JP2022511857A - 表面凹凸構造を有する電池パックカバー及びそれを含む電池パック - Google Patents

Abstract

本発明は、上面部に凹凸が形成された電池パックカバー及びそれを含む電池パックに関するものであって、前記電池パックのカバーは、特定の領域に応力が集中されることを効果的に遮断し、別のブラケットを追加しなくても剛性の増大が可能であり、パッケージングの適用時に組み立ての工程が容易である。

Description

本出願は２０１９年８月７日付の韓国特許出願第１０－２０１９－００９５９９６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、表面凹凸構造を有する電池パックカバー及びそれを含む電池パックに関するものである。

最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車、ディーゼル車などによる大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。

したがって、二次電池を用いるアプリケーションの種類は、二次電池の長所に起因して非常に多様化してきており、今後は今より多くの分野と製品に二次電池が適用されると予想される。

小型モバイル機器には、デバイス１台当たり一つまたは少ない数の電池セルが使用されるのに対し、自動車などの中大型デバイスには、高出力、大容量の必要性に起因して多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池モジュールが使用される。

電池モジュールのサイズと重量は、当該中大型デバイスなどの収容空間及び出力などに直接的な関連性がある。そのため、メーカーは、可能な限り小型でありながら軽量の電池モジュールを製造しようとして努力している。また、電動自転車、電気自動車などのように、外部から多くの衝撃、振動などを受けるデバイスは、電池モジュールを構成する素子間の電気的な連結状態と物理的な結合状態とが安定でなければならない。そして、多数の電池を用いて高出力及び大容量の具現しなければならため、安全性の側面も重要であると考えている。

中大型電池モジュールは、可能であれば、小さなサイズと重量で製造されることが好ましい。そのため、高い集積度で充電され得、容量と比べて重量の小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池モジュールの電池セルとして主に使われている。

しかし、多数の電池セルを用いて中大型電池モジュールを構成したり、所定の単位の電池セルからなる単位モジュールの多数を用いて中大型電池モジュールを構成したりする場合は、これらを機械的に締結するためのパッケージング工程を経ることになる。

特に、車などのように、振動、衝撃などの持続的あるいは反復的な外力が加わるデバイスの場合、電池セルあるいは電池モジュールを効果的に保護し得るパッケージング部材の適用が求められる。

したがって、製造工程上の困難さがなく、電池セルの低い機械的剛性を補完し、外力による破損や短絡などを予防し得る電池パック部材を適用する技術に対する必要性が高いのが実情である。

本発明は、従来技術の問題点と、過去から要求されてきた技術的課題を解決することを目的とする。本発明の目的は、電池パックカバーに加わる応力の集中を効果的に分散しながらも機械的剛性に優れた電池パックカバー及びそれを含む電池パックを提供することである。

このような目的を達成するために、本発明は上部表面に特定の形状の凹凸が形成された電池パックカバーを提供する。

本発明において「凹凸」とは、基準となる平面に陥入および/または突出した領域が形成された場合を意味する。例えば、基準となる平面に特定の領域が陥入された陥入部が形成されたり、特定の領域が突出された突出部が形成されたりする場合を、いずれも含む。また、本発明において「凹凸の幅方向中心を連結した中心線」とは、長さ方向に形成された凹凸において凹凸の幅方向長さの中心点を算出し、上記中心点を連結した線を意味する。

本発明に係る電池パックカバーは、電池パックの上部を覆うように、下部方向が開放された四角トレーの形態である。上記電池パックカバーは、電池モジュールが収納された電池パックトレーを覆う構造であり、必要に応じて電池パックトレーと機械的に締結することができる。上記電池パックカバーは板状であり、一面または両面にビード形状の陥入または突出した凹凸が形成された上面部と、及び上記上面部から折り曲げられて延長され、上面部に対して垂直な平面を形成して電池パックの上部側面をカバーする側面部とを含む。また、上記上面部に形成された凹凸は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線を基準に、前記中心線が直線である領域を含み、かつ下記の条件１ないし条件３を満たす。
[条件１]
凹凸の幅方向中心を連結した中心線が直線である領域において、中心線の一端は上面部が有する四つの辺のうちのいずれか一つの辺の方を向き、上記中心線の反対側の他端は、別の一つの辺の方を向いた形態である。
[条件２]
凹凸は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線が直線である領域が複数連結された形態であり、隣接して連結された凹凸の幅方向の中心線は、上面部が有する四つの辺のうちの互いに異なる一つ以上の辺の方を向いた形態である。
[条件３]
上記中心線が直線である領域のうち一つ以上は、その両端のそれぞれが上面部が有する四つの辺のうち隣接する二つの辺の方を向いた形態である。

本発明に係る電池パックカバーは、条件１ないし３を満たすことで、外力あるいは振動が加わる条件において、応力が電池パックカバーの特定の部分に集中する現象を防止し、ひいては別のブラケットを追加しなくても剛性を増大するという効果がある。上記条件１および条件３を通じて、凹凸が上面部の角方向に集中されないようにする。また、上記条件２を通じて、例えば、互いに異なる方向の方を向いた凹凸が連結された構造を提示し、これにより、応力が集中する方向を分散するという効果がある。

一つの例において、上面部に形成された凹凸は、ビード形状の陥入された形状であり、上記凹凸は板状である上面部の上部表面に形成された構造である。すなわち、上記上面部に形成された凹凸は、電池パックカバーを上から観察すると、陥入された形態の凹凸を有する構造であり得る。陥入された形態の凹凸は、突出した形の凹凸と比べて電池パックの体積を減らすという効果がある。

一つの例において、上記上面部に形成された凹凸は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線を基準に、閉鎖された図形形状を有する第１形状と、開放された図形形状を有する第２形状とを含む。本発明は、上記第１形状と第２形状のいずれか一つのみが形成された場合を排除するものではない。本発明において、上面部に形成された凹凸が上記第１形状及び上記第２形状の両方を含む場合には、応力を分散するという効果がより優れている。

具体的には、上記第1形状の場合には、凹凸の幅方向中心を連結した中心線が四つ以上の辺を有する多角形の構造を形成する。上記多角形の構造は、例えば、四つ乃至八つの辺を有する多角形の構造である。また、上記第２形状の場合には、凹凸の幅方向中心を連結した中心線の一方向が開放された形態の多角型の構造を形成する。上記第１形状は、電池パックカバーに加わる応力がカバーのエッジ領域に集中されることを遮断し、上記第２形状は、応力が集中される方向性を分散する役割を果たす。

一つの例において、上記第１形状は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線によって形成された多角形の辺のうち、いずれか一つ以上と垂直のように交差する形状の凹凸を一つ以上さらに含む。

別のもう一つの例において、上記第１形状と上記第２形状の面積は互いに異なるように形成し得る。 具体的には、上記第１形状は、上記第２形状より広い面積を有するように形成される。例えば、第１形状と第２形状の面積割合は３：１ないし１．２：１、好ましくは２：１ないし１．２：１、より好ましくは１．５：１ないし１．２：１の範囲にある。第１形状は閉鎖された図形の形状であり、これは、応力が特定の方向に集中されることを防止するという効果がある。

また、上面部に形成された凹凸は、上面部の四つの辺と接触しない形状である。これは電池パックカバーのエッジ方向に応力が集中しないようにするためである。

上面部に形成された凹凸は、一定範囲の幅を有する凹凸構造が連結され、特定された形状あるいはパターンを形成することになる。一つの例おいて、上記凹凸の幅方向の幅は、上面部の短軸方向の長さの５～３５％の範囲内に形成され得る。具体的には、上記凹凸は、狭い幅方向の幅を有する場合、および/または広い幅方向の幅を有する場合を含む。狭い幅方向の幅を有する場合は、凹凸の幅方向の幅が上面部の短軸方向の長さの５～１５％、好ましくは５～１０％の範囲にある場合である。また、広い幅方向の幅を有する場合は、凹凸の幅方向の幅が上面部の短軸方向の長さの１５～３５％、好ましくは１５～２５％の範囲にある場合である。

一つの例において、上記電池パックの上面部に形成された凹凸が形成された面積は、上面部全体の面積と比べて３０～６５％の範囲にある。具体的には、凹凸が形成された面積は３０～６０％、好ましくは３５～６０％、さらに好ましくは４０～５０％の範囲にある。凹凸が形成された面積を上記の範囲に調節することにより、応力分散の効果を高めることができる。

本発明において、電池パックの上面部は、前述した凹凸とは独立して形成されたビード形状の陥入部を一つ以上さらに含むことができる。例えば、上記の陥入部は、電池パックの上面部の角と隣接するように、一つまたは複数が形成され得る。

本発明に係る電池パックカバーは、電池パックの上部を覆うように下部方向が開放された四角トレーの形態であり、上面部から折り曲げられて延長され、上面部に対して垂直平面を形成して電池パックの上部側面をカバーする側面部を含む。

一つの例において、上記側面部は、上面部に対して垂直な方向に配向されてしわ寄った構造を含み得る。具体的には、上記側面部は、突出及び陥入を繰り返す凹凸を含み、上記凹凸によって形成された溝は、上面部に対して垂直な方向に形成される。上記側面部に形成された凹凸構造を通じて、電池パックカバーの成形性および垂直な方向の剛性を補完し得る。

また、上記側面部から折り曲げられて延長され、側面部に対して垂直な平面を形成する翼部をさらに含むことができる。この場合には、上記翼部においては、例えば、電池パックまたは電池パックトレーとの締結のための穿孔が形成された構造である。

また、本発明は、前述した電池パックカバーを含む電池パックを提供する。上記電池パックは、具体的に、開放面を有する電池パックトレー、上記電池パックトレーに収納された電池モジュール、及び上記電池パックトレーの開放面を覆う構造である電池パックカバーを含む。

上記電池パックは、要求される出力と容量に応じて多様に変更し得る。特に、上記電池パックは、二次電池モジュールをパッケージングする場合に効果的に適用し得る。たとえば、上記電池パックは、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートパソコンなどのような小型モバイル機器のみならず、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのような中大型デバイスにも効果的に適用し得る。

以上で説明したように、本発明に係る電池パックカバーは、特定の領域に対する応力の集中を効果的に遮断し、別のブラケットを追加しなくても剛性の増大が可能であり、パッケージングの適用時に組み立ての工程が容易である。

本発明の一実施形態に係る電池パックカバーの正面図である。 図１のＡ部分を拡大した拡大図である。 本発明の一実施形態に係る電池バックカバーの斜視図である。 本発明の別の一実施形態に係る電池パックカバーの正面図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックカバーに対する振動性能を評価したシミュレーションの結果を示した模式図である。 比較例１に係る電池パックカバーを図示した斜視図である。 比較例２に係る電池パックカバーを図示した斜視図である。 比較例３に係る電池パックカバーを図示した斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範疇がそれに限定されるものではない。

図１には本発明の一実施形態に係る電池パックカバーの正面図が図示されており、図２には図１のＡ部分を拡大した拡大図が図示されており、図３には上記電池パックカバーの斜視図がある。

これらの図を参照すると、電池パックカバーは、電池パックの上部を覆うように、下部方向が開放された四角トレーの形態であり、上記電池パックカバーは、電池モジュールが収納された電池パックトレーを覆う構造である。上記電池パックカバーは板状であり、一面にビード形状の陥入された凹凸が形成された上面部（１００）と、上記上面部（１００）から折り曲げられて延長され、上面部（１００）に対して垂直な平面を形成して電池パックの上部の側面をカバーする側面部（２００）とを含む。また、上記側面部（２００）から折り曲げられて延長され、側面部（２００）に対して垂直な平面を形成する翼部（３００）をさらに含む。

上記上面部（１００）に形成された凹凸は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線を基準に、閉鎖された図形の形状を有する第１形状（１１０）と開放された図形の形状を有する第２形状（１２０）を含む。

図２を参照すると、上記中心線は、凹凸の幅方向の長さ（Ｄ）の中心点を算出し、上記中心点を連結した仮想の線（Ｌ）である。すなわち、上記中心線は、上記凹凸を幅方向に二等分する線として、Ｄ１=Ｄ２であり、上記凹凸は、上記中心線を基準に、中心線が直線である領域（以下、直線領域）を含む。ここで、中心線が直線である領域とは、直線で延長されている中心線を基準に幅方向の長さ（Ｄ１およびＤ２）程度の領域を意味する。そのため、上記凹凸は、中心線が直線である領域の程度が陥入されている形態である。

上記第１形状（１１０）は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線を連結すると、六つの辺を有する六角形の構造を形成する。また、上記第１形状（１１０）は、六角形の下辺に、垂直に交差する形状の凹凸をさらに含む。また、上記第２形状（１２０）は、凹凸の幅方向中心を連結した中心線を連結すると、一方向が開放された形態の多角の構造を形成する。

上記第１形状（１１０）と上記第２形状（１２０）を形成する直線領域は、上面部（１００）の角の方を向かず（[条件１]に対応）、直線である領域が複数連結された形態であり、かつ隣接して連結された凹凸の幅方向の中心線は上面部が有する四つの辺のうちの互いに異なる一つ以上の辺の方を向いた形態である（[条件２]に対応）。また、上記直線領域中の一つ以上は、その両端のそれぞれが上面部（１００）が有するの四つの辺のうちに隣接する二つの辺の方を向いた形態である（[条件３]に対応）。ここで、隣接する二つの辺とは、四角形形態の上面部における一つの頂点を共有する互いに隣接する辺を意味する。

電池パックカバーの上面部（１００）の中央領域には、横バー形態のビード形状の陥入部が形成される。横バー形態のビード形状の陥入部は、電池パックカバーの下部に装着される電池モジュールとの締結のための中央締結部（１４０）である。上記中央締結部（１４０）は、電池パックカバーの上面部（１００）を幅方向に横切るバーの形態であり、二つの中央締結部（１４０）が離隔して形成される。上記中央締結部（１４０）内には、ボルト締結のための貫通ホール（１４１）が形成される。

電池パックの上面部（１００）に形成された凹凸の形状は、第１形状（１１０）及び第２形状（１２０）と独立して形成されたビード形状の陥入部（１３０）を一つ以上さらに含む。上記ビード形状の陥入部（１３０）は、電池パックの上面部（１００）の下端角の両側にそれぞれ形成される。

電池パックカバーの側面部（２００）は、上面部（１００）に対して垂直な方向に配向されてしわ寄った構造を含む。側面部（２００）のしわ寄った構造は、突出及び陥入を繰り返す凹凸を含んでおり、上面部（１００）に対して垂直な方向に配列される。

また、上記翼部（３００）は、電池パックトレーとの締結のために、多数個の穿孔（３１１）が形成された構造である。

図４は、本発明の別の一実施形態に係る電池パックカバーの正面図である。図４に図示された電池パックカバーは、閉鎖された図形の形状を有する形状の凹凸が上面部の上下にそれぞれ形成される。図４に図示された電池パックカバーにおいて、正面部に形成された凹凸の形状を除いた残りの構成要素は、図１に図示された電池パックカバーと同一である。残りの構成要素に対する詳細な説明は省略する。

図５は、図１に図示された電池パックカバーに対して、シミュレーションを通じて振動性能を評価した結果を図示した模式図である。図５を参照すると、電池パックカバーの上面部に形成された突起形状に沿って応力が分散されることが分かる。電池パックカバーの上面部に形成された突起形状の中で、第１形状及び第２形状に沿って応力がすべて等しく分散されることを確認した。

図６～図８は、それぞれが比較例に係る電池パックカバーを図示したものである。

図６は、電池パックカバーの正面部に、角が丸い四角形形態のビード形状の陥入部が形成された構造である。図７は、電池パックカバーの正面部の中心を長さ方向に横切るバー形態のメイン陥入部が形成され、上記陥入部で角方向に放射された形態のサブ陥入部が形成さ構造である。また、図８は、電池パックカバーの中心を長さ方向に横切る複数の陥入部が形成され、各陥入部の長さ方向に延長された長方形を形成している。

以下、実施例などを参照しながら本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範疇がそれに限定されるものではない。
実施例１および実施例２
図１及び図４のそれぞれに図示された形態の電池パックカバーを作製した。
比較例１ないし比較例３
図６ないし図８のそれぞれに図示された形態の電池パックカバーを作製した。
実験例： 電池パックカバーに対する振動性能の評価
実施例１および比較例１ないし比較例３の電池パックカバーに対して、振動性能の評価を行った。上記評価は、各試料ごとに多様な波長の振動を印加し、クラックが発生する範囲を算出した。評価結果は、下記表１の通りである。

１００: 上面部
１１０: 第１形状
１２０: 第２形状
１３０: 陥入部
１４０: 中央締結部
１４１: 貫通ホール
２００: 側面部
３００: 翼部
３１１: 貫通ホール

Claims (14)

1. 電池パックの上部を覆うように下部方向が開放された四角トレー形態の電池パックカバーであり、
   前記電池パックカバーは、
   板状であり、一面または両面にビード形状の陥入または突出した凹凸が形成された上面部と、
   前記上面部から折り曲げられて延長され、前記上面部に対して垂直な平面を形成し、前記電池パックの上部側面をカバーする側面部と、を含み、
   前記上面部に形成された前記凹凸は、前記凹凸の幅方向中心を連結した中心線を基準に、前記中心線が直線である領域を含み、かつ下記の条件１ないし条件３を満たす電池パックカバー。
   [条件１]
   前記中心線が直線である領域において、
   前記中心線の一端は、前記上面部が有する四つの辺のうちのいずれか一つの辺の方を向き、前記中心線の反対側の他端は、別の一つの辺の方を向いた形態であり、
   [条件２]
   前記凹凸は、前記中心線が直線である領域が複数連結された形態であり、隣接して連結された前記凹凸の幅方向の中心線は、前記上面部が有する四つの辺のうちの互いに異なる一つ以上の辺の方を向いた形態であり、
   [条件３]
   前記中心線が直線である領域のうちのいずれか一つ以上は、その両端のそれぞれが、前記上面部が有する四つの辺のうちに隣接する二つの辺の方を向いた形態である。
2. 前記上面部に形成された前記凹凸は、ビード形状の陥入された形状であり、
   前記凹凸は、板状である前記上面部の上部表面に形成された、請求項１に記載の電池パックカバー。
3. 前記上面部に形成された前記凹凸は、前記凹凸の幅方向中心を連結した前記中心線を基準に、
   閉鎖された図形の形状を有する第１形状、及び
   開放された図形の形状を有する第２形状を含む、請求項１又は２に記載の電池パックカバー。
4. 前記第１形状は、
   前記凹凸の幅方向中心を連結した前記中心線を連結すると、四つ以上の辺を有する多角形の構造を形成する、請求項３に記載の電池パックカバー。
5. 前記第１形状は、
   前記凹凸の幅方向中心を連結した前記中心線を連結して形成された多角形の辺のうちのいずれか一つ以上においては、
   前記多角形の辺に対して垂直に交差する形状の凹凸を一つ以上さらに含む、請求項４に記載の電池パックカバー。
6. 前記第２形状は、
   前記凹凸の幅方向中心を連結した前記中心線を連結すると、一方向が開放された形態の多角の構造を形成する、請求項３から５のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
7. 前記上面部に形成された前記凹凸は、前記上面部の四つの辺と接触しない形状である、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
8. 前記凹凸の幅方向の幅は、前記上面部の短軸方向の長さの５～３５％の範囲内にある、請求項１から７のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
9. 前記凹凸が形成された面積は、前記上面部全体の面積の３０～６５％の範囲内にある、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
10. 前記第１形状と前記第２形状の面積の割合は３：１ないし１．２：１の範囲内にある、請求項３から６のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
11. 前記上面部に形成されたビード形状の陥入または突出した前記凹凸とは独立して形成されたビード形状の陥入部を一つ以上さらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
12. 前記側面部は突出及び陥入を繰り返す凹凸を含み、
    前記凹凸によって形成された溝は、前記上面部に対して垂直な方向に形成された、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
13. 前記側面部から折り曲げられて延長され、前記側面部に対して垂直な平面を形成する翼部をさらに含み、
    前記翼部には、電池パックまたは電池パックトレーとの締結のための穿孔が形成された、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池パックカバー。
14. 開放面を有する電池パックトレーと、
    前記電池パックトレーに収納された電池モジュールと、
    前記電池パックトレーの前記開放面を覆う構造である請求項１から１３のいずれか一項に係る電池パックカバーと、を含む、電池パック。

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