JP6588561B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、構造物の内部における構成要素の組立形態により構造物の小型化と軽量化を実現し、構造物の外部における構造物の表面形態により構造物の構造的剛性と外力の分散を図るのに好適な電池パックに関する。

本出願は、２０１５年３月４日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００３０５０４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技術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備える。

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及び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電池セルとカートリッジを有する。前記カートリッジは、１つ以上の電池セルを収容するように構成される。ここで、前記電池モジュールは物理的にカートリッジ同士を一体的に結束させて構成される。

前記電池モジュールはカートリッジを結束させるため、付随的な部品を１つ以上備える。前記電池パックを実現するため、前記電池モジュールは付随的な部品を用いて下部ケースにねじ結合される。この場合、前記電池モジュールと下部ケースとの結合は電池パックの部品点数を増加させ、電池パックの体積を増加させる。そこで、前記電池パックの部品点数を最小化し、電池パックの体積を低減させるための研究が盛んに行われている。一例として、欧州特許登録ＥＰ２３２８２０５Ｂ１公報（２０１３年７月１７日登録）の「電池パック」が挙げられる。

前記電池パックは複数個がハウジングに収容され、ハウジングとともに電池パックモジュールを構成する。前記電池パックはバッテリー及びケースを含む。前記ケースはバッテリーを収容する。ここで、前記ケースは両側にスライディングリーブを有する。前記電池パックはケースのスライディングリーブを用いてハウジングのスロットに差し込まれる。前記ケースはハウジングとねじ結合しないため、電池パックモジュールの部品点数を増加させない。

しかし、前記ハウジングが平たい外周面と折れ曲がった内周面を有し、位置毎に内周面の厚さが異なるため、前記ハウジングに外周面から外力が繰り返して加えられれば、前記ハウジングは外力の影響で撓んでから伸びることを繰り返したあげく、永久的に潰れるか又は割れることになる。このようなハウジングの初期形状の変形はハウジングにケース及び／またはバッテリーを安定的に収容し難くする。

また、前記電池パックモジュールはバスバーを介して電池パックを一体的に結束させて構成されるため、前記ハウジングに外力が加えられれば、前記電池パックは一体となったケースとバッテリーとに同時に外力を伝達する。したがって、前記ケースとバッテリーは外力の影響を受け、電池パックの殆どで一定な応力を有する。前記応力は電池パックの利用寿命を通してケース及び／またはバッテリーに変形を起こし、このような変形は電池パックの利用寿命を短縮させる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、順に積層された下部ケースと上部ケースにおいて、下部ケースの内部では下部ケースとカートリッジとの組立形態により小型化と軽量化を実現し、下部ケースの外部では下部ケースの表面形態により下部ケースにおける外力の分散、下部ケースの構造的剛性、及びプラスチック射出時の下部ケースの変形の最小化を図るのに好適な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、本発明による電池パックは、下部から上部に向かって傾いた両方の側壁及び前記両方の側壁に対向する固定部材を含む下部ケース；前記下部ケースに収容されて前記固定部材同士の間に位置する少なくとも１つの電池カートリッジ；前記下部ケース上に位置して前記電池カートリッジを覆う上部ケース；を含み、前記電池カートリッジは、前記下部ケースで前記両方の側壁及び前記固定部材と接触する滑走部材を含むことを特徴とする。

本発明によれば、前記下部ケースは、前記固定部材を定義する側壁と前記固定部材同士の間の側壁とで同じ厚さを有し得る。

望ましくは、前記両方の側壁は、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かうにつれて互いに遠くなり得る。

一態様において、前記両方の側壁は、前記下部ケースの前記下部より前記上部で広幅であり得る。

本発明によれば、前記固定部材は、それぞれ、前記下部ケースの外周面に凹部を有し、内周面に凸部を有し得る。

ここで、前記固定部材のそれぞれは、前記下部ケースの外周面にスロットを有し、内周面に前記スロットに対応する補助固定部材を有し得る。

望ましくは、前記スロットは、前記下部ケースの前記下部より前記上部で狭幅であり得る。

より望ましくは、前記補助固定部材は、前記電池カートリッジの前記滑走部材の周辺で前記電池カートリッジに向かって突出する突起を有し得る。

一態様において、前記固定部材は、前記下部ケースの前記下部より前記上部で広い間隔を有し得る。

他の態様において、前記固定部材は、前記下部ケースの内周面から同じ長さで突出することができる。

本発明によれば、前記電池カートリッジは、少なくとも１つの電池セル、及び前記電池セルを挟持構造で囲むカートリッジを含むことができる。

望ましくは、前記滑走部材は、前記電池カートリッジのカートリッジをフック結合させることができる。

一態様において、前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かって一列に位置することができる。

他の態様において、前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部で前記固定部材同士の間隔と同じ大きさを有し、前記下部ケースの前記上部で前記固定部材同士の間隔より小さい大きさを有し得る。

さらに他の態様において、前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部と前記上部とで前記固定部材同士の間隔と同じ大きさを有し得る。

さらに他の態様において、前記滑走部材は、前記電池カートリッジの両側部から前記下部ケースの前記下部より前記上部でより長く突出することができる。

ここで、前記滑走部材は、前記電池カートリッジで２つのカートリッジを結束させるため、前記カートリッジにフック部材及び前記フック部材と結合するフック収容部材を含むことができる。

望ましくは、前記フック部材は一方のカートリッジの両側部にそれぞれ孤立形状で一列に位置し、前記フック収容部材は他方のカートリッジの両側部にそれぞれライン形状で一列に位置することができる。

より望ましくは、前記フック部材と前記フック収容部材とは、前記電池カートリッジの両側部のそれぞれから同じレベルで同じ長さで突出することができる。

本発明によれば、前記下部ケースと前記電池カートリッジとは、前記両方の側壁の配列方向からみて、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かうにつれて互いに段々離隔することができる。

本発明によれば、前記下部ケースと前記上部ケースとは、前記下部ケース内で前記固定部材の間に前記電池カートリッジを孤立させることができる。

本発明による電池パックは、下部ケースの内部で凸状の固定部材を用いるため、バスバー及び／またはねじ部材を利用せず、固定部材同士の間にカートリッジを個別的に固定でき、体積と重量を減らし、小型化と軽量化を実現することができる。

本発明による電池パックは、下部ケースの固定部材にそれぞれ対応するように下部ケースの外周面にスロットを有するため、外周面の屈曲を用いて外力を分散させ、下部ケースの構造的剛性を向上させることができる。

本発明による電池パックは、プラスチック射出時の変形を最小限にした下部ケースを備えるため、下部ケースでスロットの溝を定義する外周面とスロット同士の間に位置する外周面とで同じ厚さを有し得る。

本発明による電池パックは、プラスチック射出時、射出金型から容易に分離される下部ケースを備えるため、下部ケースの下部から上部に向かって傾いた両方の側壁を有し得る。

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Ａ方向から電池パックを示した側面図である。 図１のＢ方向から電池パックを示した部分正面図である。 図３の電池カートリッジの側方を拡大して示した部分斜視図である。 図３のＩ−Ｉ’線に沿って切断して、図１のＡ方向から電池パックを示した部分側面図である。 図５のＰ領域で下部ケースと電池カートリッジとの結合関係を示した部分拡大図である。 図３の変形例による電池パックを示した部分正面図である。 図１の電池パックの組立方法を説明する概路図である。 図１の電池パックの組立方法を説明する概路図である。

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７０は、順に積層される下部ケース２０及び上部ケース６０を含む。前記下部ケース２０は、Ｂ方向で対向する両方の側壁１２に反復的に配列された固定部材１８を有する。望ましくは、前記固定部材１８は下部ケース２０の下部から上部に向かって延長される。

一態様において、前記固定部材１８は両方の側壁１２で対向して一対一対応するように配列される。より詳しくは、前記固定部材１８は外周面１９にスロット１４を有し、内周面（図８の１１）に補助固定部材１６を有する。前記スロット１４と補助固定部材１６とは各側壁１２で同じ位置に配置される。すなわち、前記スロット１４は外周面１９に窪み状の凹部からなる。

前記補助固定部材１６は、内周面１１にエンボス状の凸部からなる。一方、前記下部ケース２０は内部で補助固定部材１６同士の間に電池カートリッジ（図３、図４または図８の５０）を少なくとも１つ収容する。前記上部ケース６０は、下部ケース２０上に位置して電池カートリッジ５０を覆う。

図２は、図１のＡ方向から電池パックを示した側面図である。

図２を参照すれば、前記電池パック７０において、前記下部ケース２０は下部から上部に向かって傾いた両方の側壁１２を有する。望ましくは、前記両方の側壁１２は下部ケース２０の下部から上部に向かうにつれて互いに遠くなる。一態様において、前記両方の側壁１２は下部ケース２０の下部より上部で幅が広い。

したがって、前記両方の側壁１２の外周面１９は、下部ケース２０で上端から下端に下ろした垂線（下部ケース２０の底面と直角を成す線）と所定角度θを成す。

図３は、図１のＢ方向から電池パックを示した部分正面図である。

図３を参照すれば、前記下部ケース２０は固定部材１８同士の間に電池カートリッジ５０を少なくとも１つ収容する。前記固定部材１８は、それぞれ、下部ケース２０の側壁１２で外周面１９にスロット１４を有する。望ましくは、前記スロット１４の幅が下部ケース２０の下部より上部で狭いため、前記固定部材１８同士は下部ケース２０の下部より上部で間隔が広い。

ここで、前記下部ケース２０は下部で固定部材１８同士の間に第１幅Ｗ１を有する。前記下部ケース２０は上部で固定部材１８同士の間に第２幅Ｗ２を有する。前記第１幅Ｗ１は第２幅Ｗ２より小さい。一態様において、前記固定部材１８は下部ケース２０の内周面（図８の１１）から同じ長さで突出する。

前記下部ケース２０は、固定部材１８を定義する側壁１２と固定部材１８同士の間の側壁１２とで同じ厚さを有する。一方、前記電池カートリッジ５０は固定部材１８同士の間で固定部材１８と結合される。ここで、前記電池カートリッジ５０は少なくとも１つの電池セル（図５の３４）、及び電池セル３４を挟持構造で囲むカートリッジ（図４の４４、４８）を含む。

より詳しくは、前記カートリッジ４４、４８は下部ケース２０で両方の側壁１２及び固定部材１８と接触する滑走部材４９を含む。望ましくは、前記滑走部材４９は下部ケース２０の下部から上部に向かって一列に位置する。

一態様において、前記滑走部材４９は、下部ケース２０の下部側で固定部材１８同士の間隔と同じ大きさを有し、下部ケース２０の上部側で固定部材１８同士の間隔より小さい大きさを有する。より詳しくは、前記滑走部材４９は下部ケース２０の固定部材１８同士の間で第３幅Ｗ３を有する。前記第３幅Ｗ３は第１幅Ｗ１と同じであって、第２幅Ｗ２より小さい。

図４は、図３の電池カートリッジの側方を拡大して示した部分斜視図である。

図４を参照すれば、前記電池カートリッジ５０において、前記滑走部材４９はカートリッジ４４、４８同士をフック結合させる。より詳しくは、前記滑走部材４９は、電池カートリッジ５０において２つのカートリッジ４４、４８を結束させるため、カートリッジ４４、４８にフック部材４２及びフック部材４２と結合するフック収容部材４６を含む。

望ましくは、前記フック部材４２は、一方のカートリッジ４４の両側部にそれぞれ孤立形状で一列に位置する。一態様において、前記フック収容部材４６は、他方のカートリッジ４８の両側部にそれぞれライン形状で一列に位置する。他の態様において、前記フック部材４２とフック収容部材４６とは電池カートリッジ５０上で第３幅Ｗ３を有する。

さらに他の態様において、前記フック部材４２とフック収容部材４６とは、電池カートリッジ５０の両側部のそれぞれから同じレベルで同じ長さで突出する。

図５は、図３のＩ−Ｉ’線に沿って切断して、図１のＡ方向から電池パックを示した部分側面図である。

図５を参照すれば、前記下部ケース２０は側壁１２を通じて電池カートリッジ５０と接触する。より詳しくは、前記電池カートリッジ５０は、図４のカートリッジ４４、４８の滑走部材４９を通じて下部ケース２０と接触する。例えば、前記滑走部材４９のフック部材４２及びフック収容部材４６が下部ケース２０に接触される。

望ましくは、前記フック部材４２及びフック収容部材４６は、電池カートリッジ５０の両側部から、下部ケース２０の下部より上部でより長く突出する。ここで、説明の便宜上、前記フック部材４２のみを図示する。一方、前記カートリッジ４４は電池セル３４を収容する。前記電池セル３４は下部ケース２０の上側に電極リード２５を有する。また、前記下部ケース２０は、電池セル３４の下方に冷却部材３８を収容する。

図６は、図５のＰ領域で下部ケースと電池カートリッジとの結合関係を示した部分拡大図である。

図６を参照すれば、前記下部ケース２０と電池カートリッジ５０とは下部ケース２０の下部で緊密に接触し、下部ケース２０の上部では緊密に接触しない。より詳しくは、前記下部ケース２０と電池カートリッジ５０とは下部ケース２０の両方の側壁１２のそれぞれで、下部ケース２０の下部から上部に向かうにつれて段々互いに遠くなる。

例えば、前記電池カートリッジ５０のフック部材４２のみを図示すれば、前記電池カートリッジ５０のフック部材４２の外周面４１は下部ケース２０の両方の側壁１２の配列方向からみて、下部ケース２０の下部から上部に向かうにつれて下部ケース２０の内周面１１から段々離隔する。

図７は、図３の変形例による電池パックを示した部分正面図である。

図７を参照すれば、本発明の変形例による電池カートリッジ５０Ａは、図３の電池カートリッジ５０と類似する。しかし、前記電池カートリッジ５０Ａの滑走部材４９Ａは、電池カートリッジ５０の滑走部材４９と異なる形状を有する。ここで、前記電池カートリッジ５０Ａは図３の下部ケース２０に収容される。

より詳しくは、前記滑走部材４９Ａは下部ケース２０の下部と上部とで固定部材１８同士の間隔と同じ幅を有する。すなわち、前記滑走部材４９Ａは下部ケース２０の下部で第１幅Ｗ１を有し、下部ケース２０の上部で第２幅Ｗ２を有する。

また、図６と同様に、前記下部ケース２０と電池カートリッジ５０Ａとは、下部ケース２０の両方の側壁１２の配列方向からみて、下部ケース２０の下部から上部に向かうにつれて互いに段々遠くなる。

図８及び図９は、図１の電池パックの組立方法を説明する概路図である。ここで、図９は下部ケース上に上部ケースを覆う前の下部ケースと電池カートリッジとの結合関係を説明する平面図である。

図８を参照すれば、下部ケース２０と電池カートリッジ５０が用意される。前記下部ケース２０は、両方の側壁１２で外周面１９にスロット１４を有し、内周面１１に補助固定部材１６を有する。前記補助固定部材１６は下部ケース２０の下部と上部とで内周面１１から所定長さＨ突出する。

前記スロット１４及び補助固定部材１６は１つの固定部材１８を構成することができる。前記補助固定部材１６は、下部ケース２０の中央領域に向かって突出する２つの突起１５を有する。一方、前記電池カートリッジ５０のそれぞれは、少なくとも１つの電池セル（図５の３４）及び電池セル３４を挟持構造で囲むカートリッジ４３、４４、４８を有する。

この場合、前記電池カートリッジ５０のそれぞれは、下部ケース２０で固定部材１８同士の間の間隔に対応するため、２つのカートリッジ４４、４８及び／または３つのカートリッジ４３、４４、４８を１つの単位で結束することができる。その後、前記電池カートリッジ５０は下部ケース２０に収容される。

図９を参照すれば、前記電池カートリッジ５０は下部ケース２０で補助固定部材１６同士の間に位置するように下部ケース２０に差し込まれる。より詳しくは、前記電池カートリッジ５０は、フック部材４２とフック収容部材４６を用いて下部ケース２０で両方の側壁１２と補助固定部材１６に接触することができる。

前記フック部材４２とフック収容部材４６とは１つの滑走部材４９を構成する。ここで、前記補助固定部材１６は下部ケース２０内で電池カートリッジ５０を個別的に固定することができる。この場合、前記下部ケース２０に外力が加えられる場合、前記下部ケース２０はスロット１４を介して外力を分散させることができる。

また、前記下部ケース２０は、補助固定部材１６を介して外力を電池カートリッジ５０に個別的に伝達することができる。一方、前記補助固定部材１６は電池カートリッジ５０の滑走部材４９の周辺で突起１５を介して下部ケース２０の下部及び／または上部で電池カートリッジ５０と接触することができる。

前記突起１５は、外力が下部ケース２０を通じて電池カートリッジ５０に伝達される間に、補助固定部材１６とともに下部ケース２０における電池カートリッジ５０の動きを最小化することができる。その後、図１または図２の上部ケース６０を下部ケース２０上に配置して、電池カートリッジ５０を覆うことができる。このとき、前記下部ケース２０と上部ケース６０は、下部ケース２０内で補助固定部材１６同士の間に電池カートリッジ５０を個別的に孤立させることができる。

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。

１１ 内周面
１２ 側壁
１４ スロット
１５ 突起
１６ 補助固定部材
１８ 固定部材
１９ 外周面
２０ 下部ケース
２５ 電極リード
３４ 電池セル
３８ 冷却部材
４１ 外周面
４２ フック部材
４３ カートリッジ
４４ カートリッジ
４６ フック収容部材
４８ カートリッジ
４９ 滑走部材
４９Ａ 滑走部材
５０ 電池カートリッジ
５０Ａ 電池カートリッジ
６０ 上部ケース
７０ 電池パック

Claims (18)

1. 下部から上部に向かって傾いた両方の側壁及び前記両方の側壁に対向する固定部材を含む下部ケースと、
   前記下部ケースに収容されて前記固定部材同士の間に位置する少なくとも１つの電池カートリッジと、
   前記下部ケース上に位置して前記電池カートリッジを覆う上部ケースと、を含み、
   前記電池カートリッジは、少なくとも１つの電池セル、及び前記電池セルを挟持構造で囲むカートリッジを含み、
   前記電池カートリッジは、前記下部ケースで前記両方の側壁及び前記固定部材と接触する滑走部材を含み、
   前記電池カートリッジにおいて２つのカートリッジを結束させるため、前記カートリッジにフック部材及び前記フック部材と結合するフック収容部材を含み、前記フック部材とフック収容部材とが前記滑走部材を構成することを特徴とする電池パック。
2. 前記下部ケースは、前記固定部材を定義する側壁と前記固定部材同士の間の側壁とで同じ厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記両方の側壁は、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かうにつれて互いに遠くなることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 前記両方の側壁は、前記下部ケースの前記下部より前記上部の幅が広いことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
5. 前記固定部材は、それぞれ、前記下部ケースの外周面に凹部を有し、内周面に凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
6. 前記固定部材は、それぞれ、前記下部ケースの外周面にスロットを有し、内周面に前記スロットに対応する補助固定部材を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
7. 前記スロットは、前記下部ケースの前記下部より前記上部の幅が狭いことを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
8. 前記補助固定部材は、前記電池カートリッジの前記滑走部材の周辺で前記電池カートリッジに向かって突出する突起を有することを特徴とする請求項６に記載の電池パック。
9. 前記固定部材は、前記下部ケースの前記下部より前記上部で広い間隔を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
10. 前記固定部材は、前記下部ケースの内周面から同じ長さで突出することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
11. 前記滑走部材は、前記電池カートリッジのカートリッジをフック結合させることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
12. 前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かって一列に位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
13. 前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部で前記固定部材同士の間隔と同じ大きさを有し、前記下部ケースの前記上部で前記固定部材同士の間隔より小さい大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
14. 前記滑走部材は、前記下部ケースの前記下部と前記上部とで前記固定部材同士の間隔と同じ大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
15. 前記滑走部材は、前記電池カートリッジの両側部から前記下部ケースの前記下部より前記上部でより長く突出することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
16. 前記フック部材は、一方のカートリッジの両側部にそれぞれ孤立形状で一列に位置し、前記フック収容部材は、他方のカートリッジの両側部にそれぞれライン形状で一列に位置することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
17. 前記フック部材と前記フック収容部材とは、前記電池カートリッジの両側部のそれぞれから同じレベルで同じ長さで突出することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
18. 前記下部ケースと前記電池カートリッジとは、前記両方の側壁の配列方向からみて、前記下部ケースの前記下部から前記上部に向かうにつれて互いに段々離隔することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。

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