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KR101520902B1 - 자동차용 배터리 팩 케이스 - Google Patents

자동차용 배터리 팩 케이스 Download PDF

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KR101520902B1
KR101520902B1 KR1020130063092A KR20130063092A KR101520902B1 KR 101520902 B1 KR101520902 B1 KR 101520902B1 KR 1020130063092 A KR1020130063092 A KR 1020130063092A KR 20130063092 A KR20130063092 A KR 20130063092A KR 101520902 B1 KR101520902 B1 KR 101520902B1
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KR
South Korea
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pack case
case
battery
outside
support portion
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KR1020130063092A
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김성종
조재양
안순호
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주식회사 엘지화학
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Publication date
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Abstract

본 발명은 자동차용 배터리 팩에 포함되는 팩 케이스를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 케이스는, 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 4개의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체를 포함하는 배터리 팩 케이스로서, 상기 배터리 모듈 집합체와 전기적으로 연결된 전극 포스트가 외부로 노출 될 수 있도록 하는 구멍이 형성된 상부 팩 케이스; 하부 프레임, 측면 프레임을 가진 하부 팩 케이스; 상기 외부로 노출된 전극 포스트를 감싸는 전극 터미널; 상기 하부 팩 케이스 및 상기 상부 팩 케이스 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 케이스 실링부; 및 상기 전극 터미널 및 상기 상부 팩 케이스 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 터미널 실링부;를 포함하며, 상기 하부 프레임에는, 상기 측면 프레임과 인접한 영역에 유로가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임으로부터 미리 설정된 높이의 단차를 가진 상기 배터리 모듈 집합체 지지부(이하 '지지부')가 형성되어 있다. 본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 팩 케이스를 제공할 수 있다.

Description

자동차용 배터리 팩 케이스{CASE FOR VEHICLE'S BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩 케이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방수 및 배수 구조를 가진 자동차용 배터리 팩 케이스에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차전지는 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 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V~4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 이차전지 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 이차전지 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 이차전지 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편 다수의 이차전지 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 배터리 팩에 포함된 이차전지 셀들의 전기적 연결 및 기구적 연결이 견고하게 될 수 있도록 안정적이고 경제적인 배터리 팩 케이스 디자인이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 자동차용 배터리 팩에 포함되는 팩 케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 케이스는, 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 4개의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체를 포함하는 배터리 팩 케이스로서, 상기 배터리 모듈 집합체와 전기적으로 연결된 전극 포스트가 외부로 노출 될 수 있도록 하는 구멍이 형성된 상부 팩 케이스; 하부 프레임, 측면 프레임을 가진 하부 팩 케이스; 상기 외부로 노출된 전극 포스트를 감싸는 전극 터미널; 상기 하부 팩 케이스 및 상기 상부 팩 케이스 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 케이스 실링부; 및 상기 전극 터미널 및 상기 상부 팩 케이스 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 터미널 실링부;를 포함하며, 상기 하부 프레임에는, 상기 측면 프레임과 인접한 영역에 유로가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임으로부터 미리 설정된 높이의 단차를 가진 상기 배터리 모듈 집합체 지지부(이하 '지지부')가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지부에는 상기 지지부의 중심을 지나며 상기 마주보는 유로를 연결하는 배수로가 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지부에는 상기 지지부의 중심을 지나며 상기 마주보는 유로를 연결하는 두 개의 배수로가 형성되어 있으며, 상기 두 개의 배수로는 수직으로 교차한다.
바람직하게, 상기 배수로는 상기 지지부의 중심에 가까울 수록 높아지는 경사를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 팩 케이스 및 상기 하부 팩 케이스는 고분자 물질로 이루어 진다. 상기 고분자 물질은, 폴리카보네이트(PolyCarbonate),
아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin) 또는 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 터미널은 황동이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 케이스 실링부 및 터미널 실링부는 실리콘 재질이다. 이때, 상기 케이스 실링부 및 터미널 실링부는 진동 융착을 통해서 상기 상부 팩 케이스 및 하부 팩 케이스와 결합될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 팩 케이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 외부에서 유입되는 유체로부터 보호할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내부에 존재하는 유체를 배수로에 유도하여 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈 집합체와 공간적으로 분리할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스를 포함하는 배터리 팩의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 하부 팩 케이스 내부에 배터리 모듈 집합체 및 내부 케이스가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4은 본 발명에 따른 하부 팩 케이스 위에 상부 팩 케이스가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 팩을 A-A' 절단선을 따라 절단한 절단면의 확대도이다.
도 6은 도 1에 도시된 배터리 팩을 A-A' 절단선을 따라 절단한 하부 프레임의 절단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 하부 케이스의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 케이스(10, 70, 이하 ' 팩 케이스')를 포함하는 배터리 팩(1)을 나타내는 사시도이다.
도 1에 도시된 배터리 팩(1)은 자동차, 하이브리드차(HEV), 전기차(EV) 등에 장착될 수 있는 자동차용 배터리 팩(1)이다.
바람직하게, 상기 배터리 팩(1)의 크기는 자동차용 표준 배터리의 규격을 따른다. 따라서, 상기 배터리 팩(1)은 전체적으로 육면체의 형상을 가질 수 있다.
또한 바람직하게, 본 발명에 따른 팩 케이스(10, 70) 역시 자동차용 표준 배터리의 규격을 따르기 위한 크기를 가질 수 있다. 그러나, 상기 배터리 팩(1) 및 팩 케이스(10, 70)의 크기는 상기 예시에 제한되지 않으며 실시예에 따라 가로, 세로, 높이의 길이는 다양할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팩 케이스(10, 70)을 포함하는 배터리 팩(1)의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 배터리 팩(1)은 자동차용으로서 12V의 작동 전압을 가진다. 한편, 일반적인 이차전지 셀(62)은 약 3V의 작동 전압을 가진다. 따라서, 4개의 배터리 모듈(60)을 직렬로 연결하여 배터리 모듈 집합체(50)를 구성한다.
그리고, 상기 배터리 모듈 집합체(50)와 내부 케이스(30)가 상부 팩 케이스(10)와 하부 팩 케이스(70) 사이에 내장되어, 배터리 팩(1)을 구성한다.
본 명세서에서는 상기 배터리 팩(1)에 포함되는 팩 케이스(10, 70)에 대해서 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 팩 케이스(10, 70)는 상부 팩 케이스(10) 및 하부 팩 케이스(70)를 포함한다.
상기 상부 팩 케이스(10)는 상기 배터리 모듈 집합체와 전기적으로 연결된 전극 포스트(33)가 외부로 노출 될 수 있도록 하는 구멍(11)이 형성되어 있다. 상기 외부로 노출된 전극 포스트는 전극 터미널(12)에 의해서 감싸진다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 터미널의 재질은 황동이다.
상기 하부 팩 케이스(70)는 하부 프레임(71) 및 측면 프레임(72)을 가진다.
본 발명에 따른 상기 하부 팩 케이스(70) 및 상기 상부 팩 케이스(10) 사이에는 케이스 실링부(73)가 개재된다.
도 3은 본 발명에 따른 하부 팩 케이스(70) 내부에 배터리 모듈 집합체(50) 및 내부 케이스(30)가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
본 발명에 따른 상기 전극 터미널(33) 및 상기 상부 팩 케이스(10) 사이에는 터미널 실링부(13)가 개재된다.
도 4은 본 발명에 따른 하부 팩 케이스(70) 위에 상부 팩 케이스(10)가 장착된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 상부 팩 케이스(10)에 전극 포스트(33)가 외부로 노출 될 수 있도록 형성된 구멍(11) 주위에 터미널 실링부(13)가 개재된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 배터리 팩(1)을 A-A' 절단선을 따라 절단한 절단면의 확대도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 상부 팩 케이스(10)와 하부 팩 케이스(70)가 접한 부분을 중심으로 확대된 절단면도인 것을 확인할 수 있다.
상기 케이스 실링부(73)는 외부로부터 유체가 배터리 팩(1) 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그리고, 상기 터미널 실링부(13)는 외부로부터 유체가 상기 구멍(11)을 통해서 배터리 팩(1) 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 케이스 실링부(73) 및 터미널 실링부(13)의 재질은 실리콘이다. 그러나, 상기 케이스 실링부(73) 및 터미널 실링부(13)의 재질이 제한되는 것이 아니라, 외부로부터 유체, 습기를 방지할 수 있는 공지의 다양한 재질로 대체가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 케이스 실링부(33) 및 터미널 실링부(13)는 진동 융착을 통해서 상기 상부 팩 케이스(10) 및 하부 팩 케이스(70)와 결합된다. 그러나 본 발명이 상기 결합 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 6은 도 1에 도시된 배터리 팩(1)을 A-A' 절단선을 따라 절단한 하부 프레임(70)의 절단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 상기 하부 프레임(71)에는 상기 측면 프레임(72)과 인접한 영역에 유로(74)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 하부 프레임(71)에는 상기 하부 프레임(71)으로부터 미리 설정된 높이의 단차를 가진 배터리 모듈 집합체 지지부(75, 이하 '지지부')가 형성되어 있다.
본 발명에 따른 팩 케이스는 외부로부터 유체나 습기가 침투하는 것을 방지하지만, 적은 양이 들어올 가능성이 있다. 또한, 이차전지 셀에 포함된 전해액이 흘러나올 가능성도 있다. 따라서, 내부에 존재하는 습기 또는 유체를 한 쪽으로 모아서, 상기 배터리 모듈 집합체(50)에 영향을 미치지 않게 할 필요가 있다.
상기 지지부(75)는 미리 설정된 높이의 단차를 가져서, 유체나 습기는 아래로 모이게 된다. 따라서, 배터리 팩(1) 내부에 존재하는 유체는 상기 유로(74)에 모이게 된다. 상기 유로(74)의 폭은 다양하게 설계할 수 있다. 또한, 상기 지지부(75)의 높이 역시 다양하게 설계할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 하부 케이스(70)의 평면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 하부 케이스(70)의 평면도이기 때문에, 상기 하부 케이스(70)의 내부 즉, 상기 하부 프레임(71)의 상단면이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지부(75)에는 상기 지지부(75)의 중심을 지나며 상기 마주보는 유로(74)를 연결하는 배수로(76)가 형성된다.
바람직하게, 상기 지지부(75)에는, 상기 지지부(75)의 중심을 지나며 상기 마주보는 유로(74)를 연결하는 두 개의 배수로(76)가 형성되어 있으며, 상기 두 개의 배수로(76)는 수직으로 교차한다.
상기 배터리 모듈 집합체(50)에서 유출된 전해액 등의 유체는 반드시 상기 배터리 모듈 집합체(50)의 외부면을 따라 흐른다는 보장이 없다. 일 예로, 상기 배터리 모듈 집합체(50) 내부에서 전해액 등의 유체가 흘러나올 수 있다. 따라서, 상기 지지부(75)의 중심을 지나는 배수로(76)를 형성하여 상기 유로(74)쪽으로 흐르도록 유도할 수 있다. 이를 위해, 상기 배수로(76)는 상기 지지부(75)의 중심에 가까울 수록 높아지는 경사를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 팩 케이스(10) 및 상기 하부 팩 케이스(70)는 고분자 물질로 이루어 진다. 상기 고분자 물질은 폴리카보네이트(PolyCarbonate), 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin) 또는 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 이차전지 셀을 포함하는 안정적이고 경제적인 팩 케이스를 제공할 수 있다. 또한, 다수의 이차전지 셀을 외부에서 유입되는 유체로부터 보호할 수 있다. 나아가, 내부에 존재하는 유체를 배수로에 유도하여 배터리 팩에 포함된 배터리 모듈 집합체와 공간적으로 분리할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 배터리 팩 10 : 상부 팩 케이스
11 : 구멍 12 : 전극 터미널
13 : 터미널 실링부 30 : 내부 케이스
33 : 전극 포스트 50 : 배터리 모듈 집합체
70 : 하부 팩 케이스 71 : 하부 프레임
72 : 측면 프레임 73 : 케이스 실링부
74 : 유로 75 : 지지부
76 : 배수로

Claims (11)

  1. 다수의 원통형 이차전지 셀(이하 '셀')를 가진 복수의 배터리 모듈이 전기적으로 직렬 연결된 배터리 모듈 집합체를 포함하는 배터리 팩 케이스에 있어서,
    상기 배터리 모듈 집합체와 전기적으로 연결된 전극 포스트가 외부로 노출 될 수 있도록 하는 구멍이 형성된 상부 팩 케이스;
    하부 프레임, 측면 프레임을 가진 하부 팩 케이스;
    상기 외부로 노출된 전극 포스트를 감싸는 전극 터미널;
    상기 하부 팩 케이스 및 상기 상부 팩 케이스 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 케이스 실링부; 및
    상기 전극 터미널의 하단 및 상기 상부 팩 케이스에 형성된 상기 구멍 주위의 외부 표면 사이에 개재되어 외부로부터 유체가 유입되는 것을 방지하는 링 모양의 터미널 실링부;를 포함하며
    상기 하부 프레임에는, 상기 측면 프레임과 인접한 영역에 유로가 형성되어 있으며, 상기 하부 프레임으로부터 미리 설정된 높이의 단차를 가진 상기 배터리 모듈 집합체 지지부(이하 '지지부')가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 상기 측면 프레임과 인접한 영역에 마주보는 형태로 형성되고,
    상기 지지부에는, 상기 지지부의 중심을 지나며 상기 마주보는 형태로 형성된 유로를 연결하는 배수로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지부에는, 상기 지지부의 중심을 지나며 상기 마주보는 형태로 형성된 유로를 연결하는 두 개의 배수로가 형성되어 있으며,
    상기 두 개의 배수로는 수직으로 교차하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 배수로는, 상기 지지부의 중심에 가까울 수록 높아지는 경사를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 팩 케이스 및 상기 하부 팩 케이스는, 고분자 물질로 이루어 진 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 폴리카보네이트(PolyCarbonate)인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(Aacrylonitrile-Butadiene-Styrene resin)인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, 할로겐족 원소가 포함되지 않은 폴리카보네이트(PC)와 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 수지(ABS)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극 터미널은, 황동인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 케이스 실링부 및 터미널 실링부는, 실리콘 재질인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 케이스 실링부 및 터미널 실링부는, 진동 융착을 통해서 상기 상부 팩 케이스 및 하부 팩 케이스와 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 케이스.
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