JP6763981B2 - バッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、エネルギー密度を向上させることができるバッテリーパックに関する。

本出願は、２０１７年３月２２日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００３６０３４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。

モバイル機器に関する技術開発及び需要が増加するにつれ、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しつつあり、従来、二次電池としてニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が用いられていた。しかし、最近は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらないため充電及び放電が自由であり、自己放電率が非常に低く、エネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く用いられている。

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各々正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質が各々塗布された正極板及び負極板がセパレータ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して収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。

リチウム二次電池は、正極、負極及びこれらの間に介されるセパレータ及び電解質で構成され、正極活物質及び負極活物質に何を使用するかによって、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｂａｔｔｅｒｙ，ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、これらのリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に、正極または負極活物質を塗布した後、乾燥することで形成される。

最近、ハイブリッド自動車または電気自動車の需要が増加するにつれ、かかる自動車に使用されるバッテリーパックなどのエネルギー貯蔵装置の使用量も増加しつつある。これによって、ハイブリッド自動車、電気自動車などのアンダーフロア（Ｕｎｄｅｒ Ｆｌｏｏｒ）に配置され、高いエネルギー密度を有するバッテリーパックの開発が必要な実情である。

そこで、本発明は、空間活用率を高めて相対的なエネルギー密度の高いバッテリーパックを提供することを目的とする。

また、本発明は、ハイブリッド自動車、電気自動車などのアンダーフロアに容易に配置可能なバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

本発明の一面によれば、積層される複数のバッテリーセル、及び前記複数のバッテリーセルを囲むケーシング部材を備えるバッテリーモジュールと、複数の前記バッテリーモジュールを相互連結する連結部材と、を含むバッテリーパックを提供し得る。

また、前記連結部材によって連結される前記複数のバッテリーモジュールは、単一層として配列され得る。

そして、前記複数のバッテリーモジュールは、少なくとも一つの行または少なくとも一つの列を有するように配列され得る。

また、前記ケーシング部材は、前記バッテリーセルの上部に配置される上部ケーシングと、前記バッテリーセルの側面に配置され、前記上部ケーシングに結合する側面ケーシングと、を含み、前記側面ケーシングのうち少なくとも一つには、予め設定された大きさの開口が形成され、前記連結部材が、前記側面ケーシングの前記開口に結合し得る。

そして、前記連結部材は、複数のバッテリーモジュールのうちいずれか一つのバッテリーモジュールの側面ケーシングに形成された開口に挿入される第１挿入部と、複数のバッテリーモジュールのうち他の一つのバッテリーモジュールの側面ケーシングに形成された開口に挿入される第２挿入部と、を含み得る。

また、前記連結部材は、前記第１挿入部及び前記第２挿入部が所定範囲を超えて挿入されることを防止するために、前記第１挿入部と前記第２挿入部との間に形成されるストッパーをさらに含み得る。

そして、前記ストッパーは、前記第１挿入部及び前記第２挿入部の形成された方向と交差する方向に向けて、前記第１挿入部と前記第２挿入部との間から延びるように形成され得る。

また、前記連結部材は、ねじによる結合構造またはフック結合構造によって前記側面ケーシングに固定され得る。

なお、本発明の他の側面によれば、前述のバッテリーパックを含む自動車を提供し得る。

本発明の実施例は、空間活用率を高めて相対的なエネルギー密度が向上する効果を奏する。

また、複数のバッテリーモジュールが単一層として配列され、ハイブリッド自動車、電気自動車などのアンダーフロアに容易に配置できる効果を奏する。

本発明の第１実施例によるバッテリーパックの概略的な斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールの分解斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図である。 図３におけるＡ部分の拡大斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した部分断面図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した斜視図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図である。 図７におけるＢ部分の拡大斜視図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した部分断面図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図である。 図１０におけるＣ部分の拡大斜視図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した部分断面図である。

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。

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

本明細書において使用される「結合」または「連結」という用語は、一つの部材と他の部材とが直接結合するか、または直接連結される場合のみならず、一つの部材が接続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される場合も含む。

図１は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックの斜視図であり、図２は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールの分解斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図であり、図４は、図３におけるＡ部分の拡大斜視図であり、図５は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した部分断面図であり、図６は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した斜視図である。

図１〜図６を参照すれば、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１０は、バッテリーモジュール１００及び連結部材２００を含む。図１を参照すれば、バッテリーパック１０は、相互連結された複数のバッテリーモジュール１００が、例えば、プレート４００に結合するように構成され得る。

バッテリーモジュール１００は、図２を参照すれば、複数のバッテリーセル１１０及びケーシング部材１２０を備え得る。

複数のバッテリーセル１１０は、多様な形態として相互積層され得る。例えば、プラスチック射出成形されたカートリッジ組立体にバッテリーセル１１０が収納され、複数のカートリッジ組立体が相互積層され得る。但し、複数のバッテリーセル１１０の積層方式は、ここに限定されず、多様である。

ケーシング部材１２０は、複数のバッテリーセル１１０を囲むように構成され得る。ケーシング部材１２０は多様に構成されることができ、例えば、バッテリーセル１１０の上部に配置される上部ケーシング１２１と、バッテリーセル１１０の側面に配置され、上部ケーシング１２１に結合する側面ケーシング１２２と、が備えられ得る。ここで、各々のケーシングは、多様な方式、例えば、ねじ、溶接、リベット、ボルト、ピン、ブラケット、モーメント接合方式などによって結合し得る。図２を参照すれば、側面ケーシング１２２には、予め設定された大きさの開口１２６が形成されることができ、後述する連結部材２００が側面ケーシング１２２の開口１２６に結合することで複数のバッテリーモジュール１００を相互連結し得る。一方、バッテリーセル１１０の下部に配置されて側面ケーシング１２２に結合する下部ケーシングをさらに含み得る。

連結部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００を相互連結するように構成される。図３〜図５を参照すれば、連結部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００のうちいずれか一つのバッテリーモジュール１００ａの側面ケーシング１２２ａに形成された開口１２６に挿入される第１挿入部２１０と、複数のバッテリーモジュール１００のうち他の一つのバッテリーモジュール１００ｂの側面ケーシング１２２ｃに形成された開口１２６に挿入される第２挿入部２２０と、を含み得る。第１挿入部２１０を複数のバッテリーモジュール１００のうちいずれか一つのバッテリーモジュール１００ａの側面ケーシング１２２ａに形成された開口１２６に挿入した後、ねじ３００、ボルトとナットなどの締結部材で締結し、第２挿入部２２０を複数のバッテリーモジュール１００のうち他の一つのバッテリーモジュール１００ｂの側面ケーシング１２２ｃに形成された開口１２６に挿入した後、ねじ３００、ボルトとナットなどの締結部材で締結し得る。ここで、開口１２６は、第１挿入部２１０または第２挿入部２２０の長さに対応するよう、例えば、同一に形成され得る。

図３及び図６を参照すれば、連結部材２００が複数のバッテリーモジュール１００ａ、１００ｂの各々の側面ケーシング１２２ａ、１２２ｃに連結されることで、隣接するバッテリーモジュール１００ａ、１００ｂを相互連結することによって、バッテリーモジュール１００を支持するフレームなどが不要となって簡単に組み立てられるので、材料費及び加工費が削減されるだけでなく、フレームが占める空間が不要となるため、バッテリーモジュール１００をより密着させた状態で構成することができ、バッテリーパック１０のエネルギー密度向上の効果を奏する。ここで、側面ケーシング１２２は、バッテリーセル１１０を保護するだけでなく、バッテリーモジュール１００の構造的な支持機能を有するため、十分な剛性を有する厚さとして設けられ得る。

連結部材２００は、多様な方式によってバッテリーモジュール１００の側面ケーシング１２２に結合し固定され得る。例えば、ねじ３００によって、またはボルトとナットによって結合してもよく、フック方式によって簡便に結合してもよい。または、連結部材２００は、側面ケーシング１２２に溶接によって結合してもよい。

図１及び図３を参照すれば、複数のバッテリーモジュール１００が連結部材２００によって連結された後、複数のバッテリーモジュール１００は単一層として配列されることができ、複数のバッテリーモジュール１００は少なくとも一つの行または少なくとも一つの列を有するように配列され得る。このように、複数のバッテリーモジュール１００が単一層として配列されれば、バッテリーモジュール１００が複数の層として配列される場合に比べて全体の高さが低くなるので、電気自動車などのアンダーフロアのように高さが制限された空間に容易に配置できる。

以下、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１０の作用及び効果について説明する。

図３を参照すれば、バッテリーモジュール１００は、開口１２６が形成された側面ケーシング１２２を備えることができ、連結部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００ａ、１００ｂのうち相互隣接するバッテリーモジュール１００ａ、１００ｂの各々の側面ケーシング１２２ａ、１２２ｃに形成された開口１２６に挿入された後、ねじ３００などによって結合する。このように、複数のバッテリーモジュール１００ａ、１００ｂは、フレームなく相互連結が可能であるため、フレームが占める空間にバッテリーモジュール１００をさらに配置することができ、これによって、エネルギー密度が向上する効果を奏する。

図７は、本発明の第２実施例によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図であり、図８は、図７におけるＢ部分の拡大斜視図であり、図９は、本発明の第２実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示す部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明の第２実施例によるバッテリーモジュール１００の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例によるバッテリーモジュール１０で説明した内容と共通する部分は、前述の説明をもって代わりにする。

本発明の第２実施例の場合、連結部材２００にストッパー２４０が形成されるという点で第１実施例と相違する。

図７及び図８を参照すれば、ストッパー２４０は、第１挿入部２１０及び第２挿入部２２０が所定範囲を超えて挿入されることを防止するために、第１挿入部２１０と第２挿入部２２０との間に形成され得る。そして、一つの側面ケーシング１２２ａと、一つの側面ケーシング１２２ａから隣接して配置され、一つの側面ケーシング１２２ａに隣接する他の側面ケーシング１２２ｂとの間には、ストッパー２４０が装着されるように段差（図８のａ部分参照）が形成され得る。即ち、ストッパー２４０は、相互隣接する側面ケーシング１２２ａ、１２２ｂの間に形成された段差ａに装着されることができ、これによって複数のバッテリーモジュール１００が連結部材２００によって相互連結される場合、離隔することなく接触状態（図９において、１２２ｂと１２２ｄとが接触）で結合できる（図９参照）。

図７〜図９を参照すれば、ストッパー２４０は、第１挿入部２１０及び第２挿入部２２０が形成された方向と交差する方向、例えば、第１挿入部２１０及び第２挿入部２２０が形成された方向と垂直する方向に向けて延び得る。そして、ストッパー２４０は、第１挿入部２１０と第２挿入部２２０との間、例えば、第１挿入部２１０と第２挿入部２２０との中心部２３０（図４参照）から延びるように形成され得る。但し、ストッパー２４０の延長方向及び延長位置は多様である。

図１０は、本発明の第３実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールと連結部材との分離斜視図であり、図１１は、図１０におけるＣ部分の拡大斜視図であり、図１２は、本発明の第３実施例によるバッテリーパックにおいてバッテリーモジュールが連結部材によって連結された様子を示した部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明の第３実施例によるバッテリーパック１０の作用及び効果について説明するが、本発明の第１実施例または第２実施例によるバッテリーパック１０で説明した内容と共通する部分は、前述の説明をもって代わりにする。

本発明の第３実施例の場合、連結部材２００に形成されたストッパー２４０によって隣接するバッテリーモジュール１００の間が離隔するという点で第２実施例と相違する。

図１０〜図１２を参照すれば、ストッパー２４０は第２実施例と共通するが、第３実施例の場合、第２実施例とは違って、一つの側面ケーシング１２２ａと、一つの側面ケーシング１２２ａから隣接して配置され、一つの側面ケーシング１２２ａに隣接する他の側面ケーシング１２２ｂとの間に段差が形成されていない（図１１のｂ部分参照）。したがって、連結部材２００が複数のバッテリーモジュール１００に結合すれば、相互隣接するバッテリーモジュール１００の間が離隔する。即ち、相互連結されるバッテリーモジュール１００の間に所定間隔の隙間（図１２のｘ参照）が存在する。このようなバッテリーモジュール１００の間の離隔空間、即ち、隙間ｘを通して空気が移動しながらバッテリーモジュール１００を冷却できる。即ち、バッテリーモジュール１００の間の隙間ｘによる離隔空間は、バッテリーモジュール１００の放熱のために形成された空間である。

一方、本発明の一実施例による自動車（図示せず）は、前述のバッテリーパック１０を含み得る。前記バッテリーパック１０は、電気を使用する多様な機械または装置などに使用でき、例えば、電気自動車、特に、電気自動車のアンダーフロアに配置され得る。ここで、電気自動車とは、純粋に電気のみで駆動する電気自動車だけでなく、他のエネルギーと電気エネルギーとを共に使用するハイブリッド自動車を含み得る。

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。

本発明は、バッテリーパックに関し、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
１００ バッテリーモジュール
１２２ａ，１２２ｂ 側面ケーシング
２００ 連結部材
２１０ 第１挿入部
２２０ 第２挿入部
２４０ ストッパー
４００ プレート

Claims (7)

1. 積層される複数のバッテリーセル、及び前記複数のバッテリーセルを囲むケーシング部材を備えるバッテリーモジュールと、
   複数の前記バッテリーモジュールを相互連結する連結部材と、
   を含み、
   前記ケーシング部材が、
   前記バッテリーセルの上部に配置される上部ケーシングと、
   前記バッテリーセルの側面に配置され、前記上部ケーシングに結合する側面ケーシングと、
   を含み、前記側面ケーシングのうち少なくとも一つには、予め設定された大きさの矩形の開口が形成され、前記連結部材が、前記側面ケーシングの前記開口に結合し、
   前記連結部材が、
   複数のバッテリーモジュールのうちいずれか一つのバッテリーモジュールの側面ケーシングに形成された開口に挿入される第１挿入部と、
   複数のバッテリーモジュールのうち他の一つのバッテリーモジュールの側面ケーシングに形成された開口に挿入される第２挿入部と、
   を含むバッテリーパック。
2. 前記連結部材によって連結される前記複数のバッテリーモジュールが、単一層として配列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. 前記複数のバッテリーモジュールが、少なくとも一つの行または少なくとも一つの列を有するように配列され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. 前記連結部材は、
   前記第１挿入部及び前記第２挿入部が所定範囲を超えて挿入されることを防止するために、前記第１挿入部と前記第２挿入部との間に形成されるストッパー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。
5. 前記ストッパーが、前記第１挿入部及び前記第２挿入部の形成された方向と交差する方向に向けて、前記第１挿入部と前記第２挿入部との間から延びるように形成されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリーパック。
6. 前記連結部材が、ねじによる結合構造またはフック結合構造によって前記側面ケーシングに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。
7. 請求項１から請求項６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。

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