JP6460360B2 - バッテリーパック及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一つ以上の二次電池を含むバッテリーに関し、より詳しくは、エネルギー密度が向上し、かつ、組立性および耐久性が改善されたバッテリーパック及びこれを含む自動車、並びにこのバッテリーパックの製造方法に関する。

本出願は、２０１５年４月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００６１９７７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、すべて本出願に援用される。

現在、商用化した二次電池には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、リチウム二次電池などがあり、この中でリチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充・放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。

このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質に用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板とがセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。

一般的にリチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に分けることができる。

最近、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために多い数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には積層が容易で、重さが軽いというなどの長所からパウチ型二次電池がよく用いられている。

従来複数のパウチ型二次電池を積層してセルアセンブリーを設け、これをパックケースに収納してバッテリーパックを構成するとき、セルアセンブリーの積層方向における両端の最外側にはエンドプレートが備えられる場合がある。このようなエンドプレートは、主に金属材質からなり、二次電池とカートリッジを保護及び固定して面圧を維持する役割を果たす。

しかし、このような従来のバッテリーパックの構成において、セルアセンブリーにおいてエンドプレートを固定する構成とは別に、セルアセンブリーとパックケースとを固定する必要がある。典型的には、このようなセルアセンブリーを固定するために、セルアセンブリーのエンドプレートとパックケースとを、ボルト及びナットなどの締結部材を用いて固定する場合がある。この場合、このような締結部材を設けるために、パックケースとエンドプレートに別途の空間を設ける必要がある。また、セルアセンブリーとパックケースとを締結する作業を行うために、パックケースには余裕空間が必要となる。ところが、このような空間の場合、二次電池の収納とは無関係な部分であり、これはバッテリーパックのエネルギー密度を低める要因になり、バッテリーパックの構造をより複雑にする。

また、このように締結部材によってエンドプレートとパックケースとが固定される構成は、バッテリーパックの継続的な使用によって振動や衝撃などに露出する場合、締結状態が緩んでしまい、パックケースの内部でセルアセンブリーの固定状態が安定的に維持されない恐れがある。延いては、バッテリーパックに含まれる多くの構成要素の破損及び損傷などを誘発し、バッテリーパックの故障を起こす原因となる。

しかのみならず、前記のような従来のバッテリーパック構成の場合、エンドプレートとパックケースとの組立工程が容易でなく、エンドプレートとパックケースとを固定するための締結部材などがさらに必要となり、このような締結部材をパックケースに予め設けておく工程が容易でないため、生産性が低下し、製造コストが増加するという問題がある。

さらに、一般的なバッテリーパックの場合、セルアセンブリーを収納するパックケースとしてプラスチック材質を用いる場合が多いが、このようなパックケースの場合、剛性が高くなく衝撃などに弱いという短所がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、組立性、工程性及び生産性が向上し、製造コストが減少し、パックケースの封止性及び耐久性が補強されたバッテリーパックとその製造方法、並びに、このバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、複数の二次電池、及び相互積層可能であり、前記二次電池の外周部を外側から囲んで前記二次電池を収容する複数のカートリッジを備えるセルアセンブリーと、内部に空間を備えて前記セルアセンブリーを内部空間に収納し、上部が開放されるように構成された下部ハウジングと、板状の金属材質からなり、前記下部ハウジングの下面に面接触するように配置された下部エンドプレートと、前記下部エンドプレートの下部に位置し、前記下部エンドプレートを覆い、前記下部ハウジングと結合固定された下部カバーと、を含む。

ここで、前記下部カバーは、前記下部ハウジングとレーザー溶接によって結合固定され得る。

また、前記下部カバーは、前記下部ハウジングと同一のプラスチック材質からなり得る。

また、前記下部カバーは、前記下部エンドプレートの縁に沿って前記縁の外側で前記下部ハウジングと結合固定され得る。

また、前記下部エンドプレートは、中央部分に一つ以上の開口部が形成され、前記下部カバーは、前記開口部を介して前記下部ハウジングと結合固定され得る。

また、前記下部ハウジングと前記下部カバーには、相互対応する形態の凹凸部が形成され得る。

また、前記下部エンドプレートは、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルトを備え、前記下部ハウジングには、前記ボルトが貫通するように一つ以上の貫通孔が形成され得る。

また、前記セルアセンブリーには一つ以上の挿入孔が形成され、前記ボルトは前記挿入孔に挿入され得る。

また、前記セルアセンブリーは、前記二次電池及び前記カートリッジが上下方向に積層されるように構成され、前記セルアセンブリーにおいて最下層に位置するカートリッジは、前記下部ハウジングの内部空間の底に接して載置され得る。

また、本発明によるバッテリーパックは、板状の金属材質からなり、前記セルアセンブリーの上部に備えられて前記セルアセンブリーの上部を覆う上部エンドプレートをさらに含み得る。

また、本発明によるバッテリーパックは、前記下部ハウジングの上部開放端に結合し、上部開放端を密閉する上部ハウジングをさらに含むことができる。

また、上述の目的を達成するための本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。
なお、上述の目的を達成するための本発明によるバッテリーパックの製造方法は、内部に空間を備え、上部が開放されるように構成された下部ハウジングの下部に、板状の金属材質からなる下部エンドプレートを面接触するように配置する段階と、前記下部エンドプレートを覆うよう、前記下部エンドプレートの下部に下部カバーを位置させる段階と、前記下部カバーと前記下部ハウジングとを結合固定する段階と、前記下部ハウジングの内部空間において、二次電池及び前記二次電池の外周部を外側から囲むように二次電池を収容するカートリッジを積層する段階と、を含む。

ここで、前記結合固定段階は、レーザー溶接方式によって行われ得る。

また、前記下部エンドプレートは、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルトを備え、前記下部ハウジングには、一つ以上の貫通孔が形成され、前記下部エンドプレートの配置段階は、前記下部ハウジングの貫通孔に前記下部エンドプレートのボルトを貫通させることで行われ得る。

また、前記カートリッジには一つ以上の挿入孔が形成され、前記二次電池と前記カートリッジとの積層段階は、前記下部エンドプレートのボルトを前記カートリッジの挿入孔に挿入させることで行われ得る。

本発明の一面によれば、セルアセンブリーを保護し、剛性を確保するためのエンドプレートをパックケースと結合するための締結構成を、下部エンドプレート及びパックケースに設けなくてもよい。

したがって、本発明のかかる面によれば、バッテリーパックの組立性及び工程性が向上し、部品数の減少により製造コスト及び時間が減少する。また、本発明のこのような面によれば、エンドプレートとパックケースとの締結構成を備えるための空間及びこのような締結構成を形成するための作業空間などをパックケースの内部に設けなくてもよい。そのため、バッテリーパックの空間活用度が高くなり、バッテリーパックの内部で無駄な空間が除去されてエネルギー密度の向上及び小型化をより容易に達成することができる。

また、本発明の一面によれば、パックケースとエンドプレートとの結合構成が解除されるか、緩む恐れがないため、パックケースの内部におけるセルアセンブリーの固定力が向上する。したがって、セルアセンブリーの動きによるバッテリーパックの破損や故障を防止することができる。

また、本発明の一面によれば、パックケースの内部、特に、下部ハウジングと下部カバーとの間に下部エンドプレートが収納されることで、パックケースの自体剛性が向上する。したがって、本発明のこのような面によれば、パックケースに外部衝撃が加えられても、パックケース、特に下部ハウジングが破損することを防止し、下部ハウジング内部に位置したバッテリーパックの構成要素、例えば、セルアセンブリーや電装品を安全に保護することができる。

さらに、本発明の一面によれば、パックケースの内部に位置した下部エンドプレートによって、パックケースの封止性が向上する。例えば、パックケースに衝撃が加えられて下部カバーが多少破損しても、エンドプレートによって下部ハウジングへ水分や針状体、石などの異物が浸透することを最小化できる。特に、電気自動車などに用いられるバッテリーパックの場合、使用中における外部異物の浸透可能性が高いが、本発明のこのような面によれば、耐久性を安定的に確保できる。

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の構成を概略的に示す結合斜視図である。 図１の構成を分離して示した分離斜視図である。 本発明の一実施例によるカートリッジと二次電池の構成を概略的に示す斜視図である。 下部カバーが下部ハウジングと結合した構成を概略的に示した斜視図である。 図４の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図である。 図４の底面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図である。 図７の結合斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの製造方法を概略的に示したフローチャートである。

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、本明細書及び請求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。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す結合斜視図である。また、図２は、図１の構成を分離して示した分離斜視図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパックは、セルアセンブリー１００と、下部ハウジング２００と、下部エンドプレート３００と、下部カバー４００と、を含む。

前記セルアセンブリー１００は、複数の二次電池及びカートリッジを備えることができる。

ここで、二次電池は、充放電によって電気的エネルギーを貯蔵または放出する構成要素であって、特にパウチ型二次電池の形態であり得る。このような二次電池は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備えることができる。さらに、本発明による二次電池は、リチウム二次電池であり得る。

ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを挟んで配置されるように構成され得る。より具体的に、電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板とがセパレーターとともに巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレーターを挟んで交互に積層されたスタック型などであり得る。

また、パウチ外装材は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備えて構成され得る。このようなパウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜を含めるように構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池内部の構成要素や二次電池外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁形成された絶縁層の間、即ち、外部絶縁層と内部接着層との間に介され得る。

特に、パウチ外装材は、２つのパウチで構成でき、そのうち少なくとも一つには、凹んだ形態の内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチの内部空間には電極組立体が収納され得る。また、２つのパウチの外周面には、封止部が備えられて該封止部が相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間を密閉できる。

一方、電極組立体の各電極板には、電極タブが備えられ、一つ以上の電極タブが電極リードと接続される。そして、電極リードは、二つのパウチの封止部の間に介されてパウチ外装材の外部に露出することで、二次電池の電極端子として機能できる。

本発明の一面によるセルアセンブリー１００には、本願発明の出願時点で公知の多様な形態のパウチ型二次電池を採用することができる。

前記二次電池は、バッテリーパックに複数含まれ得る。特に、このような複数の二次電池は、広い面が上部と下部に向けるように横たえられて上下方向へ配列され得る。

前記カートリッジは、二次電池を内部空間に収容し、特に、二次電池の外周部を外側から囲むように構成できる。

図３は、本発明の一実施例によるカートリッジ１２０及び二次電池１１０の構成を概略的に示す斜視図である。

図３を参照すれば、前記カートリッジ１２０は、略四角のリング状に形成されたメインフレーム１２１を備えることができる。この場合、前記カートリッジ１２０のメインフレーム１２１は、両端部が相互接続した４つの単位フレームで構成できる。このようなカートリッジ１２０は、各単位フレームが個別に製造された後、相互組み立てられるように設けることもでき、最初から相互一体化して成形することもできる。

特に、パウチ型二次電池１１０は、略四角の長方形に構成され得る。したがって、前記実施例のように、カートリッジ１２０のメインフレーム１２１が四角のリング状に形成される場合、中央の空間に二次電池１１０が位置するようにすることで、二次電池の縁部を外側から囲むように構成できる。そうすれば、カートリッジ１２０は、二次電池１１０を収納して二次電池１１０の外側を保護することができる。

また、前記カートリッジ１２０は、中央部分に熱伝導性材質の冷却プレート１２２を備えることができる。例えば、前記カートリッジ１２０は、メインフレーム１２１で限定された四角リングの中央部分にアルミニウム材質の冷却プレート１２２を具備できる。この際、冷却プレート１２２は、上下方向へ所定距離離隔した２つのプレート、即ち、上部プレート及び下部プレートから構成できる。そして、このような２つの冷却プレート１２２の間には、流路Ｐが形成され、空気のような冷媒が移動可能である。このようなカートリッジ１２０の構成において、二次電池１１０は、上部プレートの上部及び下部プレートの下部にそれぞれ１つずつ収容され得る。この場合、１つのカートリッジ１２０には、２つの二次電池１１０が収容される。そして、二次電池１１０から生成された熱は、隣接した冷却プレート１２２に伝達され、冷却プレート１２２の間の流路を流れる冷媒によって外部へ排出できる。

また、前記カートリッジ１２０は、相互積層可能に構成され得る。特に、前記カートリッジ１２０は、バッテリーパックに複数個含まれ、この場合、図３に示したように、上下方向に相互積層され得る。この際、前記カートリッジ１２０は、相互積層される表面、例えば、メインフレーム１２１の上部面と下部面に相互対応する形態の凹凸構造が形成され得る。この場合、カートリッジ１２０に形成された凹凸構造によって、カートリッジ１２０同士の締結性及び固定力が向上でき、凹凸構造がガイド役割を果たして組立てがより容易となる。

このように、前記カートリッジ１２０は、積層によって形成された内部空間にパウチ型二次電池１１０を収容し、パウチ型二次電池１１０の外部露出を制限して外部の物理的または化学的要素から二次電池１１０を保護し、パウチ型二次電池１１０の相互配列をガイドし、かつ積層された組立体の動きを防止することができる。

また、前記カートリッジ１２０は、少なくとも一側に締結孔が形成され得る。例えば、前記カートリッジ１２０は、図３でＨ１で示されたように、４つの単位フレームの少なくとも一つ、または２つの単位フレームが交わる角部分に上下方向へ貫通するように締結孔を備えることができる。

前記下部ハウジング２００は、内部に空間を備えてセルアセンブリー１００を収納することができる。そして、前記下部ハウジング２００は、上部が開放され、上部開放部を介してセルアセンブリー１００が内部空間へ引き込まれるようにすることができる。即ち、前記下部ハウジング２００は、下部及び側部が閉鎖され、上部が開放されるように内部空間を形成できる。

前記下部ハウジング２００は、プラスチック材質からなり得る。このようなプラスチック材質の場合、成形が容易で重さが軽く、電気的絶縁性に優れており、バッテリーパックの生産性の向上と、軽量化及び絶縁性の確保により容易となる。

前記下部エンドプレート３００は、図２に示したように、板状、即ち、広い板の形態で構成できる。そして、前記下部エンドプレート３００は、剛性を確保するように金属材質からなり得る。例えば、前記下部エンドプレート３００は、スチール材質の長方形のプレートから構成できる。

特に、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記下部エンドプレート３００は、下部ハウジング２００の下部に位置できる。即ち、前記下部エンドプレート３００は、地面に平行に横たえられるように下部ハウジング２００の下部に配置され、上部の表面が下部ハウジング２００の下部の表面に直接接触するように構成され得る。

前記下部カバー４００は、板状で構成され、下部エンドプレート３００の下部に位置し、前記下部エンドプレート３００を覆う。例えば、前記下部カバー４００は、下部エンドプレート３００の表面積よりも広い面積を有するように構成され、下部エンドプレート３００の底面が外部に露出しないようにすることができる。また、前記下部カバー４００は、下部ハウジング２００と同様にプラスチック材質からなり得る。

特に、前記下部カバー４００は、下部ハウジング２００と結合可能である。

図４は、下部カバー４００が下部ハウジング２００と結合した構成を概略的に示す斜視図である。また、図５は、図４の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図であり、図６は、図４の底面図である。

図４〜図６を参照すれば、前記下部カバー４００は、少なくとも一部分が下部ハウジング２００と結合することで、下部ハウジング２００に固定され得る。この際、下部カバー４００と下部ハウジング２００との間には、下部エンドプレート３００が介されるように構成できる。即ち、下部エンドプレート３００は、下部カバー４００と下部ハウジング２００との結合構成の間に存在可能であり、したがって、下部エンドプレート３００は、ほぼ外側に露出しない。この場合、本発明によるバッテリーパックのパックケースには、下部ハウジング２００、下部エンドプレート３００及び下部カバー４００が含まれる。

特に、下部カバー４００及び下部ハウジング２００は、プラスチックのようなポリマー材質からなり得、下部エンドプレート３００は、金属材質からなり得る。

この場合、パックケースは、プラスチック材質からなる本体内部に金属板が埋め立てられるように構成される。本発明のこのような構成によれば、パックケースは主にポリマー材質からなり、電気的絶縁性、軽量性及び成形性などを確保することができる。また、パックケースに収納された金属材質の下部エンドプレート３００によってパックケースの剛性が補強され、外部衝撃などにもパックケースが破損しにくくなることで、バッテリーパック内部の他の構成要素を保護できる。また、パックケースに収納された金属材質の下部エンドプレート３００によって、パックケースの封止性などが補強され、パックケースを介して水分や針状体などの異物が侵透しないようにすることができる。

望ましくは、前記下部カバー４００は、前記下部ハウジング２００とレーザー溶接によって結合固定され得る。例えば、前記下部カバー４００は、前記下部ハウジング２００と直接接触した部分にレーザーを照射することで相互溶着できる。この場合、下部カバー４００は、レーザー溶接についての透過材となり得、下部ハウジング２００は、レーザー溶接についての吸収材となり得る。

レーザー溶接の場合、強度調節が可能であり、非常に小さい地点を焦点にしてエネルギーを伝達することで微細溶接が可能であり、被溶接材である下部カバー４００及び下部ハウジング２００の熱変形や材料特性の劣化が少ないという長所を有する。本発明によるバッテリーパックの下部カバー４００と下部ハウジング２００との結合のためには、ＣＯ_２レーザー溶接、ＹＡＧレーザー溶接など、本発明の出願時点における公知の多様なレーザー溶接方式を用いることができる。

特に、前記下部カバー４００は、下部ハウジング２００と同一のプラスチック材質からなり得る。本発明のこのような構成によれば、下部ハウジング２００と下部カバー４００とのレーザー溶接時、溶接性が向上して下部ハウジング２００と下部カバー４００との結合固定力を安定的に確保することができる。

このように、前記下部カバー４００は、レーザー溶接などによって下部ハウジング２００と直接接触した状態で結合固定され得る。

特に、前記下部カバー４００は、下部エンドプレート３００の縁に沿って下部エンドプレート３００の外側で前記下部ハウジング２００と結合固定できる。例えば、前記下部カバー４００は、図５及び図６においてＬ１で示された部分のように、外周部にレーザーが照射されることで下部ハウジング２００と溶接結合できる。この場合、レーザーに溶接された部分の形態は、略長方形の形態であり得る。

下部カバー４００と下部ハウジング２００との間には、下部エンドプレート３００が介されているため、下部カバー４００が下部ハウジング２００と直接結合するためには、下部エンドプレート３００が位置しない部分で下部カバー４００と下部ハウジング２００との結合構成が位置することが望ましい。したがって、前記下部カバー４００は、図５でＬ１で示された部分のように、下部エンドプレート３００の縁の外側で下部ハウジング２００と直接接触して溶接されるように構成できる。このような構成をより容易に達成するために、下部カバー４００は、水平面の面積が下部ハウジング２００の底面の面積に類似となるように構成し、下部エンドプレート３００よりは広く構成することが望ましい。即ち、下部エンドプレート３００は、下部ハウジング２００や下部カバー４００よりは水平面積が若干小さく構成することが望ましい。そして、このような大きさの差を用いて、下部カバー４００は、外周部の部分で下部ハウジング２００と結合できる。

また、前記下部カバー４００は、外周以外の部分においても下部ハウジング２００と結合固定できる。例えば、前記下部カバー４００は、図５及び図６においてＬ２で示されたように、中央部分にレーザーが照射され、下部ハウジング２００と直接溶接され得る。

本発明のこのような構成によれば、下部カバー４００が中央部分でレーザー溶接などの方式で下部ハウジング２００と結合するため、下部カバー４００と下部ハウジング２００との結合力が安定的に確保される。特に、本発明のこのような構成によれば、下部カバー４００が中央部分で下部エンドプレート３００や下部ハウジング２００から離れて浮く現象を防止することができる。

特に、下部カバー４００及び下部ハウジング２００は、下から見た形態が長方形であり得、この場合、下部カバー４００は、下部カバー４００の長辺に平行な方向へ長く延びた棒形態で下部ハウジング２００と溶接され得る。そして、このような棒形態の溶接部分は、下部カバー４００のダ短辺方向及び長辺方向へそれぞれ所定距離離隔するように２つ以上配置され得る。

本発明のこのような構成によれば、レーザー溶接工程が容易に行われるようにし、かつ、レーザー溶接による固定力が安定的に維持できる。

このような構成において、前記下部カバー４００は、中央部分で下部ハウジング２００と直接接触して結合し、下部カバー４００と下部ハウジング２００との間には、下部エンドプレート３００が介されるため、下部エンドプレート３００にはこのような結合部分に対応する位置に開口部が形成され得る。例えば、下部エンドプレート３００は、図２及び図６でＯで示されたように、中央部分に上下方向へ貫通する複数の開口部が形成され得る。そして、下部カバー４００は、このような下部エンドプレート３００の開口部Ｏを通して下部ハウジング２００と直接接触して溶接などの方式で結合できる。

一方、前記実施例では、下部カバー４００と下部ハウジング２００とがレーザー溶接方式によって結合する構成を主に説明したが、本発明が必ずしもこのような結合方式に限定されることではない。即ち、前記下部カバー４００と下部ハウジング２００とは、レーザー溶接方式以外の他の多様な方式で相互結合固定できる。例えば、前記下部カバー４００と下部ハウジング２００とは、インサート射出方式で成形できる。即ち、前記下部カバー４００と下部ハウジング２００とは、ポリマー材質として、金属材質の下部エンドプレート３００がインサートされた状態で射出成形されることで、下部エンドプレート３００を下部カバー４００と下部ハウジング２００とが囲むように構成することができる。他の例として、前記下部カバー４００は、オーバーモールディング方式で成形することができる。即ち、前記下部カバー４００は、下部ハウジング２００の下部に下部エンドプレート３００が装着された状態で、下部エンドプレート３００の下部にモールディングされることによって、下部ハウジング２００と下部カバー４００との間に下部エンドプレート３００を位置させることができる。

また望ましくは、前記下部ハウジング２００及び前記下部カバー４００には、相互対応する形態で凹凸部を形成できる。

例えば、下部ハウジング２００には、図５においてＬ１で示された部分のように、上方へ凹んだ形態の凹部が形成され、下部カバー４００には、上方へ膨らんでいる形態の凸部が形成され得る。この際、前記下部カバー４００の凸部は、下部カバー４００の外周部に沿ってリング状に形成され得る。また、下部ハウジング２００には、図５においてＬ２で示された部分のように、下方へ膨らんでいる形態の凸部が形成され、下部カバー４００には、下方へ凹んだ形態の凹部が形成され得る。ここで、このような凸部と凹部とは、相互対応する位置及び形状に形成される。そして、それぞれの凸部は、前記下部カバー４００が下部ハウジング２００及び下部エンドプレート３００の下部に位置するとき、相互対応する凹部に挿入される。

本発明のこのような構成によれば、凹凸部によって下部ハウジング２００への下部カバー４００の結合位置を容易に選定できるため、下部ハウジング２００と下部カバー４００との組立性が改善する。また、このような凹凸部は、溶接などの結合段階で下部ハウジング２００と下部カバー４００の水平方向への動きを防止し、下部ハウジング２００と下部カバー４００との結合工程性を高め、結合を容易にして固定力を安定的に確保できる。

また、このような凹凸部は、下部ハウジング２００と下部エンドプレート３００との間、及び／または下部カバー４００と下部エンドプレート３００との間にも存在し得る。例えば、下部エンドプレート３００の底面には、下方へ突出部が形成され、下部カバー４００の上面には、下方へ凹部が形成され、各突出部が凹部に挿入されるように構成され得る。また、下部エンドプレート３００の上面には、上方へ突出部が形成され、下部ハウジング２００の底面にはこのような突出部に対応するように上方へ凹部が形成され得る。

この場合、下部ハウジング２００または下部カバー４００と下部エンドプレート３００との組立てがより容易となる。

また望ましくは、前記下部エンドプレート３００は、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルト３１０を備えることができる。

例えば、図２を参照すれば、前記下部エンドプレート３００は、複数の長ボルト３１０を上方へ長く延びるように備えることができ、このような長ボルト３１０の下端は、板状の下部エンドプレート３００の本体に結合固定され得る。例えば、長ボルト３１０の下端はナットによって下部エンドプレート３００の本体に結合固定され得る。

このような構成において、前記下部ハウジング２００には、ボルト３１０が貫通するように一つ以上の貫通孔が形成され得る。

例えば、図２を参照すれば、前記下部ハウジング２００には、長ボルト３１０に対応する位置及び形態に複数の貫通孔が形成され得る。したがって、下部ハウジング２００の下部に下部エンドプレート３００が位置する場合、下部エンドプレート３００の長ボルト３１０は、下部ハウジング２００の貫通孔Ｈ２を貫通して下部ハウジング２００の内部空間に位置できる。

そして、このように、下部ハウジング２００の内部空間に位置した下部エンドプレートのボルト３１０は、図１に示したように、セルアセンブリー１００の一部分を貫通し得る。即ち、セルアセンブリー１００は、図２においてＨ１で示されたように、上下方向に貫通した形態で挿入孔が一つ以上形成され得、下部エンドプレートのボルト３１０は、セルアセンブリー１００の挿入孔Ｈ１に挿入され得る。

ここで、セルアセンブリー１００の挿入孔Ｈ１は、各カートリッジ１２０に形成されたものであり得る。例えば、セルアセンブリー１００が、二次電池１１０を収容する状態で上下方向に積層された複数のカートリッジ１２０を含む場合、各カートリッジ１２０の外周部には、図３に示したように、上下方向へ貫通する形態の挿入孔Ｈ１が形成され得る。そして、各カートリッジ１２０の積層時、挿入孔Ｈ１は、相互連結されるように構成され、下部エンドプレートのボルト３１０は、このように連通した挿入孔Ｈ１に挿入され得る。

したがって、本発明のこのような構成によれば、それぞれのカートリッジ１２０が下部ハウジング２００の内部空間で動くことを防止することで、カートリッジ１２０の内部空間に収容された二次電池１１０の動きも防止できる。また、複数のカートリッジ１２０を下部ハウジング２００の内部空間に積層するとき、各カートリッジ１２０の挿入孔に下部エンドプレートのボルト３１０が挿入されるようにすることで、各カートリッジ１２０の積層がガイドされる。

さらに、本発明の構成によれば、ボルト３１０が装着された下部エンドプレート３００が下部ケースの下部に位置して固定され、ボルト３１０は下部ハウジング２００の貫通孔を介して下部ハウジング２００の内部空間に導入されるため、バッテリーパックの使用中にボルト３１０の装着位置が変わる恐れがない。したがって、バッテリーパックに衝撃や振動が加えられる場合も、ボルト３１０の位置自体が変更されてセルアセンブリー１００が動くことを防止することができる。

また、本発明の構成によれば、複数のカートリッジ１２０及び複数の二次電池１１０を積層した状態でセルアセンブリー１００を先に構成した後にこれを下部ハウジング２００に収納及び固定することではなく、セルアセンブリー１００の構成と下部ハウジング２００への収納が共に行われ得る。したがって、本発明のこのような面によれば、製造時間が短縮して工程性が改善される。

特に、本発明によるバッテリーパックにおいて、前記セルアセンブリー１００は、二次電池１１０及びカートリッジ１２０が上下方向に積層されることで構成でき、セルアセンブリー１００の最下層に位置するカートリッジ１２０は、下部ハウジング２００の内部空間の底面に接して載置され得る。

即ち、本発明によるバッテリーパックの場合、セルアセンブリー１００の剛性を補強できる下部エンドプレート３００がパックケースに内蔵されている。したがって、セルアセンブリー１００の下部には、金属材質のエンドプレートが別に位置していなくてもよい。そのため、本発明によるバッテリーパックにおいて、セルアセンブリー１００の下部には、エンドプレートではなくカートリッジ１２０が位置でき、このようなカートリッジ１２０は、直接下部ハウジング２００の内部空間の底面に接触して設けられ得る。

したがって、本発明のこのような面によれば、セルアセンブリー１００と下部エンドプレート３００との間には、プラスチック材質からなる下部ハウジング２００が介されるため、セルアセンブリー１００と下部エンドプレート３００との電気的絶縁性を確保することができる。また、一つの下部エンドプレート３００でパックケースの剛性補強とセルアセンブリー１００の剛性補強とがともになされる。

図７は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図であり、図８は、図７の結合斜視図である。

図７を参照すれば、本発明によるバッテリーパックは、上部エンドプレート６００をさらに含むことができる。

前記上部エンドプレート６００は、板状の金属材質からなり、セルアセンブリー１００の上部に備えられる。そして、このような上部エンドプレート６００は、セルアセンブリー１００の上部を覆い、セルアセンブリー１００の上部でセルアセンブリー１００を固定して剛性を補強し、面圧が維持されるようにし、かつ、外部衝撃からセルアセンブリー１００を保護することができる。

さらに、前記上部エンドプレート６００は、下部エンドプレートのボルト３１０によって貫通され得る。即ち、下部エンドプレートのボルト３１０は、カートリッジ１２０の挿入孔Ｈ１とともに上部エンドプレート６００も貫通するように構成され得る。

この場合、下部エンドプレートのボルト３１０として、上部エンドプレート６００まで固定する効果を得ることができる。そこで、本発明のこのような構成によれば、下部ハウジング２００またはセルアセンブリー１００と上部エンドプレート６００とを固定するための別途の締結部品及び空間を減らすか、または無くすことができる。これによって、製造工程が簡素化し、製造コスト及び時間が減少し、バッテリーパック内部の空間活用度が向上する。

また、望ましくは、本発明によるバッテリーパックは、図７に示したように、電装プレート７００をさらに含むことができる。
前記電装プレート７００は板状であり、表面に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が装着され、セルアセンブリー１００の二次電池１１０と電気的に接続できる。

ここで、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）とは、バッテリーパックの充放電動作を全般的に制御するバッテリー管理装置をいい、このようなＢＭＳは、バッテリーパックに通常含まれる構成要素である。また、電流センサーは、バッテリーパックの充放電電流をセンシングする構成要素であり、リレーは、バッテリーパックの充放電電流が流れる充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部品である。また、ヒューズは、バッテリーパックの充放電経路上に備えられ、バッテリーパックの異常状況の発生時、溶断されることで充放電電流の流れを遮断する構成要素である。このような電流センサー、リレー及びヒューズは、ＢＭＳと情報を交換でき、ＢＭＳによって制御され得る。

前記電装プレート７００は、セルアセンブリー１００の上部に備えられ得る。また、セルアセンブリー１００の上部に上部エンドプレート６００が備えられた実施例の場合、前記電装プレート７００は、上部エンドプレート６００の上部に位置可能である。本発明のこのような構成によれば、電装品の装着及び組立て、交替などが容易となる。

また、前記電装プレート７００は、下部エンドプレートのボルト３１０によって貫通され得る。即ち、下部エンドプレートのボルト３１０は、カートリッジ１２０の挿入孔Ｈ１、上部エンドプレート６００などとともに電装プレート７００も貫通するように構成され得る。

本発明のこのような構成によれば、パックケースの内部で電装プレート７００を固定するための別途の締結部品及び空間を減らすか、または無くすことができる。そのため、この場合、製造工程が簡素化し、製造コスト及び時間が減少し、バッテリーパック内部の空間活用度が向上する。

また、本発明によるバッテリーパックは、セルアセンブリー１００の内部に空気などの冷媒を流入するためのダクトＤをさらに含むことができる。特に、前記ダクトＤは、セルアセンブリー１００の外部から内部へ冷媒を流入するための流入ダクトと、セルアセンブリー１００の内部から外部へ冷媒を流出するための流出ダクトと、を備えることができる。そして、このような流入ダクト及び流出ダクトは、冷媒の円滑な流れのために相互反対側の面に配置され得る。

さらに、流入ダクトを介して流入した冷媒は、二次電池１１０の間に流れ得る。特に、それぞれのカートリッジ１２０は、互いに所定距離離隔した２つの冷却プレート１２２を備えることができ、このような冷却プレート１２２の離隔空間の間に冷媒が流入され得る。そして、このようなカートリッジ１２０の冷却プレート１２２の離隔空間の間に流れる冷媒は、流出ダクトをよって外部へ排出され得る。

また、望ましくは、本発明によるバッテリーパックは、図７及び図８に示したように、上部ハウジング５００をさらに含むことができる。

前記上部ハウジング５００は、下部ハウジング２００の上部開放端に結合し、上部開放端を密閉できる。このような上部ハウジング５００は、電気的絶縁性を確保し、かつ軽量性及び成形性の確保などのために、プラスチック材質からなり得る。

特に、前記上部ハウジング５００は、下部エンドプレートのボルト３１０を用いて下部ハウジング２００と締結固定され得る。即ち、前記上部ハウジング５００は、下部エンドプレートのボルト３１０に対応する位置に結合孔Ｈ５が形成され得、下部エンドプレートのボルト３１０は、このような結合孔Ｈ５を貫通して上部ハウジング５００の上部に突出し得る。そして、このように突出したボルト３１０の上端には、ナットＮのような締結部材が結合することで、上部ハウジング５００は、ボルト３１０に締結固定され得る。このようなボルト３１０は、下部ハウジング２００の下部に固定された下部エンドプレート３００に装着されるため、ボルト３１０に上部ハウジング５００が締結固定されれば、下部ハウジング２００に上部ハウジング５００が締結固定されるようになる。

本発明のこのような構成によれば、下部ハウジング２００と上部ハウジング５００とを結合固定するために、下部エンドプレートのボルト３１０を用いればよいため、下部ハウジング２００と上部ハウジング５００とを締結するための締結部材を別に設けなくてもよい。したがって、本発明のこのような面によれば、バッテリーパックの工程性及び生産性が改善して構造が簡単となる。さらに、本発明の場合、下部エンドプレート３００は、下部ハウジング２００の下部に位置し、このような下部エンドプレートのボルト３１０に上部ハウジング５００が結合するため、下部ハウジング２００と上部ハウジング５００との固定力がさらに向上する。

一方、前記上部ハウジング５００と下部ハウジング２００との間には、封止部材が含まれ得る。例えば、ゴムやシリコーンなどの封止部材が上部ハウジング５００と下部ハウジング２００とが接触する縁部分に沿ってリング状に備えられ得る。本発明のこのような構成によれば、封止部材によって、上部ハウジング５００と下部ハウジング２００との密閉性が向上し、上部ハウジング５００と下部ハウジング２００との結合部分の間へ水分やほこりなどの異物が浸透することを防止することができる。また、本発明のこのような構成によれば、二次電池１１０の内部でガスが発生した場合、発生したガスが所望の経路を通して排出されるようにすることができ、予想外の経路へ流出されてしまい、使用者によって吸入されることを防止することができる。

本発明によるバッテリーパックは、前記構成以外にも他の多様な構成要素をさらに含むことができる。例えば、本発明によるバッテリーパックは、セルアセンブリー１００の充放電電力を伝達するためのバスバーや電気的信号を伝達するためのケーブル、外部の充放電装置との接続のための電源端子などをさらに含むことができる。

本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。特に、電気自動車のようにバッテリーから駆動力を得る自動車の場合、中・大型バッテリーパックが用いられ得、この場合、バッテリーパックの剛性及び固定力の確保、エネルギー密度の向上、軽量化及び小型化などは、非常に重要な要素となる。したがって、このような自動車に本発明によるバッテリーパックが適用される場合、このような各種要素を改善することができる。

図９は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの製造方法を概略的に示すフローチャートである。

図９を参照すれば、本発明によるバッテリーパックの製造方法は、下部ハウジング２００の下部に下部エンドプレート３００を配置する段階Ｓ１１０、下部エンドプレート３００の下部に下部カバー４００を位置させる段階Ｓ１２０、下部カバー４００と下部ハウジング２００とを結合固定する段階Ｓ１３０、及び下部ハウジング２００の内部空間で二次電池１１０及びカートリッジ１２０を積層する段階Ｓ１４０を含む。

前記Ｓ１１０段階では、内部に空間を備え、上部が開放して構成された下部ハウジング２００の下部に、板状の金属材質からなる下部エンドプレート３００が面接触するように配置され得る。

前記Ｓ１２０段階では、下部エンドプレート３００を覆うように下部エンドプレート３００の下部に下部カバー４００が位置できる。前記Ｓ１３０段階では、下部カバー４００と下部ハウジング２００とが少なくとも一側で相互結合固定できる。

前記Ｓ１４０段階では、下部ハウジング２００の内部空間で、二次電池１１０と、このような二次電池１１０の外周部を外側から囲むように二次電池１１０を収容するカートリッジ１２０が積層され得る。

望ましくは、前記Ｓ１３０段階は、レーザー溶接方式によって行われ得る。

また望ましくは、下部エンドプレート３００は、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルト３１０を備え、下部ハウジング２００は、貫通孔Ｈ２が一つ以上形成され、前記Ｓ１１０段階では、下部ハウジング２００の貫通孔Ｈ２に下部エンドプレートのボルト３１０が貫通され得る。

また望ましくは、カートリッジ１２０には一つ以上の挿入孔Ｈ１が形成され、前記Ｓ１４０段階では、下部エンドプレートのボルト３１０がカートリッジ１２０の挿入孔Ｈ１に挿入され得る。

また、前記Ｓ１４０段階の後に、セルアセンブリー１００の上部に、板状の金属材質からなる上部エンドプレート６００を載置する段階をさらに含むことができる。この際、下部エンドプレートのボルト３１０は、上部エンドプレート６００を貫通するように構成され得る。

また、前記Ｓ１４０段階の後に、セルアセンブリー１００の積層体の上部に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が取り付けられた電装プレート７００を載置する段階をさらに含むことができる。このとき、下部エンドプレートのボルト３１０は、電装プレート７００を貫通するように構成され得る。また、バッテリーパックに上部エンドプレート６００が備えられた場合、電装プレート７００は、上部エンドプレート６００の上部に配置され得る。

また、前記Ｓ１４０段階の後に、下部エンドプレートのボルト３１０が貫通された状態で上部ハウジング５００を下部ハウジング２００の上部開放端に結合する段階、及び上部ハウジング５００の上部へ突出した下部エンドプレートのボルト３１０にナットなどの締結部材を結合する段階をさらに含むことができる。

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。

なお、本明細書において、上、下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、本発明の当業者にとって自明である。

１００ セルアセンブリー
１１０ パウチ型二次電池
１２０ カートリッジ
１２１ メインフレーム
１２２ 冷却プレート
２００ 下部ハウジング
３００ 下部エンドプレート
３１０ 長ボルト
４００ 下部カバー
５００ 上部ハウジング
６００ 上部エンドプレート
７００ 電装プレート

Claims (12)

1. 複数の二次電池、及び相互積層可能であり、前記二次電池の外周部を外側から囲んで前記二次電池を収容する複数のカートリッジを備えるセルアセンブリーと、
   内部に空間を備えて前記セルアセンブリーを内部空間に収納し、上部が開放されるように構成された下部ハウジングと、
   板状の金属材質からなり、前記下部ハウジングの底面に面接触するように配置された下部エンドプレートと、
   前記下部エンドプレートの下部に位置し、前記下部エンドプレートを覆い、前記下部ハウジングと結合固定された下部カバーと、を含むバッテリーパックであって、
   前記下部エンドプレートは、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルトを備え、
   前記下部ハウジングがプラスチック材質からなり、前記下部ハウジングには、前記ボルトが貫通するように一つ以上の貫通孔が形成され、
   前記セルアセンブリーには一つ以上の挿入孔が形成され、
   前記ボルトは前記挿入孔に挿入されることを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記下部カバーが、前記下部ハウジングとレーザー溶接によって結合固定され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. 前記下部カバーが、前記下部ハウジングと同一のプラスチック材質からな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. 前記下部カバーは、前記下部エンドプレートの縁に沿って前記縁の外側で前記下部ハウジングと結合固定され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。
5. 前記下部エンドプレートは、中央部分に一つ以上の開口部が形成され、
   前記下部カバーは、前記開口部を介して前記下部ハウジングと結合固定され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。
6. 前記下部ハウジングと前記下部カバーには、相互対応する形態の凹凸部が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。
7. 前記セルアセンブリーは、前記二次電池及び前記カートリッジが上下方向に積層されるように構成され、
   前記セルアセンブリーにおいて最下層に位置するカートリッジは、前記下部ハウジングの内部空間の底に接して載置され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。
8. 板状の金属材質からなり、前記セルアセンブリーの上部に備えられて前記セルアセンブリーの上部を覆う上部エンドプレート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。
9. 前記下部ハウジングの上部開放端に結合し、上部開放端を密閉する上部ハウジング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。
10. 請求項１〜請求項９のうちいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む自動車。
11. 内部に空間を備え、上部が開放された下部ハウジングの下部に、板状の金属材質からなる下部エンドプレートを面接触するように配置する段階と、
    前記下部エンドプレートを覆うよう、前記下部エンドプレートの下部に下部カバーを位置させる段階と、
    前記下部カバーと前記下部ハウジングとを結合固定する段階と、
    前記下部ハウジングの内部空間において、二次電池及び前記二次電池の外周部を外側から囲むように二次電池を収容するカートリッジを積層する段階と、を含むバッテリーパックの製造方法であって、
    前記下部エンドプレートは、上方へ突出するように形成された一つ以上のボルトを備え、前記下部ハウジングがプラスチック材質からなり、前記下部ハウジングには、一つ以上の貫通孔が形成され、
    前記下部エンドプレートの配置段階は、前記下部ハウジングの貫通孔に前記下部エンドプレートのボルトを貫通させることで行われ、
    前記カートリッジには一つ以上の挿入孔が形成され、前記二次電池及び前記カートリッジの積層段階は、前記下部エンドプレートのボルトを前記カートリッジの挿入孔に挿入させることで行われることを特徴とするバッテリーパックの製造方法。
12. 前記結合固定する段階は、レーザー溶接方式によって行われることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーパックの製造方法。