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WO2021075666A1 - 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

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Publication number
WO2021075666A1
WO2021075666A1 PCT/KR2020/008431 KR2020008431W WO2021075666A1 WO 2021075666 A1 WO2021075666 A1 WO 2021075666A1 KR 2020008431 W KR2020008431 W KR 2020008431W WO 2021075666 A1 WO2021075666 A1 WO 2021075666A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery pack
battery
frame
battery module
mounting member
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/008431
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최종화
성준엽
박명기
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to US17/437,618 priority patent/US12068467B2/en
Priority to ES20877950T priority patent/ES2983865T3/es
Priority to JP2021555269A priority patent/JP7366449B2/ja
Priority to EP20877950.4A priority patent/EP3920314B1/en
Publication of WO2021075666A1 publication Critical patent/WO2021075666A1/ko

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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 a device including the same, and more particularly, to a battery pack for preventing heat transfer and a device including the same.
  • Rechargeable batteries are attracting a lot of attention as an energy source in various product lines such as mobile devices and electric vehicles.
  • Such a secondary battery is a potent energy resource that can replace the use of conventional products that use fossil fuels, and does not generate by-products due to energy use, and thus has been in the spotlight as an eco-friendly energy source.
  • a battery module consisting of at least one battery cell is configured, and other components are added using such a plurality of battery modules. How to configure is common.
  • the battery modules constituting such a battery pack are formed in a battery cell stack in which a plurality of battery cells are stacked, a battery module frame accommodating the battery cell stack, and a battery module frame so that the battery module frame is mounted on the battery pack frame. It includes a battery module mounting portion.
  • 1 is a view showing a state in which a conventional battery module frame is mounted on a battery pack frame.
  • 2 is a view showing a state in which heat is transferred from a conventional battery pack frame to a battery module frame.
  • the end plates 11 formed on the front and rear surfaces of the battery module frame 10 are In contact with the battery module mounting portion 21 formed on the upper end, the end plate 11 and the battery module mounting portion 21 were coupled through the mounting member 40.
  • the temperature of the battery pack is transferred to the battery module mounting part 21 of the battery pack frame 20, the end plate 11 in contact with it, and the battery module frame 10, and the battery accommodated in the battery module frame 10 It can be delivered to a plurality of battery cells of the cell stack.
  • the battery pack mounted on a device such as a vehicle may be exposed to the outside, and a high-temperature and low-temperature temperature gradient occurring in automobile-related electronic components formed outside the battery pack may be transmitted to the battery module through the battery pack frame.
  • a high-temperature and low-temperature temperature gradient occurring in automobile-related electronic components formed outside the battery pack may be transmitted to the battery module through the battery pack frame.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a battery pack capable of preventing heat transfer between the inside and outside of the battery pack.
  • a battery pack and a device including the same for realizing the above object include: a battery module frame accommodating a battery cell stack; A battery pack frame on which the battery module frame is mounted; A battery module mounting part is formed on the battery pack frame to allow the battery module frame to be mounted on the battery pack frame, and an insulating member is formed between the battery module mounting part and the battery module frame.
  • the battery module mounting part and the battery module frame may be coupled to each other through a mounting member.
  • the battery module frame may include end plates covering the front and rear surfaces of the battery cell stack, and the mounting member may be inserted through through holes formed at both ends of the end plate.
  • the mounting member may include a head portion and a body portion formed at one end, and the head portion may be mounted to be in contact with an upper surface of the through hole.
  • An insulating member may be formed between the head portion and an upper surface of the through hole.
  • An insulating member may be formed between the through hole of the end plate and the mounting member inserted into the through hole.
  • the mounting member may include a head portion and a body portion formed at one end, and the insulating member may be formed between the body portion and the through hole.
  • the insulating member may be formed to surround the mounting member.
  • a through hole is formed in the battery module mounting portion, and the mounting member may be coupled through the through hole.
  • the mounting member may be inserted into the battery pack frame through the through hole of the battery module mounting part.
  • the mounting member may be formed of a bolt.
  • the battery pack frame and the battery module mounting part may be formed of metal.
  • a heat sink may be installed inside the battery pack frame.
  • the heat sink may be mounted inside a frame surface of the battery pack frame on which the battery module frame is mounted.
  • the battery pack and the device including the same prevent heat transfer between the battery pack outside the battery pack and the battery module inside the battery pack through an insulating member, so that the temperature outside the battery pack affects the battery module. It provides the effect of minimizing it.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which a conventional battery module frame is mounted on a battery pack frame.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which heat is transferred from a conventional battery pack frame to a battery module frame.
  • FIG 3 is a view showing a state before the battery pack is assembled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a view showing a state after the battery pack is assembled according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a state before assembling a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a state before the battery pack is assembled according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a view showing a state after the battery pack is assembled according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • 6 is a side view of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • a battery pack according to an embodiment of the present invention includes a battery module frame 100 accommodating a battery cell stack, and a battery pack frame 200 in which the battery module frame 100 is mounted. , It is formed in the battery pack frame 200 and includes a battery module mounting part 210 to allow the battery module frame 100 to be mounted on the battery pack frame 200, and between the battery module mounting part 210 and the battery module frame
  • the insulating member 300 is formed in the.
  • the battery cell is a secondary battery and may be configured as a pouch-type secondary battery.
  • a plurality of such battery cells may be formed, and a plurality of battery cells may be stacked together so as to be electrically connected to each other to form a battery cell stack.
  • Each of the plurality of battery cells may include an electrode assembly, a battery case, and an electrode lead protruding from the electrode assembly.
  • the battery module frame 100 accommodates a battery cell stack formed by stacking a plurality of battery cells, and physically protects the battery cell stack.
  • the battery module frame 100 may include an end plate 110 formed to cover the front and rear surfaces of the battery cell stack and a central frame 120 formed to cover the top, bottom, left and right surfaces of the battery cell stack.
  • the end plate 110 may be coupled to the central frame 120 through welding, and may physically protect the busbar frame and the battery cell stack formed between the end plate 110 and the battery cell stack.
  • the battery pack frame 200 is formed to accommodate the battery module frame 100.
  • the battery pack frame 200 can physically protect a plurality of battery cells accommodated in the battery module frame 100, and is mounted on various devices that require power, so that the battery modules formed inside the battery pack frame 300 The power produced can be supplied to the device.
  • the battery module frame 100 may be mounted on the upper side of the battery pack frame 200.
  • a battery module mounting part 210 to which the battery module frame 100 can be mounted is formed on the upper surface of the battery pack frame 200, and the battery module frame 100 is a battery module mounting part 210. It can be combined with the battery pack frame 200 in a manner that is mounted on.
  • the mounting member 400 may couple the battery module mounting portion 210 and the battery module frame 100 to each other. More specifically, through holes 111 and 112 are formed at both ends of the end plate 110 formed at the front and rear of the battery module frame 100, and the battery module mounting portion 210 formed at the top of the battery pack frame 200 ) Are also formed with through holes 211 and 212, and the mounting member includes through holes 111 and 112 formed at both ends of the end plate 110 and through holes 211 and 212 formed at the battery module mounting part 210 By integrally penetrating the end plate 110 and the battery module mounting portion 210 may be coupled. The mounting member 400 may be inserted into the battery pack frame 200 through the through holes 211 and 212 of the battery module mounting part 210.
  • the mounting member 400 may include a head portion 410 and a body portion 420 formed at one end.
  • the mounting member 400 may be inserted through the body portion 420 at upper ends of the through holes 111 and 112 formed at both ends of the end plate 110.
  • the body portion 420 passing through the through holes 111 and 112 passes through the through holes 211 and 212 of the battery module mounting portion 210 coaxially meeting the lower ends of the through holes 111 and 112, and FIG. 6 As shown in FIG. 2, the end portion of the body portion 420 may penetrate and be mounted to the inside of the battery pack frame 200.
  • the head portion 410 may be formed to have a wider width than the through holes 111 and 112. Accordingly, as shown in FIG. 6, the lower end of the head portion 410 may be mounted to contact the upper surfaces 111a and 112a of the through hole.
  • the mounting member 400 may be formed of a bolt.
  • the mounting member is not limited to a bolt, and a battery module frame and a battery pack frame may be combined using various embodiments.
  • a heat sink 500 may be mounted inside the surface of the battery pack frame 200 on which the battery module frame 100 is mounted. Heat generated from a plurality of battery cells accommodated in the battery module frame 100 may be cooled through the heat sink 500.
  • the insulating member 300 may be formed between the battery module mounting part 210 and the battery module frame 100. Through this, heat transfer to the battery pack frame 200 and the battery module frame 100 connected thereto may be blocked.
  • both the battery pack frame 200 and the battery module frame 200 are made of metal, heat transfer occurs between the battery module mounting part 210 and the battery pack frame 200 in the related art, and the temperature is affected by the outside. Heat is transferred between the battery pack frame 200 and the battery module frame 200 in which the gradient has occurred, so that a plurality of battery cells accommodated in the battery module frame 200 directly affects the influence of the temperature of the battery pack frame 200.
  • a problem may occur in battery module performance.
  • the insulating member 300 is formed between the battery module mounting portion 210 and the end plate 110 of the battery module frame 100, the battery module mounting portion 210 and the end plate By preventing the 110 from contacting any more, it is possible to block heat transfer due to contact between metals in advance, and to minimize the effect of external temperature on the battery cell.
  • FIG. 7 is a view showing a state before assembling a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • 8 is an exploded perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • 9 is a side view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the insulating member 300 ′ according to an embodiment of the present invention includes a through hole 111 formed at both ends of the head portion 410 and the end plate 110 of the mounting member 400. , 112) may be formed between the upper surfaces 111a and 112a.
  • the mounting member 400 may be formed through both the through holes 111 and 112 of the end plate 110 and the through holes 211 and 212 of the battery module mounting part 210. Accordingly, heat generated from the battery pack frame 200 may be transferred to the battery module frame 100 through the mounting member 400.
  • the head portion 410 of the mounting member 400 Since the head portion 410 of the mounting member 400 is mounted to be in contact with the upper surfaces 111a and 112a of the through holes 111 and 112, heat transferred to the head portion 410 of the mounting member 400 is It may be transferred to the battery module frame 100 and a plurality of battery cells accommodated therein through the upper surfaces 111a and 112a of the through hole of the plate 110.
  • an insulating member between the head portion 410 of the mounting member 400 and the upper surfaces 111a and 112a of the mounting member 400 to which the mounting member 400 and the end plate 110 may contact (300') is formed, it is possible to prevent contact between the mounting member 400 and the end plate 110 to block heat transfer due to the contact in advance, and to minimize the effect of external temperature on the battery cell.
  • contents other than the above-described contents are the same as those described in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • 11 is a cross-sectional view of a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • the insulating member 300 ′′ according to an embodiment of the present invention is inserted into the through holes 111 and 112 of the end plate 110 and the through holes 111 and 112
  • An insulating member 300 ′′ may be formed between the mounted mounting members 400. More specifically, the mounting member 400 includes a head portion 410 and a body portion 420 formed at one end, and the insulating member 300 ′′ includes a body portion 420 and through holes 111 and 112 ) Can be formed between. In this case, the insulating member 300 ′'may be formed to surround the mounting member 400.
  • the outer surfaces of the mounting member 400 and the inner surfaces of the through holes 111 and 112 may contact each other, and thus penetrate the mounting member 400.
  • the mounting member 400 connected to the battery pack frame 200 and the end plate 110 in which the through holes 111 and 112 are formed, and the bus bar frame connected to the end plate 110 ( 130) and heat transfer between a plurality of battery cells connected thereto may be performed.
  • the insulating member 300 between the outer surface of the mounting member 400 to which the mounting member 400 and the end plate 110 may contact and the inner surfaces of the through holes 111 and 112 '') may be inserted to block heat transfer due to contact between the mounting member 400 and the inner surfaces of the through holes 111 and 112 in advance, and the influence of the external temperature on the battery cell may be minimized.
  • the battery pack may have a structure in which a battery management system (BMS) that manages the temperature or voltage of a battery, and a cooling device are added and packed.
  • BMS battery management system
  • the battery pack can be applied to various devices.
  • a device may be applied to a vehicle such as an electric bicycle, an electric vehicle, or a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and may be applied to various devices capable of using a battery module, and this also falls within the scope of the present invention. .

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Abstract

본 발명은 열 전달 현상을 방지하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로, 전지셀 적층체를 수용하는 전지 모듈 프레임; 상기 전지 모듈 프레임이 장착되는 전지팩 프레임; 상기 전지팩 프레임에 형성되어 상기 전지 모듈 프레임이 상기 전지팩 프레임에 장착되도록 하는 전지 모듈 마운팅부를 포함하고, 상기 전지 모듈 마운팅부와 상기 전지 모듈 프레임 사이에 절연 부재가 형성된다.

Description

전지팩 및 이를 포함하는 디바이스
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2019년 10월 18일자 한국 특허 출원 제10-2019-0129953호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열 전달 현상을 방지하는 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 다수의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지팩을 구성하는 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 전지 모듈 프레임, 전지 모듈 프레임에 형성되어 전지 모듈 프레임이 전지팩 프레임에 장착되도록 하는 전지 모듈 마운팅부를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈 프레임이 전지팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 2는 종래 전지팩 프레임에서 전지 모듈 프레임으로 열이 전달되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지 모듈 프레임(10)이 전지팩 프레임(20)에 장착시, 전지 모듈 프레임(10)의 전후면에 형성된 엔드 플레이트(11)가 전지팩 프레임(20)의 상단에 형성된 전지 모듈 마운팅부(21)와 접촉하고, 엔드 플레이트(11)와 전지 모듈 마운팅부(21)가 마운팅 부재(40)를 통해 결합되었다. 이때 전지팩의 온도가 전지팩 프레임(20)의 전지 모듈 마운팅부(21) 및 이와 접촉한 엔드 플레이트(11) 및 전지 모듈 프레임(10)로 전달되어, 전지 모듈 프레임(10) 내부에 수용된 전지셀 적층체의 복수의 전지셀로 전달될 수 있다.
이때 자동차 등 디바이스에 장착된 전지팩은 외부로 노출될 수 있으며, 전지팩 외부에 형성된 자동차 관련 전장품에서 발생하는 고온, 저온의 온도 구배가 전지팩 프레임을 통해 전지 모듈로 전달될 수 있다. 이와 같이 전지팩 외부가 고온 또는 저온으로 형성될 경우 전지팩 내부에 형성된 전지 모듈에 전지팩 외부의 온도 구배가 영향을 미치게 되어, 전지 모듈에 형성된 복수의 전지셀의 성능이 전반적으로 저하될 수 있는 문제가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지팩 내외부 간의 열 전달 현상을 방지할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스는, 전지셀 적층체를 수용하는 전지 모듈 프레임; 상기 전지 모듈 프레임이 장착되는 전지팩 프레임; 상기 전지팩 프레임에 형성되어 상기 전지 모듈 프레임이 상기 전지팩 프레임에 장착되도록 하는 전지 모듈 마운팅부를 포함하고, 상기 전지 모듈 마운팅부와 상기 전지 모듈 프레임 사이에 절연 부재가 형성된다.
상기 전지 모듈 마운팅부와 상기 전지 모듈 프레임은 마운팅 부재를 통해 서로 결합할 수 있다.
상기 전지 모듈 프레임은 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트의 양단에 형성된 관통구를 통해 상기 마운팅 부재가 삽입될 수 있다.
상기 마운팅 부재는, 일단에 형성된 헤드부 및 바디부를 포함하고, 상기 헤드부는 상기 관통구의 상면과 접하도록 장착될 수 있다.
상기 헤드부와 상기 관통구의 상면 사이에 절연 부재가 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트의 관통구와 상기 관통구에 삽입된 상기 마운팅 부재 사이에 절연 부재가 형성될 수 있다.
상기 마운팅 부재는, 일단에 형성된 헤드부 및 바디부를 포함하고, 상기 절연 부재는 상기 바디부와 상기 관통구 사이에 형성될 수 있다.
상기 절연 부재는 상기 마운팅 부재를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 전지 모듈 마운팅부에는 관통구가 형성되고, 상기 마운팅 부재는 상기 관통구에 관통 결합할 수 있다.
상기 마운팅 부재는 상기 전지 모듈 마운팅부의 관통구를 통과하여 상기 전지팩 프레임의 내부까지 삽입될 수 있다.
상기 마운팅 부재는 볼트로 형성될 수 있다.
상기 전지팩 프레임과 상기 전지 모듈 마운팅부는 금속으로 형성될 수 있다.
상기 전지팩 프레임 내부에는 히트 싱크가 장착될 수 있다.
상기 히트 싱크는 상기 전지 모듈 프레임이 장착되는 상기 전지팩 프레임의 프레임면 내부에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩 및 이를 포함하는 디바이스는, 절연 부재를 통해 전지팩 외부와 전지팩 내부의 전지 모듈 간의 열 전달 현상을 방지하여 전지팩 외부의 온도가 전지 모듈에 영향을 미치는 것을 최소화하는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈 프레임이 전지팩 프레임에 장착되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 전지팩 프레임에서 전지 모듈 프레임으로 열이 전달되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립되기 전 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립된 후 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩이 조립되기 전 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립되기 전 모습을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩이 조립된 후 모습을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩의 측면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지팩은, 전지셀 적층체를 수용하는 전지 모듈 프레임(100), 전지 모듈 프레임(100)이 장착되는 전지팩 프레임(200), 전지팩 프레임(200)에 형성되어 전지 모듈 프레임(100)이 전지팩 프레임(200)에 장착되도록 하는 전지 모듈 마운팅부(210)를 포함하고, 전지 모듈 마운팅부(210)와 전지 모듈 프레임 사이에 절연 부재(300)가 형성된다.
전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
전지 모듈 프레임(100)은 복수의 전지셀이 적층되어 형성된 전지셀 적층체를 수용하여, 전지셀 적층체를 물리적으로 보호한다. 전지 모듈 프레임(100)은 전지셀 적층체의 전후면을 커버하도록 형성된 엔드 플레이트(110) 및 전지셀 적층체의 상하좌우면을 커버하도록 형성된 중앙 프레임(120)을 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(110)는 중앙 프레임(120)과 용접을 통해 결합할 수 있고, 엔드 플레이트(110)와 전지셀 적층체 사이에 형성된 버스바 프레임과 전지셀 적층체를 물리적으로 보호할 수 있다.
전지팩 프레임(200)은 전지 모듈 프레임(100)을 수용할 수 있도록 형성된다. 전지팩 프레임(200)은 전지 모듈 프레임(100)에 수용된 복수의 전지셀들을 물리적으로 보호할 수 있고, 전력을 요구하는 다양한 디바이스에 장착되어, 전지팩 프레임(300) 내부에 형성된 전지 모듈들에서 생산되는 전력을 디바이스에 공급할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 모듈 프레임(100)은 전지팩 프레임(200)의 상측에 장착된 수 있다.
보다 상세하게는, 전지팩 프레임(200)의 상면에는 전지 모듈 프레임(100)이 장착될 수 있는 전지 모듈 마운팅부(210)가 형성되고, 전지 모듈 프레임(100)은 전지 모듈 마운팅부(210)에 장착되는 방식으로 전지팩 프레임(200)과 결합할 수 있다.
마운팅 부재(400)는 전지 모듈 마운팅부(210)와 전지 모듈 프레임(100)을 서로 결합시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 전지 모듈 프레임(100)의 전후방에 형성된 엔드 플레이트(110)의 양단에는 관통구(111, 112)가 형성되고, 전지팩 프레임(200)의 상단에 형성된 전지 모듈 마운팅부(210)에도 관통구(211, 212)가 형성되며, 마운팅 부재는 엔드 플레이트(110)의 양단에 형성된 관통구(111, 112)와, 전지 모듈 마운팅부(210)에 형성된 관통구(211, 212)를 일체로 관통하여 엔드 플레이트(110)와 전지 모듈 마운팅부(210)를 결합할 수 있다. 마운팅 부재(400)는 전지 모듈 마운팅부(210)의 관통구(211, 212)를 통과하여 전지팩 프레임(200)의 내부까지 삽입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마운팅 부재(400)는 일단에 형성된 헤드부(410) 및 바디부(420)를 포함할 수 있다. 마운팅 부재(400)는 엔드 플레이트(110)의 양단에 형성된 관통구(111, 112)의 상단에서 바디부(420)를 통해 삽입될 수 있다.
관통구(111, 112)를 통과한 바디부(420)는 관통구(111, 112)의 하단에 동축으로 만나는 전지 모듈 마운팅부(210)의 관통구(211, 212)를 통과하여, 도 6에 도시된 바와 같이 바디부(420)의 끝 부분이 전지팩 프레임(200)의 내부까지 관통하여 장착될 수 있다.
헤드부(410)는 관통구(111, 112)보다 넓은 폭으로 형성될 수 있다. 따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 헤드부(410)의 하단은 관통구의 상면(111a, 112a)과 접촉하도록 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 마운팅 부재(400)는 볼트로 형성될 수 있다. 그러나 마운팅 부재는 볼트에 한정되지 아니하며, 다양한 실시예를 활용하여 전지 모듈 프레임과 전지팩 프레임을 결합할 수 있다.
전지 모듈 프레임(100)이 장착되는 전지팩 프레임(200)면 내부에는 히트 싱크(500)가 장착될 수 있다. 히트 싱크(500)를 통해, 전지 모듈 프레임(100) 내부에 수용된 복수의 전지셀로부터 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다.
절연 부재(300)는 전지 모듈 마운팅부(210)와 전지 모듈 프레임(100) 사이에 형성될 수 있다. 이를 통해, 전지팩 프레임(200) 및 이와 연결된 전지 모듈 프레임(100)으로 이동하는 열 전달을 차단시킬 수 있다.
전지팩 프레임(200)과 전지 모듈 프레임(200)이 모두 금속으로 형성된 경우, 종래에는 전지 모듈 마운팅부(210)와 전지팩 프레임(200) 사이에서 열 전달이 발생하여, 외부로부터 영향을 받아 온도 구배가 발생한 전지팩 프레임(200)과 전지 모듈 프레임(200) 사이에 열 전달이 이루어져, 전지 모듈 프레임(200)에 수용된 복수의 전지셀들이 전지팩 프레임(200)의 온도에 따른 영향을 직접적으로 받을 수 있었다. 온도 변화에 민감한 전지셀들의 특성상, 외부 온도에 직접적으로 영향을 받을 경우 전지 모듈 성능에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절연 부재(300)가 전지 모듈 마운팅부(210)와 전지 모듈 프레임(100)의 엔드 플레이트(110) 사이에 형성되어, 전지 모듈 마운팅부(210)와 엔드 플레이트(110)가 더이상 접촉하지 못하게 하여, 금속끼리의 접촉에 의한 열 전달을 미연에 차단하고, 외부의 온도가 전지셀에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩이 조립되기 전 모습을 나타낸 도면이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩의 측면도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 부재(300’)는, 마운팅 부재(400)의 헤드부(410)와 엔드 플레이트(110)의 양단에 형성된 관통구(111, 112)의 상면(111a, 112a) 사이에 형성될 수 있다.
마운팅 부재(400)는 엔드 플레이트(110)의 관통구(111, 112)와 전지 모듈 마운팅부(210)의 관통구(211, 212)를 모두 관통하여 형성될 수 있다. 따라서, 전지팩 프레임(200)으로부터 발생한 열이 마운팅 부재(400)를 통해 전지 모듈 프레임(100)으로 전달될 수 있다.
마운팅 부재(400)의 헤드부(410)는 관통구(111, 112)의 상면(111a, 112a)과 접하도록 장착되어 있으므로, 마운팅 부재(400)의 헤드부(410)로 전달된 열은 엔드 플레이트(110)의 관통구 상면(111a, 112a)을 통해 전지 모듈 프레임(100) 및 이에 수용된 복수의 전지셀로 전달될 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 마운팅 부재(400)와 엔드 플레이트(110)가 접촉할 수 있는 마운팅 부재(400)의 헤드부(410)와 관통구 상면(111a, 112a)사이에 절연 부재(300’)가 형성되어, 마운팅 부재(400)와 엔드 플레이트(110)와의 접촉을 방지하여 접촉에 따른 열 전달을 미연에 차단하고, 외부의 온도가 전지셀에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 대하여, 상술한 내용 이외의 내용은 본 발명의 일 실시예에 기술한 내용과 동일하다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 분해 사시도이다. 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절연 부재(300’’)는, 엔드 플레이트(110)의 관통구(111, 112)와, 관통구(111, 112)에 삽입된 마운팅 부재(400) 사이에 절연 부재(300’’)가 형성될 수 있다. 보다 상세하게는, 마운팅 부재(400)는, 일단에 형성된 헤드부(410)와 바디부(420)를 포함하고, 절연 부재(300’’)는 바디부(420)와 관통구(111, 112) 사이에 형성될 수 있다. 이때 절연 부재(300’’)는 마운팅 부재(400)를 감싸도록 형성될 수 있다.
마운팅 부재(400)를 관통구(111, 112)에 삽입시, 마운팅 부재(400)의 외면과 관통구(111, 112)의 내면이 서로 접촉할 수 있으며, 이와 같이 마운팅 부재(400)와 관통구(111, 112)가 접촉할 경우 전지팩 프레임(200)과 연결된 마운팅 부재(400)와 관통구(111, 112)가 형성된 엔드 플레이트(110), 엔드 플레이트(110)와 연결된 버스바 프레임(130) 및 이와 연결된 복수의 전지셀들 간의 열 전달이 이루어질 수 있다.
따라서 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 마운팅 부재(400)와 엔드 플레이트(110)가 접촉할 수 있는 마운팅 부재(400)의 외면과 관통구(111, 112)의 내면 사이에 절연 부재(300’’)를 삽입하여, 마운팅 부재(400)와 관통구(111, 112) 내면의 접촉에 따른 열 전달을 미연에 차단하고, 외부의 온도가 전지셀에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
전지팩은, 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
부호의 설명
100: 전지 모듈 프레임
110: 엔드 플레이트
120: 중앙 프레임
130: 버스바 프레임
111, 112: 관통구
111a, 112a: 관통구 상면
200: 전지팩 프레임
210: 전지 모듈 마운팅부
211, 212: 관통구
300, 300’, 300’’: 절연 부재
400: 마운팅 부재
410: 헤드부
420: 바디부
500: 히트 싱크

Claims (15)

  1. 전지셀 적층체를 수용하는 전지 모듈 프레임;
    상기 전지 모듈 프레임이 장착되는 전지팩 프레임;
    상기 전지팩 프레임에 형성되어 상기 전지 모듈 프레임이 상기 전지팩 프레임에 장착되도록 하는 전지 모듈 마운팅부를 포함하고,
    상기 전지 모듈 마운팅부와 상기 전지 모듈 프레임 사이에 절연 부재가 형성되는 전지팩.
  2. 제1항에서,
    상기 전지 모듈 마운팅부와 상기 전지 모듈 프레임은 마운팅 부재를 통해 서로 결합하는 전지팩.
  3. 제2항에서,
    상기 전지 모듈 프레임은 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 엔드 플레이트의 양단에 형성된 관통구를 통해 상기 마운팅 부재가 삽입되는 전지팩.
  4. 제3항에서,
    상기 마운팅 부재는,
    일단에 형성된 헤드부 및 바디부를 포함하고,
    상기 헤드부는 상기 관통구의 상면과 접하도록 장착되는 전지팩.
  5. 제4항에서,
    상기 헤드부와 상기 관통구의 상면 사이에 절연 부재가 형성되는 전지팩.
  6. 제3항에서,
    상기 엔드 플레이트의 관통구와 상기 관통구에 삽입된 상기 마운팅 부재 사이에 절연 부재가 형성되는 전지팩.
  7. 제6항에서,
    상기 마운팅 부재는,
    일단에 형성된 헤드부 및 바디부를 포함하고,
    상기 절연 부재는 상기 바디부와 상기 관통구 사이에 형성되는 전지팩.
  8. 제6항에서,
    상기 절연 부재는 상기 마운팅 부재를 감싸도록 형성되는 전지팩.
  9. 제2항에서,
    상기 전지 모듈 마운팅부에는 관통구가 형성되고, 상기 마운팅 부재는 상기 관통구에 관통 결합하는 전지팩.
  10. 제9항에서,
    상기 마운팅 부재는 상기 전지 모듈 마운팅부의 관통구를 통과하여 상기 전지팩 프레임의 내부까지 삽입되는 전지팩.
  11. 제2항에서,
    상기 마운팅 부재는 볼트로 형성되는 전지팩.
  12. 제1항에서,
    상기 전지팩 프레임과 상기 전지 모듈 마운팅부는 금속으로 형성된 전지팩.
  13. 제1항에서,
    상기 전지팩 프레임 내부에는 히트 싱크가 장착되는 전지팩.
  14. 제13항에서,
    상기 히트 싱크는 상기 전지 모듈 프레임이 장착되는 상기 전지팩 프레임의 프레임면 내부에 장착되는 전지팩.
  15. 제1항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.
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