JP6633760B2 - デバイスに対する搭載空間が最小化された電池パック - Google Patents

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本出願は、２０１６年１月１２日付の韓国特許出願第１０−２０１６−０００３５９８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、デバイスに対する搭載空間が最小化された電池パックに関する。

最近、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源としての充放電が可能な２次電池の需要が急激に増加しており、それによって多様な要求に応じ得る２次電池に対する多くの研究が行われている。また、２次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグ−インハイブリッド電気自動車（ＰＬＵＧ−ＩＮ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。

したがって、バッテリーだけで運行できる電気自動車（ＥＶ）、バッテリーと既存のエンジンを併用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などが開発され、一部は商用化されている。ＥＶ、ＨＥＶなどの動力源としての２次電池は、主にニッケル水素金属（Ｎｉ−ＭＨ）２次電池が使用されているが、最近は、高いエネルギー密度、高い放電電圧および出力安定性のリチウム２次電池を使用する研究が盛んに行われており、一部は商品化段階にある。

このような２次電池が自動車の動力源として利用される場合、前記２次電池は多数の電池モジュール乃至電池モジュールアセンブリーを含む電池パックの形態で利用される。

このような場合に、前記電池パックが自動車のような多様な環境に露出するデバイスまたはシステムの動力源として使用されるためには、多様な環境による外部衝撃のような刺激に対して、構造的安定性を維持し、多様な湿度および温度で電池パックの安全性を確保しなければならない。

したがって、自動車の動力源として利用される一部電池パックは搭載空間を容易に確保し、外部の衝撃、湿度のような多様な要因による刺激を減少させることができるように、車両のトランク乃至座席の一部のような内部空間に搭載される。

しかし、このような車両用電池パックは大きな体積によって、前記内部空間に大きな部分を占めることになり、相対的に、トランク空間を十分に活用できなくなったり、自動車の座席を減らさなければならなくなったりする問題点がある。

したがって、このような問題点を根本的に解決できる技術に対する必要性が高いのが実情である。

本発明は、前記のような従来技術の問題点と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。

本出願の発明者らは鋭意研究と多様な実験を重ねた結果、後述するように、カバー部材の外周面がデバイスの電池パック搭載部に対面した状態で装着されるように構成することによって、自動車のようなデバイスの下部に電池パックが装着されるように構成でき、これによって、前記デバイス内で、電池パックの搭載のために所要される空間を最小化することによって、前記電池パックの搭載位置に対する制限を克服して、デバイスの空間活用性を極大化させることができることを確認し、本発明を完成するに至った。

前記のような目的を達成するための本発明による電池パックは、
電源の供給のためにデバイスの電池パック搭載部に装着される電池パックであって、
それぞれ複数の電池セルが配列されている二つ以上の電池モジュールアセンブリーが所定の間隔をおいて互いに離隔した状態で一面に搭載されるベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）と、
前記電池モジュールアセンブリーを囲みながらベースプレートの一面上に装着されるカバー（ｃｏｖｅｒ）部材と、
前記ベースプレートに対するカバー部材の装着状態を支持しながら、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位に位置する補強支持部材とを含んでおり、
前記電池パックは、前記カバー部材の外周面がデバイスの電池パック搭載部に対面した状態で装着される構造でありうる。

したがって、前記搭載構造により、自動車のようなデバイスの下部に電池パックが装着されるように構成することができ、これによって、前記デバイス内で、電池パックの搭載のために所要される空間を最小化することによって、前記電池パックの搭載位置に対する制限を克服して、デバイスの空間活用性を極大化させることができる。

一つの具体的な例において、前記カバー部材の外周面は、デバイスの電池パック搭載部の形状に対応する構造からなることができる。

したがって、前記カバー部材の外周面とデバイスの電池パック搭載部が対面する面積が極大化された状態で密着でき、これによって、前記デバイスの電池パック搭載部に対する電池パックの結合力を向上させることができ、前記電池パックを搭載するために所要される空間を最小化することができる。

この時、前記カバー部材は、電池モジュールアセンブリーが外観上相互区分されるように、電池モジュールアセンブリー間の離隔空間に対応する部位が内側に湾入した構造からなることができる。

したがって、前記各電池モジュールアセンブリーはカバー部材によって安定的に固定および維持され、これによって、電池パック内での流動を抑制することによって、構造的安定性を向上させることができる。

特に、前記カバー部材が内側に湾入した部位の内周面に電池パック搭載部の一部が対面して結合される構造でありうる。

より具体的に、前記電池パックが搭載されるデバイスは、詳しくは、自動車であってもよく、このような場合に、前記電池パック搭載部は多数の線状ビームからなる自動車の下部フレームでありうる。

したがって、前記多数の線状ビームからなる自動車の下部フレームの一部は、電池モジュールアセンブリー間の離隔空間に対応する形状に湾入したカバー部材部位の内周面に対面して結合され、これによって、前記電池パックは電池モジュールアセンブリーを囲むカバー部材によって流動が防止され、外部の衝撃から損傷を防止して、安全に保護されることができる。

また、前記電池パック搭載部はデバイスを構成するフレームに構成されるので、電池パックの外周面形状に対応する構造を有する別途の電池パック搭載部を製作する必要がないため、全体的な製造費用および時間を節約することができ、全体的な構成要素の種類を減少させて、より簡素化された構造で電池パックを搭載することができる。

一方、前記電池パックは、ベースプレートから挿入および結合される締結具によって電池パック搭載部に装着される構造でありうる。

前述したとおり、本発明による電池パックは、カバー部材の外周面がデバイスの電池パック搭載部に対面した状態で装着される構造でありうる。

したがって、前記電池パックは、デバイスの電池パック搭載部に装着させるための締結具が前記カバー部材に対向するベースプレートから挿入および結合することによって、デバイスの電池パック搭載部に容易に装着されることができる。

このような場合に、前記締結具は、ベースプレートから補強支持部材およびカバー部材を経由して、電池パック搭載部に結合される構造でありうる。

つまり、前記電池パックは、ベースプレートから挿入および結合される一つの締結具によって、前記ベースプレートと補強支持部材およびカバー部材が一体に結合すると同時に、デバイスの電池パック搭載部に装着され、これによって、前記電池パックを搭載するために使用される締結具の数量を減少させると同時に、電池パックの全体的な重量を軽量化させることによって、デバイスの作動効率を向上させることができる。

一つの具体的な例において、前記補強支持部材は少なくとも二つ以上の支持部の間にコネクトビーム（ｃｏｎｎｅｃｔ ｂｅａｍ）が連結された構造からなることができる。

したがって、前記補強支持部材は相対的に軽量化された重量およびコンパクトなサイズで、ベースプレートに対してカバー部材の装着状態を安定的に支持できる。

この時、前記支持部およびコネクトビームは構造的安定性をより向上させることができるように、一体型構造からなることができる。

また、前記支持部間に連結されたコネクトビームの長さは、補強支持部材の全体長さに対して１０％乃至３０％の大きさからなる構造でありうる。

万一、前記支持部間に連結されたコネクトビームの長さが、補強支持部材の全体長さに対して１０％未満の大きさからなる場合、前記補強支持部材が所望する支持力を発揮するために要求される強度に比べて、重量および／または大きさが増加することができる。

これとは反対に、前記支持部間に連結されたコネクトビームの長さが補強支持部材の全体長さに対して３０％を超える場合には、前記支持部間の距離が遠すぎて、ベースプレートに対してカバー部材の装着状態を安定的に支持できないこともある。

また、前記補強支持部材は、互いに対向する支持部の両面が、それぞれカバー部材の湾入した内周面部位、およびベースプレート上の電池セルアセンブリーの離隔部位に対面して結合される構造でありうる。

前述したとおり、前記補強支持部材はベースプレートに対してカバー部材の装着状態を支持しながら、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位に位置し、この時、前記カバー部材は、電池モジュールアセンブリーが区分されるように、電池モジュールアセンブリー間の離隔空間に対応する部位が内側に湾入した構造からなることができる。

したがって、前記補強支持部材は、支持部の互いに対向する両面がそれぞれカバー部材の湾入した内周面部位およびベースプレート上の電池セルアセンブリーの離隔部位に対面して結合することによって、安定的に、前記ベースプレートに対してカバー部材の装着状態を支持できる。

このような場合に、前記支持部は、カバー部材およびベースプレートに対面して結合される両面に締結具が結合される第１締結孔が貫通構造で形成されている構造でありうる。

また、前記支持部の第１締結孔に対応するカバー部材の部位およびベースプレートの部位には、それぞれ第２締結孔および第３締結孔が形成されている構造でありうる。

言い換えると、前記補強支持部材の支持部に貫通構造で形成された第１締結孔とカバー部材の第２締結孔、およびベースプレートの第３締結孔は互いに対応する位置で形成されている構造でありうる。

したがって、前記締結具はベースプレートの第３締結孔から補強支持部材の支持部に形成された第１締結孔およびカバー部材の第２締結孔に同時に結合されるので、前記ベースプレートと補強支持部材、およびカバー部材が同一の締結具によって同時に結合することができる。

この時、締結具は、ベースプレートからこれに対向するカバー部材側に前記締結孔を通して挿入および結合された状態で、一側端部がカバー部材から突出して、デバイスの電池パック搭載部に結合される構造でありうる。

したがって、前記締結具はベースプレートから補強支持部材およびカバー部材を経由して電池パック搭載部に結合され、より簡素化された構造で電池パックをデバイスに装着させることができる。

このような場合に、前記締結具がカバー部材から突出した高さは、支持部の高さに対して１０％乃至９０％の大きさでありうる。

万一、前記締結具がカバー部材から突出した高さが、支持部の高さに対して１０％未満である場合には、前記締結具が非常に短く突出しているため、電池パックをデバイスの電池パック搭載部に装着させた状態で安定した固定状態を維持できない。

これとは反対に、前記締結具がカバー部材から突出した高さが、支持部の高さに対して９０％を超過する場合には、前記締結具が非常に長く突出しているため、デバイスの運用間に印加される振動乃至衝撃によって、むしろ前記締結具が損傷できるという問題点がある。

一方、前記支持部は、ベースプレートおよびカバー部材に対面して結合される両面部位に水密用ガスケットが介在している構造でありうる。

したがって、前記支持部がベースプレートおよびカバー部材と対面して結合される部位を通して、外部から水分および汚物が流入する現象を効果的に防止することができる。

この時、前記水密用ガスケットは、支持部の締結孔に対応する部位が貫通している構造からなることができる。

したがって、前記ベースプレートおよびカバー部材と支持部を結合する締結具は水密用ガスケットの干渉なしに、容易に締結でき、前記締結具の外周面とベースプレートおよびカバー部材の締結孔の内周面の間を通して、外部から水分および汚物が流入する現象を効果的に防止することができる。

一つの具体的な例において、前記水密用ガスケットの素材は支持部とベースプレートおよびカバー部材の間に介在して所定の密封力と水分および汚物浸透の防止効果を発揮できる素材であれば、特に制限されるわけではなく、詳しくは、合成ゴム、天然ゴム、シリコーン樹脂、およびＰＶＣ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）からなる群から選択されるいずれか一つ以上でありうる。

このような場合に、前記合成ゴムはスチレン−ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、多硫化物系ゴム、シリコーンゴム、フルオロ系ゴム、ウレタンゴム、およびアクリルゴムからなる群から選択される一つ以上でありうる。

一方、前記ベースプレートの一面にはそれぞれの電池モジュールアセンブリーが搭載されるための搭載空間が湾入した構造で形成されている。

より具体的に、前記ベースプレートの一面には二つ以上の電池モジュールアセンブリーが所定の間隔をおいて互いに離隔した状態で搭載されており、前記電池モジュールアセンブリーが搭載されるための搭載空間は湾入した構造で形成されることによって、前記離隔した部位を間において独立的な搭載空間を提供する構造でありうる。

したがって、前記電池モジュールアセンブリー間の離隔した部位は相対的に突出した構造で形成され、これによって、それぞれの電池モジュールアセンブリーは隣接した電池モジュールアセンブリーとの間に位置した離隔した部位によって、電池パック内での流動が抑制され、より安定した搭載状態を維持できる。

このような場合に、前記電池モジュールアセンブリー搭載空間が湾入した深さは前記電池モジュールアセンブリーの流動を防止できるように、電池モジュールアセンブリーの搭載方向に対応する高さを基準に１０％乃至５０％の大きさで形成されている構造でありうる。

万一、前記電池モジュールアセンブリー搭載空間が、湾入した深さが電池モジュールアセンブリーの搭載方向に対応する高さを基準に１０％未満の大きさで形成される場合には、それぞれの電池モジュールアセンブリーが安定した搭載状態を維持できないこともある。

これとは反対に、前記電池モジュールアセンブリー搭載空間が、湾入した深さが電池モジュールアセンブリーの搭載方向に対応する高さを基準に５０％を超える大きさで形成される場合には、前記離隔部位を通して対面結合するデバイスの電池パック搭載部からこれに対向するベースプレートの他面までの長さが非常に大きくなることができ、これによって、電池パックが搭載可能な空間および位置に制約が発生できるという問題点がある。

一方、それぞれの電池モジュールアセンブリーは、一側外周辺の長さが残りの外周辺の長さに比べて相対的に大きい直六面体構造で形成されており、前記電池モジュールアセンブリーは相対的に大きいサイズからなる外周辺が互いに対面する状態でベースプレート上に搭載されている構造でありうる。

より具体的に、それぞれの電池モジュールアセンブリーは複数の電池セルが配列されて形成され、このような場合に、前記電池モジュールアセンブリーは電池セルの電気的連結構造形成の容易性、車両の制限された搭載空間に対する適用の容易性などを考慮して、直六面体構造で形成されることができる。

この時、前記電池モジュールアセンブリーは、相対的に大きいサイズからなる外周辺が互いに対面する状態でベースプレート上に搭載されることによって、よりコンパクトな構造で電池パックを構成することができる。

しかし、前記電池モジュールアセンブリーの搭載構造はこれに限定されるものではなく、前記電池モジュールアセンブリーは電池パックの搭載位置および搭載空間の形状により、多様な構造でベースプレート上に搭載および配列できることはもちろんである。

一つの具体的な例において、一つの電池モジュールアセンブリーを構成する電池セルはそれぞれ直列に連結されており、モジュールアセンブリー集合体を構成するそれぞれの電池モジュールアセンブリーは並列に連結されている構造でありうる。

より具体的に、本発明による電池パックは自動車のようなデバイスに装着されて、電源を供給する役割を果たすことができ、これによって、前記自動車に対する電源の供給が突然遮断される場合には、大きな事故につながる可能性がある。

したがって、本発明による電池パックは、一つの電池モジュールアセンブリーを構成する電池セルがそれぞれ直列に連結されることによって、所望の電気的特性を発揮すると同時に、モジュールアセンブリー集合体を構成するそれぞれの電池モジュールアセンブリーは並列に連結されることによって、一部の電池モジュールアセンブリーに異常が発生しても、残りの電池モジュールアセンブリーによってデバイスに対する電源供給状態を維持でき、これにより、デバイスに対する電源が突然遮断されることによって前記デバイスの作動が停止する現象を防止でき、これによる安全事故の発生を効果的に予防できる。

また、前記電池セルは、その種類に特に限定されるものではないが、具体的な例としては、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム２次電池でありうる。

一般に、リチウム２次電池は正極、負極、分離膜、およびリチウム塩含有非水電解液で構成される。

前記正極は、例えば、正極集電体上に正極活物質、導電材およびバインダーの混合物を塗布した後、乾燥して製造され、必要によっては、前記混合物に充填剤をさらに添加することもある

前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属に置換された化合物；化学式Ｌｉ_１＋ｘＭｎ_２−ｘＯ_４（ここで、ｘは０〜０．３３である）、ＬｉＭｎＯ_３、ＬｉＭｎ_２Ｏ_３、ＬｉＭｎＯ_２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ_２ＣｕＯ_２）；ＬｉＶ_３Ｏ_８、ＬｉＦｅ_３Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｕ_２Ｖ_２Ｏ_７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ_１−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１〜０．３である）に表現されるＮｉサイト形リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ_２−ｘＭ_ｘＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１〜０．１である）、またはＬｉ_２Ｍｎ_３ＭＯ_８（ここで、Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎである）に表現されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉ一部がアルカリ土金属イオンに置換されたＬｉＭｎ_２Ｏ_４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ_２（ＭｏＯ_４）_３などが挙げられるが、これらだけに限定されるものではない。

前記導電材は、通常的に正極活物質を含む混合物全体重量を基準に１ないし３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスキー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いることができる。

前記バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合とに助力する成分であって、通常正極活物質を含む混合物全体重量を基準に１ないし３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンテルポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。

前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に用いられ、当該電池に化学的変化を誘発せずとも繊維状材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が用いられる。

前記負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布、乾燥して製作され、必要に応じて前記のような成分などが選択的にさらに含まれてもよい。

前記負極活物質としては、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１−ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期律表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０<ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、またはＢｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ−Ｃｏ−Ｎｉ系材料などが用いられる。

前記分離膜および分離フィルムは正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔直径は、通常０．０１〜１０μｍであり、厚さは、通常５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどからなるシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。

また、一つの具体的な例において、電池の安全性の向上のために、前記分離膜および／または分離フィルムは有／無機複合多孔性のＳＲＳ（Ｓａｆｅｔｙ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）分離膜でありうる。

前記ＳＲＳ分離膜は、ポリオレフィン系分離膜基材上に無機物粒子およびバインダー高分子を活性層成分として使用して製造され、このとき、分離膜基材自体に含まれている気孔構造とともに、活性層成分である無機物粒子間の空き空間（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｖｏｌｕｍｅ）によって形成された均一な気孔構造を有する。

このような有／無機複合多孔性分離膜を使用する場合、通常の分離膜を使用した場合に比べて、化成工程（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）時のスウェリング（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）による電池の厚さの増加を抑制できるという長所があり、バインダー高分子成分として、液体電解液の含浸時にゲル化が可能な高分子を使用する場合、電解質としても同時に使用することができる。

また、前記有／無機複合多孔性分離膜は、分離膜内の活性層成分である無機物粒子とバインダー高分子の含有量の調節によって優れた接着力特性を示すことができるので、電池組立工程を容易に行うことができるという特徴がある。

前記無機物粒子は、電気化学的に安定している限り、特に制限されない。つまり、本発明で使用できる無機物粒子は、適用される電池の作動電圧範囲（例えば、Ｌｉ／Ｌｉ＋を基準として０〜５Ｖ）で酸化および／または還元反応が起こらないものであれば、特に制限されない。特に、イオン伝達能力を有する無機物粒子を使用する場合、電気化学素子内のイオン伝導度を高め、性能向上を図ることができるので、可能な限りイオン伝導度が高いことが好ましい。また、前記無機物粒子が高い密度を有する場合、コーティング時に分散させることが難しいだけでなく、電池の製造時に重量が増加するという問題もあるため、可能な限り密度が小さいことが好ましい。また、誘電率が高い無機物である場合、液体電解質内の電解質塩、例えば、リチウム塩の解離度増加に寄与し、電解液のイオン伝導度を向上させることができる。

リチウム塩含有非水電解液は極性有機電解液およびリチウム塩からなっている。電解液としては、非水系液状電解液、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用される。

前記非水系液状電解液としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ホルム酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒を使用することができる。

前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリエジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合体などを使用することができる。

前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４−Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などを使用することができる。

前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、４フェニルホウ酸リチウム、イミドなどを使用することができる。

また、非水系電解液には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてもよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませることもでき、高温保存特性を向上させるために二酸化炭酸ガスをさらに含ませることもできる。

本発明はまた、前記電池パックを含むデバイスを提供するところ、前記デバイスは電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車からなる群より選択されるいずれか一つでありうる。

つまり、本発明による電池パックは、自動車のようなデバイスの電源として用いることができ、このような場合に、前記デバイス内で電池パックは自動車のフレームの下部に位置するように搭載されている構造であってもよく、より詳しくは、自動車の運転席および助手席に対応する位置のフレームの下部に搭載されている構造であってもよい。

したがって、前記電池パックは、自動車のトランクのような内部空間に搭載されていないため、前記内部空間をより効率的に活用でき、自動車のようなデバイスでの搭載位置に対する制限をなくしたり、最小化したりすることができる。

前記のようなデバイス乃至装置その他構成は、当業界に公知となっているので、本明細書では、それについての具体的な説明を省略する。

本発明の一実施形態による電池パックの構造を概略的に示す分解図である。 図１の補強支持部材が装着されたベースプレートの構造を概略的に示す平面図である。 図１の補強支持部材の構造を概略的に示す模式図である。 図１の電池パックに装着された補強支持部材の構造を概略的に示す垂直断面図である。 デバイスに対する図１の電池パックの装着構造を概略的に示す垂直断面図である。

以下、本発明の実施例による図面を参照して本発明をさらに詳述するが、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。

図１には、本発明の一実施形態による電池パックの構造を概略的に示す分解図が示されている。

図１を参照すると、電池パック１００はベースプレート１１０、カバー部材１２０および２個の補強支持部材１３１、１３２を含んでいる。

ベースプレート１１０は３個の電池モジュールアセンブリーが所定の間隔をおいて互いに離隔した状態で搭載されるように、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位１１１、１１２を除いた搭載空間１１４、１１５、１１６が下面方向に湾入した板状型構造からなっている。

電池モジュールアセンブリー間の離隔部位１１１、１１２は２個の補強支持部材１３１、１３２がそれぞれ位置できるように、ベースプレート１１０からカバー部材１２０方向に所定の高さで突出した隔壁構造で形成されている。

したがって、電池モジュールアセンブリーの搭載空間１１４、１１５、１１６は離隔部位１１１、１１２によって相互区分され、これにより、電池パック１００内に搭載される各電池モジュールアセンブリーの流動が抑制されて、構造的安定性が向上することができる。

離隔部位１１１、１１２には補強支持部材１３１、１３２の支持部と対応する部位に締結具が挿入および結合されるように、貫通口１１３が形成されている。

カバー部材１２０は外周面がデバイスの電池パック搭載部の形状に対応すると同時に、内周面が電池モジュールアセンブリー集合体の外周面に対応する構造からなっており、詳しくは、各電池モジュールアセンブリーが区分されるように、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位１１１、１１２に対応する部位１２１、１２２が内側に湾入した構造からなっている。

カバー部材１２０は、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位１１１、１１２に対応する部位１２１、１２２以外に、多様な外面形状を有するデバイスの電池パック搭載部に対応して、両側に位置する電池モジュールアセンブリーの上面に対応する部位にさらに湾入した部位１２３、１２４を含んでいる。

したがって、電池パック１００は、車両のフレーム下面のように多様な形状を有する電池パック搭載部に安定的に装着されて固定されることができる。

カバー部材１２０は、中央部位に位置する電池モジュールアセンブリーの上面を覆う部位でデバイスの電池パック搭載部に対応する構造で形成された傾斜部１２５を含んでいる。

これにより、カバー部材１２０の傾斜部１２５はデバイスの電池パック搭載部に対応する構造で外形を構成すると同時に、中央部位に位置する電池モジュールアセンブリーの上面にＢＭＳなどの電気的連結装置および安全装置が搭載可能な空間を提供することができる。

カバー部材１２０の傾斜部１２５には、電池モジュールアセンブリーの上面に搭載される電気的連結装置および安全装置に対応する部位にホール１２６、１２７が形成されている。

したがって、前記電気的連結装置および安全装置に対する修理乃至検査の際、電池パック１００を完全に分解しなくても、カバー部材１２０の傾斜部１２５に形成されたホール１２６、１２７を通じて、より容易に前記修理乃至検査を行うことができる。

２個の補強支持部材１３１、１３２はベースプレート１１０上で、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位１１１、１１２にそれぞれ位置し、ベースプレート１１０およびカバー部材１２０と対面して結合することによって、ベースプレート１１０に対してカバー部材１２０の装着状態を安定的に支持できる。

図２には、図１の補強支持部材が装着されたベースプレートの構造を概略的に示す平面図が示されている。

図２を参照すると、ベースプレート１１０の上面には３個の電池モジュールアセンブリー搭載空間１１４、１１５、１１６が形成されており、各電池モジュールアセンブリー搭載空間１１４、１１５、１１６の間の離隔部位１１１、１１２には補強支持部材１３１、１３２が位置して装着される。

電池モジュールアセンブリーの搭載空間１１４、１１５、１１６は、直六面体構造で形成されている電池モジュールアセンブリーを搭載できるように、一側の外周辺の長さ２１１が、これに隣接した他側の外周辺の長さ２１２に比べて相対的に大きい構造からなっている。

電池モジュールアセンブリーの搭載空間１１４、１１５、１１６には剛性が補強できるように、電池モジュールアセンブリーの搭載方向に凸に突出した補強ビード１１８が多数形成されている。

離隔部位１１１、１１２の幅２２２は、補強支持部材１３１、１３２の幅２２１に対して約２００％の大きさになっている。

したがって、電池モジュールアセンブリー搭載空間１１４、１１５、１１６の間の離隔部位１１１、１１２には補強支持部材１３１、１３２以外に、電池モジュールまたは電池モジュールアセンブリーを電気的に連結するための電気的連結部材が容易に収納されることができる。

ベースプレート１１０の外周辺には、デバイスに対する装着のための締結孔１１９が多数形成されており、二つの角部位にはデバイスの電池パック搭載部の形状に対応して、傾斜部１１７ａ、１１７ｂがそれぞれ形成されている。

図３には、図１の補強支持部材の構造を概略的に示す模式図が示されている。

図３を参照すると、補強支持部材１３１は、支持部１３１ａの間にコネクトビーム１３１ｂが連続的に連結されている構造であって、支持部１３１ａおよびコネクトビーム１３１ｂは一体型構造からなっている。

支持部１３１ａは互いに対向する両面が、それぞれカバー部材の湾入した内周面部位およびベースプレート上の電池セルアセンブリー間の離隔部位に対面して結合される円筒形構造からなっている。

カバー部材およびベースプレートに対面して結合される支持部１３１ａの両面には、締結具が結合される締結孔１３１ｄが貫通構造で形成されている。

支持部１３１ａの両面部位には、カバー部材およびベースプレートとの間に介在する水密用ガスケット１３１ｃが位置する。

水密用ガスケット１３１ｃは支持部１３１ａの水平断面形状と同一の円形からなっており、支持部１３１ａの締結孔１３１ｄに対応する部位が貫通している構造からなっている。

支持部１３１ａの間に連結されたコネクトビーム１３１ｂの長さＬ１は、補強支持部材１３１の全体長さＬ２に対して約１０％の大きさになっている。

図４には、図１の電池パックに装着された補強支持部材の構造を概略的に示す垂直断面図が示されている。

図４を参照すると、カバー部材１２０およびベースプレート１１０と対面する補強支持部材１３１の支持部１３１ａの両面には水密用ガスケット１３１ｃが装着されるガスケット装着溝４３１が支持部１３１ａの締結孔の周囲に連続的に形成されている。

水密用ガスケット１３１ｃはガスケット装着溝４３１に装着された状態で、支持部１３１ａの両面から所定の高さで突出しており、所定の弾性力を発揮するので、カバー部材１２０およびベースプレート１１０との間で、所望の密封力を発揮することができる。

補強支持部材１３１においての支持部１３１ａの第１締結孔１３１ｄは貫通構造であって、内面にねじ構造の溝４３５が形成されている。

補強支持部材１３１の支持部１３１ａの第１締結孔１３１ｄに対応するカバー部材１２０およびベースプレート１１０の部位には、それぞれ第２締結孔４３２および第３締結孔４３３がそれぞれ形成されている。

したがって、一つの締結具４３４は、ベースプレート１１０からこれに対向するカバー部材１２０方向に締結孔４３２、４３３、１３１ｄを通じてねじ構造で挿入および結合され、これによって、ベースプレート１１０、補強支持部材１３１およびカバー部材１２０が安定的に結合および維持できる。

締結具４３４の一側端部４３４ａは支持部１３１ａの高さＨ１に対して、カバー部材１２０から約２０％の高さＨ２で突出している。

したがって、電池パックのベースプレート１１０とカバー部材１２０および補強支持部材１３１は同じ締結具４３４によって結合されると同時に、デバイスの電池パック搭載部に装着され、これによって、より簡素で軽量化された構造で電池パックを構成することができる。

図５には、デバイスに対する図１の電池パックの装着構造を概略的に示す垂直断面図が示されている。

図５を参照すると、電池モジュールアセンブリー１４１、１４２、１４３が搭載されるためのベースプレート１１０の搭載空間１１４、１１５、１１６は、これに対応する電池モジュールアセンブリー１４１、１４２、１４３の高さＨ３を基準に下面方向に約５０％の深さＨ４で湾入した構造からなっている。

したがって、搭載空間１１４、１１５、１１６の間の離隔部位１１１、１１２は相対的に上面方向に突出しており、補強支持部材１３１、１３２を間においてカバー部材１２０の湾入した内周面部位と対面して結合している。

カバー部材１２０の内側に湾入した部位の上面にはデバイスの電池パック搭載部として、自動車の下部フレーム５１０が位置している。

締結具４３４は、ベースプレート１１０からカバー部材１２０側に挿入および結合された状態で、一側端部がカバー部材１２０から突出して、自動車の下部フレーム５１０に結合している。

したがって、電池パック１００は、自動車の下部フレーム５１０の形状に対応して密着した構造で装着され、自動車の多様な作動環境で、電池パック１００の結合状態をより安定的に維持できる。

本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用および変形を行うことが可能であろう。

以上、説明した通り、本発明による電池パックは、カバー部材の外周面がデバイスの電池パック搭載部に対面した状態で装着されるように構成することによって、自動車のようなデバイスの下部に電池パックが装着されるように構成することができ、これによって、前記デバイス内で、電池パックの搭載のために所要される空間を最小化することによって、前記電池パックの搭載位置に対する制限を克服し、デバイスの空間活用性を極大化させることができる効果がある。

１００ 電池パック
１１０ ベースプレート
１１１，１１２ 離隔部位
１１３ 貫通口
１１４，１１５，１１６ 電池モジュールアセンブリー搭載空間
１１７ａ，１１７ｂ 傾斜部
１１８ 補強ビード
１１９ 締結孔
１２０ カバー部材
１２５ 傾斜部
１２６，１２７ ホール
１３１ 補強支持部材
１３１ａ 支持部
１３１ｂ コネクトビーム
１３１ｃ 水密用ガスケット
１３１ｄ 第１締結孔
１３２ 補強支持部材
１４１，１４２，１４３ 電池モジュールアセンブリー
４３１ ガスケット装着溝
４３２ 第２締結孔
４３３ 第３締結孔
４３４ 締結具
４３４ａ 一側端部
４３５ 溝
５１０ 下部フレーム

Claims (22)

1. 電源の供給のためにデバイスの電池パック搭載部に装着される電池パックであって、
   それぞれ複数の電池セルが配列されている二つ以上の電池モジュールアセンブリーが所定の間隔をおいて互いに離隔した状態で一面に搭載されるベースプレート（ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）と、
   前記電池モジュールアセンブリーを囲みながらベースプレートの一面上に装着されるカバー（ｃｏｖｅｒ）部材と、
   前記ベースプレートに対するカバー部材の装着状態を支持しながら、電池モジュールアセンブリー間の離隔部位に位置する補強支持部材と、を含んでおり、
   前記電池パックは、前記カバー部材の外周面がデバイスの電池パック搭載部に対面した状態で装着され、
   前記補強支持部材は、少なくとも二つ以上の支持部の間にコネクトビーム（ｃｏｎｎｅｃｔ ｂｅａｍ）が連結された構造からなり、
   前記電池パックが前記デバイスの下部に装着されることを特徴とする、電池パック。
2. 前記カバー部材の外周面は、デバイスの電池パック搭載部の形状に対応する構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記カバー部材は、電池モジュールアセンブリーが外観上相互区分されるように、電池モジュールアセンブリー間の離隔空間に対応する部位が内側に湾入した構造からなることを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記カバー部材が内側に湾入した部位の内周面に電池パック搭載部の一部が対面して結合されることを特徴とする、請求項３に記載の電池パック。
5. 前記電池パックは、ベースプレートから挿入および結合される締結具によって電池パック搭載部に装着されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
6. 前記締結具は、ベースプレートから補強支持部材およびカバー部材を経由して電池パック搭載部に結合されることを特徴とする、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記補強支持部材は、互いに対向する支持部の両面が、それぞれカバー部材の湾入した内周面部位、およびベースプレート上の電池モジュールアセンブリーの離隔部位に対面して結合されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
8. 前記支持部は、カバー部材およびベースプレートに対面して結合される両面に締結具が結合される第１締結孔が貫通構造で形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
9. 前記支持部の第１締結孔に対応するカバー部材の部位およびベースプレートの部位には、それぞれ第２締結孔および第３締結孔が形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の電池パック。
10. 締結具は、ベースプレートからこれに対向するカバー部材側に前記締結孔を通して挿入および結合された状態で、一側端部がカバー部材から突出して、デバイスの電池パック搭載部に結合されることを特徴とする、請求項９に記載の電池パック。
11. 前記締結具がカバー部材から突出した高さは、支持部の高さに対して１０％乃至９０％の大きさであることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
12. 前記支持部は、ベースプレートおよびカバー部材に対面して結合される両面部位に水密用ガスケットが介在していることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
13. 前記水密用ガスケットは、支持部の締結孔に対応する部位が貫通している構造からなることを特徴とする、請求項１２に記載の電池パック。
14. 前記水密用ガスケットの素材は合成ゴム、天然ゴム、シリコーン樹脂、およびＰＶＣ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）からなる群から選択されるいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の電池パック。
15. 前記合成ゴムはスチレン‐ブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、多硫化物系ゴム、シリコーンゴム、フルオロ系ゴム、ウレタンゴム、およびアクリルゴムからなる群から選択される一つ以上であることを特徴とする、請求項１４に記載の電池パック。
16. 前記ベースプレートの一面にはそれぞれの電池モジュールアセンブリーが搭載されるための搭載空間が湾入した構造で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
17. 前記搭載空間が湾入した深さは、前記電池モジュールアセンブリーの流動を防止できるように、電池モジュールアセンブリーの搭載方向に対応する高さを基準に１０％乃至５０％の大きさで形成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の電池パック。
18. それぞれの電池モジュールアセンブリーは、一側の外周辺の長さが残りの外周辺の長さに比べて相対的に大きい直六面体構造で形成されており、前記二つ以上の電池モジュールアセンブリーは、各電池モジュールアセンブリーの前記一側の外周辺が他の電池モジュールアセンブリーの前記一側の外周辺に対面する状態でベースプレート上に搭載されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
19. 一つの電池モジュールアセンブリーを構成する電池セルはそれぞれ直列に連結されており、モジュールアセンブリー集合体を構成するそれぞれの電池モジュールアセンブリーは並列に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
20. 前記電池セルはリチウム２次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
21. 請求項１に記載の電池パックを含むことを特徴とする、デバイス。
22. 前記デバイスは電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車からなる群より選択されるいずれか一つであることを特徴とする、請求項２１に記載のデバイス。

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