JP2025514779A - バッテリーパック及びそれを含む自動車 - Google Patents

Abstract

バッテリーパック及びそれを含む自動車が開示される。本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、複数のパウチ型バッテリーセルと、内部空間に複数のパウチ型バッテリーセルを収容し、ヒートシンクを有するパックケースと、パックケースの内部空間において、複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込んで支持するセルカバーと、を含み、ヒートシンクは、セルカバーを押圧するように構成される。

Description

本出願は、２０２２年８月３１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０１１０３７２号、２０２２年８月３１日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－０１１０３７３号、及び２０２３年５月２４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２３－００６７２５１号に基づく優先権を主張し、当該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。

本発明は、バッテリーパック及びそれを含む自動車に関し、より詳細には、セル・トゥ・パック（ｃｅｌｌ ｔｏ ｐａｃｋ）法により製造されるバッテリーパック及びそれを含む自動車に関する。

一般に、二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）とは、リチウムイオンバッテリー、リチウムポリマーバッテリー、ニッケルカドミウムバッテリー、ニッケル水素バッテリー、ニッケル亜鉛バッテリーなどといったように、繰り返し充放電が可能なバッテリーのことをいう。これらの二次電池の基本単位に相当するバッテリーセル（ｂａｔｔｅｒｙ ｃｅｌｌ）の出力電圧は、約２．５Ｖ～４．２Ｖである。

近年、二次電池が電気車両（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）やエネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などのように高い出力電圧と大量の充電容量を要する装置に適用されることに伴い、複数のバッテリーセルを直列に又は並列に接続してバッテリーモジュール（ｂａｔｔｅｒｙ ｍｏｄｕｌｅ）を構成し、このようにして構成された複数のバッテリーモジュールを再び直列に又は並列に接続する方式により製造されるバッテリーパック（ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｃｋ）が広く用いられている。

しかし、従来の技術では、バッテリーセルをボックス状の金属ケースに収容してバッテリーモジュールを構成し、これらのバッテリーモジュールをバッテリーパックケースに収容する方式でバッテリーパックを製造するため、バッテリーパック全体の重量と体積を増加させ、バッテリーパックのエネルギー密度を低下させるという問題がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、バッテリーパックの全体の重量と体積を軽減し、バッテリーパックのエネルギー密度を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である。

また、本発明が解決しようとする技術的課題は、複数のバッテリーセルを含むバッテリーパックの製造過程において、バッテリーセルの取り扱いと装着を容易にして組立工程を簡素化することができ、バッテリーセルの損傷を防止しつつ、バッテリーセルの装着に必要な構造体を簡素化及び軽量化して製造コストを低減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である。

さらに、パックケースへのバッテリーセルの結合性、固定性及び熱伝導性の少なくとも１つを向上させ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である。

本発明の一態様によれば、複数のパウチ型バッテリーセルと、内部空間に前記複数のパウチ型バッテリーセルを収容し、ヒートシンクを有するパックケースと、前記パックケースの内部空間において、前記複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込んで支持するセルカバーと、を含み、前記ヒートシンクは、前記セルカバーを押圧するように構成されていることを特徴とするバッテリーパックが提供され得る。

一実施形態において、前記バッテリーパックは、前記セルカバーに接触するように前記ヒートシンクから突設された支持リブを含み得る。

一実施形態において、前記支持リブは、前記ヒートシンクに載置された前記セルカバーを外側から内側に押圧して支持するように構成され得る。

一実施形態において、前記支持リブは、前記セルカバーの側面の下端部と相互に接触するように構成され得る。

一実施形態において、前記支持リブは係止突起を備え、前記セルカバーの側面には、前記係止突起と係合可能な係止溝が形成され得る。

一実施形態において、前記支持リブは、前記ヒートシンクに着脱自在に設けられ得る。

一実施形態において、前記支持リブは上広下狭状に形成され、前記セルカバーの側面は、前記上広下狭状の支持リブと接触できるように下端部が外側に折り曲げられた形状に形成され得る。

一実施形態において、前記支持リブは下広上狭状に形成され、前記セルカバーの側面は、前記下広上狭状の支持リブと接触できるように下端部が内側に折り曲げられた形状に形成され得る。

一実施形態において、前記バッテリーパックは、前記ヒートシンクの内側に凹設された凹部を含み、前記セルカバーが前記凹部に挿入されて前記凹部の両側壁により押圧され得る。

一実施形態において、前記凹部には、サーマルレジン（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｉｎ、熱伝導性樹脂）が充填され得る。

一実施形態において、前記凹部の両側壁は、前記セルカバーを外側から内側に押圧して支持するように構成され得る。

一実施形態において、前記凹部の両側壁の少なくとも一方には、第１の傾斜部が形成され、前記セルカバーには、前記第１の傾斜部に対応するような第２の傾斜部が形成され得る。

一実施形態において、前記第１の傾斜部及び前記第２の傾斜部は、前記側壁と前記セルカバーとが接触する部分に形成され得る。

一実施形態において、前記第２の傾斜部は、上から下に向かって外側に傾斜していてもよい。

一実施形態において、前記第２の傾斜部は、下から上に向かって外側に傾斜していてもよい。

一方、本発明の他の態様によれば、前記バッテリーパックを含む自動車が提供され得る。

本発明の実施形態は、バッテリーパック全体の重量と体積を軽減し、バッテリーパックのエネルギー密度を高めることができるという効果がある。

また、複数のバッテリーセルを含むバッテリーパックの製造過程において、バッテリーセルの取り扱いと装着を容易にして組立工程を簡素化することができ、バッテリーセルの損傷を防止しつつ、バッテリーセルの装着に必要な構造体を簡素化及び軽量化して製造コストを低減することができるという効果がある。

さらに、パックケースへのバッテリーセルの結合性、固定性及び熱伝導性の少なくとも１つを向上させることができるという効果がある。

本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックの概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックにおけるセルカバーに包み込まれたバッテリーセルの斜視図である。 図２におけるセルカバーとバッテリーセルの分離斜視図である。 本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックの一部の概略断面図である。 図４の領域Ａの拡大図である。 図５の変形実施形態を示す図である。 図５の変形実施形態を示す図である。 図５の変形実施形態を示す図である。 図５の変形実施形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックにおけるヒートシンクの支持リブの適用位置及び構造を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態によるバッテリーパックの概略斜視図である。 本発明の第２の実施形態によるバッテリーパックの一部の概略断面図である。 図１２の領域Ｂの拡大図である。 図１３の変形実施形態を示す図である。 図１３の変形実施形態を示す図である。 本発明の各実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。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の意味や辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は発明を最善の方法で説明するために用語の概念を自ら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対応する意味及び概念で解釈されるものである。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを表すものではないため、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されたい。

図中、各構成要素またはその構成要素をなす特定の部分の大きさは、説明のしやすさ及び明確性のためにやや誇張して表現されたり、省略されたり、概略的に示されたりしている。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連する公知の機能もしくは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする虞があると認められる場合にはその詳細な説明を省略する。

本明細書において使用される「結合」または「接続（連結）」という用語は、ある部材と他の部材とが直接結合するか、または直接接続（連結）される場合のみならず、ある部材が継手部材を介して他の部材に間接的に結合するか、または間接的に連結（接続）される場合も含む。

図１は、本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックの概略斜視図であり、図２は、本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックにおけるセルカバーに包み込まれたバッテリーセルの斜視図であり、図３は、図２におけるセルカバーとバッテリーセルの分離斜視図である。

上述したように、通常、バッテリーセルをボックス状の金属ケースに収容してバッテリーモジュールを構成し、これらのバッテリーモジュールをバッテリーパックのパックケースに収容してバッテリーパックを構成する。ただし、この場合、バッテリーパック全体の重量と体積が増加し、バッテリーパックのエネルギー密度が低下するという問題がある。

このような問題を解決するために、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、バッテリーモジュールのモジュールケースを取り外し、バッテリーセル１００をバッテリーパック１０のパックケース２００に直接収容するように構成されている。

これにより、バッテリーパック１０内においてバッテリーモジュールのモジュールケース等が占めるスペースにバッテリーセル１００をさらに収容することができるので、空間効率が増大し、バッテリー容量が向上するという効果がある。すなわち、本発明では、バッテリーモジュールのモジュールケースを含まない構成としてもよい。

しかしながら、モジュールケースを使用する実施形態を完全に排除するものではなく、必要に応じて、バッテリーモジュール用に提供されるモジュールケースは、本発明の各実施形態のパウチ型バッテリーセル１００を収容するように構成され得る。

一方、本実施形態によるバッテリーパック１０は、パウチ型バッテリーセル１００の充放電を制御するように構成された制御モジュールをさらに含み得る。図１を参照すると、このような制御モジュールは、バッテリー管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）５００と、バッテリー遮断ユニット６００とを含み得、バッテリーセル１００及びセルカバー３００と共にパックケース２００の内部に収容され得る。

すなわち、本発明の各実施形態におけるセルカバー３００が結合されたパウチ型バッテリーセル１００を含むバッテリーモジュールも本発明の権利範囲に属する。

また、本明細書において、単にバッテリーセル１００と記載されている場合でも、前記バッテリーセル１００はパウチ型バッテリーセル１００を意味する。

図１～図３を参照すると、本発明の第１の実施形態によるバッテリーパック１０は、パウチ型バッテリーセル１００と、パックケース２００と、セルカバー３００とを含む。

バッテリーセル１００は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を含み得る。すなわち、バッテリーセル１００は、充電及び放電の基本単位に相当するものであり、軟質金属ケース内に電極組立体と電解質物質を収容し、当該金属ケースをシールすることにより製造され得る。この場合、電極組立体は、正極電極と負極電極との間にセパレーターを介在させることにより製造され得る。

また、バッテリーセル１００の前端及び後端には、電極組立体と電気的に接続された電極リード１１０（図３参照）が設けられ得る。このようなバッテリーセル１００は、パウチ（ｐｏｕｃｈ）状に構成され得る。このようなパウチ型バッテリーセル１００は、バッテリーパック１０に複数含まれ得る。そして、このような複数のパウチ型バッテリーセル１００は、少なくとも一方向に積層され得る。

図１を参照すると、パックケース２００は、内部に空き空間（空いたスペース）が形成され、このような内部空間に複数のパウチ型バッテリーセル１００を収容し得る。特に、本発明では、パウチ型バッテリーセル１００は、パックケース２００に直接的に載置され得る。

図４は、本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックの一部の概略断面図であり、図５は、図４の領域Ａの拡大図である。

図４及び図５を参照すると、パックケース２００は、ヒートシンク２４０を備え得る。ヒートシンク２４０は、パックケース２００自体に一体的に形成されてもよいし、または別途のヒートシンク２４０がパックケース２００に結合されてもよい。以下では、ヒートシンク２４０がパックケース２００自体に一体的に形成された場合を中心に説明するが、これに限定されるものではない。

ここで、ヒートシンク２４０は、直接的又は間接的な熱接触を通じて他の物体から熱を吸収及び放散する部材を指す。ヒートシンク２４０は、多様に構成され得るが、例えば、下部フレーム２１０の内側に冷却水が流れ得る流路２１１が形成された形状に設けられ得る。そして、これにより、パックハウジング全体の重量を低減し、構成要素を簡素化することができる。ただし、これは一実施形態に過ぎず、ヒートシンク２４０の構造はこれに限定されるものではなく、より多様であってもよい。

一方、パックケース２００とパウチ型バッテリーセル１００との間、パックケース２００とセルカバー３００との間、またはパウチ型バッテリーセル１００とセルカバー３００との間に、熱伝導材料（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）を介在させ得る。熱伝導材料とは、異なる構成要素の間で各構成要素の熱伝導性能を高めるための材料である。

ここで、熱伝導材料としては、サーマルレジン２７０を用いることができ、必要に応じてサーマルパッドを用いることもできる。これにより、バッテリーパック１０の冷却性能をさらに向上させることができる。

ここで、ヒートシンク２４０は、セルカバー３００を押圧するように構成される。この詳細については後述する。

図１及び図２を参照すると、パックケース２００は、下部フレーム２１０と、側面フレーム２２０と、上部カバー２３０とを含んで構成され得る。パックケース２００は、プラスチック又は金属材料で製造され得る。その他、パックケース２００は、本発明の出願時点において公知の様々なバッテリーパック１０の外装材料を採用することができる。そして、パックケース２００は、ボックス状に形成され得る。

下部フレーム２１０には、複数のバッテリーセル１００が載置される。そして、前記ヒートシンク２４０は、下部フレーム２１０に形成され得る（図４参照）。側面フレーム２２０は、下部フレーム２１０の端部から上方に延びている。上部カバー２３０は、側面フレーム２２０に結合され、側面フレーム２２０及び下部フレーム２１０を覆っている。

図２及び図３を参照すると、セルカバー３００は、複数のパウチ型バッテリーセル１００のうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセル１００を少なくとも部分的に包み込むように設けられ得る。すなわち、セルカバー３００は、セルカバー３００によって包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の少なくとも一側が外部に露出するように、パウチ型バッテリーセル１００を部分的に包み込む形状に形成され得る。

セルカバー３００は、パウチ型バッテリーセル１００を立てられた状態で支持するように構成され得る。一般に、パウチ型バッテリーセル１００を上下方向に立てられた形状に積み重ねることは容易ではない。

しかしながら、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０において、セルカバー３００は、１つまたはそれ以上のパウチ型バッテリーセル１００を包み込みながら、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の起立状態、すなわち、起立状態を維持するように構成され得る。

また、セルカバー３００は一体的に構成され得る。この場合、セルカバー３００は、板状構造の金属板を折り曲げることにより構成され得る。すなわち、セルカバー３００は、一枚のプレートが折り曲げられた形状に形成され得る。

セルカバー３００は、加工が容易で耐食性が高く、機械的強度及び剛性に優れたステンレス鋼（ＳＵＳ）を含む材料で構成され得る。ただし、これに限定されるものではなく、セルカバー３００は、剛性確保のために、ＳＵＳ以外の様々な材料で構成され得る。特に、セルカバー３００は金属材料で構成され得る。例えば、クロム（ＣＲ）系の金属材料で構成され得る。このような金属材料の場合、バッテリーセル１００の積層状態をより安定的に維持し、外部からの衝撃からバッテリーセル１００をより安全に保護することができる。また、先に例示したように、セルカバー３００がＳＵＳ等のスチール材からなる場合、融点が高いため、バッテリーセル１００から火炎が発生した場合にも、全体として安定した構造を維持し得る。特に、スチール材は、アルミニウム材よりも融点が高いため、バッテリーセル１００から噴出された火炎により溶融することがなく、安定した形状を維持し得る。したがって、バッテリーセル１００間の火炎伝播の防止効果や遅延効果、ベント制御効果などを優秀に確保することができる。

セルカバー３００は、内側に絶縁コーティング層（図示せず）を含み得る。絶縁コーティング層（図示せず）は、シリコン樹脂、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）及びゴムのいずれか１つの絶縁性材料をコーティング、塗布又は付着したものであってもよい。このような本実施形態によるセルカバー３００の絶縁コーティング層の構成によれば、最小限のコーティング量で絶縁コーティング効果を最大化することができる。また、絶縁コーティング層（図示せず）をセルカバー３００の内側面に適用することにより、バッテリーセル１００とセルカバー３００との間の絶縁性を高めることができる。

さらに、セルカバー３００は、包み込まれたパウチ型バッテリーセル１００の少なくとも一側がバッテリーパック１０の底面に向けて露出するように構成され得る。ただし、これに限定されるものではない。この場合、パウチ型バッテリーセル１００の下部がパックケース２００の下部フレーム２１０に直接接触することができ、それぞれのパウチ型バッテリーセル１００から放出された熱がパックケース２００に直接伝達されるので、バッテリーセル１００の冷却性能が向上することができる。ここで、前述の構造、すなわち、パウチ型バッテリーセル１００がパックケース２００の下部フレーム２１０に直接接触する構造により、パウチ型バッテリーセル１００とパックケース２００との間に別途の冷却構造を設けなくても十分な冷却性能が期待できるが、本発明の実施形態において、パックケース２００の下部フレーム２１０にヒートシンク２４０が形成されているため、バッテリーセル１００の冷却性能をさらに向上させることができるという効果がある。

図１を参照すると、複数のパウチ型バッテリーセル１００のうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセル１００を包み込むように構成されたセルカバー３００が、パックケース２００の内部空間に収容され得る。

セルカバー３００は、様々な数のパウチ型バッテリーセル１００を一緒に包み込むように構成され得る。例えば、１つのセルカバー３００は、１つのパウチ型バッテリーセル１００を包み込むように構成され得る。または、１つのセルカバー３００は、２つのパウチ型バッテリーセル１００を一緒に包み込むように構成され得る。または、１つのセルカバー３００は、３つ以上のパウチ型バッテリーセル１００を一緒に包み込むように構成され得る。

図２及び図３を参照すると、セルカバー３００は、第１のカバー部３１０と、第２のカバー部３２０と、第３のカバー部３３０とを含んで構成され得る。

第１のカバー部３１０は、複数のバッテリーセル１００のうちの少なくとも１つのバッテリーセル１００の一方の側面を覆うように構成され得る。第１のカバー部３１０は、第３のカバー部３３０の一端から下方に延びる形状に形成され得る。例えば、図２に基づいて、第１のカバー部３１０は、第３のカバー部３３０の右端から下方に長く延びる形状に形成され得る。また、第１のカバー部３１０は、内部に収容されたバッテリーセル１００の広い面を包み込むように構成され得る。

第２のカバー部３２０は、複数のバッテリーセル１００のうちの少なくとも１つのバッテリーセル１００の他方の側面を覆うように構成され得る。第２のカバー部３２０は、第１のカバー部３１０から水平方向に離間するように位置し得る。また、第２のカバー部３２０は、第３のカバー部３３０の他端から下方に延びる形状に形成され得る。例えば、図２に基づいて、第２のカバー部３２０は、第３のカバー部３３０の左端から下方に長く延びる形状に形成され得る。さらに、第２のカバー部３２０は、内部に収容されたバッテリーセル１００の広い面を包み込むように構成され得る。

第３のカバー部３３０は、第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０とを連結し、少なくとも１つのバッテリーセル１００の上端部を覆う。

そして、複数のパウチ型バッテリーセル１００のうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセル１００は、第１のカバー部３１０及び第２のカバー部３２０の内側面に接着固定され得る。接着のための部材は熱伝導性を有し得る。このような接着により、セルカバー３００はバッテリーセル１００に強固に結合され、バッテリーセル１００から発生する熱をバッテリーセル１００の外部に排出するのに役立つことができる。

セルカバー３００の第１のカバー部３１０、第２のカバー部３２０及び第３のカバー部３３０によって内部空間が画定され得る。そして、このように画定されたセルカバー３００の内部空間に、１つまたはそれ以上のバッテリーセル１００が収容され得る。

セルカバー３００は、少なくとも１つのバッテリーセル１００の３面を取り囲む「ｎ」字状、「ｕ」字状又は「ｄ」字状に形成され得る。そして、図１を参照すると、セルカバー３００は、複数のバッテリーセル１００が上下方に立てられた状態で水平方向に積層されるように構成され得る。

例えば、図１を参照すると、各セルカバー３００は、１つ又は複数のバッテリーセル１００を包み込む形状に形成され、セルカバー３００によってそれぞれ取り囲まれた複数のバッテリーセル１００が、図１のＹ軸方向に相互に積層され得る。この場合、セルカバー３００によって、複数のバッテリーセル１００がそれぞれ立てられた状態でＹ軸方向に並列に積層された構成が安定的に維持され得る。

また、セルカバー３００は、少なくとも１つのバッテリーセル１００の３面を取り囲むことができるので、各セルカバー３００によって包まれていない側面にバスバーや各ユニットの端子を容易に配置することができる。パウチ型バッテリーセル１００のようなバッテリーセル１００は、略６面体で形成されていると言うこともできる。また、６面のうちの２面に電極リード１１０、すなわち負極リード及び正極リードのそれぞれが形成され得る。また、セルカバー３００は、６面のバッテリーセル１００から、電極リード１１０が形成された２面を除く残りの４面のうちの３面の少なくとも一部を包み込むように設けられる。

図２及び図３を併せて参照すると、セルカバー３００にはバスバーフレーム１２０が結合され得る。セルカバー３００により覆われる少なくとも１つのバッテリーセル１００の電極リード１１０と電気的に接続されたバスバーを支持するように構成され得る。この場合、バスバーフレーム１２０は、バスバーと電気的に接続された端子（ターミナル）を備え得る。

図４及び図５を参照すると、ヒートシンク２４０には支持リブ２５０が形成され得る。ここで、一実施形態において、支持リブ２５０は、ヒートシンク２４０から突設され得、支持リブ２５０は、セルカバー３００に接触してセルカバー３００、例えば、第１のカバー部３１０及び第２のカバー部３２０を押圧することが可能となる。ここで、支持リブ２５０は、ヒートシンク２４０の上面から突出し得る。

支持リブ２５０は、ヒートシンク２４０に載置されるセルカバー３００を外側から内側に押圧して支持するように構成され得る。例えば、支持リブ２５０は、セルカバー３００の側面の下端部と相互に接触して側面の下端部を押圧するように構成され得る。

本発明による実施形態において、パウチ型バッテリーセル１００は、セルカバー３００の内部において、セルカバー３００の第１のカバー部３１０及び第２のカバー部３２０によって圧迫された状態で収容され得る。

セルカバー３００には、１つ以上の様々な数のパウチ型バッテリーセル１００が収容され得る。例えば、図４に示すように、３つのパウチ型バッテリーセル１００がセルカバー３００に収容され得るが、これに限定されるものではない。このとき、第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０との間との間隔は、３つのパウチ型バッテリーセル１００の厚さの合計に相当し、若干の弾性力が作用して３つのパウチ型バッテリーセル１００を圧迫することができる。しかし、セルカバー３００を作製する際、組立公差のために、例えば、セルカバー３００の第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０間との間隔が所定の間隔よりも大きくなることになったり、第１のカバー部３１０の下端と第２のカバー部３２０の下端とが外側にさらに広がった状態になったりすることがある。このような場合、パウチ型バッテリーセル１００がセルカバー３００内部に圧迫された状態に収容されず、組立性、固定性、安定性などが著しく低下する可能性がある。

しかし、図４及び図５に示すように、ヒートシンク２４０に支持リブ２５０が形成されている場合、セルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０が支持リブ２５０によって外側に広がらないように支持され得る。したがって、セルカバー３００を作製する際、組立公差によるセルカバー３００の広がり現象を防止することができ、また、充放電過程で発生するバッテリーセル１００のスウェリングによるセルカバー３００の広がり現象も防止することができる。

さらに、第１のカバー部３１０の下端部又は第２のカバー部３２０の下端部と支持リブ２５０とは、互いに接触するように構成されており、これにより熱交換が可能となる。ここで、支持リブ２５０は、ヒートシンク２４０と一体的に作製されていてもよいし、またはヒートシンク２４０に直接結合されるように作製されていてもよく、それによって低温が維持される。このような支持リブ２５０がセルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０と密接に接触することにより、冷却効率が向上することができる。

一方、ヒートシンク２４０の支持リブ２５０の上部空間には、圧縮パッド４００が配置され得る。すなわち、ある１つのセルカバーと、隣接する他の１つのセルカバー３００との間には、支持リブ２５０による空間が形成され、このような空間に圧縮パッド４００が配置され得る。

ここで、圧縮パッド４００は、外部からの衝撃や振動が発生したとき、外部からの衝撃や振動がセルカバー３００を介してバッテリーセル１００に伝達されるのを遮断し、相互間の摩擦による損傷を防ぎ、また、バッテリーセル１００のスウェリング時の膨張圧力を吸収する効果を有する。

図６～図９は、図５の変形実施形態をそれぞれ示す図である。

図６を参照すると、ヒートシンク２４０の支持リブ２５０は、係止突起２５１を備え、セルカバー３００の側面、例えば、第１のカバー部３１０の側面又は第２のカバー部３２０の側面には、係止突起２５１と係合可能な係止溝３４０が形成され得る。

例えば、係止突起２５１は、支持リブ２５０から第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０に向かう方向に突設され、係止溝３４０は、第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０に係止突起２５１と係合するように凹設され得る。他の変形実施形態において、第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０に係止突起（図示せず）が形成され、ヒートシンク２４０の支持リブ２５０に係止溝（図示せず）が形成されるように構成され得る。このように、支持リブ２５０及びセルカバー３００にそれぞれ係止突起２５１及び係止溝３４０が形成されることにより、セルカバー３００とヒートシンク２４０との間の結合がより緊密で安定的に行われ得る。

図７を参照すると、支持リブ２５０は、ヒートシンク２４０に着脱可能に構成され得る。場合によっては、複数のセルカバー３００の一部のみが支持リブ２５０を必要とすることがあり、支持リブ２５０が不要な位置では支持リブ２５０を取り外すことができ、これにより支持リブ２５０を選択的に脱着することができる。

このため、例えば、支持リブ２５０は、ベース部２５２と、支持部２５３とを含んで構成され得る。ベース部２５２は、ヒートシンク２４０に様々な方法で結合されるが、例えば、ボルトなどの締結部材を介して結合され得る。ただし、締結部材がボルトに限定されるものではなく、締結方式が締結部材に限定されることもない。支持部２５３は、ベース部２５２から突出してセルカバー３００を支持するように設けられる。

図８を参照すると、支持リブ２５０は上広下狭状に形成され、セルカバー３００の側面は、上広下狭状の支持リブ２５０と接触できるように下端部が外側に折り曲げられた形状に形成され得る。これにより、セルカバー３００の第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０とが両側に広がらないように支持されるだけでなく、上下方向への移動が制限されて、ヒートシンク２４０に対するセルユニットの結合固定性が向上することができる。

また、図９を参照すると、支持リブ２５０は下広上狭状に形成され、セルカバー３００の側面は、下広上狭状の支持リブ２５０と接触できるように下端部が内側に折り曲げられた形状に形成され得る。これにより、セルカバー３００の第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０とが両側に広がらないように支持され得、セルカバー３００をヒートシンク２４０に載置するとき、他の実施構成に比べて工程が容易であるという効果がある。

図１０は、本発明の第１の実施形態によるバッテリーパックにおけるヒートシンクの支持リブの適用位置及び構造を説明するための図である。

ヒートシンク２４０の支持リブ２５０は、セルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０の下端部全体を支持するように構成されてもよく、あるいは、例えば、図１０に示すように、ヒートシンク２４０上でセルカバー３００の長手方向に沿ってセルカバー３００の一部のみを支持するように構成されてもよい。例えば、１つのセルカバー３００を支持するために、第１のカバー部３１０側に少なくとも１つの支持リブ２５０、第２のカバー部３２０側に少なくとも１つの支持リブ２５０が形成され得る。図１０では、６つの支持リブ２５０が形成されているが、これに限定されるものではなく、支持リブ２５０は２つ、４つ、または８つであってもよく、またはそれ以上であってもよい。

図１１は、本発明の第２の実施形態によるバッテリーパックの概略斜視図であり、図１２は、本発明の第２の実施形態によるバッテリーパックの一部の概略断面図であり、図１３は、図１２の領域Ｂの拡大図である。

本発明の第２の実施形態は、ヒートシンク２４０に支持リブ２５０ではなく凹部２６０が形成されている点で上記第１の実施形態とは構成上の違いを有する。ただし、第１の実施形態の説明と共通する内容は、上記第１の実施形態の説明で代替する。また、第２の実施形態の説明のうち、第１の実施形態に適用可能な部分は、第１の実施形態に適用することができる。

図１１～図１３を参照すると、本発明の第２の実施形態によるバッテリーパック１０に設けられたヒートシンク２４０は、凹部２６０を含む。ここで、凹部２６０は、ヒートシンク２４０の内側に凹むように形成され得る。また、凹部２６０は、セルカバー３００の下部面積に対応する面積を有するように設けられ得る。また、セルカバー３００が凹部２６０に挿入され、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂによって押圧され得る。セルカバー３００が押圧される理由及び必要性については、前述の説明に代える。

図１２及び図１３を参照すると、凹部２６０にはサーマルレジン２７０が充填され得る。凹部２６０にサーマルレジン２７０が充填されると、セルカバー３００で包み込まれたバッテリーセル１００が下部フレーム２１０に載置される際に、バッテリーセル１００の下側部がサーマルレジン２７０に接触する可能性がある。

このように、サーマルレジン２７０が凹部２６０の内側に充填された状態でセルユニットが凹部２６０に載置されると、より多くの量のサーマルレジン２７０がセルカバー３００の内部に流入することができ、これにより、バッテリーセル１００とサーマルレジン２７０との接触面積が広くなる効果がある。

ここで、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂは、セルカバー３００を外側から内側に押圧して支持するように構成され得る。例えば、セルカバー３００の側面の下端部、すなわち、第１のカバー部３１０の下端部は、図１３に基づいて凹部２６０の側壁２６１のうち右側壁２６１ａと接触するように構成され、第２のカバー部３２０の下端部は、図１３に基づいて凹部２６０の側壁２６１のうち左側壁２６１ｂと接触するように構成され得る。このとき、凹部２６０の右側壁２６１ａは、第１のカバー部３１０を右（外側）から左（内側）へ押圧して支持し、凹部２６０の左側壁２６１ｂは、第２のカバー部３２０を左（外側）から右（内側）へ押圧して支持する。

このようにすれば、ヒートシンク２４０に設けられた凹部２６０の側壁２６１によって、セルカバー３００の第１のカバー部３１０及び第２のカバー部３２０が押圧されるので、第１のカバー部３１０と第２のカバー部３２０とが外側に広がらずに支持され得る。したがって、セルカバー３００を作製する際、組立公差によるセルカバー３００の広がり現象を防止することができ、また、充放電過程で発生するバッテリーセル１００のスウェリングによるセルカバー３００の広がり現象も防止することができる。

一方、第１のカバー部３１０の下端部又は第２のカバー部３２０の下端部と、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂとは、それぞれ互いに接触するように構成されており、これにより熱交換が可能となる。ここで、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂは、ヒートシンク２４０と一体的に作製されていてもよいし、またはヒートシンク２４０に直接結合されるように作製されていてもよく、それによって低温が維持される。このような凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂがセルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０と密接に接触することにより、冷却効率が向上することができる。すなわち、バッテリーセル１００の熱がセルカバー３００に伝達され、セルカバー３００からヒートシンク２４０に迅速に伝達されることにより、冷却効率がさらに増大することができる。

図１４及び図１５は、図１３の変形実施形態をそれぞれ示す図である。

図１４及び図１５を参照すると、凹部２６０の側壁２６１とセルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０との接触面積が増加するように、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂの少なくとも一方に第１の傾斜部２６２が形成され、セルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０には、第１の傾斜部２６２に対応するような第２の傾斜部３５０が形成され得る。

例えば、第１の傾斜部２６２及び第２の傾斜部３５０は、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂと、セルカバー３００の第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０とがそれぞれ接触する部分に形成され得る。

図１４を参照すると、第２の傾斜部３５０は、上から下に向かって外側に傾斜していてもよい。例えば、第２の傾斜部３５０が第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０の底面となす角度θ_１は、鋭角となるように構成され得る。ここで、角度θ_１は、３０°～６０°であり得るが、これに限定されるものではない。

そして、セルカバー３００の第１のカバー部３１０の下端部又は第２のカバー部３２０の下端部は、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂのそれぞれに対応するように折り曲げられていてもよいし、または、図１４に示すように、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂのそれぞれの形状に適合するように、上から下に向かって徐々に厚さが増加するように形成されていてもよい。

図１４を参照すると、バッテリーセル１００が包み込まれたセルカバー３００を凹部２６０に載置する際、セルカバー３００の下端部が凹部２６０の上端に干渉する可能性があるため、セルカバー３００の第１のカバー部３１０の下端部を先に凹部２６０の右側壁２６１ａに斜め方向に挿入し、セルカバー３００の第２のカバー部３２０の下端部を僅かな力で内側に折り曲げて凹部２６０の左側壁２６１ｂに挿入し得る。

または、凹部２６０に対してセルカバー３００を上下方向ではなく長手方向に押し込むことで結合させ得る。すなわち、まず、セルカバー３００の下端部の長手方向の一端を凹部２６０の両側壁２６１ａ，２６１ｂの一方の側壁２６１ａ，２６１ｂに係合し、次に、セルカバー３００の下端部を凹部２６０の長手方向に移動させて、セルカバー３００の下端部全体を凹部２６０の両側壁２６１ａ，２６１ｂに結合させ得る。すなわち、セルカバー３００の下端部がレールに沿って凹部２６０に挿入されるように結合され得る。この場合、結合固定力が確実に強固になり、セルカバー３００の下端部と凹部２６０の側壁２６１との間の接触面積もより大きくなり、図１３の実施形態に比べて固定性及び冷却効率が増大することができる。

図１５を参照すると、第２の傾斜部３５０は、下から上に向かって外側に傾斜していてもよい。例えば、第２の傾斜部３５０が第１のカバー部３１０又は第２のカバー部３２０の底面となす角度θ_２が、鈍角となるように構成され得る。ここで、角度θ_２は１２０°～１５０°であり得るが、これに限定されるものではない。

ここで、セルカバー３００の第１のカバー部３１０の下端部又は第２のカバー部３２０の下端部は、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂのそれぞれに対応するように折り曲げられていてもよいし、または、図１５に示すように、凹部２６０の両側壁２６１ａ、２６１ｂのそれぞれの形状に適合するように、下から上に向かって徐々に厚さが増加するように形成されていてもよい。

図１５を参照すると、セルカバー３００の下端部と凹部２６０の側壁２６１との間の接触面積が図１３の実施形態よりも大きくなり得、冷却効率が増大することができ、セルカバー３００をヒートシンク２４０に結合する工程が容易になる。すなわち、図１５の変形実施形態によるセルカバー３００の第２の傾斜部３５０は、凹部２６０側壁２６１の第１の傾斜部２６２に沿って摺動し、凹部２６０に載置されることができ、それにより、工程が容易になる効果がある。

以上のように上述した構成を含むことにより、本発明の各実施形態によるバッテリーパック１０は、パウチ型バッテリーセル１００を空間効率的にパックケース２００に収容することができ、従来のバッテリーパック１０に比べてエネルギー密度が高く、組立工程を簡素化することができる。また、パックケース２００に対する、バッテリーセル１００が包み込まれたセルカバー３００の結合性、固定性、及び熱伝導性が向上することができる。

図１６は、本発明の各実施形態によるバッテリーパックを含む自動車を説明するための図である。

本発明の一実施形態による自動車２０は、前述した各実施形態によるバッテリーパック１０を１つ以上含み得る。ここで、前記自動車２０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの電気を使用するように設けられた各種自動車２０を含む。

本明細書においては、上、下、左、右、前、後などの方向を表す用語が使用されている場合、これらの用語は説明の便宜上のものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、本発明の当業者にとって自明である。

以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が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本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。よって、先に開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の真の技術的思想の範囲は、特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての相違点は、本発明に含まれると解釈されねばならない。

本発明は、バッテリーパック及びそれを含む自動車に関し、特に、二次電池関連産業に利用可能である。

１０ バッテリーパック
２０ 自動車
１００ バッテリーセル
１１０ 電極リード
１２０ バスバーフレーム
２００ パックケース
２１０ 下部フレーム
２１１ 流路
２２０ 側面フレーム
２３０ 上部カバー
２４０ ヒートシンク
２５０ 支持リブ
２５１ 係止突起
２５２ ベース部
２５３ 支持部
２６０ 凹部
２６１ 側壁
２６１ａ 右側壁
２６１ｂ 左側壁
２６２ 第１の傾斜部
２７０ サーマルレジン
３００ セルカバー
３１０ 第１のカバー部
３２０ 第２のカバー部
３３０ 第３のカバー部
３４０ 係止溝
３５０ 第２の傾斜部
４００ 圧縮パッド
５００ バッテリー管理システム
６００ バッテリー遮断ユニット

Claims (16)

1. 複数のパウチ型バッテリーセルと、
   内部空間に前記複数のパウチ型バッテリーセルを収容し、ヒートシンクを有するパックケースと、
   前記パックケースの内部空間において、前記複数のパウチ型バッテリーセルのうちの少なくとも一部のパウチ型バッテリーセルを少なくとも部分的に包み込んで支持するセルカバーと、
   を含み、
   前記ヒートシンクは、前記セルカバーを押圧するように構成されている、バッテリーパック。
2. 前記セルカバーに接触するように前記ヒートシンクから突設された支持リブを含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記支持リブは、前記ヒートシンクに載置された前記セルカバーを外側から内側に押圧して支持するように構成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。
4. 前記支持リブは、前記セルカバーの側面の下端部と相互に接触するように構成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。
5. 前記支持リブは係止突起を備え、前記セルカバーの側面には、前記係止突起と係合可能な係止溝が形成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。
6. 前記支持リブは、前記ヒートシンクに着脱自在に設けられている、請求項２に記載のバッテリーパック。
7. 前記支持リブは上広下狭状に形成されており、前記セルカバーの側面は、前記上広下狭状の支持リブと接触できるように下端部が外側に折り曲げられた形状に形成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。
8. 前記支持リブは下広上狭状に形成されており、前記セルカバーの側面は、前記下広上狭状の支持リブと接触できるように下端部が内側に折り曲げられた形状に形成されている、請求項２に記載のバッテリーパック。
9. 前記ヒートシンクの内側に凹設された凹部を含み、
   前記セルカバーが前記凹部に挿入されて前記凹部の両側壁により押圧されている、請求項１に記載のバッテリーパック。
10. 前記凹部には、サーマルレジンが充填されている、請求項９に記載のバッテリーパック。
11. 前記凹部の両側壁は、前記セルカバーを外側から内側に押圧して支持するように構成されている、請求項９に記載のバッテリーパック。
12. 前記凹部の両側壁の少なくとも一方には、第１の傾斜部が形成されており、
    前記セルカバーには、前記第１の傾斜部に対応するような第２の傾斜部が形成されている、請求項９に記載のバッテリーパック。
13. 前記第１の傾斜部及び前記第２の傾斜部は、前記凹部の側壁と前記セルカバーとが接触する部分に形成されている、請求項１２に記載のバッテリーパック。
14. 前記第２の傾斜部は、上から下に向かって外側に傾斜している、請求項１２に記載のバッテリーパック。
15. 前記第２の傾斜部は、下から上に向かって外側に傾斜している、請求項１２に記載のバッテリーパック。
16. 請求項１から１５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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