JP7463516B2 - バッテリーパック、それを含む電子デバイス及び自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリーパック、それを含む電子デバイス及び自動車に関し、より詳しくは、外部衝撃に対する安全性を高めたバッテリーパック、それを含む電子デバイス及び自動車に関する。
本出願は、２０２０年９月４日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１１３２３３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。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化されるにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、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、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。また、このようなリチウム二次電池は、正極活物質が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体と、このような電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、例えば電池ケースを備える。
そして、リチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に収納されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに収納されているパウチ型二次電池とに分類され得る。
近年、電気自動車などに適用される大容量のバッテリーパックの需要が増加している。自動車に搭載された大容量のバッテリーパックは、自動車が外部物体と衝突する場合、衝撃が車体内部のバッテリーパックにまで伝達され得る。このようにバッテリーパックに大きい衝撃が与えられる場合、複数のバッテリーモジュールが損傷されて外部部品と短絡するか又は相互間で短絡が発生し得、バッテリーモジュールに爆発や火災が発生する危険が大きい。
そこで、外部衝撃からバッテリーパックに取り付けられた多数のバッテリーモジュールを安全に保護可能な技術が重要な要素として浮上している。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、外部衝撃に対する安全性を高めたバッテリーパック、それを含む電子デバイス及び自動車を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーパックは、
複数のバッテリーモジュールと、
上部に複数のバッテリーモジュールが位置するベースプレートと、
ベースプレートの前方を覆う前方カバー部及び前方カバー部の一側から後方に延びた前方プレート部を備え、前方カバー部と前方プレート部とが一体的に形成された前方フレームと、
ベースプレートの後方を覆う後方カバー部及び後方カバー部の一側から前方に延びた後方プレート部を備え、後方カバー部と後方プレート部とが一体的に形成された後方フレームと、
ベースプレートの左側を覆う第１サイドフレームと、
ベースプレートの右側を覆う第２サイドフレームと、を含む。
また、前方フレームには、複数のバッテリーモジュール同士の間の空間と対面するように位置し、前方プレート部から前方カバー部に延びた少なくとも一つの強化リブが備えられ得る。
一方、後方フレームには、複数のバッテリーモジュール同士の間の空間と対面するように位置し、後方プレート部から後方カバー部に延びた少なくとも一つの強化リブが備えられ得る。
そして、前方カバー部の左右側の両端部には、外側に段階的に高さが低くなる第１段差構造が形成され得る。
一方、第１サイドフレーム及び第２サイドフレームの前端部及び後端部には、それぞれ、前方カバー部の第１段差構造と結合されるように外側に段階的に高さが低くなる第２段差構造が形成され得る。
また、前方フレームは、前方カバー部の前面に、上部が相対的に下部よりも前方に突出した第１突出部をさらに備え得る。
一方、後方フレームは、後方カバー部の後面に、上部が相対的に下部よりも後方に突出した第２突出部を備え得る。
さらに、前方フレームの前方カバー部は、それぞれが前面から前方に突出して左右方向に延びたプレート状を有し、上下方向に配列された複数の水平リブを備え得る。
一方、複数の水平リブのうち、下部に位置した水平リブであるほど上部に位置した水平リブよりも相対的に前方への突出長さが短くなるように構成され得る。
そして、バッテリーパックは、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）をさらに含み得る。
一方、前方カバー部または後方カバー部は、ＢＭＳの少なくとも一部を収容する収容空間を備え得る。
さらに、バッテリーパックは、冷媒が移動するように構成された冷媒流路、冷媒流路に冷媒を注入するように構成された注入口、及び冷媒流路から冷媒を排出するように構成された排出口を備えた冷却ユニットをさらに含み得る。
また、第１サイドフレームは、冷却ユニットの注入口と連通する第１連結口、及び第１連結口と連通して第１サイドフレームの本体に沿って前後方向に延びた第１冷媒移動路を備え得る。
一方、第２サイドフレームは、冷却ユニットの排出口と連通する第２連結口、及び第２連結口と連通して第２サイドフレームの本体に沿って前後方向に延びた第２冷媒移動路を備え得る。
そして、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様による電子デバイスは、上述したバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
さらに、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による自動車は、上述したバッテリーパックを少なくとも一つ含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュールの前側、後側、左側及び右側を覆うように、前方フレーム、後方フレーム、第１サイドフレーム及び第２サイドフレームを備えているため、搭載された複数のバッテリーモジュールを外部衝撃から安全に保護することができる。
さらに、本発明の前方フレームは一体的に形成された前方カバー部と前方プレート部とを備え、後方フレームは一体的に形成された後方カバー部と後方プレート部とを備えているため、従来技術と比べて、前方フレーム及び後方フレームの前後方向の全体幅が増加し、バッテリーパックが前後方向の外部衝撃を受ける場合、搭載された複数のバッテリーモジュールを保護できる程度に機械的剛性が高い。
そして、本発明の一態様によれば、前方カバー部及び後方カバー部のそれぞれに第１段差構造が形成され、第１サイドフレーム及び第２サイドフレームのそれぞれにも第２段差構造が形成されることで、前方カバー部及び後方カバー部と第１サイドフレーム及び第２サイドフレームとの間の結合面積が効果的に増大することができる。これにより、本発明は、従来技術と比べて、前方フレーム及び後方フレームと第１サイドフレーム及び第２サイドフレームとの結合力が効果的に増大して、バッテリーパックが前後方向の外部衝撃を受ける場合、衝撃を第１サイドフレーム及び第２サイドフレームにそれぞれ効果的に伝達することができ、搭載された複数のバッテリーモジュールを保護できる程度に機械的剛性を高めることができる。
また、本発明の一態様によれば、前方カバー部と前方プレート部とが一体的に形成されているため、前方カバー部と前方プレート部との間のシーリングが確保され、該当部位に追加的な溶接が不要になるため、製造便宜性が増大する。また、本発明の一態様によれば、後方カバー部と後方プレート部とが一体的に形成されているため、後方カバー部と後方プレート部との間のシーリングが確保され、該当部位に追加的な溶接が不要になるため、製造便宜性が増大する。
外にも本発明は多様な他の効果を奏し、それについてはそれぞれの実施形態で説明するか、又は、通常の技術者が容易に類推可能な効果などについては説明を省略することにする。
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。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した右側面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した右側面図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した側面図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した側面図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した前方斜視図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した後方斜視図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した前方斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した後方斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの冷却ユニット及び中間フレームを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの第１サイドフレームを概略的に示した後方斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの第２サイドフレームを概略的に示した後方斜視図である。 前方フレームとベースプレートと冷却ユニットとの結合関係を説明するための図である。
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形態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は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーパックを概略的に示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した右側面図であり、図４は本発明の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した右側面図である。
図１～図４を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００は、複数のバッテリーモジュール１１０、ベースプレート１２０、前方フレーム１３０、後方フレーム１４０、第１サイドフレーム１５０、及び第２サイドフレーム１６０を含む。
具体的には、バッテリーモジュール１１０は、複数の電池セル（図示せず）、及び複数の電池セルを内部に収容するモジュールハウジング１１１を備え得る。電池セルはリチウム二次電池であり得る。電池セルは、電極組立体（図示せず）、電解液（図示せず）、及びこれらを内部に収容したパウチを備えたパウチ型電池セルであり得る。しかし、本発明によるバッテリーパック１００は、上述したパウチ型電池セルのみに限定されず、例えば、電池セルが円筒型電池セルであってもよい。すなわち、電池セルには、本願の出願時点で公知の多様な電池セルが採用され得る。
バッテリーモジュール１１０は、複数の電池セル同士を電気的に接続するように構成された少なくとも一つのバスバー（図示せず）を備え得る。具体的には、バスバーは伝導性金属を含み得、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどを含み得る。
また、モジュールハウジング１１１は、電気絶縁性の素材を含み得る。例えば、モジュールハウジング１１１は、ポリ塩化ビニル素材で製造され得る。モジュールハウジング１１１は、複数の電池セルを内部に収容可能な空間を備え得る。モジュールハウジング１１１は、全体的に直方体の箱状であり得る。
さらに、複数のバッテリーモジュール１１０は、電源ケーブルまたはバスバーを通じて互いに電気的に接続され得る。バッテリーモジュール１１０の詳細構成としては、一般に公知の構成が適用され得るため、具体的に説明を省略する。
そして、ベースプレート１２０は、水平方向に延びたプレート状であり得る。ベースプレート１２０は、機械的な剛性に優れた金属素材を含み得る。ベースプレート１２０の上部には、複数のバッテリーモジュール１１０が位置し得る。また、ベースプレート１２０は、前方フレーム１３０、後方フレーム１４０、第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０のそれぞれと結合されるように構成され得る。結合方法は、例えば、摩擦撹拌溶接であり得る。ここで、水平方向とは、平たい地面の面方向を意味する。
さらに、図１の矢印Ｆを基準にして正面から眺める場合、前方フレーム１３０は、複数のバッテリーモジュール１１０の前方を覆うようにベースプレート１２０の前端部に結合され得る。前方フレーム１３０は、前方カバー部１３１及び前方プレート部１３２を備え得る。ここで、前方フレーム１３０は、前方カバー部１３１と前方プレート部１３２とが一体的に構成され得る。例えば、前方フレーム１３０は押出成形され、前方カバー部１３１と前方プレート部１３２とが一体になるように製造され得る。したがって、本発明によれば、バッテリーパック１００の前端部領域において、別途の溶接が不要になる。さらに、前方カバー部１３１と前方プレート部１３２とが一体的に形成されるため、バッテリーパック１００の前端部のシーリングを確保することができる。
ここで、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。ただし、本明細書においては、説明の便宜上、図１の矢印Ｆ方向から眺めたときを基準として、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示すようにする。
また、前方カバー部１３１は、左右方向に長く延びて上方に立てられた形態であり得る。前方カバー部１３１の下面は、ベースプレート１２０の上面と結合され得る。例えば、図２に示されたように、前方カバー部１３１は、前後方向に所定の幅を有し、両端部が第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０のそれぞれに達するように左右方向に延びた形態であり得る。また、図３に示されたように、前方カバー部１３１は、外壁で囲まれて内部が空いている内部空間を有し得る。内部空間には、機械的剛性を補強するための複数のリブが所定の間隔で離隔して設けられ得る。
前方プレート部１３２は、前方カバー部１３１の一側から後方に延びて形成され得る。例えば、図３に示されたように、前方プレート部１３２は、前方カバー部１３１の後側下部から後方に延びたプレート状であり得る。前方プレート部１３２は、ベースプレート１２０の上面と結合されるように、水平方向に延びた本体から下方に延びた略Ｉ字状のビーム形態の支持構造１３２ａを備え得る。
例えば、図１４を参照すると、前方プレート部１３２の水平方向に延びた本体から下方に突出した支持構造１３２ａが備えられ得る。支持構造１３２ａは、例えば略Ｉ字状のビーム形態であり得る。支持構造１３２ａの下面は、ベースプレート１２０と接触した状態で結合され得る。すなわち、支持構造１３２ａは、前方プレート部１３２をベースプレート１２０から上方に支持し得る。一方、前方カバー部１３１の下面も、ベースプレート１２０上に接触した状態で結合され得る。このとき、前方カバー部１３１の下面と支持構造１３２ａの下面とは略同一平面上にあり得る。したがって、前方カバー部１３１の下面と支持構造１３２ａの下面とは、同時にベースプレート１２０上に接触及び結合され得る。
一方、前方プレート部１３２によって前方フレーム１３０の前後方向の全体幅が増加するため、バッテリーパック１００が前後方向の外部衝撃を受ける場合、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を保護できる程度に機械的剛性を高めることができる。
そして、後方フレーム１４０は、複数のバッテリーモジュール１１０の後方を覆うように構成され得る。後方フレーム１４０は、ベースプレート１２０の後端部に結合され得る。後方フレーム１４０は、後方カバー部１４１及び後方プレート部１４２を備え得る。ここで、後方フレーム１４０は、後方カバー部１４１と後方プレート部１４２とが一体的に構成され得る。例えば、後方フレーム１４０は押出成形され、後方カバー部１４１と後方プレート部１４２とが一体になるように製造され得る。したがって、本発明によれば、バッテリーパック１００の後端部領域において、別途の溶接が不要になる。さらに、後方カバー部１４１と後方プレート部１４２とが一体的に形成されるため、バッテリーパック１００の後端部のシーリングを確保することができる。
さらに、後方カバー部１４１は、左右方向に長く延びて上方に立てられた形態であり得る。後方カバー部１４１の下面は、ベースプレート１２０の上面と結合され得る。例えば、図２に示されたように、後方カバー部１４１は、前後方向に所定の幅を有し、両端部が第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０のそれぞれに達するように左右方向に延びた形態であり得る。また、図４に示されたように、後方カバー部１４１は、外壁で囲まれて内部が空いている内部空間を有し得る。内部空間には、機械的剛性を補強するための複数のリブが所定の間隔で離隔して設けられ得る。
後方プレート部１４２は、後方カバー部１４１の一側から前方に延びて形成され得る。例えば、図４に示されたように、後方プレート部１４２は、後方カバー部１４１の前側下部から前方に延びたプレート状であり得る。後方プレート部１４２は、ベースプレート１２０の上面と結合されるように、水平方向に延びた本体から下方に延びたＩ字状のビーム形態の支持構造１４２ａを備え得る。
例えば、図示していないが、後方プレート部１４２の水平方向に延びた本体から下方に突出した支持構造１４２ａが備えられ得る。支持構造１４２ａは、例えば略Ｉ字状のビーム形態であり得る。支持構造１４２ａの下面は、ベースプレート１２０と接触した状態で結合され得る。すなわち、支持構造１４２ａは、後方プレート部１４２をベースプレート１２０から上方に支持し得る。一方、後方カバー部１４１の下面も、ベースプレート１２０上に接触した状態で結合され得る。このとき、後方カバー部１４１の下面と支持構造１４２ａの下面とは略同一平面上にあり得る。したがって、後方カバー部１４１の下面と支持構造１４２ａの下面とは、同時にベースプレート１２０上に接触及び結合され得る。
一方、後方プレート部１４２によって後方フレーム１４０の前後方向の幅が増加するため、バッテリーパック１００が前後方向の外部衝撃を受ける場合、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を保護できる程度に機械的剛性を高めることができる。
第１サイドフレーム１５０は、前後方向（Ｙ軸に平行な方向）に長く延びた形態であり得る。第１サイドフレーム１５０の一部分は、複数のバッテリーモジュール１１０の左側を覆うようにベースプレート１２０の左端部と結合され得る。第１サイドフレーム１５０は、前方フレーム１３０及び後方フレーム１４０のそれぞれの左端部と結合されるように構成され得る。
そして、第２サイドフレーム１６０は、前後方向（Ｙ軸に平行な方向）に長く延びた形態であり得る。第２サイドフレーム１６０の一部分は、複数のバッテリーモジュール１１０の右側を覆うようにベースプレート１２０の右端部と結合され得る。第２サイドフレーム１６０は、前方フレーム１３０及び後方フレーム１４０のそれぞれの右端部に結合され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、バッテリーモジュール１１０の前側、後側、左側及び右側を覆うように、前方フレーム１３０、後方フレーム１４０、第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０を備えているため、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を外部衝撃から安全に保護することができる。
さらに、本発明の前方フレーム１３０は一体的に形成された前方カバー部１３１と前方プレート部１３２とを備え、後方フレーム１４０は一体的に形成された後方カバー部１４１と後方プレート部１４２とを備えているため、従来技術と比べて、前方フレーム１３０及び後方フレーム１４０の前後方向の全体幅が増加し、バッテリーパック１００が前後方向の外部衝撃を受ける場合、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を保護できる程度に機械的剛性が高い。
図５は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した側面図である。
図１及び図２とともに図５を参照すると、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１００の前方フレーム１３０Ａは、少なくとも一つの強化リブＲ１をさらに備え得る。強化リブＲ１は、前方プレート部１３２の上面から前方カバー部１３１の後面まで斜線方向に延びた形態であり得る。強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０同士の間の空間と対面するように位置し得る。すなわち、強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０と前後方向で対面しないように位置し得る。または、強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０同士の間に一部分が挿入されるように延びた形態であり得る。
図６は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した側面図である。
図１とともに図６を参照すると、本発明の他の一実施形態によるバッテリーパック１００の後方フレーム１４０Ａは、少なくとも一つの強化リブＲ１をさらに備え得る。強化リブＲ１は、後方プレート部１４２から後方カバー部１４１まで斜線方向に延びた形態であり得る。強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０同士の間の空間と対面するように位置し得る。すなわち、強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０と前後方向で対面しないように位置し得る。または、強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０同士の間に一部分が挿入されるように延びた形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前方フレーム１３０Ａ及び／または後方フレーム１４０Ａに強化リブＲ１が備えられることで、バッテリーパック１００が前後方向の外部衝撃を受ける場合、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を保護できる程度に前方フレーム１３０Ａ及び／または後方フレーム１４０Ａの機械的剛性を高めることができる。
さらに、本発明の強化リブＲ１は、複数のバッテリーモジュール１１０同士の間に位置しているため、複数のバッテリーモジュール１１０それぞれの搭載位置をガイドする役割を果たすことができる。これにより、バッテリーモジュール１１０の製造効率を効果的に高めることができる。
一方、図１及び図２をさらに参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００は、前方カバー部１３１の左右側の両端部に第１段差構造Ｄ１が形成され得る。第１段差構造Ｄ１は、前方カバー部１３１の端部に外側に段階的に高さが低くなる形態で設けられ得る。例えば、図２に示されたように、前方カバー部１３１の左端部には、左側に向かって高さが段階的に低くなる第１段差構造Ｄ１が形成され得る。前方カバー部１３１の右端部には、右側に向かって高さが段階的に低くなる第１段差構造Ｄ１が形成され得る。
また、第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０の前端部及び／または後端部には、それぞれ、第２段差構造Ｄ２が形成され得る。例えば、第２段差構造Ｄ２は、前方カバー部１３１の第１段差構造Ｄ１と結合されるように構成され得る。すなわち、第２段差構造Ｄ２は、前方カバー部１３１に形成された第１段差構造Ｄ１と対応する形状を有し得る。第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０のそれぞれの第２段差構造Ｄ２は、バッテリーパック１００の中心を基準にして外側に段階的に高さが低くなる形態であり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前方カバー部１３１に第１段差構造Ｄ１が形成され、第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０にもそれぞれ第２段差構造Ｄ２が形成されることで、前方カバー部１３１及び後方カバー部１４１と第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０との間の結合面積が効果的に増大することができる。これにより、本発明は、従来技術と比べて、前方フレーム１３０及び後方フレーム１４０と第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０との結合力が効果的に増大して、バッテリーパック１００が前後方向の外部衝撃を受ける場合、衝撃を第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０にそれぞれ効果的に伝達することができ、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を保護できる程度に機械的剛性を高めることができる。
図７は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した前方斜視図である。
図７を参照すると、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレーム１３０Ｂは、図２の前方フレーム１３０Ｂと比べて、第１突出部１３３をさらに備え得る。第１突出部１３３は、前方カバー部１３１の前面から前方に突出して形成され得る。例えば、図７に示されたように、第１突出部１３３は、前方カバー部１３１の前面のうち中央を基準にして下部に位置し、前面から前方に突出した形態であり得る。また、第１突出部１３３は、下方に向かって前方への突出長さが短くなる形状を有し得る。
すなわち、第１突出部１３３は、水平方向に延びた部分、及び後方に傾くように下方に延びた部分を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、前方フレーム１３０Ｂが第１突出部１３３をさらに備えることで、外部物体がバッテリーパック１００の前方と衝突する場合、外部物体が第１突出部１３３と先に衝突し、衝突衝撃が前方フレーム１３０Ｂの前方プレート部１３２に集中的に伝達される。前方プレート部１３２を備えた前方フレーム１３０Ｂは、下部の前後方向の断面積が上部よりも大きいため、下部のほうが前後方向の衝撃に対する抵抗力が大きい。これにより、バッテリーパック１００に搭載された複数のバッテリーモジュール１１０が損傷されることを効果的に防止することができる。
図８は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した後方斜視図である。
図８を参照すると、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレーム１４０Ｂは、図２の後方フレーム１４０と比べて、第２突出部１４３をさらに備え得る。第２突出部１４３は、後方カバー部１４１の後面のうち中央を基準にして下部に位置し得る。また、第２突出部１４３は、後方カバー部１４１の後面よりも後方にさらに突出した形態であり得る。例えば、図８に示されたように、第２突出部１４３は、上部が下部よりも後方にさらに突出した形態であり得る。すなわち、第２突出部１４３は、下方に向かって後方への突出長さが短くなる形状を有し得る。
すなわち、第２突出部１４３は、水平方向に延びた部分、及び後方に傾くように下方に延びた部分を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、後方フレーム１４０Ｂが第２突出部１４３をさらに備えることで、外部物体がバッテリーパック１００の後方と衝突する場合、外部物体が第２突出部１４３と先に衝突し、衝突衝撃が後方フレーム１４０Ｂの下部に位置した後方プレート部１４２に効果的に集中される。すなわち、後方プレート部１４２を備えた後方フレーム１４０Ｂは、下部の前後方向の断面積が上部よりも大きいため、下部のほうが前後方向の衝撃に対する抵抗力が大きい。これにより、バッテリーパック１００に搭載された複数のバッテリーモジュール１１０が損傷されることを効果的に防止することができる。
図９は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレームを概略的に示した前方斜視図である。
図９を参照すると、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーパックの前方フレーム１３０Ｃは、図２の前方フレーム１３０と比べて、複数の水平リブＲ２をさらに備え得る。具体的には、複数の水平リブＲ２は、それぞれ、前方カバー部１３１の前面から前方に突出したプレート形態であり得る。複数の水平リブＲ２は、前方フレーム１３０の前面のうち中央を基準にして下部に位置し得る。複数の水平リブＲ２は、それぞれ、前方カバー部１３１の端部まで左右方向に延びたプレート状を有し得る。複数の水平リブＲ２は、互いに所定の間隔で上下方向で離隔して配列され得る。
また、複数の水平リブＲ２のうち、下部に位置した水平リブＲ２であるほど上部に位置した水平リブＲ２よりも相対的に前方への突出長さが短くなるように構成され得る。すなわち、複数の水平リブＲ２は、前方への突出長さが相異なるように形成され得る。すなわち、複数の水平リブＲ２は、相対的に下部に位置するほど徐々に前方への突出長さが短くなるように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、複数の水平リブＲ２が備えられた前方フレーム１３０Ｃを備えることで、バッテリーパック１００の前方衝撃を効果的に防御することができる。すなわち、外部物体がバッテリーパック１００の前方と衝突する場合、外部物体が複数の水平リブＲ２と先に衝突し、衝突衝撃が前方フレーム１３０Ｃの下部に位置した前方プレート部１３２に集中される。すなわち、前方プレート部１３２を備えた前方フレーム１３０Ｃは、下部の前後方向の断面積が上部よりも大きいため、下部のほうが前後方向の衝撃に対する抵抗力が大きい。これにより、バッテリーパック１００に搭載された複数のバッテリーモジュール１１０が損傷されることを効果的に防止することができる。
図１０は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの後方フレームを概略的に示した後方斜視図である。
図１０を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００は、ＢＭＳ１７２をさらに含み得る。前方カバー部１３１または後方カバー部１４１は、ＢＭＳ１７２の少なくとも一部を収容するように一部分が開口され得る。例えば、前方カバー部１３１または後方カバー部１４１は、ＢＭＳ１７２の一部部品を収容するように一部分に開口Ｋが形成され得る。開口Ｋを通してＢＭＳ１７２の一部部品を内部に投入し得る。後方カバー部１４１には、ＢＭＳ１７２の一部部品を内部に収容するように開口Ｋと連通して内部が空いている収容空間Ｓが備えられ得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、ＢＭＳ１７２の少なくとも一部を内部に収容可能な収容空間Ｓを備えることで、バッテリーパック１００の異常作動に対する安全制御を行うＢＭＳをより安全に収納することができ、バッテリーパック１００の安全性を極大化することができる。さらに、収容空間Ｓは、複数のバッテリーモジュール１１０から発生した電磁波からＢＭＳ１７２の一部部品を保護することができる。例えば、ＢＭＳ１７２は、制御ボード、リレー、ヒューズ、ケーブルなどを備え得る。
図１１は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの冷却ユニット及び中間フレームを概略的に示した斜視図である。図１１には、説明の便宜上、冷媒の移動方向を矢印で示した。
図２とともに図１１を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００は、冷却ユニット１８０をさらに含み得る。冷却ユニット１８０は、上面に複数のバッテリーモジュール１１０を搭載するように水平方向に延びたプレート状であり得る。図１４を参照すると、冷却ユニット１８０は、下面がベースプレート１２０と結合され得る。また、冷却ユニット１８０は、一側面が前方プレート部１３２に当接し得る。このような構造によれば、前方プレート部１３２の側面が冷却ユニット１８０に当接して支持され得る。したがって、前方フレーム１３０が前後方向の衝撃を受ける場合、前方プレート部１３２が冷却ユニット１８０の側面によって支持されることで、前方プレート部１３２とベースプレート１２０との間の結合部位が破損される危険が少ない。また、前方フレーム１３０に加えられる前後方向の衝撃が非常に大きい場合は、前方プレート部１３２が冷却ユニット１８０の側面で支持された状態で前後方向に潰されながら衝撃を吸収できる。
図示していないが、冷却ユニット１８０は、他側面が後方プレート部１４２に当接し得る。このような構造によれば、後方プレート部１４２の側面が冷却ユニット１８０に当接して支持され得る。したがって、後方フレーム１４０が前後方向の衝撃を受ける場合、後方プレート部１４２が冷却ユニット１８０の側面によって支持されることで、後方プレート部１４２とベースプレート１２０との間の結合部位が破損される危険が少ない。また、後方フレーム１４０に加えられる前後方向の衝撃が非常に大きい場合は、後方プレート部１４２が冷却ユニット１８０の側面で支持された状態で前後方向に潰されながら衝撃を吸収することができる。
冷却ユニット１８０は、冷媒流路（図示せず）、注入口１８２及び排出口１８３を備え得る。
また、冷媒流路は、冷却ユニット１８０の内部に備えられ得る。冷媒流路には、冷媒が移動するように隔壁が備えられ得る。冷媒は、例えば、空気、水、絶縁油などであり得る。
さらに、注入口１８２は、冷媒流路と連通するように構成され得る。注入口１８２は、冷媒が注入されるように構成され得る。すなわち、注入口１８２は、冷媒流路に冷媒を注入するように構成され得る。排出口１８３は、冷媒流路を通過した冷媒を外部に排出するように構成され得る。すなわち、排出口１８３は、冷媒流路と連通するように構成され得る。
例えば、図１１に示されたように、バッテリーパック１００は、三つの冷却ユニット１８０を備え得る。三つの冷却ユニット１８０には、それぞれ、二つの注入口１８２と二つの排出口１８３が備えられ得る。二つの注入口１８２に注入された冷媒は、内部の冷媒流路に沿って矢印方向に移動し、二つの排出口１８３から放出され得る。
また、冷却ユニット１８０は、上部に複数のバッテリーモジュール１１０を搭載するように構成され得る。冷却ユニット１８０は、熱伝導パッド１８４をさらに備え得る。熱伝導パッド１８４は、バッテリーモジュール１１０と冷却ユニット１８０との間に介在され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、冷却ユニット１８０を備えることで、搭載された複数のバッテリーモジュール１１０を効果的に冷却させることができる。また、冷却ユニット１８０は、ベースプレート１２０と結合されるように構成されることで、外部衝撃に抵抗する役割を果たすことができる。
一方、図２及び図１１をさらに参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、少なくとも一つの中間フレーム１９０をさらに含み得る。中間フレーム１９０は、冷却ユニット同士の間に配置され得る。中間フレーム１９０は、中間カバー１９１及び中間プレート部１９２を備え得る。中間カバー１９１は、前後方向に所定の厚さを有して左右方向に延びた形態であり得る。中間カバー１９１は、上方に立てられた形態であり得る。中間プレート部１９２は、水平方向に延びた形態であり得る。中間プレートは、中間カバー１９１の下部と一体に結合された形態であり得る。例えば、中間フレーム１９０は、押出成形によって一体的に形成され得る。
また、中間フレーム１９０の両端部は、第１サイドフレーム１５０と第２サイドフレーム１６０の側部とそれぞれ結合され得る。中間フレーム１９０の下面は、ベースプレート１２０の上面と結合されるように構成され得る。
図１２は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの第１サイドフレームを概略的に示した後方斜視図である。図１２には、説明の便宜上、冷媒の流れを矢印で示した。
図１２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００の第１サイドフレーム１５０は、第１連結口１５１及び第１冷媒移動路１５２を備え得る。第１連結口１５１は、冷却ユニット１８０の注入口１８２と連通するように注入口１８２と連結され得る。すなわち、第１連結口１５１は、注入口１８２と対応する大きさを有し得る。第１連結口１５１は、注入口１８２に密着して位置し得る。また、第１連結口１５１は、第１冷媒移動路１５２と連通するように第１冷媒移動路１５２の一部分が開口して形成され得る。第１冷媒移動路１５２は、第１サイドフレーム１５０の本体に沿って前後方向に延び得る。
例えば、図１２に示されたように、第１サイドフレーム１５０には、６個の第１連結口１５１が備えられ得る。６個の第１連結口１５１は、前後方向に配列されて所定の間隔で離隔して形成され得る。第１サイドフレーム１５０の第１冷媒移動路１５２は、本体に沿って前後方向に延び得る。第１冷媒移動路１５２は、別途のチューブを備えず、第１サイドフレーム１５０を押出成形するとき、管状で前後方向（Ｙ方向）に延ばして形成され得る。６個の第１連結口１５１のそれぞれは第１冷媒移動路１５２と連通し得る。６個の第１連結口１５１のそれぞれは冷却ユニット１８０の注入口１８２と連結されるように構成され得る。
すなわち、第１サイドフレーム１５０の第１冷媒移動路１５２の後端部から注入された冷媒は、第１冷媒移動路１５２に沿って後方に移動し、６個の第１連結口１５１のそれぞれを通って冷却ユニット１８０に移動し得る。
図１３は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの第２サイドフレームを概略的に示した後方斜視図である。図１３には、説明の便宜上、冷媒の流れを矢印で示した。
図１３を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパック１００の第２サイドフレーム１６０は、第２連結口１６１及び第２冷媒移動路１６２を備え得る。第２連結口１６１は、冷却ユニット１８０の排出口１８３と連通するように排出口１８３と連結され得る。すなわち、第２連結口１６１は、排出口１８３と対応する大きさを有し、排出口１８３と密着して位置し得る。また、第２連結口１６１は、第２冷媒移動路１６２と連通するように第２冷媒移動路１６２の一部分が開口して形成され得る。第２冷媒移動路１６２は、第２サイドフレーム１６０の本体に沿って前後方向（Ｙ方向）に延び得る。
例えば、図１３に示されたように、第２サイドフレーム１６０には、６個の第２連結口１６１が備えられ得る。６個の第２連結口１６１は、前後方向に配列されて所定の間隔で離隔して形成され得る。第２サイドフレーム１６０の第２冷媒移動路１６２は、本体に沿って前後方向（Ｙ方向）に延び得る。第２冷媒移動路１６２は、別途のチューブを備えず、第２サイドフレーム１６０を押出成形するとき、管状で前後方向に延ばされて形成され得る。６個の第２連結口１６１のそれぞれは第２冷媒移動路１６２と連通し得る。６個の第２連結口１６１のそれぞれは冷却ユニット１８０の排出口１８３と連結されるように構成され得る。
すなわち、第２サイドフレーム１６０の第２冷媒移動路１６２は、冷却ユニット１８０から冷媒が６個の第２連結口１６１をそれぞれ通って流れ込み、該冷媒が第２冷媒移動路１６２の後端部に移動して外部に排出され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、別途の管やチューブを備えず、第１サイドフレーム１５０及び第２サイドフレーム１６０それぞれの内部に冷媒移動路を形成することで、バッテリーパックの構成部品の個数を減らし、材料コストを低減して製造工程を単純化することができる。これにより、本発明は、複数のバッテリーモジュールの冷却効率は高めながらも製造コストを大幅に低減することができる。
一方、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１０、及びバッテリーモジュール１１０と電気的に接続されるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：バッテリー管理システム）を含み得る。ＢＭＳは複数の電池セルの充放電を制御するための各種の回路や素子などを備え得る。
一方、本発明の一実施形態による自動車（図示せず）は、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１０、及びバッテリーモジュール１１０を収容する収容空間を有する車体を含み得る。例えば、自動車は、電気自動車、電気スクーター、電気車椅子、または電気バイクなどであり得る。
一方、本発明の一実施形態による電子デバイス（図示せず）は、少なくとも一つのバッテリーモジュール１１０、及びバッテリーモジュール１１０を収容する収容空間を有する外装ケースを含み得る。例えば、電子デバイスは、コンピュータまたは電力貯蔵装置であり得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
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ず、本発明が属する技術分野における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。
１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーモジュール
１１１ モジュールハウジング
１２０ ベースプレート
１３０ 前方フレーム
１３０Ａ 前方フレーム
１３０Ｂ 前方フレーム
１３０Ｃ 前方フレーム
１３１ 前方カバー部
１３２ 前方プレート部
１３２ａ 支持構造
１３３ 第１突出部
１４０ 後方フレーム
１４０Ａ 後方フレーム
１４０Ｂ 後方フレーム
１４１ 後方カバー部
１４２ 後方プレート部
１４２ａ 支持構造
１４３ 第２突出部
１５０ 第１サイドフレーム
１５１ 第１連結口
１５２ 第１冷媒移動路
１６０ 第２サイドフレーム
１６１ 第２連結口
１６２ 第２冷媒移動路
１８０ 冷却ユニット
１８２ 注入口
１８３ 排出口
１８４ 熱伝導パッド
１９０ 中間フレーム
１９１ 中間カバー
１９２ 中間プレート部
Ｄ１ 第１段差構造
Ｄ２ 第２段差構造
Ｒ１ 強化リブ
Ｒ２ 水平リブ
Ｓ 収容空間

Claims (9)

  1. 複数のバッテリーモジュールと、
    上部に前記複数のバッテリーモジュールが位置するベースプレートと、
    前記ベースプレートの前方を覆う前方カバー部及び前記前方カバー部の一側から後方に延びた前方プレート部を備え、前記前方カバー部と前記前方プレート部とが一体的に形成された前方フレームと、
    前記ベースプレートの後方を覆う後方カバー部及び前記後方カバー部の一側から前方に延びた後方プレート部を備え、前記後方カバー部と前記後方プレート部とが一体的に形成された後方フレームと、
    前記ベースプレートの左側を覆う第１サイドフレームと、
    前記ベースプレートの右側を覆う第２サイドフレームと、
    を含み、
    前記前方プレート部の水平方向に延びた本体から下方に突出した支持構造が備えられ、前記支持構造は、前記前方プレート部の前記本体から下方に延びた垂直部分と、前記垂直部分の下端に設けられた水平部分とを含み、前記前方プレート部は、前記支持構造の前記水平部分の下面が前記ベースプレートと接触した状態で前記ベースプレートに結合され、及び／または、
    前記後方プレート部の水平方向に延びた本体から下方に突出した支持構造が備えられ、前記支持構造は、前記後方プレート部の前記本体から下方に延びた垂直部分と、前記垂直部分の下端に設けられた水平部分とを含み、前記後方プレート部は、前記支持構造の前記水平部分の下面が前記ベースプレートと接触した状態で前記ベースプレートに結合される、バッテリーパック。
  2. 前記前方フレームには、
    前記複数のバッテリーモジュール同士の間の空間と対面するように位置し、前記前方プレート部から前記前方カバー部に延びた少なくとも一つの強化リブが備えられ、
    前記後方フレームには、
    前記複数のバッテリーモジュール同士の間の空間と対面するように位置し、前記後方プレート部から前記後方カバー部に延びた少なくとも一つの強化リブが備えられた、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記前方カバー部の左右側の両端部には、外側に段階的に高さが低くなる第１段差構造が形成され、
    前記第１サイドフレーム及び前記第２サイドフレームの前端部及び後端部には、それぞれ、前記前方カバー部の第１段差構造と結合されるように外側に段階的に高さが低くなる第２段差構造が形成された、請求項１又は２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記前方フレームは、前記前方カバー部の前面に、上部が相対的に下部よりも前方に突出した第１突出部をさらに備え、
    前記後方フレームは、前記後方カバー部の後面に、上部が相対的に下部よりも後方に突出した第２突出部を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  5. 複数のバッテリーモジュールと、
    上部に前記複数のバッテリーモジュールが位置するベースプレートと、
    前記ベースプレートの前方を覆う前方カバー部及び前記前方カバー部の一側から後方に延びた前方プレート部を備え、前記前方カバー部と前記前方プレート部とが一体的に形成された前方フレームと、
    前記ベースプレートの後方を覆う後方カバー部及び前記後方カバー部の一側から前方に延びた後方プレート部を備え、前記後方カバー部と前記後方プレート部とが一体的に形成された後方フレームと、
    前記ベースプレートの左側を覆う第１サイドフレームと、
    前記ベースプレートの右側を覆う第２サイドフレームと、
    を含み、
    前記前方フレームの前方カバー部は、それぞれが前面から前方に突出して左右方向に延びたプレート状を有し、上下方向に配列された複数の水平リブを備え、
    前記複数の水平リブのうち、下部に位置した水平リブであるほど上部に位置した水平リブよりも相対的に前方への突出長さが短くなるように構成された、バッテリーパック。
  6. 複数のバッテリーモジュールと、
    上部に前記複数のバッテリーモジュールが位置するベースプレートと、
    前記ベースプレートの前方を覆う前方カバー部及び前記前方カバー部の一側から後方に延びた前方プレート部を備え、前記前方カバー部と前記前方プレート部とが一体的に形成された前方フレームと、
    前記ベースプレートの後方を覆う後方カバー部及び前記後方カバー部の一側から前方に延びた後方プレート部を備え、前記後方カバー部と前記後方プレート部とが一体的に形成された後方フレームと、
    前記ベースプレートの左側を覆う第１サイドフレームと、
    前記ベースプレートの右側を覆う第２サイドフレームと、
    を含み、
    前記バッテリーパックは、ＢＭＳをさらに含み、
    前記前方カバー部または前記後方カバー部は、前記ＢＭＳの少なくとも一部を収容する収容空間を備える、バッテリーパック。
  7. 前記バッテリーパックは、
    冷媒が移動するように構成された冷媒流路、前記冷媒流路に冷媒を注入するように構成された注入口、及び前記冷媒流路から冷媒を排出するように構成された排出口を備えた冷却ユニットをさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  8. 前記第１サイドフレームは、前記注入口と連通する第１連結口、及び前記第１連結口と連通して前記第１サイドフレームの本体に沿って前後方向に延びた第１冷媒移動路を備え、
    前記第２サイドフレームは、前記排出口と連通する第２連結口、及び前記第２連結口と連通して前記第２サイドフレームの本体に沿って前後方向に延びた第２冷媒移動路を備える、請求項７に記載のバッテリーパック。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリーパックを少なくとも一つ含む、自動車。
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