JP7305025B2 - バッテリーモジュールの機械的固定構造と電気的固定構造とを統合したバッテリーパック - Google Patents

バッテリーモジュールの機械的固定構造と電気的固定構造とを統合したバッテリーパック Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳しくは、バッテリーモジュールの機械的固定構造と電気的固定構造とを統合したバッテリーパックに関する。
本出願は、2019年8月7日付け出願の韓国特許出願第10-2019-0096283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。
充電が不可能な一次電池とは異なって、充・放電が自在な電池を二次電池と称する。このような二次電池は、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、ノートパソコンなどの小型先端電子機器分野だけでなく、エネルギー貯蔵システム(ESS)、電気自動車(EV)またはハイブリッド自動車(HEV)の動力源としても使用されている。
現在、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などの二次電池が広く使用されている。このような単位二次電池セル、すなわち、単位バッテリーセルの作動電圧は約2.5V~4.2Vである。したがって、これよりも高い出力電圧及びエネルギー容量が求められる場合、複数のバッテリーセルを直列に接続してバッテリーモジュールを構成するか、若しくは、バッテリーモジュールを二つ以上直列又は並列に接続し、その他の構成要素を付け加えてバッテリーパックを構成する。例えば、バッテリーモジュールは複数の二次電池を直列又は並列に接続した装置を意味し、バッテリーパックは容量及び出力などを高めるためバッテリーモジュールを直列又は並列に接続した構成を意味すると言える。
バッテリーパックは、バッテリーモジュールの他にも、バッテリーモジュールの温度を適正に維持するための冷却装置、バッテリーモジュールの作動状態をモニタリングするための制御装置、及びこれらをパッケージングするためのパックケースなどをさらに含んで構成され得る。
一方、電気自動車用バッテリーパックの場合、電気自動車の全長と全幅などによってバッテリーパックの取付空間が制限されるため、バッテリーモジュールを含めた構成品をパックケースの内部に最大限に空間効率的に載置することで、エネルギー密度を高めることが重要である。
従来、バッテリーパックを組み立てるとき、図1に示されるように、パックケースの底面に該当するパックトレイ1の上面にバッテリーモジュール2を配置し、パックトレイ1にボルト締結することでバッテリーモジュール2を機械的に固定している。一般に、バッテリーモジュール2は前方と後方の角部位の合計4箇所に長ボルトを挿入してパックトレイ1の上面に固定される。また、バッテリーモジュール同士の電気的接続には、一側バッテリーモジュール2の正極端子2a及び他側バッテリーモジュール2の負極端子2bの上面に金属バー形態のインタ-バスバー3の両端を置き、二つのボルトを使ってこれらを固定する構造が多く採用されている。図1には図示していないが、それぞれのバッテリーモジュール2の下部には冷却のためのヒートシンクがさらに配置され得る。
しかし、近年、このような従来のバッテリーパックの組み立て構造に対して幾つかの問題が指摘されている。中でも、バッテリーモジュール及びインタ-バスバーを固定するために使用するボルトの個数が多過ぎて、組み立て工程の非効率、コストの増加、パックトレイ上の多数のボルト締結箇所によるパックケース下部空間活用率の低下(バッテリーモジュールの下部にヒートシンクを取り付けるとき、ボルト締結構造が干渉し得、冷却水流出入ラインが複雑になり得る)などの問題が指摘されている。
したがって、上記のような問題を解決可能な組み立て構造が適用されたバッテリーパックの開発が求められている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、パックケース内のバッテリーモジュールの機械的固定構造及び電気的接続構造の簡素化及び空間効率性を向上させ、バッテリーモジュールとその他構成品の載置空間自由度及びエネルギー密度を改善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、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態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。
本発明の一態様によれば、複数のバッテリーモジュール、及びバッテリーモジュールを内部に固設可能なパックケースを備えるバッテリーパックであって、パックケースは、バッテリーモジュールの下部を支持するパックトレイ、及びパックトレイと相互結合してバッテリーモジュールを覆い、それぞれのバッテリーモジュールの少なくとも一側と結合してバッテリーモジュールの電極端子を電気的に接続する端子接続部が上端内面に設けられているパックカバーを含むバッテリーパックが提供される。
バッテリーモジュールは、パックカバーによって上部が覆われるとき、一つのバッテリーモジュールの電極端子と隣接する他の一つのバッテリーモジュールの電極端子とがそれぞれ端子接続部に上下方向に接触して電気的に接続され得る。
バッテリーモジュールはそれぞれ、バッテリーセル、及びバッテリーセルを収容するモジュールケースを含み、電極端子は、方形板状であって、モジュールケースの一側面から突出して設けられ得る。
モジュールケースは、電極端子の下部を支持するように一側面から突設されて垂直方向に貫通孔を備える端子支持部を含み得る。
パックカバーは、上端内面に取付ナットをさらに備え、それぞれのバッテリーモジュールは、端子支持部の貫通孔に挿入されて取付ナットに垂直に締結される取付ボルトによってパックカバーに固定され得る。
電極端子は、端子支持部の貫通孔の上部に位置し、取付ボルトが通るように設けられ得る。
取付ボルト及び取付ナットの少なくとも一つは、絶縁素材ででき得る。
端子接続部は、取付ボルトが通過可能な締結孔を備え、電極端子と面接触するインタ-バスバー、及びインタ-バスバーを支持し、パックカバーの内面に固設されるブラケット部材を含み得る。
ブラケット部材は、取付ナットと形状合わせられ、パックカバーの内面に取り付けられ得る。
モジュールケースは、バッテリーセルの下部に位置してバッテリーセルを支持するベースプレートを含み、ベースプレートの内部には冷媒が流動可能な流路が設けられ得る。
パックカバーは周縁領域に沿ってその内部に埋め込まれるクーリングパイプをさらに備え、ベースプレートは流路と連通して垂直方向に延設された冷却水ポートを備え、冷却水ポートはクーリングパイプに上下方向に直結され得る。
複数のバッテリーモジュールは、2列に配置され、電極端子同士がパックケースの中心部を基準にして対向するように配置され得る。
本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーパックを含む自動車が提供される。該自動車は、電気自動車(EV)またはハイブリッド自動車(HEV)を含み得る。
本発明の一態様によれば、パックケース内のバッテリーモジュールの機械的固定構造と電気的接続構造とが統合されることで、締結構造を簡素化することができる。
本発明の他の態様によれば、それぞれのバッテリーモジュールがパックカバーに締結固定されることで、パックトレイ上の空間活用率及び自由度を高めることができる。
本発明のさらに他の様態によれば、トップカバー及びモジュールケースのベースプレートを冷却水循環空間として活用することで、冷却装置構成の簡素化及びエネルギー密度の向上をはかることができる。
本発明の他の効果は後述する詳細な説明によって理解でき、本発明の実施形態からより明らかに分かるであろう。
従来技術によるバッテリーパックの組立例を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な斜視図である。 図2のバッテリーパックの部分分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。 図2のI-I’に沿った概略的な断面図である。 図2のII-II’に沿った概略的な断面図である。 図6のA領域の拡大図である。 図2のIII-III’に沿った分解断面図である。 本発明の一実施形態による端子接続部と取付ナットの概略的な斜視図である。 図9の断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの固定構造及び電気的接続構造を説明する図である。
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。
図2は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの概略的な斜視図であり、図3は図2のバッテリーパックの部分分解斜視図であり、図4は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。
これら図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック10は、複数のバッテリーモジュール100、及びバッテリーモジュール100を収容するパックケース200を含む。パックケース200は、複数のバッテリーモジュール100の下部を支持するパックトレイ210、及びパックトレイ210と相互結合してバッテリーモジュール100の全体を覆うパックカバー220を含む。
後述するが、本発明によるバッテリーパック10は、締結部品点数と締結箇所を減らし、パックトレイ210の空間活用率または空間自由度を向上できるように、パックカバー220にそれぞれのバッテリーモジュール100を機械的に固定すると同時に電気的に接続できるように構成されている。
まず、このようなバッテリーパック10の主要構成のうち、バッテリーモジュール100について説明する。
バッテリーモジュール100は、複数のバッテリーセル110、バッテリーセル110を内部空間に収容するモジュールケース120、モジュールケース120の外側に露出している電極端子150a、150bを含む。
バッテリーセル110は、当業界に広く知られたパウチ型二次電池セルである。パウチ型二次電池セルは、モジュールケースの内部空間に積層して配置可能であるため、エネルギー密度の向上に有利である。勿論、バッテリーセル110が必ずしもパウチ型二次電池セルに限定されることはない。例えば、円筒型二次電池セルまたは角形二次電池セルなどに代替されてもよい。
図4及び図5に示されたように、モジュールケース120は、バッテリーセル110の下部と上部をそれぞれ覆うベースプレート121とトッププレート122、バッテリーセル110の配列方向の最外郭に配置される一対のサイドプレート123、及びバッテリーセル110の前方と後方をそれぞれ覆う前面カバー124と後面カバー125を含んで構成され得る。
特に、モジュールケース120の底面を形成するベースプレート121は、従来のヒートシンクのような機能を兼ねる。例えば、ベースプレート121がバッテリーセル110を直接冷却できるように、ベースプレート121の内部に冷却水が流動可能な流路が備えられ、流路に冷却水を流出入させる冷却水ポート121aがベースプレート121の端部に設けられる。
冷却水ポート121aは、ベースプレート121の端部の一側から垂直方向に延びて、後述するパックカバー220のクーリングパイプに直結され得る。このような冷却水の供給、排出構造によって、それぞれのバッテリーモジュール100のベースプレート121に冷却水を供給することができる。
従来技術によるバッテリーパックは、殆どが、バッテリーモジュールの下部に熱伝導パッド及びヒートシンクを順に配置する冷却構成を有する。しかし、本発明は、ヒートシンクを、モジュールケース120を形成するベースプレート121に組み込むことで、従来技術に比べて熱伝達経路の短縮、部品点数の減少、冷却装置の取付空間の節約という効果を奏する。
前面カバー124と後面カバー125は、バッテリーセル110の前後方に位置し、バッテリーセル110の電極リードまたはインターコネクションボード(Inter Connection Board:ICB)のような部品が外部に露出しないようにする。電極端子150a、150bは、正極端子150a及び負極端子150bを含み、前面カバー124の上端外側に位置し、方形板状であって、広い面が水平に置かれて、上下方向にボルトを挿入可能な孔を備える。
電極端子150a、150bは、端子支持部126上に置かれて支持され得る。ここで、端子支持部126は、前面カバー124から突出した部分であって、電極端子150a、150bの下部を支持し、バッテリーモジュール100のボルトを締結する場所として活用され得る。
端子支持部126は、前面カバー124の幅方向に沿って延設され、正極端子150a及び負極端子150bが載置される箇所にはボルトを挿入可能な貫通孔が一つずつ垂直方向に形成され得る。貫通孔は、図示されていないが、電極端子150a、150bの孔と上下に一致するように形成され得る。
参考までに、前面カバー124と端子支持部126とを区分して説明したが、これらは一体型に製作されてもよい。また、図示していないが、電極端子150a、150bが位置しない他の箇所にも取付ボルト201を挿入できるように貫通孔を設け、取付ボルト201をパックカバー220に締結してもよい。
一対のサイドプレート123は、バッテリーセル110の配列方向の最外郭バッテリーセル110の外側でバッテリーセル110を圧迫及び支持することができる。
次いで、図5~図11を参照して、パックケース200の内部におけるそれぞれのバッテリーモジュール100の機械的固定構造、電気的接続構造、及び冷却構造について詳しく説明する。
まず、本発明のバッテリーパック10の冷却構造を説明する。
本発明のバッテリーパック10は、基本的に水冷式であり、冷却水がパックカバー220の周縁に沿って循環しながら、それぞれのバッテリーモジュール100に供給されるように構成されている。
特に、本発明のバッテリーモジュール100は、ヒートシンクがモジュールケース120の一部分、すなわちベースプレート121の役割をする。換言すると、図5のように、冷却水が流動可能な流路を内部に備えるベースプレート121がモジュールケース120の底面を構成する。
それぞれのバッテリーモジュール100に冷却水を供給するためのクーリングパイプ224は、パックカバー220の周縁領域に沿ってその内部に埋め込まれ、それぞれのバッテリーモジュール100の冷却水ポート121aと垂直に連結されるように設けられる。
具体的には、図6及び図7に示されたように、パックカバー220は、パックトレイ210の周縁部に嵌合される段差部222、及び段差部222からパックカバー220の内側に延設されたクーリングパイプ取付部223を備える。
パックカバー220とパックトレイ210との結合部位には、シーリング性を強化するため、ゴム材質のO-リング230がさらに介在され得る。
クーリングパイプ224は、クーリングパイプ取付部223内に位置し得る。代案的な実施形態として、クーリングパイプ取付部223の一領域を中空構造で形成してクーリングパイプを省略してもよい。
それぞれのバッテリーモジュール100のベースプレート121は、後面カバー125の垂直面を基準にして外側にさらに延設されたポート組立部121bを備える。冷却水ポート121aは、このようなポート組立部121bに垂直に取り付けられ得る。
冷却水ポート121aがパックカバー220のクーリングパイプに直結されるように、ポート組立部121bはパックカバー220のクーリングパイプ取付部223の真下に位置する。図示していないが、冷却水ポート121aとクーリングパイプとの間の締結固定及びシーリング性確保のため、固定用コネクタ及びシーリング部材がさらに使用されてもよい。
このような構成によって、冷却水がパックカバー220のクーリングパイプ224を通ってパックカバー220の周縁に沿って循環しながら、それぞれのバッテリーモジュール100のベースプレート121に供給されることになる。
特に、本発明は、クーリングパイプ224がパックカバー220の内部にあり、このようなクーリングパイプ224に最短距離でベースプレート121の冷却水ポート121aが簡単に連結されるように構成されているため、冷却水供給のための追加的な連結配管やホースなどのような部品を必要としない。また、パックトレイ210上には連結配管やホースが存在しないため、バッテリーモジュール100またはその他電装部品をより容易に載置することができる。
次いで、図8~図11を参照して本発明のバッテリーパック10の機械的固定構造及び電気的接続構造を説明する。
本実施形態の場合、バッテリーモジュール100は合計8個であり、4個ずつ2列でパックケース200の内部に収納され得る。このとき、第1列のバッテリーモジュール100群と第2列のバッテリーモジュール100群とは、それらの電極端子150a、150bがパックケース200の中心部を基準にして互いに対向するように位置し得る(図3を参照)。このようなバッテリーモジュール100の配置は、バッテリーモジュール100同士の電気的接続距離を最小化するのに有利である。勿論、このようなバッテリーモジュール100の配置は一例であるため、バッテリーモジュール100の総個数や配置構造は制限なく変わり得る。
8個のバッテリーモジュール100は、パックトレイ210の底面に載置されて支持され、パックカバー220の上端内面に備えられた端子接続部221とボルト締結されて固定され得る。さらに、隣接したバッテリーモジュール100の電極端子150a、150b同士は、端子接続部221に接触して互いに電気的に接続され得る。
例えば、パックカバー220によってモジュールケース120の上部が覆われるとき、一つのバッテリーモジュール100の電極端子150a、150bと他の一つのバッテリーモジュール100の電極端子150a、150bとがそれぞれ端子接続部221に上下方向に接触し、電気的に接続され得る。
図8及び図9に示されるように、パックカバー220は、その上端内面に取付ナット225をさらに備え得る。取付ナット225は、溶接によってパックカバー220に予め付着され得る。端子接続部221は、取付ナット225と形状合わせられてパックカバーに取り付けられ得る。
端子接続部221は、取付ボルト201が通過可能な締結孔221cを備え、バッテリーモジュール100の電極端子150a、150bと面接触する金属バー形態のインタ-バスバー221b、及びインタ-バスバー221bを支持し、パックカバー220の上端内面に固設される絶縁性素材のブラケット部材221aを含み得る。
ブラケット部材221aは、その後面部が取付ナット225と形状合わせられるように設けられる。また、ブラケット部材221aの前面部は、インタ-バスバー221bの締結孔221cが取付ナット225と上下に一致するように、インタ-バスバー221bを着脱可能に設けられる。
このようなブラケット部材221aは、その後面部に両面テープ221dを貼り付けてパックカバー220に簡単に付着し得る。もちろん、ボルトとナットとの組合せなどの他の方式でブラケット部材を付着してもよい。
このような構成により、図11に示されるように、それぞれのバッテリーモジュール100は、取付ボルト201を端子支持部126の貫通孔から電極端子150a、150bの孔、インタ-バスバー221bの締結孔221cへと通過させて取付ナット225に締結することで、パックカバー220に固定され得る。このとき、隣接する二つのバッテリーモジュール100は、正極端子150aと負極端子150bが端子接続部221のインタ-バスバー221bにそれぞれ接触するようになるため、互いに電気的に接続できる。
取付ボルト201及び取付ナット225のうちの少なくともいずれか一つは、絶縁ボルトまたは絶縁ナットであり得る。絶縁ボルトまたは絶縁ナットを使用することで、パックカバー220にバッテリーモジュール100の機械的固定と電気的接続とが同時に行われても、短絡を防止することができる。
以上のように、本発明のバッテリーパック10は、バッテリーモジュール100の機械的固定構造と電気的接続構造とが統合されているため、組み立て工程が非常に容易である。また、それぞれのバッテリーモジュール100をパックトレイ210上にボルトで固定する代わりに、パックカバー220に固定することで、パックトレイ210の空間活用率又は自由度を向上させることができる。
以下、本発明のバッテリーパック10の組立例を概略的に説明する。
本発明のバッテリーパック10は、一般的なバッテリーパックの組み立て方式とは異なって、パックカバー220を逆さまにした後、その中にバッテリーモジュール100を配置し、これらを固定することが望ましい。
すなわち、パックカバー220を逆さまにしておき、バッテリーモジュール100の冷却水ポート121aと電極端子150a、150bがパックカバー220のクーリングパイプと端子接続部221にそれぞれ接続または接触するように、それぞれのバッテリーモジュール100を位置させる。
その後、取付ボルト201をそれぞれのバッテリーモジュール100とパックカバー220との間の締結部位に締結すればよい。上述したように、それぞれのバッテリーモジュール100を予め決められた位置に置いて取付ボルト201を締結することで、バッテリーモジュール100の機械的固定作業と直列及び/または並列接続作業とを同時に且つ容易に解決することができる。
その後、O-リングを介在してパックカバー220の段差部222をパックトレイ210の周縁部分に嵌め込めば、主な組み立て工程が終了する。
一方、上述した本発明によるバッテリーパックは、バッテリーモジュールの充放電を制御するための各種の装置、例えばバッテリー管理システム(Battery Management System:BMS)、電流センサ、ヒューズなどをさらに含むことができる。バッテリーパックは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できる。勿論、バッテリーパック10は、電力貯蔵装置またはその他のIT製品群などにも適用できる。
以上、本発明の望ましい実施形態を図示して説明したが、本発明が上述した特定の望ましい実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱することなく当業者であれば多様に変形実施することができ、そのような変更が特許請求の範囲の範囲内にあることは言うまでもない。
一方、本明細書において、上、下、左、右などのように方向を示す用語が使われたが、このような用語は説明の便宜上用いられたものに過ぎず、観測者の位置や対象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。
10 バッテリーパック
100 バッテリーモジュール
150a、150b 電極端子
200 パックケース
210 パックトレイ
220 パックカバー
221 端子接続部

Claims (13)

  1. 複数のバッテリーモジュール、及び前記バッテリーモジュールを内部に固設可能なパックケースを備えるバッテリーパックであって、
    前記パックケースは、
    前記バッテリーモジュールの下部を支持するパックトレイと、
    前記パックトレイと相互結合して前記バッテリーモジュールを覆い、それぞれの前記バッテリーモジュールの少なくとも一側と結合して前記バッテリーモジュールの電極端子を電気的に接続する端子接続部が上端内面に設けられているパックカバーと、
    を含み、
    前記バッテリーモジュールはそれぞれ、バッテリーセル、及び前記バッテリーセルを収容するモジュールケースを含み、
    前記電極端子は、前記モジュールケースの一側面から突出して設けられている、バッテリーパック。
  2. 前記バッテリーモジュールは、
    前記パックカバーによって上部が覆われるとき、一つの前記バッテリーモジュールの電極端子と隣接する他の一つの前記バッテリーモジュールの電極端子とがそれぞれ前記端子接続部に上下方向に接触して電気的に接続される、請求項1に記載のバッテリーパック。
  3. 前記電極端子は、方形板状である、請求項1に記載のバッテリーパック。
  4. 前記モジュールケースは、前記電極端子の下部を支持するように一側面から突設されて垂直方向に貫通孔を備える端子支持部を含む、請求項3に記載のバッテリーパック。
  5. 前記パックカバーは、上端内面に取付ナットをさらに備え、
    それぞれの前記バッテリーモジュールは、前記端子支持部の貫通孔に挿入されて前記取付ナットに垂直に締結される取付ボルトによって前記パックカバーに固定されている、請求項4に記載のバッテリーパック。
  6. 前記電極端子は、前記端子支持部の貫通孔の上部に位置し、前記取付ボルトが通るように設けられている、請求項5に記載のバッテリーパック。
  7. 前記取付ボルト及び前記取付ナットの少なくとも一つは、絶縁素材でできている、請求項5に記載のバッテリーパック。
  8. 前記端子接続部は、
    前記取付ボルトが通過可能な締結孔を備え、前記電極端子と面接触するインタ-バスバーと、
    前記インタ-バスバーを支持し、前記パックカバーの内面に固設されるブラケット部材と、
    を含む、請求項6に記載のバッテリーパック。
  9. 前記ブラケット部材は、前記取付ナットと形状合わせられており、前記パックカバーの内面に取り付けられている、請求項8に記載のバッテリーパック。
  10. 前記モジュールケースは、前記バッテリーセルの下部に位置して前記バッテリーセルを支持するベースプレートを含み、
    前記ベースプレートの内部には、冷媒が流動可能な流路が設けられている、請求項3から9のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  11. 前記パックカバーは、周縁領域に沿ってその内部に埋め込まれるクーリングパイプをさらに備え、
    前記ベースプレートは、前記流路と連通して垂直方向に延設された冷却水ポートを備え、
    前記冷却水ポートは、前記クーリングパイプに上下方向に直結されている、請求項10に記載のバッテリーパック。
  12. 前記複数のバッテリーモジュールは、2列に配置され、電極端子同士が前記パックケースの中心部を基準にして対向するように配置されている、請求項1に記載のバッテリーパック。
  13. 請求項1に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220131782A (ko) * 2021-03-22 2022-09-29 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR102662647B1 (ko) * 2021-09-09 2024-05-03 에스케이온 주식회사 배터리 팩
WO2024019427A1 (ko) * 2022-07-20 2024-01-25 주식회사 엘지에너지솔루션 셀 어셈블리와 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013541314A (ja) 2010-10-11 2013-11-07 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーパックのマルチスレーブに対する順次id設定方法及びシステム

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04286862A (ja) * 1991-03-15 1992-10-12 Fuji Electric Co Ltd 無停電電源装置のバッテリ装置
KR101898295B1 (ko) 2012-08-20 2018-09-12 에스케이이노베이션 주식회사 전지모듈 어셈블리 및 그 제조방법
DE102013207357A1 (de) * 2013-04-23 2014-10-23 Elringklinger Ag Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung
KR20140130357A (ko) * 2013-04-30 2014-11-10 타이코에이엠피(유) 이차전지 팩
CN203589107U (zh) * 2013-11-27 2014-05-07 浙江正电新能源有限公司 盒体盒盖集装式单体电池组
JP6327072B2 (ja) * 2014-09-03 2018-05-23 株式会社豊田自動織機 電池モジュール
KR101761825B1 (ko) * 2014-12-05 2017-07-26 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 그를 구비하는 배터리 팩
KR102256098B1 (ko) * 2017-04-06 2021-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 루버 핀 형상의 열전도 매개체를 구비한 배터리 팩
KR102444124B1 (ko) * 2017-10-16 2022-09-16 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
JP6959880B2 (ja) 2018-02-08 2021-11-05 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入装置およびイオン注入方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013541314A (ja) 2010-10-11 2013-11-07 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーパックのマルチスレーブに対する順次id設定方法及びシステム

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