JP7046167B2 - パックハウジングを含むバッテリーパック - Google Patents

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Description

本発明は、パックハウジングを含むバッテリーパックに関し、より詳しくは、内部が負圧状態であるパックハウジングを備えることで、バッテリーセルの発火または爆発を防止できるバッテリーパックに関する。
本出願は、２０１８年４月９日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－００４１１０８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、すべて本出願に組み込まれる。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、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ず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いなどの長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として用いる。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それぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介して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収納する外装材、即ち、電池ケースと、を備える。
一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状によって、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分けることができる。
なお、最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池を電気的に接続する。特に、このような中・大型装置には、積層が容易であり、軽いという長所からパウチ型二次電池がよく用いられる。
一方、従来には、複数個のリチウム二次電池を電気的に接続してバッテリーパックを構成する場合、複数のリチウム二次電池が備えられたバッテリーモジュールを先に構成し、それからこのようなバッテリーモジュールを電装部品と共にパックハウジングに収納してバッテリーパックを製造することが一般的であった。
ところが、リチウム二次電池は、過熱される場合に爆発の危険性があり、安全性を確保することが重要な課題の一つである。このようなリチウム二次電池の過熱は、さまざまな原因で発生するが、そのうちの一つがリチウム二次電池を介して限界以上の過電流が流れる場合が挙げられる。
このように過電流が流れれば、リチウム二次電池がジュール熱によって発熱するので、電池の内部温度が急速に上昇する。また、温度の急速な上昇は電解液の分解反応をもたらし、熱爆走現象（thermal runaway）を起こすことで、結局は電池の爆発につながるようになる。
特に、複数のリチウム二次電池を備えたバッテリーパックは、その危険性が非常に高い。即ち、バッテリーパックの内部の複数のリチウム二次電池のうち、いずれか一つのリチウム二次電池が発火するだけでも、隣接したリチウム二次電池の連鎖発火ないし爆発が起こり得、安全性の面で大きい問題となる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、内部が負圧状態であるパックハウジングを備えることで、バッテリーセルの発火ないし爆発を防止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。
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、
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内部に収容するように収容空間が形成されたモジュールケースを備えた少なくとも一つ以上のバッテリーモジュールと、
前記バッテリーモジュールの上部を覆うように内部構造が形成され、一端部から他端部まで全体的に曲面を有する外部構造が形成された上蓋部を備える上部ケース、及び前記バッテリーモジュールの下部を囲むように内部構造が形成され、一端部から他端部まで全体的に曲面を有する外部構造が形成された下蓋部を備えた下部ケース、を備え、前記上部ケース及び前記下部ケースは、内部が負圧状態を維持するように相互結合して密閉されたパックハウジングと、を含み得る。
また、前記上部ケースは、前記上蓋部の下端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第１周縁部を備え、前記下部ケースは、前記下蓋部の上端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第２周縁部を備え得る。
さらに、前記第１周縁部及び前記第２周縁部は、前記パックハウジングの内部が負圧状態を維持するように相互結合し得る。
そして、前記上部ケースには、前記上部ケースの外部構造の外面から突出して延びて形成され、水平方向の一側が前記上蓋部の外面と連結され、下端部が前記第１周縁部の外側方向へ突出した部分の上面と連結されたリブが形成され得る。
また、前記下部ケースには、前記下部ケースの外部構造の外面から突出して延びて形成され、水平方向の一側が前記下蓋部の外面と連結され、上端部が前記第２周縁部の外側方向へ突出した部分の下面と連結されたリブが形成され得る。
さらに、前記上部ケースにはボルト締結されるように構成された締結口が形成され、前記モジュールケースにもボルトが挿入されるように構成された貫通口が形成され、前記下部ケースには、前記締結口と上下方向に対応する位置に締結溝が形成され得る。
そして、前記バッテリーパックは、前記上部ケースと、前記バッテリーモジュールと、前記下部ケースとが相互結合固定可能に構成された少なくとも一つ以上の長ボルトを備え得る。
また、前記パックハウジングは、前記上部ケースの第１周縁部と前記下部ケースの第２周縁部との間に介在されるガスケットをさらに含み得る。
さらに、前記第１周縁部及び前記第２周縁部の各々には、前記ガスケットの一部が挿入される挿入溝が形成され得る。
そして、前記パックハウジングには、真空ポンプの吸入ホースと連結されるか、または外部空気の流入を阻むように栓で密閉されるベントホールが形成され得る。
なお、上記の課題を達成するための本発明によるデバイスは、前記バッテリーパックを含み得る。
また、上記の課題を達成するための本発明によるエネルギー貯蔵システムは、前記デバイスを含み得る。
本発明の一面によれば、本発明のバッテリーモジュールは、パックハウジングが、外部構造に全体的に曲面が備えられた上蓋部及び下蓋部の各々を備えた上部ケース及び下部ケースを含むことで、密閉したパックハウジングの内部が負圧状態である場合、負圧によるパックハウジングの変形を効果的に防止することができる。
また、本発明の一面によれば、上部ケース及び下部ケースの各々の内部構造に支持部を形成することで、バッテリーモジュールがパックハウジングの内部に安定的に位置固定される。さらに、上部ケースの支持部及び下部ケースの支持部は、複数のバッテリーモジュールを挟んで支持することで、パックハウジングの変形を防止でき、バッテリーパックの耐久性を向上させることができる。さらに、パックハウジングは、支持部によって複数のバッテリーモジュールを内側方向へ加圧することで、バッテリーモジュールの充放電によるスウェリング現象を抑制することができる。
さらに、本発明の一面によれば、本発明のバッテリーパックは、上部ケースと、バッテリーモジュールと、下部ケースとが相互結合固定可能に構成された少なくとも一つ以上の長ボルトを備えることで、上部ケースと下部ケースとの結束を安定的に維持できるだけではなく、パックハウジングの内部に収容された複数のバッテリーモジュールを上部ケース及び下部ケースによって上下方向に加圧固定することができ、パックハウジングの内部におけるバッテリーモジュールの動きを効果的に防止することができる。
そして、本発明の一面によれば、上部ケース及び下部ケースの各々に剛性補強のためのリブを形成することで、パックハウジングの機械的剛性が弱い部位を補うことができ、製品の耐久性を効果的に向上させることができる。
また、本発明の一面によれば、パックハウジングの第１周縁部及び第２周縁部の各々に挿入溝を形成することで、ガスケットを第１周縁部と第２周縁部との間に安定的に固定することができるため、ガスケットのパックハウジングからの離脱、変形または損傷を効果的に防止することができる。
また、本発明の一面によれば、パックハウジングの内部を真空ポンプによって空気が排出された状態に維持することで、パックハウジングの内部を外部よりも相対的に酸素が少ない状態に維持することができ、バッテリーモジュールに内蔵されたバッテリーセルの異常作動などによる発火または爆発を未然に防止することができる。
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。
本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す分離斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーモジュール及び電装部品を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーセルを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの上部ケースを概略的に示す平面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの上部ケースを概略的に示す底面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの下部ケースを概略的に示す底面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックの下部ケースを概略的に示す平面図である。 図１の線Ｂ－Ｂ´に沿って見た様子を概略的に示す側断面図である。 図９のＣ´領域を概略的に示す部分側断面図である。 図９のＤ´領域を概略的に示す部分側断面図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの一部を概略的に示す部分側断面図である。 図１のＡ´領域を概略的に示す部分拡大図である。 本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す後面斜視図である。 図１４の線Ｃ－Ｃ´に沿って見た様子を概略的に示す側断面図である。
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、本明細書及び特許請求の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１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す斜視図である。図２は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す分離斜視図である。図３は、本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーモジュール及び電装部品を概略的に示す斜視図である。そして、図４は、本発明の一実施例によるバッテリーパックのバッテリーセルを概略的に示す斜視図である。ここで、図３には、図面の説明の便宜のためにバッテリーモジュールに搭載されたバッテリーセルは図示していない。
図１～図４を参照すれば、本発明のバッテリーパック２００は、少なくとも一つ以上のバッテリーモジュール１００を備え得る。
ここで、バッテリーモジュール１００は、複数のバッテリーセル１１０を備え得る。ここで、バッテリーセル１１０は、例えば、円筒状のバッテリーセル１１０であり得る。しかし、前記バッテリーセル１１０は、円筒状のバッテリーセル１１０に限定されず、他の種類、例えば、パウチ型のバッテリーセル１１０または金属材質の角形のバッテリーセル１１０などを適用することができる。
具体的に、図４に示したように、前記円筒状のバッテリーセル１１０は、円筒状缶１１５、及び前記円筒状缶１１５の内部に収容された電極組立体（図示せず）を含み得る。
ここで、前記円筒状缶１１５は、電気伝導性の高い材質からなり、例えば、アルミニウムまたは銅素材であり得る。
また、前記円筒状缶１１５が上下方向へ長く立てられて構成され得る。そして、前記円筒状缶１１５は、上下方向へ延びた円筒状であり得る。さらに、前記円筒状缶１１５の上部及び下部の各々には、電極端子１１１、１１２が形成され得る。具体的に、前記円筒状缶１１５の上端の扁平な円形の上面には、第１電極端子１１１が形成され得、前記円筒状缶１１５の下端の扁平な円形の下面には、第２電極端子１１２が形成され得る。そして、例えば、前記第１電極端子１１１は正極端子であり、前記第２電極端子は負極端子１１２であり得る。
さらに、前記円筒状のバッテリーセル１１０は、水平方向へ複数の列及び行に配置され得る。ここで、水平方向とは、円筒状のバッテリーセル１１０を地面に置いたとき、地面に平行な方向を意味し、上下方向に垂直な平面上の少なくとも一方向であるといえる。
また、電極組立体（図示せず）は、正極と負極との間に分離膜を介在した状態でゼリーロール型に巻き取られた構造で形成され得る。前記正極（図示せず）には、正極タブが付着され、円筒状缶１１５の上端の第１電極端子１１１に接続し得る。前記負極（図示せず）には、負極タブが付着され、円筒状缶１１５の下端の第２電極端子１１２に接続し得る。
一方、前記モジュールケース１２０は、前記円筒状のバッテリーセル１１０を内部に挿入して収容できる収容空間が形成され得る。具体的に、前記収容空間１２３は、前記円筒状のバッテリーセル１１０の外側面を囲むように形成された中空構造が複数個形成され得る。
さらに、前記モジュールケース１２０は、上部フレーム１２０Ａ及び下部フレーム１２０Ｂを備え得る。
ここで、前記上部フレーム１２０Ａは、第１突出締結部１２２ａを備え得、前記下部フレーム１２０Ｂは、第２突出締結部１２２ｂを備え得る。
具体的に、第１突出締結部１２２ａは、Ｆ方向から見たとき、前記上部フレーム１２０Ａの外側壁の外面から前方へ突出して延びて形成され得る。また、第２突出締結部１２２ｂは、Ｆ方向から見たとき、前記下部フレーム１２０Ｂの外側壁の外面から後方へ突出して延びて形成され得る。
ここで、前、後、左、右、上、下のように方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。但し、本明細書においては、説明の便宜のために、Ｆ方向から見ることを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向に区分して示す。
そして、前記第１突出締結部１２２ａ及び前記第２突出締結部１２２ｂには、締結ボルト（図示せず）が挿入されるように貫通孔１２２ｈが形成され得る。例えば、図１に示したように、前記モジュールケース１２０の前記第１突出締結部１２２ａは、他のバッテリーモジュール１０１の第２突出締結部１２２ｂと締結ボルトによって締結結合できる。
ここで、前記第１突出締結部１２２ａの貫通孔１２２ｈは、締結ボルトが連続的に挿入されるように他のバッテリーモジュール１００の下部フレーム１２０Ｂにおける第２突出締結部１２２ｂの貫通孔１２２ｈと連通し得る。これによって、一つのバッテリーモジュール１００及び他の一つのバッテリーモジュール１０１は、締結ボルトを用いて第１突出締結部１２２ａと第２突出締結部１２２ｂとが相互締結されることによってバッテリーモジュール１００、１０１、１０２が配列可能となる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、上部フレーム１２０Ａの第１突出締結部１２２ａは、他のバッテリーモジュール１００の下部フレーム１２０Ｂの第２突出締結部１２２ｂとボルト締結されることで、バッテリーモジュール１００、１０１、１０２の配置構造が崩れることを防止できる。
また、前記バッテリーモジュール１００は、一面が前記複数の円筒状のバッテリーセル１１０の少なくとも二つ以上の円筒状のバッテリーセル１１０の電極端子１１１、１１２と接触して電気的に接続するようにバスバー（図示せず）を備え得る。具体的に、前記バスバーは、電気伝導性の金属からなるワイヤ、またはプレート形状であり得る。また、前記バスバーは、モジュールケース１２０の上面及び下面に配置され得、少なくとも一部が前記複数の円筒状のバッテリーセル１１０の電極端子１１１、１１２と溶接接合され得る。
また、前記バッテリーパック２００は、前記バッテリーモジュール１００の放熱を助けるために、放熱パッド２６０を備え得る。具体的に、前記放熱パッド２６０は、バッテリーモジュール１００の上端面または下端面に位置され得る。そして、前記放熱パッド２６０は、熱伝導性が高くて電気絶縁性の素材からなり得る。さらに、前記放熱パッド２６０は、例えば、シリコーン素材からなるシリコーンパッドであり得る。
図３に示したように、本発明のバッテリーパック２００は、総１４個のバッテリーモジュール１００を含んでいる。具体的に、総１４個のバッテリーモジュール１００は、２段の積層構造を有している。そして、１段には８個のバッテリーモジュール１００がボルト２３０によって相互締結され、２段には６個のバッテリーモジュール１００がボルト２３０によって相互締結されて構成され得る。
図５は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの上部ケースを概略的に示す平面図である。そして、図６は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの上部ケースを概略的に示す底面図である。
また、図１及び図２と共に図５及び図６を参照すれば、本発明のバッテリーパック２００は、上部ケース２２１及び下部ケース２２５を備えたパックハウジング２２０を含む。
ここで、前記上部ケース２２１は、電気絶縁性の素材からなり得る。また、前記上部ケース２２１は、例えば、電気絶縁性のプラスチック素材であり得る。そして、前記上部ケース２２１は、射出成形によって形成され得る。さらに、前記上部ケース２２１は、前記複数のバッテリーモジュール１００の上部を覆うように内部構造２２１ｅが形成され得る。即ち、前記上部ケース２２１の内部構造２２１ｅは、バッテリーモジュール１００の上部を収容できる容積を有し得る。また、前記上部ケース２２１は、一端部から他端部まで全体的に曲面Ｓを有する外部構造が形成された上蓋部２２１ａを備え得る。
例えば、図５に示したように、前記上部ケース２２１は、９個の曲面Ｓを有するように上蓋部２２１ａが構成され得る。さらに、前記上部ケース２２１は、左右方向Ｗよりも前後方向Ｖへ長く形成され得る。
図７は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの下部ケースを概略的に示す底面図である。そして、図８は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの下部ケースを概略的に示す平面図である。
また、図１及び図２と共に図７及び図８を参照すれば、前記下部ケース２２５は、電気絶縁性の素材からなり得る。また、前記下部ケース２２５は、例えば、電気絶縁性のプラスチック素材であり得る。そして、前記下部ケース２２５は、射出成形によって形成され得る。
さらに、前記下部ケース２２５は、前記複数のバッテリーモジュール１００の下部を囲むように内部構造２２５ｅが形成され得る。即ち、前記下部ケース２２５の内部構造２２５ｅは、バッテリーモジュール１００の下部を収容できる容積を有し得る。また、前記下部ケース２２５は、一端部から他端部まで全体的に曲面を有する外部構造が形成された下蓋部２２５ａを備え得る。
例えば、図７に示したように、前記下部ケース２２５は、９個の曲面を外面に有するように下蓋部２２５ａが構成され得る。さらに、前記下部ケース２２５は、左右方向Ｗよりも前後方向Ｖへ長く形成され得る。
また、前記上部ケース２２１及び前記下部ケース２２５は、パックハウジング２２０の内部が負圧状態を維持するように相互結合し得る。即ち、前記上部ケース２２１の下部と前記下部ケース２２５の上部とが相互気密に結合し、外部から密閉できる。この際、前記パックハウジング２２０の複数のバッテリーモジュール１００が収容された内部は、大気圧に比べて相対的に負圧状態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記パックハウジング２２０は、外部構造に全体的に曲面が備えられた上蓋部２２１ａ及び下蓋部２２５ａの各々を備えた上部ケース２２１及び下部ケース２２５を含むことで、気密のパックハウジング２２０の内部が負圧状態である場合、負圧によるパックハウジング２２０の変形を効果的に防止することができる。
言い換えれば、パックハウジング２２０が全体的に四角のボックス形態に形成された場合に比べ、四角ボックスの角部分に比べて平面であるハウジングの上面または下面の中央部位は、負圧が集中して変形に弱い構造を有しており、負圧による変形が発生しやすい。これに対し、本発明のように、全体的に曲面に形成されたパックハウジング２２０は、負圧による変形力が曲面全体に均一に分散でき、負圧による変形を効果的に防止することができる。
図１及び図２をさらに参照すれば、前記上部ケース２２１は、前記上蓋部２２１ａの下端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第１周縁部２２１ｂを備え得る。即ち、前記第１周縁部２２１ｂは、底面視で全体的に楕円形を有し得る。そして、前記第１周縁部２２１ｂは、上下方向へ所定の厚さを有するように形成され得る。
また、前記下部ケース２２５は、前記下蓋部２２５ａの上端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第２周縁部２２５ｂを備え得る。即ち、前記第２周縁部２２５ｂは、平面視で全体的に楕円形を有し得る。そして、前記第２周縁部２２５ｂは、上下方向へ所定の厚さを有するように形成され得る。
さらに、前記第１周縁部２２１ｂ及び前記第２周縁部２２５ｂは、前記パックハウジング２２０の内部が負圧状態を維持するように相互結合し得る。具体的に、前記第１周縁部２２１ｂの下面と前記第２周縁部２２５ｂの上面とが相互結合し得る。この際、前記第１周縁部２２１ｂと前記第２周縁部２２５ｂとは、例えば、ボルト２３０（図２）によって締結され得る。
さらに、前記上部ケース２２１の第１周縁部２２１ｂには、ボルト締結されるように構成された締結口Ｈ１が形成され得る。そして、前記下部ケース２２５の第２周縁部２２５ｂには、前記締結口Ｈ１と上下方向に対応する位置に締結溝Ｈ２が形成され得る。さらに、前記ボルト２３０の下部には雄ねじが形成され、前記締結溝Ｈ２には雌ねじが形成され得る。
即ち、前記ボルト２３０の下部は、前記締結溝Ｈ２に形成されたねじ結合によって結束できる。また、前記ボルト２３０のヘッドは、前記締結口Ｈ１の口径よりも大きく設定されることで、前記ボルト２３０のヘッドが前記締結口Ｈ１の内部へ挿入されないようにすることができる。
例えば、図５に示したように、上部ケース２２１の第１周縁部２２１ｂには、１４個の締結口Ｈ１が形成され得る。そして、例えば、図８に示したように、下部ケース２２５の第２周縁部２２５ｂには、１４個の締結溝Ｈ２が形成され得る。そして、前記１４個の締結口Ｈ１と１４個の締結溝Ｈ２とは、上下の対応位置に形成され得る。また、本発明のバッテリーパック２００は、１４個のねじボルト２３０を備え得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のパックハウジング２２０は、第１周縁部２２１ｂ及び第２周縁部２２５ｂに形成された締結口Ｈ１及び締結溝Ｈ２にボルト２３０を挿入して締結することで、パックハウジング２２０の密封を効果的に行うことができる。また、所定の面積を有する第１周縁部２２１ｂの下面と第２周縁部２２５ｂの上面とが相互結合することで、パックハウジング２２０の密封性を効果的に向上させることができる。
図９は、図１の線Ｂ－Ｂ´に沿って見た様子を概略的に示す側断面図である。図１０は、図９のＣ´領域を概略的に示す部分側断面図である。そして、図１１は、図９のＤ´の領域を概略的に示す部分側断面図である。
図６及び図８と共に図９～図１１を参照すれば、前記上部ケース２２１の内部構造２２１ｅには、支持部２２４が形成され得る。具体的に、前記支持部２２４は、前記パックハウジング２２０の内部に収容されるバッテリーモジュール１００を支持するように前記上部ケース２２１の内部の上面から内側方向へ突出して延びた構造であり得る。また、前記支持部２２４は、上部ケース２２１の上蓋部２２１ａの内部の上面とバッテリーモジュール１００の外面との距離に応じて内側方向へ突出して延びた長さが変わり得る。さらに、前記支持部２２４は、水平方向へ線状で延びた形態であり得、相互交差するように連結された形態であり得る。例えば、前記支持部２２４は、底面視で格子形態を有し得る。
また、前記下部ケース２２５の内部構造２２５ｅにも支持部２２７が形成され得る。具体的に、前記支持部２２７は、前記パックハウジング２２０の内部に収容されるバッテリーモジュール１００を支持するように前記下部ケース２２５の内部の下面から内側方向へ突出して延びた構造であり得る。また、前記支持部２２７は、下部ケース２２５の下蓋部の内部の下面とバッテリーモジュールとの距離に応じて内側方向へ突出して延びた長さが変わり得る。さらに、前記支持部２２７は、水平方向へ線状に延びた形態であり得、相互交差するように連結された形態であり得る。例えば、前記支持部２２７は、平面視で格子形態を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記上部ケース２２１及び下部ケース２２５の各々の内部構造に支持部２２４、２２７を形成することで、前記バッテリーモジュール１００がパックハウジング２２０の内部に安定的に位置固定される。さらに、前記上部ケース２２１の支持部２２４及び前記下部ケース２２５の支持部２２７は、それらの間に前記複数のバッテリーモジュール１００を挟んだ状態で相互対応する位置で前記複数のバッテリーモジュール１００を支持するため、前記支持部２２４、２２７は、パックハウジング２２０の内部に発生した負圧によるパックハウジング２２０の内側方向への変形を防止する役割を果たすことができる。
図２と共に図９～図１１を参照すれば、前記バッテリーパック２００は、前記上部ケース２２１と、前記バッテリーモジュール１００と、前記下部ケース２２５と、が相互結合固定可能に構成された少なくとも一つ以上の長ボルト２３２を備え得る。
具体的に、前記上部ケース２２１には、長ボルト２３２が挿入されるための締結口Ｈ１ａが形成され得る。また、前記バッテリーモジュール１００のモジュールケース１２０は、長ボルト２３２の柱部２３２ｂが挿入されるように貫通口Ｈ４（図３）が形成され得る。また、前記下部ケース２２５には、前記長ボルト２３２の下部が挿入固定されるように構成された締結溝Ｈ２ａが形成され得る。この際、前記締結溝Ｈ２ａには、前記長ボルト２３２の下部の雄ねじと螺合する雌ねじが形成されたインサートナット２３４が挿入され得る。
例えば、図２に示したように、バッテリーパック２００は、１２個の長ボルト２３２を備え得る。また、前記上蓋部２２１ａには、長ボルト２３２の柱部２３２ｂが挿入されるように構成された１２個の締結口Ｈ１ａが形成され得る。さらに、図３に示したように、前記バッテリーモジュール１００のモジュールケース１２０には、長ボルト２３２の柱部２３２ｂが挿入されるように構成された１２個の貫通口Ｈ４が形成され得る。そして、前記図６に示したように、長ボルト２３２の下部が挿入固定されるように構成された１２個の締結溝Ｈ２ａが形成され得る。
また、前記長ボルト２３２のヘッド２３２ａの下面には、締結口Ｈ１ａのシーリングのための弾性リング（図示せず）が形成され得る。例えば、前記弾性リングは、前記長ボルト２３２のヘッド２３２ａの下面に溶融したシリコーンを塗布して硬化させる方法で形成し得る。または、前記弾性リングは、前記柱部２３２ｂに沿って挿入される方式で前記ヘッドの下面に位置し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーパック２００は、前記上部ケース２２１と、前記バッテリーモジュール１００と、前記下部ケース２２５とを相互結合固定可能に構成された少なくとも一つ以上の長ボルト２３２を備えることで、前記上部ケース２２１と前記下部ケース２２５との結束を安定的に維持するだけではなく、パックハウジング２２０の内部に収容された複数のバッテリーモジュール１００を前記上部ケース２２１及び前記下部ケース２２５によって上下方向へ加圧固定でき、パックハウジング２２０の内部におけるバッテリーモジュール１００の動きを効果的に防止することができる。
図１及び図３と共に図９をさらに参照すれば、前記バッテリーパック２００は、通信コネクター２８０をさらに含み得る。また、前記通信コネクター２８０は、バッテリーモジュール１００の充電状態や出力状態を確認するために外部デバイス（図示せず）と電気的に接続するように構成され得る。そして、前記通信コネクター２８０は、信号伝送ケーブル（図示せず）を介して電装部品２５０と電気的に接続できる。
また、前記バッテリーパック２００は、外部入出力端子２９０を備え得る。具体的に、前記バッテリーパック２００は、二つの外部入出力端子２９０を備え得る。前記外部入出力端子２９０は、電気伝導性の金属からなり得る。例えば、前記外部入出力端子２９０は、アルミニウム、銅、ニッケルなどからなり得る。
さらに、前記外部入出力端子２９０は、前記バッテリーモジュール１００に備えられた複数のバッテリーセル１１０と電気的に接続した外部のバスバー１３０と電気的に接続し得る。したがって、前記バッテリーパック２００は、外部デバイスに電源を供給できるように前記外部入出力端子２９０を介して電力を伝達できる。この際、前記外部入出力端子２９０は、前記パックハウジング２２０の製造時、インサート射出工法によって前記パックハウジング２２０の一部に挿入された形態で形成され得る。
図１２は、本発明の他の一実施例によるバッテリーパックの一部を概略的に示す部分側断面図である。
図１２を参照すれば、他の実施例によるバッテリーパックの上部ケース２２１Ｃは、図９の上部ケース２２１と比較すれば、上蓋部２２１ａに形成された締結口Ｈ１にインサートナット２３４をさらに挿入して形成できる。また、他の実施例によるバッテリーパックは、図９の長ボルト２３２と比較すれば、柱部２３２ｂの上部にも雄ねじ２３２ｓがさらに形成された長ボルト２３２Ｂを備え得る。
即ち、他の実施例によるバッテリーパックは、図９のように、下部ケース２２５の締結溝Ｈ２ａにインサートナット２３４が備えられると共に、上部ケース２２１Ｃの締結口Ｈ１にもインサートナット２３４が備えられ得る。そして、図１２の長ボルト２３２は、柱部の上部及び下部の各々に雄ねじ２３３ａが形成され得る。これによって、図１２のバッテリーパックは、長ボルト２３２Ｂを用いて、前記上部ケース２２１Ｃのインサートナット２３４及び下部ケース２２５のインサートナット２３４の各々に挿入固定され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、他の実施例によるバッテリーパックは、上部及び下部の各々にねじが形成された長ボルト２３２を用いて、上部ケース２２１Ｃの内側方向への移動及び外側方向への移動を共に防止できるので、より安定的にパックハウジングの密閉性を維持できるだけでなく、パックハウジングの内部の負圧によるパックハウジングの内側方向への収縮を防止することができる。このようなパックハウジングの収縮防止は、長ボルト２３２Ｂと締結口Ｈ１との間隙の発生を防止することができ、パックハウジングの密閉性を効果的に向上させることができる。
図１３は、図１のＡ´領域を概略的に示す部分拡大図である。
図１及び図２と共に図１３を参照すれば、前記上部ケース２２１の外部構造には、リブ２２６が形成され得る。具体的に、前記リブ２２６は、前記上部ケース２２１の上蓋部２２１ａの外面から突出して延びて形成され得る。より具体的に、前記リブ２２６は、水平方向の内側が、前記上蓋部２２１ａの外面と連結され、下端部が、前記第１周縁部２２１ｂの外側方向への突出部分の外面（上面）と連結され得る。
そして、前記リブ２２６は、左右方向の幅が上方へ進むほど減少する形状を有し得る。即ち、前記リブ２２６は、Ｆ方向から見た場合、三角形の形状であり得る。さらに、前記リブ２２６は、形成された部位に補強が必要な程度によって多様な大きさに形成され得る。例えば、前記上部ケース２２１の内側に位置したリブ２２６が外側に位置したリブ２２６よりも大きいことがある。例えば、図５に示したように、前記上部ケース２２１には、左右方向の両側に１２個のリブ２２６が形成され得る。
また、図１及び図２を参照すれば、前記下部ケース２２５の下蓋部２２５ａの外部構造の外面にもリブ２２６が形成され得る。具体的に、前記リブ２２６は、前記下部ケース２２５の下蓋部２２５ａの外部構造の外面から突出して延びて形成され得る。そして、前記リブ２２６は、水平方向の内側が、前記下蓋部２２５ａの外面と連結され、上端部が、前記第２周縁部２２５ｂの外側方向への突出部分の外面と連結され得る。
そして、前記リブ２２６は、左右方向の幅が下方へ進むほど減少する形状を有し得る。即ち、前記リブ２２６は、Ｆ方向から見た場合、逆三角形の形状であり得る。さらに、前記リブ２２６は、形成された部位に補強が必要な程度によって多様な大きさに形成され得る。例えば、前記下部ケース２２５の内側に位置したリブ２２６が、外側に位置したリブ２２６よりも大きいことがある。例えば、図７に示したように、前記下部ケース２２５には、１２個のリブ２２６が形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記上部ケース２２１及び前記下部ケース２２５の各々は、剛性の補強のためのリブ２２６が形成されることで、パックハウジング２２０の機械的剛性が弱い部位を補うことができ、製品の耐久性を効果的に向上させることができる。
図１４は、本発明の一実施例によるバッテリーパックを概略的に示す後面斜視図である。そして、図１５は、図１４の線Ｃ－Ｃ´に沿って見た様子を概略的に示す側断面図である。
図２と共に図１４及び図１５を参照すれば、前記パックハウジング２２０は、前記上部ケース２２１と前記下部ケース２２５とをシーリングするためにガスケット２４０をさらに含み得る。具体的に、前記ガスケット２４０は、弾性を有するゴム素材またはプラスチック素材からなり得る。さらに、前記ガスケット２４０は、前記上部ケース２２１の第１周縁部２２１ｂと前記下部ケース２２５の第２周縁部２２５ｂとの間に介在され得る。そして、例えば、図２に示したように、前記ガスケット２４０は、前記第１周縁部２２１ｂ及び前記第２周縁部２２５ｂに沿って連続して延びた形態であり得る。即ち、前記ガスケット２４０は、平面視で楕円形の形状を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ガスケット２４０は、上部ケース２２１と下部ケース２２５との間に介在されることで、前記上部ケース２２１と下部ケース２２５との密封性を効果的に向上させることができる。
また、前記第１周縁部２２１ｂ及び前記第２周縁部２２５ｂの各々には、前記ガスケット２４０の一部が挿入される挿入溝Ｈ３が形成され得る。具体的に、前記第１周縁部２２１ｂには、前記ガスケット２４０の下部が挿入されるように挿入溝Ｈ３が形成され得る。そして、前記第２周縁部２２５ｂには、前記ガスケット２４０の上部が挿入されるように挿入溝Ｈ３が形成され得る。さらに、前記第１周縁部２２１ｂの挿入溝Ｈ３及び前記第２周縁部２２５ｂの挿入溝Ｈ３は、上下方向の対称位置に形成され得る。これによって、前記第１周縁部２２１ｂと第２周縁部２２５ｂとが相互結合すると共に、前記ガスケット２４０は、前記第１周縁部２２１ｂ及び第２周縁部２２５ｂの各々の挿入溝Ｈ３に挿入され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記第１周縁部２２１ｂ及び第２周縁部２２５ｂの各々に挿入溝Ｈ３を形成することで、前記ガスケット２４０を前記第１周縁部２２１ｂと第２周縁部２２５ｂとの間に安定的に固定することができ、前記ガスケット２４０のパックハウジング２２０からの離脱、変形または損傷を効果的に防止することができる。
また、図１４及び図１５を参照すれば、前記パックハウジング２２０には、ベントホールＨ５が形成され得る。具体的に、前記ベントホールＨ５は、真空ポンプ（図示せず）の吸入ホースと連結されるように構成され得る。即ち、前記ベントホールＨ５は、前記パックハウジング２２０の内部に真空圧を付加するために真空ポンプの吸入ホースと連結されるように構成され得る。また、前記真空ポンプは、ベントホールＨ５を通してパックハウジング２２０のバッテリーモジュール１００の収容空間に所定の真空圧が形成されるように内部空気を吸入できる。
例えば、図１４に示したように、本発明のバッテリーパック２００は、パックハウジング２２０の後端に、ベントホールＨ５形成し得る。また、前記パックハウジング２２０の下部ケース２２５の第２周縁部２２５ｂと連結され、下部方向へ延びた拡張部に、ベントホールＨ５を形成し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、本発明のバッテリーパック２００のパックハウジング２２０の内部は、前記真空ポンプによって空気が排出された状態に維持可能であるため、パックハウジング２２０の内部を外部よりも相対的に酸素が少ない状態に維持することができ、前記バッテリーモジュール１００に内蔵されたバッテリーセルの異常作動などによる発火ないし爆発を防止することができる。
そして、前記ベントホールＨ５は、外部空気の空気圧よりも相対的にパックハウジング２２０の内部に所定の負圧が形成された後、負圧を安定的に維持できるよう外部空気の流入を遮断するために、栓２５８で密閉できる。具体的に、前記栓２５８には、前記ベントホールＨ５の密閉性を高めるために、Ｏリング２５８Ｐを備え得る。即ち、前記栓２５８の柱部２５８ａにＯリング２５８Ｐが形成され得る。前記Ｏリング２５８Ｐは、例えば、ゴム材質からなり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ベントホールＨ５をＯリングが形成された栓２５８で密閉する場合、密閉性が優秀になり、パックハウジング２２０の内部の負圧を安定的に維持することができる。
また、前記栓２５８の内側方向の柱部２５８ａの一端部には、フック構造２５８Ｈが形成され得る。そして、前記フック構造２５８Ｈは、前記ベントホールＨ５の内部構造に凹んで形成された係止溝Ｈ６にかかるように形成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ベントホールＨ５を密閉するようにフック構造２５８Ｈが形成された栓２５８を用いる場合、パックハウジング２２０の内圧の上昇や外部衝撃によって栓２５８が分離されることを防止することができる。
また、前記栓２５８の柱部２５８ａは、少なくとも二つ以上に分かれた分枝構造で形成され得る。前記柱部２５８ａは、少なくとも二つ以上に分かれた構造によって弾力的に前記ベントホールＨ５に挿入可能となる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前記ベントホールＨ５を密閉するように分枝構造が形成された栓２５８を適用することで、栓２５８をベントホールＨ５に容易に挿入固定することができ、製造効率を効果的に高めることができる。
また、図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパック２００は、このようなバッテリーモジュール１００に加え、バッテリーモジュール１００の充放電を制御するための電装部品２５０をさらに備え得る。例えば、ＢＭＳ（Battery Management System）、電流センサー、ヒューズボックス２７０などをさらに含み得る。
また、バッテリーパック２００は、複数のバッテリーモジュール１００の組立体とその運用に必要な電装部品２５０のみならず、バッテリーモジュール１００の温度を適正に管理するための冷却装置、例えば、放熱板、冷却チューブ、冷却水ダクトなど、その他の構成品をさらに含み得る。
また、本発明によるバッテリーパック２００は、エネルギー貯蔵デバイスに適用するか、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用することができる。即ち、本発明による自動車は、前記バッテリーパック２００を含むことができる。
例えば、デバイスは、前記バッテリーパック２００を含み得る。また、前記デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスであり得る。そして、前記エネルギー貯蔵デバイスは、エネルギー貯蔵デバイスを制御できる制御装置、外部と通信する通信装置と共にエネルギー貯蔵システムに備えられ得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
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ず、本発明の属する技術分野における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、パックハウジングを含むバッテリーパックに関する。また、本発明は、前記バッテリーパックが備えられた電子デバイスまたは自動車関連産業に利用可能である。
１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１２０ モジュールケース
２００ バッテリーパック
２２０ パックハウジング
２２１ 上部ケース
２２１ａ 上蓋部
２２１ｂ 第１周縁部
２２４、２２７ 支持部
２２５ 下部ケース
２２５ａ 下蓋部
２２５ｂ 第２周縁部
２２６ リブ
２３０ ボルト
２３２ 長ボルト
２４０ ガスケット
２５８ 栓
Ｈ１ 締結口
Ｈ２ 締結溝
Ｈ３ 挿入溝
Ｈ４ 貫通口
Ｈ５ ベントホール

Claims (10)

  1. 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内部に収容するように収容空間が形成されたモジュールケースを備えた少なくとも一つ以上のバッテリーモジュールと、
    前記バッテリーモジュールの上部を覆うように内部構造が形成され、一端部から他端部まで全体的に曲面を有する外部構造が形成された上蓋部を備える上部ケース、及び前記バッテリーモジュールの下部を囲むように内部構造が形成され、一端部から他端部まで全体的に曲面を有する外部構造が形成された下蓋部を備えた下部ケースを備え、前記上部ケース及び前記下部ケースは、パックハウジングの内部が外部の大気圧と比較し負圧状態を維持するように相互結合して密閉された、パックハウジングと、
    を含むことを特徴とするバッテリーパック。
  2. 前記上部ケースは、前記上蓋部の下端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第１周縁部を備え、
    前記下部ケースは、前記下蓋部の上端面に沿って形成され、外側方向へ突出して延びた第２周縁部を備え、
    前記第１周縁部及び前記第２周縁部は、前記パックハウジングの内部が負圧状態を維持するように相互結合す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. 前記上部ケースには、前記上部ケースの外部構造の外面から突出して延びて形成され、水平方向の一側が前記上蓋部の外面と連結され、下端部が前記第１周縁部の外側方向へ突出した部分の上面と連結されたリブが形成され、
    前記下部ケースには、前記下部ケースの外部構造の外面から突出して延びて形成され、水平方向の一側が前記下蓋部の外面と連結され、上端部が前記第２周縁部の外側方向へ突出した部分の下面と連結されたリブが形成された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. 前記上部ケースにはボルト締結されるように構成された締結口が形成され、前記モジュールケースにもボルトが挿入されるように構成された貫通口が形成され、前記下部ケースには、前記締結口と上下方向に対応する位置に締結溝が形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  5. 前記バッテリーパックは、前記上部ケースと、前記バッテリーモジュールと、前記下部ケースとが相互結合固定可能に構成された少なくとも一つ以上の長ボルトを備え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. 前記パックハウジングは、前記上部ケースの第１周縁部と前記下部ケースの第２周縁部との間に介在されるガスケットをさらに含むことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  7. 前記第１周縁部及び前記第２周縁部の各々には、前記ガスケットの一部が挿入される挿入溝が形成された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. 前記パックハウジングには、真空ポンプの吸入ホースと連結されるか、または外部空気の流入を阻むように栓で密閉されるベントホールが形成されたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、デバイス。
  10. 請求項９に記載のデバイスを含む、エネルギー貯蔵システム。
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