JP2019517114A - 組立構造が改善された空冷式バッテリーパック - Google Patents

組立構造が改善された空冷式バッテリーパック Download PDF

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Abstract

本発明は、複数のセルが積層されているセルアセンブリと、前記セルアセンブリに接触するように配置され、内部に冷却空気が移動可能な空気通路が形成されているエアダクトと、前記エアダクトに長さ方向に延設されている締結溝と、前記セルを管理するためのＢＭＳを備え、前記締結溝に摺動して挿入されるスライダによって前記エアダクトに組み立てられるＢＭＳプレートとを含む空冷式バッテリーパックを開示する。

Description

本出願は、２０１６年１２月１４日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−０１７０６５３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
一般に、バッテリーパックは多数のセルを直列及び／または並列連結で集合させた構造で形成される。このようなバッテリーパックは、通常、多数のセルが一方向に配列されて積層されたセルアセンブリ、及びセルアセンブリを囲むプレートを有するフレームを備える。
従来のバッテリーパックは、バッテリーセルの冷却のため、空冷式の冷却流路を別途設計する場合、冷却流路が占める空間を必要とするため、構造を簡素化し難く、装着可能なセル容量に限界がある。
すなわち、従来のバッテリーパックは、一般に、セルアセンブリが収容されたハウジングの一側の吸気部を通じて冷却空気を流入させ、セルの間のエアギャップを通じて空気を移動させた後、冷却フィンを経て他側の排気部から空気を排出するように構成される。
しかし、このような構成を有するバッテリーパックは、軽量化し難いだけでなく、パック内部に部品取付空間を多く必要とし、セルの厚さ方向の空間活用度が低くて容量低下をもたらし、低い熱伝導度のため冷却性能が低下する問題がある。また、エアギャップと冷却フィンを必要とするため、コスト上昇の問題もある。
また、従来のバッテリーパックは、図１に示されたように、電装部品群が実装された回路基板プレート１が、セルアセンブリ２のセル積層構造上端の周縁部で単にボルト締め（ｂｏｌｔｉｎｇ、円で示した部分を参照）によって組み立てられる。
しかし、図１に示されたようなボルト締め方式の組立構造は、ボルト締め工程が付け加えられることから、工程数が多くて材料費が増加し、製品単価が上昇する問題があり、回路基板プレート１の周縁部に所定の間隔でボルト３を締結するための空間を確保しなければならず、装置の構成が複雑になり、その対策が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ボルト締め工程を設けず、回路基板プレートをバッテリーパックに着脱自在に装着できるように組立構造が改善されたバッテリーパックを提供することを目的とする。
また、本発明は、熱伝導度の高いセルエッジ部を冷却させて冷却性能を高め、セル積層方向の空間活用度を向上できるように回路基板プレートを装着することができるバッテリーパックを提供することを他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、複数のセルが積層されているセルアセンブリと、前記セルアセンブリに接触するように配置され、冷却空気が移動可能な空気通路が内部に形成されているエアダクトと、前記エアダクトに長さ方向に延設されている締結溝と、前記セルを管理するためのＢＭＳを備え、前記締結溝に摺動して挿入されるスライダによって前記エアダクトに組み立てられるＢＭＳプレートと、を含むバッテリーパックを提供する。
前記スライダは、前記ＢＭＳプレートの両側エッジ部にそれぞれ設けられ、前記締結溝は、前記エアダクトの上部に設けられ得る。
前記エアダクトの上端面には長さ方向に延びたガイドリブが前記エアダクトと一体的に形成され、前記締結溝は断面が「コ」字状であって、開口部がパックの内側に向かって前記ガイドリブに形成され得る。
前記エアダクトはアルミニウム素材からなり、前記スライダはプラスチック素材からなって前記締結溝に挿入され得る。
望ましくは、前記スライダは、挿入進行方向の逆方向に行くにつれて次第に厚さが増加する傾斜構造を有し得る。
本発明は、孔または溝構造の固定部と、プラスチック素材からなって前記ＢＭＳプレートの一部に設けられ、前記スライダの挿入が完了した状態で前記固定部に締結されるフック構造のストッパとをさらに含むことができる。
前記エアダクトの内部には、トラス（ｔｒｕｓｓ）構造物が備えられ得る。
本発明による空冷式バッテリーパックは、以下のような効果を奏する。
第一に、ＢＭＳプレートをバッテリーパックに押し込む作業だけでＢＭＳプレートの組み立てが完了するため、従来のボルト締め組立方式に比べて工程数と材料費を節減することができる。
第二に、セルアセンブリに接触するように配置されたエアダクトを活用することで、ＢＭＳプレートの摺動を安定的に支持することができる。
第三に、エアダクト内に備えられたトラス構造によって、冷却性能の向上と同時に、機械的剛性を補強することができる。
第四に、スライダの挿入進行方向の逆方向に行くにつれて次第に厚さが増加する傾斜構造を有することで、ＢＭＳプレートを緊密にエアダクトに結合することができる。
第五に、ＢＭＳプレートの組立状態をフック構造で堅固に固定することができる。
第六に、ＢＭＳプレートの両側エッジ部がエアダクトに接触して締結された構造によって、ＢＭＳプレートから発生する熱を効果的にエアダクトに放熱することができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来技術によるバッテリーパックの構成を示した斜視図である。 本発明の望ましい実施例による空冷式バッテリーパックの構成を示した斜視図である。 図２のＡに対する部分拡大斜視図である。 図３でスライダがさらに挿入された状態を示した斜視図である。 図２のＢに対する部分拡大斜視図である。 図５でストッパが固定部に係止された状態を示した斜視図である。
図２は、本発明の望ましい実施例による空冷式バッテリーパックの構成を示した斜視図である。
図２を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーパックは、複数のセルからなるセルアセンブリ１０、セルアセンブリ１０の両側エッジ部に接触するように配置されたエアダクト２０、及びエアダクト２０の上端に形成された締結溝２２に着脱自在に組み立てられるＢＭＳプレート３０を含む。
セルアセンブリ１０を構成するそれぞれのセルは、薄板状のボディを有するものであって、望ましくはパウチセルの構造である。パウチセルは、正極、セパレータ及び負極が交互に積層され、少なくとも一側に電極タブが引き出されている構造を有する。前記正極及び負極は、集電体の少なくとも一面に電極活物質、バインダー樹脂、導電材及びその他の添加剤などのスラリーを塗布することで製造される。前記電極活物質は、正極の場合、リチウム含有遷移金属酸化物のような通常の正極活物質が使用され、負極の場合には、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能なリチウム金属、炭素材及び金属化合物またはこれらの混合物のような通常の負極活物質が使用され得る。また、前記セパレータとしては、リチウム二次電池に使用される通常の多孔性高分子フィルムが採用され得る。
このような電極組立体とともにパウチケース内に収容される電解液としては、通常のリチウム二次電池用電解液が採用され得る。前記パウチケースはシート素材から形成され、電極組立体を収容するための収納部を備える。望ましくは、パウチケースはシート素材を所定形状に加工して形成され、第１ケースと第２ケースとが結合されて形成される。パウチケースを成すシート素材は、ポリエチレンテレフタレートやナイロンなどの絶縁物質からなる最外郭の外部樹脂層、機械的強度を維持して水分及び酸素の浸透を防止するアルミニウム素材の金属層、及び熱接着性を有してシーリング材の役割をするポリオレフィン系材料からなる内部樹脂層が積層された多層構造で構成されている。
前記パウチケースを成すシート素材は、必要に応じて、前記内部樹脂層と金属層との間、前記外部樹脂層と金属層との間に所定の接着樹脂層を介在し得る。前記接着樹脂層は、異種材料間の円滑な付着のためのものであって、単層または多層で形成され、その材料としては、通常ポリオレフィン系樹脂を使用するか、または、円滑な加工のためにポリウレタン樹脂を使用し、これらの混合物も採用可能である。
セルアセンブリ１０において、複数のセルは厚さ方向に所定の間隔で配置されて実質的に積層構造を成す。
エアダクト２０は、セルアセンブリ１０を空冷するためのものであって、冷却空気が移動可能な空気通路が形成されているアルミニウム素材のダクトからなる。エアダクト２０の外部面のうちセルアセンブリ１０に向かう内側面は、セルアセンブリ１０のエッジ部に接触するように配置される。このとき、セルアセンブリ１０のエッジ部とエアダクト２０との間には熱伝導度の高い熱伝達物質（ＴＩＭ）からなる熱伝達物質が介在されることが望ましい。
エアダクト２０を成すダクトの内部には、骨組みが実質的に三角形を成すように繰り返されて配置されたトラス（ｔｒｕｓｓ）構造物２１が設けられ、冷却性能の改善と同時に、外部衝撃などからセルアセンブリ１０を保護可能な十分な機械的剛性を確保することができる。
さらに、エアダクト２０のトラス構造物２１の表面には多数の凹凸パターンが形成される。前記凹凸パターンはエアダクト２０の内部表面積を増加させて、冷却性能を向上させる役割を果たす。
エアダクト２０は、セルアセンブリ１０の両側にそれぞれ備えられ、その長さ方向がセルアセンブリ１０の長さ方向と一致するように延長して配置される。
エアダクト２０の上端には、ＢＭＳプレート３０を組立可能な締結溝２２が設けられる。望ましくは、締結溝２２はエアダクト２０の上端に形成されたガイドリブ２３によって提供できる。ガイドリブ２３は、エアダクト２０の上端面から長さ方向に延びるようにエアダクト２０と一体的に形成され、締結溝２２は断面が「コ」字状であって、開口部がパックの内側に向かうようにガイドリブ２３に形成される。
ＢＭＳプレート３０は、セルを管理するためのＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を含めて、バッテリーパックに必要な各種の電装部品群が実装されている回路基板アセンブリである。ＢＭＳプレート３０は、単一プレート、または、複数のプレートが組み立てられた形態で提供可能である。
ＢＭＳプレート３０は、セルアセンブリの積層構造の上部に配置され、両側エッジ部がエアダクト２０の締結溝２２に摺動方式で挿し込まれて組み立てられる。そのため、図３に示されたようにＢＭＳプレート３０の両側エッジ部には締結溝２２に挿入可能な形状及び大きさを有するバー形状のスライダ３１がＢＭＳプレート３０の長さ方向に延設されている。
スライダ３１は、プラスチック射出成形によってＢＭＳプレート３０に一体的に形成されることが望ましい。スライダ３１の一部には、挿入進行方向の逆方向に行くにつれて次第に厚さが増加するように傾いた傾斜構造３２が形成されている。傾斜構造３２は、スライダ３１を締結溝２２に押し込むためのものであって、外部振動や衝撃などによってＢＭＳプレート３０がエアダクト２０から外れるかまたは揺れによって破損されることを防止する。
締結溝２２を形成するガイドリブ２３がエアダクト２０と一体的にアルミニウム素材から形成されるため、スライダ３１はプラスチック素材からなって締結溝２２に緊密に挿し込まれることが望ましい。スライダ３１が締結溝２２に嵌め込まれると同時にＢＭＳプレート３０の挿入が完了するように、傾斜構造３２はスライダ３１の後端部分に近く位置することが望ましい。
摺動方式で組み立てられたＢＭＳプレート３０の位置をさらに堅固に固定するため、ＢＭＳプレート３０の一部にはプラスチック素材からなるフック構造のストッパ３３が設けられる。ストッパ３３は、ＢＭＳプレート３０を成形するとき一体的に形成可能である。また、エアダクト２０またはＢＭＳプレート３０の下部に位置する所定の支持プレートにはストッパ３３に対応する孔または溝構造の固定部３４が設けられる。スライダ３１の挿入が完了したとき、ストッパ３３は固定部３４に係止されてＢＭＳプレート３０の動きを効果的に防止する。
上記のような構成を有する本発明の望ましい実施例によるバッテリーパックは、セルアセンブリ１０の両側エッジ部にエアダクト２０を配置した後、セルアセンブリ１０の上部位置でＢＭＳプレート３０を摺動方式でエアダクト２０に締結することで組立が行われる。
エアダクト２０の内部にトラス構造物２１が備えられることで、剛性を十分確保し、熱伝達面積も増加させることができる。また、トラス構造物２１に形成された多数の凹凸パターンによって熱伝達面積がさらに増大し、冷却性能を改善させることができる。
エアダクト２０の一端の開口部に流れ込んだ冷却空気は、エアダクト２０の内部にある空気通路を通って移動した後、他側の開口部から強制排気されて外部に排出される。この過程でセルアセンブリ１０に対する空冷作用が行われる。
ＢＭＳプレート３０の組立過程では、エアダクト２０の上端に一体化されているガイドリブ２３の締結溝２２に、ＢＭＳプレート３０のエッジ部に設けられたスライダ３１の先端を嵌めて押し込み、摺動させてセルアセンブリ１０の上部にＢＭＳプレート３０が配置されるように組み立てる。
エアダクト２０に対するＢＭＳプレート３０の挿入が完了する直前にはスライダ３１の傾斜構造３２によって徐々にきつく嵌められ、最終的にストッパ３３が固定部３４に係止されることで組立状態が固定される。
ＢＭＳプレート３０の両側エッジ部がエアダクト２０に接触して締結される構造によって、ＢＭＳプレート３０から発生する熱を効果的にエアダクト２０に伝導して冷却することができる。
本発明によるバッテリーパックは、従来のバッテリーパックと異なってＢＭＳプレート３０締結時のボルト締め工程を省略できるため、組立工程を簡素化でき、材料費を節減することができる。
また、セルアセンブリの両側に配置されたエアダクト２０によって冷却が行われるため、セルの厚さ方向の空間活用度を高めることができ、エアダクト２０の内部に設けられたトラス構造物２１によって機械的剛性を十分確保でき、冷却性能を向上させることができる。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明を適用することで、ＢＭＳプレートをバッテリーパックに押し込む組立作業が改善されて、従来のボルト締め組立方式に比べて工程数と材料費を節減することができる。
１ 回路基板プレート
２ セルアセンブリ
３ ボルト
１０ セルアセンブリ
２０ エアダクト
２１ トラス構造物
２２ 締結溝
２３ ガイドリブ
３０ ＢＭＳプレート
３１ スライダ
３２ 傾斜構造
３３ ストッパ
３４ 固定部

Claims (8)

  1. 複数のセルが積層されているセルアセンブリと、
    前記セルアセンブリに接触するように配置され、冷却空気が移動可能な空気通路が内部に形成されているエアダクトと、
    前記エアダクトに長さ方向に延設されている締結溝と、
    前記セルを管理するためのＢＭＳを備え、前記締結溝に摺動して挿入されるスライダによって前記エアダクトに組み立てられるＢＭＳプレートと
    を含む空冷式バッテリーパック。
  2. 前記エアダクトは、前記セルアセンブリの両側エッジ部にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１に記載の空冷式バッテリーパック。
  3. 前記スライダは、前記ＢＭＳプレートの両側エッジ部にそれぞれ設けられ、
    前記締結溝は、前記エアダクトの上部に備えられたことを特徴とする請求項２に記載の空冷式バッテリーパック。
  4. 前記エアダクトの上端面には、長さ方向に延びたガイドリブが前記エアダクトと一体的に形成され、
    前記締結溝は断面が「コ」字状であって、開口部がパックの内側に向かって前記ガイドリブに形成されたことを特徴とする請求項３に記載の空冷式バッテリーパック。
  5. 前記スライダは、挿入進行方向の逆方向に行くにつれて次第に厚さが増加する傾斜構造を有することを特徴とする請求項４に記載の空冷式バッテリーパック。
  6. 前記エアダクトは、アルミニウム素材からなり、
    前記スライダは、プラスチック素材からなって前記締結溝に挿し込まれることを特徴とする請求項５に記載の空冷式バッテリーパック。
  7. 孔または溝構造の固定部と、
    プラスチック素材からなって前記ＢＭＳプレートの一部に設けられ、前記スライダの挿入が完了した状態で前記固定部に締結されるフック構造のストッパと
    をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の空冷式バッテリーパック。
  8. 前記エアダクトの内部には、トラス構造物が備えられたことを特徴とする請求項２に記載の空冷式バッテリーパック。
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