JP6513832B2 - パックケース及びそれを含む電池パック - Google Patents

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Description

本発明は、構成要素を安定的に収容して組立て作業中の部品の振動及び/または離脱を防止し、構成要素の電気的特性を外部の電気装置に安定して伝達するのに好適なパックケース及びそれを含む電池パックに関する。
本出願は、2015年3月16日出願の韓国特許出願第10−2015−0036090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。
近年、車両の排気ガスによる大気汚染を減らすため、内燃機関及び/または電気モータを用いて駆動力を確保する研究に基づいて車両が製造されている。それにより、車両はハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド(plug−in hybrid)自動車、そして電気自動車の順に進化してきた。ハイブリッド自動車及びプラグインハイブリッド自動車は内燃機関、電気モータと電池パックを備える。電気自動車の場合は、内燃機関なしに、電気モータと電池パックを有する。
さらに、電池パックもハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車及び電気自動車とともに進化してきた。電池パックは電気自動車の外部から充電できるように構成される。電池パックはパックケースと電池モジュールを備え、前記パックケースは下部ケースと上部ケースからなって電池モジュールを囲む。前記電池モジュールは一対のエンドプレートの間に電池セルとカートリッジを有する。この場合、前記電池モジュールは、下部ケースまたは上部ケースの内部形状によってパックケースの内部での動きに制限を受ける。
しかし、前記内部形状は、電池モジュールの側方でパックケースの内部空間を構成するため、下部ケースまたは上部ケースに電池パックを組み立てる作業中及び作業後に部品の振動を防止するものの、下部ケースと上部ケースとの間では部品振動に脆弱な構造を有する。また、前記下部ケースまたは上部ケースにおける電池モジュールの収容深さが不十分であるときは、前記内部形状は、電池パックの組立て作業中、下部ケースまたは上部ケースからの部品の離脱を防止することができない。
そこで、前記電池パックの組立て作業中及び作業後に、部品の振動及び/または離脱を防止するための研究が盛んに行われている。一例として、特表2013−534360号公報(2013年9月2日公表)の「コンパクトな構造を有するバッテリーパック」が挙げられる。前記バッテリーパックは、パックケース、バッテリーモジュール及びパックカバーを有する。前記パックケースはバッテリーモジュールを収容し、前記パックカバーはパックケース上でバッテリーモジュールを覆う。ここで、前記バッテリーモジュールは、順に積層される下端部プレート、セルモジュールスタック及び上端部プレートを有する。
前記上端部プレートは、角に固定拡張部材を有し、前記固定拡張部材はねじ部材を通じてパックカバーとねじ結合される。前記固定拡張部材とパックカバーとのねじ結合は、パックケースまたはパックカバーで、そしてパックケースとパックカバーとの間で、バッテリーパックの組立て作業中に部品の振動を防止することができる。しかし、前記バッテリーパックの組立て作業は、固定拡張部材とパックカバーとのねじ結合を繰り返して要するため、作業者の工数が多くなる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池モジュールを安定的に収容して組立て作業中に電池モジュールの振動と離脱を防止し、電池モジュールの電気的特性を外部の電気装置に安定して伝達するのに好適なパックケース及びそれを含む電池パックを提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明によるパックケースは、電池モジュールを囲むように、前記電池モジュールの一部分を収容し、内周面で一方向の縁部に位置する整列部と、前記内周面で他方向の縁部に位置するバスバーと、外周面で前記バスバーに接触する接続端子とを有するメインケースを含み、前記整列部と前記バスバーは前記電池モジュールの周辺に位置して前記電池モジュールと接触し、前記整列部は前記一方向及び前記他方向で前記電池モジュールの動きを制限し、前記バスバーは前記電池モジュールの少なくとも1つの電池セルと電気的に接続することを特徴とする。
望ましくは、前記整列部はフック形状であって、前記一方向の前記縁部に複数個が位置することができる。
一態様において、前記整列部は、前記内周面の中央領域から前記縁部に向かって位置して前記電池モジュールの周辺に突出し、前記電池モジュールの側壁に向かって延びることができる。
他の態様において、前記整列部は、前記電池モジュールの下方で前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの側方で前記電池モジュールのカートリッジ同士の間の溝部に挿入されるフックを有し得る。
さらに他の態様において、前記整列部は、前記内周面で前記一方向の前記縁部に対向するように少なくとも一対として設けることができる。
ここで、前記整列部は、前記内周面で前記一方向の前記縁部に沿って複数の相異なる形状で設けることができる。
本発明によれば、前記バスバーは、前記メインケースから前記電池モジュールに向かって突出し、前記他方向の前記縁部に複数個が位置することができる。
望ましくは、前記バスバーは、前記内周面で前記他方向の前記縁部に対向するように一対として設けることができる。
一態様において、前記バスバーは、前記内周面で前記他方向の前記縁部に沿って複数の相異なる形状で設けることができる。
一方、前記メインケースは、前記外周面に前記パックケースを運ぶためのハンドルを含むことができる。
本発明によれば、前記パックケースは、前記電池モジュールの他の部分を覆って前記ケース上に位置するサブケースをさらに含み、前記サブケースは前記バスバーを囲むことができる。
上記の課題を達成するため、本発明による電池パックは、順に配列されて電気的に接続する電池モジュール及び電装部品と;前記電池モジュール及び前記電装部品を囲むメインケース及びサブケースと;を含み、前記メインケースは、内周面の縁部で一方向に対向するように位置して前記電池モジュールとフック結合する整列部、及び他方向に対向するように位置して前記電池モジュールのICB(Interconnect Board)組立体の代替電極端子とそれぞれ接触するバスバーを含み、前記内周面と対向する前記ICB組立体の印刷回路基板を覆い、バスバーは前記代替電極端子の1つに溶接されることを特徴とする。
本発明によれば、前記電池モジュールはエンドプレート同士間に電池セルとカートリッジ、下側に前記ICB組立体を含み、前記代替電極端子は前記エンドプレート上で前記電池セルの直列回路または並列回路の最終端にそれぞれ位置する電極端子と接触することができる。
望ましくは、前記整列部のそれぞれは前記電池モジュールの下方で前記電池モジュールから露出し、前記電池モジュールの周辺で2つのカートリッジの間の溝部に挿入されるフックを有し得る。
一態様において、前記整列部は、前記メインケースで前記縁部から中央領域に向かって交互に延びることができる。
他の態様において、前記整列部は、前記メインケースで一側の縁部と他側の縁部とで相異なる形状を有し得る。
本発明によれば、前記バスバーは、前記メインケースで一側の縁部と他側の縁部とで相異なる形状を有し得る。
望ましくは、前記バスバーは、一側の縁部で板状の代替電極端子に溶接され、他側の縁部でねじ線を有する円柱状の代替電極端子とねじ結合することができる。
本発明によれば、前記代替電極端子は、前記電池モジュールの一側方のエンドプレート上で前記電装部品を貫通して前記電池モジュールの他側方のエンドプレート上に位置することができる。
本発明によれば、前記印刷回路基板は、前記代替電極端子を電気的に接続させることができる。
本発明によれば、前記メインケースと前記サブケースは1つのパックケースを構成することができる。
望ましくは、前記メインケースは、外周面で前記バスバーに電気的にそれぞれ接続する接続端子、前記パックケースを移動させるためのハンドル、前記ICB組立体及び前記電装部品の少なくとも1つを前記パックケースの外部の電気装置に電気的に接続させるためのコネクタを含むことができる。
望ましくは、前記サブケースは、前記一体端子と前記バスバーを囲み、前記電池モジュールと前記電装部品を覆うことができる。
本発明によるパックケースは、電池パックを組み立てるため、メインケースの縁部で一方向に位置するフック形状の整列部を用いて、メインケースに電池モジュールをフック結合させるので、メインケースで電池パックを組み立てる作業中に、電池モジュールの振動を防止することができる。
本発明によるパックケースは、電池モジュールをメインケースとサブケースで囲むため、電池パックの組立て作業中に、メインケースの縁部に他方向に位置するバスバーを用いてバスバーに電池モジュールの端子をねじ結合させて溶接するので、メインケースから電池モジュールが離脱することを防止することができる。
本発明による電池パックは、パックケースの整列部及びバスバーを用いて電池モジュールを安定的に収容するため、メインケースとサブケースとの間の振動を防止し、組立て作業者の工数を最小化し、電池モジュールの電気的特性をパックケースの外部に位置する電気装置に安定して伝達することができる。
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。
本発明の実施例による電池パックを示した斜視図である。 図1のメインケースを示した斜視図である。 図1のメインケースの整列部に結合される電池モジュールを拡大して示した部分斜視図である。 図1のメインケースのバスバーに結合される電池モジュールを拡大して示した部分斜視図である。 図1のメインケースのバスバーに結合される電装部品を部分的に拡大して示した分解斜視図である。 図1の電池パックの製造方法及び作動メカニズムを説明する斜視図である。 図1の電池パックの製造方法及び作動メカニズムを説明する斜視図である。
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。
後述する実施例において、電池セルとはリチウム二次電池を称する。ここで、リチウム二次電池とは、充電及び放電中に、リチウムイオンが作動イオンとして働き、正極と負極とで電気化学的反応を引き起こす二次電池を総称する。しかし、本発明が電池の種類によって限定されることはない。
図1は、本発明の実施例による電池パックを示した斜視図である。
図1を参照すれば、本発明による電池パック180は、電池モジュール150、電装部品160及びパックケース175を含む。前記電池モジュール150は、カートリッジ100、エンドプレート110、120、およびICB(Interconnect Board)組立体149を含む。複数の前記カートリッジ100はパックケース175の内部に順に配列される。望ましくは、前記カートリッジ100のそれぞれは少なくとも1つの電池セル90を収容する。
前記エンドプレート110、120は、カートリッジ100の両側部にそれぞれ位置する。望ましくは、前記エンドプレート110、120は、カートリッジ100とともに締め金130で密着され締め付けられる。前記ICB組立体149は、エンドプレート120の下側に位置する。望ましくは、前記ICB組立体149は、図6の印刷回路基板144を通じてカートリッジ100の電池セル90同士を電気的に接続させる。
前記電装部品160は、エンドプレート110上で電池モジュール150と電気的に接続される。望ましくは、前記電装部品160はバッテリー管理システム(BMS)、リレー素子及びヒューズ素子を含む。前記パックケース175はメインケース80及びサブケース170を含む。前記メインケース80は縁部において一方向に整列部28(図2の38)を有し、他方向にバスバー48、58を有する。
望ましくは、前記整列部28、38とバスバー48、58は、一方向と他方向で電池モジュール150の動きを制限する。前記サブケース170は、メインケース80上でバスバー48、58とICB組立体149を囲み、電池モジュール150と電装部品160を覆う。
図2は、図1のメインケースを示した斜視図である。
図2を参照すれば、前記パックケース175において、前記メインケース80は、図1に示されたように、ハウジング70を通じて電池モジュール150の一部分を収容する。前記メインケース80は、ハウジング70の内周面14で一方向の縁部に位置する整列部28、38、及び内周面14で他方向の縁部に位置するバスバー48、58を含む。
前記整列部28、38とバスバー48、58は、電池モジュール150の周辺に位置して電池モジュール150と接触する。前記整列部28、38は内周面14の中央領域から縁部に向かって延びる。望ましくは、前記整列部28、38はメインケース80で縁部から中央領域に向かって交互に延びる。
一態様において、前記整列部28、38は、それぞれ、内周面の縁部付近でフック(24または28)を有する。他の態様において、前記整列部28、38は内周面14で一方向の縁部に対向するように設けられる。さらに他の態様において、前記整列部28、38は内周面14で一方向の縁部に沿って相異なる形状で設けられる。
前記バスバー48、58は、内周面14で対向するように位置する。前記バスバー48、58は内周面14で相異なる形状で設けられる。より詳しくは、前記バスバー48は、ハウジング70からハウジング70の上部に向かって偏平な形状で真っ直ぐ突出し、ハウジング70の一領域でハウジング70の所定面積を占めるようにハウジング70に固定される。
また、前記バスバー58は、ハウジング70からハウジング70の上部に向かって偏平な形状で数回折り曲げられて突出し、ハウジング70の他の領域でハウジング70の所定面積を占めるようにハウジング70に固定される。前記バスバー58は上側の先端に凹部を有する。一方、前記メインケース80は、ハウジング70の外周面18に接続端子44、54、ハンドル64及びコネクタ68を含む。
前記接続端子44、54はハウジング70を貫通してバスバー48、58に接触する。前記ハンドル64はパックケース175、例えば図1の電池パック180を運べるように取っ手から構成される。前記コネクタ68は、図1のICB組立体149及び/または電装部品160をパックケース175外部の電気装置(図示せず)に電気的に接続できるように構成される。
図3は、図1のメインケースの整列部に結合される電池モジュールを拡大して示した部分斜視図である。
図3を参照すれば、前記電池モジュール150がメインケース80に載置された後、前記電池モジュール150は整列部28と整列部38(図2)との間に位置する。より詳しくは、前記整列部28、38は内周面14の中央領域から縁部に向かって位置し、図1及び図2を考慮すれば、電池モジュール150の周辺に突出して電池モジュール150の側壁に向かって延びる。
望ましくは、前記整列部28、38は電池モジュール150の下方で電池モジュール150を支持し、電池モジュール150から露出する。ここで、前記整列部28、38は一方向及び他方向で電池モジュール150の動きを制限する。そのため、前記整列部28、38はフック形状を有する。すなわち、前記整列部28、38のそれぞれは電池モジュール150の側方で電池モジュール150のカートリッジ100同士の間の溝部105に挿入されるフック24、34を有する。
前記フック24、34は実質的に三角形である。前記フック24、34は溝部105を通じてカートリッジ100と接触し、電池モジュール150の動きを制限する。
図4は図1のメインケースのバスバーに結合される電池モジュールを拡大して示した部分斜視図であり、図5は図1のメインケースのバスバーに結合される電装部品を部分的に拡大して示した分解斜視図である。
図4及び図5を参照すれば、前記電池モジュール150において、前記電池セル90はカートリッジ100を通じて直列回路または並列回路の最終端にそれぞれ位置する電極端子95を有する。前記電極端子95は、図4に示されたように、エンドプレート110、120から突出する。ここで、前記電極端子95は、図4及び図5に示されたように、電池モジュール150の下側に位置するICB組立体149の代替電極端子146、148と接触する。
前記電池モジュール150とメインケース80との結合のため、前記代替電極端子146、148の一方(146)は板状であって、図4に示されたように、メインケース80のバスバー48に面対面に接触される。より詳しくは、前記バスバー48は代替電極端子146に密着されて溶接される。また、前記代替電極端子146、148の他方(148)は円柱状であって、図5に示されたように、電装部品160を貫通して電装部品160から突出する。
前記代替電極端子148は、図5に示されたように、メインケース80のバスバー58の先端に位置する凹部56に挿し込まれる。望ましくは、前記代替電極端子148はねじ線を有する。前記代替電極端子148は、図5に示されたように、メインケース80のバスバー58の凹部56でナット168とねじ結合することができる。
図6及び図7は、図1の電池パックの製造方法及び作動メカニズムを説明する斜視図である。
図6を参照すれば、メインケース80と電池モジュール150が用意される。前記メインケース80は、ハウジング70の内周面14に整列部28、38とバスバー48、58を有し得る。前記整列部28、38とバスバー48、58は、メインケース80の内周面14の縁部で一方向及び他方向に位置し得る。前記電池モジュール150は、メインケース80の内周面14上に載置される。
望ましくは、前記電池モジュール150は、メインケース80の内周面14で整列部28、38とバスバー48、58との間に配置される。より詳しくは、前記電池モジュール150は一方向で整列部28と整列部38との間に配置され、他方向でバスバー48とバスバー58との間に配置され得る。ここで、前記メインケース80と電池モジュール150との結合関係は、図1及び図3〜図5を参照して上述した。
前記電池モジュール150がメインケース80に載置された後、前記メインケース80上に電装部品160が配置される。望ましくは、前記電装部品160はメインケース80上で電池モジュール150の側方に位置し、電池モジュール150と電気的に接続され得る。その後、前記メインケース80上に図1のサブケース170が配置される。前記サブケース170は、メインケース80上で電池モジュール150と電装部品160を覆うことができる。
前記メインケース80とサブケース170はパックケース175を構成し、前記パックケース175は電池モジュール150及び電装部品160とともに、図1の電池パック180を構成することができる。一方、前記電池パック180において、前記電池モジュール150は下側にICB組立体149を有し得る。前記ICB組立体149は、印刷回路基板144及び代替電極端子146、148(図5)を有し得る。
前記印刷回路基板144は電池モジュール150に固定され、メインケース80の内周面14と対向することができる。前記印刷回路基板144は代替電極端子146、148を電気的に接続させることができる。
図6及び図7を参照すれば、前記電池モジュール150はパックケース175のコネクタ68を通じて外部から電源の供給を受けることができる。前記電池モジュール150の電池セル90の電流特性及び電圧特性は、印刷回路基板144と代替電極端子146、148を通じて電装部品160に伝達され、前記電装部品160はパックケース175の接続端子44、54(図7)を通じて電池セル90の電流をパックケース175の外部に位置する電気装置(図示せず)に安定した大きさで伝達することができる。
以上のように、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るものではなく、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。
14 内周面
18 外周面
24 フック
28 整列部
28 フック
34 フック
38 整列部
44 接続端子
48 バスバー
54 接続端子
56 凹部
58 バスバー
64 ハンドル
68 コネクタ
70 ハウジング
80 メインケース
90 電池セル
95 電極端子
100 カートリッジ
105 溝部
110 エンドプレート
120 エンドプレート
130 締め金
144 印刷回路基板
146 代替電極端子、一方の代替電極端子
148 代替電極端子、他方の代替電極端子
149 ICB(Interconnect Board)組立体
150 電池モジュール
160 電装部品
168 ナット
170 サブケース
175 パックケース
180 電池パック

Claims (20)

  1. 電池モジュールを囲むパックケースであって、
    前記電池モジュールの一部分を収容し、内周面で一方向の縁部に位置する整列部と、前記内周面で他方向の縁部に位置するバスバーと、外周面で前記バスバーに接触する接続端子とを有するメインケースを含み、
    前記整列部と前記バスバーは前記電池モジュールの周辺に位置して前記電池モジュールと接触し、前記整列部は前記一方向及び前記他方向で前記電池モジュールの動きを制限し、前記バスバーは前記電池モジュールの少なくとも1つの電池セルと電気的に接続し、
    前記整列部は、前記メインケースと前記電池モジュールとを結合させるように前記電池モジュールとフック結合するフック形状であることを特徴とするパックケース。
  2. 前記整列部は、前記一方向の前記縁部に複数個が位置することを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  3. 前記整列部は、前記内周面の中央領域から前記縁部に向かって位置して前記電池モジュールの周辺に突出し、前記電池モジュールの側壁に向かって延びることを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  4. 前記整列部は、前記電池モジュールの下方で前記電池モジュールを支持し、前記電池モジュールの側方で前記電池モジュールのカートリッジ同士の間の溝部に挿入されるフックを有することを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  5. 前記整列部は、前記内周面で前記一方向の前記縁部に対向するように少なくとも一対として設けられることを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  6. 前記整列部は、前記内周面で前記一方向の前記縁部に沿って複数の相異なる形状で設けられることを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  7. 前記バスバーは、前記メインケースから前記電池モジュールに向かって突出し、前記他方向の前記縁部に複数個が位置することを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  8. 前記バスバーは、前記内周面で前記他方向の前記縁部に対向するように一対として設けられることを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  9. 前記バスバーは、前記内周面で前記他方向の前記縁部に沿って複数の相異なる形状で設けられることを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  10. 前記メインケースは、前記外周面に前記パックケースを運ぶためのハンドルを含むことを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  11. 前記電池モジュールの他の部分を覆って前記メインケース上に位置するサブケースをさらに含み、
    前記サブケースは前記バスバーを囲むことを特徴とする請求項1に記載のパックケース。
  12. 順に配列されて電気的に接続する電池モジュール及び電装部品と;
    前記電池モジュール及び前記電装部品を囲むメインケース及びサブケースと;を含み、
    前記メインケースは、内周面の縁部で一方向に対向するように位置して前記電池モジュールとフック結合する整列部、及び他方向に対向するように位置して前記電池モジュールの2つの代替電極端子とそれぞれ接触するバスバーを含み、前記内周面と対向する前記電池モジュールの印刷回路基板を覆い、バスバーは前記代替電極端子の1つに溶接されることを特徴とする電池パック。
  13. 前記電池モジュールは、エンドプレート同士間に電池セルとカートリッジ、下側に前記代替電極端子及び前記印刷回路基板を含み、
    前記代替電極端子は、前記エンドプレート上で前記電池セルの直列回路または並列回路の最終端にそれぞれ位置する電極端子と接触することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  14. 前記整列部のそれぞれは前記電池モジュールの下方で前記電池モジュールから露出し、前記電池モジュールの周辺で2つのカートリッジの間の溝部に挿入されるフックを有することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  15. 前記整列部は、前記メインケースで前記縁部から中央領域に向かって交互に延びることを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  16. 前記整列部は、前記メインケースで一側の縁部と他側の縁部とで相異なる形状を有することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  17. 前記バスバーは、前記メインケースで一側の縁部と他側の縁部とで相異なる形状を有することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  18. 前記バスバーは、一側の縁部で板状の代替電極端子に溶接され、他側の縁部でねじ線を有する円柱状の代替電極端子とねじ結合することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  19. 前記代替電極端子は、前記電池モジュールの一側方のエンドプレート上で前記電装部品を貫通して前記電池モジュールの他側方のエンドプレート上に位置することを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
  20. 前記印刷回路基板は、前記代替電極端子を前記印刷回路基板と電気的に接続させることを特徴とする請求項12に記載の電池パック。
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