JP6636035B2 - 電池圧縮阻止体及びそれを含む電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、構成要素に外力が反復的に加えられるとき、構成要素に外力が直接伝達されることを防止するのに好適な電池圧縮阻止体及びそれを含む電池モジュールに関する。
本出願は、２０１５年３月１６日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００３６０８８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、車両の排気ガスによる大気汚染を減らすため、内燃機関及び／または電気モータを用いて駆動力を確保する研究に基づいて車両が製造されている。それにより、車両はハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド（plug-in hybrid）自動車、そして電気自動車の順に進化してきた。ハイブリッド自動車及びプラグインハイブリッド自動車は内燃機関、電気モータと電池パックを備える。電気自動車の場合は、内燃機関なしに、電気モータと電池パックを有する。

さらに、電池パックも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電気自動車とともに進化してきた。電池パックは電気自動車の外部から充電できるように構成される。電池パックは電池モジュールを備え、前記電池モジュールはベースプレート、電池組立体及びエンドプレートを有する。前記ベースプレートは、電池組立体とエンドプレートの下側に位置して、電池組立体が載置される。前記電池組立体は一対のエンドプレートの間に電池セルとカートリッジを有する。前記カートリッジは電池セルを収容するように構成される。
一対のエンドプレートは、電池セルとカートリッジを挟持構造で囲むように構成される。前記エンドプレートは電池組立体及びベースプレートと結合し、電池組立体をベースプレートに固定させる。この場合、エンドプレート同士の間に外力が反復的に加えられれば、前記電池組立体に外力が伝達されて吸収され、前記電池組立体がエンドプレート同士の間で圧縮を繰り返す。前記電池組立体の反復的な圧縮は、電池セルとカートリッジの当初の形状を失わせ、電池セルの充電及び放電性能を劣化させる。

前記電池組立体の反復的な圧縮を防止するため、前記電池組立体とエンドプレートとの結合関係に対する研究が盛んに行われている。一例として、特許文献１（２０１１年８月１０日公開）の「補強部材を含んでいる電池パック」が挙げられる。前記電池パックは、電池モジュール配列体、エンドプレート及びベースプレートを有する。前記電池モジュール配列体は、所定方向に配列される２つの電池モジュールを有する。
前記エンドプレートは、電池モジュール同士の間の領域を遮断する方向に、電池モジュール配列体の両側部にそれぞれ位置する。前記ベースプレートは電池モジュール配列体とエンドプレートの下側に位置する。また、前記電池パックはメイン部材、補強部材及び支持バーをさらに含む。前記メイン部材はエンドプレートの下側でエンドプレートにそれぞれ固定される。この場合、前記メイン部材はベースプレートを囲む。

前記補強部材は、エンドプレートの配列方向と垂直方向に電池モジュール配列体の両側部にそれぞれ位置する。前記支持バーは、電池モジュール配列体の上側でエンドプレート同士を連結させる。しかし、前記エンドプレート同士の間で、電池モジュール配列体に外力が反復的に加えられれば、前記電池モジュール配列体、エンドプレート、メイン部材、補強部材及び支持バーはベースプレートに対して相対的且つ反復的に動くことになる。
前記電池モジュール配列体の反復的な動きは電池モジュールの当初の形状を変形させ、電池モジュールの電気的特性を低下させる。

韓国特許公開第１０−２０１１−００９０７０８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、エンドプレート同士の間で電池組立体に外力が反復的に加えられるとき、外力によって電池組立体が圧縮を繰り返すことを防止するのに好適な電池圧縮阻止体及びそれを含む電池モジュールを提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明による電池圧縮阻止体は、電池モジュール内の少なくとも１つの電池組立体を保護するため、前記電池組立体の周辺に位置する隔壁；及び前記隔壁と垂直に設けられ、前記電池組立体と前記隔壁の下側に位置するベースプレートを含み、前記隔壁は前記電池組立体から露出するように前記電池組立体の側方に向かって延び、前記ベースプレートは前記電池組立体及び前記隔壁を載置させるように前記電池組立体及び前記隔壁から露出することを特徴とする。

望ましくは、前記隔壁は、前記電池組立体と接触することができる。
より望ましくは、前記隔壁は、前記電池組立体と平行に設けられ、前記電池組立体の端部を超えて前記電池組立体の両側部と上側部に向かって延びることができる。
一態様において、前記隔壁は、内部で一端から他端に向かって延びて順に積層される中空を定義することができる。
他の態様において、前記隔壁は板状であって、下側より上側の幅が広い。
選択的に、前記隔壁は板状であって、下側と上側とで同じ幅を有し得る。

本発明によれば、前記ベースプレートは前記電池組立体及び前記隔壁から四方に延びることができる。
望ましくは、前記ベースプレートは、前記電池モジュールでエンドプレートを通じて前記電池組立体及び前記隔壁と結合することができる。
一方、前記隔壁及び前記ベースプレートは金属からなり得る。

上記の課題を達成するため、本発明による電池モジュールは、電池組立体；前記電池組立体同士の間に位置する隔壁；前記電池組立体と前記隔壁を挟持構造で囲むエンドプレート；及び前記電池組立体、前記隔壁と前記エンドプレートの下側に位置するベースプレートを含み、前記隔壁は電池組立体またはエンドプレートより大きく、前記ベースプレートの底部は、前記ベースプレートで前記電池組立体、前記隔壁及び前記エンドプレートが占める面積より大きい面積を有することを特徴とする。
望ましくは、前記電池組立体は、前記隔壁と接触して一方向に沿って配列された電池セル及びカートリッジを含み、電池セルはカートリッジに収容される。

本発明によれば、前記隔壁は、前記電池組立体と平行に設けられ、前記電池組立体同士間の領域からそれぞれ突出して前記電池組立体から露出することができる。
望ましくは、前記隔壁は、内部で一端から他端に向かって延びて順に積層される中空を定義することができる。
一態様において、前記隔壁の厚さは、前記一方向で前記カートリッジの厚さより薄い。
他の態様において、前記隔壁は、前記カートリッジの下側と上側とで前記カートリッジの両終端から前記一方向の垂直方向に向かって異なる大きさでそれぞれ露出することができる。
選択的に、前記隔壁は、前記カートリッジの下側と上側とで前記カートリッジの両終端から前記一方向の垂直方向に向かって同じ大きさで露出することができる。

一方、前記エンドプレートのそれぞれは、端部にフランジを含み、前記ベースプレートは前記エンドプレートの下側で少なくとも１つのねじ部材を通じて前記フランジとねじ結合し、前記エンドプレートは上側で長ボルトを通じて前記電池組立体及び前記隔壁とねじ結合することができる。

本発明による電池圧縮阻止体は、電池組立体同士間の領域から突出する金属からなる隔壁、及び電池組立体と隔壁の下側で電池組立体と隔壁から露出する金属からなるベースプレートを備えるため、隔壁の配列方向の垂直方向に外力が加えられるとき、電池組立体に外力が直接伝達されることを防止することができる。

本発明による電池モジュールは、エンドプレート同士の間で電池組立体から露出する隔壁、エンドプレート、及び電池組立体と隔壁を十分載置させるベースプレートを通じて外力による電池組立体の圧縮を予め防止することができる。

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、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。

本発明の実施例による電池モジュールを示した斜視図である。 図１の隔壁を拡大して示した斜視図である。 図２の隔壁の変形例を示した斜視図である。 図１の電池モジュールの製造方法及び作動メカニズムを説明する概略図である。 図１の電池モジュールの製造方法及び作動メカニズムを説明する概略図である。 図１の電池モジュールの製造方法及び作動メカニズムを説明する概略図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。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例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例に過ぎず、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。
後述する実施例において、電池セルとはリチウム二次電池を称する。ここで、リチウム二次電池とは、充電及び放電中に、リチウムイオンが作動イオンとして働き、正極と負極とで電気化学的反応を引き起こす二次電池を総称する。しかし、本発明が電池の種類によって限定されることはない。

図１は、本発明の実施例による電池モジュールを示した斜視図である。
図１を参照すれば、本発明による電池モジュール９０は、ベースプレート１０、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９を含む。前記ベースプレート１０は、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９の下側に位置し、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９を載置させる。
望ましくは、前記ベースプレート１０の底部４はエンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９に接触する。前記ベースプレート１０の底部４は、ベースプレート１０でエンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９が占める面積より大きい面積を有する。望ましくは、前記ベースプレート１０は電池組立体４０、エンドプレート２０及び隔壁６３、６６、６９から露出する。

一態様において、前記ベースプレート１０は、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９から四方に延びる。前記ベースプレート１０は対向する両縁部に上部ねじ部材８を有する。前記ベースプレート１０は金属材質からなる。前記エンドプレート２０は電池組立体４０を挟持構造で囲む。
望ましくは、前記エンドプレート２０は金属材質からなる。前記エンドプレート２０のそれぞれは端部にフランジ１３を有する。望ましくは、前記フランジ１３はエンドプレート２０の下端部の両端部から突出する。一態様において、前記フランジ１３はエンドプレート２０の下側で屈曲形状を有する。

他の態様において、前記フランジ１３にはエンドプレート２０の下側でベースプレート１０の上部ねじ部材８が嵌められ、ベースプレート１０とねじ結合する。前記電池組立体４０のそれぞれは一方向に沿って配列された電池セル３４とカートリッジ３８を含む。望ましくは、前記カートリッジ３８は電池セル３４を収容するように構成される。

前記カートリッジ３８のうち最外郭のカートリッジ３８は、それぞれ、エンドプレート２０の下側でフランジ１３の下に、図５に示された結合プレート３６を有する。望ましくは、前記結合プレート３６は、最外郭のカートリッジ３８からフランジ１３の端部に向かって延びる。一態様において、前記結合プレート３６は上部ねじ部材１９によってフランジ１３にねじ結合される。

図面において、前記カートリッジ３８は３つを一単位にして１つの電池組立体４０を構成する。しかし、前記電池組立体４０は３つ未満または４つ以上のカートリッジ３８を一単位にして構成しても良い。一方、前記隔壁６３、６６、６９は電池組立体４０同士の間に位置する。望ましくは、前記隔壁６３、６６、６９はエンドプレート２０または電池組立体４０より大きい。

一態様において、前記隔壁６３、６６、６９は電池組立体４０から露出するように電池組立体４０の側方に向かって延びる。他の態様において、前記隔壁６３、６６、６９は電池組立体４０と平行に設けられ、電池組立体４０の端部を超えて電池組立体４０の両側部と上側部に向かって延びる。
より詳しくは、前記隔壁６３、６６、６９は、電池組立体４０と平行に設けられ、電池組立体４０同士の間の領域からそれぞれ突出して電池組立体４０から露出する。ここで、前記隔壁６３、６６、６９は金属材質からなる。前記隔壁６３、６６、６９は、ベースプレート１０とともに電池圧縮阻止体７０を構成する。
前記ベースプレート１０上で、前記エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９は、エンドプレート２０の上側で長ボルト８０によってねじ結合される。

図２は、図１の隔壁を拡大して示した斜視図である。
図２を参照すれば、前記隔壁６３は相互並行な側壁５２を有する板状である。望ましくは、前記側壁５２は偏平な面を有する。前記隔壁６３は下側より上側の幅が広い。ここで、前記隔壁６３は内部で、例えば、側壁５２同士の間で一端から他端に向かって延びて順に積層される多数の中空５３を定義する。
望ましくは、前記隔壁６３の中空５３は、段ボールの形状と類似する役割をして、隔壁６３に構造剛性を強化させ、隔壁６３の軽量化を実現する。前記隔壁６３は概ね「凹」字状である。望ましくは、前記隔壁６３は上側で溝Ｇを限定する突出部５９を有する。前記突出部５９は所定の幅Ｗを有し、隔壁６３の上側で図１のカートリッジ３８同士間の領域から突出する。

前記突出部５９は、図１の長ボルト８０が挿し込まれる貫通孔５８を有する。前記隔壁６３は、カートリッジ３８の下側と上側とでカートリッジ３８の両終端から異なる大きさでそれぞれ露出する。より詳しくは、前記隔壁６３はカートリッジ３８の下側と上側とでカートリッジ３８の終端の跡線５１から、図１の一方向（電池セル３４とカートリッジ３８の配列方向）の垂直方向に向かって異なる長さＬ１、Ｌ２で露出する。
前記隔壁６３の厚さは、一方向でカートリッジ３８の厚さより薄い。一方、前記隔壁６３の形状は図１の隔壁６６、６９にも適用され得る。

図３は、図２の隔壁の変形例を示した斜視図である。
図３を参照すれば、本発明の変形例による隔壁６３Ａは図２の隔壁６３と同様の形状を有する。ただし、前記隔壁６３Ａは、以下のような点で隔壁６３と異なる。すなわち、前記隔壁６３Ａは「凹」字状である。前記隔壁６３Ａは相互並行な側壁５６を有する板状である。前記隔壁６３Ａは下側と上側とで同じ幅を有する。

前記隔壁６３Ａは内部で、例えば、側壁５６同士の間で一端から他端に向かって延びて順に積層される中空５７を定義する。前記隔壁６３Ａは、カートリッジ３８の下側と上側とでカートリッジ３８の両終端から同じ大きさで露出する。
より詳しくは、前記隔壁６３Ａはカートリッジ３８の下側と上側とでカートリッジ３８の終端の跡線５１から、図１の一方向（電池セル３４とカートリッジ３８の配列方向）の垂直方向に向かって同じ長さＬ３で露出する。該長さＬ３は図２の長さＬ２と同一であっても良く、異なっても良い。一方、前記隔壁６３Ａは、図１の隔壁６３、６６、６９に代替することができる。

図４ないし図６は、図１の電池モジュールの製造方法及び作動メカニズムを説明する概略図である。
図４を参照すれば、ベースプレート１０が用意される。前記ベースプレート１０は、方形の底部４、及び底部４を囲むバッファー９を有し得る。前記底部４は、下部ねじ部材８同士の間に多数のビード６を有し得る。望ましくは、前記ビード６は底部４に溝を有し、底部４から外周面に向かって突出し得る。

前記バッファー９は、ベースプレート１０の全体形状を保護するように底部４上で底部４をフェンス状に囲むことができる。また、前記ベースプレート１０は両端部で、底部４上に複数の下部ねじ部材８を有する。前記ベースプレート１０上に、図１に示されたように、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９が配置される。
ここで、前記ベースプレート１０と隔壁６３、６６、６９とは、図４に示されたように、電池圧縮阻止体７０を構成することができる。望ましくは、前記電池圧縮阻止体７０において、前記ベースプレート１０のバッファー９は隔壁６３、６６、６９を十分囲むことができる。

図５を参照すれば、前記エンドプレート２０と電池組立体４０とはベースプレート１０の下部ねじ部材８の周辺で重畳することができる。より詳しくは、前記エンドプレート２０のそれぞれは、エンドプレート２０の下端側からベースプレート１０の下部ねじ部材８に向かって延びるフランジ１３を有し得る。前記電池組立体４０において、図１の最外郭のカートリッジ３８のそれぞれはカートリッジ３８の下部側からベースプレート１０の下部ねじ部材８に向かって延びる結合プレート３６を有し得る。
望ましくは、前記結合プレート３６は下部ねじ部材８の周辺でフランジ１３の下側に位置することができる。より望ましくは、前記結合プレート３６はフランジ１３の中央領域でフランジ１３と接触することができる。一態様において、前記結合プレート３６はフランジ１３の中央領域でフランジ１３と同じ形状を有し得る。ここで、前記フランジ１３は接続孔１１を有し、前記結合プレート３６は結合孔３７を有し得る。

前記フランジ１３の両縁の接続孔１１はベースプレート１０の下部ねじ部材８に整列され得る。前記フランジ１３と結合プレート３６とは、フランジ１３の中央領域で接続孔１１と結合孔３７とに上部ねじ部材１９を挿し込んでねじ結合することができる。

図６を参照すれば、前記フランジ１３と結合プレート３６とは、フランジ１３の両縁で接続孔１１に下部ねじ部材８を挿し込んでねじ結合することができる。その後、前記エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９が長ボルト８０によってねじ結合されることで、前記ベースプレート１０、エンドプレート２０、電池組立体４０及び隔壁６３、６６、６９は電池モジュール９０を構成する。

次いで、前記電池モジュール９０はハウジング１００で囲まれ得る。ここで、前記ハウジング１００は、説明の便宜上、図面に部分的に示される。前記ハウジング１００の上側から外力Ｆが反復的に加えられるとき、前記外力Ｆはエンドプレート２０同士間の領域に向かって進行してハウジング１００に吸収され、ハウジング１００を変形させ得る。
前記隔壁６３、６６、６９が電池組立体４０同士の間に設けられない場合、前記外力Ｆにより、当初の形状から変形されたハウジング１００が電池組立体４０に直接接触する。具体的には、前記ハウジング１００の変形された形状が電池組立体４０に接触し、電池組立体４０がベースプレート１０とエンドプレート２０とに対して相対的に動くようになる。

したがって、前記電池組立体４０は、エンドプレート２０同士の間でハウジング１００の変形された形状に対応して圧縮を繰り返して変形される恐れがある。しかし、本発明によれば、前記電池モジュール９０はエンドプレート２０の間で電池組立体４０同士の間に隔壁６３、６６、６９を有する。前記隔壁６３、６６、６９は、図１及び図２に示されたように、電池組立体４０同士間の領域から突出することができる。

前記隔壁６３、６６、６９は、ハウジング１００の変形された形状が電池組立体４０に直接当接することを防止することができる。また、前記ハウジング１００の下側から外力Ｆが加えられるとき（図示せず）、前記ベースプレート１０がエンドプレート２０及び隔壁６３、６６、６９から突出するため、前記ベースプレート１０はバッファー９を通じてハウジング１００の変形された形状が電池組立体４０に直接当接することを防止できる。

以上のように、本発明を限定された実施例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。

１０ ベースプレート
２０ エンドプレート
４０ 電池組立体
６３、６６、６９ 隔壁
９０ 電池モジュール

Claims (17)

1. 電池モジュール内の少なくとも１つの電池組立体を保護する電池圧縮阻止体であって、
   前記電池組立体の周辺に位置する隔壁；及び
   前記隔壁と垂直に設けられ、前記電池組立体と前記隔壁の下側に位置するベースプレート；を含み、
   前記隔壁は、前記電池組立体から露出するように前記電池組立体の側方に向かって延び、前記ベースプレートは前記電池組立体及び前記隔壁を載置させるように前記電池組立体及び前記隔壁から露出し、
   前記隔壁は板状であって、下側より上側の幅が広いことを特徴とする電池圧縮阻止体。
2. 前記隔壁は、上側の両端で前記電池組立体よりも上方に突出する突出部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
3. 前記隔壁は、前記電池組立体と接触することを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
4. 前記隔壁は、前記電池組立体と平行に設けられ、前記電池組立体の端部を超えて前記電池組立体の両側部と上側部に向かって延びることを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
5. 前記隔壁は、内部で一端から他端に向かって延びて順に積層される中空を定義することを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
6. 前記隔壁は板状であって、下側と上側とで同じ幅を有することを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
7. 前記ベースプレートは、前記電池組立体及び前記隔壁から四方に延びることを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
8. 前記ベースプレートは、前記電池モジュールでエンドプレートを通じて前記電池組立体及び前記隔壁と結合することを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
9. 前記隔壁及び前記ベースプレートは金属からなることを特徴とする請求項１に記載の電池圧縮阻止体。
10. 電池組立体；
    前記電池組立体同士の間に位置する隔壁；
    前記電池組立体と前記隔壁を挟持構造で囲むエンドプレート；及び
    前記電池組立体、前記隔壁と前記エンドプレートの下側に位置するベースプレート；を含み、
    前記隔壁は、電池組立体またはエンドプレートより大きく、前記ベースプレートの底部は、前記ベースプレートで前記電池組立体、前記隔壁及び前記エンドプレートが占める面積より大きい面積を有し、
    前記隔壁は板状であって、下側より上側の幅が広いことを特徴とする電池モジュール。
11. 前記電池組立体は、前記隔壁と接触して一方向に沿って配列された電池セル及びカートリッジを含み、
    電池セルは、カートリッジに収容されることを特徴とする請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記隔壁は、前記電池組立体と平行に設けられ、
    前記電池組立体同士間の領域からそれぞれ突出して前記電池組立体から露出することを特徴とする請求項１０に記載の電池モジュール。
13. 前記隔壁は、内部で一端から他端に向かって延びて順に積層される中空を定義することを特徴とする請求項１０に記載の電池モジュール。
14. 前記隔壁の厚さは、前記一方向で前記カートリッジの厚さより薄いことを特徴とする請求項１１に記載の電池モジュール。
15. 前記隔壁は、前記カートリッジの下側と上側とで前記カートリッジの両終端から前記一方向の垂直方向に向かって異なる大きさでそれぞれ露出することを特徴とする請求項１１に記載の電池モジュール。
16. 前記隔壁は、前記カートリッジの下側と上側とで前記カートリッジの両終端から前記一方向の垂直方向に向かって同じ大きさで露出することを特徴とする請求項１１に記載の電池モジュール。
17. 前記エンドプレートのそれぞれは、端部にフランジを含み、
    前記ベースプレートは前記エンドプレートの下側で少なくとも１つのねじ部材を通じて前記フランジとねじ結合し、
    前記エンドプレートは上側で長ボルトを通じて前記電池組立体及び前記隔壁とねじ結合することを特徴とする請求項１０に記載の電池モジュール。

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