JP7493734B2 - 突起構造が形成されたホールドダウンブラケットを含む電池パック - Google Patents

Description

本出願は２０１９年９月２３日付の韓国特許出願第２０１９－０１１６９０３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は突起構造が形成されたホールドダウンブラケットに関し、具体的には電池モジュールアセンブリーをベースプレートに結合するとき、前記突起構造の高さの分だけホールドダウンブラケットが押圧されるのでより安定的に電池モジュールアセンブリーをベースプレートに固定することができる構造の電池パックに関する。

ガソリンやディーゼルのような燃料を使う自動車の排気ガスが粒子状物質及び大気汚染の原因として指目されるに伴い、その代替原料として二次電池が注目を引いている。

このような趨勢によって電気自動車、並びに電池及び従来の燃焼エンジンを一緒に使用するハイブリッド電気自動車が開発されて商用化している。

前記電気自動車などの動力源として従来ではニッケル－金属水素二次電池が使われていたが、最近では高出力及び高容量の特性があるリチウムイオン二次電池が主な動力源として使われている。

特に、電気自動車は高出力及び大容量の動力源が必要であるので、リチウム二次電池は単位電池セルが直列または並列に互いに連結されて電池モジュールを形成し、複数の電池モジュールが互いに連結されて所望の出力及び容量特性を有する電池パックを製造することができる。

前記電池パックを電気自動車のようなデバイスに固定するために、電池モジュールアセンブリーをベースプレートに装着した後、前記ベースプレートをデバイスに固定することができる。ここで、ホールドダウンブラケットを使うことができるが、ホールドダウンブラケットはデバイスの運行中に発生する振動及び衝撃によってボルティング部が緩む問題があり、複数の電池モジュールを個別的に固定させる場合には、電池モジュールの間の段差による公差が発生するので、電池モジュールを固定させる力が均一に適用できない問題がある。

これに関連して、特許文献１は電池モジュールの一側面または両側面の下端部に外方に突出部が形成されている電池モジュールアセンブリーと、前記電池モジュールアセンブリーが上部に搭載されるベースプレートと、前記電池モジュールアセンブリーのそれぞれの電池モジュールをベースプレートの定位置に固定するために、一側部位が電池モジュールの外向突出部を取り囲み、他側部位がベースプレートに結合される構造のホールドダウンブラケットを含む電池パックに関するものであり、電池モジュールアセンブリーとホールドダウンブラケットを安定的に固定することができるが、電池モジュールアセンブリーとベースプレートを強く結合できない問題がある。

特許文献２は車両に搭載されるバッテリースタックの下フレームへの固定構造に関するものであり、中空状断面の下フレーム上に併設され、対向する両側のフランジ部を上部から共通して押すように前記下フレームに固定するための固定フレームを含み、前記固定フレームの両側に形成された押圧片で前記対向する両側のフランジ部を押すようにして前記固定フレームをボルトで下フレームの中空部に固定している。

しかし、特許文献２はセルホルダーのフランジ部を単純に押圧片で押し、固定具を締結して固定する構造であるが、電池セルを含むセルホルダーを上下方向から安定的に固定しにくい構造である。

したがって、電池モジュールアセンブリーとベースプレースの結合のためにホールドダウンブラケットを使う場合、前記ホールドダウンブラケットと電池モジュールアセンブリーを安定的に結合させるだけでなく、前記ホールドダウンブラケットとベースプレートとの間の結合力を増加させることができる構造の電池パックに対する必要性が高いという実情がある。

韓国登録特許第１７６９５７７号公報 特許第５６１８７４７号公報

本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、電池モジュールアセンブリーをベースプレートに固定するためのホールドダウンブラケットにベースプレートの方向に突出した突起構造が形成されることにより、ホールドダウンブラケットとベースプレートとの間の結合力を増加させることができ、結果的に電池モジュールアセンブリーをベースプレート上に安定的に固定させることができる電池パックを提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明による電池パックは、一つ以上の電池セルがカートリッジに内蔵された状態で隣接して配列される電池モジュールを２個以上含む電池モジュールアセンブリーと、前記電池モジュールアセンブリーが上部に搭載されるベースプレートと、前記電池モジュールアセンブリーを前記ベースプレートに固定するためのホールドダウンブラケットとを含み、前記カートリッジは、下部が外方に突出した段差部を含み、前記ホールドダウンブラケットは、前記カートリッジの段差部の上面を覆う上端部、前記ベースプレートと結合する下端部、及び前記上端部と下端部を連結する中間部を含み、前記下端部には、ベースプレートの方向に突出した突起構造が形成されている構造を有する。

前記電池モジュールアセンブリーと前記ベースプレートが結合される前の状態で、前記下端部の突起構造のみがベースプレートと接触していることができる。

前記突起構造の最大高は、前記カートリッジの段差部の高さから、前記ホールドダウンブラケットにおいて上端部の下面と下端部の下面との間の高低差を差し引いたもの（値）よりも大きくすることができる。

前記突起構造は前記下端部の両側末端にそれぞれ形成され、前記両側末端を除いた残りの部分に少なくとも１個以上形成されることができる。

前記突起構造は前記下端部の外周部に形成することができる。

前記突起構造は前記下端部の中心部に形成することができる。

前記突起構造と突起構造との間には、前記ホールドダウンブラケットと前記ベースプレートを固定するための貫通口を形成することができる。

前記貫通口に締結部材が挿入されて結合されることができる。

前記締結部材はボルトまたはネジとすることができる。

前記ホールドダウンブラケットは１個の電池モジュールを前記ベースプレートに結合させることができる。

前記ホールドダウンブラケットは複数の電池モジュールを前記ベースプレートに結合させることができる。

前記ホールドダウンブラケットは少なくとも部分的に弾性素材を含むことができる。

前記カートリッジの段差部には溝が形成され、前記ホールドダウンブラケットには前記溝に収容される湾入部が形成されることができる。

本発明は、前記電池パックを電源として含むデバイスを提供し、前記デバイスは、電気二輪車、電動カート、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車及び電力貯蔵装置からなる群から選択される一つであることができる。

前記デバイスの構造及びその製作方法は当該技術分野に公知となっているので、本明細書ではそれについての詳細な説明は省略する。

本発明の実施例による電池パックの斜視図である。 図１の部分拡大正面図である。 一実施例によるホールドダウンブラケットの斜視図及び側面図である。 他の実施例によるホールドダウンブラケットの斜視図及び側面図である。 図２のＡ－Ａ’線についての部分断面図で、ホールドダウンブラケットの結合前の状態を示す断面図である。 図２のＡ－Ａ’線についての部分断面図で、ホールドダウンブラケットの結合後の状態を示す断面図である。 図２のＢ－Ｂ’線についての部分断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるように実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した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必要にあいまいにすることがあると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を付ける。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

また、本明細書の従属項に記載された限定事項は本明細書に記載された全ての実施例に同一または類似の形態として適用可能である。

本発明を図面に基づいて詳細な実施例とともに説明する。

図１は本発明の実施例による電池パックの斜視図である。

図１を参照すると、本発明による電池パックは、電池モジュールアセンブリー１００、電池モジュールアセンブリー１００が上部に搭載されるベースプレート２００、及び電池モジュールアセンブリー１００をベースプレート２００に固定するためのホールドダウンブラケット３００を含む。

電池モジュールアセンブリー１００は複数の電池モジュール１１０からなり、電池モジュール１１０は電池セル１０がカートリッジ２０に内蔵されて積層された構造を有する。

電池セル１０は電池モジュール１１０内に所望の容量及び出力を有するように直列連結及び／または並列連結で結合され、個別の電池モジュール１１０の間に直列連結及び／または並列連結をなして電池モジュールアセンブリー１００を形成する。

電池モジュールアセンブリー１００はベースプレート２００に結合された状態で対象となるデバイスに装着することができる。ここで、電池モジュールアセンブリー１００をベースプレート２００に安定的に結合するためにホールドダウンブラケット３００を使うことができる。

カートリッジ２０は、ホールドダウンブラケット３００と結合される下部が外方に突出する段差部２１を含む。ホールドダウンブラケット３００が段差部２１の上面を覆ってカートリッジを取り囲むように装着される。

一方、カートリッジ２０の両側下部に段差部を形成することができ、ホールドダウンブラケットは両側下部に形成された段差部のそれぞれを取り囲むように装着することができる。よって、ベースプレートに対する電池モジュールアセンブリーの固定を安定的に確保することができる。

図２は図１の部分拡大正面図、図３は一実施例によるホールドダウンブラケットの斜視図及び側面図である。

図２及び図３を参照すると、ホールドダウンブラケット３００は、カートリッジ２０の段差部２１の上面を覆う上端部３１０、ベースプレートと結合する下端部３３０、及び上端部３１０と下端部３３０を連結する中間部３２０を含む。

下端部３３０には、ベースプレートの方向に突出した突起構造３３１が形成されている。

突起構造３３１は垂直断面がＵ字形またはＶ字形を有するように形成することができ、突起の末端が尖っているか、または鈍くなっている形態を有することができる。

突起構造３３１は下端部３３０の両側末端にそれぞれ形成され、両側末端を除いた残りの部分に少なくとも１個以上形成される。図２及び図３は両側末端のそれぞれに突起構造３３１が一つずつ形成され、残りの部分である内側に２個の突起構造３３１が形成され、全部４個の突起構造３３１が形成された状態を示す。

電池モジュールアセンブリー１００とベースプレート２００が結合される前の状態では下端部３３０の突起構造３３１のみがベースプレート２００に接触しており、突起構造３３１を除いた下端部３３０の残りの部分は平面形態であり、ベースプレート２００と対向する面がベースプレート２００から離隔した状態を維持する。

突起構造３３１は、図３に示すように、下端部３３０の外周部３３５に形成された構造を有することができる。これとは違い、突起構造を下端部の中心部３３６に形成することができるというのは言うまでもない。突起構造３３１と突起構造３３１との間にはホールドダウンブラケット３００とベースプレート２００を固定するための貫通口３３２が形成されている。

ボルトまたはネジのような締結部材がホールドダウンブラケットの貫通口３３２とベースプレートを通過してナットと結合される。突起構造３３１によって浮いている下端部をベースプレートの方向にさらに押して締結することができるので、ボルトとナットとの間の結合力を向上させることができる。

図２はホールドダウンブラケット３００を介して１個の電池モジュール１１０がベースプレート２００に結合される状態を示しているが、ホールドダウンブラケット３００の長さを延ばして複数の電池モジュールをベースプレートに結合させることができることは言うまでもない。

図４は他の実施例によるホールドダウンブラケットの斜視図及び側面図である。

図４を参照すると、ホールドダウンブラケット４００は、カートリッジの段差部の上面を覆う上端部４１０、ベースプレートと結合する下端部４３０、及び上端部４１０と下端部４３０を連結する中間部４２０を含む。

下端部４３０にはベースプレートの方向に突出した突起構造４３１が形成されている。

突起構造４３１は垂直断面がＵ字形またはＶ字形を有することができ、突起の末端が尖っているか、または鈍くなっている形態を有することができる。

図４に示すホールドダウンブラケット４００は、図３に示したホールドダウンブラケット３００と同様に、下端部４３０の両側末端のそれぞれに突起構造４３１が一つずつ形成され、残りの部分である内側に２個の突起構造４３１が形成されて全部４個の突起構造４３１が形成された状態を示している。

前記突起構造の個数及び形態は、ホールドダウンブラケットの長さ及びカートリッジの段差部の高さなどを考慮して適切な個数及び形態を選択的に適用することができる。

図４のホールドダウンブラケット４００は、図３のホールドダウンブラケット３００とは違い、突起構造が下端部４３０の中心部４３６に形成され、貫通口４３２と同一線上に位置している。

図３のように突起構造が下端部の外周部３３５に形成される場合には、電池セルが収納されたカートリッジの段差部の高さ差による公差が発生してもホールドダウンブラケットの上端部がカートリッジの段差部を押す距離が突起構造の高さの分だけ増加するので、より強くホールドダウンブラケットをベースプレートに結合させることができる。よって、前記段差部の高さ差による公差の発生を減らすことにより、電池セルを拘束するカートリッジが緩むことを防止することができる。

一方、図４のように突起構造が下端部の中心部４３６に形成される場合には、ボルト締結の際、突起構造が圧縮されて突起構造の高さが減少した状態になってボルトとナットとの締結深さが増えるので、ボルトの緩み防止効果を向上させることができる。

一方、ホールドダウンブラケットは少なくとも部分的に弾性素材を含むことができる。例えば、中間部、下端部、または突起構造に弾性素材からなる部分を含むことができる。このような場合には、ホールドダウンブラケットの締結過程で弾性素材部分が延伸されるか、または突起構造の弾性部分が押圧されて下端部がベースプレートの方向にもっと密着することができる。よって、ボルトとナットがより強く結合された状態が維持される結果として、ボルトとナットの緩み防止効果を著しく向上させることができる。

一具体例で、図２～図４を参照すると、カートリッジ２０の段差部には溝（図示せず）が形成され、ホールドダウンブラケット３００、４００には前記溝に噛み合うように収容される湾入部３１１、４１１が形成されることができる。よって、電池パックに上下及び／または左右方向に振動が加わっても電池モジュールをベースプレートに安定的に固定することができる。

図５は図２のＡ－Ａ’線についての部分断面図で、ホールドダウンブラケットの結合前の状態を示す断面図であり、図６は図２のＡ－Ａ’線についての部分断面図で、ホールドダウンブラケットの結合後の状態を示す断面図であり、図７は図２のＢ－Ｂ’線についての部分断面図である。

図２のＡ－Ａ’線は突起構造が形成された部分上に位置し、Ｂ－Ｂ’線は貫通口が形成された部分上に位置している。

図５～図７を参照すると、図５のようにホールドダウンブラケット３００の結合前の状態で、ホールドダウンブラケット３００の上端部はカートリッジの段差部２１の上面を覆うように配置され、下端部３３０の全体部分のうちの突起構造３３１のみがベースプレート２００に接触した状態である。

ここで、突起構造３３１の最大高は、カートリッジの段差部２１の高さａ１からホールドダウンブラケットにおける上端部３１０の下面と下端部３３０の下面との高低差ａ２を差し引いたものより大きい。

前記突起構造の最大高が、カートリッジの段差部２１の高さａ１からホールドダウンブラケットにおける上端部３１０の下面と下端部３３０の下面との高低差ａ２を差し引いたものより小さい場合には、電池モジュールアセンブリーをベースプレートにもっと強く結合させるという目的を達成しにくいので好ましくない。

図７に示すように貫通口を通してボルトとナットが締結され、図６のようにホールドダウンブラケットが結合された状態になれば、突起構造が圧迫され、突起構造を除いた下端部３３０の残りの部分もベースプレートと接触するようになる。すなわち、突起構造の高さによって下端部３３０をベースプレート側にもっと押すことができる空間が生じるからボルトとナットがより深く締結されるので、ボルトとナットが緩むことを防止することができる。

また、カートリッジの間に段差が形成されるかまたは電池モジュールの間の段差または公差が形成され、電池モジュール内の電池セルの間にまたは電池モジュールの間に部分的にベースプレートに対する結合力が変わる問題が発生することがあるが、本発明のように突起構造が形成されたホールドダウンブラケットを使う場合にはホールドダウンブラケットをベースプレートの方向にもっと強く押すことができるので、前記のような問題を防止することができる。

本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。

以上で説明したように、本発明による電池パックは、ホールドダウンブラケットに形成された突起構造によってホールドダウンブラケットが電池モジュールアセンブリーをベースプレートの方向に押す力をより強く印加することができるので、電池モジュールアセンブリーとベースプレートとの間の結合力を高めることができる。

また、前記電池モジュールアセンブリーとベースプレートとの結合のためにボルトとナットを使い、前記ホールドダウンブラケットの一部に弾性素材を適用すれば、ボルトとナットの緩み防止効果を高めることができる。

１０ 電池セル
２０ カートリッジ
２１ 段差部
１００ 電池モジュールアセンブリー
１１０ 電池モジュール
２００ ベースプレート
３００、４００ ホールドダウンブラケット
３１０、４１０ 上端部
３１１、４１１ 湾入部
３２０、４２０ 中間部
３３０、４３０ 下端部
３３１、４３１ 突起構造
３３２、４３２ 貫通口
３３５、４３５ 外周部
３３６、４３６ 中心部
ａ１ カートリッジの段差部の高さ
ａ２ 上端部の面と下端部の面と間の高低差

Claims (13)

1. 一つ以上の電池セルがカートリッジに内蔵された状態で隣接して配列される電池モジュールを２個以上含む電池モジュールアセンブリーと、
   前記電池モジュールアセンブリーが上部に搭載されるベースプレートと、
   前記電池モジュールアセンブリーを前記ベースプレートに固定するためのホールドダウンブラケットと、
   を含み、
   前記カートリッジは、下部が外方に突出した段差部を含み、
   前記ホールドダウンブラケットは、前記カートリッジの段差部の上面を覆う上端部、前記ベースプレートと結合する下端部、及び前記上端部と下端部を連結する中間部を含み、
   前記下端部には、ベースプレートの方向に突出した突起構造が形成されており、
   前記電池モジュールアセンブリーと前記ベースプレートが結合される前の状態で、前記下端部の突起構造のみがベースプレートと接触しており、
   前記突起構造の最大高は、前記カートリッジの段差部の高さから、前記ホールドダウンブラケットにおいて上端部の下面と下端部の下面との間の高低差を差し引いたものより大きい、電池パック。
2. 前記突起構造は前記下端部の両側末端にそれぞれ形成されており、前記両側末端を除いた残りの部分に少なくとも１個以上形成されている、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記突起構造は前記下端部の外周部に形成されている、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記突起構造は前記下端部の中心部に形成されている、請求項２に記載の電池パック。
5. 前記突起構造と突起構造との間には、前記ホールドダウンブラケットと前記ベースプレートを固定するための貫通口が形成されている、請求項２に記載の電池パック。
6. 前記貫通口に締結部材が挿入されて結合される、請求項５に記載の電池パック。
7. 前記締結部材はボルトまたはネジである、請求項６に記載の電池パック。
8. 前記ホールドダウンブラケットは１個の電池モジュールを前記ベースプレートに結合させる、請求項１に記載の電池パック。
9. 前記ホールドダウンブラケットは複数の電池モジュールを前記ベースプレートに結合させる、請求項１に記載の電池パック。
10. 前記ホールドダウンブラケットは少なくとも部分的に弾性素材を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池パック。
11. 前記カートリッジの段差部には溝が形成され、前記ホールドダウンブラケットには前記溝に収容される湾入部が形成されている、請求項１に記載の電池パック。
12. 請求項１に記載の電池パックを電源として含む、デバイス。
13. 前記デバイスは、電気二輪車、電動カート、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置からなる群から選択された一つである、請求項１２に記載のデバイス。

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