JP2022545705A - 改善された結合構造を有する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、複数のバッテリーモジュールが積層されたモジュール積層体と、モジュール積層体を下側で支持する下部ハウジング及びモジュール積層体の上側から下部ハウジングに結合される上部ハウジングを含むパックハウジングと、下部ハウジング及び上部ハウジングの各々の内側に結合され、モジュール積層体を弾性加圧する複数の変位プレートと、を含む。
Description
本発明は、改善された結合構造を有するバッテリーパック及びそれを含む自動車に関し、より詳しくは、モジュール積層体とパックハウジングをボルトによって共に締結して連結信頼性を高め、コストが節減可能であるだけでなく、パックハウジングがバッテリーモジュールを加圧する状態を維持できる構造を有することで、バッテリーパックに振動が発生した場合に対し、向上された安定性を有する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、２０２０年１月３日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００００９９５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、エネルギーの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に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よって複数のバッテリーセルを並列に接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、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よっ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・並列に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、このようなバッテリーモジュールが複数個積層されて形成されたモジュール積層体をパックハウジング内に収容してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。
そこで、複数のバッテリーモジュール同士の締結、及びモジュール積層体とパックハウジングとの締結が最大限に簡素になる構造を有するバッテリーパックの開発によって、部品コストを節減し、構造的信頼性を向上させる必要がある。なお、バッテリーパックに振動が発生する場合に対し、構造的に安定性が向上されたバッテリーパックの開発が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数のバッテリーモジュール同士の締結、及び複数のバッテリーモジュールが積層されて形成されたモジュール積層体とパックハウジングとの締結を最大限に簡素化にし、構造的安定性を向上させることを目的とする。
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の課題に制限されず、言及していないさらに他の課題は、下記する発明の説明から当業者にとって明確に理解されるであろう。
上記の課題を達成するための本発明の一実施例によるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールが積層されたモジュール積層体と、モジュール積層体を下側で支持する下部ハウジング及びモジュール積層体の上側から下部ハウジングに結合される上部ハウジングを含むパックハウジングと、下部ハウジング及び上部ハウジングの各々の内側に結合され、モジュール積層体を弾性加圧する複数の変位プレートと、を含む。
変位プレートは、パックハウジングの側壁の内側面と対面する一対の加圧プレートと、一対の加圧プレートの間を接続し、パックハウジングの底面と対面する接続プレートと、を含み得る。
加圧プレートは、パックハウジングの側壁の内側面と接し、内側面と平行に配置される支持部と、支持部の一側の端部からパックハウジングの内側に向かって折り曲げられて延びる傾斜部と、傾斜部の一側の端部から支持部から遠くなる方向に沿って支持部と平行に延び、弾性復元力によってモジュール積層体を加圧する弾性加圧部と、を含み、接続プレートは、一対の弾性加圧部の間を接続し得る。
下部ハウジング及び上部ハウジングは各々、下部ハウジング及び上部ハウジングの内側面から突出して弾性加圧部の内側面と離隔した状態で前記弾性加圧部の内側面と対面するサポートビードを備え得る。
傾斜部と弾性加圧部との間の折曲部位はラウンド形態を有し得る。
バッテリーパックは、パックハウジング及びモジュール積層体を貫通する複数の締結ボルトと、下部ハウジングの下面に固定され、締結ボルトと結合される複数のウェルドナットと、をさらに含み得る。
バッテリーパックは、下部ハウジングの下面に取り付けられ、ウェルドナットの収容空間を提供する気密プレートアセンブリーをさらに含み得る。
気密プレートアセンブリーは、ウェルドナットをカバーするガスケットと、ガスケットを加圧して下部ハウジングの下面に取り付けられる気密プレートと、を含み得る。
気密プレートは、ガスケットが収容される空間及びウェルドナットが収容される空間を有する二重段差構造を有し得る。
下部ハウジングの下面には、気密プレートアセンブリーが取り付けられる取付け溝が形成され得る。
取付け溝の深さは、気密プレートが有する段差の高さと同一であるか、またはより深く形成され得る。
締結ボルトのヘッド部にはシーリング部材がコーティングされ得る。
なお、本発明の一実施例による自動車は、前述したような本発明の一実施例によるバッテリーパックを含む。
本発明の一面によると、複数のバッテリーモジュール同士の締結と、複数のバッテリーモジュールが積層されて形成されたモジュール積層体とパックハウジングとの締結と、を最大限に簡素にすることができ、振動または衝撃が加えられる場合に対し、バッテリーパックの構造的安定性が向上できる。
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。
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。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
先ず、図１～図４を参照して本発明の一実施例によるバッテリーパック１の概略的な構造を説明する。
図１～図４を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、モジュール積層体Ｍ、パックハウジング２００、複数の締結ボルト３００及び複数の変位プレート４００を含む。
モジュール積層体Ｍは、図２に示したように、複数のバッテリーモジュール１００が積層された形態を有する。具体的には図示していないが、各々のバッテリーモジュール１００は、互いに電気的に接続された複数のバッテリーセルを含むことができ、複数のバッテリーセルをグループ分け（ｇｒｏｕｐｉｎｇ）して各々のグループに対する充放電を管理する複数のＢＭＳをさらに含み得る。
パックハウジング２００は、図２に示したように、モジュール積層体Ｍの下部を支持する下部ハウジング２１０と、モジュール積層体Ｍの上部をカバーし、下部ハウジング２１０に結合される上部ハウジング２２０と、を含む。
複数の締結ボルト３００は、図１及び図２に示したように、長ボルトの形態を有し、上部ハウジング２２０、モジュール積層体Ｍ及び下部ハウジング２１０を順次に貫通してモジュール積層体Ｍがパックハウジング２００に固定されるようにする。また、締結ボルト３００は、複数のバッテリーモジュール１００同士を締結する役割を果たす。
変位プレート４００は、下部ハウジング２１０及び上部ハウジング２２０の内側に結合される。変位プレート４００は、モジュール積層体Ｍがパックハウジング２００の内部に挿入されたとき、モジュール積層体Ｍを弾性加圧してパックハウジング２００内における動きを最小化できる。このような変位プレート４００の機能を考慮すると、変位プレート４００は、モジュール積層体Ｍの安定的な固定のためにバッテリーパック１の長手方向（図１及び図２のＸ軸に平行する方向）に沿って複数個が備えられ得る。
以下、変位プレート４００のより具体的な構造及び機能について、図１～図４と共に図５を参照して説明する。
図１～図５を参照すると、変位プレート４００は、パックハウジング２００の側壁の内側面と対面する一対の加圧プレート４１０と、一対の加圧プレート４１０の間を接続し、パックハウジング２００の底面と対面する接続プレート４２０と、を含む。一対の加圧プレート４１０は、モジュール積層体Ｍの両側面に各々接してモジュール積層体Ｍを加圧し、接続プレート４２０は、パックハウジング２００の底面に溶接及び／またはボルト締めなどによって固定されてモジュール積層体Ｍの動きを制限する。
ここで、パックハウジング２００の底面とは、図１及び図２のＸ－Ｙ平面と平行する面を意味し、下部ハウジング２１０の内側面においてモジュール積層体Ｍの下面と対面する面、そして上部ハウジング２２０の内側面においてモジュール積層体Ｍの上面と対面する面を意味する。
図５を参照すると、加圧プレート４１０は、互いに一体で連結された支持部４１１、傾斜部４１２及び弾性加圧部４１３を含む。支持部４１１は、パックハウジング２００の側壁の内側面と接し、内側面と平行して配置される。傾斜部４１２は、支持部４１１の一側の端部からパックハウジング２００の内側に向かって折り曲げられて延びる。弾性加圧部４１３は、傾斜部４１２の一側の端部から支持部４１１から遠くなる方向に沿って支持部４１１と平行して延び、弾性復元力によってモジュール積層体Ｍを加圧する。
傾斜部４１２によって、弾性加圧部４１３とパックハウジング２００の側壁の内側面との間には隙間が生じるようになり、このような隙間によってモジュール積層体Ｍの挿入時に弾性加圧部４１３が反り得る。このような弾性加圧部４１３の反りは弾性復元力を発生させ、これによってモジュール積層体Ｍの両側部に位置する一対の弾性加圧部４１３がモジュール積層体Ｍをバッテリーパック１の中心部に向かって加圧するようになる。
このような弾性加圧部４１３の弾性加圧作用の実現のために、互いに対向する一対の弾性加圧部４１３の間の幅は、モジュール積層体Ｍの幅（図１及び図２のＹ軸方向と平行する方向に沿って延びた長さ）と同一であるか、または僅かに小さく形成されることが望ましい。また、モジュール積層体Ｍの挿入の容易性を考慮して、互いに対向する一対の支持部４１１の間の幅は、モジュール積層体Ｍの幅より少し大きく形成されることが望ましい。
また、傾斜部４１２と弾性加圧部４１３との間の折曲部位は、ラウンド形態を有し得る。この場合、モジュール積層体Ｍの挿入時にモジュール積層体Ｍと加圧プレート４１０との接触によるモジュール積層体Ｍの損傷を最小化でき、より円滑な挿入が可能になる。
一方、パックハウジング２００は、側面の内側面に突出して形成された複数のサポートビード２１１、２２１を備え得る。具体的には、下部ハウジング２１０は、その内側面から突出して弾性加圧部４１３の内側面と離隔した状態で弾性加圧部４１３の内側面と対面する複数の第１サポートビード２１１を備える。同様に、上部ハウジング２２０は、その内側面から突出して弾性加圧部４１３の内側面と離隔した状態で弾性加圧部４１３の内側面と対面する複数の第２サポートビード２２１を備える。
サポートビード２１１、２２１は、弾性加圧部４１３の過度な変形の発生を防止するためのものである。自動車用バッテリーパックの場合、使用過程で振動及び衝撃に持続的に露出し、このような振動及び衝撃の発生時に変位プレート４００の弾性加圧部４１３が反り変形を起こして緩衝作用をすることで、モジュール積層体Ｍに加えられる衝撃を緩和できる。
モジュール積層体Ｍの挿入後のサポートビード２１１、２２１と弾性加圧部４１３との距離ｄは、バッテリーパック１の重量、大きさ、適用されるアプリケーションに加えられる振動の予想最大値などを考慮して決定され得る。即ち、このような要素を考慮して、サポートビード２１１、２２１の高さ及び／または傾斜部４１２の折曲角度を決定し得る。
次は、図６～図１１を参照して、本発明の一実施例によるバッテリーパック１に選択的に適用可能な気密構造について説明する。
本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、前述した構成要素に加え、ウェルドナット（ｗｅｌｄ ｎｕｔ）５００及び気密プレートアセンブリー６００をさらに含むことができ、さらに、締結ボルト３００にコーティングされるシーリング部材Ｓをさらに含み得る。
ウェルドナット５００は、図７に示したように、下部ハウジング２１０（図２及び図３参照）の底面に溶接によって取り付けられる。ウェルドナット５００は、締結ボルト３００と結合されるように下部ハウジング２１０の底面に形成された貫通ホールに対応する位置に取り付けられる。また、ウェルドナット５００は、下部ハウジング２１０に取り付けられるガスケット６１０及び気密プレート６２０の内側に位置する。ウェルドナット５００がこのようにガスケット６１０と気密プレート６２０の内側に位置することは、下部ハウジング２１０に形成された貫通ホールによる外部の異物や水分がパックハウジング２００の内部へ浸透してバッテリーパック１の寿命短縮や性能低下を誘発することを防止するためである。
気密プレートアセンブリー６００は、下部ハウジング２１０の下面に形成された取付け溝２１０ａ内に挿入され、溶接などによって取付け溝２１０ａの内側の底面に固定される。気密プレートアセンブリー６００は、ガスケット６１０及び気密プレート６２０を含む。ガスケット６１０は、下部ハウジング２１０の下面に溶接によって取り付けられたウェルドナット５００の周りを囲み、ウェルドナット５００と気密プレート６２０との間に介在されてウェルドナット５００と下部ハウジング２１０の底面との隙間へ異物及び／または水分が浸透することを防止する。気密プレート６２０は、取付け溝２１０ａ内でガスケット６１０及びウェルドナット５００をカバーしながら下部ハウジング２１０の底面に溶接などによって固定され、一次的に異物及び／または水分の浸透を防止する。
気密プレート６２０は、ガスケット６１０を加圧して下部ハウジング２１０の下面に取り付けられる。また、気密プレート６２０は、ガスケット６１０が収容される空間及びウェルドナット５００が収容される空間を有する二重段差構造を有し得る。但し、このような二重段差構造による気密プレート６２０の高さと比較して取付け溝２１０ａの深さは同一であるか、またはより深く形成されることが望ましい。これは、気密プレート６２０の形成によるエネルギー密度の損失を防止するためである。
一方、図１１を参照すると、締結ボルト３００は、パックハウジング２００の上部に形成された貫通ホール、即ち、上部ハウジング２２０の上部に形成された貫通ホールからの異物及び／または水分の浸透を最小化するために、ヘッド部の表面にコーティングされるシーリング部材Ｓを備え得る。シーリング部材Ｓとして弾性を有する素材を用いることが望ましく、例えば、ウレタン材質を用い得る。
前述したように、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、パックハウジング２００内に置かれる変位プレート４００によってバッテリーパック１に振動及び／または衝撃が加えられる場合に対し、モジュール積層体Ｍがパックハウジング２００の内部で衝撃なく固定されるように把持できる。したがって、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、振動及び／または衝撃にも破損されにくく、不良が発生しない堅固性を有する。
また、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、パックハウジング２００の外側に予め固定されたウェルドナット５００と、パックハウジング２００と、モジュール積層体Ｍを共に貫通してウェルドナット５００に締結される締結ボルト３００と、を用いて、モジュール積層体Ｍを構成する各々の構成要素とパックハウジング２００を共に締結可能な構造を有することで、締結信頼性の向上及び製造コストの節減を図ることができる。
また、本発明の一実施例によるバッテリーパック１は、パックハウジング２００の外側に形成されるホールからの外部の異物及び／または水分の浸透が防止可能な構造を有することで、バッテリーパックの使用過程で性能低下の恐れを減少させることができる。
なお、本発明の一実施例による自動車は、上述したような本発明の一実施例によるバッテリーパックを含む。
以上、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ず、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。
１ バッテリーパック
１００ バッテリーモジュール
２００ パックハウジング
２１０ 下部ハウジング
２１０ａ 溝
２１１ サポートビード
２２０ 上部ハウジング
２２１ サポートビード
３００ 締結ボルト
４００ 変位プレート
４１０ 加圧プレート
４１１ 支持部
４１２ 傾斜部
４１３ 弾性加圧部
４２０ 接続プレート
５００ ウェルドナット
６００ 気密プレートアセンブリー
６１０ ガスケット
６２０ 気密プレート
Ｍ モジュール積層体
Ｓ シーリング部材
１００ バッテリーモジュール
２００ パックハウジング
２１０ 下部ハウジング
２１０ａ 溝
２１１ サポートビード
２２０ 上部ハウジング
２２１ サポートビード
３００ 締結ボルト
４００ 変位プレート
４１０ 加圧プレート
４１１ 支持部
４１２ 傾斜部
４１３ 弾性加圧部
４２０ 接続プレート
５００ ウェルドナット
６００ 気密プレートアセンブリー
６１０ ガスケット
６２０ 気密プレート
Ｍ モジュール積層体
Ｓ シーリング部材
Claims (13)
- 複数のバッテリーモジュールが積層されたモジュール積層体と、
前記モジュール積層体を下側で支持する下部ハウジング及び前記モジュール積層体の上側から前記下部ハウジングに結合される上部ハウジングを含むパックハウジングと、
前記下部ハウジング及び上部ハウジングの各々の内側に結合され、前記モジュール積層体を弾性加圧する複数の変位プレートと、を含む、バッテリーパック。 - 前記変位プレートは、
前記パックハウジングの側壁の内側面と対面する一対の加圧プレートと、
前記一対の加圧プレートの間を接続し、前記パックハウジングの底面と対面する接続プレートと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。 - 前記加圧プレートは、
前記パックハウジングの側壁の内側面と接し、前記内側面と平行に配置される支持部と、
前記支持部の一側の端部から前記パックハウジングの内側に向かって折り曲げられて延びる傾斜部と、
前記傾斜部の一側の端部から前記支持部から遠くなる方向に沿って前記支持部と平行に延び、弾性復元力によって前記モジュール積層体を加圧する弾性加圧部と、を含み、
前記接続プレートは、一対の前記弾性加圧部の間を接続す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。 - 前記下部ハウジング及び上部ハウジングは各々、
前記下部ハウジング及び上部ハウジングの内側面から突出して前記弾性加圧部の内側面と離隔した状態で前記弾性加圧部の内側面と対面するサポートビードを備えることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。 - 前記傾斜部と弾性加圧部との間の折曲部位はラウンド形態を有することを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリーパックは、
前記パックハウジング及びモジュール積層体を貫通する複数の締結ボルトと、
前記下部ハウジングの下面に固定され、前記締結ボルトと結合される複数のウェルドナットと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。 - 前記バッテリーパックは、
前記下部ハウジングの下面に取り付けられ、前記ウェルドナットの収容空間を提供する気密プレートアセンブリーをさらに含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。 - 前記気密プレートアセンブリーは、
前記ウェルドナットをカバーするガスケットと、
前記ガスケットを加圧して前記下部ハウジングの下面に取り付けられる気密プレートと、を含むことを特徴とする、請求項７に記載のバッテリーパック。 - 前記気密プレートは、
前記ガスケットが収容される空間及び前記ウェルドナットが収容される空間を有する二重段差構造を有することを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーパック。 - 前記下部ハウジングの下面には、前記気密プレートアセンブリーが取り付けられる取付け溝が形成されていることを特徴とする、請求項９に記載のバッテリーパック。
- 前記取付け溝の深さは、前記気密プレートが有する段差の高さと同一であるか、またはより深く形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のバッテリーパック。
- 前記締結ボルトのヘッド部にはシーリング部材がコーティング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。
- 請求項１から１２のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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