JP7330387B2 - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーパック及び自動車 - Google Patents
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Description
本発明は、バッテリーモジュール、並びにそれを含むバッテリーパック及び自動車に関し、より具体的には、空間活用性、構造的剛性及び冷却性能に優れたバッテリーモジュール、並びにそれを含むバッテリーパック及び自動車に関する。
本出願は、２０２０年１０月２８日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１４１２５５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。
従来、ＯＥＭ（Ｏｒｉｇｉｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）自動車の仕様毎にバッテリーパックが取り付けられる空間の形状及びサイズが非常に多様であるため、市販されるＯＥＭ自動車の仕様に合わせてバッテリーパックの形状及びサイズが制限されている。
近年、電気自動車専用のプラットフォームが登場し、車両の下部面積の７０～９０％がバッテリーパックを取り付ける空間として自由に使用可能になる趨勢である。しかし、このような中でも、ホイールハウス付近などのような自動車の特定部位では空間活用性に制約を受けるしかなく、比較的多くのデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が発生し、エネルギー密度の損失につながるようになる。
したがって、電気自動車用バッテリーパックにおいて、最も重要な要素のうち一つであるエネルギー密度の向上のため、このようなデッドスペースの発生を最小化するバッテリーモジュール構造の開発が求められている。また、エネルギー密度の面での優秀性を追求する場合、その引き換えとして生じ得る冷却効率及び構造的剛性の低下を防止できるバッテリーモジュール構造の開発が求められている。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーパックを構成する際、必要に応じてバッテリーパックの形状を自在に変更可能にすることで、自動車に取り付けるときにデッドスペースの発生を最小化することができるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明は、高いエネルギー密度による多量の発熱を解消できるように優れた冷却構造を有し、また、優れた構造的剛性を有するバッテリーモジュールを提供することを他の目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に限定されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。
上述した課題を解決するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含む３個のセル積層体と、前記３個のセル積層体が載置されるベースプレート、及び前記ベースプレート上に立設されて前記３個のセル積層体が互いに分離した空間に配置されるように空間を区画する３個の分割プレートを含むセルトレイと、前記３個のセル積層体及びセルトレイを収容し、六角柱状を有するモジュールハウジングと、前記モジュールハウジングの上部に形成された開口部を覆い、前記複数のバッテリーセルを電気的に接続するバスバーフレームアセンブリと、を含む。
前記ベースプレートは、その平面の形状が六角形であり得る。
前記３個の分割プレートはそれぞれ、前記３個のセル積層体のそれぞれの載置面が互いに同一面積を有するように、前記ベースプレートの中心部から周縁まで延び得る。
前記セルトレイは、前記ベースプレートの中心部から上方に延びるピンホルダーをさらに含み得る。
前記バッテリーモジュールは、上側から順次に前記バスバーフレームアセンブリ及びピンホルダーのそれぞれの中心部を貫通する取り付けピンをさらに含み得る。
前記取り付けピンは、冷却流体が通過できるようにその中心部を貫通して形成された流路を備え得る。
前記モジュールハウジングは、前記ベースプレートの周縁領域を支持するトレイホルダーを備え得る。
前記ベースプレートは、前記モジュールハウジングの下部に形成された開口部から露出し得る。
前記３個の分割プレートはそれぞれ、前記ベースプレートを貫通して前記モジュールハウジングの下部に形成された開口部から露出し得る。
上述した課題を解決するため、本発明の他の一態様によるバッテリーパック及び自動車は、上述したような本発明の一態様によるバッテリーモジュールを含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーパックを構成する際、必要に応じてバッテリーパックの形状を自在に変更可能にすることで、自動車に取り付けるときにデッドスペースの発生を最小化することができる。
本発明の一態様によれば、バッテリーパックの冷却性能及び構造的剛性を向上させることができる。
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形態を例示するものであって、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ものであるため、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。
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おいて使われた用語や単語は通常的および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１を参照すると、本発明の一実施形態による自動車１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０を含む。本発明の一実施形態によるバッテリーパック１０は、本発明の一実施形態による複数のバッテリーモジュール１００、及び複数のバッテリーモジュール１００が取り付けられるパックトレイ２００を含む。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１００は、図１に示されたように、その平面の形状が六角形である。前記バッテリーモジュール１００の平面の形状は、略正六角形であり得る。このようなバッテリーモジュール１００の形状は、複数のバッテリーモジュール１００を配置する際、隣接したバッテリーモジュール１００同士の間に発生するデッドスペースを最小化することで、エネルギー密度を大幅に向上させることができる。また、前記バッテリーモジュール１００は、その中心部に形成される取り付け構造を有している。すなわち、前記バッテリーモジュール１００は、後述するように、バッテリーモジュール１００の高さ方向に沿ってその中心部を貫通する取り付けピン１５０を備える。このような構造により、複数のバッテリーモジュール１００をパックトレイ２００に締結する際、締結のための構造物が占める空間によってエネルギー密度が減少することを防止することができる。
以下、図２～図７を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１００は、３個のセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、セルトレイ１２０、モジュールハウジング１３０、及びバスバーフレームアセンブリ１４０を含む。前記バッテリーモジュール１００は、上述した構成要素の他に取り付けピン１５０及び／またはモジュールカバー１６０をさらに含み得る。
前記セル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃはそれぞれ、複数のバッテリーセル１１１を含む。前記バッテリーセル１１１としては、パウチ型バッテリーセルが用いられ得る。前記バッテリーセル１１１は、同じ方向に引き出される一対の電極リード１１１ａを備える。前記バッテリーセル１１１は、モジュールハウジング１３０内で電極リード１１１ａが上方を向くように立設される。
前記セルトレイ１２０は、ベースプレート１２１及び３個の分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを含む。前記セルトレイ１２０は、上述した構成要素の他にピンホルダー１２３をさらに含み得る。
前記ベースプレート１２１上には、３個のセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが載置される。前記ベースプレート１２１は、その平面の形状が六角形である。前記ベースプレート１２１は、望ましくは、その平面の形状が略正六角形であり得る。前記３個の分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃは、ベースプレート１２１上に略垂直に立設される。前記分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃは、３個のセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃが互いに分離した空間に配置されるように、前記モジュールハウジング１３０内でベースプレート１２１と共にセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの収容空間を区画する。
前記３個の分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃはそれぞれ、ベースプレート１２１の中心部から周縁まで延びて、３個のセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃのそれぞれの載置面が略同一面積を有するようにベースプレート１２１の載置面を区画する。区画された３個の載置面は略平行四辺形を構成する。
図４及び図５に示されたように、前記第１セル積層体１１０Ａは、第１分割プレート１２２ａと第２分割プレート１２２ｂとによって区画された空間内に配置される。前記第２セル積層体１１０Ｂは、第２分割プレート１２２ｂと第３分割プレート１２２ｃとによって区画された空間内に配置される。前記第３セル積層体１１０Ｃは、第３分割プレート１２２ｃと第１分割プレート１２２ａとによって区画された空間内に配置される。
前記ピンホルダー１２３は、ベースプレート１２１の中心部から略垂直方向に沿って上方に延びた形態を有し、延長方向に沿ってその中心部を貫通して形成された貫通孔Ｈを備える。前記ピンホルダー１２３の貫通孔Ｈには、後述する取り付けピン１５０が挿入される。
前記セルトレイ１２０がピンホルダー１２３を備える場合、前記３個の分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃはそれぞれピンホルダー１２３からベースプレート１２１の周縁領域に向かって延びる。
上述したような構成を有するセルトレイ１２０は、構造的剛性を確保し、且つ、冷却フィンとしての機能を果たすため、金属材質からなり得る。このように前記セルトレイ１２０が金属材質からなる場合、バッテリーセル１１１とセルトレイ１２０との間の絶縁性を確保し、熱伝導性を高めるため、セル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃとベースプレート１２１との接触界面、及び／または、セル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃと分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃとの接触界面に、サーマルレジン（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｓｉｎ）を充填し得る。前記サーマルレジンは、絶縁性を強化させるだけでなく、セル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃとセルトレイ１２０との間の熱伝導性を向上させることができる。また、前記サーマルレジンの充填によって、セル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃをセルトレイ１２０に固定して動きを防止することができる。
前記モジュールハウジング１３０は、上部に形成された開口部から３個のセル積層体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ及びセルトレイ１２０を含むサブモジュールＭを収容する。前記モジュールハウジング１３０は、略六角柱状を有する。前記モジュールハウジング１３０は、望ましくは、略正六角柱の形態を有し得る。このような略正六角柱の形態によって、サブモジュールＭがモジュールハウジング１３０内に収容されたとき、セルトレイ１２０のベースプレート１２１がモジュールハウジング１３０の内側面に密着してその動きが防止できる。
前記モジュールハウジング１３０は、サブモジュールＭの収容のために上部に形成される第１開口部の他にも、セルトレイ１２０を通じた放熱のため、その下部に形成される第２開口部を備え得る。この場合、前記ベースプレート１２１は第２開口部から露出する。また、前記３個の分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃはそれぞれ、ベースプレート１２１を貫通して第２開口部からモジュールハウジング１３０の外側に露出し得る。
一方、図７を参照すると、前記モジュールハウジング１３０の下部に上述したような第２開口部が形成される場合、モジュールハウジング１３０は、ベースプレート１２１を支持するためのトレイホルダー１３１を備える。前記トレイホルダー１３１は、モジュールハウジング１３０の下部に形成されてベースプレート１２１の周縁領域を支持する。
図６を参照すると、前記バスバーフレームアセンブリ１４０は、モジュールハウジング１３０の上部に形成された第１開口部を覆い、複数のバッテリーセル１１１を電気的に接続する。前記バスバーフレームアセンブリ１４０は、バスバーフレーム１４１、複数のバスバー１４２、及び一対のモジュール端子１４３を含む。
前記バスバーフレーム１４１は、絶縁性を有する材質からなり、モジュールハウジング１３０の第１開口部と対応する大きさ及び形状を有する。前記バスバー１４２は、バスバーフレーム１４１上に配置されてバッテリーセル１１１の電極リード１１１ａと結合される。複数のバッテリーセル１１１は、バスバー１４２によって互いに直列、並列、または直列と並列とが混合された形態で接続され得る。前記モジュール端子１４３はバスバー１４２と接続される。前記モジュール端子１４３は、複数のバッテリーモジュール１００を互いに電気的に接続する場合に接続端子として機能することができる。
図３及び図７を参照すると、前記取り付けピン１５０は、上側から順次にバスバーフレーム１４１及びピンホルダー１２３のそれぞれの中心部を貫通する。本発明によるバッテリーモジュール１００がバスバーフレームアセンブリ１４０を覆うモジュールカバー１６０を含む場合であれば、前記取り付けピン１５０は、上側からモジュールカバー１６０、バスバーフレーム１４１及びピンホルダー１２３のそれぞれの中心部を貫通する。
前記取り付けピン１５０は、冷却流体が通過できるようにその中心部を貫通して形成された流路Ｐを備え得る。前記取り付けピン１５０に流路Ｐが備えられた場合、流路Ｐを通って流れる冷却流体は、バッテリーセル１１１からベースプレート１２１及び／または分割プレート１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃに伝達された熱を奪ってバッテリーモジュール１００の外部に排出する。
前記取り付けピン１５０は、このような冷却のための機能の他にも、バッテリーパック１０を形成するため複数のバッテリーモジュール１００をパックトレイ２００に固定する固定ピンとしても機能することができる。
前記モジュールカバー１６０は、バスバーフレーム１４１上に配置されたバスバー１４２を保護して絶縁させるため、バスバーフレーム１４１を覆う。前記モジュールカバー１６０は、モジュールハウジング１３０の上部に形成された第１開口部と対応する大きさ及び形状を有する。前記モジュールカバー１６０が備えられた場合、バスバーフレームアセンブリ１４０に備えられたモジュール端子１４３は、モジュールカバー１６０に形成された端子露出部１６１から上部に露出し得る。
以上のように、本発明を限定された実施形態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。
１ 自動車
１０ バッテリーパック
１００ バッテリーモジュール
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ セル積層体
１１１ バッテリーセル
１１１ａ 電極リード
１２０ セルトレイ
１２１ ベースプレート
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ 分割プレート
１２３ ピンホルダー
１３０ モジュールハウジング
１３１ トレイホルダー
１４０ バスバーフレームアセンブリ
１４１ バスバーフレーム
１４２ バスバー
１４３ モジュール端子
１５０ 取り付けピン
１６０ モジュールカバー
１６１ 端子露出部
２００ パックトレイ
１０ バッテリーパック
１００ バッテリーモジュール
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ セル積層体
１１１ バッテリーセル
１１１ａ 電極リード
１２０ セルトレイ
１２１ ベースプレート
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ 分割プレート
１２３ ピンホルダー
１３０ モジュールハウジング
１３１ トレイホルダー
１４０ バスバーフレームアセンブリ
１４１ バスバーフレーム
１４２ バスバー
１４３ モジュール端子
１５０ 取り付けピン
１６０ モジュールカバー
１６１ 端子露出部
２００ パックトレイ
Claims (11)
- 複数のバッテリーセルを含む３個のセル積層体と、
前記３個のセル積層体が載置されるベースプレート、及び前記ベースプレート上に立設されて前記３個のセル積層体が互いに分離した空間に配置されるように空間を区画する３個の分割プレートを含むセルトレイと、
前記３個のセル積層体及びセルトレイを収容し、六角柱状を有するモジュールハウジングと、
前記モジュールハウジングの上部に形成された開口部を覆い、前記複数のバッテリーセルを電気的に接続するバスバーフレームアセンブリと、を含む、バッテリーモジュール。 - 前記ベースプレートは、その平面の形状が六角形である、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
- 前記３個の分割プレートは、それぞれ、
前記３個のセル積層体のそれぞれの載置面が互いに同一面積を有するように、前記ベースプレートの中心部から周縁まで延びている、請求項１または２に記載のバッテリーモジュール。 - 前記セルトレイは、
前記ベースプレートの中心部から上方に延びるピンホルダーをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記バッテリーモジュールは、
上側から順次に前記バスバーフレームアセンブリ及びピンホルダーのそれぞれの中心部を貫通する取り付けピンをさらに含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。 - 前記取り付けピンは、
冷却流体が通過できるようにその中心部を貫通して形成された流路を備えている、請求項５に記載のバッテリーモジュール。 - 前記モジュールハウジングは、
前記ベースプレートの周縁領域を支持するトレイホルダーを備えている、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記ベースプレートは、
前記モジュールハウジングの下部に形成された開口部から露出している、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記３個の分割プレートは、それぞれ、
前記ベースプレートを貫通して前記モジュールハウジングの下部に形成された開口部から露出している、請求項８に記載のバッテリーモジュール。 - 複数の請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールと、
複数の前記バッテリーモジュールが取り付けられるパックトレイと、を含む、バッテリーパック。 - 請求項１０に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
Applications Claiming Priority (3)
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