JP2023524299A - 一体型フィルターメッシュをベンティングホールに適用したパックハウジング及びそれを含むバッテリーパック - Google Patents

Abstract

本発明によるパックハウジングは、バッテリーセルを収容する内部空間を備え、少なくとも一面に前記内部空間と連通するように設けられるベンティングホールと、前記ベンティングホールをカバーするホールカバー組立体と、を含み、前記ホールカバー組立体は、樹脂から形成された樹脂フィルター層とインサート射出によって前記樹脂フィルター層に一体化したメッシュ網を備え、前記ベンティングホールに介在されるフィルターメッシュと、中空のフレーム形態であり、前記フィルターメッシュの周縁領域を押圧し、前記少なくとも一面に結合するように設けられるマウンティングプレートと、を含み得る。

Description

本発明は、パックハウジングに関し、より詳しくは、ガスが排出されるベンティングホールに組み立てる場合、工数を減らすと共に防水・防塵性能を満たす一体型のフィルターメッシュが適用されたパックハウジング及びそれを含むバッテリーパックに関する。

本出願は、２０２０年１０月２７日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１４０６９９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。

エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ：ＥＳＳ）のバッテリーパックは、二次電池セルを備えて、昼間には電力を貯蔵しておき、必要に応じて取り出して使用し得る。例えば、二次電池セルに、太陽光パネルや風力発電などを用いて生成した電気を貯蔵しておき、取り出して使用する形態であり得る。

前記ＥＳＳバッテリーパックは、貯蔵容量に応じて大きさと重さが多様に構成し得る。例えば、家庭用のＥＳＳバッテリーパックは、大きさが約１２０×８０×２０ｃｍ（高さ×幅×厚さ）の直方形のボックス状で提供され、ブラケットなどで室内または室外の壁体または柱に設けるように提供され得る。

一方、二次電池セルは、充放電過程で過充電が発生するか、または如何なる要因によって内部短絡が発生する場合、温度が上昇して化学反応によってガスが生成されて前記二次電池セルから漏れることがある。ＥＳＳバッテリーパックは、前記ガスを外部へ排出するためにベンティングホールを備える。前記ベンティングホールは、一般的にパックハウジングの下面や上面に備えられる。

ＥＳＳバッテリーパックの場合、安全認証対象の製品であるため、一定の水準以上のＩＰ（Ｉｎｇｒｅｓｓ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）等級が求められる。これによって、防水・防塵手段をベンティングホールに適用して、常時には水分や異物が前記ベンティングホールからパックハウジングの内部へ流入しないようにする。

従来技術による前記防水、防塵手段の一例で、前記ベンティングホールに対応するサイズのメッシュ網二枚と、これらの間に繊維フィルターを配置したものがある。しかし、ＩＰ等級を満たすために厚い繊維フィルターを二枚のメッシュ網の間に配置することによって、防水・防塵手段の厚さが増加し、各々のメッシュ網と繊維フィルターをベンティングホールに合わせて整列して組み立てる必要があり、作業に困難がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、パックハウジングに備えられるベンティングホールに適用する場合、工数を減らすことができると共に、防水・防塵性能を満たす防水、防塵手段を備えたパックハウジング及びそれを含むバッテリーパックを提供す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に、本発明の一例によるパックハウジングは、少なくとも一面に前記内部空間と連通するように設けられるベンティングホールと、前記ベンティングホールをカバーするホールカバー組立体と、を含み、前記ホールカバー組立体は、樹脂から形成された樹脂フィルター層とインサート射出によって前記樹脂フィルター層に一体化したメッシュ網を備え、前記ベンティングホールに介在されるフィルターメッシュと、中空のフレーム形態であり、前記フィルターメッシュの周縁領域を押圧し、前記少なくとも一面に結合するように設けられるマウンティングプレートと、を含み得る。

前記少なくとも一面は、前記パックハウジングの底面を形成する下部プレートと、前記パックハウジングの天井面を形成する上部プレートのうち少なくとも一方であり得る。

前記メッシュ網は、金属素材から形成され、第１メッシュ網及び前記第１メッシュ網から所定の間隔で離隔して対向するように配置される第２メッシュ網を含み、前記樹脂フィルター層は、前記第１メッシュ網と前記第２メッシュ網との間に位置し得る。

前記メッシュ網は、前記第１メッシュ網の周縁領域と前記第２メッシュ網の周縁領域に連結され、前記樹脂フィルター層を囲む外郭フレームをさらに含み得る。

前記樹脂フィルター層は、第１フィルター層及び前記第１フィルター層から所定の間隔で離隔して対向するように配置される第２フィルター層を含み、前記メッシュ網は、金属素材から形成され、前記第１フィルター層と前記第２フィルター層との間に位置し得る。

前記メッシュ網は、その周縁領域が前記第１フィルター層及び前記第２フィルター層を囲むように上下方向へ延びて形成されるように構成され得る。

前記樹脂フィルター層は、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂及びエポキシ樹脂のうち少なくとも一つからなり得る。

前記パックハウジングは、中空構造として形成され、下端部が前記下部プレートと結合し、上端部が前記上部プレートと結合するように設けられたハウジング本体を含み得る。

前記下部プレートまたは前記上部プレートは、前記フィルターメッシュの周縁領域が載置されるように前記ベンティングホールの周縁に沿って凹んで形成された陥凹部を含み、前記陥凹部は、内径の内周面に沿って螺糸山が形成されているコラムをコーナー領域に備え、前記フィルターメッシュは、コーナー領域が切り取られた形態で設けられ、前記マウンティングプレートは、コーナー領域にボルト締結孔を備え、前記ボルト締結孔に挿入されて前記コラムに締結されるボルト部材によって固定され得る。

本発明の他の様態によると、前述したパックハウジングを含む家庭用ＥＳＳバッテリーパックが提供され得る。

本発明の一面によると、ガス排出のためのベンティングホールに適用する場合、工数を減らすことができると共に、防水・防塵性能を満たす一体型のフィルターメッシュを備えたパックハウジング及びそれを含むバッテリーパックを提供することができる。

本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は本明細書及び添付の図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者に明らかに理解されるだろう。

本発明の一実施例によるバッテリーパックの外観を示した斜視図である。 図１のパックハウジングの下部プレートを示した斜視図である。 本発明の一実施例によるホールカバー組立体の分解斜視図である。 図３のフィルターメッシュの斜視図である。 図４のＩ－Ｉ’による断面図である。 図５に対応する図面であって、フィルターメッシュの変形例を示した断面図である。

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。

本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであり、図面における構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさや割合は、実際の大きさや割合を全的に反映することではない。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの外観を示した斜視図であり、図２は、図１のパックハウジングの下部プレートを示した斜視図であり、図３は、本発明の一実施例によるホールカバー組立体の分解斜視図である。

これらの図面を参照すると、本発明の一実施例による家庭用ＥＳＳバッテリーパックは、バッテリーセル（図示せず）と、前記バッテリーセルを収容するパックハウジング１０と、前記パックハウジング１０の少なくとも一面に設けられるベンティングホール２０と、前記ベンティングホール２０に設けられるホールカバー組立体３０と、を含む。

前記バッテリーセル（図示せず）としてはリチウムイオン二次電池を採用することができ、前記リチウムイオン二次電池は、電極組立体、電解液及びこれらを密封する外装材を含む。バッテリーセルは、外装材の形態によって、パウチ型、円筒型、角形に分けられ、特定の形状に制限されない。

前記電極組立体は、電極と分離膜の組立体として、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板が分離膜を挟んで配置された形態で構成され得る。電極組立体の各電極板には、電極タブが備えられ、電極リードと接続され得る。例えば、パウチ型二次電池の場合、一つ以上の電極タブが電極リードと接続され得る。前記電極リードは、パウチ外装材の間に介在され、一端が外部に露出することで電極端子として機能できる。

このような二次電池の構成については、本願が属する技術分野の当業者にとって自明な事項であるので、より詳細な説明を省略する。本発明による家庭用ＥＳＳバッテリーパックには、本願の出願時点における公知の多様な二次電池が採用され得る。

パックハウジング１０は、底面を形成する下部プレート１１と、天井面を形成する上部プレート１２と、中空構造に形成されたハウジング本体１３と、を含み得る。前記ハウジング本体１３は、押出成形によって製作でき、パックハウジング１０の前面、後面及び両側面を形成する。

前記ハウジング本体１３は、詳しく図示していないが、その下端部が下部プレート１１とボルト締めまたはフック締結の方式で結合可能であり、その上端部は、前記上部プレート１２とボルト締めまたはフック締結の方式で結合可能に設けられ得る。

このようなパックハウジング１０は、前記下部プレート１１、上部プレート１２及びハウジング本体１３で囲まれた内部空間を備え、機械的剛性の高い金属材質から形成されることで、バッテリーセル及び他の内蔵部品を外部衝撃や振動から保護できる。

ベンティングホール２０は、バッテリーセルで発生するガスをパックハウジング１０の外部へ排出するための手段であって、前記パックハウジング１０の少なくとも一面に一つ以上が設けられ得る。

前記ベンティングホール２０は、本実施例のように下部プレート１１に設けられることが望ましい。これは、上部プレート１２やハウジング本体１３にベンティングホール２０が設けられる場合、雨天時に雨水が前記ベンティングホール２０からパックハウジング１０へ流入する可能性があり、異物や埃が落下して前記ベンティングホール２０の周辺に積もりやすい。

しかし、下部プレート１１にベンティングホール２０が設けられると、前記ベンティングホール２０から雨水が流入することがなく、異物や埃が落下してベンティングホール２０の周辺に積もることもない。

本実施例では、前記ベンティングホール２０が四角形として具現されているが、ベンティングホール２０が必ずしも四角形である必要はない。必要に応じて、円形、楕円形、多角形などの多様な形態と大きさでベンティングホール２０を構成してもよい。

ホールカバー組立体３０は、常時のＥＳＳバッテリーパックの防水・防塵のために前記ベンティングホール２０をカバーし、下部プレート１１に固定結合するように構成される。

本実施例によるホールカバー組立体３０は、図２及び図３に示したように、フィルターメッシュ３１と、マウンティングプレート３４と、ボルト部材３５と、を含んで構成され得る。

前記フィルターメッシュ３１は、樹脂から形成された樹脂フィルター層３２と金属材質のメッシュ網３３をインサート射出成形によって一体化したものである。言い換えれば、前記フィルターメッシュ３１は、射出金型に予め製作した金属メッシュ網３３を入れて樹脂でフィルター層を成形したものであるといえる。即ち、フィルターメッシュ３１は、従来の複数のメッシュ網３３、フィルターからなる防水・防塵手段を一つの製品にして各々固有の長所を生かしたものであるといえる。

背景技術の最後の段落に言及した防水・防塵手段として、繊維フィルター、メッシュ網を各々別に製作し、それらを積層及び整列する過程を経てベンティングホール２０に設けることと比較すると、本発明による前記フィルターメッシュ３１は、一つの製品として一体型であるため、樹脂フィルター層３２とメッシュ網３３の積層及び整列過程なく直接ベンティングホール２０に設置が可能である。

また、前記フィルターメッシュ３１は、剛性が弱い樹脂フィルター層３２と防水機能がやや不足なメッシュ網３３が互いに緊密に密着したものであるため、前記樹脂フィルター層３２の短所と前記メッシュ網３３の短所が相互に補完されることで、防水・防塵性能と優秀な耐久性が兼備できる。

前記樹脂フィルター層３２は、微細な大きさの異物を漉し得る多孔性構造からなり得る。前記樹脂フィルター層３２の成形に使用される樹脂としては、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのように耐熱性の優秀なものなどが使用され得る。

例えば、前記フッ素樹脂は、通常のプラスチックに比べて、耐熱性、耐約品性、耐低温性、電気絶縁性、高周波特性などの非常に優れた特性を有する。しかし、本発明の権利範囲が特定の種類の樹脂に限定されることではない。前記樹脂は例えば、火事発生を抑制するための樹脂類などの多様な化学的特性を有するものが適用され得る。

前記メッシュ網３３は、異物の流入を阻み、前記樹脂フィルター層３２を支持する役割を果たす。メッシュ網３３は、目開きが、横１ｍｍ×縦１ｍｍ以下に設けられ得る。また、メッシュ網３３は、ステンレススチールのように剛性が良い材質から製作され得る。しかし、必ずしもステンレス材質ではなくてもよく、耐熱性と耐久性の良い材質なら、如何なるものでも差し支えない。

図４は、図３のフィルターメッシュの斜視図であり、図５は、図４のＩ－Ｉ’による断面図である。

図４及び図５を参照して、本実施例によるフィルターメッシュ３１の構成を具体的に説明する。前記メッシュ網３３は、第１メッシュ網３３ａと、第２メッシュ網３３ｂと、外郭フレーム３３ｃと、を含む。なお、前記樹脂フィルター層３２は、前記第１メッシュ網３３ａと前記第２メッシュ網３３ｂとの間に位置するように構成される。

前記第１メッシュ網３３ａ及び前記第２メッシュ網３３ｂは、同じ形態とサイズで設けられ、互いに一定の間隔で離隔した位置で相互に対向するように構成され得る。前記第１メッシュ網３３ａ及び前記第２メッシュ網３３ｂは、各々周縁領域が外郭フレーム３３ｃに連結され、間隔が一定に維持され得る。そして、樹脂フィルター層３２は、前記第１メッシュ網３３ａと前記第２メッシュ網３３ｂとの間に位置し、前記外郭フレーム３３ｃによって周縁が囲まれ得る。

前記構成によると、樹脂フィルター層３２が第１メッシュ網３３ａと、第２メッシュ網３３ｂと、外郭フレーム３３ｃと、で囲まれた空間に介在されているため、強い衝撃や熱にも捩れにくい。

図６は、図５に対応する図面であり、フィルターメッシュ３１の変形例を示した断面図である。

本実施例の変形例によるフィルターメッシュ３１は、樹脂フィルター層が第１フィルター層３２ａと第２フィルター層３２ｂに分けられ、前記メッシュ網３３は、前記第１フィルター層３２ａと前記第２フィルター層３２ｂとの間に位置するように構成され得る。

例えば、図６に示したように、前記第１フィルター層３２ａは、メッシュ網３３の上部に位置し、前記第２フィルター層３２ｂは、前記メッシュ網３３の下部に位置し、第１フィルター層３２ａと離れて位置し得る。そして、メッシュ網３３は、ほぼ「Ｈ」形態で、その周縁領域３３ｄが第１フィルター層３２ａ及び第２フィルター層３２ｂの周縁を囲むように上下方向へ延びて形成され得る。

このような構成によると、相対的に剛性であるメッシュ網３３が、樹脂フィルター層３２の内部で骨組みとして作用して、樹脂フィルター層３２の変形を防止できる。また、インサート射出成形時、メッシュ網３３と樹脂フィルター層３２の接触面が上下左右へ広い領域にかけており、前記二種の物質間の接合力が向上できる。

マウンティングプレート３４は、前記フィルターメッシュ３１を下部プレート１１に付着するための媒介手段であって、中央のフレーム形態で設けられる。本実施例において、前記マウンティングプレート３４は、前記フィルターメッシュ３１のわ周縁領域に当たる四辺に対応する四角フレームの形態で設けられ、前記フィルターメッシュ３１の四辺を押圧して下部プレート１１にボルト締結されるように構成されている。

図３をさらに参照して、本実施例によるホールカバー組立体３０と下部プレート１１の組立構造を説明すると、次のようである。

下部プレート１１は、フィルターメッシュ３１の周縁領域を載置するように前記ベンティングホール２０の周縁に沿って凹んで形成された陥凹部１１ａを備える。例えば、陥凹部１１ａは、図３に示したように、下部プレート１１の上面から所定の深さで形成され、上面と段差をなす部分であり得る。フィルターメッシュ３１は、前記陥凹部１１ａに周縁領域に載置され、ベンティングホール２０の中に入らない。

前記陥凹部１１ａは、内径の内周面に沿って螺糸山が形成されているコラム１１ｂをコーナー領域に備える。前記コラム１１ｂは、高さがフィルターメッシュ３１の厚さとほぼ一致するように設けられる。本実施例は、マウンティングプレート３４が四角フレーム形態であることを考慮して、コラム１１ｂを四ヶ所に設けた。しかし、その個数と位置は、変更可能である。

また、フィルターメッシュ３１は、前記四つのコラム１１ｂとの干渉を避けるために、コーナー領域の四ヶ所が切り取られた形態、または内側へ凹んだ形態で設けられる。そして、マウンティングプレート３４は、コーナー領域の四ケ所にボルトが挿入されるボルト締結孔３４ａを備える。

このような構成によって、前記下部プレート１１の陥凹部１１ａにフィルターメッシュ３１を装着し、前記フィルターメッシュ３１の上部にマウンティングプレート３４を配設する。この際、フィルターメッシュ３１のコーナー領域の四ヶ所に前記コラム１１ｂが位置し、マウンティングプレート３４のボルト締結孔３４ａは、前記コラム１１ｂの内径に一致させる。

その後、ボルト部材３５を使用して前記マウンティングプレート３４を前記コラム１１ｂに固定する。この際、フィルターメッシュ３１は、四辺が陥凹部１１ａとマウンティングプレート３４との間で押圧されて堅固に固定される。

このような本発明の一実施例によるホールカバー組立体３０の組立構造とその構成によると、非常時に、パックハウジング１０の内部で発生したガスが前記ベンティングホール２０と前記フィルターメッシュ３１を通過して外部へ排出でき、常時には水分や異物が前記ベンティングホール２０からパックハウジング１０の内部へ流入することを前記フィルターメッシュ３１によって遮断することができる。

特に、前記フィルターメッシュ３１は、インサート射出によって樹脂フィルター層３２と金属メッシュ網３３が一つの製品に一体化されることで、ベンティングホール２０に適用する場合、組立が簡単であり、従来よりも防水・防塵に必要な厚さを減らすことができる。

一方、本発明によるＥＳＳバッテリーパックは、上述した構成要素の他にも、バッテリーセルの充放電を制御するための各種装置、例えば、前記パックハウジングの中に内蔵されるＢＭＳ、リレー、電流センサー、ヒューズなどをさらに含み得る。

以上、本発明の望ましい実施例について図示して説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求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であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は請求範囲内に含まれる。

なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。

１０ パックハウジング
１１ 下部プレート
１１ａ 陥凹部
１１ｂ コラム
１２ 上部プレート
１３ ハウジング本体
２０ ベンティングホール
３０ ホールカバー組立体
３１ フィルターメッシュ
３２ 樹脂フィルター層
３２ａ 第１フィルター層
３２ｂ 第２フィルター層
３３ メッシュ網
３３ａ 第１メッシュ網
３３ｂ 第２メッシュ網
３３ｃ 外郭フレーム
３３ｄ 周縁領域
３４ マウンティングプレート
３４ａ ボルト締結孔
３５ ボルト部材

Claims (10)

1. バッテリーセルを収容する内部空間を備えたパックハウジングであって、
   少なくとも一面に前記内部空間と連通するように設けられるベンティングホールと、
   前記ベンティングホールをカバーするホールカバー組立体と、を含み、
   前記ホールカバー組立体は、
   樹脂から形成された樹脂フィルター層とインサート射出によって前記樹脂フィルター層に一体化したメッシュ網とを備え、前記ベンティングホールに介在されるフィルターメッシュと、
   中空のフレーム形態であり、前記フィルターメッシュの周縁領域を押圧し、前記少なくとも一面に結合するように設けられるマウンティングプレートと、を含むことを特徴とする、パックハウジング。
2. 前記少なくとも一面は、前記パックハウジングの底面を形成する下部プレートと、前記パックハウジングの天井面を形成する上部プレートのうち少なくとも一方であることを特徴とする、請求項１に記載のパックハウジング。
3. 前記メッシュ網は、金属素材から形成され、第１メッシュ網及び前記第１メッシュ網から所定の間隔で離隔して対向するように配置される第２メッシュ網を含み、
   前記樹脂フィルター層は、
   前記第１メッシュ網と前記第２メッシュ網との間に位置することを特徴とする、請求項１または２に記載のパックハウジング。
4. 前記メッシュ網は、
   前記第１メッシュ網の周縁領域と前記第２メッシュ網の周縁領域に連結され、前記樹脂フィルター層を囲む外郭フレームをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のパックハウジング。
5. 前記樹脂フィルター層は、第１フィルター層及び前記第１フィルター層から所定の間隔で離隔して対向するように配置される第２フィルター層を含み、
   前記メッシュ網は、金属素材から形成され、前記第１フィルター層と前記第２フィルター層との間に位置することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のパックハウジング。
6. 前記メッシュ網は、その周縁領域が前記第１フィルター層及び前記第２フィルター層を囲むように上下方向へ延びて形成されたことを特徴とする、請求項５に記載のパックハウジング。
7. 前記樹脂フィルター層は、フッ素樹脂、ポリウレタン樹脂及びエポキシ樹脂のうち少なくとも一つからなることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のパックハウジング。
8. 前記パックハウジングは、中空構造として形成され、下端部が前記下部プレートと結合し、上端部が前記上部プレートと結合するように設けられたハウジング本体を含むことを特徴とする、請求項２に記載のパックハウジング。
9. 前記下部プレートまたは前記上部プレートは、前記フィルターメッシュの周縁領域が載置されるように前記ベンティングホールの周縁に沿って凹んで形成された陥凹部を含み、
   前記陥凹部は、内径の内周面に沿って螺糸山が形成されているコラムをコーナー領域に備え、
   前記フィルターメッシュは、コーナー領域が切り取られた形態で設けられ、前記マウンティングプレートは、コーナー領域にボルト締結孔を備え、前記ボルト締結孔に挿入されて前記コラムに締結されるボルト部材によって固定されることを特徴とする、請求項２または８に記載のパックハウジング。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のパックハウジングを含むことを特徴とする、家庭用ＥＳＳバッテリーパック。

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