(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第1エンドプレートと前記第2エンドプレートとが相互近接する方向へ復元力を提供する復元部材をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のバッテリーパック。
前記復元部材は、前記収容空間に収容された状態で前記一端が前記第1圧力調節バーに固定され、前記他端が前記第2圧力調節バーに固定されることを特徴とする請求項6に記載のバッテリーパック。
【背景技術】
【0002】
多様な製品への適用が容易であり、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、携帯用器機のみならず電気的駆動源によって駆動する電気自動車(Electric Vehicle,EV)またはハイブリッド自動車(Hybrid Electric Vehicle,HEV)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ることができるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が一切発生しないという点で環境に優しく、エネルギー効率性の向上のための新しいエネルギー源として注目されている。
【0003】
現在、広く使用さ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の作動電圧は約2.5V〜4.2Vである。したがって、これよりも高い出力電圧が要求される場合、複数の二次電池セルを直列接続してバッテリーパックを構成することもある。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数の二次電池セルを並列接続してバッテリーパックを構成することもある。したがって、前記バッテリーパックに含まれる二次電池セルの個数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定できる。
【0004】
一方、複数の二次電池セルを直列/並列に接続してバッテリーパックを構成する場合、二つ以上の二次電池セルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、前記複数のバッテリーモジュールを用いてバッテリーモジュールアセンブリを構成し、前記バッテリーモジュールアセンブリにその他の構成要素を追加してバッテリーパックを構成する方法が一般的である。
【0005】
このようなバッテリーパックは、複数の二次電池を備えるバッテリーモジュールアセンブリと、バッテリーモジュールアセンブリの上部に設けられる上部プレートと、バッテリーモジュールアセンブリの下部に設けられる下部プレートと、上部プレートと下部プレートとを締結する締結部材と、を含む。上部プレート及び下部プレートは、バッテリーモジュールアセンブリの外形を固定し、外部衝撃からバッテリーモジュールアセンブリを保護できる。
【0006】
ところが、バッテリーモジュールアセンブリが備える二次電池がリチウム−ポリマーパウチ型二次電池である場合、反復的な充電及び放電の副反応で内部電解質が分解されてガスが発生し得る。この際、発生したガスによって二次電池セルの外形が変形される現象を「スウェリング現象」と言う。
【0007】
このようなスウェリング現象により、充電時にはバッテリーモジュールアセンブリが膨張し、バッテリーモジュールアセンブリが上下部プレートに印加する圧力が増加する。そうすれば、締結部材及びその他のバッテリーパックが備える構造物に変形が発生するようになる。
【0008】
かかるスウェリング現象によるバッテリーパックの性能低下を防止するために、上下部プレートの設計時、スウェリング現象を予測した剛性設計をしている。しかし、上下部プレートの公差、材質、厚さ、形状などを考慮した剛性設計のみでは、スウェリング現象によるバッテリーパックの性能劣化を防止することに限界があるという問題点がある。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。
【0021】
図1は本発明の望ましい実施例によるバッテリーパックの正面図であり、
図2は、
図1に示したバッテリーパックの側面図である。
【0022】
図1及び
図2を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーパック1は、複数の二次電池を備えるバッテリーモジュールアセンブリ10と、バッテリーモジュールアセンブリ10の一端に設けられる第1エンドプレート20と、バッテリーモジュールアセンブリ10の一端と対向するバッテリーモジュールアセンブリ10の他端に設けられる第2エンドプレート30と、第1エンドプレート20及び第2エンドプレート30のそれぞれと結合し、バッテリーモジュールアセンブリ10にスウェリング現象が発生するとき、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔を段階的に調節する第1圧力調節バー40及び第2圧力調節バー50と、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30とが相互近接する方向へ復元力を提供する復元部材60と、を含む。
【0023】
まず、バッテリーモジュールアセンブリ10は、電気エネルギーが貯蔵される部材である。バッテリーモジュールアセンブリ10は、
図1に示したように、複数のバッテリーモジュール12が上下積層されるように集合して形成され、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間に介されるように設けられる。
【0024】
バッテリーモジュール12は、再充電が可能であり、充電または放電電圧を考慮すべき二次電池からなる二次電池セル(図示せず)、二次電池セルを固定してバッテリーモジュール12を構成するモジュールフレーム(図示せず)、及び二次電池セルの熱を放出する冷却フィン(図示せず)などを備えることができる。
【0025】
二次電池セルの種類は特に限定されない。例えば、二次電池セルは、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、及びニッケル亜鉛電池などで構成され得る。また、二次電池セルの形態は特に限定されない。例えば、二次電池セルは、外装材の種類によって、パウチ型、円筒状、角形などの形態を有することができる。望ましく、二次電池セルはパウチ型の形態を有し得る。
【0026】
次に、第1エンドプレート20及び第2エンドプレート30は、バッテリーモジュールアセンブリ10を保護するための部材である。
図1に示したように、第1エンドプレート20は、バッテリーモジュールアセンブリ10の上部に設けられ、第2エンドプレート30は、バッテリーモジュールアセンブリ10の下部に設けられる。
【0027】
また、第1エンドプレート20は、無負荷状態で設けられ、第2エンドプレート30は、本発明によるバッテリーパック1が設けられる設置対象物に固定された状態で設けられる。したがって、スウェリング現象が発生する場合、バッテリーモジュールアセンブリ10は、第2エンドプレート30によって前記設置対象物に固定された状態でバッテリーモジュールアセンブリ10の上方へ膨張し得る。
【0028】
また、第1エンドプレート20及び第2エンドプレート30は、それぞれバッテリーモジュールアセンブリ10に対する機械的支持力を提供し、バッテリーモジュールアセンブリ10を外部の衝撃などから保護する機能を果たす。このために、第1エンドプレート20及び第2エンドプレート30は、それぞれ剛性が確保できるよう、スチール及びその他の金属材質から構成されることが望ましいが、これに限定されることではない。
【0029】
図3は、第1圧力調節バー、第2圧力調節バー、及び復元部材の分離斜視図であり、
図4は、
図3におけるA領域の部分拡大図であり、
図5は、
図3に示した第1圧力調節バー、第2圧力調節バー及び復元部材の結合斜視図であり、
図6は、
図5におけるB領域の部分拡大図である。
【0030】
第1圧力調節バー40及び第2圧力調節バー50は、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔を段階的に調節する部材である。また、復元部材60は、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔が予め決められた間隔以上に離れないように復元力を提供する部材である。
【0031】
このような第1圧力調節バー40、第2圧力調節バー50、及び復元部材60は、スウェリング現象が発生してバッテリーモジュールアセンブリ10が膨張するとき、相互連動して第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔、及びバッテリーモジュールアセンブリ10に作用する圧力を調節するために設けられる。以下、図面を参照して、第1圧力調節バー40、第2圧力調節バー50、及び復元部材60について具体的に説明する。
【0032】
まず、第1圧力調節バー40は、少なくとも一部が第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間に位置するように第1エンドプレート20に固定される。例えば、第1圧力調節バー40は、
図1に示したように、下端部が第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間に位置するように、上端部が第1エンドプレート20の側面に固定され得る。
【0033】
第1圧力調節バー40の設置個数は特に限定されない。例えば、第1圧力調節バー40は、
図2に示したように、第1エンドプレート20の一側面ごとにそれぞれ2つずつ、総4つが設置され得る。
【0034】
第1圧力調節バー40は、四角柱の形状を有することが望ましいが、これに限定されることではない。また、第1圧力調節バー40は、
図3に示したように、内部に形成される収容空間42と、収容空間42と連通するように予め決められた一定間隔lで形成される複数の係止孔44と、第2圧力調節バー50が収容空間42に挿入されるよう、収容空間42に連通して形成される挿入口46と、を含む。
【0035】
次に、第2圧力調節バー50は、少なくとも一部が第1圧力調節バー40の収容空間42に摺動可能に挿入されるよう第2エンドプレート30に固定される。例えば、第2圧力調節バー50は、
図1及び
図5に示したように、上部が第1圧力調節バー40の収容空間42にバッテリーモジュールアセンブリ10の上下方向へ摺動可能に挿入され、下端部が第2エンドプレート30の側面に固定され得る。
【0036】
第2圧力調節バー50の設置個数は特に限定されない。例えば、第2圧力調節バー50は、
図2に示したように、第1圧力調節バー40と同様に、第2エンドプレート30の一側面ごとにそれぞれ2つずつ、総4つが設置され得る。
【0037】
第2圧力調節バー50は、四角柱の形状を有することが望ましいが、これに限定されることではない。また、第2圧力調節バー50は、
図3に示したように、バッテリーモジュールアセンブリ10の上下方向に沿って形成される少なくとも一つの弾性係止爪52を含む。
【0038】
弾性係止爪52の形成個数は特に限定されない。例えば、弾性係止爪52は、
図3に示したように複数個が形成され、係止孔44の個数よりも少なく形成され得る。
【0039】
弾性係止爪52は、係止孔44の形成間隔lの整数倍の間隔で形成される。例えば、弾性係止爪52は、
図3に示したように、係止孔44の形成間隔lと同一の間隔lで形成され得る。このような間隔lで弾性係止爪52が形成されることによって、それぞれの弾性係止爪52は係止孔44から同時に分離するか、係止孔44に同時に係合し得る。
【0040】
弾性係止爪52の構造は特に限定されない。例えば、弾性係止爪52は、
図4に示したように、弾性変形可能に形成され、第2圧力調節バー50の上端部側、言い換えれば、第1エンドプレート20側へ偏って傾くように形成される。
【0041】
このように弾性係止爪52が設けられることによって、
図6に示したように、それぞれの弾性係止爪52は、係止孔44のうち、これに対応するいずれか一つの係止孔44に弾性係合できる。
【0042】
次に、復元部材60は、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間に設けられる。復元部材60の構造は、特に限定されない。例えば、復元部材60は、
図3に示したように引張ばねで構成可能できる。
【0043】
復元部材60の設置方法は特に限定されない。例えば、復元部材60は、
図5に示したように、第1圧力調節バー40の収容空間42に収容された状態で、一端が第1圧力調節バー40における上端部に固定され、前記一端と対向する他端が第2圧力調節バー50の上端部に固定されて設置され得る。
【0044】
このような復元部材60は、第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50とが相互近接する方向へ復元力を提供する。また、第1圧力調節バー40及び第2圧力調節バー50を介して、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間にも第1エンドプレート20と第2エンドプレート30とが相互近接する方向へ復元力が提供される。
【0045】
なお、復元部材60は、収容空間42に収容された状態で一端が第1圧力調節バー40の上端部に固定され、他端が第2圧力調節バー50の上端部に固定されるように説明したが、これに限定されることではない。即ち、復元部材60は、一端が第1エンドプレート20に固定され、他端が第2エンドプレート30に固定される方式など、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間に復元力を提供できる多様な方式によって設置することができる。
【0046】
図7は、バッテリーパックが膨張されていない状態を示すバッテリーパックの側面図であり、
図8は、バッテリーパックが膨張した状態を示すバッテリーパックの側面図であり、
図9は、
図7におけるC領域の部分拡大図であり、
図10は、
図8におけるD領域の部分拡大図である。
【0047】
以下、図面を参照して、スウェリング現象が発生することによるバッテリーモジュールアセンブリ10の膨張時、第1圧力調節バー40及び第2圧力調節バー50によってバッテリーモジュールアセンブリ10に印加される圧力が調節される様態を説明する。
【0048】
前述のように、第2圧力調節バー50のそれぞれの弾性係止爪52は、第1圧力調節バー40の係止孔44のうち、これに対応するいずれか一つにそれぞれ弾性係合する。そうすると、
図7に示したように、第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50によって第1エンドプレート20及び第2エンドプレート30が固定されることで第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔Lが一定に維持される。
【0049】
しかし、スウェリング現象が発生してバッテリーモジュールアセンブリ10が膨張すれば、バッテリーモジュールアセンブリ10と第1エンドプレートとの間、及びバッテリーモジュールアセンブリ10と第2エンドプレート30との間に作用する圧力がそれぞれ増加する。
【0050】
ここで、前述のように、第1エンドプレート20は、無負荷状態で設置され、第1エンドプレート20は、本発明によるバッテリーパック1が設けられる設置対象物に固定された状態で設けられる。したがって、バッテリーモジュールアセンブリ10が膨張すれば、バッテリーモジュールアセンブリ10は第1エンドプレート20を上方へ押し上げるようになる。そうすれば、
図8に示したように、第1圧力調節バー40は第1エンドプレート20によってバッテリーモジュールアセンブリ10の上方へ押し上げられ、これによりそれぞれの弾性係止爪52は、これと弾性係合した係止孔44の内側面と接触して所定の力の印加を受ける。
【0051】
それぞれの弾性係止爪52に加えられる力が一定水準以上になれば、それぞれの弾性係止爪52は、これと係合したそれぞれの係止孔44の内側面によってぺしゃんこに押し詰められて弾性変形され、これと係合したそれぞれの係止孔44から分離される。そうすれば、第2圧力調節バー50とそれぞれの弾性係止爪52とは、第1圧力調節バー40の収容空間42に沿って摺動する。
【0052】
このように第2圧力調節バー50とそれぞれの弾性係止爪52が移動する場合、第2圧力調節バー50及びそれぞれの弾性係止爪52が係止孔44の形成間隔分だけ移動すれば、それぞれの弾性係止爪52はまた新しい係止孔44に接する。そうすれば、それぞれの弾性係止爪52は弾性変形が解除され、また新たな係止孔44に弾性係合する。即ち、
図9及び
図10に示したように、第2圧力調節バー50が第1圧力調節バー40の収容空間42に沿って摺動するとき、それぞれの弾性係止爪52は、係止孔44のいずれか一つから分離された後、他の一つの弾性係止爪52に弾性係合するのである。これにより、第2圧力調節バー50は、係止孔44の形成間隔l分だけ移動した後に止められ、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔L+lは、第2圧力調節バー50の摺動前に比べて係止孔44の形成間隔l分だけ離れるようになる。
【0053】
このように本発明によるバッテリーパック1は、スウェリング現象が発生してバッテリーモジュールアセンブリ10が膨張するとき、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔Lが係止孔44の形成間隔l分だけ自動で段階的に調節される。これによって、スウェリング現象によって増加したエンドプレート40、50とバッテリーモジュールアセンブリ10との間に作用する圧力は、第1エンドプレート20と第2エンドプレート30との間隔Lが自動で段階的に調節されて減圧することによって、一定レベル以下に自動調節される。その結果、本発明によるバッテリーパック1は、スウェリング現象によって増加したエンドプレート20、30とバッテリーモジュールアセンブリ10との間に作用する圧力によって本発明によるバッテリーパック1の構造物に変形が発生することを効果的に防止することができる。
【0054】
なお、前述のように第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50とが復元部材60によって連結されることで、第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50との間には第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50とが近接する方向へ復元部材60の復元力が提供される。言い換えれば、第1圧力調節バー40及び第2圧力調節バー50には、バッテリーモジュールアセンブリ10の膨張力と復元部材60の復元力とがそれぞれ作用するのである。
【0055】
そうすれば、スウェリング現象が発生して第2圧力調節バー50が移動するとき、バッテリーモジュールアセンブリ10の膨張力の少なくとも一部が復元部材60の復元力によって相殺される。これによって、第2圧力調節バー50は、第1圧力調節バー40の収容空間42に沿って漸進的に摺動される。したがって、復元部材60は、第2圧力調節バー50が速く移動され、エンドプレート20、30とバッテリーモジュールアセンブリ10との間に作用する圧力が急激に変動することを防止することができる。また、復元部材60は、第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50とを相互連結することで、第1圧力調節バー40と第2圧力調節バー50との間隔が無限増加することを防止することができる。
【0056】
一方、復元部材60の復元力は、圧力調節バー40、50とエンドプレート20、30を介してバッテリーモジュールアセンブリ10に伝達されるが、このような復元部材60の復元力がバッテリーモジュールアセンブリ10に常に作用すれば、バッテリーモジュールアセンブリ10に悪影響を与える恐れがある。しかし、第2圧力調節バー50の弾性係止爪52が第1圧力調節バー40の係止孔44に係合すれば、複合部材の復元力は弾性係止爪52及びこれと係合した係止孔44に作用して全て相殺される。したがって、復元部材60の復元力は、弾性係止爪52が係止孔44から分離されて第2圧力調節バー50の移動中のみにバッテリーモジュールアセンブリ12に選択的に作用するため、復元部材60の復元力によってバッテリーモジュールアセンブリ10が損傷することを防止することができる。
【0057】
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。