전지 팩 및 이의 제조방법

【기술분야】

관련출원 (들)과의 상호인용

본출원은 2017년 12월 26일자한국특허 출원 제 10-2017-0180256호에 기초한우선권의 이익을주장하며， 해당한국특허 출원의 문헌에 개시된모든 내용은본명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 전지 팩 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전지 모듈을마운팅하기 위한고정 구조를 갖는 전지 팩 및 이의 제조방법에 관한것이다.

【배경기술】

모바일기기에 대한기술개발과수요가증가함에 따라에너지원으로서 이차전지의 수요가급격히 증가하고 있다. 이에 따라， 다양한요구에 부응할 수있는이차전지에 대한연구가많이·행해지고있다.

이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라， 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라， 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드전기 자동차등의 동력 장치에 대한에너지원으로도많은관심을모으고있다.

휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는소형 전지팩이 사용되나， 노트북， 전기 자동차등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지 모듈 또는 전지팩이 팩킹되어 있는중형 또는대형 전지팩이사용되고있다.

다수의 전지셀을 연결하여 전지 팩을 구성하는 경우, 2 이상의 전지셀을포함하는전지 모듈을먼저 구성하고， 다수의 전지 모듈을포함하는 전지 모듈 어셈블리를 구성하며， 전지 모듈 어셈블리에 기타 구성 요소를 추가하여 전지 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 따라서， 전지 팩을 구성할 때, 다수의 전지 모듈 사이에 전기적 연결 및 기계적 연결이 전지 모듈 어셈블리의 형상을결정할수있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전지 팩 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참고하면， 복수의 전지 모듈 (110)을 팩 트레이 (100) 상에 정렬하고， 마운팅 볼트 (130)를 통해 팩 트레이 (100)에 마운팅하고， 이웃하는 전지 모듈 (110) 사이에 충격 흡수 기둥 (120)을 형성하여 전지 팩 구조의 강성을 향상시킬 수 있다. 하지만， 마운팅 볼트 (130)를 위한 별도 공간이 필요하고， 충격 _. 흡수 기둥 (120)이 차지하는 공간으로 인해 전지 팩의 에너지 밀도를향상시키는데 제한을받는다.

【발명의 상세한설명】

【기술적 과제】

본발명의 실시예들은마운팅을위한별도공간없이 전지 팩의 강성을 보강하고, 전지 모듈을고정할수있는전지 팩 및 이의 제조방법을제공하기 위한것이다.

그러나， 본발명의 실시예들이 해결하고자하는과제는상술한과제에 한정되지 않고본발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될수 있다.

【기술적 해결방법】

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 팩 트레이 , 상기 팩 트레이 상에 위치하는제 1엑스바, 상기 팩트레이 상에 위치하는복수의 전지 모듈, 상기 전지 모듈의 측면을덮는측면플레이트, 그리고상기 제 1 엑스바위에 위치하고, 상기 제 1 엑스 바와중첩하면서 나란하게 배치되는 제 2 엑스 바를 포함하고, 상기 측면 플레이트는 상기 제 1 엑스 바와 상기 제 2 엑스 바 중 적어도하나와요철구조를형성하여서로결합된 다.

상기 제 1 엑스 바와 상기 제 2 엑스 바는 복수의 체결 부재에 의해 결합될수있다.

상기 체결부재는볼트체결구조로이루어질수있다.

상기 볼트 체결 구조는 상기 제 2 엑스 바를 관통하여 상기 제 1 엑스 바의 적어도일부를통과하는볼트를포함할수있다.

상기 요철 구조는상기 측면 플레이트의 단부 양가장자리 중 적어도 하나에 형성된 돌출부와 상기 제 1 엑스 바 및 상기 제 2 엑스 바 중 적어도 하나에 형성된오목부를포함할수있다.

상기 요철 구조는 복수의 요철부를 포함하고, 상기 복수의 요철부는 상기 제 1엑스바의 양측에 각각형성된오목부및상기 제 1엑스바를사이에 두고서로이웃하는 2개의 측면플레이트단부하단에 각각에 형성된돌출부에 의해 형성된 제 1 요철부 및 제 2 요철부， 그리고 상기 제 2 엑스 바의 양측에 각각형성된오목부및 상기 서로 이웃하는 2개의 측면플레이트단부상단에 각각에 형성된 돌출부에 의해 형성된 제 3요철부 및 제 4요철부를포함할수 있다.

상기 요철 구조는상기 측면 플레이트의 단부 양가장자리 중 적어도 하나에 형성된 오목부와 상기 제 1 엑스바 및 상기 제 2 엑스 바 중 적어도 하나에 형성된돌출부를포함할수있다.

상기 제 1 엑스 바는 “丄”형상을 갖고, 상기 제 2 엑스 바는 형상을가질수있다.

상기 제 1 엑스 바와 상기 제 2 엑스 바는 상기 복수의 전지 모듈 중 서로이웃하는전지 모듈들사이에 위치할수있다.

상기 전지 모듈은 장변과 단변을 갖는 직사각형이고, 상기 제 1 엑스 바와 상기 제 2 엑스 바는 상기 전지 모듈의 단변과 대응하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디바이스는 앞에서 설명한 전지 팩을 포함할수있다.

본발명의 일실시예에 따른전지 팩 제조방법은복수의 전지 모듈을 포함하는전지 팩 제조방법에 있어서， 팩트레이 상에 “소”형상의 제 1엑스 바를 부착하는 단계, 상기 복수의 전지 모듈이 배치되는 공간을 구획하는 복수의 측면플레이트와상기 제 1 엑스바가요철 구조에 의해 서로결합하는 단계， 상기 제 1 엑스 바 위에 “_厂”형상의 제 2 엑스 바를 배치하는 단계， 그리고상기 복수의 측면 플레이트사이에 상기 복수의 전지 모듈을배치하는 단계를포함한다.

상기 제 2 엑스 바는상기 제 1 엑스 바와중첩하면서 나란하게 뻗도록 배치할수있다.

상기 전지 팩 제조 방법은 상기 제 1 엑스 바와 상기 제 2 엑스 바를 복수의 볼트체결구조에 의해결합하는단계를더 포함할수있다.

상기 요철 구조는상기 측면 플레이트의 단부 양가장자리 중 적어도 하나에 형성된 돌출부와 상기 제 1 엑스 바 및 상기 제 2 엑스 바 중 적어도 하나에 형성된오목부를포함하도록형성할수있다. 상기 요철 구조는 상기 측면 플레이트의 단부 양 가장자리 중 적어도 하나에 형성된 오목부와 상기 제 1 엑스바 및 상기 제 2 엑스 바 중 적어도 하나에 형성된돌출부를포함하도록형성할수있다.

【발명의 효과】

₅ 실시예들에 따르면， 전지 모듈의 측면 플레이트를 전지 팩의 엑스 바 0（아 ）에 조립함으로써 전지 모듈을 전지 팩에 마운팅하도록 하여 측면 플레이트가전지 팩의 충격 흡수기둥역할을할수있도록한다.

전지 팩의 엑스 바를 두 개로 분리하여 전지 팩 강성을 보강하면서 동시에전지 모듈을고정하는역할을하도록할수있다 .

10 전지 모듈의 마운팅을위한별도공간이 필요 없기 때문에 전지 팩의 에너지 밀도를향상시킬수있다.

【도면의 간단한설명】

도 1은 종래 기술에 따른 전지 팩 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.

₁₅ 도 2는본발명의 일실시예에 따른전지 팩을나타내는사시도이다.

도 3은도 2에 도시한전지 팩의 일부분을보여주는부분사시도이다. 도 4는도 2의 전지 팩에서 한행의 전지 모듈들을제거한분해도이다. 도 5는도 3의 _ 절단선 를따라자른단면도이다.

도 6은도 3의 방향을향해바라본정면도이다.

₂₀ 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩의 측면 플레이트를 나타내는부분사시도이다.

도 8은도 6의 요철구조의 변형예를나타내는정면도이다. 도 9내지 도 13은본발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 제조방법을 나타내는사시도들이다.

25 【발명의 실시를위한형태】

이하， 첨부한도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본발명이 속하는기술분야에서 통상의 지식을가진자가용이하게실시할수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는실시예들에 한정되지 않는다.

30 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며， 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한구성요소에 대해서는 동일한참조부호를붙이도록한다.

또한， 도면에서 나타난각구성의 크기 및 두께는설명의 편의를위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다 _. 그리고 도면에서， 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를과장되게나타내었다.

또한， 층， 막, 영역， 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고할때， 아는다른부분 ¹¹ 바로위에" 있는경우뿐아니라그중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 ’’바로 위에” 있다고할때에는중간에 다른부분이 없는 것을뜻한다. 또한, 기준이 되는부분 ’’위에" 또는“상에，， 있다고하는 것은기준이 되는부분의 위 또는 아래에 위치하는것이고， 반드시 중력 반대 방향을향하여 “위에，，또는“상에” 위치하는것을의미하는것은아니다.

또한， 명세서 전체에서， 어떤 부분이 어떤 구성요소를 ’’포함” 한다고 할때, 이는특별히 반대되는기재가없는한다른구성요소를제외하 는것이 아니라다른구성요소를더 포함할수있는것을의미한다.

도 2는본발명의 일실시예에 따른전지 팩을나타내는사시도이다. 도 ^_ 2를_ 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 팩은 팩 트레이（200）상에 위치하는복수의 전지 모듈（210 21애）을포함한다. 복수의 전지 모듈（210 21애）은도 2에서 4개만도시되어 있으나, 본실시예에 따른 전지 팩은 팩 트레이（200） 상에 ₇ 방향을 따라 2개의 행에 각각 전지 모듈（210 2101））이 6개 배치될 수 있다. 도 2에서 복수의 전지 모듈（210 210 은 2개의 행에 각각 6개 배열되어 있는구조를 갖지만， 필요한용량 및 전지 팩이 장착되는 대상구조물에 따라 2행 및 6열의 구조는 얼마든지 변형 가능하다. 도시하지 않았지만， 전지 모듈은 2이상의 전지셀을포함한다.

도 2에서 각 행의 전지 모듈（210 2105） 사이에는 제 1 엑스 바（23的）와제 2엑스바（23아））가배치되어 있고， 복수의 측면플레이트（220）가 전지 모듈（210 210 의 측면을 덮고 있다. 이때, 복수의 측면 플레이트（220）는 제 1 엑스 바（23此） 및 제 2 엑스 바（23이 ₃ ）를 기준으로 분리되어 있을수있다.

도 3은도 2에 도시한전지 팩의 일부분을보여주는부분사시도이다. 도 4는도 2의 전지 팩에서 한행의 전지 모듈들을제거한분해도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면， 본 실시예에서 전지 모듈 (210)의 측면은 복수의 측면 플레이트 (220)로 덮여 있다. 이에 대해서는 후술하는 전지 팩 제조방법에서 구체적으로설명하기로한다.

도 3에서 복수의 전지 모듈 가운데 서로 이웃하는 전지 모듈 (21的， 210 이 만나는 경계 영역을 중심으로 부분 도시하고 있다. 도 2에서 서로 이웃하는 제 1 전지 모듈 (21的)과 제 2 전지 모듈 (210 사이에 제 1 엑스 바 (230 ₃₎ 와제 2 엑스바 (23애)를포함하는 엑스바 (230)가위치한다. 도 3및 도 4를참고하면， 제 1 엑스바 (23此)는 축방향을따라길게 뻗어 있고, 제 2 엑스 바 (230 는 제 1 엑스 바 (230 ₃₎ 상에 배치되며， 제 1 엑스 바 (23的)와 중첩하면서 나란하게 뻗어 있다. 즉, 제 1 엑스 바 (230 와 제 2 엑스 바 (2301))는 서로 _¾ 축 방향으로 중첩하면서, 축 방향으로 길게 뻗는 막대 모양일 수 있다. 제 1 엑스 바 (23的)는 “丄”형상을 갖고, 제 2 엑스 바 (2301))는 “ ”형상을가질수있다.

제 1 엑스 바 (23的)와 제 2 엑스 바 (2301 ₃₎ 는 복수의 체결 부재 (250)에 의해 결합되어 있다. 체결부재 (250)는볼트체결구조로이루어질수있다. 측면 플레이트 (220)는 “丄”형상을 갖는 제 1 엑스 바 (230 및/또는 “ ”형상을갖는제 2엑스바 (23아 ₃₎ 와요철구조를형성하고， 이러한구조를 통해 측면 플레이트 (220)가 제 1 엑스 바 (23 ) 및/또는 제 2 엑스 바 (23(¾)에 조립된다. 따라서， 이처럼 전지 모듈을 전지 팩에 마운팅하는 구조를 통해， 측면플레이트 (220)는종래에 전지 팩 구조강성을향상시키기 위해 형성했던 다수의 충격 흡수기둥역할을할수있다.

도 5는도 3의 절단선 를따라자른단면도이다 .

도 5를참고하면， 체결부재 (250)는제 2엑스바 (23(¾)를관통하여 제 1 엑스바 (23的)의 적어도일부를통과하는볼트를포함할수있다.

도 6은도 3의 방향을따라바라본정면도이다. 도 7은본발명의 일 실시예에 따른전지 팩의 측면플레이트를나타내는부분사시도이다.

도 6을 참고하면， 제 1 엑스 바 (23的)의 양측 및 제 2 엑스 바 (23아3)의 양측과결합하도록측면 플레이트 (220)의 단부 양가장자리 중 적어도하나에 고리 형상의 돌출부가형성되어 있다. 구체적으로， 측면플레이트 (220)의 단부 양 가장자리와 제 1 엑스 바 (230 는 요철부 (235 23的)를 형성하고, 측면 플레이트 (220)의 단부 양 가장자리와 제 2 엑스 바 (2301 ₃₎ 는 요철부 (23¾ , 235(1)를형성한다.

요철부 (235)는 측면 플레이트 (220)의 단부와 제 1 엑스 바 (23的)가 만나는 부분 및/또는 측면 플레이트 (220)의 단부와 제 2 엑스 바 (23(¾)가 만나는 부분에서 적어도 하나 형성될 수 있다. 구체적으로 도 6에서는, 제 1 엑스 바 (230 의 양측에 각각 형성된 오목부 및 제 1 엑스 바 (23的)를사이에 두고 서로 이웃하는 2개의 측면 플레이트 (220) 단부 하단에 각각에 형성된 돌출부에 의해 형성된 제 1 요철부 (235 및 제 2 요철부 (23¾) , 그리고 제 2 엑스 바 (230 의 양측에 각각 형성된 오목부 및 서로 이웃하는 2개의 측면 플레이트 (220) 단부 상단에 각각에 형성된 돌출부에 의해 형성된 제 3 요철부 (235(：) 및 제 4요철부 (235(1)를포함하는복수의 요철부 (235)를나타내고 있다.

요철부 (235)의 역할이 측면 플레이트 (220)와 제 1 엑스 바 (23 ) 및/또는제 2 엑스바 (230 의 조립에 의해 전지 모듈을전지 팩에 마운팅하기 위한 것이므로， 고정력 향상을 위해 도 6에 도시한 바와 같이， 측면 플레이트 (220)의 단부 양 가장자리와 제 1 엑스 바 (230 _. 및 제 2 엑스 바 (23(¾)가 만나는 부분에 총 4개가 형성되거나 4개 이상 요철부 (235)가 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 제 1 멕스바 (23的)와 제 2 엑스바 (23(¾) 중 어느 하나와 측면 플레이트 (220) 사이에 형성된 요철부에 의해 필요한 고정력을 확보할 수 있다면， 변형 실시예로 제 1 엑스바 (230 와 저 12 엑스바 (2301 ₃₎ 중 어느 하나와 측면 플레이트 (220) 사이에서만 요철 구조를형성하고, 다른 하나와 측면 플레이트 (220) 사이에는 요철 구조를 형성하지 않을수도있다.

도 7을 참고하여 측면 플레이트 (220) 구조에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보면， 가장오른쪽 부분이 측면 플레이트 (220)의 단부에 해당하고， 측면 플레이트 (220)의 단부 양 가장자리에는 각각 돌출부 (234)가 형성되어 있다. 이러한돌출부 (234)는도 6의 제 1엑스바 (23的) 및 제 2엑스바 (2301))각각의 좌측편 및 우측편에 형성된 오목부와 맞물려서 요철부 (235)를 형성한다. 이러한 요철부 (235) 구조의 변형예로서， 도 8을 참고하면 측면 플레이트 (220，)의 단부양가장자리에 각각오목부가형성되고， 이에 맞물리는 돌출부가 제 1 엑스 바 (23 ’) 및 제 2 엑스 바 (230 ) 각각의 좌측편 및 우즉편에 형성될수도있다.

앞에서 설명한 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는， 전기 자전거， 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용가능하다.

이하에서는도 9내지 도 13을참고하여， 앞에서 설명한본발명의 일 실시예에 따른전지 팩 제조방법에 대해설명하기로한다.

도 9내지 도 13은본발명의 일 실시예에 따른 전지 팩 제조방법을 나타내는사시도들이다.

도 9 및 도 10을 참고하면， 팩 트레이 (200) 상에 “丄”형상의 저 11 엑스 바 (230크)를 부착한다. 제 1 엑스 바 (230 는 용접에 의해 팩 트레이 (200)와 부착될 수 있다. 도 10에 도시한 바와 같이 제 1 엑스 바 (230 ₃₎ 에는복수의 개구가형성되어 있다.

도 11을 참고하면， 복수의 전지 모듈이 배치되는 공간을 구획하도록 복수의 측면 플레여트 (220)를 팩 트레이 (200) 상에 배치하고， 이때 측면 플레이트 (220)의 단부 하단의 고리 형상이 제 1 엑스 바 (23 )의 오목부에 걸리도록할수있다. 이와관련하여 도 6을참고할수있다.

도 12를 참고하면， 제 1 엑스 바 (230幻 위에 “I”형상의 제 2 엑스 바 (23的)를 배치한다. 이때, 제 2 엑스 바 (2301 ₃₎ 의 오목부가 측면 플레이트 (220)의 단부 상단의 고리 형상에 걸리도록 할 수 있다. 제 2 엑스 바 (23애)는 제 1 엑스 바 (23的)와 중첩하면서 나란하게 뻗을 수 있다. 이와 관련하여 도 6을참고할수있다.

도 13을 참고하면, 복수의 측면 플레이트 (220) 사이에 복수의 전지 모듈 (210 210 을배치하고， 제 1엑스바 (230크)와제 2엑스바 (23(¾)가체결 부재 (250)에 의해 결합된다. 체결 부재 (250)는 복수의 볼트 체결 구조일 수 있다. 이상에서 본발명의 바람직한실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태또한본발명의 권리범위에 속하는것이다.

5 【부호의 설명】

200： 팩트레이

210, 210 _{3 ,} 2101): 전지 모듈

220： 측면플레이트

230： 제 1엑스바

1 ₀ 240： 제 2엑스바

250： 체결부재