JP2022525331A - 電池パックおよび該電池パックを含むデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は熱伝達現象を防止する電池パックおよび該電池パックを含むデバイスに関するものであって、電池セル積層体を収容する電池モジュールフレームと、前記電池モジュールフレームが装着される電池パックフレームと、前記電池パックフレームに形成されて前記電池モジュールフレームが前記電池パックフレームに装着されるようにする電池モジュールマウンティング部と、を含み、前記電池モジュールマウンティング部と前記電池モジュールフレームとの間に絶縁部材が形成されている。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０１９年１０月１８日付韓国特許出願第１０－２０１９－０１２９９５３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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は電池パックおよび該電池パックを含むデバイスに関するものであって、より詳しくは熱伝達現象を防止する電池パックおよび該電池パックを含むデバイスに関するものである。

二次電池は、モバイル機器および電気自動車などの多様な製品群でエネルギー源として多くの関心を受けている。このような二次電池は化石燃料を使用する既存製品の使用を代替することができる有力なエネルギー資源であって、エネルギー使用による副産物が発生しないため環境にやさしいエネルギー源として脚光を浴びている。

最近、二次電池のエネルギー貯蔵源としての活用をはじめとして大容量二次電池構造に対する必要性が高まるにつれて、多数の二次電池が直列／並列に連結された電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。

一方、複数の電池セルを直列／並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを構成し、このような複数の電池モジュールを用いてその他の構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。

このような電池パックを構成する電池モジュールは、複数の電池セルが積層されている電池セル積層体、電池セル積層体を収容する電池モジュールフレーム、電池モジュールフレームに形成されて電池モジュールフレームが電池パックフレームに装着されるようにする電池モジュールマウンティング部を含む。

図１は、従来の電池モジュールフレームが電池パックフレームに装着された様子を示した図である。図２は、従来の電池パックフレームから電池モジュールフレームに熱が伝達される様子を示した図である。

図１および図２を参照すると、電池モジュールフレーム１０が電池パックフレーム２０に装着時、電池モジュールフレーム１０の前後面に形成されたエンドプレート１１は、電池パックフレーム２０の上端に形成された電池モジュールマウンティング部２１と接触し、エンドプレート１１と電池モジュールマウンティング部２１がマウンティング部材４０を通じて結合されていた。この時、電池パックの温度が電池パックフレーム２０の電池モジュールマウンティング部２１および該電池モジュールマウンティング部２１と接触したエンドプレート１１および電池モジュールフレーム１０に伝達されて、電池モジュールフレーム１０内部に収容された電池セル積層体の複数の電池セルに伝達されることがある。

この時、自動車などデバイスに装着された電池パックは外部に露出されることがあり、電池パック外部に形成された自動車関連電装品から発生する高温、低温の温度勾配が電池パックフレームを通じて電池モジュールに伝達されることがある。このように電池パック外部が高温または低温に形成される場合、電池パック内部に形成された電池モジュールに電池パック外部の温度勾配が影響を及ぼすようになって、電池モジュールに形成された複数の電池セルの性能が全般的に低下する問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、電池パック内外部間の熱伝達現象を防止することができる電池パックを提供することである。

本発明の課題は以上で言及した課題に限定されず、言及されていないまた他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

前記課題を実現するための本発明の一実施形態による電池パックおよび該電池パックを含むデバイスは、電池セル積層体を収容する電池モジュールフレームと、前記電池モジュールフレームが装着される電池パックフレームと、前記電池パックフレームに形成されて前記電池モジュールフレームが前記電池パックフレームに装着されるようにする電池モジュールマウンティング部と、を含み、前記電池モジュールマウンティング部と前記電池モジュールフレームとの間に絶縁部材が形成されている。

前記電池モジュールマウンティング部と前記電池モジュールフレームはマウンティング部材を通じて互いに結合できる。

前記電池モジュールフレームは電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含み、前記エンドプレートの両端に形成された貫通口を通じて前記マウンティング部材が挿入できる。

前記マウンティング部材は、一端に形成されたヘッド部およびボディー部を含み、前記ヘッド部は前記貫通口の上面と接するように装着できる。

前記ヘッド部と前記貫通口の上面の間に絶縁部材が形成できる。

前記エンドプレートの貫通口と前記貫通口に挿入された前記マウンティング部材の間に絶縁部材が形成できる。

前記マウンティング部材は、一端に形成されたヘッド部およびボディー部を含み、前記絶縁部材は前記ボディー部と前記貫通口との間に形成できる。

前記絶縁部材は、前記マウンティング部材を囲むように形成できる。

前記電池モジュールマウンティング部には貫通口が形成され、前記マウンティング部材は前記貫通口に貫通結合できる。

前記マウンティング部材は、前記電池モジュールマウンティング部の貫通口を通過して前記電池パックフレームの内部まで挿入できる。

前記マウンティング部材は、ボルトから形成できる。

前記電池パックフレームと前記電池モジュールマウンティング部は金属から形成できる。

前記電池パックフレーム内部にはヒートシンクが装着できる。

前記ヒートシンクは、前記電池モジュールフレームが装着される前記電池パックフレームのフレーム面内部に装着できる。

本発明の一実施形態による電池パックおよび該電池パックを含むデバイスは、絶縁部材を通じて電池パック外部と電池パック内部の電池モジュール間の熱伝達現象を防止して電池パック外部の温度が電池モジュールに影響を与えることを最少化する効果を提供する。

本発明の効果は以上で言及した効果に限定されず、言及されていないまた他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるはずである。

従来の電池モジュールフレームが電池パックフレームに装着された様子を示した図である。 従来の電池パックフレームで電池モジュールフレームに熱が伝達される様子を示した図である。 本発明の一実施形態による電池パックが組立てられる前の様子を示した図である。 本発明の一実施形態による電池パックが組立てられた後の様子を示した図である。 本発明の一実施形態による電池パックの分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池パックの側面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックが組立てられる前の様子を示した図である。 本発明の他の実施形態による電池パックの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態による電池パックの側面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックの分解斜視図である。 本発明の他の実施形態による電池パックの断面図である。

以下で説明される実施形態は発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明はここで説明される実施形態と異なるように多様に変形されて実施できるのが理解されなければならないはずである。但し、本発明を説明することにおいて、関連する公知の機能あるいは構成要素に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明確にすることがあると判断される場合、その詳細な説明および具体的な図示を省略する。また、添付された図面は発明の理解を助けるために実際の縮尺通りに示されたのではなく一部構成要素の寸法が誇張されるように示される。

本出願で使用される第１、第２の用語は多様な構成要素を説明するのに使用できるが、構成要素は用語によって限定されてはならない。用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的としてのみ使用される。

また、本出願で使用される用語は単に特定の実施形態を説明するために使用されたものであって、権利範囲を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本出願で「含む」、「成る」、または「構成される」などの用語は明細書上記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組み合わせたものが存在するのを指定しようとするのであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解されなければならない。

以下、図３～図６を参照して本発明の一実施形態による電池パックについて説明する。

図３は、本発明の一実施形態による電池パックが組立てられる前の様子を示した図である。図４は、本発明の一実施形態による電池パックが組立てられた後の様子を示した図である。図５は、本発明の一実施形態による電池パックの分解斜視図である。図６は、本発明の一実施形態による電池パックの側面図である。

図３～図６を参照すると、本発明の一実施形態による電池パックは、電池セル積層体を収容する電池モジュールフレーム１００と、電池モジュールフレーム１００が装着される電池パックフレーム２００と、電池パックフレーム２００に形成されて電池モジュールフレーム１００が電池パックフレーム２００に装着されるようにする電池モジュールマウンティング部２１０とを含み、電池モジュールマウンティング部２１０と電池モジュールフレーム１００との間に絶縁部材３００が形成される。

電池セルは二次電池であって、パウチ型二次電池から構成できる。このような電池セルは複数個から構成され、複数の電池セルは相互に電気的に連結されるように相互に積層されて電池セル積層体を形成することができる。このような複数個の電池セルはそれぞれ、電極組立体、電池ケース、および電極組立体から突出した電極リードを含むことができる。

電池モジュールフレーム１００は複数の電池セルが積層されて形成された電池セル積層体を収容して、電池セル積層体を物理的に保護する。電池モジュールフレーム１００は、電池セル積層体の前面および後面をカバーするように形成されたエンドプレート１１０、および電池セル積層体の上下左右面をカバーするように形成された中央フレーム１２０を含むことができる。

エンドプレート１１０は中央フレーム１２０と溶接を通じて結合でき、エンドプレート１１０と電池セル積層体との間に形成されたバスバーフレームおよび電池セル積層体を物理的に保護することができる。

電池パックフレーム２００は電池モジュールフレーム１００を収容することができるように形成される。電池パックフレーム２００は電池モジュールフレーム１００に収容された複数の電池セルを物理的に保護することができ、電力を要求する多様なデバイスに装着されて、電池パックフレーム２００の内部に形成された電池モジュールから生産される電力をデバイスに供給することができる。本発明の一実施形態によれば、電池モジュールフレーム１００は電池パックフレーム２００の上側に装着できる。

より詳しくは、電池パックフレーム２００の上面には電池モジュールフレーム１００が装着できる電池モジュールマウンティング部２１０が形成され、電池モジュールフレーム１００は電池モジュールマウンティング部２１０に装着される方式で電池パックフレーム２００と結合できる。

マウンティング部材４００は、電池モジュールマウンティング部２１０と電池モジュールフレーム１００とを互いに結合させることができる。より詳しくは、電池モジュールフレーム１００の前後方に形成されたエンドプレート１１０の両端には貫通口１１１、１１２が形成され、電池パックフレーム２００の上面に形成された電池モジュールマウンティング部２１０にも貫通口２１１、２１２が形成され、マウンティング部材はエンドプレート１１０の両端に形成された貫通口１１１、１１２と、電池モジュールマウンティング部２１０に形成された貫通口２１１、２１２を一体に貫通してエンドプレート１１０と電池モジュールマウンティング部２１０とを結合することができる。マウンティング部材４００は、電池モジュールマウンティング部２１０の貫通口２１１、２１２を通過して電池パックフレーム２００の内部まで挿入できる。

本発明の一実施形態によれば、マウンティング部材４００は一端に形成されたヘッド部４１０およびボディー部４２０を含むことができる。マウンティング部材４００のボディー部４２０は、エンドプレート１１０の両端に形成された貫通口１１１、１１２の上端からボディー部４２０を通じて挿入できる。

貫通口１１１、１１２を通過したボディー部４２０は、貫通口１１１、１１２の下端と同軸で接する電池モジュールマウンティング部２１０の貫通口２１１、２１２を通過して、図６に示されているようにボディー部４２０の端部が電池パックフレーム２００の内部まで貫通して装着できる。

ヘッド部４１０は貫通口１１１、１１２よりも広い幅で形成できる。したがって、図６に示されているように、ヘッド部４１０の下端は貫通口の上面１１１ａ、１１２ａと接触するように装着できる。

本発明の一実施形態によれば、マウンティング部材４００はボルトから形成できる。しかし、マウンティング部材はボルトに限定されず、多様な実施形態を活用して電池モジュールフレームと電池パックフレームとを結合することができる。

電池モジュールフレーム１００が装着される電池パックフレーム２００のフレーム面内部にはヒートシンク５００が装着できる。ヒートシンク５００を通じて、電池モジュールフレーム１００内部に収容された複数の電池セルから発生する熱を冷却することができる。

絶縁部材３００は、電池モジュールマウンティング部２１０と電池モジュールフレーム１００との間に形成できる。これによって、電池パックフレーム２００および該電池パックフレーム２００と連結された電池モジュールフレーム１００に移動する熱伝達を遮断することができる。

電池パックフレーム２００と電池モジュールフレーム１００が全て金属から形成された場合、従来は電池モジュールマウンティング部２１０と電池パックフレーム２００との間で熱伝達が発生して、外部からの影響を受けて温度勾配が発生した電池パックフレーム２００と電池モジュールフレーム１００との間に熱伝達が行われて、電池モジュールフレーム１００に収容された複数の電池セルが電池パックフレーム２００の温度による影響を直接的に受けることがあった。温度変化に敏感な電池セルの特性上、外部温度に直接的な影響を受ける場合、電池モジュール性能に問題が発生することがある。

本発明の一実施形態によれば、絶縁部材３００が電池モジュールマウンティング部２１０と電池モジュールフレーム１００のエンドプレート１１０との間に形成されて、電池モジュールマウンティング部２１０およびエンドプレート１１０がこれ以上接触しないようにして、金属同士の接触による熱伝達を未然に遮断し、外部の温度が電池セルに及ぼす影響を最少化することができる。

以下、図７～図９を参照して、本発明の他の実施形態による電池パックについて説明する。

図７は、本発明の他の実施形態による電池パックが組立てられる前の様子を示した図である。図８は、本発明の他の実施形態による電池パックの分解斜視図である。図９は本発明の他の実施形態による電池パックの側面図である。

図７～図９を参照すると、本発明の一実施形態による絶縁部材３００’は、マウンティング部材４００のヘッド部４１０とエンドプレート１１０の両端に形成された貫通口１１１、１１２の上面１１１ａ、１１２ａとの間に形成できる。

マウンティング部材４００はエンドプレート１１０の貫通口１１１、１１２と電池モジュールマウンティング部２１０の貫通口２１１、２１２を全て貫通して形成できる。したがって、電池パックフレーム２００から発生した熱がマウンティング部材４００を通じて電池モジュールフレーム１００に伝達されることがある。

マウンティング部材４００のヘッド部４１０は貫通口１１１、１１２の上面１１１ａ、１１２ａと接するように装着されているので、マウンティング部材４００のヘッド部４１０に伝達された熱はエンドプレート１１０の貫通口の上面１１１ａ、１１２ａを通じて電池モジュールフレーム１００および該電池モジュールフレーム１００に収容された複数の電池セルに伝達されることがある。

従って、本発明の他の実施形態によれば、マウンティング部材４００とエンドプレート１１０が接触できるマウンティング部材４００のヘッド部４１０と貫通口の上面１１１ａ、１１２ａとの間に絶縁部材３００’が形成され、マウンティング部材４００とエンドプレート１１０との接触を防止して接触による熱伝達を未然に遮断し、外部の温度が電池セルに及ぼす影響を最少化することができる。

本発明の他の実施形態について、前述の内容以外の内容は本発明の一実施形態に記述した内容と同一である。

以下、図１０および図１１を参照して本発明の他の実施形態による電池パックについて説明する。

図１０は、本発明の他の実施形態による電池パックの分解斜視図である。図１１は、本発明の他の実施形態による電池パックの断面図である。

図１０および図１１を参照すると、本発明の一実施形態による絶縁部材３００’’は、エンドプレート１１０の貫通口１１１、１１２と、貫通口１１１、１１２に挿入されたマウンティング部材４００との間に絶縁部材３００’’が形成できる。より詳しくは、マウンティング部材４００は、一端に形成されたヘッド部４１０とボディー部４２０を含み、絶縁部材３００’’はボディー部４２０と貫通口１１１、１１２との間に形成できる。この時、絶縁部材３００’’はマウンティング部材４００を囲むように形成できる。

マウンティング部材４００を貫通口１１１、１１２に挿入時、マウンティング部材４００の外面と貫通口１１１、１１２の内面とが互いに接触でき、このようにマウンティング部材４００と貫通口１１１、１１２とが接触する場合、電池パックフレーム２００と連結されたマウンティング部材４００、貫通口１１１、１１２が形成されたエンドプレート１１０、エンドプレート１１０と連結されたバスバーフレーム１３０、および該バスバーフレーム１３０と連結された複数の電池セル間の熱伝達が行われることがある。

従って、本発明の他の実施形態によれば、マウンティング部材４００とエンドプレート１１０が接触できるマウンティング部材４００の外面と、貫通口１１１、１１２の内面との間に絶縁部材３００’’を挿入して、マウンティング部材４００と貫通口１１１、１１２内面との接触による熱伝達を未然に遮断し、外部の温度が電池セルに及ぼす影響を最少化することができる。

電池パックは、電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）と冷却装置などを追加してパッキングした構造であり得る。

前記電池パックは多様なデバイスに適用できる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに限定されず電池モジュールを使用することができる多様なデバイスに適用可能であり、これも本発明の権利範囲に属する。

以上では本発明の好ましい実施形態について図示して説明したが、本発明は前述の特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であるのはもちろんであり、このような変形実施は本発明の技術的な思想や展望から個別的に理解されてはならないはずである。

１００：電池モジュールフレーム
１１０：エンドプレート
１２０：中央フレーム
１３０：バスバーフレーム
１１１、１１２：貫通口
１１１ａ、１１２ａ：貫通口の上面
２００：電池パックフレーム
２１０：電池モジュールマウンティング部
２１１、２１２：貫通口
３００、３００’、３００’’：絶縁部材
４００：マウンティング部材
４１０：ヘッド部
４２０：ボディー部
５００：ヒートシンク

Claims (15)

1. 電池セル積層体を収容する電池モジュールフレームと、
   前記電池モジュールフレームが装着された電池パックフレームと、
   前記電池パックフレームに形成されて前記電池モジュールフレームが前記電池パックフレームに装着されるようにする電池モジュールマウンティング部と、
   を含み、
   前記電池モジュールマウンティング部と前記電池モジュールフレームとの間に絶縁部材が形成される、電池パック。
2. 前記電池モジュールマウンティング部と前記電池モジュールフレームとは、マウンティング部材を通じて互いに結合している、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池モジュールフレームは、電池セル積層体の前後面をカバーするエンドプレートを含み、前記エンドプレートの両端に形成された貫通口を通じて前記マウンティング部材が挿入されている、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記マウンティング部材は、
   一端に形成されたヘッド部およびボディー部を含み、
   前記ヘッド部は前記貫通口の上面と接するように装着されている、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記ヘッド部と前記貫通口の上面との間に絶縁部材が形成されている、請求項４に記載の電池パック。
6. 前記エンドプレートの貫通口と前記貫通口に挿入された前記マウンティング部材との間に絶縁部材が形成されている、請求項３に記載の電池パック。
7. 前記マウンティング部材は、
   一端に形成されたヘッド部およびボディー部を含み、
   前記絶縁部材は前記ボディー部と前記貫通口との間に形成されている、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記絶縁部材は、前記マウンティング部材を囲むように形成されている、請求項６に記載の電池パック。
9. 前記電池モジュールマウンティング部には貫通口が形成されており、前記マウンティング部材は前記貫通口に貫通結合している、請求項２に記載の電池パック。
10. 前記マウンティング部材は、前記電池モジュールマウンティング部の前記貫通口を通過して前記電池パックフレームの内部まで挿入されている、請求項９に記載の電池パック。
11. 前記マウンティング部材は、ボルトから形成されている、請求項２から１０のいずれか一項に記載の電池パック。
12. 前記電池パックフレームと前記電池モジュールマウンティング部は、金属から形成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電池パック。
13. 前記電池パックフレームの内部にはヒートシンクが装着されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池パック。
14. 前記ヒートシンクは、前記電池モジュールフレームが装着された前記電池パックフレームのフレーム面内部に装着されている、請求項１３に記載の電池パック。
15. 請求項１から１４のいずれか一項に記載の電池パックを含むデバイス。

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