JP2011134709A - バッテリーパック - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリーモジュールの位置ずれ現象を改善することが可能な、新規かつ改良されたバッテリーパックを提供する。
【解決手段】積層された複数のバッテリーモジュールを備え、前記バッテリーモジュールのうち少なくとも一つは、複数の電池セルと、ハウジングとを備え、前記ハウジングは、第1方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第1支持部、及び前記第1方向と交差する第2方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第2支持部を備える少なくとも一つの側面支持部と、それぞれ前記第1支持部の対応する長手方向の終端部と結合される一対のエンドプレートと、を備える。
【選択図】図4

Description

本発明は、バッテリーパックに係り、特に、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリーモジュールを上下または左右に積層して形成されるバッテリーパックに関する。
二次電池は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池をいう。二次電池は、携帯電話、ノート型コンピュータ、カムコーダなどの先端電子機器分野で広く使われており、自動車用電池としても使われている。
二次電池は、電極組立体及び電解液を含む。電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータを備える。電解液は、リチウムイオンを含む場合が多い。電極組立体の正極板及び負極板は、外部に引き出される電極タブをそれぞれ備える。
電極組立体は、ケースの内部に収納され、ケースの外部には電極端子が露出される。電極タブは、電極組立体の外部に引き出されて電極端子と電気的に連結される。ケースは、円筒形または角形となる。
複数個の二次電池の単位電池セルが水平または垂直に積層されて、バッテリーモジュールが形成される。また、複数個のバッテリーモジュールが上下及び/または左右に積層されて、一つのバッテリーパックが形成される。
しかし、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリーモジュールを上下及び/または左右に積層して形成されるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールの位置ずれ現象が発生するという問題があった。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、バッテリーモジュールの位置ずれ現象を改善することが可能な、新規かつ改良されたバッテリーパックを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、積層された複数のバッテリーモジュールを備え、前記バッテリーモジュールのうち少なくとも一つは、複数の電池セルと、ハウジングとを備え、前記ハウジングは、第1方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第1支持部、及び前記第1方向と交差する第2方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第2支持部を備える少なくとも一つの側面支持部と、それぞれ前記第1支持部の対応する長手方向の終端部と結合される一対のエンドプレートと、を備えるバッテリーパックが提供される。
前記第2支持部の長手方向軸は、互いに積層される前記バッテリーモジュールのうち一つから他の一つに向かう方向に延びる。
互いに積層される前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つと接触する。
前記少なくとも一つの側面支持部は、一つの一体型構造で形成される。
前記第1支持部と前記第2支持部とは、分離された構造物が結合されて形成される。
前記少なくとも一つの側面支持部は、複数の前記第2支持部を備える。
それぞれの前記バッテリーモジュールは、第1フレームをさらに備え、前記第2支持部は、前記第1フレームと締結される。
前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部と重なる。
それぞれの前記バッテリーモジュールは、第1フレームをさらに備え、前記バッテリーモジュールのうち前記一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち前記他の一つの前記第2支持部及び前記第1フレームと溶接される。
前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部の前記長手方向軸は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部の前記長手方向軸と実質的に一列に整列される。
前記少なくとも一つの側面支持部は、複数の開口部を有する。
前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部と締結される。
前記第2支持部は、その終端部から前記電池セルに対して遠ざかる方向に延びる結合フランジを有する。
前記結合フランジは、締結要素がはめ込まれる開口部を有する。
前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部の前記結合フランジは、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部の前記結合フランジと締結要素によって締結される。
自動車を駆動させることができるバッテリーパックである。
前記バッテリーモジュールは、長手方向及び横方向に共に積層される。
それぞれの前記バッテリーモジュールは、長手方向及び横方向のうち少なくとも一つの方向に、前記バッテリーモジュールのうち少なくとも一つの隣接するバッテリーモジュールに固定される。
前記少なくとも一つの側面支持部は、前記エンドプレート対のうち一つのエンドプレートに固定されるベンディング部をさらに備える。
以上説明したように本発明によれば、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリーモジュールを上下及び/または左右に積層して形成されるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールの位置ずれ現象を改善できる。
本発明の第1実施形態によるバッテリーパックにおいて、複数個の電池セルが水平に積層されるバッテリーモジュールの斜視図である。 図1のバッテリーモジュールを分解して、それぞれの構成要素をさらに詳細に示す分解斜視図である。 図1のバッテリーモジュールに含まれる単位電池セルの外観を概略的に示す斜視図である。 上下に積層されるバッテリーモジュールで積層される電池セルを、垂直支持部により上下方向に支持するバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックにおいて、複数個の電池セルが水平に積層されるバッテリーモジュールの斜視図である。 図7のバッテリーパックにおいて、上下に積層されるバッテリーモジュールで積層される電池セルを、垂直支持部により上下方向に支持するバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。 上下に積層されるバッテリーモジュールの垂直支持部同士の連結構造の一実施形態を概略的に示す図面である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックにおいて、複数個の電池セルが水平に積層されるバッテリーモジュールの斜視図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明の一実施形態によるバッテリーパック10は、少なくとも一つ以上のバッテリーモジュール100が上下及び/または左右に積層されて形成される。また、それぞれのバッテリーモジュール100は、少なくとも一つ以上の単位電池セル110が上下及び/または左右に積層されて形成される。
上下及び/または左右に積層されてバッテリーパック10を形成するそれぞれのバッテリーモジュール100は、長手方向及び横方向のうち少なくとも一つの方向に少なくとも一つの隣接するバッテリーモジュールに固定される。これによって、互いに堅固に支持される。
この時、バッテリーパック10は、複数個のバッテリーモジュール100が上下に積層されて形成される。それぞれのバッテリーモジュール100において、複数個の単位電池セル110の重量により、バッテリーモジュール100で位置ずれ現象が発生しうる。また、バッテリーモジュール100における位置ずれ現象による振動現象が発生しうる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパック10のバッテリーモジュール100は、積層される電池セル110を側面支持部140により側面で支持できる。この時、側面支持部140は、水平支持部140a及び垂直支持部140bを備え、垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100を側面で上下方向の動きを支持できる。
したがって、垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100で位置ずれ現象が発生する部分を支持することで、垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
このために、バッテリーパック10に含まれる複数のバッテリーモジュール100のうち少なくとも一つは、複数の電池セル110と、電池セル110を収納して支持するハウジングとを備える。この時、ハウジングは、少なくとも一つの側面支持部140及び一対のエンドプレート150を備える。
図1には、本発明の一実施形態によるバッテリーパックにおいて、複数個の電池セル110が水平に積層されて形成されるバッテリーモジュール100が示されている。図2では、図1のバッテリーモジュール100を分解して、それぞれの構成要素をさらに詳細に示した。バッテリーパックは、複数個のバッテリーモジュール100を上下及び/または左右に積層して形成される。
図1及び図2を参照すれば、バッテリーモジュール100は、複数個の単位電池セル110、上部フレーム120、下部フレーム130、側面支持部140及びエンドプレート150を備える。
複数個の単位電池セル110が第1方向に積層されて、バッテリーモジュール100が形成される。上部フレーム120は、第1方向に積層される単位電池セル110上に配置されて、積層される単位電池セル110を第2方向で支持する。下部フレーム130は、第1方向に積層される単位電池セル110下に配置されて、積層される単位電池セル110を下部で支持する。
側面支持部140は、第1方向に積層される単位電池セル110の側面に配置されて、積層される単位電池セル110を側面で支持する。一対のエンドプレート150は、それぞれ第1方向に積層される単位電池セル110の両終端に配置されて、積層される単位電池セル110を両端で支持する。
側面支持部140は、第1支持部及び第2支持部を備える。第1支持部は、第1方向に延びる長手方向軸を有する。第2支持部は、第2方向に延びる長手方向軸を有する。この時、第2支持部の長手方向軸が互いに積層されるバッテリーモジュールのうち一つから他の一つに向かう方向に延びる。
第1支持部は、バッテリーモジュール100で第1方向に積層される単位電池セル110を第3方向に支持する。第2支持部は、バッテリーモジュール100で第1方向に積層される単位電池セル110を第2方向及び/または第3方向に支持する。
ここで、第1方向は、図面でX方向となり、第2方向は、図面でZ方向となり、第3方向は、Y方向となる。この時、バッテリーパック10が水平に配置される場合に、X方向は、水平方向となり、Y方向は、バッテリーモジュール100の内側方向となり、Z方向は、垂直方向となる。ただし、本発明は、これに限定されず、バッテリーパック10の配置位置によって異なって解釈される。
第1支持部は、水平方向に積層される単位電池セル110を内側方向に支持する水平支持部140aとなる。第2支持部は、バッテリーモジュール100で水平方向に積層される単位電池セル110を内側方向及び/または垂直方向に支持する垂直支持部140bとなる。
ここで、垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100で位置ずれ現象が発生する部分を側面で支持できる。これによって、垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
一方、エンドプレート150は、それぞれ水平支持部140aの対応する長手方向の終端部と結合される。
図3には、図1のバッテリーモジュール100に含まれる単位電池セル110の外観が示されている。電池セル110は、複数個が水平方向に積層されてバッテリーパックを形成でき、図3に示したように、通常の角形電池セルが適用される。ただし、本発明は、これに限定されず、円形電池セルまたはポーチ形電池セルを含む多様な種類の電池セルが適用される。
電池セル110は、通常の二次電池が適用される。二次電池は、電極組立体及び電解液を含む。電極組立体は、正極板、負極板及びセパレータを備える。電解液は、リチウムイオンを含む。電極組立体の正極板及び負極板は、それぞれ外部に引き出されるために集電部(図示せず)と電気的に連結される。
電極組立体は、ケース111の内部に収納され、ケース111の外部には、電極端子112が露出される。正極板及び負極板と電気的に連結される集電部(図示せず)は、ケース111の内部で電極端子112と電気的に連結される。ケース111は、円筒形または角形となる。単位電池セル110は、一つのケース111の内部に複数個の電極組立体を含む。
複数個の単位電池セル110が水平に積層されて、バッテリーモジュール100が形成される。電池モジュール100で隣接して積層される二次電池は、電極端子112が電気的に互いに連結される。この時、隣接する電池セル110の電極端子112がバスバー116により電気的に連結される。
隣接する電池セル110は、正極及び負極が交互に配列される。複数個の電池セル110は、並列に連結されるか、または直列に連結されるか、または直列及び並列が混合されて連結される。これによって、複数の電池セル110は、連続的に連結されて、一つのバッテリーモジュール100を形成できる。前記積層される電池セル110の連結構造及び個数は、設計時に要求される充電及び放電容量を考慮して決められる。
ケース111の開口部には、キャッププレート113が結合される。キャッププレート113は、薄板で形成される。キャッププレート113には、電解液が注入される電解液注入口が形成される。電解液注入口は、電解液が注入された後に密封栓114により密封される。
また、キャッププレート113には、設定された内部圧力によって破断されるように溝が形成されたベント部材115が形成される。水平に積層された複数個の単位電池セル110上に上部フレーム120が配置される場合に、ベント部材115上には、上部フレーム120の排気口121が位置する。
本実施形態による電池セル110は、前述したようにリチウム−イオン電池となる。ただし、本発明は、これに限定されず、電池セル110として、リチウム−イオン二次電池以外にも、ニッケル−カドミウム二次電池、ニッケル−水素二次電池、リチウム電池を含む多様な種類の電池が適用される。
一方、リチウムを含むそれぞれの単位電池セル110は、充放電時に電極組立体が膨脹または収縮する。この時、電極組立体の膨脹及び収縮は、ケース111に物理力として作用する。これによって、ケース111は、電極組立体の膨脹または収縮によって物理的膨脹及び収縮を行う。
ケース111の変形が反復する膨脹及び収縮によって固着化されることもある。かかる体積の膨脹は、抵抗を増加させて、電池セル110の効率を低下させる。したがって、エンドプレート150は、水平及び/または垂直方向に配列して、相互間に電気的に連結された複数個の電池セル110の両終端に一対に配置される。
この時、上部フレーム120、下部フレーム130、側面支持部140は、それぞれエンドプレート150の上下面または側面に支持されて、複数個の電池セル110が膨脹及び収縮によって水平方向にさらに延びないように圧縮固定する。
エンドプレート150は、バッテリーモジュール100の両終端にそれぞれ設置される。一対のエンドプレート150は、それぞれ一面がバッテリーモジュール100の最外郭の両側に配置された電池セル110の外面にそれぞれ密着されて積層される電池セル110を支持する。
エンドプレート150は、ベースプレート151及びフランジ部152,153,154を備える。前記ベースプレート151は、前記電池セル110の外形をカバーできる大きさを有する。本実施形態では、ベースプレート151は、ほぼ四角形であるが、これに限定されるものではない。
フランジ部152,153,154は、ベースプレート151から電池セル110と接触する面の逆方向にベンディングされて形成される。フランジ部152,153,154は、上面フランジ部152、下面フランジ部153及び側面フランジ部154を備える。上面フランジ部152は、上部フレーム120と締結される。下面フランジ部153は、下部フレーム130と締結される。側面フランジ部154は、それぞれ対応する側面支持部140と締結される。
一方、バッテリーモジュール100は、上下及び/または左右に積層されて、バッテリーパック10を形成できる。この時、隣接して積層されるバッテリーモジュール100は、エンドプレート140同士で締結されて互いに支持される。
上面フランジ部152は、上部に積層されるバッテリーモジュール100の下部フレーム130´と締結される。下面フランジ部153は、下部フレーム130と締結される。図1には、バッテリーモジュール100上に積層されるバッテリーモジュールの下部フレーム130´がさらに示されている。
垂直支持部140bの両終端がそれぞれ上下に積層されるバッテリーモジュールの下部フレーム130,130´と締結されて、バッテリーモジュール100を上下方向に支持できる。
この時、図4ないし図6に示したように、互いに積層されるバッテリーモジュールのうち一つの垂直支持部140bの長手方向軸が、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの垂直支持部140bの長手方向軸と実質的に一列に整列される。したがって、バッテリーモジュールの垂直方向の荷重をさらに効果的に支持できる。
上面フランジ部152、下面フランジ部153及び側面フランジ部154それぞれには、上部フレーム120、下部フレーム130及び側面支持部140と、ボルト及びナットによる螺合により締結される。ただし、本発明は、これに限定されず、溶接などの方法を含む多様な方法によって締結される。
上部フレーム120は、水平方向に積層される複数個の電池セル110の上部に配置され、エンドプレート150の上面の上面フランジ部152に締結される。この時、上部フレーム120には、電池セル110のベント部材115に対応する位置を貫通して排気口121が形成される。
上部フレーム120は、長手方向の両側にベンディングされる上部フレーム折曲部122を有する。上部フレーム折曲部122の内側には、密封部材123を備える。この時、密封部材123は、ゴムなどの弾性部材で形成される。この時、上部フレーム120は、別途に備えられるカバー125及び密封部材123が介在されて結合されて、密封されたガス排出通路を形成できる。
この時、上部フレーム120及びその上に結合されるカバー125は、密封した状態でガスを排出させることもでき、完全な密封ではないが、ガス排出を誘導する通路の役割を行うこともできる。電池セル110でガスが発生する場合は、急激な化学反応を伴うので、発生するガスの量が短時間に急激に発生する。したがって、バッテリーパックにガス排出のためのダクトを形成すれば、ガスを容易に排出できる。
ベント部材115を通じてガス発生時に、ガスが隣接した二次電池10に影響を与えずに、上部フレーム120の排気口121を通じて流出されるように、上部フレーム120とベント部材115との間には、密封リング117が備えられる。
この時、密封リング117としては、例えば、Oリングなどが使われる。この時、エンドプレート150の上部中央には、上部フレーム120を載置させるように、溝152aが形成される。したがって、上部フレーム120の排気口121を電池セル110に密着させることができる。また、上部フレーム120は、エンドプレート150とは溝152a部分に位置する上面フランジ部152と締結される。
また、電池セル110と上部フレーム120との間の密封リング117が十分な厚さを有するようにする。これによって、上部フレーム120がエンドプレート150に結合されるとき、上部フレーム120が電池セル110の上部に圧力を発生させて、その間に介在された密封リング117を圧縮して、上部フレーム120と電池セル110とを密着させることができる。
下部フレーム130は、複数個の電池セル110の荷重を支持するように、電池セル110の下部に配置され、エンドプレート150の下部の下面フランジ部152に連結される。電池セル110の荷重に耐えるために、下部フレーム130は、電池セル110を支持する面の逆方向にベンディングされて形成される下部フレーム折曲部132を備える。この時、下部フレーム折曲部132は、下部に向かってオープンされた構造を有する。
側面支持部140は、積層される単位電池セル110を側面で支持するように、積層された単位電池セル110の側面に配置される。側面支持部140は、水平支持部140a及び垂直支持部140bを備える。
水平支持部140aは、一端のエンドプレート140から他端のエンドプレート140に向かって一定の幅に延びて形成される。垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100の側面に上下に積層されるバッテリーモジュール100の間に配置される。
したがって、水平支持部140aは、バッテリーモジュール100で水平方向に積層される単位電池セル110を側面で内側方向に支持する。垂直支持部140bは、バッテリーモジュール100で水平方向に積層される単位電池セル110を内側方向及び/または垂直方向に支持する。
互いに上下に積層されるバッテリーモジュール100のうち一つのバッテリーモジュールの垂直支持部140bが、互いに上下に積層されるバッテリーモジュール100のうち他の一つと接触する。これによって、互いに積層されるバッテリーモジュール100を側面で上下方向に支持できる。
図面に示した実施形態では、垂直支持部140bが水平支持部140aと一体型に形成されて、組立性を向上させる。この場合、垂直支持部140bが水平支持部140aと分離されて形成され、水平支持部140aに対して電池セル110に向かう内面側に挿入される場合に比べて、水平支持部140aがそれぞれの電池セル110の側面に密着されて、さらに堅固に支持できる。
ただし、他の実施形態として、垂直支持部140bは、水平支持部140aと分離された別途の部材で形成される。この場合にも、別途の部材で形成された水平支持部140a及び垂直支持部140bは、溶接などの方法により相互結合されて、積層された電池セル110を側面でさらに堅固に支持できる。
一方、図面に示した実施形態では、一つのバッテリーモジュール100に備えられる一つの側面支持部140が、一つの水平支持部140a及び一つの垂直支持部140bを備える。ただし、本発明は、これに限定されず、一つの側面支持部140が複数個の水平支持部140a及び/または複数個の垂直支持部140bを備えて、側面支持力を向上させることができる。
また、図面に示した実施形態では、垂直支持部140bは、下部フレーム折曲部132に連結されて支持される。この時、垂直支持部140bは、下部フレーム折曲部132に溶接により固定される。
他の実施形態として、垂直支持部140bは、下部フレーム折曲部132にボルト及びナットなどの締結要素により螺合によって固定される。ただし、本発明は、これに限定されず、その他の多様な方法により、垂直支持部140bが下部フレーム折曲部132に固定される。
一方、上下に積層されるバッテリーモジュール100において、それぞれの垂直支持部140bは、ずれて配置されもするが、図4には、上下に積層されるバッテリーモジュール100において、垂直支持部140bが同じ位置に配置される実施形態が示されている。
この時、下部フレーム折曲部132を上下領域に分けて、上部領域は、当該バッテリーモジュール100の垂直支持部140bの下端が結合され、下部領域は、下部に積層されるバッテリーモジュール100の垂直支持部140bの上端が結合される。
例えば、垂直支持部140bの上下端及び下部フレーム折曲部132は、互いに重なって配置され、垂直支持部140b上に溶接が行われる。溶接部165を通じて固定された垂直支持部140bは、上下方向に荷重を支持することによって、バッテリーモジュール100の自重を支持でき、位置ずれ変形を抑制できる。
垂直支持部140bは、一端が下部フレーム130に支持され、他端が上部に積層されるバッテリーモジュール100の下部フレーム130に支持される。このために、下部フレーム130が電池セル110と類似した幅に形成される。この時、下部フレーム130が電池セル110の幅より若干広いか、または狭い場合、垂直支持部140bの下部フレームとの連結部がその差を補正可能なほどに折り曲げられる。
他の実施形態として、下部フレーム130の幅が電池セル110の幅より若干狭く形成され、垂直支持部140bが別途の折曲部を備えない。この場合、下部フレーム130と電池セル110との幅の差によって、電池セル110に対して圧力を加えつつ支持できる。これによって、垂直支持部140bが電池セル110を垂直方向にさらに堅固に支持できる。
一方、図面に示したものと異なり、側面支持部140には、少なくとも一つ以上の開口部、例えば、貫通ホール141が形成されて、側面支持部140の荷重を減らすことができる。また、側面支持部140は、電池セル110を支持する面の逆方向にベンディングされて形成される側面支持部折曲部142を備えて、側面支持部140のベンディングに対する強度を補強できる。
一方、バッテリーモジュール100には、上部フレーム120上に覆うカバー125がさらに備えられる。この時、カバー125は、バッテリーモジュール100の上部フレーム120上で上部フレーム120を覆って、その間にガス排出のためのガス排出ダクトを形成できる。
ただし、バッテリーモジュール100の上部フレーム120を覆って、ガス排出ダクトを形成する方法は多様であり、これに制限されない。例えば、上部フレーム120は、カバー125が覆われて長手方向に一体型管に形成される。この時、カバー125が覆われた上部フレーム120の高さは、バッテリーモジュール100の上部両端の延びた部分152bを超えないようにして、コンパクトに構成できる。
バッテリーパック10は、バッテリーモジュール100が上下及び/または左右に積層されて形成され、積層されたバッテリーモジュール100は、ベースフレーム160上に固定されるように設置される。積層されるバッテリーモジュール100のうち最上層のバッテリーモジュール100には、別途のカバーフレーム170が備えられて、垂直支持部140bの上端がカバーフレーム170に連結される。カバーフレーム170は、それぞれのバッテリーモジュール100に備えられる下部フレーム130と同じ形状を有する。
一方、他の実施形態として、上下に積層されるバッテリーモジュール100において、それぞれの垂直支持部140bは、互いに一部分が重なって配置される。図5には、上下に積層されるバッテリーモジュール200において、それぞれの垂直支持部240bが互いに重なって配置されるバッテリーパック20が示されている。
図5を参照すれば、垂直支持部240bの上端は、上側に配置された垂直支持部240bの下端と重なって配置され、垂直支持部240bの下端は、下側に配置された垂直支持部240bの上端と重なって配置される。このように、垂直方向に配列され、互いに重なった垂直支持部240bは、溶接を通じて結合される。
この時、垂直支持部240bの上下端と合わせて、下部フレーム折曲部232が共に溶接結合される。溶接部265を通じて互いに支持され、下部フレーム折曲部232に固定される垂直支持部240bが上下方向に荷重を支持することによって、バッテリーモジュール200の自重による位置ずれ変形を抑制できる。
図6には、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパック20´が示されている。本実施形態によるバッテリーパック20´は、一つの水平支持部240a´、及び複数個、例えば、三つの垂直支持部240b´を備える。
本実施形態によるバッテリーパック20´は、別途に後述する事項を除いては、図1ないし図4に示したバッテリーパック10と同一である。したがって、図1のバッテリーパック10と同じ機能を行う同じ構成要素については、類似した参照番号を使用し、それらについての詳細な説明は省略する。
図6を参照すれば、バッテリーパック20´は、バッテリーモジュール200´が上下及び/または左右に積層されて形成される。また、バッテリーモジュール200´は、複数個の単位電池セル210(単位電池セル110と同一)、上部フレーム220、下部フレーム230、側面支持部240´及びエンドプレート250を備える。
側面支持部240´は、水平支持部240a´及び垂直支持部240b´を備える。水平支持部240a´は、一端のエンドプレート250から他端のエンドプレート250に向かって一定の幅に延びて形成される。垂直支持部240b´は、バッテリーモジュール200´の側面に上下に積層されるバッテリーモジュール200´の間に配置される。
したがって、水平支持部240a´は、バッテリーモジュール200´で水平方向に積層される単位電池セル210を側面で内側方向に支持できる。垂直支持部240bは、バッテリーモジュール200で水平方向に積層される単位電池セル210を内側方向及び/または垂直方向に支持できる。
したがって、垂直支持部240b´は、バッテリーモジュール200´で位置ずれ現象が発生する部分を側面で支持できる。これによって、垂直支持部240b´は、バッテリーモジュール200´の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
一方、一つの側面支持部240´は、複数個の水平支持部240a´及び/または複数個の垂直支持部240b´を備えて、側面で内側方向及び/または垂直方向の支持力を向上させることができる。ただし、図面に示した実施形態では、一つの側面支持部240´が一つの水平支持部240a´及び複数個、例えば、三つの垂直支持部240b´を備える。
垂直支持部240b´は、水平支持部240a´と分離された別途の部材で形成される。この場合にも、別途の部材で形成された水平支持部240a´及び垂直支持部240b´は、溶接などの方法により相互結合されて、積層された電池セル210を側面でさらに堅固に支持できる。
ただし、上下に積層されるバッテリーモジュール200´において、それぞれの垂直支持部240b´が同じ位置に配置される。この場合、下部フレーム折曲部232を上下領域に分けて、上部領域は、当該バッテリーモジュール200´の垂直支持部240b´の下端が結合され、下部領域は、下部に積層されるバッテリーモジュール200´の垂直支持部240b´の上端が結合される。
図7ないし図9には、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパック30が示されている。本実施形態によるバッテリーパック30は、上下に積層されるバッテリーモジュール300において、隣接する垂直支持部340bが互いに連結されて支持される。
本実施形態によるバッテリーパック30は、別途に後述する事項を除いては、図5に示したバッテリーパック20と同一である。したがって、バッテリーパック20と同じ機能を行う同じ構成要素については、類似した参照番号を使用し、それらについての詳細な説明は省略する。
図7ないし図9を参照すれば、バッテリーパック30は、バッテリーモジュール300が上下及び/または左右に積層されて形成される。また、バッテリーモジュール300は、複数個の単位電池セル310、上部フレーム320、下部フレーム330、側面支持部340及びエンドプレート350を備える。
側面支持部340は、水平支持部340a及び垂直支持部340bを備える。水平支持部340aは、一端のエンドプレート340から他端のエンドプレート340に向かって一定の幅に延びて形成される。垂直支持部340bは、バッテリーモジュール300の側面に上下に積層されるバッテリーモジュール300間に配置される。
したがって、水平支持部340aは、バッテリーモジュール300で水平方向に積層される単位電池セル310を側面で内側方向に支持できる。垂直支持部340bは、バッテリーモジュール300で水平方向に積層される単位電池セル310を内側方向及び/または垂直方向に支持できる。
したがって、垂直支持部340bは、バッテリーモジュール300で位置ずれ現象が発生する部分を側面で支持できる。これによって、垂直支持部340bは、バッテリーモジュール300の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
本実施形態によるバッテリーパック30において、垂直支持部340bは、下部フレーム330と結合されず、上下に積層される垂直支持部340b同士で結合されて、垂直方向に支持する。この時、垂直支持部340bの上端は、上部に積層される垂直支持部340bの下端と結合され、垂直支持部340bの下端は、下部に積層される垂直支持部340bの上端と結合される。
この時、互いに結合されて支持される垂直支持部340bには、それぞれベンディングされて形成される結合部343が備えられる。結合部343は、図7に示したように、垂直支持部340がその終端部から電池セル310から遠くなる方向に延びる結合フランジとなる。この場合、上下に積層される垂直支持部340bの結合部343同士で面接触するように結合されて、互いに垂直方向に支持できる。
互いに上下に積層されるバッテリーモジュールのうち一つの垂直支持部340bの結合部343は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの垂直支持部340bの結合部343と締結要素350により締結される。
図9に示したように、垂直支持部340bの結合部343には、開口部、例えば、貫通ホール343aが形成され、垂直支持部340bは、ボルト及びナットなどの締結要素350を利用した螺合によって互いに締結される。ただし、本発明は、これに限定されず、隣接する垂直支持部340bは、溶接をはじめとする多様な方法によって互いに締結される。
この場合、最下端に積層されるバッテリーモジュール300の垂直支持部340bの下端は、ベースフレーム360に結合されて支持される。また、最上端に積層されるバッテリーモジュール300の垂直支持部340bの上端は、別途のカバーフレームまたは外部フレームに結合されて支持される。
下部フレーム折曲部332は、下部に積層されるバッテリーモジュール300の上部フレーム320と結合されて、ガス通路を形成できる。このために、下部フレーム330は、上部フレーム320と対応する幅に形成される。この時、上下に積層されるバッテリーモジュール300の下部フレーム330と上部フレーム320とが結合されて形成されるガス通路は、ガス発生時にガスを排出するダクトの役割を行える。
エンドプレート350は、ベースプレート351、及びベースプレート351から電池セル310と接触する面の逆方向にベンディングされて形成されるフランジ部352,353,354を備える。
フランジ部352,353,354は、上面フランジ部352、下面フランジ部353及び側面フランジ部354を備える。上面フランジ部352は、上部フレーム320と締結される。下面フランジ部353は、下部フレーム330と締結される。側面フランジ部354は、それぞれ対応する側面支持部340と締結される。
上面フランジ部352は、上部に積層されるバッテリーモジュール300の下面フランジ部353と締結される。下面フランジ部353は、下部に積層されるバッテリーモジュール300の上面フランジ部352と締結される。側面フランジ部354は、隣接するバッテリーモジュール300の側面フランジ部354と締結される。
この時、上面フランジ部352、下面フランジ部353及び側面フランジ部354それぞれには、上部フレーム320、下部フレーム330及び側面支持部340とボルト及びナットによる螺合によって締結される。ただし、本発明は、これに限定されず、溶接などの方法を含む多様な方法によって締結される。
他の実施形態として、エンドプレート350と側面支持部340との結合を媒介するフランジ部は、エンドプレート350ではない側面支持部340に形成される。図10には、側面支持部440に、エンドプレート450との結合のためのフランジ部444を形成したバッテリーモジュール400の斜視図が示されている。
図10を参照すれば、一列に配列された複数の電池セル410を横切って延びる側面支持部440は、エンドプレート450を包み込む方向にベンディングして形成されるフランジ部444を備える。この時、エンドプレート450は、最外郭に配置された電池セル410と接するように配置されるベースプレート451、前記ベースプレート451からベンディングされて形成され、上部フレーム420と締結される上面フランジ部452、及び下部フレーム430と締結される下面フランジ部453を備える。
フランジ部444は、少なくとも一つの側面支持部440が両端のエンドプレート対のうち一つのエンドプレート450に固定されるベンディング部となる。
エンドプレート450の左右エッジ部分は、ベンディング加工されていない平らな形態を有し、エンドプレート450を包み込む方向に延びる側面支持部440のフランジ部444と接し、適正な締結手端により結合されるか、または溶接結合される。一方、側面支持部440の水平支持部440a及び垂直支持部440bに関する技術的事項は、前述した通りである。
例えば、電池セル110を備えるバッテリーパック10が爆発または他の理由によりガスが発生すれば、有毒ガスは、短時間に急激に発生する。この時、発生する有毒ガスが、人などが使用する乗合空間内に流入すれば、人体に有害な影響を及ぼす。
ここで、バッテリーパック10を密封ケースの内部に収容して密封し、密封ケースは、外部ダクトを通じて外部に連結される。したがって、バッテリーパック10に外部ダクトを連結して、排気ガスを電気自動車の外部に排出させる。
電気自動車は、車体の内部にバッテリーパック10を装着できる。この時、電気自動車の運行によって、バッテリーパック10に動荷重が伝達される。この場合、垂直及び/または水平に積層されるバッテリーモジュール100は、位置ずれ及び/または振動が発生しうる。
しかし、本発明の望ましい実施形態によるバッテリーパック10では、垂直支持部140bがバッテリーモジュール100で位置ずれ現象が発生する部分を支持することによって、垂直支持部140bにより、バッテリーモジュール100の位置ずれ現象及び振動現象を緩和させることができる。
本発明によれば、複数個の単位電池セルを積層して形成されるバッテリーモジュールを上下及び/または左右に積層して形成されるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールの位置ずれ現象を改善できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、バッテリー関連の技術分野に適用可能である。
10 バッテリーパック
100 バッテリーモジュール
110 電池セル
120 上部フレーム
140 側面支持部
140a 水平支持部
140b 垂直支持部
150 エンドプレート

Claims (19)

  1. 積層された複数のバッテリーモジュールを備え、前記バッテリーモジュールのうち少なくとも一つは、複数の電池セルと、ハウジングとを備え、
    前記ハウジングは、
    第1方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第1支持部、及び前記第1方向と交差する第2方向に延びる長手方向軸を有し前記電池セルを支持する第2支持部を備える少なくとも一つの側面支持部と、
    それぞれ前記第1支持部の対応する長手方向の終端部と結合される一対のエンドプレートと、を備えるバッテリーパック。
  2. 前記第2支持部の長手方向軸は、互いに積層される前記バッテリーモジュールのうち一つから他の一つに向かう方向に延びる請求項1に記載のバッテリーパック。
  3. 互いに積層される前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つと接触する請求項1に記載のバッテリーパック。
  4. 前記少なくとも一つの側面支持部は、一つの一体型構造で形成された請求項1に記載のバッテリーパック。
  5. 前記第1支持部と前記第2支持部とは、分離された構造物が結合されて形成された請求項1に記載のバッテリーパック。
  6. 前記少なくとも一つの側面支持部は、複数の前記第2支持部を備える請求項1に記載のバッテリーパック。
  7. それぞれの前記バッテリーモジュールは、第1フレームをさらに備え、前記第2支持部は、前記第1フレームと締結される請求項1に記載のバッテリーパック。
  8. 前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部と重なる請求項1又は2に記載のバッテリーパック。
  9. それぞれの前記バッテリーモジュールは、第1フレームをさらに備え、
    前記バッテリーモジュールのうち前記一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち前記他の一つの前記第2支持部及び前記第1フレームと溶接される請求項8に記載のバッテリーパック。
  10. 前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部の前記長手方向軸は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部の前記長手方向軸と実質的に一列に整列される請求項1に記載のバッテリーパック。
  11. 前記少なくとも一つの側面支持部は、複数の開口部を有する請求項1に記載のバッテリーパック。
  12. 前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部は、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部と締結される請求項1に記載のバッテリーパック。
  13. 前記第2支持部は、その終端部から前記電池セルに対して遠ざかる方向に延びる結合フランジを有する請求項1に記載のバッテリーパック。
  14. 前記結合フランジは、締結要素がはめ込まれる開口部を有する請求項13に記載のバッテリーパック。
  15. 前記バッテリーモジュールのうち一つの前記第2支持部の前記結合フランジは、前記バッテリーモジュールのうち他の一つの前記第2支持部の前記結合フランジと締結要素によって締結される請求項13に記載のバッテリーパック。
  16. 自動車を駆動する請求項1に記載のバッテリーパック。
  17. 前記バッテリーモジュールは、長手方向及び横方向に共に積層される請求項1に記載のバッテリーパック。
  18. それぞれの前記バッテリーモジュールは、前記長手方向及び前記横方向のうち少なくとも一つの方向に、前記バッテリーモジュールのうち少なくとも一つの隣接するバッテリーモジュールに固定される請求項17に記載のバッテリーパック。
  19. 前記少なくとも一つの側面支持部は、前記エンドプレート対のうち一つのエンドプレートに固定されるベンディング部をさらに備える請求項1に記載のバッテリーパック。
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