WO2023234733A1

WO2023234733A1 - 배터리 팩

Info

Publication number: WO2023234733A1
Application number: PCT/KR2023/007550
Authority: WO
Inventors: 양창현; 신주환
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2023-06-01
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: KR102872648B1; EP4358282A4; JP2024526725A; US20240322322A1; JP7673317B2; KR20230167962A; CN118044054A; EP4358282A1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 배터리 팩은 일측에 외부 단자가 형성되고, 내부에 복수의 배터리 모듈이 수납되는 모듈 영역을 갖는 팩 케이스, 상기 팩 케이스를 가로지르도록 연장 형성되고, 상기 모듈 영역을 구획하는 보호 프레임, 배터리 모듈과 상기 팩 케이스의 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바, 및 상기 외부 단자가 형성된 팩 케이스의 일측과 대향되는 타측에 구비되는 배터리 관리 유닛을 포함하고, 상기 보호 프레임은 보호 프레임의 길이 방향을 따라 연장 형성된 슬롯을 포함하고, 상기 모듈 영역은 상기 보호 프레임에 의해 구회되어 상기 보호 프레임의 일측에 형성된 제1 배터리부 및 상기 보호 프레임의 타측에 형성된 제2 배터리부를 포함하고, 상기 버스바는 상기 보호 프레임의 슬롯에 삽입되어 고정되고, 상기 보호 프레임에 의해 측면이 감싸지는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 팩

본 발명은 배터리 팩에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 배터리 팩 내부에 배치된 복수의 배터리 모듈 중 어느 하나의 배터리 모듈에서 열 폭주가 발생하여 고온 고압의 가스가 발생할 시, 상기 고온 고압의 가스로부터 배터리 팩 내부에 설치된 버스바 및 도선 등을 보호할 수 있는 구조물이 적용된 배터리 팩에 관한 것이다.

본 출원은 2022.06.03일자 대한민국 특허 출원 제10-2022-0068260호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량, 하이브리드 차량 등에 응용되고 있다. 현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 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.

다수의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀, 바람직하게, 다수의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 적어도 하나 이용하고 기타 구성요소를 추가해 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈을 다수의 배터리 셀이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미하고, 배터리 팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 배터리 모듈이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미한다.

한편, 배터리 팩에는 배터리 셀 또는 배터리 모듈 등의 전류, 전압, 온도 등을 측정하여 배터리의 충방전 상태, 전력 상태 및 성능 상태를 추정하며, 에너지 효율이 좋아지도록 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 탑재된 배터리 관리 유닛을 더 포함할 수 있다.

각 배터리 모듈은 배터리 팩의 외부 단자와 직접적으로 연결되지 않고 상기 배터리 관리 유닛을 거쳐서 외부 단자와 연결되고, 상기 배터리 관리 유닛은 배터리 팩의 외부 단자와 배터리 모듈 사이에서 이동하는 전류의 흐름을 체크하게 된다. 일반적으로 배터리 관리 유닛은 배터리 팩 내부에서 상기 외부 단자와 정반대의 위치에 설치된다. 이때 상기 배터리 관리 유닛과 외부 단자 또는 배터리 관리 유닛과 배터리 모듈을 연결하기 위해 긴 길이의 버스바가 사용될 수 있다. 또한 각 배터리 모듈의 상태를 측정하기 위해 배터리 관리 유닛으로부터 별도의 측정 도선이 사용될 수 있다.

상기의 버스바 및 측정 도선은 일반적으로 배터리 모듈 사이 공간을 통해 배터리 팩을 가로지르는 형상으로 설치된다.

다만, 배터리 모듈에 수용된 배터리 셀에 이상 현상이 발생하여 열 폭주가 진행될 경우, 고온 고압의 가스가 발생하여 상기 배터리 모듈로부터 방출될 수 있는데, 상기 방출된 가스가 상기 버스바를 손상시키거나, 측정 도선의 절연 피복을 손상되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 상기와 같이 손상된 도선 및 버스바 등이 배터리 팩 내부 구조물과 간섭을 일으키거나 또는 단락되어 배터리 팩 단위로 큰 폭발을 유발할 수 있다.

따라서 종래에는 수시로 발생할 수 있는 고온의 가스로부터 상기 버스바 및 도선 등을 보호할 수 있는 구조를 갖는 배터리 팩이 요구되고 있다.

본 발명은, 배터리 모듈로부터 고온 고압의 가스가 방출될 경우, 배터리 팩 내부에 설치된 버스바 및 측정 도선 등이 손상되거나 단락되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것에 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 일측에 외부 단자가 형성되고, 내부에 복수의 배터리 모듈이 수납되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스; 상기 팩 케이스를 가로지르도록 연장 형성되고, 상기 모듈 영역을 구획하는 보호 프레임; 배터리 모듈과 상기 팩 케이스의 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바; 및 상기 외부 단자가 형성된 팩 케이스의 일측과 대향되는 타측에 구비되는 배터리 관리 유닛; 을 포함하고, 상기 보호 프레임은, 보호 프레임의 길이 방향을 따라 연장 형성된 슬롯을 포함하고, 상기 모듈 영역은, 상기 보호 프레임에 의해 구획되어 상기 보호 프레임의 일측에 형성된 제1 배터리부 및 상기 보호 프레임의 타측에 형성된 제2 배터리부를 포함하고, 상기 버스바는, 상기 보호 프레임의 슬롯에 삽입되어 고정되고, 상기 보호 프레임에 의해 측면이 감싸지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.

상기 슬롯은, 상기 보호 프레임의 상부에서 소정 간격 이격되어 나란히 형성된 제1 슬롯; 및 제2 슬롯; 으로 구성될 수 있다.

상기 보호 프레임의 측면에는 상기 슬롯이 외부로 개방되도록 관통홈이 형성될 수 있다.

상기 버스바는, 상기 제1 배터리부와 외부 단자를 연결하는 제1 버스바 및 상기 제2 배터리부와 외부 단자를 연결하는 제2 버스바를 포함할 수 있다.

상기 제1 버스바는 배터리 관리 유닛과 상기 배터리 모듈을 전기적으로 연결시키는 제1 입력 버스바 및 상기 배터리 관리 유닛과 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 제1 출력 버스바를 포함하고, 상기 제2 버스바는 배터리 관리 유닛과 상기 배터리 모듈을 전기적으로 연결시키는 제2 입력 버스바 및 상기 배터리 관리 유닛과 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 제2 출력 버스바를 포함할 수 있다.

상기 배터리 팩은, 상기 배터리 관리 유닛과 연결되어 상기 보호 프레임을 따라 연장 형성된 한 쌍의 측정 도선을 더 포함하고, 상기 보호 프레임은 상기 측정 도선이 삽입 가능하도록 형성된 삽입홀을 포함할 수 있다.

상기 삽입홀은, 보호 프레임의 하부에서 소정 간격 이격되어 나란히 형성되고, 상기 측정 도선이 각각 삽입되는 제1 삽입홀; 및 제2 삽입홀; 로 구성될 수 있다.

상기 보호 프레임의 하부에서 상기 보호 프레임을 따라 연장 형성되고, 상기 보호 프레임과 결합되는 보조 프레임을 더 포함할 수 있다.

상기 보조 프레임은, 길이 방향을 따라 돌출된 상부 돌출부를 포함하고, 상기 보호 프레임은, 상기 보조 프레임의 상부 돌출부가 삽입 가능하도록 길이 방향을 따라 만입된 하부 삽입부를 포함하고, 상기 보조 프레임은 상기 보호 프레임의 하부 삽입부에 상부 돌출부를 삽입시키면서 상기 보호 프레임과 결합될 수 있다.

상기 보조 프레임은, 보조 프레임의 길이 방향을 따라 연장 형성된 보조 슬롯을 상부에 포함할 수 있다.

상기 보호 프레임은 상기 보조 프레임의 보조 슬롯을 덮도록 양측 하단부가 상기 보조 프레임의 상부에 결합될 수 있다.

상기 보호 프레임 및 보조 프레임의 사이에 상기 보조 프레임의 상부 돌출부에 의해 구획되어 형성된 한 쌍의 보조 삽입홀을 포함할 수 있다.

상기 배터리 모듈은 상기 보호 프레임의 길이 방향을 따라 모듈 영역에 나란히 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 배터리 모듈내에 수용된 전지셀이 과열되거나 과충전됨에 따라 발생하는 고온 고압의 가스로 인해 배터리 팩 내부의 버스바 및 측정 도선 등이 손상되거나 단락되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. 나아가, 상기 단락 등으로 인해 배터리 팩이 폭발하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 보호 프레임의 단면을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 부분 확대도이다.

도 4는 버스바가 삽입된 제1 실시형태에 따른 배터리 팩의 보호 프레임 단면을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩에 대한 평면도이다.

도 6은 상기 도 5의 배터리 팩에 대한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 보호 프레임 및 보조 프레임의 단면을 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 사시도이다.

도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩의 보호 프레임 및 보조 프레임의 결합을 순서대로 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 팩 케이스의 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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각 하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이 고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양 한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에 서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 발명은 배터리 팩(1000)에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 배터리 팩(1000) 내부에 배치된 복수의 배터리 모듈(10) 중 어느 하나의 배터리 모듈(10)에서 열 폭주가 발생하여 고온 고압의 가스가 방출될 시, 상기 방출된 가스로부터 배터리 팩(1000) 내부에 설치된 버스바(300) 및 도선 등을 보호할 수 있는 구조물이 적용된 배터리 팩(1000)에 관한 것이다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)에 관한 것이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)에 관한 것이다. 이하, 상기 도면들을 참고하여 각 실시형태 별로 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 사시도이다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 도 1에 도시된 것처럼 배터리 모듈(10)이 수납되는 팩 케이스(100), 상기 팩 케이스(100)의 상부를 덮는 상부 케이스(미도시), 보호 프레임(200), 버스바(300) 및 배터리 관리 유닛(400)을 포함한다. (상기 상부 케이스는 공지기술에 해당하므로, 본 발명에서 이에 대해 자세히 설명하지 않는다.)

본 발명의 배터리 팩(1000)에 수납되는 배터리 모듈(10)은 복수의 전지셀(미도시)이 적층된 셀 적층체(미도시)를 포함하고, 상기 셀 적층체를 둘러싸서 보호하는 모듈 프레임(11) 및 엔드 플레이트(12)를 포함한다. 또한 상기 각 전지셀의 전극 리드와 전기적으로 연결되어 상기 엔드 플레이트(12) 외부로 도출된 모듈 단자(12a)를 포함한다. 이때, 상기 모듈 단자(12a)는 양극 모듈 단자(12a) 및 음극 모듈 단자(12a)로 구성되며, 상기 양극 모듈 단자(12a) 및 음극 모듈 단자(12a)는 상기 엔드 플레이트(12) 일측 또는 양측에 각각 형성될 수 있다.

배터리 팩(1000)에 수납된 각 배터리 모듈(10)은 상기 모듈 단자(12a)끼리 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 팩(1000)이 하나의 출력을 가질 수 있도록 한다.

상기 팩 케이스(100)는, 일측에 외부 단자(130)가 형성되고, 내부에 복수의 배터리 모듈(10)이 수납되는 모듈 영역을 포함한다.

상기 배터리 팩(1000)은 상기 외부 단자(130)를 통해 수납되어 있는 복수의 배터리 모듈(10)을 충전시키거나 방전 시킬 수 있다. 즉, 상기 외부 단자(130)는 외부의 충전 장치 또는 방전 장치 등과 전기적으로 연결되는 구성으로, 양극 단자 및 음극 단자로 구분된다.

상기 팩 케이스(100)는 수납된 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 측벽(110)이 테두리를 따라 형성되어 있고, 수납된 각 배터리 셀을 이웃한 배터리 셀로부터 분리시키기 위한 격벽(120)을 포함할 수 있다.

상기 배터리 팩(1000)은 상기 측벽(110)에 의해 규정되는 모듈 영역을 포함하고, 각 배터리 모듈(10)은 상기 모듈 영역에 배치되어 배터리 팩(1000)에 수납 된다.

상기 상부 케이스(미도시)는, 팩 케이스(100)의 내부에 수납된 배터리 모듈(10)의 상부를 보호하기 위해 상기 각 배터리 모듈(10)을 덮도록 상기 팩 케이스(100)의 상부에서 상기 팩 케이스(100)와 결합된다.

상기 배터리 관리 유닛(400)은 상기 배터리 팩(1000)에 수납된 각 배터리 모듈(10)의 전류, 전압, 온도 등을 측정하고, 제어하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 포함하고, 상기 외부 단자(130)가 형성된 팩 케이스(100)의 일측과 대향되는 타측에 구비될 수 있다.

상기 보호 프레임(200)은 팩 케이스(100)를 가로지르도록 연장 형성되어 팩 케이스(100)의 중심부에 설치된다.

상기 보호 프레임(200)은 별도의 볼트 부재에 의해 팩 케이스(100)의 바닥에 나사 결합되어 상기 팩 케이스(100)에 고정될 수 있으며, 접착제 등에 의해 상기 팩 케이스(100)에 접합될 수 있으며, 용접 또는 열융착 등의 방법에 의해 상기 팩 케이스(100)에 고정될 수 있다.

상기 보호 프레임(200)에 의해 상기 모듈 영역이 구획될 수 있고, 상기 보호 프레임(200)에 의해 구획된 모듈 영역은 구체적으로 상기 보호 프레임(200)의 일측에 형성된 제1 배터리부(140a) 및 상기 보호 프레임(200)의 타측에 형성된 제2 배터리부(140b)를 포함하고, 상기 제1 배터리부(140a) 및 제2 배터리부(140b) 각각에는 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 복수의 모듈이 나란히 배치된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 보호 프레임(200)의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 상기 보호 프레임(200)은 상부에 한 쌍의 슬롯(210)을 포함한다. 다만, 상기 도 2는 예시를 든 것으로, 상기 슬롯(210)은 3개 이상이 형성될 수도 있다.

상기 복수의 슬롯(210)은 소정 간격 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

도 2에 따르면, 상기 슬롯(210)은 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장 형성된다. 보다 구체적으로 상기 슬롯(210)은 상기 보호 프레임(200) 상부의 일측에서 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 제1 슬롯(210a) 및 상기 제1 슬롯(210a)으로부터 소정 간격 이격되어 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 제2 슬롯(210b)을 포함한다.

또한 상기 보호 프레임(200)은 상기 슬롯(210)에 대응되는 삽입홀(220)을 더 포함할 수도 있다.

상기 삽입홀(220)은 상기 보호 프레임(200)의 하부에 적어도 한 개 이상 형성될 수 있고, 본 발명에서는 2개의 삽입홀(220)을 예시로 들어 설명한다.

상기 삽입홀(220)은 상기 보호 프레임(200)의 하부에서 만입되어 형성되고, 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

도 2에 따르면, 상기 삽입홀(220)은 상기 제1 슬롯(210a)에 대응되는 위치에 형성된 제1 삽입홀(220) 및 상기 제2 슬롯(210b)에 대응되는 위치에 형성된 제2 삽입홀(220)로 구성된다.

본 발명에서 상기 보호 프레임(200)은 배터리 모듈(10)에서 방출되는 고온 고압의 가스에 견딜 목적으로 사용되기 때문에 난연성 소재를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 버스바(300)는 배터리 모듈(10)과 상기 팩 케이스(100)의 외부 단자(130)를 전기적으로 연결하도록 배터리 팩(1000) 내부에 설치된다.

상기 버스바(300)는 팩 케이스(100)에 수납된 각 배터리 모듈(10)의 충전 및 방전을 목적으로 사용된다.

상기 버스바(300)는 팩 케이스(100)를 가로지르도록 배치되고, 바람직하게 상기 보호 프레임(200)의 슬롯(210)에 삽입되어 고정된다.

상기 버스바(300)는 상기 제1 배터리부(140a)의 배터리 모듈(10)과 외부 단자(130)를 연결하는 제1 버스바(300a) 및 상기 제2 배터리부(140b)의 배터리 모듈(10)과 외부 단자(130)를 연결하는 제2 버스바(300b)를 포함한다.

또한 상기 각 버스바(300)는 배터리 관리 유닛(400)과 상기 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시키는 입력 버스바(310) 및 상기 배터리 관리 유닛(400)과 외부 단자(130)를 전기적으로 연결시키는 출력 버스바(320)로 구분될 수 있다. 이때, 상기 입력 버스바(310)는 배터리 관리 유닛(400)이 배터리 모듈(10)과 외부 단자(130) 사이에서 전류의 흐름 등을 조절하고 제어할 수 있도록 상기 배터리 모듈(10)과 상기 배터리 관리 유닛(400)을 전기적으로 연결시키기 위한 목적으로 사용된다.

구체적으로 상기 제1 버스바(300a)는 배터리 관리 유닛(400)과 상기 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시키는 제1 입력 버스바(310) 및 상기 배터리 관리 유닛(400)과 외부 단자(130)를 전기적으로 연결시키는 제1 출력 버스바(320)를 포함한다.

또한 상기 제2 버스바(300b)는 배터리 관리 유닛(400)과 상기 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시키는 제2 입력 버스바(310) 및 상기 배터리 관리 유닛(400)과 외부 단자(130)를 전기적으로 연결시키는 제2 출력 버스바(320)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 부분 확대도이다.

상기 버스바(300)는 상기 도 3에 도시된 것처럼, 배터리 관리 유닛(400)으로부터 도출되고, 상기 보호 프레임(200)의 슬롯(210)에 삽입되어 상기 슬롯(210)을 따라 팩 케이스(100)를 가로지르도록 설치된다.

상기 제1 버스바(300a)는 상기 보호 프레임(200)의 제1 슬롯(210a)에 삽입되고, 상기 제2 버스바(300b)는 상기 보호 프레임(200)의 제2 슬롯(210b)에 삽입된다.

보다 구체적으로 상기 제1 버스바(300a)는 상기 제1 슬롯(210a)에 삽입되어 상기 배터리 관리 유닛(400)과 상기 제1 배터리부(140a)의 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시키고, 상기 제2 버스바(300b)는 상기 제2 슬롯(210b)에 삽입되어 상기 배터리 관리 유닛(400)과 상기 제2 배터리부(140b)의 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시킨다.

도 4는 버스바(300)가 삽입된 보호 프레임(200)의 단면을 나타낸 것이다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 버스바(300)는 양측면이 보호 프레임(200)에 의해 지지되고 감싸질 수 있도록 상부면만 외부로 노출한 채로 각각의 슬롯(210)에 삽입된다. 이때, 상기 버스바(300)는 상기 보호 프레임(200)에 의해 양측면이 완벽하게 보호될 수 있다.

상기 보호 프레임(200)은 상기 슬롯(210)이 외부로 개방될 수 있도록 형성된 관통홈(230)을 측면에 더 포함할 수 있다.

상기 관통홈(230)은 상기 슬롯(210)에 삽입되어 보호 프레임(200)의 내부에 설치된 버스바(300)가 외부로 빠져나오는 통로 역할을 하며, 상기 관통홈(230)을 통과하는 버스바(300)는 상기 배터리 모듈(10)의 모듈 단자(12a)와 연결된다. 즉, 상기 슬롯(210)에 삽입되어 배터리 관리 유닛(400)으로부터 연장 형성된 버스바(300)는 상기 보호 프레임(200)의 선단에 위치한 관통홈(230)을 통해 외부로 도출되며, 상기 도출된 버스바(300)는 상기 관통홈(230)에 대응되는 위치의 배터리 모듈(10)의 모듈 단자(12a)와 연결된다.

도 1을 참조하면, 상기 관통홈(230)이 배터리 관리 유닛(400)의 위치로부터 연장 형성된 보호 프레임(200)의 선단에 위치한다.

상기 관통홈(230)은 상기 보호 프레임(200)의 양측면에 형성될 수 있으며, 필요에 따라 일측면에 복수로 형성될 수도 있다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 보호 프레임(200)을 따라 연장 형성된 한 쌍의 측정 도선(500)을 더 포함할 수 있다.

상기 측정 도선(500)은 각 배터리 모듈(10)의 충전 및 방전 시 배터리 모듈(10)의 전기적 특성 변화 등을 실시간으로 측정 및 모니터링하기 위한 목적으로 사용되며, 상기 배터리 관리 유닛(400)과 상기 배터리 모듈(10)을 전기적으로 연결시킨다.

상기 측정 도선(500)은 도 4에 도시된 것처럼 보호 프레임(200)의 하부에 설치되어 상기 보호 프레임(200)의 삽입홀(220)에 삽입되고, 외부의 충격 및 열로부터 보호될 수 있도록 상기 보호 프레임(200)에 의해 덮어진다.

상기 측정 도선(500)은 제1 배터리부(140a)에 포함된 배터리 모듈(10)의 전기적 특성을 측정하는 제1 측정 도선(500) 및 제2 배터리부(140b)에 포함된 배터리 모듈(10)의 전기적 특성을 측정하는 제2 측정 도선(500)으로 구성된다. 이때, 상기 제1 측정 도선(500)은 상기 보호 프레임(200)의 제1 삽입홀(220)에 삽입되어 보호되고, 상기 제2 측정 도선(500)은 상기 보호 프레임(200)의 제2 삽입홀(220)에 삽입되어 보호된다.

이처럼, 본 발명의 배터리 팩(1000)은 팩 케이스(100)의 중심부를 가로질러서 설치되는 버스바(300) 및 측정 도선(500)이 삽입되어 커버되는 복수의 슬롯(210) 및 삽입홀(220)을 포함하는 보호 프레임(200)을 사용하여 상기 버스바(300) 및 측정 도선(500)을 외부에서 발생한 화재 및 열로부터 보호하는 것이 가능해진다.

도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)에 대한 평면도(상부 케이스 미도시)이고, 도 6은 상기 도 5의 배터리 팩(1000)에 대한 사시도이다.

상기 도 5 및 도 6에 따르면, 상기 보호 프레임(200) 양측의 제1 배터리부(140a) 및 제2 배터리부(140b)에 각각 복수의 배터리 모듈(10)이 나란히 배치되어 있다.

상기 배터리 모듈(10)은 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 모듈 단자(12a)가 상기 보호 프레임(200)과 마주볼 수 있도록 모듈 영역에 수납 된다. 상기 제1 배터리부(140a) 및 제2 배터리부(140b)에 수납된 각 배터리 모듈(10)은 내부에 열 폭주가 발생하여 고온 고압의 가스가 발생할 경우, 상기 모듈 단자(12a)가 형성된 엔드 플레이트(12) 방향으로 상기 가스가 방출될 수 있다. 즉, 상기 고온 고압의 가스가 팩 케이스(100)의 중심부에 위치한 버스바(300) 및 측정 도선(500)을 향해 방출될 수 있다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은, 어느 하나의 배터리 모듈(10) 내부에서 열 폭주가 발생하여 고온 고압의 가스가 발생하더라도 상기 보호 프레임(200)에 의해 버스바(300) 및 측정 도선(500)이 보호될 수 있는 효과를 갖는다.

(제2 실시형태)

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은 상기 제1 실시형태의 보호 프레임(200)과 더불어 상기 보호 프레임(200)과 결합될 수 있는 보조 프레임(600)을 포함하는 것이 특징이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)의 단면을 나타낸 것이고, 도 8은 상기 도 7의 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)이 적용된 배터리 팩(1000)(배터리 모듈(10) 배제)의 사시도를 나타낸 것이다.

상기 보조 프레임(600)은 상기 보호 프레임(200)의 하부에서 상기 보호 프레임(200)의 길이 방향을 따라 연장 형성되고, 상기 보호 프레임(200)과 결합되는 구조를 갖는다.

상기 보조 프레임(600)은 도 7 및 도 8에 도시된 것처럼 상부에 돌출된 상부 돌출부(600a)를 포함하고, 상기 상부 돌출부(600a)는 상기 보조 프레임(600)의 길이 방향을 따라 연장 형성된다.

제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)의 보호 프레임(200)은 상기 보조 프레임(600)의 상부 돌출부(600a)가 삽입 가능하도록 길이 방향을 따라 만입된 하부 삽입부(200a)를 포함한다.

구체적으로 상기 하부 삽입부(200a)는 도 7에 도시된 것처럼 상기 제1 슬롯(210a) 및 제2 슬롯(210b) 사이의 공간에 형성되고, 보다 구체적으로 상기 보호 프레임(200)의 하부에 형성된 한 쌍의 삽입홀(220) 사이에 형성된다. 이 경우, 상기 하부 삽입부(200a)의 형성에 의해 기존 삽입홀(220)이 형성되어 있는 구역에 단차부(240)가 형성될 수 있다.

상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)의 사이에는 상기 보조 프레임(600)의 상부 돌출부(600a)에 의해 구획되어 형성된 한 쌍의 보조 삽입홀(250)이 형성될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 보조 프레임(600)은 상기 보호 프레임(200)의 하부 삽입부(200a)에 상부 돌출부(600a)를 삽입시키면서 상기 보호 프레임(200)과 결합되고, 상기 결합에 의해 상기 단차부(240)가 있는 구역이 상기 상부 돌출부(600a)에 의해 구획되면서 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)에 의해 둘러 쌓인 보조 삽입홀(250)이 형성될 수 있다.

상기 형성된 보조 삽입홀(250)은 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)의 길이 방향을 따라 연장 형성된다.

상기 보조 프레임(600)은, 도 7에 도시된 것처럼 상기 보조 프레임(600)의 길이 방향을 따라 연장 형성된 보조 슬롯(610)을 상부에 포함한다.

상기 보조 프레임(600)의 상부에는 복수의 보조 슬롯(610)이 포함될 수 있으며, 상기 상부 돌출부(600a)의 양측에 각각 보조 슬롯(610)이 형성될 수 있다.

상기 보조 슬롯(610)에는 추가적인 버스바(300)가 더 삽입될 수 있으며, 바람직하게 배터리 관리 유닛(400)과 팩 케이스(100)의 외부 단자(130)를 연결하는 출력 버스바(320)가 삽입된다. 즉, 상기 보호 프레임(200)의 슬롯(210)에는 입력 버스바(310)가 삽입되어 고정될 수 있으며, 상기 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)에는 출력 버스바(320)가 삽입되어 고정될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 보호 프레임(200)의 제1 슬롯(210a)에는 제1 배터리부(140a)의 배터리 모듈(10)과 배터리 관리 유닛(400)을 연결하는 제1 입력 버스바(310)가 삽입되고, 제2 슬롯(210b)에는 제2 배터리부(140b)의 배터리 모듈(10)과 배터리 관리 유닛(400)을 연결하는 제2 입력 버스바(310)가 삽입되고, 상기 보호 프레임(200)의 제1 슬롯(210a) 위치에 대응되는 상기 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)에는 상기 제1 입력 버스바(310)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리 관리 유닛(400)과 외부 단자(130)를 연결하는 제1 출력 버스바(320)가 삽입되고, 상기 보호 프레임(200)의 제2 슬롯(210b) 위치에 대응되는 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)에는 상기 제2 입력 버스바(310)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리 관리 유닛(400)과 외부 단자(130)를 연결하는 제2 출력 버스바(320)가 삽입된다.

이처럼 팩 케이스(100)의 중심부를 가로지르도록 설치된 버스바(300)는 상기 보호 프레임(200)의 슬롯(210) 및 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)에 의해 양측으로 나눠져서 설치될 수 있고, 상기와 같이 양측으로 나눠진 버스바(300)는 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)의 결합 구조로 의해 상하로 단절되어 나눠질 수 있다.

상기 보호 프레임(200)은 상기 도 7에 도시된 것처럼 상기 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)을 덮도록 양측 하단부가 상기 보조 프레임(600)의 상부에 결합되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 보호 프레임(200) 및 상기 보조 프레임(600)의 결합에 의해 상기 보조 슬롯(610) 상부가 상기 보호 프레임(200)에 의해 전부 커버된다. 따라서 상기 보조 슬롯(610)에 삽입된 버스바(300)는 상기 보조 슬롯(610)에 의해 양측면 및 하부면이 보호되고, 상기 보호 프레임(200)에 의해 상부면이 보호될 수 있다.

상기 측정 도선(500)은 상기 보조 프레임(600)의 상부 돌출부(600a)의 양측에 안착되어, 상기 보호 프레임(200)에 의해 덮어져서 보호될 수 있다. 구체적으로 상기 측정 도선(500)은 상기 보조 삽입홀(250)에 삽입되어 보호될 수 있다. 이때, 상기 보조 삽입홀(250)은 상기 보조 슬롯(610)의 상부에 형성되어 상기 보조 슬롯(610)과 동일한 공간을 공유할 수 있다.

도 9는 보조 프레임(600) 및 보호 프레임(200)의 결합과 각 버스바(300) 및 측정 도선(500)이 삽입 및 안착되는 것을 순서대로 나타낸 것이다.

상기 도 9에 따르면, 팩 케이스(100)의 바닥에 보조 프레임(600)이 설치되어 고정되고, 상기 보조 프레임(600)의 보조 슬롯(610)에 출력 버스바(320)가 삽입되고, 상기 출력 버스바(320)가 삽입된 보조 슬롯(610) 상부에 측정 도선(500)이 안착 된다. 이후, 상기 측정 도선(500) 및 출력 버스바(320)를 덮도록 상기 보호 프레임(200)이 상기 보조 프레임(600)과 결합되고, 상기 보호 프레임(200)의 슬롯(210)에 입력 버스바(310)가 삽입되어 설치된다.

도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 팩 케이스(100)의 사시도이다.

상기 도 10에 따르면, 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)의 양측으로 각각 복수의 배터리 모듈(10)이 나란히 배치되어 있다.

상기 배터리 모듈(10)은 도 10에 도시된 것처럼 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)과 마주볼 수 있도록 모듈 영역에 수납된다.

본 발명의 제2 실시형태에 따른 배터리 팩(1000)은, 어느 하나의 배터리 모듈(10) 내부에서 열 폭주가 발생하여 고온 고압의 가스가 발생하더라도 상기 보호 프레임(200) 및 보조 프레임(600)에 의해 버스바(300) 및 측정 도선(500)이 보호될 수 있는 효과를 갖는다.

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]

1000: 배터리 팩

10: 배터리 모듈

11: 모듈 프레임

12: 엔드 플레이트

12a: 모듈 단자

100: 팩 케이스

110: 측벽

120: 격벽

130: 외부 단자

140: 모듈 영역

140a: 제1 배터리부

140b: 제2 배터리부

200: 보호 프레임

200a: 하부 삽입부

210: 슬롯

210a: 제1 슬롯

210b: 제2 슬롯

220: 삽입홀

230: 관통홈

240: 단차부

250: 보조 삽입홀

300: 버스바

300a: 제1 버스바

300b: 제2 버스바

310: 입력 버스바

320: 출력 버스바

400: 배터리 관리 유닛

500: 측정 도선

600: 보조 프레임

600a: 상부 돌출부

610: 보조 슬롯

Claims

일측에 외부 단자가 형성되고, 내부에 복수의 배터리 모듈이 수납되는 모듈 영역을 포함하는 팩 케이스;

상기 팩 케이스를 가로지르도록 연장 형성되고, 상기 모듈 영역을 구획하는 보호 프레임;

배터리 모듈과 상기 팩 케이스의 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 버스바; 및

상기 외부 단자가 형성된 팩 케이스의 일측과 대향되는 타측에 구비되는 배터리 관리 유닛; 을 포함하고,

상기 보호 프레임은, 보호 프레임의 길이 방향을 따라 연장 형성된 슬롯을 포함하고,

상기 모듈 영역은, 상기 보호 프레임에 의해 구획되어 상기 보호 프레임의 일측에 형성된 제1 배터리부 및 상기 보호 프레임의 타측에 형성된 제2 배터리부를 포함하고,

상기 버스바는, 상기 보호 프레임의 슬롯에 삽입되어 고정되고, 상기 보호 프레임에 의해 측면이 감싸지는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 슬롯은,

상기 보호 프레임의 상부에서 소정 간격 이격되어 나란히 형성된 제1 슬롯; 및 제2 슬롯; 으로 구성되는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 보호 프레임의 측면에는 상기 슬롯이 외부로 개방되도록 관통홈이 형성된 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 버스바는,

상기 제1 배터리부와 외부 단자를 연결하는 제1 버스바 및 상기 제2 배터리부와 외부 단자를 연결하는 제2 버스바를 포함하는 배터리 팩.
제4항에 있어서,

상기 제1 버스바는 배터리 관리 유닛과 상기 배터리 모듈을 전기적으로 연결시키는 제1 입력 버스바 및 상기 배터리 관리 유닛과 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 제1 출력 버스바를 포함하고,

상기 제2 버스바는 배터리 관리 유닛과 상기 배터리 모듈을 전기적으로 연결시키는 제2 입력 버스바 및 상기 배터리 관리 유닛과 외부 단자를 전기적으로 연결시키는 제2 출력 버스바를 포함하는 배터리 팩.
제1 항에 있어서,

상기 배터리 팩은,

상기 배터리 관리 유닛과 연결되어 상기 보호 프레임을 따라 연장 형성된 한 쌍의 측정 도선을 더 포함하고,

상기 보호 프레임은 상기 측정 도선이 삽입 가능하도록 형성된 삽입홀을 포함하는 배터리 팩.
제6항에 있어서,

상기 삽입홀은,

보호 프레임의 하부에서 소정 간격 이격되어 나란히 형성되고, 상기 측정 도선이 각각 삽입되는 제1 삽입홀; 및 제2 삽입홀; 로 구성되는 배터리 팩.
제7항에 있어서,

상기 보호 프레임의 하부에서 상기 보호 프레임을 따라 연장 형성되고, 상기 보호 프레임과 결합되는 보조 프레임을 더 포함하는 배터리 팩.
제8항에 있어서,

상기 보조 프레임은, 길이 방향을 따라 돌출된 상부 돌출부를 포함하고,

상기 보호 프레임은, 상기 보조 프레임의 상부 돌출부가 삽입 가능하도록 길이 방향을 따라 만입된 하부 삽입부를 포함하고,

상기 보조 프레임은 상기 보호 프레임의 하부 삽입부에 상부 돌출부를 삽입시키면서 상기 보호 프레임과 결합되는 배터리 팩.
제9항에 있어서,

상기 보조 프레임은,

보조 프레임의 길이 방향을 따라 연장 형성된 보조 슬롯을 상부에 포함하는 배터리 팩.
제10항에 있어서,

상기 보호 프레임은 상기 보조 프레임의 보조 슬롯을 덮도록 양측 하단부가 상기 보조 프레임의 상부에 결합되는 배터리 팩.
제10에 있어서,

상기 보호 프레임 및 보조 프레임의 사이에 상기 보조 프레임의 상부 돌출부에 의해 구획되어 형성된 한 쌍의 보조 삽입홀을 포함하는 배터리 팩.
제1항에 있어서,

상기 배터리 모듈은 상기 보호 프레임의 길이 방향을 따라 모듈 영역에 나란히 배치되는 배터리 팩.