JP6506307B2 - スペーサーを含む電池パック - Google Patents
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Description
本発明は、スペーサーを含む電池パックに関する。
近年、充放電可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
小型モバイル機器には、デバイス１台当たり１個、又は２〜４個の電池セルが使用される一方、自動車などのような中大型デバイスには、高出力大容量の必要性により、多数の電池セル又は電池モジュールを電気的に接続した電池パックが使用される。所定の装置乃至デバイスで要求される出力及び容量を提供するために、多数の電池セル又は電池モジュールを直列接続することができる。
一般に、高容量／高出力の電池パックは、多数の電池セル又は電池モジュールを隣接して積層した状態でベースプレートに搭載し、パックハウジングを多数の電池セル又は電池モジュールを取り囲みながらベースプレートと結合させる構造からなる。このような構造では、電池パックが装着されるデバイスの駆動環境による振動によって電池モジュールの揺れが発生することがあり、これを防止するための手段として、電池モジュールの上端に電池モジュールの配列方向にテンションバーを装着する構造が使用されている。
しかし、前記のような構造は、電池パックに幅方向に振動が発生するとき、電池モジュールの幅方向への動きを十分に防止することができない。また、パックハウジングと電池モジュールとの間に空き空間が形成されているため、電池パックの内部と外部の温度差によってパックハウジングの内面に発生した凝縮水が電池モジュールの上端に落ちてしまい、電池パックの誤作動を誘発するという問題があり得る。
したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題点及び過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
具体的に、本発明の目的は、外部衝撃または振動が発生する場合にも、電池モジュールの固定構造を強固に維持することができ、電池パックの内部と外部の温度差によって発生する凝縮水から電池モジュールを保護することができる電池パックを提供することである。
このような目的を達成するための本発明に係る電池パックは、
充放電可能な電池セルまたは単位モジュールを多数個含む電池モジュールが２つ以上配列された状態でパックハウジングとベースプレートとの間の空間に内蔵されている構造の電池パックであって、
配列された電池モジュールが搭載されるベースプレート（base plate）と、
前記電池モジュールを取り囲みながら下端がベースプレートと結合されるパックハウジングと、
前記電池モジュールの上端部の動きを低減することができるように、パックハウジングの内面と電池モジュールの上端外面との間の空間に介在しているスペーサー（spacer）と、
を含む構造であってもよい。
充放電可能な電池セルまたは単位モジュールを多数個含む電池モジュールが２つ以上配列された状態でパックハウジングとベースプレートとの間の空間に内蔵されている構造の電池パックであって、
配列された電池モジュールが搭載されるベースプレート（base plate）と、
前記電池モジュールを取り囲みながら下端がベースプレートと結合されるパックハウジングと、
前記電池モジュールの上端部の動きを低減することができるように、パックハウジングの内面と電池モジュールの上端外面との間の空間に介在しているスペーサー（spacer）と、
を含む構造であってもよい。
ここで、前記スペーサーは、電池モジュールの上端部とパックハウジングの内面との間の空間を満たす構造の部材を意味し得る。すなわち、前記スペーサーは、電池モジュールの上端部とパックハウジングの内面との間に形成されている空き空間に隙間なく介在することができる。
したがって、本発明に係る電池パックは、電池モジュールの上端部の動きを低減することができるように、パックハウジングの内面と電池モジュールの外面との間の空間にスペーサーが介在しているので、外部衝撃または振動が発生する場合にも、電池モジュールの固定構造を強固に維持することができ、電池パックの内部と外部の温度差によって発生する凝縮水から電池モジュールを保護することができる。
前記電池セルは、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのケースに電極積層体を内蔵した後、外周面をシールした構造となっていてもよい。前記ラミネートシートは、優れた耐久性の樹脂外層、遮断性の金属層、及び熱溶融性の樹脂シーラント層を含む形態からなることができ、前記樹脂シーラント層が互いに熱融着される形態であってもよい。
前記樹脂外層は、外部環境から優れた耐性を有しなければならないため、所定以上の引張強度及び耐候性を有することが必要である。そのような観点で、樹脂外層の高分子樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と延伸ナイロンフィルムを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
前記遮断性金属層は、ガス、湿気などの異物の流入乃至漏出を防止する機能以外に、電池ケースの強度を向上させる機能を発揮できるように、例えば、アルミニウムを使用することができる。
前記樹脂シーラント層は、例えば、熱融着性（熱接着性）を有し、電解液の侵入を抑制するために吸湿性が低く、電解液によって膨張又は腐食しないポリオレフィン（polyolefin）系樹脂を使用することができ、一つの具体例として、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）を使用することができる。
前記電池セルは、フレーム構造の電池カートリッジの内部に装着されていてもよい。具体例として、前記電池カートリッジは、電池セルの両側面のうち少なくとも一側面が開放された状態で電池セルの外周面を固定する少なくとも一対の板状型フレームからなっていてもよい。
前記電池モジュールは、長方形構造からなっており、電極端子が上面に向かうように直立した状態で側面が互いに接する配列でベースプレート上に搭載されていてもよい。
具体的に、前記電池モジュールは、直立状態で電池モジュールの高さが幅よりも相対的に大きい構造となっていてもよい。前記電池モジュールの幅、すなわち、前記電池セルが相互界面が接合するように配列される方向での長さは、前記電池モジュールの高さの５０％〜８０％の大きさとなっていてもよい。
一実施例において、前記電池パックは、前記電池モジュールの上端に装着されて電圧を検出するセンシングアセンブリ；及び前記電池モジュールにおいて最外側の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの外側に隣接して装着されるＢＭＳ（Battery Management System）をさらに含んでいてもよく、前記パックハウジングは、前記電池モジュール及びＢＭＳを取り囲みながらパックハウジングの下端がベースプレートと結合されていてもよい。
前記ＢＭＳは、電池パックの充放電過程で電池パックの電力の入出力を調節する機能を果たし、電池パックが過充電または過放電されて過熱または膨張が発生する場合には電力を遮断して電池パックの安全を確保することができる機能を果たす。
本発明の具体例において、前記スペーサーの上面はパックハウジングの内面に接していてもよく、スペーサーの下面はセンシングアセンブリ及び電池モジュールの露出された上面に接していてもよい。
具体的に、前記スペーサーの上面は、パックハウジングの内面に対応する形状からなっていてもよく、スペーサーの下面は、センシングアセンブリ及び電池モジュールの露出された上面に対応する形状からなっていてもよい。
また、前記スペーサーは、前記の構造に加えて、前記電池モジュールの上端部の両端を取り囲む構造が追加されていてもよい。
本発明に係る電池パックはまた、前記電池モジュールを支持できるように、電池モジュールの上端に配列方向に装着されている一対のテンションバー（tension bars）をさらに含んでいてもよい。
このようなテンションバーは、電池パックに外部衝撃または振動が印加される場合に、電池モジュールの配列方向での電池モジュールの動きを抑制することによって、電池モジュール間の結合力を強固にし、電池パック全般の安全性を担保することができる機能を果たす。
前記電池モジュールに装着できるように、前記テンションバーには２つ以上の貫通口が形成されており、前記貫通口と垂直線上の同じ位置の電池セルの上端部には、前記貫通口に対応する貫通口が形成されており、前記テンションバーと電池モジュールは、貫通口に挿入されたボルトがナットと結合しながら締結されていてもよい。
前記スペーサーの一つの実施例として、前記スペーサーの内面には、ボルト及びナットに対応する形状の湾入部が形成されており、前記スペーサーは、湾入部に前記ボルト及びナットが挿入されて固定される構造であってもよい。すなわち、別途の締結構造なしに、前記ボルト及びナットが前記湾入部に挿入されることによって、安定化される構造であってもよい。
前記スペーサーの他の実施例として、前記スペーサーは、ボルトに対応する形状の締結溝が形成されており、前記スペーサーは、締結溝と貫通口に連続して挿入されたボルトがナットと結合しながら固定される構造であってもよい。
前記スペーサーは発泡高分子樹脂からなっていてもよく、前記発泡高分子樹脂は閉鎖型気孔（closed pores）を含んでいてもよい。
具体的に、前記発泡高分子樹脂は発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）であってもよいが、これのみに限定されるものではない。
前記電池セルは、リチウム二次電池であってもよく、具体的に、リチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であってもよい。
前記スペーサーは、前記電池モジュールの上端部の側面への動きを抑制する構造であってもよい。
本発明はまた、前記電池パックを電源として含んでいるデバイスを提供する。
前記デバイスは、具体的に、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Light Electronic Vehicle）、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１つであってもよい。
一方、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のいずれか１つに本発明に係る電池パックが装着される場合、前記電池パックは、運転席と助手席との間の空間に装着されていてもよい。前記電池パックが運転席と助手席との間に位置することによって、電池パックは、それが装着される車両のサイドクラッシュビームを貫通して装着されるようになり、断絶されたサイドクラッシュビームを支持できるように、電池パックの内部には、サイドクラッシュビームと接するクラッシュビームを含むミドルプレートが装着されていてもよい。
前記のデバイスの構造及び作製方法は当業界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を省略する。
以下では、本発明の実施例に係る図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図１には、本発明の一実施例に係る電池モジュールの斜視図が示されており、図２には、図１の電池モジュールの分解図が示されており、図３には、本発明の一実施例に係る電池モジュール及びホールドダウンブラケットに対する斜視図が示されている。
図１及び図２を参照すると、電池モジュール１１０は、電池セル１０、カートリッジ２０、冷却部材３０、緩衝部材４０、絶縁部材５０、エンドプレート６０、センシングアセンブリ１３０及び冷却マニホールド９０からなっている。
電池セル１０は、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのケースに電極積層体を内蔵した後、外周面をシールした構造のパウチ型電池セルであって、一辺に正極端子１１及び負極端子１２が同一線上に形成されている。
カートリッジ２０の中央部位には、電池セル１０を装着するための電池セル収納部２２が形成されており、２つの電池セル１０が、それらの間に冷却部材３０が介在した状態で電池セル収納部２１の前面及び後面の両方向に装着される。
このように、電池セル１０及び冷却部材３０が装着された複数のカートリッジ２０は、電池セル１０の側面が接する方向に配列され、最外郭に位置する電池セル１０には緩衝部材４０が装着され、緩衝部材４０には絶縁部材５０が重ねて当てられ、最後に絶縁部材５０上にエンドプレート６０が装着される。
カートリッジ２０、絶縁部材５０及びエンドプレート６０のそれぞれの４つの角部には締結口２１，５１，６１が形成されており、前記のように配列された電池モジュール１１０をなす部材は、締結口２１，５１，６１に締結ボルト７０が挿入されてこれら部材が結合及び固定される構造となっている。
このように接続された電池セル１０の上端にはセンシングアセンブリ１３０が装着され、センシングアセンブリ１３０は、電池セル１０を直列及び／又は並列に接続し、電圧を検出し、安全素子を備えることによって、電池モジュール１１０が異常作動する場合に電気の流れを遮断する機能を行う。
電池セル１０の下端には冷却マニホールド９０が装着される。冷却マニホールド９０は、冷却部材３０の冷媒導管３１と連結されて冷媒導管３１に冷媒を流れるようにする。
図３を参照すると、複数の電池モジュール１１０は、側面方向に配列されてベースプレート１２０上に装着され、固定部材であるホールドダウンブラケット１８０によって固定される。具体的には、電池モジュール１１０の下端突出部１１１（図１参照）の上端をホールドダウンブラケット１８０が加圧し、ホールドダウンブラケット１８０は、ボルト及びナットを用いてベースプレート１２０に固定される構造となっている。
図４には、本発明の一実施例に係る電池パックの斜視図が示されており、図５には、図４のパックハウジングが除去された電池パックの斜視図が示されており、図６には、図４の電池パックの側面図が示されており、図７には、図６のＡ−Ａ’部位の垂直断面図が示されており、図８には、図６のＢ−Ｂ’部位の垂直断面図が示されている。
図４乃至図８を参照すると、電池パック１００は、電池モジュール１１０、ベースプレート１２０、センシングアセンブリ１３０、テンションバー１４０、ＢＭＳ１５０、パックハウジング１６０及びスペーサー１７０からなっている。
電池モジュール１１０は、ベースプレート１２０上に、側面が互いに接するように配列されており、電池モジュール１１０の中央にはミドルプレート１９０が装着されている。
電池モジュール１１０の上端には、電圧を検出するセンシングアセンブリ１３０が装着されており、センシングアセンブリ１３０の両端には、テンションバー１４０が、電池モジュール１１０を支持できるように、電池モジュール１１０の上端に電池モジュール１１０の配列方向に装着されている。
最外側の電池モジュール１１０の外側にはＢＭＳ１５０が隣接して装着されており、パックハウジング１６０は、電池モジュール１１０とＢＭＳ１５０を取り囲みながら、下端がベースプレート１２０と結合されている。パックハウジング１６０とベースプレート１２０は、ボルト１２１及びナット（図示せず）によって結合されている。
パックハウジング１６０の内面と電池モジュール１１０の上端面との間の空間にはスペーサー１７０が介在している。
電池モジュール１１０は、長方形構造となっており、電池モジュール１１０の高さＨはその幅Ｗよりも相対的に大きい構造であり、具体的に、電池モジュール１１０の幅Ｗは、その高さＨの約６０％の長さとなっている。
図７を参照すると、スペーサー１７０の上面は、パックハウジング１６０の内面に対応する形状からなり、それに接しており、スペーサー１７０の下面は、センシングアセンブリ１３０、テンションバー１４０、及び電池モジュール１１０が露出した上面に対応する形状からなり、それらに接している。
また、スペーサー１７０は、電池モジュール１１０の上端部の両端１１１を取り囲む構造となっている。
図８を参照すると、スペーサー１７０は、ボルト１４１及びナット１４２に対応する形状の湾入部１７１が形成されており、ボルト１４１及びナット１４２が湾入部１７１に挿入されることで、スペーサー１７０は電池モジュール１１０の上端に固定される。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明に係る電池パックは、電池モジュールの上端部の動きを低減することができるように、パックハウジングの内面と電池モジュールの外面との間の空間にスペーサーが介在しているので、外部衝撃または振動が発生する場合にも、電池モジュールの固定構造を強固に維持することができ、電池パックの内部と外部の温度差によって発生する凝縮水から電池モジュールを保護することができる。
２０ カートリッジ（電池カートリッジ）
１１０ 電池モジュール
１２０ ベースプレート
１３０ センシングアセンブリ
１４０ テンションバー
１５０ ＢＭＳ
１６０ パックハウジング
１７０ スペーサー
１８０ ホールドダウンブラケット
１１０ 電池モジュール
１２０ ベースプレート
１３０ センシングアセンブリ
１４０ テンションバー
１５０ ＢＭＳ
１６０ パックハウジング
１７０ スペーサー
１８０ ホールドダウンブラケット
Claims (16)
- 充放電可能な電池セル又は単位モジュールを多数個含む電池モジュールが２つ以上配列された状態でパックハウジングとベースプレートとの間の空間に内蔵されている構造の電池パックであって、
配列された電池モジュールが搭載されるベースプレート（base plate)と、
前記電池モジュールを取り囲みながら下端がベースプレートと結合されるパックハウジングと、
前記電池モジュールの上端部の動きを低減することができるように、パックハウジングの内面と電池モジュールの上端外面との間の空間に介在している、発泡高分子樹脂からなるスペーサー（spacer）と、
前記電池モジュールを支持できるように、前記電池モジュールの上端に配列方向に装着されている一対のテンションバーと、
を含み、
前記テンションバーには２つ以上の貫通口が形成されており、前記テンションバーと電池モジュールは、前記貫通口に挿入されたボルトがナットと結合しながら締結される構造であり、
前記スペーサーは、前記ボルト及び前記ナットに対応する形状の湾入部が形成されており、前記スペーサーは、前記湾入部に前記ボルトが挿入されて固定されている構造であることを特徴とする、電池パック。 - 前記電池セルは、金属層と樹脂層を含むラミネートシートのケースに電極積層体を内蔵した後、外周面をシールした構造からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池セルは、フレーム構造の電池カートリッジの内部に装着されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池カートリッジは、電池セルの両側面のうち少なくとも一側面が開放された状態で、電池セルの外周面を固定する少なくとも一対の板状型フレームからなっていることを特徴とする、請求項３に記載の電池パック。
- 前記電池モジュールは、長方形構造からなっており、電極端子が上面に向かうように直立した状態で側面が互いに接する配列でベースプレート上に搭載されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池モジュールは、直立状態で電池モジュールの高さが幅よりも相対的に大きいことを特徴とする、請求項５に記載の電池パック。
- 前記電池パックは、
前記電池モジュールの上端に装着されて電圧を検出するセンシングアセンブリと、
前記電池モジュールにおいて最外側の電池モジュールのうち１つの電池モジュールの外側に隣接して装着されるＢＭＳ（battery management system）と、
をさらに含み、
前記パックハウジングは、前記電池モジュール及びＢＭＳを取り囲みながらパックハウジングの下端がベースプレートと結合されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。 - 前記スペーサーの上面は、パックハウジングの内面に接しており、スペーサーの下面は、センシングアセンブリ及び電池モジュールの露出された上面に接していることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
- 前記スペーサーの上面は、パックハウジングの内面に対応する形状からなっており、スペーサーの下面は、センシングアセンブリ及び電池モジュールの露出された上面に対応する形状からなっていることを特徴とする、請求項８に記載の電池パック。
- 前記スペーサーは、電池モジュールの上端部の両端を取り囲む構造からなっていることを特徴とする、請求項８に記載の電池パック。
- 前記発泡高分子樹脂は閉鎖型気孔（closed pores）を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記発泡高分子樹脂は発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記電池セルはリチウム二次電池であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 前記スペーサーは、前記電池モジュールの上端部の側面への動きを抑制することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
- 請求項１から１４のいずれか一項に記載の電池パックを電源として含んでいることを特徴とする、デバイス。
- 前記デバイスは、携帯電話、携帯用コンピュータ、スマートフォン、タブレットＰＣ、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Light Electronic Vehicle）、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ことを特徴とする、請求項１５に記載のデバイス。
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