JP2022541009A - バッテリーパック及びそれを含む自動車 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施例によるバッテリーパックは、少なくとも一つのバッテリーセルを含み、上側及び下側に各々冷却水が流動する冷却流路が設けられたヒートシンクユニットが備えられる複数個のバッテリーモジュールと、複数個のバッテリーモジュールの間に備えられる少なくとも一つのクラッシュビームと、クラッシュビームと複数個のバッテリーモジュールを支持するパックトレイと、パックトレイに備えられ、冷却水などの流出時、冷却水を外部へ排出するための複数個のドレインホールと、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、バッテリーパック及びそれを含む自動車に関する。
本出願は、２０１９年８月２日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００９４５７２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、すべて本出願に組み込まれる。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギー使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量に応じて複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、前記バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量に応じて多様に設定可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が一般的である。ここで、少なくとも一つのバッテリーモジュールを含むバッテリーラックは、多様な電圧と容量の要求条件などによって、このようなバッテリーラックを少なくとも一つ以上備える電力貯蔵装置を構成することもある。
このようなバッテリーパックの場合、最近、大容量のバッテリーパックの需要が増加するにつれ、エネルギー密度を高めながらも、よりスリムかつコンパクトなサイズのバッテリーパックに対する需要が増加しつつある。また、大容量のバッテリーパックの場合、冷却性能も重要であるため、高い冷却効率を有することも重要である。
そこで、冷却効率とエネルギー密度とを共に高めることができるバッテリーパック及びそれを含む自動車を提供するための方案が求められる。
本発明は、冷却効率とエネルギー密度とを共に高めることができるバッテリーパック及びそれを含む自動車を提供することを目的とする。
また、本発明は、冷却水の流出時、バッテリーモジュールの内部への冷却水の流入を防止することができるバッテリーパック及びそれを含む自動車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、バッテリーパックであって、少なくとも一つのバッテリーセルを含み、上側及び下側に各々冷却水が流動する冷却流路が設けられたヒートシンクユニットが備えられる複数個のバッテリーモジュールと、前記複数個のバッテリーモジュールの間に備えられる少なくとも一つのクラッシュビームと、前記少なくとも一つのクラッシュビームと前記複数個のバッテリーモジュールを支持するパックトレイと、前記パックトレイに備えられ、前記冷却水などの流出時、前記冷却水を前記バッテリーパックの外部へ排出するための複数個のドレインホールと、を含むことを特徴とするバッテリーパックを提供する。
前記複数個のドレインホールは、各々のバッテリーモジュールと前記少なくとも一つのクラッシュビームとの間の空間における底部に形成され得る。
各々のバッテリーモジュールと前記少なくとも一つのクラッシュビームとの間の空間には、各々のバッテリーモジュールの上側に設けられるヒートシンクユニットの冷却水の流出時、前記冷却水を前記複数個のドレインホール側へガイドするガイド流路が形成され得る。
前記ヒートシンクユニットは、前記少なくとも一つのバッテリーセルの下側を支持し、内部に前記冷却水が流動する冷却流路が設けられた下部ヒートシンクと、前記下部ヒートシンクと反対側に配置され、前記少なくとも一つのバッテリーセルの上側を支持し、内部に前記冷却水が流動する冷却流路が設けられた上部ヒートシンクと、を含み得る。
前記複数個のバッテリーモジュールは各々、前記少なくとも一つのバッテリーセルと、前記下部ヒートシンク及び前記上部ヒートシンクを含む前記ヒートシンクユニットと、前記下部ヒートシンクと前記上部ヒートシンクとの間に配置され、少なくとも一つが前記少なくとも一つのクラッシュビームに対向する一対のサイドプレートと、を含み得る。
前記一対のサイドプレートには、前記複数個のドレインホールと対向する少なくとも一つのドレインガイドスリットが形成され得る。
前記少なくとも一つのドレインガイドスリットは、前記一対のサイドプレートの高さ方向に沿って長く形成され得る。
前記少なくとも一つのドレインガイドスリットは、前記一対のサイドプレートの長手方向に沿って所定の長さで形成され得る。
前記ドレインガイドスリットは、複数個が備えられ、前記複数個のドレインガイドスリットは、前記複数個のドレインホールの個数と対応するように設けられ得る。
なお、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。
以上のような多様な実施例によって、冷却効率とエネルギー密度とを共に高めることができるバッテリーパック及びそれを含む自動車を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、冷却水の流出時、バッテリーモジュールの内部への冷却水の流入を防止可能なバッテリーパック及びそれを含む自動車を提供することができる。
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。
本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。 図１のバッテリーパックの平面図である。 図２のバッテリーパックの主要部を説明するための図である。 図１のバッテリーパックの主要部の断面図である。 図１のバッテリーパックの冷却水の流出時、流出した冷却水のバッテリーモジュールの内部への流入を防止するドレイン構造を説明するための図である。 本発明の他の実施例によるバッテリーパックを説明するための図である。 図６のバッテリーパックの平面図である。 図７のバッテリーパックの主要部を説明するための図である。 図６のバッテリーパックの主要部の断面図である。 図６のバッテリーパックの冷却水の流出時、流出した冷却水のバッテリーモジュールの内部への流入を防止するドレイン構造を説明するための図である。 本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、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、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーパックの平面図であり、図３は、図２のバッテリーパックの主要部を説明するための図面であり、図４は、図１のバッテリーパックの主要部の断面図である。
図１～図４を参照すると、バッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１００、クラッシュビーム２００、パックトレイ３００、ドレインホール４００、及びガイド流路５００を含み得る。
前記バッテリーモジュール１００は、複数個が備えられ得る。
前記複数個のバッテリーモジュール１００は各々、バッテリーセル１１０、ヒートシンクユニット１３０、１４０、及び一対のサイドプレート１５０を含み得る。
前記バッテリーセル１１０は、二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池または円筒型二次電池として備えられ得る。以下、本実施例では、前記バッテリーセル１１０がパウチ型二次電池である場合に限定して説明する。
このようなバッテリーセル１１０は、少なくとも一つまたは二つ以上の複数個が備えられ得る。以下、本実施例では、前記バッテリーセル１１０が複数個、備えられることに限定して説明する。
前記ヒートシンクユニット１３０、１４０は、前記複数個のバッテリーセル１１０を冷却し、前記複数個のバッテリーセル１１０の上側及び下側をカバーし得る。ここで、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０は、前記複数個のバッテリーセル１１０の上側及び下側を別の追加部材なしに、各々直接的にカバーし得る。
本実施例では、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０が前記バッテリーセル１１０の上下側を別の部材なしに直接カバーするため、バッテリーモジュール１００のスリム化を図ることができるだけでなく、バッテリーモジュール１００のエネルギー密度を高めることができる。
また、本実施例では、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０が前記バッテリーセル１１０の上下側に各々備えられると共に、前記バッテリーセル１１０の上下側を各々直接的にカバーするため、前記バッテリーセル１１０の冷却効率も大幅向上させることができる。
このようなヒートシンクユニット１３０、１４０は、上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）及び下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）を含み得る。
前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）は、前記下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）の反対側に配置され、前記少なくとも一つ、本実施例の場合、前記複数個のバッテリーセル１１０の上側を直接的にカバーして支持し得る。このような上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の内部には、前記バッテリーセル１１０の冷却のための冷却水が流動する冷却流路１３５が設けられ得る。
前記下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）は、前記少なくとも一つ、本実施例の場合、前記複数個のバッテリーセル１１０の下側を直接的にカバーしながら支持し、後述するパックトレイ３００の上に配置され得る。このような下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）の内部には、前記バッテリーセル１１０の冷却のための冷却水が流動する冷却流路１４５が設けられ得る。
前記一対のサイドプレート１５０は、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）と前記下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）との間に配置され、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）及び前記下部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１４０）と結合し、前記バッテリーセル１１０をパッケージングし得る。
このような一対のサイドプレート１５０の少なくとも一つは、後述するクラッシュビーム２００と対向して配置され得、後述するクラッシュビーム２００と所定の距離で離隔して配置され得る。
前記クラッシュビーム２００は、前記複数個のバッテリーモジュール１００の間に備えられ、具体的には、前記複数個のバッテリーモジュール１００のサイドプレート１５０と対向して配置され得る。このような前記クラッシュビーム２００は、少なくとも一つまたは二つ以上の複数個が備えられ得る。
前記クラッシュビーム２００は、前記バッテリーパック１０の外部で衝撃などが発生したとき、前記バッテリーモジュール１００側への衝撃伝達を防止または緩衝することができる。
前記パックトレイ３００は、前記複数個のバッテリーモジュール１００及び前記少なくとも一つのクラッシュビーム２００を支持し得る。このようなパックトレイ３００は、後述する自動車１などに装着され得る。
前記ドレインホール４００は、前記パックトレイ３００に備えられ、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０から冷却水などの流出時、前記冷却水を前記バッテリーパック１０の外部へ排出し得る。
このようなドレインホール４００は、複数個が備えられ得る。前記複数個のドレインホール４００は、各々のバッテリーモジュール１００と前記少なくとも一つのクラッシュビーム２００との間の空間における底部に形成され得る。
前記ガイド流路５００は、各々のバッテリーモジュール１００と前記少なくとも一つのクラッシュビーム２００との間の空間に形成され得る。このような前記ガイド流路５００は、各々のバッテリーモジュール１００の上側に設けられるヒートシンクユニット１３０、即ち、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の冷却水の流出時、前記冷却水を前記複数個のドレインホール４００側へガイドし得る。
以下、このような本実施例によるバッテリーパック１０の冷却水の流出時、流出した冷却水がバッテリーモジュール１００の内部のバッテリーセル１１０側へ流入することを防止するドレイン構造についてより具体的に説明する。
図５は、図１のバッテリーパックの冷却水の流出時、流出した冷却水のバッテリーモジュールの内部への流入を防止するドレイン構造を説明するための図である。
図５を参照すると、前記バッテリーパック１０において、外部衝撃などが発生したとき、具体的には、前記クラッシュビーム２００がカバーできない部分で外部衝撃などが発生したとき、特に、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０の前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）に破損などが発生し得る。
このような上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の破損時、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）内の冷却流路１３５内の冷却水が前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の外へ流出され得る。この場合、前記流出した冷却水が前記バッテリーモジュール１００の内部の前記バッテリーセル１１０に流入する場合、当該バッテリーモジュール１００を含む全体のバッテリーパック１０の損傷につながり得るため、流出した冷却水を前記バッテリーパック１０の外部へ迅速に排出することが重要である。
本実施例の場合、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の前記冷却流路１３５内の冷却水が前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の外へ流出すると、前記ガイド流路５００を通して前記冷却水を迅速に前記ドレインホール４００側へガイドして前記バッテリーパック１０の外部へ排出することができる。
これによって、本実施例では、前記ガイド流路５００及び前記ドレインホール４００を通じて、前記ヒートシンクユニット１３０、１４０の冷却水が流出しても、流出した冷却水を迅速にバッテリーパック１０の外部へ排出することができ、前記冷却水によって惹起される前記バッテリーモジュール１００またはバッテリーパック１０全体の破損を効果的に防止することができる。
図６は、本発明の他の実施例によるバッテリーパックを説明するための図であり、図７は、図６のバッテリーパックの平面図であり、図８は、図７のバッテリーパックの主要部を説明するための図であり、図９は、図６のバッテリーパックの主要部の断面図である。
本実施例によるバッテリーパック２０は、前述した実施例のバッテリーパック１０と類似であるため、以下、前述した実施例と実質的に同一または類似の構成については重複する説明を省略し、前述した実施例との相違点を中心にして説明する。
図６～図９を参照すると、前記バッテリーパック２０は、バッテリーモジュール１０５、クラッシュビーム２００、パックトレイ３００、ドレインホール４００、及びガイド流路５００を含み得る。
前記バッテリーモジュール１０５は、複数個が備えられ得る。
前記複数個のバッテリーモジュール１０５は各々、複数個のバッテリーセル１１０、ヒートシンクユニット１３０、１４０、及び一対のサイドプレート１６０を含み得る。
前記複数個のバッテリーセル１１０及び前記ヒートシンクユニット１３０、１４０は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるため、以下、重複する説明を省略する。
前記一対のサイドプレート１６０には、ドレインガイドスリット１６５が形成され得る。
前記ドレインガイドスリット１６５は、前記一対のサイドプレート１６０の高さ方向に沿って長く形成され、前記一対のサイドプレート１６０の長手方向に沿って所定の長さに形成され得る。
このようなドレインガイドスリット１６５は、少なくとも一つまたは二つ以上の複数個が形成され得る。以下、本実施例では、前記ドレインガイドスリット１６５が複数個で形成される場合に限定して説明する。
前記複数個のドレインガイドスリット１６５は、後述する複数個のドレインホール４００と対向するように配置され得、後述する複数個のドレインホール４００の個数と対応するように設けられ得る。
前記クラッシュビーム２００及び前記パックトレイ３００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるため、以下、重複する説明を省略する。
前記ドレインホール４００は複数個が備えられ、前記パックトレイ３００に形成され得る。このような複数個のドレインホール４００は、前記複数個のドレインガイドスリット１６５の下側に備えられ得、前記複数個のドレインガイドスリット１６５の個数と対応するように設けられ得る。
前記ガイド流路５００は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるため、以下、重複する説明を省略する。
以下、このような本実施例によるバッテリーパック２０の冷却水の流出時、流出した冷却水がバッテリーモジュール１０５の内部のバッテリーセル１１０側へ流入することを防止するドレイン構造についてより具体的に説明する。
図１０は、図６のバッテリーパックの冷却水の流出時、流出した冷却水のバッテリーモジュールの内部への流入を防止するドレイン構造を説明するための図である。
図１０を参照すると、前記バッテリーパック２０において、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の破損時、前述した実施例のように、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）内の冷却流路１３５内の冷却水が前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の外へ流出され得る。
本実施例の場合、前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の前記冷却流路１３５内の冷却水が前記上部ヒートシンク（ヒートシンクユニット１３０）の外へ流出すると、前記ガイド流路５００のみならず、前記ドレインガイドスリット１６５によっても前記冷却水を前記ドレインホール４００側へとガイドし得る。
これによって、本実施例では、前記ドレインガイドスリット１６５及び前記ガイド流路５００を通して、前記流出した冷却水を前記バッテリーパック２０の外部へより迅速かつ効果的に排出できる。
図１１は、本発明の一実施例による自動車を説明するための図である。
図１１を参照すると、自動車１は、前述した実施例の少なくとも一つのバッテリーパック１０、２０を含み得る。前記自動車１は、電気自動車またはハイブリッド自動車、前記バッテリーパック１０、２０を燃料源として備えるその他の自動車であり得る。
本実施例による前記自動車１は、前述した実施例のバッテリーパック１０、２０を含むことから、前述した実施例のバッテリーパック１０、２０の長所を全て含む自動車１を提供することができる。前記バッテリーパック１０、２０は、前記自動車１の以外にも、前記バッテリーパック１０、２０をエネルギー源にする電力貯蔵装置やその他の装置や器具などにも備えられ得ることは勿論である。
以上のような多様な実施例によって、冷却効率とエネルギー密度とを共に高めることができるバッテリーパック１０、２０及びそれを含む自動車１を提供することができる。
また、以上のような多様な実施例によって、冷却水の流出時、バッテリーモジュール１００、１０５の内部への冷却水の流入を防止することができるバッテリーパック１０、２０及びそれを含む自動車を提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１０、２０ バッテリーパック
１００、１０５ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１３０ ヒートシンクユニット（上部ヒートシンク）
１３５ 冷却流路
１４０ ヒートシンクユニット（下部ヒートシンク）
１５０ サイドプレート
２００ クラッシュビーム
３００ パックトレイ
４００ ドレインホール

Claims (10)

  1. バッテリーパックであって、
    少なくとも一つのバッテリーセルを含む複数個のバッテリーモジュールであって、ヒートシンクユニットの上側及び下側に各々冷却水が流動する冷却流路が設けられたヒートシンクユニットが備えられる、複数個のバッテリーモジュールと、
    前記複数個のバッテリーモジュールの間に備えられる少なくとも一つのクラッシュビームと、
    前記少なくとも一つのクラッシュビームと前記複数個のバッテリーモジュールを支持するパックトレイと、
    前記パックトレイに備えられ、前記冷却水の流出時、前記冷却水を前記バッテリーパックの外部へ排出するための複数個のドレインホールと、
    を含むことを特徴とする、バッテリーパック。
  2. 前記複数個のドレインホールは、
    各々のバッテリーモジュールと前記少なくとも一つのクラッシュビームとの間の空間における底部に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 各々のバッテリーモジュールと前記少なくとも一つのクラッシュビームとの間の空間には、
    各々のバッテリーモジュールの上側に設けられるヒートシンクユニットの冷却水の流出時、前記冷却水を前記複数個のドレインホール側へガイドするガイド流路が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記ヒートシンクユニットは、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルの下側を支持し、内部に前記冷却水が流動する冷却流路が設けられた下部ヒートシンクと、
    前記下部ヒートシンクと反対側に配置され、前記少なくとも一つのバッテリーセルの上側を支持し、内部に前記冷却水が流動する冷却流路が設けられた上部ヒートシンクと、
    を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
  5. 前記複数個のバッテリーモジュールは各々、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルと、
    前記下部ヒートシンク及び前記上部ヒートシンクを含む前記ヒートシンクユニットと、
    前記下部ヒートシンクと前記上部ヒートシンクとの間に配置され、少なくとも一つが前記少なくとも一つのクラッシュビームに対向する一対のサイドプレートと、
    を含むことを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーパック。
  6. 前記一対のサイドプレートには、
    前記複数個のドレインホールと対向する少なくとも一つのドレインガイドスリットが形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記少なくとも一つのドレインガイドスリットは、
    前記一対のサイドプレートの高さ方向に沿って長く形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記少なくとも一つのドレインガイドスリットは、
    前記一対のサイドプレートの長手方向に沿って所定の長さで形成されていることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 前記ドレインガイドスリットは、複数個が備えられ、
    前記複数個のドレインガイドスリットは、前記複数個のドレインホールの個数と対応するように設けられていることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。
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