(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備え、上下方向へ配列された複数の二次電池と、
前記二次電池を内部空間に収容し、締結孔が形成され、上下方向へ相互積層された複数のカートリッジと、
板状の金属材質からなり、二次電池とカートリッジの積層体の下部に位置する下部エンドプレートと、
前記下部エンドプレートに固定された第１締結部材と、
前記下部エンドプレートに垂直に立てられて長く延びるように形成され、下端部が前記第１締結部材に結合し、前記カートリッジの締結孔を貫通する第２締結部材と、
を含み、前記第１締結部材は、前記下部エンドプレートに溶接固定されていることを特徴とするバッテリーパック。
【請求項２】
前記第１締結部材がナットであり、前記第２締結部材がボルトであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項３】
前記第２締結部材は、両端にねじ山が形成され、下端に形成されたねじ山が前記第１締結部材のねじ山に結合することを特徴とする請求項２に記載のバッテリーパック。
【請求項４】
前記下部エンドプレートは、貫通孔が形成され、
前記第１締結部材は、前記下部エンドプレートの貫通孔に挿入された挿入部と、前記下部エンドプレートの下部に位置し、前記下部エンドプレートの底面に溶接される溶接部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項５】
前記第２締結部材は、円柱状に形成され、少なくとも一部分に外周面に沿って多角形形態の突出部が備えられることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項６】
前記二次電池及び前記カートリッジを内部空間に収容するパックケース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。
【請求項７】
前記パックケースは、内部に空間を備え、上部が開放されるように構成された下部ケースと、前記下部ケースの上部開放端に結合し、上部開放端を密閉する上部ケースと、を備え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。
【請求項８】
前記下部エンドプレート及び前記第１締結部材は、前記下部ケースの内部に埋め立てされるように構成され、前記第２締結部材は、前記下部ケースの内部空間へ突出するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
【請求項９】
前記第２締結部材は、前記上部ケースの上部に突出し、上端部が第３締結部材によって結合されることを特徴とする請求項７に記載のバッテリーパック。
【請求項１０】
板状の金属材質からなり、前記二次電池とカートリッジの積層体の上部に備えられ、前記二次電池とカートリッジの上部を覆う上部エンドプレートをさらに含み、
前記第２締結部材は、前記上部エンドプレートを貫通することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１１】
板状に構成され、前記二次電池とカートリッジの積層体の上部に備えられ、表面に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が取り付けられた電装プレートをさらに含み、
前記第２締結部材は、前記電装プレートを貫通することを特徴とする請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のうちいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む自動車。
【請求項１３】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリーパックの製造方法であって、
板状の金属材質からなる下部エンドプレートに第１締結部材を固定する段階と、
一方向へ長く延びるように形成された第２締結部材が、前記下部エンドプレートに垂直に立てられるように、前記第２締結部材を前記第１締結部材に結合する段階と、
二次電池を収容しながら締結孔に前記第２締結部材が貫通するようにカートリッジを積層する段階と、
を含み、前記第１締結部材の固定段階は、前記下部エンドプレートに前記第１締結部材を溶接する方式で行われることを特徴とするバッテリーパックの製造方法。
【請求項１４】
前記第２締結部材の結合段階と前記カートリッジの積層段階との間に、
内部空間が形成され、上部が開放されるように構成された下部ケースの内部に、前記下部エンドプレート及び前記第１締結部材を埋め立てる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパックの製造方法。
【請求項１５】
前記カートリッジの積層段階の後に、
第２締結部材が貫通した状態で上部ケースを下部ケースの上部開放端に結合する段階と、
前記上部ケースの上部へ突出した前記第２締結部材の上端に第３締結部材を結合する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つ以上の二次電池を含むバッテリーに関し、より詳しくは、組立性が向上され、二次電池とカートリッジとの固定力を安定的に確保可能なバッテリーパック及びこれを含む自動車、並びにこのバッテリーパックの製造方法に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年４月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００６１９７８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。
【背景技術】
【０００３】
現在、商用化した二次電池には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があり、この中でリチウム二次電池は、ニッケル系二次電池に比べてメモリー効果がほとんど起こらず充・放電が自由で、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。
【０００４】
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に用いる。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板とがセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、即ち、電池ケースを備える。
【０００５】
一般的に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内蔵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内蔵されているパウチ型二次電池と、に分けることができる。
【０００６】
最近、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために多い数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には積層が容易で、重さが軽いというなどの長所からパウチ型二次電池がよく用いられている。
【０００７】
従来複数のパウチ型二次電池とカートリッジを積層してセルアセンブリーを設け、これをパックケースに収納してバッテリーパックを構成するとき、セルアセンブリーの積層方向における両端の最外側にはエンドプレートが備えられる場合がある。このようなエンドプレートは、主に金属材質からなり、二次電池とカートリッジを保護及び固定して面圧を維持する役割を果たす。
【０００８】
そして、エンドプレートは、ボルトのような締結部材を介してセルアセンブリーと結合できる。即ち、ボルトがエンドプレートとセルアセンブリーとをともに貫通した状態で両端が固定されることで、エンドプレートとセルアセンブリーとの結合状態が維持できる。特に、ボルトは、一端がエンドプレートに固定された状態でカートリッジの孔に挿入される場合が多い。
【０００９】
しかし、この際、エンドプレートとボルトとが成す角度は、バッテリーパックの組立性と品質に影響を及ぼし得る。即ち、カートリッジの孔にボルトが容易に挿入され、エンドプレートとカートリッジとの組立て及びカートリッジ同士の組立てが正確に行われるためには、エンドプレートとボルトとが成す角度は直角を維持することが望ましい。万一、ボルトの角度がエンドプレートと直角を成さなければ、ボルトがカートリッジの孔へ挿入する工程が容易に行われにくい。
【００１０】
特に、孔の形成されたカートリッジが上下方向に複数積層されるとき、カートリッジの孔は、カートリッジの装着面に垂直な方向へ相互連結されるように構成できる。したがって、ボルトがエンドプレートに直角を成さなければ、カートリッジの孔にボルトが挿入されるようにしながらカートリッジを積層するとき、カートリッジの積層が正確な位置に行われない恐れがある。また、カートリッジを正確な位置に積層するためには、カートリッジの積層中にエンドプレートに対するボルトの角度を変更する必要があるが、この過程でボルトやエンドプレートが破損または変形することで、ボルトによるカートリッジの固定がまともに行われない恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、組立性及び工程性が向上し、耐久性が改善され、カートリッジの積層構成を安定的に維持できるバッテリーパック及びその製造方法、並びにこのバッテリーパックを含む自動車を提供することを目的にする。
【００１２】
本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を達成するため、本発明によるバッテリーパックは、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備え、上下方向へ配列された複数の二次電池と、前記二次電池を内部空間に収容し、締結孔が形成され、上下方向へ相互積層された複数のカートリッジと、板状の金属材質からなり、二次電池とカートリッジの積層体の下部に位置する下部エンドプレートと、前記下部エンドプレートに固定された第１締結部材と、前記下部エンドプレートに垂直に立てられて長く延びるように形成され、下端部が前記第１締結部材に結合し、前記カートリッジの締結孔を貫通する第２締結部材と、を含む。
【００１４】
ここで、前記第１締結部材はナットであり、前記第２締結部材はボルトであり得る。
【００１５】
また、前記第２締結部材は、両端にねじ山が形成され、下端に形成されたねじ山が前記第１締結部材のねじ山に結合し得る。
【００１６】
また、前記第１締結部材は、前記下部エンドプレートに溶接固定され得る。
【００１７】
また、前記下部エンドプレートは、貫通孔が形成され、前記第１締結部材は、前記下部エンドプレートの貫通孔に挿入された挿入部と、前記下部エンドプレートの下部に位置し、前記下部エンドプレートの底面に溶接される溶接部と、を備えることができる。
【００１８】
また、前記第２締結部材は、円柱状に形成され、少なくとも一部分に外周面に沿って多角形形態の突出部が備えられ得る。
【００１９】
また、前記二次電池及び前記カートリッジを内部空間に収容するパックケースをさらに含むことができる。
【００２０】
また、前記パックケースは、内部に空間を備え、上部が開放されるように構成された下部ケースと、前記下部ケースの上部開放端に結合し、上部開放端を密閉する上部ケースと、を備えることができる。
【００２１】
また、前記下部エンドプレート及び前記第１締結部材は、前記下部ケースの内部に埋め立てされるように構成され、前記第２締結部材は、前記下部ケースの内部空間へ突出するように構成され得る。
【００２２】
また、前記第２締結部材は、前記上部ケースの上部に突出し、上端部が第３締結部材によって結合できる。
【００２３】
また、本発明によるバッテリーパックは、板状の金属材質からなり、前記二次電池とカートリッジの積層体の上部に備えられ、前記二次電池とカートリッジの上部を覆う上部エンドプレートをさらに含み、前記第２締結部材は、前記上部エンドプレートを貫通し得る。
【００２４】
また、本発明によるバッテリーパックは、板状に構成され、前記二次電池とカートリッジの積層体の上部に備えられ、表面に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が取り付けられた電装プレートをさらに含み、前記第２締結部材は、前記電装プレートを貫通するように構成され得る。
【００２５】
また、上記の課題を達成するための本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含む。
【００２６】
また、上記の課題を達成するための本発明によるバッテリーパックの製造方法は、板状の金属材質からなる下部エンドプレートに第１締結部材を固定する段階と、一方向へ長く延びるように形成された第２締結部材が、前記下部エンドプレートに垂直に立てられるように、前記第２締結部材を前記第１締結部材に結合する段階と、二次電池を収容しながら締結孔に前記第２締結部材が貫通するようにカートリッジを積層する段階と、を含み得る。
【００２７】
ここで、前記第１締結部材の固定段階は、前記下部エンドプレートに前記第１締結部材を溶接する方式で行われ得る。
【００２８】
また、本発明によるバッテリーパックの製造方法は、前記第２締結部材の結合段階と前記カートリッジの積層段階との間に、内部空間が形成され、上部が開放されるように構成された下部ケースの内部に、前記下部エンドプレート及び前記第１締結部材を埋め立てる段階をさらに含むことができる。
【００２９】
また、本発明によるバッテリーパックの製造方法は、前記カートリッジの積層段階の後に、第２締結部材が貫通した状態で上部ケースを下部ケースの上部開放端に結合する段階と、前記上部ケースの上部へ突出した前記第２締結部材の上端に第３締結部材を結合する段階と、をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の一面によれば、ボルトのような締結部材がエンドプレートに対して安定的に直角を成すことができるため、バッテリーモジュールの組立性及び工程性が改善される。特に、本発明のこのような面によれば、ボルトにカートリッジを嵌める工程が容易に行われ、ボルトに嵌めることでカートリッジの積層が正確な位置に行われ得る。
【００３１】
また、本発明の一面によれば、ボルト自体を溶接しないため、ボルトの変形や、溶接過程で直角度が変わるという問題を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の一面によれば、ボルトの角度が正確に直角を成しやすいため、ボルトにカートリッジを嵌めるとき、カートリッジを正確に積層するためにボルトの角度をむりやりに変更しなくてもよい。したがって、本発明のこのような面によれば、ボルトやエンドプレートが破損する恐れがないので、ボルトによるカートリッジの相互結合状態を安定的に維持できる。
【００３３】
そのため、本発明のこのような面によれば、バッテリーパックの使用中に、バッテリーパックに衝撃や振動が加えられる場合も、カートリッジや二次電池のようなバッテリーパック内部の構成要素が動かないため、動きによる構成要素の破損を防止することができる。
【００３４】
さらに、本発明の一実施例によれば、下部エンドプレートがパックケースに内蔵され得る。本発明のこのような構成によれば、パックケースの剛性が補強され、下部エンドプレートが動かず安定的に維持でき、下部エンドプレートと結合したカートリッジとカートリッジの内部に収納された二次電池との固定力が向上する。また、本発明のこのような構成によれば、下部エンドプレートをパックケースの内部空間に固定するための締結部品が不要となり、空間活用度が向上し、構造が単純化し、製造コスト及び製造時間を節減することができる。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示した結合斜視図である。
【図２】図１の一部構成を分離して示した分離斜視図である。
【図３】本発明の一実施例によるカートリッジと二次電池の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による下部エンドプレート、第１締結部材及び第２締結部材の結合構成を概略的に示す図である。
【図５】図４の上面図である。
【図６】図５の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図である。
【図７】図６のＡ２部分の拡大図である。
【図８】本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図である。
【図９】図８の結合斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例による下部ケースと下部エンドプレートの構成を概略的に示す分離斜視図である。
【図１１】本発明の一実施例によるバッテリーパックの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの一部構成を概略的に示す結合斜視図である。また、図２は、図１の一部構成を分離して示した分離斜視図である。
【００４０】
図１及び図２を参照すれば、本発明によるバッテリーパックは、二次電池１００と、カートリッジ２００と、下部エンドプレート３００と、第１締結部材４００と、第２締結部材５００と、を含む。そして、図１及び図２に明確に示していないが、カートリッジ２００の内部には二次電池１００が含まれ得る。
【００４１】
前記二次電池１００は、充放電によって電気的エネルギーを貯蔵または放出する構成要素であって、特にパウチ型二次電池であり得る。このような二次電池１００は、電極組立体、電解質及びパウチ外装材を備えることができる。さらに、本発明による二次電池１００は、リチウム二次電池であり得る。
【００４２】
ここで、電極組立体は、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板がセパレーターを挟んで配置されるように構成され得る。より具体的に、電極組立体は、一つの正極板と一つの負極板とがセパレーターとともに巻き取られた巻取型、及び複数の正極板と複数の負極板とがセパレーターを挟んで交互に積層されたスタック型などであり得る。
【００４３】
また、パウチ外装材は、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備えて構成され得る。このようなパウチ外装材は、電極組立体と電解液などの内部構成要素を保護し、電極組立体と電解液による電気化学的性質に対する補完及び放熱性などを向上させるために、金属薄膜、例えば、アルミニウム薄膜を含めるように構成され得る。そして、このようなアルミニウム薄膜は、電極組立体及び電解液のような二次電池１００内部の構成要素や二次電池１００外部の他の構成要素との電気的絶縁性を確保するために、絶縁形成された絶縁層の間、即ち、外部絶縁層と内部接着層との間に介され得る。
【００４４】
特に、パウチ外装材は、２つのパウチで構成でき、そのうち少なくとも一つには、凹んだ形態の内部空間が形成され得る。そして、このようなパウチの内部空間には電極組立体が収納され得る。また、２つのパウチの外周面には、封止部が備えられて該封止部が相互溶着することで、電極組立体が収容された内部空間を密閉できる。
【００４５】
一方、電極組立体の各電極板には、電極タブが備えられ、一つ以上の電極タブが電極リードと接続され得る。そして、電極リードは、二つのパウチの封止部の間に介されてパウチ外装材の外部に露出することで、二次電池１００の電極端子として機能できる。
【００４６】
本発明によるバッテリーパックには、本発明の出願時点における公知の多様な形態の二次電池を採用することができる。
【００４７】
前記二次電池１００は、バッテリーパックに複数個が含まれ得る。特に、このような複数の二次電池１００は、広い面が上部と下部に向けるように横たえられて上下方向へ配列され得る。
【００４８】
前記カートリッジ２００は、二次電池１００を内部空間に収容し、特に、二次電池１００の外周部を外側から囲むように構成できる。
【００４９】
図３は、本発明の一実施例によるカートリッジ２００及び二次電池１００の構成を概略的に示す斜視図である。
【００５０】
図３を参照すれば、前記カートリッジ２００は、略四角のリング状に形成されたメインフレーム２１０を備えることができる。この場合、前記カートリッジ２００のメインフレーム２１０は、両端部が相互接続した４つの単位フレームで構成できる。このようなカートリッジ２００は、各単位フレームが個別に製造された後、相互組み立てられるように設けることもでき、最初から相互一体化して成形することもできる。また、カートリッジ２００は、プラスチック材質からなり、射出成形方式によって製造され得る。
【００５１】
なお、パウチ型二次電池１００は、略四角の長方形に構成され得る。したがって、前記実施例のように、カートリッジ２００のメインフレーム２１０が四角のリング状に形成される場合、中央の空間に二次電池１００が位置するようにすることで、二次電池１００の縁部を外側から囲むように構成できる。そうすれば、カートリッジ２００は、二次電池１００を収納して二次電池１００の外側を保護することができる。
【００５２】
また、前記カートリッジ２００は、中央部分に熱伝導性材質の冷却プレート２２０を備えることができる。例えば、前記カートリッジ２００は、メインフレーム１２０で限定された四角リングの中央部分にアルミニウム材質の冷却プレート２２０を具備できる。この際、冷却プレート２２０は、上下方向へ所定距離離隔した２つのプレート、即ち、上部プレート及び下部プレートから構成できる。そして、このような２つの冷却プレート２２０の間には、流路Ｐが形成され、空気のような冷媒が移動可能である。このようなカートリッジ２００の構成において、二次電池１００は、上部プレートの上部及び下部プレートの下部にそれぞれ１つずつ収容され得る。この場合、１つのカートリッジ２００には、２つの二次電池１００が収容される。そして、二次電池１００から生成された熱は、隣接した冷却プレート２２０に伝達され、冷却プレート２２０の間の流路を流れる冷媒によって外部へ排出できる。
【００５３】
また、前記カートリッジ２００は、相互積層可能に構成され得る。特に、前記カートリッジ２００は、バッテリーパックに複数個含まれ、この場合、図３に示したように、上下方向に相互積層され得る。この際、前記カートリッジ２００は、相互積層される表面、例えば、メインフレームの上部面と下部面に相互対応する形態の凹凸構造が形成され得る。また、このように形成された凹凸構造によって、カートリッジ２００同士の締結性及び固定力が向上でき、凹凸構造がガイド役割を果たして組立てがより容易となる。
【００５４】
このように、前記カートリッジ２００は、積層によって形成された内部空間にパウチ型二次電池１００を収容し、二次電池１００の外部露出を制限して外部の物理的または化学的要素から二次電池１００を保護し、パウチ型二次電池１００の相互配列をガイドし、かつ積層された組立体の動きを防止することができる。
【００５５】
また、前記カートリッジ２００は、少なくとも一側に締結孔が形成され得る。例えば、前記カートリッジ２００は、図３でＨ２で示されたように、４つの単位フレームの少なくとも一つ、または２つの単位フレームが交わる角部分に上下方向へ貫通するように締結孔を備えることができる。
【００５６】
前記下部エンドプレート３００は、図２に示したように、板状、即ち、広い板の形態で構成できる。そして、前記下部エンドプレート３００は、剛性を確保するように金属材質からなり得る。例えば、前記下部エンドプレート３００は、スチール材質の長方形のプレートから構成できる。
【００５７】
そして、前記下部エンドプレート３００は、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体の下部に位置できる。即ち、前記下部エンドプレート３００は、二次電池１００とカートリッジ２００とが相互積層されて形成された積層体の下部に配置され、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体に結合できる。
【００５８】
したがって、前記下部エンドプレート３００は、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体を下部側で保護し、このような積層体の固定力を向上させることができる。
【００５９】
前記第１締結部材４００は、下部エンドプレート３００に結合し固定できる。特に、前記第１締結部材４００は、図２に示したように、ナットの形態であり得る。この際、前記第１締結部材４００は、外周面の少なくとも一部分が多角形の形態で構成され、内周面が円形に構成され得る。そして、このような第１締結部材４００の内周面にはねじ山が形成され得る。
【００６０】
また、このような第１締結部材４００には、第２締結部材５００が結合できる。
【００６１】
図４は、本発明の一実施例による下部エンドプレート３００、第１締結部材４００及び第２締結部材５００の結合構成を概略的に示す図である。また、図５は、図４の上面図であり、図６は、図５の線Ａ１−Ａ１’に沿って見た断面図である。
【００６２】
図４〜図６を参照すれば、前記第２締結部材５００は、一方向へ長く延びた形態、例えば、棒状のように構成できる。特に、前記第２締結部材５００は、幾つかの図面に示したように、長手方向がカートリッジ２００の積層方向へ平行に構成できる。即ち、前記第２締結部材５００は、上下方向に立てられるように構成できる。さらに、前記第２締結部材５００は、下部エンドプレート３００に垂直に立てられるように構成できる。
【００６３】
前記第２締結部材５００は、下端部が第１締結部材４００に結合できる。ここで、第１締結部材４００は、図６に示したように、下部エンドプレート３００に固定されている。したがって、第２締結部材５００も、下部エンドプレート３００に結合固定できる。
【００６４】
特に、前記第２締結部材５００は、ボルト形態、さらに、一方向へ長く延びた長ボルトの形態に構成できる。例えば、前記第２締結部材５００は、ナット形態に構成された第１締結部材４００の内周面に対応する形態、例えば、円形に形成され、下端部の外周面にねじ山が形成されるように構成できる。この場合、ボルト形態の第２締結部材５００は、ナット形態の第１締結部材４００に下端部が挿入結合できる。
【００６５】
また、前記第２締結部材５００は、カートリッジ２００の締結孔を貫通できる。例えば、前記第２締結部材５００は、図１に示したように、上下方向に積層された複数のカートリッジ２００それぞれに形成された締結孔を貫通できる。そして、このような第２締結部材５００の貫通によってカートリッジ２００は、下部エンドプレート３００と結合固定し、カートリッジ２００同士も相互結合固定でき、カートリッジ２００の内部に収容された二次電池１００も動きが制限される。
【００６６】
また、前記第２締結部材５００は、両端にねじ山が形成され得る。即ち、前記第２締結部材５００は、図２及び図６に示したように、下端部のみならず上端部にもねじ山が形成され得る。この場合、第２締結部材５００は、下端部に形成されたねじ山を介して第１締結部材４００と結合でき、上端部に形成されたねじ山を介して第３締結部材と結合できる。この際、第３締結部材は、第１締結部材４００と同様に、ナット形態に構成できる。
【００６７】
本発明のこのような構成によれば、下端部及び上端部に形成されたねじ山に第１締結部材４００及び第３締結部材が結合するようにすることで、その間に位置する構成要素、例えば、カートリッジ２００及び下部エンドプレート３００などを固定することができる。
【００６８】
望ましくは、前記第１締結部材４００は、下部エンドプレート３００に溶接固定できる。そして、このように、下部エンドプレート３００に溶接固定された第１締結部材４００に第２締結部材５００が結合することで、第２締結部材５００が下部エンドプレート３００に固定される構成が達成できる。例えば、前記第１締結部材４００は、ナット形態に構成されて外周面の少なくとも一部分が下部エンドプレート３００に溶接できる。そして、第１締結部材４００の内周面には、ねじ山を介してボルト形態の第２締結部材５００が回転結合できる。
【００６９】
本発明のこのような構成によれば、第１締結部材４００と下部エンドプレート３００の溶接によって、第１締結部材４００と下部エンドプレート３００との固定力が安定的に確保できる。さらに、バッテリーパックの使用中にも第１締結部材４００が下部エンドプレート３００から分離される可能性が殆どないため、第１締結部材４００と下部エンドプレート３００、及び第１締結部材４００に結合した第２締結部材５００の相互結合状態が安定的に維持される。
【００７０】
特に、前記構成によれば、第２締結部材５００は、下部エンドプレート３００に溶接されなくてもよい。したがって、第２締結部材５００の溶接による第２締結部材５００の変形または損傷を防止し、第２締結部材５００の直角度が変わってしまうことを防止することができる。さらに、一方向へ長く形成された第２締結部材５００が溶接されず短く形成された第１締結部材４００が溶接されるため、下部エンドプレート３００に対して第２締結部材５００を直角に構成することがより容易となる。
【００７１】
また望ましくは、前記第１締結部材４００は、少なくとも一部が下部エンドプレート３００の貫通孔に挿入され、下部エンドプレート３００の底面に溶接固定され得る。これについては、図７を参照してより具体的に説明する。
【００７２】
図７は、図６のＡ２部分の拡大図である。
【００７３】
図７を参照すれば、前記下部エンドプレート３００は、Ｈ３で示されたように、一側に上下方向へ貫通した形態の貫通孔が形成される。そして、前記第１締結部材４００は、挿入部４１０及び溶接部４２０を備えることができる。ここで、挿入部４１０及び溶接部４２０は、相互物理的に分離されるか、または分離可能に構成できるが、図面に示したように相互分離不可能な一体化構成であり得る。
【００７４】
先ず、第１締結部材４００の挿入部４１０は、下部エンドプレート３００の貫通孔Ｈ３に挿入できる。例えば、前記第１締結部材４００の挿入部４１０は、貫通孔の大きさと同一であるかそれより小さい大きさを有する短い角柱形態に構成できる。そして、このような挿入部４１０は、下部エンドプレート３００の貫通孔Ｈ３を貫通し、上端が下部エンドプレート３００の上部に突出するように構成できる。
【００７５】
次に、第１締結部材４００の溶接部４２０は、下部エンドプレート３００の下部に位置し、下部エンドプレート３００の底面に溶接できる。特に、前記溶接部４２０は、挿入部４１０よりも大きい大きさを有するように構成され、下部エンドプレート３００の貫通孔Ｈ３を貫通できず、貫通孔Ｈ３に引っかかるように構成できる。そして、溶接部４２０の大きく形成された部分の上面が下部エンドプレート３００の底面に接触し、このような接触部分で下部エンドプレート３００と溶接され得る。例えば、第１締結部材４００の溶接部４２０は、図７におけるＷで示された部分で、下部エンドプレート３００の底面に引っかかるように構成され、上面が下部エンドプレート３００の底面とレーザー溶接などの方式で固定できる。
【００７６】
本発明のこのような構成によれば、第１締結部材４００が下部エンドプレート３００に安定的に固定され、かつ溶接が円滑に行われ得る。そのため、バッテリーパックの製造中に第１締結部材４００を下部エンドプレート３００に溶接する工程が容易に行われ、バッテリーパックの使用中に第１締結部材４００が下部エンドプレート３００から分離されることを防止することができる。また、第１締結部材４００に結合した第２締結部材５００の固定力及び直角度を安定的に確保できる。
【００７７】
また望ましくは、前記第２締結部材５００は、幾つかの図面に示したように、円柱状に形成できる。そして、前記第２締結部材５００は、少なくとも一部分に外周面に沿って多角形形態の突出部５１０を備えることができる。
【００７８】
例えば、前記第２締結部材５００は、図４、図６及び図７に示したように、全体的には円柱状に形成され、一部分には多角の柱状の突出部５１０が形成できる。例えば、前記第２締結部材５００の突出部５１０は、外周面が六角柱状であり得る。また、前記第２締結部材５００の突出部５１０は、第１締結部材４００と第２締結部材５００との回転結合時、第１締結部材４００の上部に接触して位置するように構成できる。
【００７９】
本発明のこのような構成によれば、第２締結部材５００の円柱形状によってカートリッジ２００の締結孔Ｈ２を円滑に貫通しながら締結孔Ｈ２の内面に密着するようにすることができる。また、第２締結部材５００の突出部５１０の多角形形状によって、第１締結部材４００への第２締結部材５００の組立てをより容易にすることができる。例えば、第２締結部材５００の六角突出部５１０に、レンチなどの形状を有する締結具を用いて第２締結部材５００を回転させる工程をより容易にすることができる。さらに、このような突出部５１０は、第１締結部材４００の隣接部分に形成することで、第２締結部材５００の回転時、第２締結部材５００の回転を容易にし、かつ回転力を第２締結部材５００に十分伝達することができる。
【００８０】
図８は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの構成を概略的に示す分離斜視図であり、図９は、図８の結合斜視図である。
【００８１】
図８及び図９を参照すれば、本発明によるバッテリーパックは、パックケース６００をさらに含むことができる。
【００８２】
前記パックケース６００は、内部に空間を備え、内部空間に二次電池１００及びカートリッジ２００を収容できる。特に、二次電池１００とカートリッジ２００は、前述のように、複数積層されて積層体Ｂを構成することができ、このような二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂは、パックケース６００の内部空間に収納され得る。
【００８３】
さらに、前記パックケース６００は、上部ケース６２０及び下部ケース６１０を備えることができる。ここで、下部ケース６１０は、内部に空間を備えて上部が開放されるように構成される。また、上部ケース６２０は、下部ケース６１０の上部開放端に結合し、上部開放端を密閉できる。この際、上部ケース６２０と下部ケース６１０とは、相互接触する縁部分にゴムパッドのような封止部材が備えられ、密閉力が向上できる。
【００８４】
図１０は、本発明の一実施例による下部ケース６１０と下部エンドプレート３００の構成を概略的に示す分離斜視図である。
【００８５】
図１０を参照すれば、下部エンドプレート３００及び第１締結部材４００は、下部ケース６１０の内部に埋め立てられるように構成され得る。即ち、前記下部ケース６１０は、下部及び側部が閉鎖し、かつ、上部が開放されるように内部空間が形成されたポリマー材質の下部ハウジング６１１と、前記下部ハウジング６１１の下部に結合し、板状のポリマー材質からなる下部カバー６１２と、を備える。そして、下部エンドプレート３００と第１締結部材４００とは、下部ハウジング６１１と下部カバー６１２との間に介され得る。
【００８６】
特に、下部カバー６１２は、下部ハウジング６１１とレーザー溶接によって結合固定され得る。この場合、下部カバー６１２はレーザー溶接の透過材になり、下部ハウジング６１１はレーザー溶接の吸収材になり得る。例えば、前記下部カバー６１２は、縁部分で下部ハウジング６１１とレーザー溶接方式によって相互溶着できる。
【００８７】
または、前記下部カバー６１２は、第１締結部材４００が固定された下部エンドプレート３００を挟んで、下部ハウジング６１１とインサート射出方式によって成形され得る。または、前記下部カバー６１２は、モールディング方式で形成できる。
【００８８】
このような構成において、第２締結部材５００は、下部ケース６１０の内部空間へ突出するように構成できる。さらに、第２締結部材５００は、下部ケース６１０に埋め立てられた第１締結部材４００と下端が結合できるため、下部ハウジング６１１を貫通して下部ハウジング６１１の内部空間に引き込まれ得る。
【００８９】
本発明のこのような構成によれば、下部ケース６１０は、主にポリマー材質からなり、電気的絶縁性、軽量性及び成形性などを容易に確保しながらも、収納された下部エンドプレート３００によって剛性と封止性などを補強できる。また、第１締結部材４００と下部エンドプレート３００との固定状態が安定的に維持されることで、下部エンドプレート３００とカートリッジ２００との結合状態が安定的に維持される。また、下部エンドプレート３００と下部ケース６１０との間に締結固定のためにボルトやナットなどの締結部品または空間が不要となるため、空間活用度が向上し、製造工程性が向上する。
【００９０】
望ましくは、前記第２締結部材５００は、図８及び図９に示したように、上部ケース６２０の上部へ突出し、上端部が第３締結部材９００によって結合できる。即ち、下部ケース６１０の上部開放端に上部ケース６２０が覆われれば、前記第２締結部材５００は上端が上部ケース６２０の外部に露出し、露出した上端には第３締結部材９００が結合され得る。
【００９１】
この際、第２締結部材５００は、上端外周面にねじ山が形成され得る。そして、第３締結部材９００は、ナット形態に構成され、内周面にねじ山が形成され得る。この場合、第２締結部材５００は、第３締結部材９００とねじ山によって相互回転結合できる。
【００９２】
本発明のこのような構成によれば、第２締結部材５００によって上部ケース６２０を固定できるため、上部ケース６２０と下部ケース６１０との締結部品及び空間を減らすか、無くすことができる。したがって、バッテリーパックの製造コスト及び時間を減らし、かつバッテリーパックの小型化がより容易となる。さらに、下部エンドプレート３００及び第１締結部材４００が下部ケース６１０の内部に埋め立てられた実施例によれば、第２締結部材５００を介して下部ケース６１０と上部ケース６２０との固定力がより向上できる。
【００９３】
また望ましくは、本発明の他のバッテリーパックは、図８に示したように、上部エンドプレート７００をさらに含むことができる。
【００９４】
前記上部エンドプレート７００は、板状に構成され、金属材質、例えば、スチール材質からなり得る。そして、前記上部エンドプレート７００は、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂの上部に備えられ得る。これによって、前記上部エンドプレート７００は、二次電池１００及びカートリッジ２００の上部をカバーすることで、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂを固定して剛性を補強し、面圧が維持されるようにし、外部衝撃から積層体を保護することができる。
【００９５】
特に、前記上部エンドプレート７００は、第２締結部材５００によって貫通され得る。即ち、第２締結部材５００は、カートリッジ２００の締結孔Ｈ２とともに上部エンドプレート７００も貫通するように構成できる。
【００９６】
本発明のこのような構成によれば、パックケース６００またはカートリッジ２００と上部エンドプレート７００とを固定するための別途の締結部品及び空間を減らすか、無くすことができる。そのため、この場合、製造工程が簡素化し、製造コスト及び時間が減少し、バッテリーパック内部の空間活用度が向上する。
【００９７】
また望ましくは、本発明によるバッテリーパックは、図８に示したように、電装プレート８００をさらに含むことができる。
【００９８】
前記電装プレート８００は板状であり、表面に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が装着され、二次電池と電気的に接続できる。
【００９９】
ここで、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）とは、バッテリーパックの充放電動作を全般的に制御するバッテリー管理装置をいい、このようなＢＭＳは、バッテリーパックに通常含まれる構成要素である。また、電流センサーは、バッテリーパックの充放電電流をセンシングする構成要素であり、リレーは、バッテリーパックの充放電電流が流れる充放電経路を選択的に開閉するスイッチング部品である。また、ヒューズは、バッテリーパックの充放電経路上に備えられ、バッテリーパックの異常状況の発生時、溶断されることで充放電電流の流れを遮断する構成要素である。このような電流センサー、リレー及びヒューズは、ＢＭＳと情報を交換でき、ＢＭＳによって制御され得る。
【０１００】
前記電装プレート８００は、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂの上部に備えられ得る。また、二次電池１００とカートリッジ２００の積層体Ｂの上部に上部エンドプレート７００が備えられた実施例の場合、前記電装プレート８００は、上部エンドプレート７００の上部に位置可能である。本発明のこのような構成によれば、電装品の装着及び組立て、交替などが容易となる。
【０１０１】
また、前記電装プレート８００は、第２締結部材５００によって貫通され得る。即ち、第２締結部材５００は、カートリッジ２００の締結孔Ｈ２、上部エンドプレート７００などとともに電装プレート８００も貫通するように構成され得る。
【０１０２】
本発明のこのような構成によれば、パックケース６００の内部で電装プレート８００を固定するための別途の締結部品及び空間を減らすか、または無くすことができる。そのため、この場合、製造工程が簡素化し、製造コスト及び時間が減少し、バッテリーパック内部の空間活用度が向上する。
【０１０３】
また、本発明によるバッテリーパックは、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂの内部に空気などの冷媒を流入するためのダクトＤをさらに含むことができる。特に、前記ダクトＤは、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂの外部から内部へ冷媒を流入するための流入ダクトと、二次電池１００及びカートリッジ２００の積層体Ｂの内部から外部へ冷媒を流出するための流出ダクトと、を備えることができる。そして、このような流入ダクト及び流出ダクトは、冷媒の円滑な流れのために相互反対側の面に配置され得る。
【０１０４】
さらに、流入ダクトを介して流入した冷媒は、二次電池１００の間に流れ得る。特に、それぞれのカートリッジ２００は、互いに所定距離離隔した２つの冷却プレート２２０を備えることができ、このような冷却プレート２２０の離隔空間の間に冷媒が流入され得る。そして、このようなカートリッジ２００の冷却プレート２２０の離隔空間の間に流れる冷媒は、流出ダクトをよって外部へ排出され得る。
【０１０５】
本発明によるバッテリーパックは、前記構成以外にも他の多様な構成要素をさらに含むことができる。例えば、本発明によるバッテリーパックは、セルアセンブリーの充放電電力を伝達するためのバスバーや電気的信号を伝達するためのケーブル、外部の充放電装置との接続のための電源端子などをさらに含むことができる。
【０１０６】
本発明によるバッテリーパックは、電気自動車やハイブリッド自動車のような自動車に適用できる。即ち、本発明による自動車は、本発明によるバッテリーパックを含むことができる。特に、電気自動車のようにバッテリーから駆動力を得る自動車の場合、空間活用度の向上によるバッテリーパックのエネルギー密度の向上、衝撃及び振動などに対する耐久性の確保、軽量化及び小型化などは、非常に重要な要素となる。したがって、このような自動車に本発明によるバッテリーパックが適用される場合、このような多様な要素を満たすバッテリーパックを提供することができる。
【０１０７】
図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーパックの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【０１０８】
図１１を参照すれば、本発明によるバッテリーパックの製造方法は、第１締結部材の固定段階（Ｓ１１０）と、第２締結部材の結合段階（Ｓ１２０）と、カートリッジ積層段階（Ｓ１３０）と、を含む。
【０１０９】
前記Ｓ１１０段階は、板状の金属材質からなる下部エンドプレート３００に第１締結部材４００を固定する段階である。
【０１１０】
前記Ｓ１２０段階は、第２締結部材５００を第１締結部材４００に結合する段階である。特に、前記Ｓ１２０段階は、一方向に長く延びるように形成された第２締結部材５００を下部エンドプレート３００に垂直に立てるように行われ得る。
【０１１１】
前記Ｓ１３０段階は、内部空間に二次電池１００を収容しながらカートリッジ２００を積層する段階である。特に、前記Ｓ１３０段階は、カートリッジ２００に形成された締結孔に第２締結部材５００が貫通するように行われ得る。
【０１１２】
望ましくは、前記Ｓ１１０段階は、第１締結部材４００を下部エンドプレート３００の下部に溶接する方式によって行われ得る。
【０１１３】
また望ましくは、前記Ｓ１３０段階の前、特にＳ１２０段階とＳ１３０段階との間に、下部エンドプレート３００及び第１締結部材４００を下部ケース６１０の内部に埋め立てる段階をさらに含むことができる。この際、下部ケース６１０は、内部空間が形成されて上部が開放されるように構成できる。一例で、前記埋立て段階は、図１０に示したような形態に行われ得る。
【０１１４】
また、前記Ｓ１３０段階の後、二次電池１００とカートリッジ２００との積層体の上部に、板状の金属材質からなる上部エンドプレート７００を載置する段階をさらに含むことができる。この際、第２締結部材５００は、上部エンドプレート７００を貫通するように構成できる。
【０１１５】
また、前記Ｓ１３０段階の後、二次電池１００とカートリッジ２００との積層体の上部に、ＢＭＳ、電流センサー、リレー及びヒューズのうち少なくとも一つの電装品が装着された電装プレート８００を載置する段階をさらに含むことができる。この際、第２締結部材５００は、電装プレート８００を貫通するように構成できる。また、バッテリーパックに上部エンドプレート７００が備えられた場合、電装プレート８００は、上部エンドプレート７００の上端に配置できる。
【０１１６】
また、前記Ｓ１３０段階の後、第２締結部材５００が貫通した状態で上部ケース６２０を下部ケース６１０の上部開放端に結合する段階と、上部ケース６２０の上部に突出した第２締結部材５００の上端に第３締結部材９００を結合する段階と、をさらに含むことができる。
【０１１７】
以上、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。
なお、本明細書において、上、下のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、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、本発明の当業者にとって自明である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００  パウチ型二次電池
１２０  メインフレーム
２００  カートリッジ
２１０  メインフレーム
２２０  冷却プレート
３００  下部エンドプレート
４００  第１締結部材
４１０  挿入部
４２０  溶接部
５００  第２締結部材
５１０  六角突出部
６００  パックケース
６１０  下部ケース
６１１  下部ハウジング
６１２  下部カバー
６２０  上部ケース
７００  上部エンドプレート
８００  電装プレート
９００  第３締結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006527953.tif 000006
【図６】
0006527953.tif 000007
【図７】
0006527953.tif 000008
【図８】
0006527953.tif 000009
【図９】
0006527953.tif 000010
【図１０】
0006527953.tif 000011
【図１１】
0006527953.tif 000012