JP7248863B2 - 移動と組立の便宜性が増大した構造及び安全性が向上した構造を有するバッテリーパック - Google Patents

Description

本発明は、移動と組立の便宜性が増大した構造及び安全性が向上した構造を有するバッテリーパックに関し、より具体的には、複数のバッテリーモジュールをモジュール締結プレート及びＢＭＳアセンブリを用いて締結した構造、並びに、内部のバッテリーセルで火炎が発生したとき、バッテリーパックの外部に火炎が漏出することを防止できる構造を有するバッテリーパックに関する。

本出願は、２０２０年３月５日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００２７９００号に基づく優先権を主張し、当該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。

エネルギー貯蔵装置として用いられるバッテリーパックは、外部の物理的要因による使用上の危険性を除去し、設置環境及び使用条件を考慮して適切に機能可能に構成されたエネルギー貯蔵装置の一種である。このようなエネルギー貯蔵装置として用いられるバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールと、バッテリーモジュールと電気的に接続されるＢＭＳアセンブリとを結合した形態を有し得る。

このようなエネルギー貯蔵装置として用いられるバッテリーパックのうち、特に家庭用バッテリーパックの場合、狭い階段及び／または通路を通って移動する場合が多い。エネルギー貯蔵装置として用いられるバッテリーパックは比較的に大きくて重い場合が多いため、移動及び設置の便宜性を考慮して製造しなければならない。また、エネルギー貯蔵装置として用いられるバッテリーパックは、十分な容量及び出力を確保するため複数のバッテリーセルを含んでいるため、使用中に異常が発生する場合、ユーザの安全を確保できるように設計する必要がある。

本発明は、上述した技術的課題に鑑みてなされたものであり、移動及び設置の便宜性を確保し、また使用上の安全性を確保可能なバッテリーパックの構造を提供することを目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。

上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーパックは、上面に形成される少なくとも一対の第１把持溝及び少なくとも一つのコネクタを備える一対のバッテリーモジュールと、一対のバッテリーモジュールの下端に結合され、地面に固定される支持プレートと、第１把持溝に挿入されるガイド突出部を備え、コネクタを通じて一対のバッテリーモジュールにプラグインタイプで結合されるＢＭＳアセンブリと、を含む。

バッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含むセル積層体と、セル積層体を収容するモジュールハウジングと、モジュールハウジングの下端開口部を覆う下部カバーと、モジュールハウジングの上端開口部を覆う上部カバーアセンブリと、を含み得る。

上部カバーアセンブリは、モジュールハウジングの上端開口部を覆い、その長手方向の一側に形成されたコネクタを備え、その中心部に下方に凹設された上部カバー溝を備える上部カバーと、上部カバー溝内に固定され、バッテリーセルと電気的に接続されるヒューズと、上部カバー溝内でヒューズを覆うヒューズカバーと、上部カバー溝の上端を覆い、上部カバーに結合されるカバープレートと、を含み得る。

カバープレートは、少なくとも一対のカバープレート孔を備え、ヒューズカバーと離隔した状態で設けられて、カバープレートとヒューズカバーとの間には第１把持溝が形成され得る。

ＢＭＳアセンブリは、一対のバッテリーモジュールと結合されるＢＭＳ本体と、ＢＭＳ本体の上部に結合されるＢＭＳカバーと、を含み得る。

バッテリーパックは、ＢＭＳカバーの長手方向の一側及び他側とＢＭＳ本体との間に形成される第２把持溝を備え得る。

ガイド突出部は、ＢＭＳ本体の下面に形成され、カバープレート孔を通って第１把持溝内に挿入されてＢＭＳアセンブリとバッテリーモジュールとの結合をガイドし得る。

バッテリーパックは、ガイド突出部とカバープレート孔の内側との間に介在されるガスケットをさらに含み得る。

セル積層体とモジュールハウジングとの間にはガス流路が形成され得る。

下部カバーは、その長手方向の両側に形成されてガス流路と連通される下部カバー孔を備え得る。

下部カバー孔内にはメッシュフィルターが挿入され得る。

下部カバーは、下方に延設された複数の第１隔壁を備え得る。

支持プレートは、上方に延設された複数の第２隔壁と、長手方向の中心部に形成されたガス排出孔と、を備え得る。

対応する位置に形成される第１隔壁と第２隔壁とは互いに重なり得る。

本発明の一態様によれば、移動及び設置の便宜性を確保し、また使用上の安全性を確保可能なバッテリーパックの構造を提供することができる。

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形態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ものであるため、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。

本発明の一実施形態によるバッテリーパックが組み立てられた状態の斜視図である。 図１に示されたバッテリーパックの分解斜視図である。 本発明に適用されるバッテリーモジュールの分解斜視図である。 図２のＸ－Ｘ線に沿った断面図である。 図２のＹ－Ｙ線に沿った断面図である。 本発明に適用される一対のバッテリーモジュールとＢＭＳアセンブリとの結合関係を示した図である。 図１のＺ－Ｚ線に沿った断面図である。 図７のＡ領域を示した拡大図である。 図７のＡ領域を示した拡大図である。 バッテリーモジュールの内部で発生した火炎及びガスの移動経路を示した図である。 図１のＺ－Ｚ線に沿った断面図であって、バッテリーモジュールと支持プレートとの結合領域の具体的な構造を示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。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形態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形態に過ぎず、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。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１の概略的な構造及びそれぞれの構成要素間の結合関係を説明する。

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１は、複数のバッテリーモジュール１００、支持プレート２００及びＢＭＳアセンブリ３００を含む。バッテリーパック１は、例えばエネルギー貯蔵のためのＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、エネルギー貯蔵装置）バッテリーパックであり得る。

バッテリーモジュール１００の下端は支持プレート２００に挿入／固定され、バッテリーモジュール１００の上端にはＢＭＳアセンブリ３００が結合される。

支持プレート２００は地面に固定され、それによって複数のバッテリーモジュール１００を固定するためのブラケットとして機能することができる。ここで、地面とは、エネルギー貯蔵のためバッテリーパック１が用いられる場所の床面を意味する。

ＢＭＳアセンブリ３００は、少なくとも一つのＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、バッテリ管理システム）を含み、複数のバッテリーモジュール１００の上端にプラグインタイプ（ｐｌｕｇ－ｉｎ ｔｙｐｅ）で結合されて、複数のバッテリーモジュール１００同士を機械的に締結するだけでなく、複数のバッテリーモジュール１００に対する充放電を制御することができる。また、ＢＭＳアセンブリ３００は、複数のバッテリーモジュール１００同士を電気的に接続することもできる。

バッテリーモジュール１００とＢＭＳアセンブリ３００との結合は、バッテリーモジュール１００の上面に備えられた第１コネクタＣ１とＢＭＳアセンブリ３００の下面に備えられた第２コネクタＣ２（図７を参照）との結合によって行われ得る。また、バッテリーモジュール１００の上面には複数の第１把持溝Ｇ１が形成され、ＢＭＳアセンブリ３００の下面には第１把持溝Ｇ１に対応する形状及び対応する個数で備えられて第１把持溝Ｇ１内に挿入される複数のガイド突出部３１１（図８参照）が形成され、バッテリーモジュール１００とＢＭＳアセンブリ３００との結合をガイドし得る。

次いで、図３及び図４を参照して、バッテリーモジュール１００の具体的な構造を説明する。

図３及び図４を参照すると、バッテリーモジュール１００は、セル積層体１１０、モジュールハウジング１２０、下部カバー１３０及び上部カバーアセンブリ１４０を含む。

セル積層体１１０は、互いに電気的に接続される複数のバッテリーセルを含み、複数のバッテリーセル同士の機械的な結合及び／または電気的な接続のための部品をさらに含み得る。セル積層体１１０を構成するために用いられるバッテリーセルとしては、例えばパウチ型バッテリーセルが適用され得る。

モジュールハウジング１２０は、上端及び下端にそれぞれ開口部が形成された略直方体状を有し、内部空間にセル積層体１１０を収容する。モジュールハウジング１２０は、フロントプレート１２１とリアプレート１２２とが結合された形態を有し得るが、これに限定されず、複数のピースが結合された形態ではなく一体に形成された構造体であってもよく、三つ以上のピースが結合された形態であってもよい。

下部カバー１３０はモジュールハウジング１２０の下端開口部を覆い、セル積層体１１０を支持する。下部カバー１３０は、バッテリーパック１の異常によって内部ガス及び火炎が発生したとき、下方へのガス排出を誘導し、また、火炎の外部漏出を最小化するための特別な構造を有する。このような下部カバー１３０の具体的な構造の詳細については、図１０及び図１１を参照して支持プレート２００の具体的な構造とともに後述する。

上部カバーアセンブリ１４０は、モジュールハウジング１２０の上端開口部を覆い、バッテリーパック１の異常によって内部ガス及び火炎が発生したとき、上方にガス及び火炎が漏出しないように、モジュールハウジング１２０の上端開口部に対する気密を確保する。

上部カバーアセンブリ１４０は、上部カバー１４１、ヒューズ１４２、ヒューズホルダー１４３、ヒューズカバー１４４及びカバープレート１４５を含むことができる。

上部カバー１４１は、モジュールハウジング１２０の上端開口部を覆い、その長手方向（図３のＸ軸に平行な方向）の一側に形成された第１コネクタＣ１を備える。また、上部カバー１４１は、その中心部に下方に凹設された上部カバー溝１４１ａを備える。上部カバー溝１４１ａは、上部カバー１４１に形成された孔を通じてモジュールハウジング１２０内のセル積層体１１０収容空間と連通される。これは、モジュールハウジング１２０内に収容されるセル積層体１１０と上部カバー溝１４１ａ内に設けられるヒューズ１４２との電気的接続のためである。

ヒューズホルダー１４３は、上部カバー溝１４１ａ内に固定され、ヒューズ１４２を固定する。ただし、本発明において、ヒューズホルダー１４３は省略されてもよく、この場合は、ヒューズ１４２を上部カバー溝１４１ａの内面に接着部材を用いて直接固定するか、又は、上部カバー溝１４１ａ内で上部カバー１４１に一体に形成された固定構造物を用いて固定し得る。

ヒューズカバー１４４は、上部カバー溝１４１ａに対応する長さ及び幅を有し、上部カバー溝１４１ａ内でヒューズ１４２及びヒューズホルダー１４３を覆う。

カバープレート１４５は、上部カバー溝１４１ａの上端を覆い、上部カバー１４１に結合される。カバープレート１４５は、少なくとも一対のカバープレート孔１４５ａを備え、ヒューズカバー１４４と離隔した状態で設けられてカバープレート１４５とヒューズカバー１４４との間に第１把持溝Ｇ１を形成する。カバープレート孔１４５ａ及び第１把持溝Ｇ１は、バッテリーモジュール１００を運ぶとき、作業者が指または把持用器具を入れて把持できる空間を提供することで、バッテリーモジュール１００の移送の便宜性を提供する。また、カバープレート孔１４５ａ及び第１把持溝Ｇ１は、このような機能の外にも、上述したようにＢＭＳアセンブリ３００に備えられたガイド突出部３１１（図８を参照）の挿入空間を提供することで、ＢＭＳアセンブリ３００とバッテリーモジュール１００との結合をガイドし得る。

すなわち、図６～図８に示されたように、バッテリーモジュール１００とＢＭＳアセンブリ３００との結合において、ガイド突出部３１１（図８を参照）の位置とカバープレート孔１４５ａの位置とを合わせて結合するだけで、自然にバッテリーモジュール１００の第１コネクタＣ１とＢＭＳアセンブリ３００の第２コネクタＣ２とも結合されるようになる。

一方、図８及び図１０を参照すると、ガイド突出部３１１は、カバープレート孔１４５ａに対応するサイズ及び形状を有し、これによって上部カバーアセンブリ１４０の下部に位置するセル積層体１１０からガス及び／または火炎が発生する場合、ガス及び／または火炎がバッテリーモジュール１００の上部からＢＭＳアセンブリ３００側へと漏出することを防止することができる。

また、図９及び図１０を参照すると、ガイド突出部３１１とカバープレート孔１４５ａの内側との間にはガスケット４００が介在され得る。これは、気密性を一層高めて、セル積層体１１０からガス及び／または火炎が発生する場合、ガス及び／または火炎がバッテリーモジュール１００の上部からＢＭＳアセンブリ３００側へと漏出することをより確実に防止するためである。

図５～図７を参照すると、ＢＭＳアセンブリ３００は、ＢＭＳ本体３１０及びＢＭＳカバー３２０を含む。

ＢＭＳ本体３１０は、少なくとも一つのＢＭＳを含み、その下面にＢＭＳと電気的に接続される少なくとも二つ以上の第２コネクタＣ２を備える。それぞれの第２コネクタＣ２は、複数のバッテリーモジュール１００の上面に備えられた第１コネクタＣ１と一対一で結合され、これによってそれぞれのバッテリーモジュール１００がＢＭＳと電気的に接続される。また、ＢＭＳの回路構成によって、それぞれのバッテリーモジュール１００を相互に電気的に直列及び／または並列で接続することもできる。

ＢＭＳカバー３２０は、ＢＭＳ本体３１０の上部に結合される。ＢＭＳカバー３２０は、ＢＭＳアセンブリ３００のハンドルとして機能し得る。すなわち、ＢＭＳカバー３２０の長手方向（図５のＸ軸に平行な方向）の一側及び他側とＢＭＳ本体３１０の上面とは、互いに一定距離だけ離隔しており、これによってＢＭＳカバー３２０の長手方向の両側にはそれぞれ第２把持溝Ｇ２が形成される。このような第２把持溝Ｇ２は、作業者がＢＭＳアセンブリ３００の移動及び／またはバッテリーパック１の運搬のために指または把持用器具を入れて把持できる空間を提供する。

以下、図１０及び図１１を参照して、バッテリーモジュール１００の下端の具体的な構造及び支持プレート２００の具体的な構造を説明する。

バッテリーモジュール１００の下端には、セル積層体１１０から発生したガスは外部に円滑に排出させ、火炎の外部漏出は防止できる構造が形成される。

下部カバー１３０は、その長手方向（図１１のＸ軸に平行な方向）の両側に形成される一対の下部カバー孔１３０ａ、一対のメッシュフィルターＭ及び複数の第１隔壁１３１を備える。下部カバー孔１３０ａは、セル積層体１１０とモジュールハウジング１２０との間に形成されるガス流路Ｐと連通される。したがって、セル積層体１１０から発生したガス及び／または火炎は、下部カバー孔１３０ａを通って下方（図１１のＺ軸に平行な方向）に排出できる。メッシュフィルターＭは、下部カバー孔１３０ａ内に挿入／固定される。メッシュフィルターＭは、バッテリーモジュール１００内で発生したガスは通過させ、下部カバー孔１３０ａを通じて下方に噴出される火炎の量及び火炎の噴出速度は減少させる機能をする。第１隔壁１３１は、下部カバー１３０の下面から下方に延びた形態を有し、後述する第２隔壁２１０とともに火炎の移動経路を延ばすことで、火炎がバッテリーパック１の外部に漏出せずに内部で消滅するようにする。

支持プレート２００は、複数のバッテリーモジュール１００の下部に位置し、複数のバッテリーモジュール１００を挿入可能な空間を提供する。支持プレート２００は、上方（図１１のＺ軸に平行な方向）に延びた複数の第２隔壁２１０、及び長手方向（図１１のＸ軸に平行な方向）の中心部に形成されたガス排出孔２００ａを備える。

複数の第１隔壁１３１及び第２隔壁２１０のうち対応する位置に形成される第１隔壁１３１と第２隔壁２１０とは互いに重なる。したがって、メッシュフィルターＭを通過して下部カバー１３０と支持プレート２００との間の空間に流れ込んだ火炎は、ガス排出孔２００ａに向って移動するときその移動経路が延びることで、火炎がガス排出孔２００ａから外部に漏出せずに消滅することができる。すなわち、支持プレート２００は、バッテリーモジュール１００を固定するための構成要素であると同時に、火炎の消滅のための構造を提供する構成要素である。

以上のように、本発明を限定された実施形態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。

１ バッテリーパック
１００ バッテリーモジュール
１１０ セル積層体
１２０ モジュールハウジング
１２１ フロントプレート
１２２ リアプレート
１３０ 下部カバー
１３０ａ 下部カバー孔
１３１ 第１隔壁
１４０ 上部カバーアセンブリ
１４１ 上部カバー
１４１ａ 上部カバー溝
１４２ ヒューズ
１４３ ヒューズホルダー
１４４ ヒューズカバー
１４５ カバープレート
１４５ａ カバープレート孔
２００ 支持プレート
２００ａ ガス排出孔
２１０ 第２隔壁
３００ ＢＭＳアセンブリ
３１０ ＢＭＳ本体
３１１ ガイド突出部
３２０ ＢＭＳカバー
４００ ガスケット

Claims (14)

1. 上面に形成される少なくとも一対の第１把持溝、及び少なくとも一つのコネクタを備える一対のバッテリーモジュールと、
   前記一対のバッテリーモジュールの下端に結合され、地面に固定される支持プレートと、
   前記第１把持溝に挿入されるガイド突出部を備え、前記コネクタを通じて前記一対のバッテリーモジュールにプラグインタイプで結合されるＢＭＳアセンブリと、
   を含むバッテリーパック。
2. 前記バッテリーモジュールは、
   複数のバッテリーセルを含むセル積層体と、
   前記セル積層体を収容するモジュールハウジングと、
   前記モジュールハウジングの下端開口部を覆う下部カバーと、
   前記モジュールハウジングの上端開口部を覆う上部カバーアセンブリと、
   を含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
3. 前記上部カバーアセンブリは、
   前記モジュールハウジングの上端開口部を覆い、その長手方向の一側に形成された前記コネクタを備え、その中心部に下方に凹設された上部カバー溝を備える上部カバーと、
   前記上部カバー溝内に固定され、前記バッテリーセルと電気的に接続されるヒューズと、
   前記上部カバー溝内で前記ヒューズを覆うヒューズカバーと、
   前記上部カバー溝の上端を覆い、前記上部カバーに結合されるカバープレートと、
   を含む、請求項２に記載のバッテリーパック。
4. 前記カバープレートは、
   少なくとも一対のカバープレート孔を備え、前記ヒューズカバーと離隔した状態で設けられて、前記カバープレートと前記ヒューズカバーとの間に前記第１把持溝が形成される、請求項３に記載のバッテリーパック。
5. 前記ＢＭＳアセンブリは、
   前記一対のバッテリーモジュールと結合されるＢＭＳ本体と、
   前記ＢＭＳ本体の上部に結合されるＢＭＳカバーと、
   を含む、請求項４に記載のバッテリーパック。
6. 前記バッテリーパックは、
   前記ＢＭＳカバーの長手方向の一側及び他側と前記ＢＭＳ本体との間に形成される第２把持溝を備える、請求項５に記載のバッテリーパック。
7. 前記ガイド突出部は、
   前記ＢＭＳ本体の下面に形成され、前記カバープレート孔を通って前記第１把持溝内に挿入されて前記ＢＭＳアセンブリとバッテリーモジュールとの結合をガイドする、請求項５又は６に記載のバッテリーパック。
8. 前記バッテリーパックは、
   前記ガイド突出部と前記カバープレート孔の内側との間に介在されるガスケットをさらに含む、請求項７に記載のバッテリーパック。
9. 前記セル積層体とモジュールハウジングとの間にはガス流路が形成される、請求項２に記載のバッテリーパック。
10. 前記下部カバーは、
    その長手方向の両側に形成されて前記ガス流路と連通される下部カバー孔を備える、請求項９に記載のバッテリーパック。
11. 前記下部カバー孔内にはメッシュフィルターが挿入される、請求項１０に記載のバッテリーパック。
12. 前記下部カバーは、下方に延設された複数の第１隔壁を備える、請求項１１に記載のバッテリーパック。
13. 前記支持プレートは、
    上方に延設された複数の第２隔壁と、
    長手方向の中心部に形成されたガス排出孔と、
    を備える、請求項１２に記載のバッテリーパック。
14. 対応する位置に形成される前記第１隔壁と第２隔壁とは互いに重なる、請求項１３に記載のバッテリーパック。

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