될 때 인접한 두 개의 배터리 모듈 조립체(100) 사이에 구비되며, 상기 팩 케이스의 강성을 보완해줄 뿐 아니라, 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 배터리 팩(10) 내부에 고정할 수 있도록 한다.
또한, 배터리 팩(10)의 강성을 보강하기 위해 본 발명의 배터리 팩(10)에 포함되는 상기 셀 어레이 케이스(120)에는 적어도 일측면에서 연장되는 돌기부(400)가 구비될 수 있으며, 상기 마운팅부(300)에는 상기 돌기부(400)가 삽입되는 돌기 삽입부(320)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 마운팅부(300)는 종래 배터리 팩(10)과 같이 알루미늄 판재가 압출되어 제작되는 것이 아닌, 다이 캐스팅으로 제작되어 속이 채워지거나 빈 벽체부(310)를 포함하고, 상기 돌기 삽입부(320)는 상기 벽체부(310)의 외측면의 적어도 일부가 내측으로 함몰되어 구비될 수 있다. 상기 마운팅부(300)는 알루미늄 재질로 구비될 수 있다. 알루미늄 재질은 가볍고 열전도성이 좋으며 다이 캐스팅 적용이 용이하여 바람직하다.
상기 돌기부(400)는 상기 셀 어레이 케이스(120)의 적어도 일측면에서 상기 셀 어레이(110)의 너비 방향을 향해 돌출되어 구비될 수 있다. 상기 돌기부(400)는 플라스틱 레진 재질로 구비되어, 플라스틱 사출 형성되어 상기 셀 어레이 케이스(120)와 일체로 제작될 수 있다. 다른 예로, 상기 돌기부(400)도 상기 마운팅부(300)와 마찬가지로 알루미늄 재질로 구비될 수도 있다. 상기 마운칭부(300)와 상기 돌기부(400)를 유사하거나 동일한 재질로 하면 사용 중 열 변형이나 기계적 변형이 일어나더라도 조립 공차가 변경되지 않고 어느 한 부분에 변형에 의한 응력이 집중되지 않을 수 있어 바람직하다.
상기 돌기부(400)는 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 돌기부(400)는 두 개의 배터리 모듈 조립체(100) 사이에 구비되는 마운팅부(300)를 향하게 되는 엔드 플레이트(121)에 구비될 수 있으며, 상기 마운팅부(300)는 두 개의 배터리 모듈 조립체(100)에서 서로 마주 보게 되는 두 개의 엔드 플레이트(121)의 사이에 구비될 수 있다.
도 1에서는 상기 배터리 모듈 조립체(100)가 두 개 구비되고, 상기 돌기부(400)가 두 개의 배터리 모듈 조립체(100) 사이에 구비되는 엔드 플레이트(121)에만 구비되어 있는 것이 도시되어 있지만, 상기 배터리 모듈 조립체(100)는 상기 너비 방향 또는 길이 방향으로 복수 개 연장되어 구비될 수 있으며, 이때, 상기 엔드 플레이트(121) 또는 상기 메인 플레이트(122)의 양측면에도 상기 돌기부(400)가 구비될 수 있음은 물론이다. 이로써, 상기 배터리 모듈 조립체(100)의 개수 또는 연장 방향과 상관없이 상기 돌기부(400) 및 돌기 삽입부(320)에 의해 조립 강성이 보강될 수 있다.
상기 돌기부(400)는 상기 돌기 삽입부(320) 내에서 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향 또는 너비 방향으로의 이동이 방지되도록 구비되는 걸림부(H)를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 돌기부(400)가 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입되어 체결되므로 서로 구속되어 고정될 수 있고, 상기 돌기부(400)를 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입하는 조작만으로도 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 마운팅부(300)에 결합하여 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 서로 연결할 수 있으므로 조립 용이성이 확보될 수 있다. 또한, 상기 돌기부(400)를 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입하는 조작은 단순히 기계적으로 수행이 될 수 있고, 상기 배터리 모듈 조립체(100)를 상기 마운팅부(300)와 결합하기 위한 특별한 정렬 과정이 필요하지 않으며, 상기 돌기 삽입부(320)는 상기 돌기부(400)를 삽입하기 위한 가이드 역할을 할 수 있으므로 조립 용이성이 더욱 확보된다. 일단 상기 돌기부(400)를 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입한 이후에는 상기 배터리 모듈 조립체(100)와 상기 마운팅부(300)간의 조립 위치 구속이 유지되므로 안정성 또한 확보될 수 있다.
따라서, 배터리 팩(10)이 벤딩되어 상기 배터리 모듈 조립체(100)들이 분리되려고 하면서 마운팅부(300)가 높이 방향으로 이동하더라도, 상기 돌기부(400)의 걸림부(H)가 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향 또는 너비 방향으로의 이동을 방지하므로 상기 배터리 모듈 조립체(100)들이 결합된 상태를 유지할 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2와 같이, 상기 돌기부(400)는 상기 셀 어레이(110)의 높이 방향에 수직인 단면이 T자 형상으로 구비될 수 있다. 이때, T자 형상의 가로 부분이 걸림부(H)가 되어 상기 셀 어레이(110)의 길이 방향 또는 너비 방향으로의 이동이 방지될 수 있다. 상기 돌기 삽입부(320)는 상기 돌기부(400)와 대응되는 형상으로 구비될 수 있다. 상기 돌기부(400)의 형상에 관한 자세한 설명은 후술한다.
종래 배터리 팩의 경우, 팩 케이스 내부에 알루미늄 압출 판재와 같은 빔을 설치한 후, 여기에 배터리 셀을 볼트 체결로 고정하는 방식을 채택하고 있다. 그런데, 볼트 체결이 빔의 상단에서만 이루어져 빔과 배터리 셀 간의 고정이 국부적으로만 되어 벤딩 강성이 불충분하다. 그러나, 이러한 종래 배터리 팩에서는 배터리 팩 높이를 최소화한 상태로 유지하면서 수직 방향에서 별도의 팩 보강재를 추가하는 것도 불가하여 벤딩 강성을 증가시키기 어렵다. 하지만, 본 실시 구성에 따르게 되면, 돌기부(400)가 돌기 삽입부(320)에 삽입되어 체결되므로 배터리 팩(10) 높이를 최소화하면서도 배터리 모듈 조립체(100)를 전체적으로 고정하여 벤딩 강성을 확보하여 배터리 팩(10)의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 3은 도 1의 배터리 팩의 주요부를 상부에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 1의 배터리 팩의 주요부의 단면 사시도이고, 도 5는 도 1의 배터리 팩의 A-A' 단면도이다.
도 1 및 도 2와 함께 도 3 내지 도 5를 더 참조하여 상기 돌기부(400)의 구조에 대해 자세히 설명한다.
상기 돌기부(400)는 복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체(100) 중 어느 하나에 구비되는 제1 돌기부(400a) 및 복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체(100) 중 상기 어느 하나의 배터리 모듈 조립체(100)와 인접하는 다른 하나에 구비되는 제2 돌기부(400b)를 포함하고, 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)는 상기 길이 방향을 따라 교대로 배치될 수 있다. 즉, 상기 돌기부(400)는 서로 인접하게 구비되는 두 개의 배터리 모듈 조립체(100)에 각각 구비되므로 배터리 팩(10)의 벤딩시 상기 배터리 모듈 조립체(100)들 간의 결합을 견고하게 하여 분리를 더욱 방지할 수 있게 된다.
이때, 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)는 상기 길이 방향을 따라 교대로 배치되면서도 서로 이격되도록 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)는 서로 상기 너비 방향 또는 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 구비될 수 있다.
상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b) 각각은 상기 너비 방향으로 연장되며 일정한 폭(w)을 가지는 다리부(420)와 상기 다리부(420)에 연결되어 상기 길이 방향으로 상기 폭(w)보다 길게 연장되는 머리부(410)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 다리부(420)의 폭(w)보다 상기 머리부의 길이(d)가 더 길게 구비됨에 따라 상기 돌기부(400)의 걸림부(H)가 형성되어 배터리 팩(10)의 벤딩시 상기 걸림부(H)가 상기 돌기 삽입부(320)에 구속됨에 따라 상기 돌기부(400)가 돌기 삽입부(320)에서 이탈하는 것이 방지된다. 예를 들어, 도 3 내지 도 5와 같이 상기 머리부(410)는 상기 다리부(420)의 양측에서 연장되어 상기 높이 방향에 수직인 방향으로 자른 단면의 형상이 T자 형상으로 구비될 수 있다.
또는, 상기 머리부(410)의 단부는 상기 너비 방향으로 절곡되도록 구비되어 상기 높이 방향에 수직인 방향으로 자른 단면의 형상이 山과 같은 형상으로 구비될 수 있다. 이로써, 걸림부(H)의 개수가 더 많아짐으로써 배터리 팩(10)의 벤딩시 배터리 모듈 조립체(100)들이 분리되는 것이 더욱 방지될 수 있다.
이때, 상기 제1 돌기부(400a)의 머리부(410)와 상기 제2 돌기부(400b)의 머리부(410)는 상기 마운팅부(300)의 벤딩시 상기 길이 방향 또는 너비 방향에서 서로 간섭될 수 있다. 즉, 도 3 내지 도 5와 같이 일 실시예에 따른 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)는 상기 너비 방향으로 일부 중첩되게 구비되며, 상기 제1 돌기부(400a)의 머리부(410)와 상기 제2 돌기부(400b)의 머리부(410)는 상기 너비 방향에서 서로 간섭되도록 구비될 수 있다. 배터리 팩(10)이 상하 또는 좌우로 벤딩될 때 그러한 벤딩 힘에 의해 상기 제1 돌기부(400a)와 상기 제2 돌기부(400b)는 서로에 대해 회전하는 힘을 받을 수 있다. 상기 제1 돌기부(400a)와 상기 제2 돌기부(400b)가 서로 간섭되게 구비되면 이러한 회전하는 힘을 분산시켜 흡수하게 되므로, 어느 한 부분에 응력이 집중되어 파단되는 것을 방지할 수 있게 되는 결과, 벤딩 강성이 확보된다.
한편, 상기 마운팅부(300)는 일측에 상기 제1 돌기부(400a)가 삽입되는 제1 돌기 삽입부(320a) 및 타측에 상기 제2 돌기부(400b)가 삽입되는 제2 돌기 삽입부(320b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 돌기 삽입부(320a) 및 상기 제2 돌기 삽입부(320b)는 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)가 구비되는 위치에 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)와 대응되는 형상으로 구비될 수 있다.
상기 제1 돌기부(400a) 및 상기 제2 돌기부(400b)는 배터리 팩(10)의 벤딩시 상기 돌기 삽입부(320)에 구속될 수 있는 상기 걸림부(H)가 형성되도록 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 이하에서, 도 3 내지 도 5와 더불어 도 6 내지 도 8을 참조하여, 상기 돌기부(400) 및 상기 돌기 삽입부(320)의 다양한 형상에 따른 실시예에 대해 설명한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다. 도 6, 도 8, 도 10은 각각 상기 여러 실시예에 따른 배터리 팩의 주요부를 상부에서 바라본 도면이고, 도 7, 도 9, 도 11은 각각 도 6, 도 8, 도 10의 주요부를 자른 단면 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 도 3 내지 도 5의 돌기부(400)와 달리 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)가 상기 길이 방향으로만 일부 중첩되게 구비되며, 상기 제1 돌기부(400a)의 머리부(410)와 상기 제2 돌기부(400b)의 머리부(410)가 상기 길이 방향에서만 서로 간섭되도록 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1 돌기부(400a) 및 제2 돌기부(400b)가 일직선으로 배치되어 상기 돌기부(400)끼리 상하좌우 대칭되므로 상기 돌기부(400) 및 상기 돌기 삽입부(320)의 제작이 용이해질 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 돌기부(401a) 및 상기 제2 돌기부(401b)는 상기 높이 방향에 수직인 방향으로 자른 단면의 형상이 ㄱ자 형상으로 구비될 수 있다. 즉, 도 3 내지 도 5의 돌기부(400)의 상기 머리부(410)가 상기 다리부(420)의 양측에서 연장된 것과 달리, 상기 머리부(410)는 상기 다리부(420)의 일측에서 연장될 수 있다.
또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 돌기부(402a) 및 상기 제2 돌기부(402b)는 도 3 내지 도 5의 돌기부(400)의 상기 머리부(410)가 각지도록 구비된 것과 달리, 상기 머리부(410)의 단부가 둥근 모양으로 구비될 수 있다. 이처럼, 상기 머리부(410)의 지름(D)이 상기 다리부(420)의 폭(w)보다 크다면 상기 돌기부(400)는 상기 걸림부(H)가 형성될 수 있는 어떠한 형상으로 구비되어도 무방하다.
도 8 내지 도 11의 실시예에서는 상기 돌기부(400)가 T자 형상으로 구비될 때보다 상기 돌기부(400) 사이의 간격이 더 가까워질 수 있으므로 상기 셀 어레이 케이스(120)에 더 많은 개수의 돌기부(400)가 구비될 수 있어 상기 팩 케이스의 강성을 더 보강할 수 있다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 돌기부(400)가 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입되는 구조에 대해 설명하면, 상기 돌기부(400)는 상기 돌기 삽입부(320)에 상기 셀 어레이(110)의 높이 방향으로 삽입될 수 있다.
상기 돌기부(400) 및 돌기 삽입부(320)는 상기 셀 어레이 케이스(120)의 높이와 대응되도록 상기 셀 어레이(110)의 높이 방향으로 연장되어 구비될 수 있다. 이때, 도 2에서 보이는 바와 같이, 상기 돌기 삽입부(320)는 상기 마운팅부(300)의 높이 방향으로 이격되어 상기 돌기부(400)의 바닥면을 지지하는 걸림단(321)을 포함할 수 있다. 이로써, 상기 돌기부(400)가 상기 돌기 삽입부(320)에 삽입되면 상기 걸림단(321)에 안착되므로 상기 돌기부(400)는 상기 돌기 삽입부(320)보다 상기 높이 방향으로 돌출되도록 구비될 수 있다.
상기 돌기부(400) 및 돌기 삽입부(320)를 상기 높이 방향으로 연장되게 구비함으로써, 상기 배터리 팩(10) 벤딩시 하중이 상기 셀 어레이 케이스(120)와 마운팅부(300)로 전이될 수 있다. 그 결과, 배터리 모듈 조립체(100)의 강성을 배터리 팩(10)의 강성으로 활용할 수 있다. 따라서, 배터리 팩(10) 높이를 최소화한 상태로 유지하면서, 즉 높이 방향으로 별도의 팩 보강재를 추가하지 않으면서도, 배터리 팩(10)의 강성을 확보할 수 있다. 특히, 벤딩에 대한 강성을 확보할 수 있다.
도 12는 도 1의 배터리 팩이 포함되는 자동차의 사시도이다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예들에 따른 배터리 팩(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차(20)를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 배터리 팩(10)은 차량 좌석 하부의 차체 프레임 또는 트렁크 공간에 설치될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 팩(10)의 벤딩시 강성을 확보하여 안전성 및 신뢰성을 보장할 수 있는 배터리 팩(10) 및 이를 포함하는 자동차(20)를 제공할 수 있다.
참고로, 본 발명에 따른 배터리 팩(10)은 자동차 이외에 ESS(Energy Storage System)나 다양한 전기 장치에 적용될 수 있음은 물론이다. 이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 자동차(20)와 같이 상기 배터리 팩(10)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 팩(10)을 포함하는 바, 전술한 배터리 팩(10)으로 인한 장점을 모두 가지면서 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (20)

  1. 복수 개의 배터리 셀을 포함하는 셀 어레이와, 상기 셀 어레이를 수용하며 적어도 일측면에서 연장되는 돌기부가 구비되는 셀 어레이 케이스를 포함하는 복수 개의 배터리 모듈 조립체; 및
    상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체의 사이에 배치되며, 상기 돌기부가 삽입되는 돌기 삽입부가 구비되는 마운팅부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀 어레이는 길이, 너비 및 높이를 가지며,
    상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체는 상기 셀 어레이의 너비 방향을 따라 배치되고,
    상기 마운팅부는 상기 복수 개의 배터리 모듈 조립체의 사이에서 상기 셀 어레이의 길이 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 셀 어레이 케이스의 적어도 일측면에서 상기 너비 방향을 향해 돌출되어 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 돌기 삽입부 내에서 상기 길이 방향 또는 너비 방향으로의 이동이 방지되도록 구비되는 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 셀 어레이의 높이 방향에 수직인 단면이 T자 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌기 삽입부는 상기 돌기부와 대응되는 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌기부는
    복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체 중 어느 하나에 구비되는 제1 돌기부; 및
    복수 개의 상기 배터리 모듈 조립체 중 상기 어느 하나의 배터리 모듈 조립체와 인접하는 다른 하나에 구비되는 제2 돌기부;를 포함하고,
    상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 상기 길이 방향을 따라 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 서로 이격되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부는 상기 너비 방향으로 일부 중첩되게 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부 각각은
    상기 너비 방향으로 연장되며 일정한 폭을 가지는 다리부와
    상기 다리부에 연결되어 상기 길이 방향으로 상기 폭보다 길게 연장되는 머리부를 포함하고,
    상기 제1 돌기부의 머리부와 상기 제2 돌기부의 머리부는 상기 마운팅부의 벤딩시 상기 길이 방향 또는 너비 방향에서 서로 간섭되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 머리부는 상기 다리부의 일측에서 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 머리부는 상기 다리부의 양측에서 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 머리부의 단부는 둥근 모양으로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 마운팅부는
    일측에 상기 제1 돌기부가 삽입되는 제1 돌기 삽입부; 및
    타측에 상기 제2 돌기부가 삽입되는 제2 돌기 삽입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부는 상기 돌기 삽입부에 상기 셀 어레이의 높이 방향으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 돌기부 및 돌기 삽입부는 상기 셀 어레이 케이스의 높이와 대응되도록 상기 셀 어레이의 높이 방향으로 연장되어 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 돌기 삽입부는 상기 마운팅부의 높이 방향으로 이격되어 상기 돌기부의 바닥면을 지지하는 걸림단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 마운팅부는 다이 캐스팅으로 제작되어 속이 채워지거나 빈 벽체부를 포함하고,
    상기 돌기 삽입부는 상기 벽체부의 외측면의 적어도 일부가 내측으로 함몰되어 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩을 포함하는 자동차.
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