JP7538888B2

JP7538888B2 - バッテリパック及びこのようなバッテリパックを含む自動車

Info

Publication number: JP7538888B2
Application number: JP2022570390A
Authority: JP
Inventors: チャン－ヒョン・ヤン; ヘ－ジン・キム; ビュン－ド・ジャン
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2024-08-22
Anticipated expiration: 2041-12-02
Also published as: EP4145595A1; WO2022124700A1; EP4145595A4; KR20220080621A; US20230170553A1; JP2023526828A; CN115668593A

Description

本発明は、バッテリパック及びこのようなバッテリパックを含む自動車に関する。

本願は、２０２０年１２月７日付の大韓民国特許出願番号第１０－２０２０－０１６９９１８号に対する優先権主張出願であって、当該出願の明細書及び図面に開示されたあらゆる内容は、引用によって本出願に援用される。

製品群による適用容易性が高く、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけではなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ：ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させ得るという一次的な長所だけではなく、エネルギーの使用による副産物が全く発生しないという点で環境に優しい及びエネルギー効率性を高めるための新たなエネルギー源として注目されている。

現在、広く使われる二次電池の種類には、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がある。このような単位二次電池セル、すなわち、単位バッテリセルの作動電圧は、約２．５Ｖ～４．２Ｖである。したがって、これよりもさらに高い出力電圧が要求される場合、複数個のバッテリセルを直列連結してバッテリパックを構成する。また、バッテリパックに要求される充電・放電容量によって多数のバッテリセルを並列連結してバッテリパックを構成する。したがって、前記バッテリパックに含まれるバッテリセルの個数は、要求される出力電圧または充電・放電容量によって多様に設定し得る。

一方、複数個のバッテリセルを直列／並列連結してバッテリパックを構成する場合、少なくとも１つのバッテリセルを含むバッテリモジュールを先に構成し、このような少なくとも１つのバッテリモジュールを用いて、その他の構成要素を追加してバッテリパックを構成する方法が一般的である。

従来のバッテリパックは、一般的に、電気自動車などの自動車に装着されるパックケース及びパックケースの内部に備えられる少なくとも１つのバッテリモジュールを含んで構成される。ここで、少なくとも１つのバッテリモジュールには、バッテリセルを冷却させるための水冷方式の冷却配管ユニットを備え、バッテリパックには、このような冷却配管ユニットに冷媒を供給し、排出できるようにパックケースに貫設される冷媒流出入配管をさらに備えることができる。

従来のバッテリパックの場合、このような水冷方式の冷媒流出入配管及び冷却配管ユニットを流動する冷却水が、バッテリパックの内部のバッテリセルと触れないように隔離することが必要である。すなわち、冷却水のバッテリモジュールの内部のバッテリセル側への流入などの危険を遮断することが重要である。

したがって、水冷方式のバッテリパックでより気密な水密構造を具現する方案の模索が要請される。

本発明の目的は、水冷方式のバッテリパックでより気密な水密構造を具現することができるバッテリパック及びこのようなバッテリパックを含む自動車を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、バッテリパックであって、少なくとも１つのバッテリセルを含み、前記少なくとも１つのバッテリセルを冷却させるための冷媒流路が形成される冷却配管ユニットを備える少なくとも１つのバッテリモジュールと、前記少なくとも１つのバッテリモジュールを収容するパックケースと、前記パックケースに貫設され、前記冷却配管ユニットと連結されて、前記パックケースの外部から前記冷媒流路に冷媒を供給し、前記冷媒流路から前記冷媒を前記パックケースの外部に排出するための冷媒流出入配管と、前記冷媒流出入配管と前記パックケースとの間に配されている第１シーリングユニットと、前記第１シーリングユニットと所定の距離だけ離隔して配されており、前記冷媒流出入配管と前記冷却配管ユニットとの間に配されている第２シーリングユニットと、を含むことを特徴とするバッテリパックを提供する。

前記冷媒流出入配管は、前記パックケースに貫通され、少なくとも一部が前記パックケースの外面に接触配される配管本体と、前記配管本体から前記パックケースの外部に突出し、外部冷却ユニットと連結されている外側パイプと、前記外側パイプから所定の距離だけ離隔して配されており、前記配管本体から前記パックケースの内部に突出し、前記冷却配管ユニットと連結されている内側パイプと、を含み得る。

前記第１シーリングユニットは、前記配管本体と前記パックケースとの間に配置されている。

前記第１シーリングユニットは、前記パックケースの外面に接触配置されている。

前記配管本体は、前記パックケースの外側に配されており、前記パックケースと締結される締結プレートを含み、前記第１シーリングユニットは、前記締結プレートと前記パックケースとの間に配置されている。

前記締結プレートには、前記第１シーリングユニットが挿入される第１シーリングユニット挿入溝が備えられ得る。

前記第２シーリングユニットは、複数個備えられており、前記内側パイプの長手方向に沿って互いに所定の距離だけ離隔して配置されている。

前記第１シーリングユニットは、平面形のＯリング部材で備えられ得る。

前記第２シーリングユニットは、軸形のＯリング部材で備えられ得る。

そして、本発明は、自動車であって、前述した実施例による少なくとも１つのバッテリパックを含むことを特徴とする自動車を提供する。

以上のような多様な実施例によって、水冷方式のバッテリパックでより気密な水密構造を具現することができるバッテリパック及びこのようなバッテリパックを含む自動車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例を例示するものであり、後述する発明の詳細な説明と共に本発明の技術思想をさらに理解させる役割を行うものなので、本発明は、そのような図面に記載の事項のみ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パックを説明する図面である。図１のバッテリパックの主要部を説明する図面である。図２のバッテリパックの冷媒流出入配管を説明する図面である。図２のバッテリパックの第１シーリングユニットを説明する図面である。図２のバッテリパックの第２シーリングユニットを説明する図面である。図２の冷媒流出入配管の第１シーリングユニット及び第２シーリングユニットの装着を説明する図面である。図２の冷媒流出入配管の第１シーリングユニット及び第２シーリングユニットの装着を説明する図面である。本発明の他の実施例による冷媒流出入配管を説明する図面である。本発明の一実施例による自動車を説明する図面である。

本発明は、添付図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳しく説明することにより、さらに明らかになる。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明される実施例とは異なって、多様に変形されて実施可能であることを理解しなければならない。また、発明の理解を助けるために、添付図面は、実際の縮尺通りに示されたものではなく、一部の構成要素の寸法が誇張して示され得る。

図１は、本発明の一実施例によるバッテリパックを説明する図面であり、図２は、図１のバッテリパックの主要部を説明する図面である。

図１及び図２を参照すれば、バッテリパック１０は、自動車の燃料源であって、自動車に備えられ得る。例として、前記バッテリパック１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、及びその他のバッテリパック１０を燃料源として用いられるその他の他の方式の多様な自動車に備えられ得る。

また、前記バッテリパック１０は、前記自動車以外にも、二次電池としてのバッテリセルを用いる電力貯蔵装置（ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＳｙｓｔｅｍ）など、その他、他の装置や器具及び設備などに備えられることも可能であるということはいうまでもない。

このような前記バッテリパック１０は、バッテリモジュール１００、パックケース２００、冷媒流出入配管３００、第１シーリングユニット４００、及び第２シーリングユニット５００を含み得る。

前記バッテリモジュール１００は、少なくとも１つまたはそれ以上の複数個備えられ得る。このような前記バッテリモジュール１００は、後述するパックケース２００の内部に装着される。

前記バッテリモジュール１００は、バッテリセル１１０及び冷却配管ユニット１３０を含み得る。

前記バッテリセル１１０は、二次電池であって、ポーチ型二次電池、円筒状二次電池、または角型二次電池で備えられ得る。以下、本実施例では、前記バッテリセル１１０がポーチ型二次電池であると限定して説明する。

このような前記バッテリセル１１０は、少なくとも１つまたはそれ以上の複数個備えられ得る。以下、本実施例では、前記バッテリセル１１０が複数個備えられて、互いに電気的に連結されるように互いに積層されるように備えられると限定して説明する。

前記冷却配管ユニット１３０は、前記少なくとも１つのバッテリセル１１０、本実施例の場合、前記複数個のバッテリセル１１０を冷却するためのものであって、後述する冷媒流出入配管３００を通じて外部冷却ユニット（Ｃ）と連結される。

このような前記冷却配管ユニット１３０は、前記少なくとも１つまたはそれ以上の複数個のバッテリセル１１０を冷却させるための冷媒流路が形成され得る。このような前記冷媒流路には、前記外部冷却ユニット（Ｃ）から供給される冷媒が循環可能に流動することができる。

前記冷媒は、水冷方式であって、冷却水で備えられ得る。このような前記冷媒は、前記外部冷却ユニット（Ｃ）側に後述する冷媒流出入配管３００を通じて供給されて、前記冷媒流路を通じて循環した後、後述する冷媒流出入配管３００を通じて排出されて、再び前記外部冷却ユニット（Ｃ）側に抜け出る。

前記冷却配管ユニット１３０は、配管ハウジング１３２及び連結パイプ１３５を含み得る。

前記配管ハウジング１３２は、前記冷却配管ユニット１３０の外観を形成し得る。このような前記配管ハウジング１３２は、前記複数個のバッテリセル１１０の間に配置される。

前記連結パイプ１３５は、前記配管ハウジング１３２内に配され、前記冷媒流路を備えることができる。このような前記連結パイプ１３５は、前記配管ハウジング１３２内で後述する冷媒流出入配管３００と連結される。

前記パックケース２００は、前記少なくとも１つのバッテリモジュール１００を収容することができる。このような前記パックケース２００は、前記バッテリモジュール１００以外にも、前記バッテリパック１０を成す各種の電装部品やその他の部品などを収容することができる。このような前記パックケース２００は、前記自動車、電力貯蔵装置など、その他、他の装置や器具及び設備などに装着される。

前記冷媒流出入配管３００は、前記パックケース２００の外部から前記冷媒流路に冷媒を供給し、前記冷媒流路から前記冷媒を前記パックケース２００の外部に排出するためのものであって、前記パックケース２００に貫設され、前記冷却配管ユニット１３０と連結される。

このような前記冷媒流出入配管３００は、前記冷媒の供給及び排出のために、一対で備えられ得る。

以下、このような前記一対の冷媒流出入配管３００、前記第１シーリングユニット４００、及び前記第２シーリングユニット５００についてさらに具体的に説明する。

図３は、図２のバッテリパックの冷媒流出入配管を説明する図面であり、図４は、図２のバッテリパックの第１シーリングユニットを説明する図面であり、図５は、図２のバッテリパックの第２シーリングユニットを説明する図面であり、図６及び図７は、図２の冷媒流出入配管の第１及び第２シーリングユニットの装着を説明する図面である。

図３～図７を参照すれば、それぞれの冷媒流出入配管３００は、配管本体３１０、外側パイプ３３０、及び内側パイプ３５０を含み得る。

前記配管本体３１０は、前記パックケース２００に貫設される。このような前記配管本体３１０は、少なくとも一部が前記パックケース２００の外面に接触配置される。

前記配管本体３１０は、締結プレート３１５を含み得る。

前記締結プレート３１５は、前記パックケース２００の外側に配され、前記パックケース２００と締結される。

このような前記締結プレート３１５には、パックケース装着部３１６及び第１シーリングユニット挿入溝３１８が備えられ得る。

前記パックケース装着部３１６は、前記パックケース２００との結合のためのものであって、前記パックケース装着部３１６とスクリュー結合などで締結される。このために、前記パックケース装着部３１６は、スクリュー結合のための少なくとも１つまたはそれ以上の複数個のスクリューホールからなり得る。

前記第１シーリングユニット挿入溝３１８には、後述する第１シーリングユニット４００が挿設される。これにより、前記第１シーリングユニット挿入溝３１８は、後述する第１シーリングユニット４００に対応する形状からなり得る。

前記外側パイプ３３０は、前記配管本体３１０から前記パックケース２００の外部に突出し、外部冷却ユニット（Ｃ）と連結される。具体的には、前記外側パイプ３３０は、前記締結プレート３１５から前記パックケース２００の外部に所定の長さで突設される。

前記内側パイプ３５０は、前記外側パイプ３３０から所定の距離だけ離隔して配され、前記配管本体３１０から前記パックケース２００の内部に突出し、前記冷却配管ユニット１３０と連結される。

具体的には、前記内側パイプ３５０は、少なくとも一部が前記冷却配管ユニット１３０の前記配管ハウジング１３２を貫通して、前記連結パイプ１３５と連結される。

前記第１シーリングユニット４００は、水密構造の具現のためのものであって、Ｏリング部材で備えられ得る。具体的に、前記第１シーリングユニット４００は、概略的に平面状の四角状の平面形のＯリング部材を含み得る。

このような前記平面形のＯリング部材を含む前記第１シーリングユニット４００は、前記締結プレート３１５の前記第１シーリングユニット挿入溝３１８に挿入された後、前記締結プレート３１５と前記パックケース２００とのスクリュー結合などで圧縮される面圧でシーリングを保持することができる。

このような前記第１シーリングユニット４００は、前記冷媒流出入配管３００と前記パックケース２００との間に配置される。具体的に、前記第１シーリングユニット４００は、前記配管本体３１０と前記パックケース２００との間に配置される。さらに具体的には、前記第１シーリングユニット４００は、前記パックケース２００の外面に接触配され、前記締結プレート３１５と前記パックケース２００との間に配置される。このために、前記第１シーリングユニット４００は、前記第１シーリングユニット挿入溝３１８に挿設される。

前記第２シーリングユニット５００は、水密構造の具現のためのものであって、Ｏリング部材で備えられ得る。具体的に、前記第２シーリングユニット５００は、概略的に、軸状の円状の軸形のＯリング部材を含み得る。

このような前記軸形のＯリング部材を含む前記第２シーリングユニット５００は、前記内側パイプ３５０の外径と前記配管ハウジング１３２の内径との差よりも大きな厚さを有するように形成され得る。これにより、前記第２シーリングユニット５００は、前記内側パイプ３５０と前記配管ハウジング１３２との連結時に、圧縮によって生じる面圧でシーリングを保持することができる。

このような前記第２シーリングユニット５００は、前記第１シーリングユニット４００と所定の距離だけ離隔して配され、前記冷媒流出入配管３００と前記冷却配管ユニット１３０との間に配置される。

具体的には、前記第２シーリングユニット５００は、前記冷媒流出入配管３００の前記内側パイプ３５０と前記冷却配管ユニット１３０の配管ハウジング１３２との間に配置される。

このような前記第２シーリングユニット５００は、少なくとも１つまたはそれ以上の複数個備えられ得る。以下、本実施例では、前記第２シーリングユニット５００が複数個備えられると限定して説明する。

前記複数個の第２シーリングユニット５００は、前記内側パイプ３５０の長手方向に沿って互いに所定の距離だけ離隔して配置される。具体的には、本実施例において、前記第２シーリングユニット５００は、一対で備えられて、前記内側パイプ３５０の長手方向に沿って互いに所定の距離だけ離隔して配置される。このように、本実施例の場合、前記第２シーリングユニット５００が一対で備えられて、互いに離隔して配されるので、前記水密構造をさらに堅固に具現することができる。

このように、本実施例の場合、このような前記第２シーリングユニット５００及び前記第１シーリングユニット４００を通じて、前記冷却配管ユニット１３０の前記配管ハウジング１３２及び前記パックケース２００のいずれでも、さらに堅固な水密構造を具現することができる。

また、本実施例の場合、前記第１シーリングユニット４００及び前記第２シーリングユニット５００の２種のシーリング構造を通じて、何れか一種のシーリング構造に問題が生じても、他のシーリング構造がそれを補完することができる。

また、本実施例の場合、前記第１シーリングユニット４００及び前記第２シーリングユニット５００が、それぞれ平面形の構造と軸形の構造であって、互いに構造的に独立しているために、それぞれのシーリングの有無は互いに影響を及ぼさない。

図８は、本発明の他の実施例による冷媒流出入配管を説明する図面である。

図８を参照すれば、前記冷媒流出入配管３００は、第３シーリングユニット６００をさらに含み得る。

前記第３シーリングユニット６００は、水密構造の具現をさらに向上させるためのものであって、Ｏリング部材で備えられ得る。本実施例の場合、このような前記第３シーリングユニット６００を通じて、前記冷却配管ユニット１３０の前記配管ハウジング１３２の内部でも、水密構造を具現することができて、水密構造をさらに堅固にする。

図９は、本発明の一実施例による自動車を説明する図面である。

図９を参照すれば、本実施例による自動車１は、以前の実施例の少なくとも１つのバッテリパック１０を含み得る。このような前記自動車１に備えられる前記バッテリパック１０は、自動車の燃料源として備えられ得る。例として、前記バッテリパック１０は、電気自動車、ハイブリッド自動車及びその他のバッテリパック１０を燃料源として用いられるその他の他の方式で自動車１にも備えられ得る。

以上のような多様な実施例によって、水冷方式のバッテリパック１０でより気密な水密構造を具現することができるバッテリパック１０及びこのようなバッテリパック１０を含む自動車１を提供することができる。

以上、本発明の望ましい実施例について図示して説明したが、本発明は、前述した特定の実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れずに、当業者によって多様な変形実施が可能であるということはいうまでもなく、このような変形実施は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならない。

１０バッテリパック
１００バッテリモジュール
１１０バッテリセル
１３０冷却配管ユニット
２００パックケース
３００冷媒流出入配管
４００第１シーリングユニット
５００第２シーリングユニット

Claims

バッテリパックにおいて、
少なくとも１つのバッテリセルを含み、前記少なくとも１つのバッテリセルを冷却させるための冷媒流路が形成されている冷却配管ユニットを備える少なくとも１つのバッテリモジュールと、
前記少なくとも１つのバッテリモジュールを収容するパックケースと、
前記パックケースに貫設され、前記冷却配管ユニットと連結されて、前記パックケースの外部から前記冷媒流路に冷媒を供給し、前記冷媒流路から前記冷媒を前記パックケースの外部に排出するための冷媒流出入配管と、
前記冷媒流出入配管と前記パックケースとの間に配されている第１シーリングユニットと、
前記第１シーリングユニットと所定の距離だけ離隔して配されており、前記冷媒流出入配管と前記冷却配管ユニットとの間に配されている第２シーリングユニットと、
を含むことを特徴とする、バッテリパック。
前記冷媒流出入配管は、
前記パックケースに貫通されており、少なくとも一部が前記パックケースの外面に接触して配されている配管本体と、
前記配管本体から前記パックケースの外部に突出し、外部冷却ユニットと連結されている外側パイプと、
前記外側パイプから所定の距離だけ離隔して配されており、前記配管本体から前記パックケースの内部に突出し、前記冷却配管ユニットと連結されている内側パイプと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
前記第１シーリングユニットは、前記配管本体と前記パックケースとの間に配されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
前記第１シーリングユニットは、前記パックケースの外面に接触して配されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
前記配管本体は、前記パックケースの外側に配されており、前記パックケースと締結されている締結プレートを含み、
前記第１シーリングユニットは、前記締結プレートと前記パックケースとの間に配されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
前記締結プレートには、前記第１シーリングユニットが挿入される第１シーリングユニット挿入溝が備えられていることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリパック。
前記第２シーリングユニットは、複数個備えられており、前記内側パイプの長手方向に沿って互いに所定の距離だけ離隔して配されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
前記第１シーリングユニットは、平面形のＯリング部材で備えられていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリパック。
前記第２シーリングユニットは、軸形のＯリング部材で備えられていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリパック。
請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリパックを少なくとも１つ含むことを特徴とする、自動車。