JP5037537B2 - 電気的接続部材、バッテリーモジュール及びバッテリーシステム - Google Patents

Description

本発明は、電池セルの電圧をバッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ：battery management system）に伝達するためのバッテリーモジュールの下側ケースに取り付けられた電気的接続部材に関するものであり、より具体的には、取り付け部分が電池セルの電極端子接続部に接続されるように上方に突き出たクリップ形の取り付け部分、突き出た部分に取り付けられた導電性バネ接続部分、取り付け部分の下端が結合されたプリント基板（ＰＣＢ：printed circuit boards）、前部分及び後前部分のＰＣＢを電気的に相互接続するための接続部分、及びコネクタがＢＭＳに接続されるように後部ＰＣＢに取り付けられているコネクタを備える電気的接続部材に関するものである。

近年、充電及び放電を繰り返せる二次電池が、無線モバイルデバイスのエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車及びディーゼル車によって引き起こされる大気汚染等の問題を解決するために開発された、電気自動車（ＥＶ：electric vehicles）及びハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：hybrid electric vehicles）のエネルギー源として大きな注目を集めている。

小型のモバイルデバイスでは、デバイス毎に１つまたは複数の小型の電池セルを使用する。その一方で、自動車等、中型または大型のデバイスでは、中型または大型のデバイスには高出力、大容量のものが必要であるため複数の電池セルが互いに電気的に接続された中型または大型のバッテリーモジュールが使用される。

好ましくは、中型または大型のバッテリーモジュールは、可能ならば小型及び軽量となるように製造される。このような理由から、積層して高集積化されうる、また重量対容量比が小さい、プリズム電池またはポーチ形電池は、通常、中型または大型のバッテリーモジュールの電池セルとして使用される。特に、アルミニウム積層板を被覆部材として使用するポーチ形電池に対し、現在、かなりの関心がもたれているが、それは、ポーチ形電池が軽量であり、またポーチ形電池の製造原価が安いからである。

更に、バッテリーモジュールは互いに組み合わされた複数の電池セルを備える構造体であるため、バッテリーモジュールの安全性及び運転率は、過電圧、過電流、及び過熱が一部の電池セルに生じた場合に低下する。その結果、過電圧、過電流、及び過熱を感知するための感知ユニットが必要になる。特に、電圧センサが電池セルに接続され、これにより、電池セルの動作をリアルタイムで、または所定の時間間隔で感知し、制御する。しかし、感知ユニットの取り付けまたは接続により、バッテリーモジュールの組み立て工程が複雑になる。それに加えて、感知ユニットの取り付けまたは接続に必要な複数の金属線を備えることで、短絡も発生しうる。更に、二次電池の応用範囲が広く、二次電池が自動車の電源として使用されるため、バッテリーモジュールに強い衝撃または振動が加わる場合に感知ユニットと二次電池との間に安定した弾性接触を維持するための結合ユニットが必要である。

それに加えて、中型または大型のバッテリーモジュールが、複数の電池セルまたはそれぞれが所定の数の電池セルを備える複数のユニットモジュールを使用して構成される場合、電池セルまたはユニットモジュール間に機械的結合及び電気的接続のための複数の部材が必要であり、また機械的結合及び電気的接続部材を組み立てる工程は、非常に複雑である。更に、機械的結合及び電気的接続部材を結合し、溶接し、またはハンダ付けするための空間も必要であり、その結果、システムの全体的サイズが増大する。システムのサイズの増加は、上述の態様においては好ましくない。従って、コンパクトで、構造的に安定しているバッテリーモジュールの必要性が高い。
米国特許第５６３９５７１号明細書 米国特許第６８１８３４３号明細書 米国特許出願公開第２００６／１７７７３４号明細書

そこで、本発明は、上述の問題、及びまだ解決されていない他の技術的問題を解決するためになされた。

特に、本発明の目的は、機械的結合及び電気的接続のための複数の部材を使用することなく単純な組み立て工程により製造される電気的接続部材を実現することである。

本発明の他の目的は、電気的接続部材の組み立てまたは動作時に外部からの衝撃または頻繁な振動が電気的接続部材に加えられる場合に安定した弾性接触を維持される電気的接続部材を実現することである。

本発明の他の目的は、電気的接続部材を含む所望の出力及び容量を持たせて製造される中型または大型のバッテリーモジュールを実現することである。

本発明の一態様によれば、上記の目的及び他の目的は、バッテリーモジュールを構成する電池セルのための電気的接続部材を形成することにより達成することが可能であり、電気的接続部材は、
（ａ）電池セルの電極端子接続部に対応する領域（バッテリーモジュールの前部分及び後部分）においてバッテリーモジュールの底部に取り付けられた一対の支持部分と、
（ｂ）支持部分を電気的に相互接続するための接続部分と、
（ｃ）上方に突き出る複数の直線的取り付け部分であって、それぞれの直線的取り付け部分の一端が対応する支持部分に固定されている複数の直線的取り付け部分と、
（ｄ）対応する支持部分に電気的に接続される複数の導電性接続部分であって、導電性接続部分がそれぞれの取り付け部分に取り付けられ、導電性接続部分が電池セルの電極端子に電気的に接続されている複数の導電性接続部分と、
（ｅ）電池セルの電圧をバッテリーマネジメントモジュール（ＢＭＳ）に伝達するため前支持部分または後支持部分に取り付けられたコネクタと、
を備える。

従って、電気的接続部材は、直線的取り付け部分がバッテリーモジュールの底部に結合された支持部分に取り付けられる構造のものとして形成され、導電性接続部分は、取り付け部分に取り付けられ、その一方で電池セルの電極端子と導電性接続部分とが弾性接触しており、接続部分は、ＢＭＳに電気的に接続される。その結果、電気的接続部材を組み立てる工程は単純なものとなり、電気的接続部材は、コンパクトな構造として構成される。

支持部分は、電池セルの電極端子接続部に対応するバッテリーモジュールの領域に、つまりバッテリーモジュールの前及び後部分に配置されるプレートの形の部材である。支持部分は、本発明による電圧センサと機械的に結合し、電圧センサをＢＭＳに電気的に接続するために使用される。従って、好ましくは、前支持部分及び後支持部分は、ＰＣＢから形成される。

取り付け部分は、それぞれの直線的取り付け部分の一端が固定され、取り付け部分が上方に突き出る直線的構造で構成される。接続部分は、直線的構造上に取り付けられる。取り付け部分は、所定のレベルよりも高い機械的強度を有し、接続部分は取り付け接続部分を支持するように電極端子の弾性接触を維持する必要がある。従って、好ましくは、取り付け部分は、弾性的な金属片から形成され、取り付け部分の電極端子側端は、電極端子に面する取り付け部分の領域が下方に傾斜される（テーパーが付けられる）構造のものとして構成される。

接続部分は、対応する取り付け部分に取り付けられた、電池セルの電極端子と弾性接触している、対応する支持部分に電気的に接続された複数の導電性部材である。バッテリーモジュールの電圧の感知は、所定の導電性部材を接続部材として使用して接触させる形で実現される。その結果、導電性部材の材料は、特には制約されない。しかし、好ましくは、接続部分は、導電性圧縮バネ構造で構成される。

本発明の他の態様によれば、上述のように構成される電気的接続部材を含むバッテリーモジュールが備えられる。

好ましい一実施形態では、バッテリーモジュールは、
（ａ）横方向に立てて並べられている、互いに直列に接続された複数の電池セルまたはユニットモジュールを備える電池セルスタックと、
（ｂ）電池セルスタックの片側端を全部囲み、電池セルスタックの上端及び下端を部分的に囲む構造で構成され、外部入力及び出力端子を前部分のところに備える、上側ケースと、
（ｃ）上側ケースと結合され、電池セルスタックの他方の片側端を全部囲み、電池セルスタックの上端及び下端を部分的に囲む構造で構成され、電池セルスタックの電極端子を外部入力及び出力端子に接続するためのバスバーを前部分のところに備え、電気的接続部材を底部分のところに備える、下側ケースと、
（ｄ）電池セルの電極端子とバスバーとの間の接続を外部から保護するため下側ケースの前部分に取り付けられ、絶縁材料で作られている、前面カバーと、
（ｅ）下側ケースの後部分に取り付けられ、電気的接続部材に接続され、バッテリーモジュールの動作を監視し制御する、ＢＭＳと、
を備える。

複数の電池セルを備えるバッテリーモジュールでは、バッテリーモジュールの安全性及び運転率を考慮しつつ、電池セルの電圧及び温度を測定し、制御する必要がある。特に、それぞれの電池セルまたは電池セルのそれぞれの電気的接続領域の電圧を測定する必要がある。このような理由から、電池セルの電圧または温度を測定するための感知部材の取り付けは、バッテリーモジュールの構成を更に複雑化する主要な要因の１つである。

上述の問題は、本発明による電池セルの電圧及び／または温度を感知する、ケースの１つ、つまり、上側ケースまたは下側ケースにそって取り付けられた接続部材を備えることにより解決できる。特に、上述のように、接続部材は、下側ケースの前部分と後部分及び接続部材を相互接続するための導電性部分上に定められた空間内に取り付けられた接続部分を備える。上述のように、接続部材は、電圧感知部材であってよい。上述のように、感知部材は、温度感知部材であってよい。

好ましい一実施形態では、下側ケースは、電気的接続部材の支持部分と接続部分が挿入される空間を前部分と後部分のところに備え、接続部分は、電池セルの電極端子の下端及び／または電池セルの電極端子の直列接続曲がり領域と弾性接触し、これにより、それらの間の電気的接点は、外部衝撃がバッテリーモジュールに加えられたときに安定して維持される。

下側ケースは、接続部分が挿入される陥凹部を底部に備え、これにより、バッテリーモジュールは、コンパクトな構成で構成される。好ましくは、この陥凹部は、陥凹部に挿入される接続部分を安定して固定するように交互に向き付けられる複数の突起部を内側のところに備える。

上述のように、電池セルスタックは、複数の電池セルまたはユニットモジュールが横方向に立てて並べられるような形でケース内に取り付けられる。明細書において、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子が突き出る電池セルまたはユニットモジュールの領域は、前及び後方向として定められ、電池セルまたはユニットモジュールの反対側エッジは、横方向として定められる。その結果、電池セルスタックは、電池セルまたはユニットモジュールのサイドエッジの１つがグラウンドに関して立てて並べられ、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子がバッテリーモジュールの前及び後方向に向き付けられるように電池セルまたはユニットモジュールが立てられている構造で構成される。

好ましくは、電池セルスタックは、それぞれが上端及び下端に形成された電極端子を有するプレート形状の電池セルを備える複数のユニットモジュールを備える。それぞれのユニットモジュールは、電池セルの電極端子が互いに直列に接続され、電池セルが積層されるように電極端子接続部が曲げられている積層構造で構成された２つまたはそれ以上の電池セル、及びセルカバーが互いに結合されたときに電池セルの電極端子を除く電池セルの外面を囲む一対の高強度セルカバーを備える。

電池セルは、１つのユニットモジュール内で互いに直列に、及び／または並列に接続されるか、または１つのユニットモジュールの電池セルが、他のユニットモジュールの電池セルと直列に、及び／または並列に接続される。上述の好ましい実施形態では、電池セルの電極端子が次々に互いに隣接するように電池セルを長手方向に直列に配列しながら電池セルの電極端子を互いに結合し、互いに密着する形で接触しながら電池セルが積層されるように２つまたはそれ以上個数だけ電池セルを曲げ、セルカバーで所定の数だけ積層電池セルを囲むことにより複数のユニットモジュールが製造される。製造工程の順序は、部分的に変更されうる。例えば、この複数のユニットモジュールを製造し、続いて、ユニットモジュール間に電気的接続を形成することができる。

電池セルの電極端子が互いに接続されている、電池セルが積層され高集積化されている電池セルスタックは、組み立て型結合構造内で互いに結合された分離可能な上側及び下側ケース内に垂直に取り付けられる。

好ましくは、上側及び下側ケースは、電池セルスタックのエッジを囲み、電池セルスタックの外面を外側に曝して、電池セルスタックが上側及び下側ケース内に取り付けられた後に上側及び下側ケースが互いに結合されたときに電池セルスタックの熱が容易に放散するような構造で構成される。その結果、上述のように、上側ケースは、電池セルスタックの片側の端部を全部囲み、電池セルスタックの上端及び下端を部分的に囲む構造で構成され、下側ケースは、電池セルスタックの他方の側の端部を全部囲み、電池セルスタックの上端及び下端を部分的に囲むような構造で構成される。

好ましい一実施形態では、上側及び下側ケースは、電池セルまたはユニットモジュールのエッジが挿入される複数の取り付け溝のある内側に備えられる。

電池セルスタックが、複数のユニットモジュールを備える場合、ユニットモジュールのセルカバーは、ユニットモジュールを簡単に固定できる所定のサイズの段を上端及び下端に隣接する外面に備え、セルカバーは、ユニットモジュールを簡単に固定できる所定のサイズの段を反対側に隣接する外面に備え、これにより、電池セルスタックは、ケースに安定して取り付けられ、ユニットモジュールは、互いとの密着接触を保ちながら積層され、これにより電池セルスタックの全体的サイズが縮小される。上側及び下側ケースの取り付け溝は、これらの段に対応する構造で構成される。

その結果、ユニットモジュールのエッジに隣接して形成される段が、上側及び下側ケースの取り付け溝内に挿入され、それにより、ユニットモジュールのエッジのみがケースに固定されるとしても、非常に安定した結合構造が形成される。

好ましくは、下側ケースは、電池セルスタックの一番外側の電極端子が挿入される際に通る一対のスリットを前部分のところに備える。電池セルスタックが、下側ケースに取り付けられる場合、電池セルスタックの一番外側の電極端子は、これらのスリットを通して露出され、次いで、電池セルスタックの一番外側の電極端子が、下側ケースの前部分と密着接触させられるように曲げられる。その結果、電池セルスタックの一番外側の電極端子は、下側ケースの前部分に配置されているバスバーにより容易に接続される。

状況に応じて、外部入力及び出力端子のうちの少なくとも１つに導電性部材を更に取り付けて、前面カバーの上端を固定し、電気的接続に必要な電源ケーブルの接続を補助することができる。それぞれの導電性部材は、電源ケーブルを弾性的に囲む曲げた部分を備えることができる。それに加えて、前面カバーは、電源ケーブルを固定するための孔を備えることができる。絶縁結合部材が、電源ケーブルの一部と結合されるように、絶縁結合部材が対応する固定孔に通される。

好ましくは、前面カバーは、組み立て結合の方法で下側ケースに結合される。

上側及び下側ケースは、電池セルスタックを上側及び下側ケースの一方（例えば、下側ケース）に取り付け、他方のケース（例えば、上側ケース）を電池セルスタックが取り付けられるフレーム部材に結合することにより互いに結合される。上側ケースと下側ケースとの結合は、さまざまな方法で実現されうる。例えば、ケースの反対側に形成されるネジ溝にネジをねじ込むことができる。それとは別に、ケースの一方にフックを形成し、そのフックに対応する結合孔を他方のケースに形成することができ、これにより、結合部材を追加して使用することなく、上側ケースと下側ケースとの間の結合が実現される。

好ましくは、下側ケースは、下側ケースから突き出ていて、下側ケースが外部デバイスに固定されるように中心内に貫通孔を有する結合部分を前部分及び／または後部分に備える。

電気的接続部材の取り付け部分は、支持部分に接続されている取り付け部分の端部と反対側にある取り付け部分の他の端部が、取り付け部分の他方の端部が電池セルの電極端子の下端及び／または電池セルの電極端子の直列接続曲げ領域内に容易に挿入されるように下方に傾斜する構造で構成されうる。好ましくは、一番外側の電極端子に接続されている一番外側の取り付け部分は、一番外側の取り付け部分の下方に傾斜している端部が、所定の角度だけ回転され、一番外側の電極端子の内側に面するように支持部分に取り付けられる。

更に、電気的接続部材の接続部分は、下側ケースの前及び後部分内に取り付けられる。下側ケースの後部分内に取り付けられた接続部分は、下側ケースの後部分に取り付けられたＢＭＳに直接接続され、下側ケースの前部分内に取り付けられた接続部分は、下側ケースの底部に取り付けられた導電性部分を介してＢＭＳに接続されうる。

好ましい一実施形態では、接続部材は、電池セルまたは電池セルスタックのユニットモジュールに取り付けられた、温度感知部分としてのサーミスタを備える。サーミスタは、ＢＭＳに接続される。

その一方で、下側ケースは、ＢＭＳが一体として組み立てられる、好ましくは、ＢＭＳを受け入れる、突出したＢＭＳ受け入れ部分を後部分のところに備えることができる。ＢＭＳ受け入れ部分は、サーミスタコネクタ及び通信コネクタを備えることもできる。

下側ケースの底部に取り付けられた支持部分の外面に、絶縁カバーが更に配置され、これにより、外部からの支持部分の絶縁が向上し、支持部分と下側ケースとの間の機械的結合度が改善される。

上述のように、中型または大型のバッテリーシステムを構成するために、複数のバッテリーモジュールが使用される場合、それぞれのバッテリーモジュールに取り付けられたＢＭＳは、「スレーブＢＭＳ」と呼ぶことができる。

本発明による中型または大型のバッテリーモジュールは、コンパクトな構造で構成され、中型または大型のバッテリーモジュールの機械的結合及び電気的接続は、複数の部材を使用することなく、安定して実現される。また、所定の数の電池セル、例えば、４個、６個、８個、または１０個の電池セルを使用して、バッテリーモジュールを構成することが可能であり、これにより、限られた空間内に必要な数のバッテリーモジュールを効果的に取り付けられる。

本発明の他の態様によれば、高出力、大容量の中型または大型のバッテリーシステムが実現され、バッテリーシステムは複数のバッテリーモジュールを接続することにより構成される。

本発明による中型または大型のバッテリーシステムは、所望の出力及び容量に基づきユニットモジュールを組み合わせることにより製造されうる。本発明によるバッテリーシステムは、好ましくは、バッテリーシステムの設置効率と構造的安定性を考慮して、限られた設置空間を有し、頻繁な振動と強い衝撃に曝される、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動バイク、電動補助動力自転車用の電源として使用される。

本発明の上記及び他の目的、特徴、及び他の利点は、付属の図面と共に以下の詳細な説明を読むとより明確に理解されるであろう。

そこで、本発明の好ましい一実施形態は、付属の図面を参照しつつ詳細に説明される。しかし、本発明の範囲は、例示されている実施形態によって制限されないことに留意されたい。

図１は、複数のユニットモジュールを備える電池セルスタックを例示する斜視図である。

図１を参照すると、電池セルスタック１００は、４つのユニットモジュール１０１及び１３０を備える。２つの電池セル（図に示されていない）は、それぞれのユニットモジュール１３０内に取り付けられる。その結果、全部で８個の電池セルが、電池セルスタック１００に含まれる。隣接する電池セルの電極端子は、互いに直列に接続され、隣接するユニットモジュールの電極端子も、互いに直列に接続される。電極端子接続部１１０は、「［」の断面形状で曲げられ、電池セルスタックを構成する。一番外側のユニットモジュール１３０及び１０１の外側電極端子１２０及び１２１は、電極端子１２０及び１２１が電極端子接続部１１０よりも少し突き出るように「┐」の断面形状で内側に曲がる。

図２は、本発明の好ましい一実施形態による上側及び下側ケース並びに中型または大型のバッテリーモジュールの電気的接続部材を例示する分解斜視図である。

図２を参照すると、上側ケース２００は、電池セルスタック１００の片側端を全部囲み、電池セルスタック１００の上端及び下端を部分的に囲む構造で構成されている。上側ケース２００は、前部分２１０のところに一対の外部入力及び出力端子２２０を備える。

電池セルスタック１００は、複数のユニットモジュール１３０が横方向に立つように下側ケース３００に取り付けられる。

下側ケース３００は、電池セルスタック１００の他方の片側端を全部囲み、電池セルスタック１００の上端及び下端を部分的に囲む構造で構成されている。下側ケース３００は、上側ケース２００と結合される。下側ケース３００は、電池セルスタック１００の電極端子を外部入力及び出力端子２２０に接続するための一対のバスバー３２０を前部分３１０に備える。特に、上側ケース２００及び下側ケース３００は、上側ケース２００及び下側ケース３００が互いに結合されたときに、上側ケース２００及び３００が電池セルスタック１００のエッジだけを囲み、電池セルスタック１００の外面が外側に露出され、これにより電池セルスタック１００の熱が容易に放散される構造で構成される。

それぞれのバスバー３２０の上端は、上側ケース２００及び下側ケース３００が互いに結合されたときに上側ケース２００の前部分２１０に備えられている外部入力及び出力端子２２０がバスバー３２０の陥凹部内に挿入されるような陥凹部の形状で形成される。

上側ケース２００及び下側ケース３００の内側に、電池セルまたはユニットモジュールのエッジが挿入される複数の取り付け溝３３０が形成されている。取り付け溝３３０は、ユニットモジュール１３０のエッジに形成された段が対応する取り付け溝３３０内にぴったりはまる構造で構成される。

更に、上側ケース２００及び下側ケース３００は、複数の貫通孔２３０及び３３２を備え、それらの貫通孔を通して、冷却剤（通常、空気）がそれぞれ流れ、それにより、電池セルスタック１００が上側ケース２００及び下側ケース３００内に取り付けられているときに効果的な冷却が行われる。

下側ケース３００の前部分３１０に、電池セルの電極端子とバスバーとの間の接続を外部から保護するための前面カバー４００が取り付けられている。前面カバー４００は、絶縁材料で作られる。

外部入力及び出力端子２２０には、更に、前面カバー４００の上端を固定し、電気的接続に必要な電源ケーブル（図に示されていない）の接続を補助するための導電性部材２４０が取り付けられる。理解しやすくするため、導電性部材２４０は、図面の中では外部入力及び出力端子２２０から離れ、バスバー３２０の前に配置されているように示されている。それぞれの導電性部材２４０は、その片側に、対応する外部入力及び出力端子２２０が挿入されて通る結合挿入孔を備える。更に、それぞれの導電性部材２４０は、電源ケーブルを弾性的に囲む一対の曲げた部分を備える。

前面カバー４００は、電源ケーブルを固定するための固定孔４１０を備える。絶縁結合部材（図に示されていな）が、電源ケーブルの一部と結合されるように、絶縁結合部材が対応する固定孔４１０に通される。

下側ケース３００は、前部分３１０のところに、電池セルスタック１００の一番外側の電極端子１２０及び１２１が、対応するスリット３２２を通して挿入されるように下側ケース３００の前部分３１０の右側及び左側に形成された一対のスリット３２２を備える。電池セルスタック１００が、下側ケース３００に取り付けられる場合、電池セルスタック１００の一番外側の電極端子１２０は、これらのスリット３２２を通して露出され、次いで、電池セルスタック１００の一番外側の電極端子１２０及び１２１が、下側ケース３００の前部分３１０と密着接触させられるように曲げられる。その結果、電池セルスタック１００の一番外側の電極端子１２０及び１２１は、下側ケース３００の前部分３１０に配置されているバスバー３２０により容易に接続される。

下側ケース３００の前及び後部分の底部に取り付けられている、電気的接続部材５００は、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子接続部１１０に対応する領域のところでバッテリーモジュールの底部に取り付けられている一対の支持部分５１０及び５１２、支持部分５１０及び５１２を電気的に相互接続するワイヤ形接続部分５２０、それぞれ対応する支持部分５１０または５１２に固定された一端及び対応する電極端子接続部１１０に弾性的に接続されている他端を有する複数の直線的取り付け部分５３０及び５３１、並びに電気的接続部材５００の底部に取り付けられた絶縁カバー５６１及び５６２を備える。

取り付け部分５３０は、取り付け部分５３０が電池セルの電極端子の下端及び／または電池セルの電極端子の直列接続曲がり領域、つまり、電極端子接続部１１０の下端と弾性接触する構造で構成される。支持部分５１０及び５１２に接続されている取り付け部分５３０の端部と反対の側にある取り付け部分５３０の他端は、取り付け部分５３０の他端が電池セルの電極端子の下端及び／または電極端子接続部１１０内に容易に挿入されるように下方に傾けられる。また、一番外側の電極端子１２０に接続されている、下側ケース３００の前部分３１０に形成された一番外側の取り付け部分５３１は、一番外側の取り付け部分５３１が、９０度回転され、一番外側の電極端子１２０の内側に面するように支持部分５１０に取り付けられる。取り付け部分５３０の上端に、はめるようにして導電性圧縮バネ（図に示されていない）が取り付けられる。

電気的接続部材５００の構造は、図５から図８を参照しつつより詳しく説明される。

図３及び図４は、ユニットモジュールが中型または大型のバッテリーモジュールの下側ケースに取り付けられたときの本発明による中型または大型のバッテリーモジュールの前及び後部分をそれぞれ例示する部分平面図である。

これらの図面を参照すると、下側ケース３００は、その前部分３１０及び後部分３４０の内側に、ユニットモジュール１３０の電極端子接続部１１０及びそれぞれのユニットモジュール１２０内に取り付けられた電池セルの電極端子接続部１７０が挿入される複数の固定溝３５０を備えている。固定溝３５０は、電極端子接続部１１０及び１７０にほぼ対応する形状で形成される。その結果、固定溝３５０は、電池セルスタック１００が前後に移動するのを防ぎ、隣接する電極端子接続部の間の安定した絶縁を維持する。特に、セルカバー移動防止突起部３５２、セルカバー固定ガイド３５４、及び電極端子絶縁壁３５６は、ユニットモジュール１３０の固定及び絶縁をより安定させるためにそれぞれの固定溝３５０内に形成される。

更に、下側ケース３００は、その前部分の下端に、下側ケース３００から突き出ていて、下側ケース３００が外部デバイス（図に示されていない）に固定されるように中心内に貫通孔３６２を有する結合部分３６０を備える。

特に、下側ケース３００の後部分の下端に形成された突出した結合部分３７０は、一対の対向する結合部分３７２及び３７４を含む。結合部分３７２は、結合部分３７４に比べて結合部分３７４の厚さに等しい高さ分だけ結合部分３７２が高くなるように形成される。その結果、中型または大型のバッテリーシステムが、複数のバッテリーモジュールを使用して製造される場合、バッテリーモジュール間の結合が容易になされ、バッテリーシステムはコンパクトな構造で製造される。

下側ケース３００の後部分３４０には、ＢＭＳ４００が取り付けられる。ＢＭＳ４００は、下側ケース３００のところに一体形成されたＢＭＳ受け入れ部分３８０内に受け入れられる。サーミスタコネクタ３８２及び通信コネクタ３８４は、ＢＭＳ受け入れ部分３８０に取り付けられる。

図５から図８は、本発明による中型または大型のバッテリーモジュールで使用される電気的接続部材、及び電気的接続部材をバッテリーモジュールに取り付ける方法を例示する斜視図である。

これらの図を参照すると、電気的接続部材５００は、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子接続部１１０（図１及び図２を参照のこと）に対応する領域のところでバッテリーモジュール６００の底部に取り付けられている一対の支持部分５１０及び５１２、支持部分５１０及び５１２を電気的に相互接続するワイヤ形接続部分５２０、それぞれ対応する支持部分５１０または５１２に固定された一端及び対応する電極端子接続部１１０に弾性的に接続されている他端を有する複数の導電性圧縮バネ５４０、後支持部分５１２に取り付けられているＢＭＳ４００、コネクタ３８４、並びに電気的接続部材５００の底部に取り付けられた絶縁カバー５６１及び５６２を備えている。

図面に示されていないけれども、圧縮バネ５４０は、直線的取り付け部分５３０（図２を参照のこと）が圧縮バネ５４０の中空部分内に挿入されるように支持部分５１０及び５１２上に取り付けられる。バッテリーモジュールの組み立て時に、導電性バネ５４０は、電極端子１２０の下端または電極端子接続部１１０により圧縮され、それにより、電気的接続が形成される。接続部分は、導電性バネ５４０を使用して構成されるので、接続部分と電極端子または電極端子接続部との間の弾性接触が形成され、接続部分と電極端子または電極端子接続部との間の電気的接続は、外部衝撃がバッテリーモジュールに加えられたときに安定して維持される。

導電性圧縮バネ５４０は、下側ケース３００の底部に取り付けられたワイヤ形状の接続部分５２０を介してＢＭＳ４００に接続される。下側ケース３００は、その底部３９０のところに、接続部分５２０が挿入される陥凹部３９２を備える。この陥凹部３９２の内側に、陥凹部３９２に挿入される接続部分５２０を安定して固定するように交互に向き付けられる複数の突起部３９４が形成される。

その結果、電気的接続部材５００は、下側ケース３００の前部分３１０、後部分５４０、及び底部３９０に挿入する形で取り付けられる。その結果、バッテリーモジュール６００は、コンパクトな安定した構造で容易に組み立てられ、構成される。

図９及び図１０は、本発明による中型または大型のバッテリーモジュールの部分的に組み立てられた状態を例示する斜視図である。

これらの図面を参照すると、バッテリーモジュール６００ａ及び６００ｂは、上側ケース２００と下側ケース３００との間の結合により容易に組み立てられることがわかる。ＢＭＳ（図に示されていない）は、下側ケース３００の後部分３４０のところに一体形成されたＢＭＳ受け入れ部分３８０内に受け入れられる。その結果、バッテリーモジュール６００ａ及び６００ｂは、単純でコンパクトな構造で構成される。また、バッテリーモジュール間の接続は、一対の結合部分３７２及び３７４が異なる高さを有するように下側ケース３００の後部分３４０の下端に形成された一対の結合部分３７２及び３７４の間の結合により形成されうる。

本発明の好ましい実施形態は、例示するために開示されているが、当業者であれば、付属の請求項において開示されているように本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、さまざまな修正形態、追加形態、及び代替え形態が可能であることを理解するであろう。

上記の説明から明らかなように、本発明による電気的接続部材は、機械的結合及び電気的接続のための複数の部材を使用することなく単純な組み立て工程により製造される。従って、本発明は、電気的接続部材の製造原価を低減する効果を有する。また、電気的接続部材は、外部衝撃または頻繁な振動が電気的接続部材に加えられた場合に安定した弾性接触を維持する。そこで、本発明は、安定した電気的接続動作を実行する効果を有する。更に、本発明は、電気的接続部材をユニット本体として含むバッテリーモジュールを使用する所望の出力及び容量を有する中型または大型の電池パックを製造する効果を有する。

セルカバーにより囲まれた複数の電池セルを積層することにより構成される電池セルスタックを示す組み立て斜視図である。 電池セルスタックを囲む上側及び下側ケースと下側ケースに取り付けられた電気的接続部材を例示する分解斜視図である。 下側ケースの下端を例示する部分拡大図である。 下側ケースの上端を例示する部分拡大図である。 本発明の好ましい一実施形態による電気的接続部材を例示する斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態による電気的接続部材を例示する部分的拡大図である。 本発明による電気的接続部材と電池セルとの間の結合を例示する斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態による中型または大型の電池パックを例示する斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態による中型または大型の電池パックを例示する斜視図である。 本発明の好ましい一実施形態による中型または大型の電池パックを例示する斜視図である。

１００ 電池セルスタック
１０１、１３０ ユニットモジュール
１１０ 電極端子接続部
１２０、１２１ 外側電極端子
１７０ 電極端子接続部
２００ 上側ケース
２１０ 前部分
２２０ 外部入力及び出力端子
２３０、３３２ 貫通孔
２４０ 導電性部材
３００ 下側ケース
３１０ 前部分
３２０ 一対のバスバー
３２２ スリット
３３０ 取り付け溝
３４０ 後部分
３５０ 固定溝
３５２ セルカバー移動防止突起部
３５４ セルカバー固定ガイド
３５６ 電極端子絶縁壁
３６０ 結合部分
３７０、３７２、３７４ 結合部分
３８０ ＢＭＳ受け入れ部分
３８２ サーミスタコネクタ
３８４ 通信コネクタ
３９０ 底部
３９２ 陥凹部
３９４ 突起部
４００ 前面カバー
４００ バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）
４１０ 固定孔
５００ 電気的接続部材
５１０、５１２ 支持部分
５２０ ワイヤ形接続部分
５３０、５３１ 直線的取り付け部分
５４０ 導電性圧縮バネ
５６１、５６２ 絶縁カバー
６００ バッテリーモジュール
６００ａ、６００ｂ バッテリーモジュール

Claims (16)

1. バッテリーモジュールを構成する電池セルのための電気的接続部材であって、
   （ａ） 前記電池セルの電極端子接続部に対応する領域、すなわち前記バッテリーモジュールの前部分及び後部分において前記バッテリーモジュールの底部に取り付けられた一対の支持部分と、
   （ｂ） 前記支持部分を電気的に相互接続するための接続部分と、
   （ｃ） 上方に突き出る複数の直線的取り付け部分であって、それぞれの直線的取り付け部分の一端が前記対応する支持部分に固定されている複数の直線的取り付け部分と、
   （ｄ） 前記対応する支持部分に電気的に接続される複数の導電性接続部分であって、該導電性接続部分がそれぞれの取り付け部分に取り付けられ、前記導電性接続部分が前記電池セルの電極端子に電気的に接続されている複数の導電性接続部分と、
   （ｅ） 前記電池セルの電圧をバッテリーマネジメントシステムに伝達するため前記前支持部分または前記後支持部分に取り付けられたコネクタと、
   を備える電気的接続部材。
2. 前記前支持部分及び前記後支持部分は、プリント基板から形成される請求項１に記載の電気的接続部材。
3. 前記取り付け部分は、弾性金属片から形成される請求項１に記載の電気的接続部材。
4. 前記接続部分は、導電性圧縮バネから形成される請求項１に記載の電気的接続部材。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電気的接続部材を備えるバッテリーモジュール。
6. （ａ） 横方向に立てて並べられている、互いに直列に接続された複数の電池セルまたはユニットモジュールを備える電池セルスタックと、
   （ｂ） 前記電池セルスタックの片側端を全部囲み、前記電池セルスタックの上端及び下端を部分的に囲む構造で構成され、外部入力及び出力端子を前部分のところに備える、上側ケースと、
   （ｃ） 前記上側ケースと結合され、前記電池セルスタックの他方の片側端を全部囲み、前記電池セルスタックの前記上端及び下端を部分的に囲む構造で構成され、前記電池セルスタックの電極端子を前記外部入力及び出力端子に接続するためのバスバーを前記前部分のところに備え、前記電気的接続部材を底部分のところに備える、下側ケースと、
   （ｄ） 前記電池セルの電極端子と前記バスバーとの間の接続を外部から保護するため前記下側ケースの前記前部分に取り付けられ、絶縁材料で作られている、前面カバーと、
   （ｅ） 前記下側ケースの前記後部分に取り付けられ、前記電気的接続部材に接続され、前記バッテリーモジュールの動作を監視し制御する、バッテリーマネジメントシステムと、
   を備える請求項５に記載のバッテリーモジュール。
7. 前記電気的接続部材は、前記下側ケースの前記前部分及び後部分上に定められた空間内に取り付けられた取り付け部分及び接続部分、並びに前記下側ケースの前記底部に取り付けられた導電性部分を備える請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記下側ケースは、その底部に、前記接続部分が挿入される陥凹部を備え、該陥凹部は、その内側に、該陥凹部内に挿入された前記接続部分を安定して固定するように、該陥凹部の両側に沿って交互に内向きに形成された複数の突起部を備える請求項７に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記電池セルスタックは、それぞれが前記上端及び下端に形成された電極端子を有するプレート形状の電池セルを備える複数のユニットモジュールを備え、
   それぞれのユニットモジュールは、
   電池セルの電極端子が互いに直列に接続され、前記電池セルが積層されるように前記電極端子接続部が曲げられている積層構造で構成された２つまたはそれ以上の前記電池セルと、
   一対の高強度セルカバーであって、該セルカバーが互いに結合されたときに前記電池セルの前記電極端子を除く前記電池セルの外面を囲むための高強度セルカバーと、
   を備える請求項６に記載のバッテリーモジュール。
10. 前記下側ケースは、前記電気的接続部材の支持部分と接続部分が挿入される空間を前記前部分と後部分のところに備え、前記接続部分は、前記電池セルの前記電極端子の前記下端及び／または前記電池セルの前記電極端子の電極端子接続部である直列接続曲がり領域と弾性接触する請求項６に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記下側ケースは、その前部分に、前記電池セルスタックの一番外側の電極端子が挿入されて通る一対のスリットを備え、前記電池セルスタックの前記一番外側の電極端子は、前記スリットを通して挿入され、前記下側ケースの前記前部分に配置された前記バスバーに接続される請求項６に記載のバッテリーモジュール。
12. 前記一番外側の電極端子に接続されている前記電気的接続部材の前記接続部分は、該接続部分の下方に傾斜している端部が所定の角度だけ回転されて、前記一番外側の電極端子の内側に面するように前記支持部分上に取り付けられる請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
13. 更に、
    前記下側ケースの前記底部に取り付けられた前記支持部分の前記外面上に更に配置される絶縁カバーを備える請求項７に記載のバッテリーモジュール。
14. 前記下側ケースは、その後部分に、前記バッテリーマネジメントシステムが受け入れられる突出したバッテリーマネジメントシステム受け入れ部分を備える請求項６に記載のバッテリーモジュール。
15. 高出力、大容量の中型または大型のバッテリーシステムであって、請求項５から１４のいずれか一項によるバッテリーモジュールを１つのユニット本体として使用することで製造されるバッテリーシステム。
16. 前記バッテリーシステムは、電気自動車またはハイブリッド電気自動車の電源として使用される請求項１５に記載のバッテリーシステム。

Images