JP6801108B2 - 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、全体体積及び重さを減少させながらも強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６月２２日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−００７９２７６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が、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からなり、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。

図１は、従来の一実施例のバッテリーパックの斜視図であり、図２は、図１の一部断面の上面視であり、図３は、従来の他の実施例によるバッテリーパックの一部断面の上面視である。

図１及び図２を参照すれば、バッテリーパック１は、パックカバー２と、モジュールカバー３と、内部フレーム４とが備えられ、この場合、剛性の向上という長所はあるが、重さが増加し、相対的な体積が増加してしまい、バッテリーパック１が大きくて重くなるという問題点がある。図３を参照すれば、バッテリーパック１は、図２のモジュールカバー３が除去され、パックカバー２と内部フレーム４のみが備えられるので、重さが減少して相対的な体積が減少するという長所はあるが、剛性も減少してしまい、外部衝撃に充分に対応できないことから、バッテリーモジュール５に収納されたバッテリーセル６が外部衝撃に弱いという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、全体体積及び重さを減少させながらも強度を向上することができる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、バッテリーパックの内部に備えられたバッテリーモジュールの組立てが簡便かつ容易なバッテリーパックを提供することを他の目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の一面によれば、複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールと、複数のバッテリーモジュールに結合し、前記複数のバッテリーモジュールの配列時、前記バッテリーモジュールの移動をガイドするガイド部材と、を含むバッテリーパックを提供し得る。

また、前記バッテリーモジュールには、前記ガイド部材が挿入される挿入孔が形成され得る。

そして、前記複数のバッテリーモジュールが相互配列されるよう、前記ガイド部材は、前記複数のバッテリーモジュール各々の挿入孔を貫通して挿入され得る。

また、前記バッテリーモジュールは、前記複数のバッテリーセルを囲む上部フレーム、下部フレーム及び側面フレームを含み、前記挿入孔は、前記側面フレーム側に形成され得る。

そして、前記ガイド部材は、棒状のガイドレールを含み得る。
また、前記ガイド部材の端部に結合し、前記バッテリーモジュールを固定するモジュール固定部材をさらに含み得る。

そして、前記ガイド部材には、長さ調節が可能な長さ調節部が備えられ得る。
また、前記長さ調節部が、テレスコープ構造を含み得る。

そして、前記テレスコープ構造は、第１直径を有する第１移動部と、前記第１移動部が挿入されるように前記第１直径よりも大きい直径の第２直径を有する第２移動部と、を含み得る。

一方、本発明の他面によれば、前記バッテリーパックを含む自動車を提供し得る。

本実施例は、ガイド部材によって全体体積及び重さを減少させながらも強度が向上する効果を奏する。

また、バッテリーパックの内部に備えられたバッテリーモジュールがガイド部材によって相互連結されるため、バッテリーモジュールの組立てが簡便かつ容易となる効果を奏する。

従来の一実施例のバッテリーパックの斜視図である。 図１の一部断面の上面視である。 従来の他の実施例によるバッテリーパックの一部断面の上面視である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックの内部を概略的に示した分離斜視図である。 図４の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図である。 図５においてガイド部材が除去された様子を示した断面図である。 図４の線Ｂ−Ｂ’に沿って見た断面図である。 （ａ）及び（ｂ）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ガイド部材の長さが調節される様子を示した図である。

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（接続）」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（接続）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（接続）される場合も含む。

図４は、本発明の第１実施例によるバッテリーパックの内部を概略的に示した分離斜視図であり、図５は、図４の線Ａ−Ａ’に沿って見た断面図であり、図６は、図５においてガイド部材が除去された様子を示した断面図であり、図７は、図４の線Ｂ−Ｂ’に沿って見た断面図である。

図４〜図７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と、ガイド部材２００と、を含む。

バッテリーパック１０には、複数のバッテリーモジュール１００が積層または配列され得る。但し、説明の便宜のために、以下では複数のバッテリーモジュール１００が単一層から形成されて横に配列された場合を中心にして説明する。バッテリーパック１０は、上部ケース（図示せず）及びパックカバー４００を含み得、図示していない上部ケースが複数のバッテリーモジュール１００を収容して保護するようにパックカバー４００に結合し得る。上部ケース及びパックカバー４００は、一つまたは複数のバッテリーモジュール１００を収納し得る。即ち、上部ケース及びパックカバー４００の内部に少なくとも一つのバッテリーモジュール１００を配列し、上部ケース及びパックカバー４００がバッテリーモジュール１００を囲んで保護する。即ち、上部ケース及びパックカバー４００は、バッテリーモジュール１００の全体を囲むことによって外部の振動や衝撃からバッテリーモジュール１００を保護する。上部ケース及びパックカバー４００は、バッテリーモジュール１００の形状に対応する形状として形成され得る。例えば、単一層として配列されたバッテリーモジュール１００の全体形状が六面体の形状に設けられる場合、上部ケース及びパックカバー４００もこれに対応して六面体形状に設けられ得る。上部ケース及びパックカバー４００は、例えば、金属材質のプレートを折り曲げて製造され得、これによって、上部ケースとパックカバー４００とは一体型として製造され得る。ここで、上部ケースとパックカバー４００とが一体型に製造される場合、結合工程が簡単かつ単純化する効果を奏する。または、上部ケースとパックカバー４００とが分離型に製造され、溶接、リベット、ボルト、ピン、ブラケットまたはモーメント接合方式などの多様な方式を用いて結合するように設けられ得る。そして、バッテリーパック１０には、バッテリーモジュール１００の充放電を制御するための各種装置、例えば、ＢＭＳ、電流センサー、ヒューズなどが含まれ得る。

バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０を含み得る。バッテリーセル１１０は、正極板／セパレータ／負極の順に配列される単位セル（Ｕｎｉｔ Ｃｅｌｌ）、または、正極板／セパレータ／負極板／セパレータ／正極板／セパレータ／負極の順に配列されたバイセル（Ｂｉ−Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個を積層した構造を有し得る。そして、バッテリーセル１１０には、電極リードが備えられ得る。電極リードは、外部に露出して外部機器に連結される一種の端子であって、導電性材質が用いられ得る。電極リードは、正極電極リード及び負極電極リードを含み得る。正極電極リードと負極電極リードとは、バッテリーセル１１０の長手方向に対して相互逆方向に配置されてもよく、または、正極電極リードと負極電極リードとがバッテリーセル１１０の長手方向に対して相互同一方向に位置されてもよい。一方、バッテリーモジュール１００は、バッテリーセル１１０を収納する複数のカートリッジが備えられ得る。各々のカートリッジは、プラスチック射出成形によって製造され得、バッテリーセル１１０を収納できる収納部が形成された複数のカートリッジが積層され得る。複数のカートリッジが積層されたカートリッジ組立体には、コネクター要素または端子要素が備えられ得る。コネクター要素は、例えば、バッテリーセル１１０の電圧または温度関連のデータを提供するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，図示せず）などに接続するための多様な形態の電気的接続部品または接続部材が含まれ得る。そして、端子要素は、バッテリーセル１１０に接続するメイン端子として正極端子及び負極端子を含み、端子要素は、ターミナルボルトが備えられて外部と電気的に接続し得る。

バッテリーモジュール１００には、後述するガイド部材２００が挿入される挿入孔１４１が形成され得る（図６参照）。即ち、図４及び図５を参照すれば、複数のバッテリーモジュール１００各々に形成された挿入孔１４１を貫通してガイド部材２００が挿入され、ガイド部材２００によって複数のバッテリーモジュール１００が相互配列され得る。複数のバッテリーモジュール１００は、ガイド部材２００が挿入孔１４１に挿入されることだけでも所定のパターンで配列可能であるため、バッテリーモジュール１００の組立てが簡便かつ容易になる効果を奏する。即ち、複数のバッテリーモジュール１００各々の挿入孔１４１にガイド部材２００が順次挿入されれば、バッテリーモジュール１００が相互接触しながら整列される。ここで、複数のバッテリーモジュール１００は、相互結合可能である。

バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０を保護するために複数のバッテリーセル１１０を囲むように設けられ得る。例えば、バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０を囲む上部フレーム１２０と、下部フレーム１３０と、側面フレーム１４０と、を含み得、上部フレーム１２０と、下部フレーム１３０と、側面フレーム１４０とは、一体型または分離型に相互結合し得る。そして、挿入孔１４１は、側面フレーム１４０側に形成され得る。挿入孔１４１が側面フレーム１４０側に形成される場合、バッテリーモジュール１００は、側面フレーム１４０を基準で整列され得る。ここで、挿入孔１４１は、いずれか一つの側面フレーム１４０のみに形成されてもよく、または、いずれか一つの側面フレーム１４０と他の一つの側面フレーム１４０とが接触する部分で、側面フレーム１４０の両方に共に形成されてもよい。または、いずれか一つの側面フレーム１４０と上部フレーム１２０とが接触する部分で、側面フレーム１４０と上部フレーム１２０との両方に共に形成されてもよく、または、いずれか一つの側面フレーム１４０と下部フレーム１３０とが接触する部分で、側面フレーム１４０と下部フレーム１３０との両方に共に形成されてもよい。即ち、ガイド部材２００が、バッテリーモジュール１００の側面に沿って挿入可能であれば、挿入孔１４１の形成位置は多様にすることができる。

ガイド部材２００は、図４を参照すれば、複数のバッテリーモジュール１００に結合し、バッテリーモジュール１００の移動をガイドする。即ち、ガイド部材２００が複数のバッテリーモジュール１００の配列を容易にする。

ガイド部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００の移動をガイドできれば、多様な形状を有し得る。例えば、ガイド部材２００は、棒形状として設けられ得る。ここで、棒形状のガイド部材２００は、三角形、四角形または円形のような多様な断面を有し得るが、必ずしもガイド部材２００の断面が前記形状に限定されることではない。ガイド部材２００は、バッテリーモジュール１００がガイド部材２００に沿って移動できるよう、レール、即ち、ガイドレールとして設けられ得る。但し、ガイド部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００の移動をガイドできれば、必ずしもレールである必要はない。

ガイド部材２００は、複数のバッテリーモジュール１００に結合できるように予め設定された範囲の長さを有し得る。そして、ガイド部材２００は、バッテリーモジュール１００に結合して、外部の衝撃からバッテリーモジュール１００を保護するように所定の剛性を有する材質が使われ得、ガイド部材２００は、例えば、スチールから製作され得るが、ガイド部材２００の材質はこれに限定されない。即ち、ガイド部材２００がバッテリーモジュール１００のフレームに各々形成された挿入孔１４１に結合されれば、パックカバー４００とフレーム１２０、１３０、１４０のみでならず、ガイド部材２００も外部の衝撃からバッテリーセル１１０を保護するようになり、これによって、バッテリーパック１０全体の剛性が向上する。前述のように、従来のバッテリーパック１は、パックカバー２、モジュールカバー３及び内部フレーム４が全て備えられるか（図２参照）、または、モジュールカバー３が除去され、パックカバー２及び内部フレーム４のみが備えられ得るが（図３参照）、前者の場合、バッテリーパック１が大きくて重いという問題点があり、後者の場合、バッテリーパック１の剛性が弱くなるという問題点があった。しかし、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１０は、図７を参照すれば、従来のモジュールカバー３の構成を除いてバッテリーパック１０の重さと体積は減少するが、ガイド部材２００がバッテリーモジュール１００に結合して剛性が増加するため、バッテリーセル１１０を衝撃から充分保護できるだけでなく、コンパクトなバッテリーパック１０の具現が可能となることから、従来の二種のバッテリーパック１の各々の問題点を解決することができる。

ガイド部材２００の端部には、モジュール固定部材３００が結合し得る（図４参照）。即ち、ガイド部材２００の端部が開放されていれば、バッテリーモジュール１００がガイド部材２００の端部によってガイド部材２００から離脱し得る。これを防止するために、ガイド部材２００の端部にモジュール固定部材３００が結合してバッテリーモジュール１００に接触するため、バッテリーモジュール１００のガイド部材２００からの離脱を防止することができる。ここで、モジュール固定部材３００は、バッテリーモジュール１００に接触してバッテリーモジュール１００の離脱を防止することができる多様な材質と形状を有し得、例えば、ナットまたはブロックとして設けられ得る。即ち、モジュール固定部材３００がナットである場合、ガイド部材２００が複数のバッテリーモジュール１００の各々の挿入孔１４１に全て挿入されれば、ナットがガイド部材２００の端部に結合し、バッテリーモジュール１００に接触することでバッテリーモジュール１００を固定し、これによってバッテリーモジュール１００の位置移動が防止される。

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。

複数のバッテリーモジュール１００の各々には、挿入孔１４１が形成されており、ガイド部材２００、例えば、所定の長さを有するガイドレールが複数のバッテリーモジュール１００の各々の挿入孔１４１に挿入され得る。ここで、ガイドレールは、一つ以上が設けられ、バッテリーモジュール１００の側面フレーム１４０側に挿入され、バッテリーモジュール１００の側面フレーム１４０を基準でバッテリーモジュール１００を所定のパターンで配列することができる。

このようにバッテリーモジュール１００の挿入孔１４１がガイドレールに挟まれることだけでもバッテリーモジュール１００が整列されるので、バッテリーモジュール１００の組立てが簡便かつ容易となり、また、パックカバー４００と、バッテリーモジュール１００のフレーム１２０、１３０、１４０のみならず、ガイド部材２００も外部の衝撃からバッテリーセル１１０を保護するようになるので、バッテリーパック１０全体の剛性が増加するという効果を奏する。

図８の（ａ）及び（ｂ）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、ガイド部材の長さが調節される様子を示した図である。

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２実施例の場合、ガイド部材２００の長さ調節が可能であるという点で第１実施例とは相違する。

図８の（ａ）及び（ｂ）を参照すれば、ガイド部材２００、例えば、ガイドレールには、長さの調節が可能な長さ調節部２１０が備えられ得、ここで、長さ調節部２１０は、テレスコープ構造で設けられ得る。テレスコープは望遠鏡を意味し、テレスコープ構造とは、相異なる直径を有する部材のうち直径の小さい部材が直径の大きい部材に挿入されて移動可能な構造を意味する。テレスコープ構造は、第１移動部２１１及び第２移動部２１２を含み得る。第１移動部２１１は任意の第１直径を有し得、第２移動部２１２は第１移動部２１１が挿入されるように第１直径よりも大きく設けられる第２直径を有し得る。即ち、相対的に直径の小さい第１移動部２１１が、相対的に直径の大きい第２移動部２１２に挿入され、スライド方式で移動可能である。ここで、第１移動部２１１及び第２移動部２１２は、所定の剛性を有するように設けられ得、プラスチック、金属または多様な複合素材として設けられ得る。そして、必要に応じて長さ調節部２１０は、より多い数の移動部を有し得る。例えば、第２直径よりも大きく設けられる第３直径を有する第３移動部２１３が備えられ、相対的に直径の小さい第２移動部２１２が相対的に直径の大きい第３移動部２１３に挿入されてスライド方式で移動可能に設けられ得る。但し、移動部の個数はこれに限定されず、長さ調節部２１０がテレスコープ構造を有するものであれば、移動部の個数はより多様にすることができる。

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、前記バッテリーパック１０には、前記バッテリーモジュール１００が備えられ得る。そして、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は、前記自動車（図示せず）、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のような電気を使用するように設けられる所定の自動車（図示せず）に適用可能である。

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
１１０ バッテリーセル
２００ ガイド部材

Claims (9)

1. 複数のバッテリーセルを含むバッテリーモジュールと、
   複数のバッテリーモジュールに結合し、前記複数のバッテリーモジュールの配列時、前記バッテリーモジュールの移動をガイドするガイド部材と、
   を含み、
   前記バッテリーモジュールには、前記ガイド部材が挿入される挿入孔が形成されており、
   前記バッテリーモジュールが、前記複数のバッテリーセルを囲む上部フレーム、下部フレーム及び側面フレームを含み、前記挿入孔が、前記側面フレーム側に形成されていることを特徴とするバッテリーパック。
2. 前記複数のバッテリーモジュールが相互配列されるよう、前記ガイド部材が、前記複数のバッテリーモジュール各々の挿入孔を貫通して挿入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. 前記ガイド部材が、棒状のガイドレールを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。
4. 前記ガイド部材の端部に結合し、前記バッテリーモジュールを固定するモジュール固定部材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. 前記ガイド部材には、長さ調節が可能な長さ調節部が備えら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. 前記長さ調節部が、テレスコープ構造を含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記テレスコープ構造が、
   第１直径を有する第１移動部と、
   前記第１移動部が挿入されるように前記第１直径よりも大きい直径の第２直径を有する第２移動部と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のバッテリーパック。
8. 前記複数のバッテリーモジュールは、前記バッテリーモジュールの側面フレームを基準で整列されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む自動車。
9. 請求項１から請求項８の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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