(57)【要約】  本願明細書には、複数のユニットセル間の電気的な接続と、ユニットセルがその内部に取り付けられている電池モジュールにおけるユニットセルの電圧検出とを同時に実行し、帯板状に形付けられたバー本体の対向端部を同じ方向に折り曲げることによって形成されるとともに接続用の小穴あるいは接続用の突出部が設けられた縦方向の折曲部分と、この縦方向の折曲部分の一方を折り曲げることによってバー本体に対し平行となるように形成された水平方向の折曲部分とを有しているバスバーと、ユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルの電圧検出はバスバーを用いて同時に実行される、複数のユニットセルを備えた中型あるいは大型サイズの電池モジュールとが開示されている。
2009512982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユニットセル間の電気的な接続と、ユニットセルがその内部に取り付けられている電池モジュールにおけるユニットセルの電圧検出とを同時に実行するバスバーであって、
帯板状に形付けられたバー本体の両端を各々同じ方向に折り曲げることによって形成されるとともに、接続用の小穴あるいは接続用の突出部が設けられた、縦方向の折曲部分と、
前記縦方向の折曲部分の一方を折り曲げることによってバー本体に対し平行となるように形成された水平方向の折曲部分とを備えたことを特徴とするバスバー。
【請求項２】
前記バスバーは、ユニットセルの電極端子に前記バスバーを接続できるように基板に取り付けられ、
前記基板は、複数の前記バスバーがそれぞれ取り付けられる複数の開口を有した矩形状の部材であり、
これらの開口に設けられている接続用の突出部あるいは接続用の小穴が、前記バスバーの縦方向の折曲部分に形成されている連結用の小穴あるいは連結用の突出部に対応していることを特徴とする請求項１に記載したバスバー。
【請求項３】
ユニットセルの電極端子が前記バスバーのバー本体の後面に接続され、それによってユニットセル間の電気的な接続が達成されることを特徴とする請求項１に記載したバスバー。
【請求項４】
前記バスバーの水平方向の折曲部分は、ユニットセルを制御するべくユニットセルの電位差および温度を監視するための電池管理システム（ＢＭＳ）に直接的に接続されることを特徴とする請求項１に記載したバスバー。
【請求項５】
前記ＢＭＳはプリント回路基板（ＰＣＢ）の形態に構成され、
前記バスバーの水平方向の折曲部分には連結用の小穴あるいは連結用の突出部が設けられ、
それによって水平方向の折曲部分とＢＭＳとの間の電気的な接続および機械的な連結が達成されることを特徴とする請求項４に記載したバスバー。
【請求項６】
前記水平方向の折曲部分にはその内部にねじ部が形成された連結小穴が設けられ、
前記ＢＭＳ基板には前記ＢＭＳ基板の回路を通って延びる孔が設けられ、
前記バスバーおよび前記ＢＭＳ基板は導電性のネジを用いて互いに連結され、
前記バスバーおよび前記ＢＭＳ基板は、前記連結小穴が前記孔の一つと連通するように配置されることを特徴とする請求項５に記載したバスバー。
【請求項７】
複数のユニットセルを有する電池モジュールであって、
ユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルの電圧検出が、請求項１乃至６のいずれか一項に記載した前記バスバーを用いて同時に実行されることを特徴とする電池モジュール。
【請求項８】
ユニットセルが前記電池モジュール内に含まれ、
ユニットセルはフレーム構造に構成された電池カートリッジ内に取り付けられることを特徴とする請求項７に記載した電池モジュール。
【請求項９】
各電池カートリッジは、一対の外側フレーム部材（ａ、ｂ）と、これらの外側フレーム部材（ａ、ｂ）の間に配設された内側フレーム部材（ｃ）とを有し、
１つ若しくは複数のユニットセルが第１の外側フレーム部材（ａ）と内側フレーム部材（ｃ）の間に取り付けられ、
１つ若しくは複数のユニットセルが第２の外側フレーム部材（ｂ）と内側フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられることを特徴とする請求項８に記載した電池モジュール。
【請求項１０】
各電池カートリッジにはユニットセルの温度を測定するためのサーミスタが設けられていることを特徴とする請求項８に記載した電池モジュール。
【請求項１１】
請求項２に記載した前記基板に前記バスバーが取り付けられ、
積み重ねられた複数の電池カートリッジの上端部に前記基板が取り付けられることを特徴とする請求項８に記載した電池モジュール。
【請求項１２】
ユニットセルを制御するためにユニットセルの電位差および温度を監視する電池管理システム（ＢＭＳ）が、前記基板の一方の表面（電池カートリッジの上端部分が接触する表面の反対側）に直接的に接触するように取り付けられることを特徴とする請求項１１に記載した電池モジュール。
【請求項１３】
前記電池モジュールが、
二個以上の電池カートリッジを含むカートリッジ組立体と、
そこを介してカートリッジ組立体が挿入される前側開放部分およびカートリッジ組立体が取り付けられる内部空間を有する箱形のケースとを有することを特徴とする請求項８に記載した電池モジュール。
【請求項１４】
前記ＢＭＳの外側表面が安全プレートにより覆われることを特徴とする請求項１２に記載した電池モジュール。
【請求項１５】
請求項８乃至１４のいずれか一項に記載した電池モジュールを複数備え、
これらの電池モジュールが互いに電気的に接続されていることを特徴とする高出力で大電気容量の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的な接続のための新規なバスバー、およびそれを備える中型あるいは大型サイズの電池モジュールに関する。より詳しくは、本発明は、複数のユニットセルの間の電気的な接続と、ユニットセルがその内部に取り付けられている電池モジュールにおけるユニットセルの電圧検出とを同時に実行するバスバーに関する。このバスバーは、帯板状に形付けられているバー本体の両端をそれぞれ同一方向に折り曲げることにより形成されて接続用の小穴あるいは突出部が設けられている縦方向の折曲部分と、この縦方向の折曲部分の一方をバー本体と平行になるように折り曲げることによって形成された水平方向の折曲部分とを有する。また本発明は、複数のユニットセルを備えており、かつこれらのユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルの電圧検出がこのバスバーを用いて同時に実行される電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充電および放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のためのエネルギー源として広く用いられている。また、この二次電池は、化石燃料を使用している既存のガソリンおよびディーゼル車によって生じる大気汚染等の問題を解決するべく開発されてきた電気自動車およびハイブリッド電気自動車のための電力源として、かなりの注目を集めている。
【０００３】
小型のモバイル機器は、それぞれ一つ若しくはいくつかの小型サイズのユニットセルを用いる。他方、車両のような中型あるいは大型サイズの装置は、互いに電気的に接続された複数のユニットセルを含む中型あるいは大型サイズのバッテリパックを用いる。そのような中型あるいは大型の装置は、高い出力および大きな電気容量を必要とするからである。
【０００４】
中型あるいは大型サイズのバッテリパック用のユニットセルにはポーチ状に形付けられた二次電池が広く用いられているが、それらは一般的に、アルミニウムおよびポリマ樹脂から構成される貼合せシートで製造された電池ケース内に収容されている。したがって、これらのポーチ型の二次電池の機械的強度は高くない。このため、複数のユニットセルが電池カートリッジ内に取り付けられ、これらのユニットセルは互いに直列および／または並列に接続され、かつ複数の電池カートリッジが互いに電気的に接続されて電池モジュールを構成する。
【０００５】
ハイブリッド電気自動車に広く用いられている電池モジュールは、電解質が各ユニットセル（二次電池）から漏れ出ることのない密封タイプの構造を有している。その結果、密封タイプの電池モジュールは電解質の漏れを防止できるという利点を有している。しかしながら、密封タイプの電池モジュールは、ユニットセル内に発生した熱が蓄積するため蓄積した熱がユニットセルの劣化を促進するという問題、および異常動作時にいくつかのユニットセルが過熱してユニットセルが出火しあるいは爆発し得るという問題を有している。リチウムイオン二次電池あるいはリチウムイオンポリマー二次電池は、ユニットセルとしての使用の可能性に大きな関心が集まっているが、その充電および放電の間に熱を発生させる。そのような熱がユニットセル内に連続して蓄積すると、ユニットセルの劣化が促進し、さらにはユニットセルが出火しあるいは爆発することになり得る。
【０００６】
上述した問題を解決する新規な構造を有した電池カートリッジ、およびそれを備えた電池モジュールは、本願の出願人によって開発され、韓国特許庁に出願されている（韓国特許出願第２００４−１１１６９９号）。
【０００７】
上述した特許出願に記載されている電池カートリッジおよび電池モジュールの特徴は、機械的な強度の低いユニットセルが安定的に取り付けられ、ユニットセルからの熱の放散が効果的に達成され、ユニットセルが異常に動作したときに生じる過熱が取り除かれ、それによって耐用期間およびユニットセルの安全性が改善される点にある。また、この電池モジュールはコンパクトな構造に製造されるから、小型サイズでありながらも高い出力で大きな電気容量の電池モジュールあるいはバッテリパックを提供することができる。
【０００８】
他方、コンパクトな電池モジュールあるいはコンパクトなバッテリパックを製造するために、ユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルと他の構成部品との間の接続が、小さな領域内で実行される。その結果、短絡の可能性が存在し、溶接あるいはボルトナットを用いた機械的な接続を実行することができない。そのような問題点に鑑み、従来技術のいくつかは、ばねのような弾性部材を用いて接触させるやり方でユニットセル間の電気的な接続を達成する方法を提案した。しかしながら、これらの従来の方法は、機械的な強度あるいは振動に対する抵抗力が低く、腐食に起因して接触抵抗が増加し、接続部分が容易に分離するといったいくつかの問題点を有している。
【０００９】
また、中型あるいは大型サイズの電池モジュールあるいはバッテリパックは複数のユニットセルを含んでいるが、いくつかのユニットセルの過熱およびユニットセル間の高い電位差に起因してシステムの作動性能が悪化する。この理由から、ユニットセルの過熱およびユニットセル間の電位差を監視して制御する電池管理システム（ＢＭＳ）を設ける必要がある。その結果、ユニットセルとＢＭＳを接続するための追加の接続部材が必要となる。しかしながら、コンパクトな電池モジュールあるいはバッテリパックにおける大量の部品の使用は上述した問題を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
すなわち、本発明は、前述した問題およびまだ解決されていない他の技術的な問題を解決するためになされたものである。
【００１１】
詳しくは、本発明の第１の目的は、中型あるいは大型サイズの電池モジュールあるいはバッテリパックにおける電気的な接続および機械的な連結を容易に達成することができるとともに、電気的な接続の後での被接続領域における電気抵抗のような優れた電気的特性および外部からの衝撃あるいは振動に対する優れた機械的強度を有する、電気的な接続のためのバスバーを提供することにある。
【００１２】
このバスバーは、電池モジュールあるいはバッテリパックを製造するプロセスの間または電池モジュールあるいはバッテリパックをメンテナンスするプロセスの間にユーザーあるいはオペレータが引き起し得る短絡の発生を防止する。さらに、バッテリパックのサイズはこのバスバーの使用によって減少する。
【００１３】
本発明の第２の目的は、ユニットセル間の電気的な接続がこのバスバーを用いことによって達成され、かつユニットセルの電圧あるいはまた温度を検出する電池管理システム（ＢＭＳ）に対してユニットセルがこのバスバーを用いて直接的に接続される、電池モジュールを提供することにある。そのため、追加の接続部材を用いる必要はなく、したがって電池モジュールはコンパクトな構造で製造され、ユニットセル間の電気的な接続は安定し、かつ機械的な特性を含めてこの電池モジュールの耐久性は優れたものになる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によると、前述した目的および他の目的は、複数のユニットセル間の電気的な接続とユニットセルがその内部に取り付けられている電池モジュールにおけるユニットセルの電圧検出とを同時に実行するバスバーを提供することによって達成することができる。そこにおいて、このバスバーは、帯板状に形付けられたバー本体の両端を同じ方向に折り曲げることによって形成されるとともに、接続用の小穴あるいは接続用の突出部が設けられた、縦方向の折曲部分と、この縦方向の折曲部分の一方を折り曲げることによってバー本体に対し平行となるように形成された水平方向の折曲部分と、を有している。
【００１５】
本発明のバスバーは、ユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルの電圧検出を、このバスバーを用いることによって同時に実行できる点に特徴がある。従来のバスバーは、主にユニットセル間の電気的な接続を実行するために用いられている。ユニットセルの電圧検出は、追加の接続部材（例えば電線、バスバー、および接続部材）を用いて実行される。
【００１６】
電気的な接続および電圧の検出を実行するバスバーの実例は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００５-１１３８０号に記載されている。このバスバーは、ユニットセルの電極端子の表面に接触する板状のバー本体と、このバー本体の両端を部分的に折り曲げて形成された連結部分と、バー本体の両端を部分的に折り曲げることによって形成された電気的接続部分と、を有している。連結部分には連結用の小穴が形成され、基板の接続用の突出部がそこに係合する。電気的な接続部分が突出部の形に構成されているので、電気的な接続部分はプリント回路基板（ＰＣＢ）の対応する領域に取り付けられる。
【００１７】
しかしながら、バスバーを用いた電圧の検出は、このバスバーが基板に取り付けられ、このバスバーが突出している接続部分を介して追加のプリント回路基板に接続され、電池モジュールに取り付けられた電池管理システム（ＢＭＳ）にプリント回路基板が接続される構造によって達成される。その結果、ＢＭＳに接続される追加のプリント回路基板が本質的に必要であり、したがって電池モジュールの構造はいくらか複雑なものになる。そのような追加の接続部材（例えばプリント回路基板、電線、およびバスバー）によってユニットセルがＢＭＳに接続されるこの構造は、上述した特許出願の電池モジュールばかりでなく大多数の電池モジュールに採用されている。
【００１８】
他方、本発明のバスバーは、追加の接続部材を用いることなくＢＭＳに直接的に接続することができるから、コンパクトで安定した構造の電池モジュールを製造することができる。さらに、組み立て工程が簡単なものとなるから、電池モジュールの製造原価も低減する。しかしながら、本発明による電池モジュールの大部分は、上述した特許出願、すなわち韓国特許出願第２００５-１１３８０号に記載された構造に基づいている。したがって、この特許出願の記載はこの参照によって本願明細書に組み込まれるものとする。
【００１９】
本発明のバスバーは、ユニットセルの電極端子にこのバスバーを接続することができるように基板に取り付けられる。この基板は、複数のバスバーがそれぞれ取り付けられる複数の開口を有した矩形状の部材であり、これらの開口に設けられている接続用の突出部あるいは接続用の小穴は、バスバーの縦方向の折曲部分に形成されている連結用の小穴あるいは連結用の突出部に対応している。
【００２０】
ユニットセルの電極端子は、バスバーのバー本体の後面に接続され、それによってユニットセル間の電気的な接続が達成される。例えば、２つのユニットセル（ａ、ｂ）のうちの一つ、すなわちユニットセル(ａ)のカソード端子と他のユニットセル（ｂ）のアノード端子はバスバーのバー本体に接続され、それによって２つのユニットセルは互いに直列に接続されるが、それについては後に詳述する。
【００２１】
ユニットセル間の電気的な接続はバスバーのバー本体によって達成され、それと同時に、ユニットセルの電圧はバスバーの水平方向の折曲部分によって検出される。このとき、バスバーの水平方向の折曲部分は、追加のバスバーなしにＢＭＳに導くことができる。例えば、このＢＭＳは、ユニットセルの電極端子を電気的に接続している複数のバスバーが予め定められた配列で取り付けられる基板と接触するようにされる。これにより、バスバーの水平方向の折曲部分は、電圧を検出するためにＢＭＳの対応する回路部分に直接的に接続される。その結果、ユニットセルの電極端子とＢＭＳを接続するための追加の接続部材は必要でない。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態においては、ＢＭＳはプリント回路基板の形に構成され、バスバーの水平方向の折曲部分には連結用の小穴あるいは連結用の突出部が設けられ、それによって水平方向の折曲部分とＢＭＳとの間の電気的な接続および機械的な連結が達成される。好ましくは、水平方向の折曲部分にはその内部にねじ部が形成された連結用の小穴が設けられ、ＢＭＳ基板にはこのＢＭＳ基板の回路を通って延びる孔が設けられ、バスバーおよびＢＭＳ基板は連結用の小穴がこれらの孔の一つと連通するように配置され、バスバーおよびＢＭＳ基板は導電性のネジを用いて互いに連結される。
【００２３】
本発明のバスバーは、導電材料から製造される限り、特には限定されない。好ましくは、このバスバーは金属から製造される。
【００２４】
本発明の他の態様によると、ユニットセル間の電気的な接続およびユニットセルの電圧検出が上述したバスバーを用いて同時に実行される、複数のユニットセルを含む電池モジュールが提供される。
【００２５】
様々な二次電池をユニットセルとして用いることができる。好ましくは、高い集積度で積み重ねることができる板状の電池をユニットセルとして用いる。より好ましくは、低廉な製造原価で軽量に製造することができるポーチ型の電池をユニットセルとして用いる。
【００２６】
好ましくは、ユニットセル、特に機械的な強度が低いポーチ型の電池は電池モジュール内に含められるが、ユニットセルはフレーム構造に構成された電池カートリッジ内に取り付けられる。この電池カートリッジは、様々な構造に製作することができる。好ましい実例として、各電池カートリッジは、一対の外側フレーム部材（ａ、ｂ）と、これらの外側フレーム部材（ａ、ｂ）の間に配設された内側フレーム部材（ｃ）とを有し、一つのユニットセルは第１の外側フレーム部材(ａ)と内側フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられ、他のユニットセルは第２の外側フレーム部材（ｂ）と内側フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられる。状況によっては、二個以上のユニットセルが第１の外側フレーム部材(ａ)と内側フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられ、かつ二個以上のユニットセルが第２の外側フレーム部材（ｂ）と内側フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられる。
【００２７】
２つのユニットセルが各電池カートリッジ内に取り付けられるが、各ユニットセルの電極端子はフレーム部材（ａ、ｂ、ｃ）の上端部に向かって突出する。本発明の好ましい実施例においては、内側フレーム部材（ｃ）には、その上端部の電極端子（カソード端子あるいはアノード端子）の一つに対応する予め定められた位置に、その対応する電極端子に沿って延びるスカートが設けられ、かつ基板には、そのスカートに対応する予め定められた位置に、そのスカートが係合する小穴が設けられる。スカートおよび小穴のこの構造は、後に詳述するように、バスバーが取り付けられる基板を電池カートリッジに組み付けるときにカソードおよびアノードの接続を誤った場合に生じ得る電気的な短絡の発生を防止するとともに、基板と電池カートリッジの連結位置を正確に定める。
【００２８】
電池カートリッジ内に取り付けられたユニットセルの電極端子と基板に取り付けられたバスバーは、好ましくは電池カートリッジと基板の組み立てが完了した後における溶接あるいははんだ付けにより互いにしっかりと取り付けられ、それによって電極端子とバスバーとの間の連結および電気的な接続がより確実に達成される。より好ましくは、ユニットセルの電極端子とバスバーは、レーザ溶接あるいは抵抗溶接のような溶接によって互いにしっかりと取り付けられる。
【００２９】
好ましくは、外側フレーム部材（ｂ）には、その上端部に位置決め部分が設けられ、ユニットセルの電極端子は折り曲げられた状態で位置決めされる。外側フレーム部材には、ユニットセルの横方向に延びる凹部が位置決め部分の下方に設けられる。位置決め部分は、溶接用の小穴が凹部と連通することができるように外側フレーム部材の長手方向に延びる複数の溶接用の小穴を有し、それによって溶接作業が容易に実行される。その結果、溶接作業、例えば抵抗溶接作業（あるいはスポット溶接作業）を実行するときに、複数の電池カートリッジは積み重ねられているが、一方の溶接チップが凹部および溶接用の小穴によって位置決め部分上にある電極端子の下端部に接続され、かつ他方の溶接チップがバスバーの上端部に接続される。バスバーの上端部においてレーザ溶接作業を実行するときにおいても、溶接用の小穴が有用であるということが判明している。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態においては、各電池カートリッジが、ユニットセルの温度を測定するためのサーミスタをさらに有する。このサーミスタは、内側フレーム部材（ｃ）のアノード端子位置決め部分とカソード端子位置決め部分との間に形成された小穴を介してユニットセルの間に取り付けることができる。
【００３１】
フレーム部材の間の連結は、特には限定されない。例えば、フレーム部材の間の連結は、ボルト／ナット、リベット、溶接、接着剤、はめ込み形のねじ連結部材あるいは構造といった様々な連結方法によって達成することができる。
【００３２】
また、フレーム部材の材料も、特には限定されない。フレーム部材は、合成樹脂あるいは金属といった様々な材料から製造することができる。しかしながら、金属のような導電材料を用いる場合には、電極リード線の露出部を電気的に絶縁する必要がある。
【００３３】
バスバーが基板の開口に取り付けられると、帯板状に形付けられているバスバーは基板の開口と弾性的に係合することができる。また、帯板状に形付けられているバスバーは、対応する連結用の小穴内にある連結用突出部との係合によって基板にしっかりと固定することができる。
【００３４】
例えば、基板は、積み重ねられている複数の電池カートリッジの上端部、すなわちユニットセルの電極端子に取り付けられる。基板は、積み重なねられた電池カートリッジの一方の電極端子を相互に接続するバスバーが取り付けられる開口（上側開口配列）と、積み重なねられている電池カートリッジの他方の電極端子を相互に接続するバスバーが取り付けられる開口（下側開口配列）とを有している。上側開口配列の開口と下側開口配列の開口は、以下に詳述するように交互に配置されている。前述したように、２つの開口配列の一方には電池カートリッジのスカートが係合する小穴を設けることができ、他方の開口配列にも対応するスカートを設けることができる。
【００３５】
好ましくは、ユニットセルを制御するべくユニットセルの電位差および温度を監視する電池管理システム（ＢＭＳ）は、基板の一方の表面（電池カートリッジの上端部分が接触する表面の反対側）に直接的に接触するように取り付けられる。このＢＭＳは、バスバーの水平方向の折曲部分に接触する電極を有している。このＢＭＳは、ユニットセルの過充電、過放電および過電流を防止するための回路をさらに有している。好ましくは、このＢＭＳは、プリント回路基板（ＰＣＢ）の形態に構成される。一般的に、このプリント回路基板は、変性エポキシレジンコンパウンドから製造された板状の部材上に予め定められた回路をプリントする構造に構成される。サーミスタを各電池カートリッジに取り付ける場合、サーミスタに接続することができるコネクタはＢＭＳに形成される。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態において、中型あるいは大型のサイズの電池モジュールは、二個以上の電池カートリッジを含むカートリッジ組立体と、そこを通ってカートリッジ組立体が挿入される前側開放部分と、カートリッジ組立体が取り付けられる内部空間を有した箱形のケースとを備える。
【００３７】
本発明の電池モジュールは全般的にコンパクトであり、かつこの電池モジュールの構造安定性は優れている。この電池モジュールは、この電池モジュールの構造がコンパクトな場合であってもユニットセルを充電しかつ放電させる間にユニットセルから発生する熱が効果的に取り除かれる開放型の構造に構成することができる。この開放型の構造に構成された電池モジュールの詳細は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００４-１１１６９９号に記載されている。上述した特許出願の記載は、この参照によって本願明細書に組み込まれるものとする。
【００３８】
複数の電池カートリッジがモジュールケース内に挿入され、基板およびＢＭＳがモジュールケースの前側開放部分に接続され、それによって電池モジュールが製造される。
【００３９】
状況によってはＢＭＳの外側表面を安全プレートで覆うことができる。
【００４０】
本発明のさらに他の態様によると、互いに電気的に接続された複数の電池モジュールを備える、高い出力および大きな容量の中型あるいは大型サイズのバッテリパックが提供される。好ましくは、電池モジュール間の効果的な連結を達成するための接続部材をさらに備えることができる。
【００４１】
本発明のバッテリパックは、高い出力で大きな電気容量のバッテリパックに用いることができる。好ましくは、このバッテリパックは電気自動車あるいはハイブリッド電気自動車のバッテリパックに用いられる。より好ましくは、このバッテリパックはハイブリッド電気自動車のバッテリパックに用いられる。
【００４２】
本発明の前述した目的および他の目的、特徴およびその他の利点は、添付の図面とともになされる以下の詳細な説明からより明確に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
ここで添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかしながら、ここで留意されるべきことは、本発明の範囲が例示の実施形態によっては限定されないということである。
【００４４】
図１は、本発明の電池カートリッジの好ましい実施形態を典型的に示す斜視図である。
【００４５】
図１を参照すると、この電池カートリッジ１００は、一対の外側フレーム部材１１０、１２０と、外側フレーム部材１１０、１２０の間に配設された内側フレーム部材１３０とを有している。フレーム部材１１０、１２０および１３０の詳細は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００４-１１１６９９号に記載されている。
【００４６】
２つのユニットセル（図示せず）は、第１の外側フレーム部材１１０と内側フレーム部材１３０との間の中空部分、および第２の外側フレーム部材１２０と内側フレーム部材１３０との間の他の中空部分にそれぞれ取り付けられる。フレーム部材１１０、１２０および１３０は複数の支持棒１４０を有しているが、これらの支持棒１４０はフレーム部材１１０、１２０および１３０の横方向においてフレーム部材１１０、１２０および１３０の中空部分を横断し、第１の外側フレーム部材１１０と内側フレーム部材１３０との間および第２の外側フレーム部材１２０と内側フレーム部材１３０との間に取り付けられたユニットセルを支持する。
【００４７】
内側フレーム部材１３０には、ユニットセルの温度を測定するためのサーミスタ１５０が取り付けられている。内側フレーム部材１３０の構造は、図２を参照してより詳細に説明する。
【００４８】
図１を参照すると、外側フレーム部材１１０、１２０にはその上端部に位置決め部分１１２、１１４がそれぞれ設けられており、第１の外側フレーム部材１１０と内側フレーム部材１３０との間および第２の外側フレーム部材１２０と内側フレーム部材１３０との間にそれぞれ取り付けられたユニットセルの電極端子が折り曲げられた状態で位置決めされるようになっている。外側フレーム部材１１０、１２０の位置決め部分１１２、１１４の下方には、ユニットセルの横方向に延びる凹部１１５が形成されている。位置決め部分１１２、１１４にはまた、凹部１１５と連通する複数の溶接用の小穴１１６が形成されている。その結果、組み立ての間に位置決め部分１１２、１１４上にあるバスバー（図示せず）および電極端子（図示せず）に溶接作業、例えば抵抗溶接の作業を実施するときには、凹部１１５および溶接用の小穴１１６を介して一方の溶接チップ１６０を電極端子の下端に接続することができる。
【００４９】
一つのスカート１１７が、電池カートリッジ１００の上端部に形成されている位置決め部分１１２、１１４の一つ、すなわち位置決め部分１１２から突出している。より具体的には、図２に示したように、このスカート１１７は、内側フレーム部材１３０の上端部に形成された位置決め部分１３２部の一方の側面から、内側フレーム部材１３０の横方向に延びるように突出している。なお、その詳細については図３を参照して以下に説明する。
【００５０】
図３は、図１の電池カートリッジに取り付けられたユニットセルを典型的に示す斜視図である。
【００５１】
図３を参照すると、第１の外側フレーム部材１１０と内側フレーム部材１３０の間に取り付けられているユニットセル２００の電極端子２１０、２２０、および第２の外側フレーム部材１２０と内側フレーム部材１３０の間に取り付けられている他のユニットセル２０１の電極端子２１１、２２１は、電池カートリッジの上端部に形成されている位置決め部分１１２、１１４に折り曲げられた状態で位置決めされている。具体的には、図示されているように、電極端子２１０、２２０は上方に折り曲げられ、電極端子２２１、２２１は下方に折り曲げられている。
【００５２】
例えば、ユニットセル２００の電極端子２１０がカソード端子であり、かつユニットセル２００の電極端子２２０がアノード端子であると仮定すると、ユニットセル２０１の電極端子２１１がアノード端子であり、かつユニットセル２０１の電極端子２２１がカソード端子である。その結果、２つのユニットセル２００、２０１を互いに直列に接続するときには、ユニットセル２００のアノード端子２２０およびユニットセル２０１のカソード端子２２１がバスバー（図示せず）を介して互いに電気的に接続されるとともに、ユニットセル２００のカソード端子２１０が隣接する電池カートリッジ（図示せず）のユニットセルＡのカソード端子に接続され、かつユニットセル２０１のアノード端子２１１が隣接する他の電池カートリッジ（図示せず）のユニットセルＢのカソード端子に接続される。
【００５３】
したがって、電池カートリッジ１００の位置決め部分１１２、１１４のうちの一方、すなわち位置決め部分１１４に折り曲げられた状態で位置決めされている電極端子２２０、２２１は互いに直接的に接続される。他方、電池カートリッジ１００の他の位置決め部分１１２に折り曲げられた状態で位置決めされている電極端子２１０、２１１は、互いに直接的に接続されず、隣接する電池カートリッジの対応する電極端子に接続される。このとき、位置決め部分１１２上に配設されているスカート１１７は、このスカート１１７の両側で反対方向に折り曲げられている電極端子２１０、２１１がバスバーによって互いに直接的に接続されることを防止するので、誤った組み立てに起因する短絡の発生が防止される。
【００５４】
図４は、本発明に用いることができる好適な実施形態のバスバーを典型的に示す斜視図である。
【００５５】
図４を参照すると、バスバー３００は、ユニットセル（図示せず）を電気的に接続するための帯板状に形付けられたバー本体３１０と、このバー本体３１０に対して垂直となるようにこのバー本体３１０の両端を上方に折り曲げることによって形成された縦方向の折曲部分３２０、３３０と、これらの縦方向の折曲部分３２０、３３０の一つをバー本体３１０と平行となるように折り曲げることによって形成された水平方向の折曲部分３４０とを有している。
【００５６】
縦方向の折曲部分３２０、３３０には連結用の小穴３２２、３３２が形成され、基板の開口に形成されている連結用の突出部４２０（図５を参照）がそこに係合するようになっている。
【００５７】
図面に示したように、水平方向の折曲部分３４０は、縦方向の折曲部分３３０から縦方向の折曲部分３２０に向かって折り曲げられている。しかしながら、状況によっては、水平方向の折曲部分３４０を縦方向の折曲部分３２０に対し任意の角度で折り曲げることができる。例えば、水平方向の折曲部分３４０は、縦方向の折曲部分３２０から、縦方向の折曲部分３３０とは反対の方向に折り曲げることができる。
【００５８】
水平方向の折曲部分３４０には、水平方向の折曲部分３４０と図示されない電池管理システム（ＢＭＳ）との間の電気的な接続および機械的な連結を容易に達成するために、その内側に形成されたねじ部を有する連結用の小穴３４２が形成されている。
【００５９】
図５は、本発明に用いることができる好適な実施形態の基板を典型的に示す斜視図である。
【００６０】
図５を参照すると、基板４００は、バスバー（図示せず）がそれぞれ取り付けられる複数の開口４１０を有した厚い板状の部材である。これらの開口４１０は、バスバーに対応するサイズの矩形状の貫通孔である。各開口４１０の内側表面の両端には、バスバー（図４を参照）の連結用小穴３２２、３３２と係合する連結部材４２０が形成されている。
【００６１】
基板４００の開口４１０は、積み重ねられた電池カートリッジの一方の側の電極端子を相互に接続するバスバーが取り付けられる上側開口配列４０１と、積み重ねられた電池カートリッジの他方の側の電極端子を相互に接続するバスバーが取り付けられる下側開口配列４０２とに区分されている。上側開口配列４０１の開口と下側開口配列４０２の開口は、図３を参照して前述したように、電極端子を互いに電気的に接続するときのバスバーの接続位置に起因して交互に配置されている。また、スカート４３０が上側開口配列４０１の開口の間の仕切壁上に形成され、かつ小穴４４０が下側開口配列４０２の開口の間の仕切壁上に形成されている。電池カートリッジ１００（図３を参照）の上端部に形成された位置決め部分１１２上に配設されているスカート１１７は、下側開口配列４０２の対応する小穴４４０に係合する。上側開口配列４０１と下側開口配列４０２との間にはブリッジ４５０が配設されている。このブリッジ４５０上には複数の小穴が形成され、サーミスタ（図示せず）のコネクタが位置決めされている。
【００６２】
図６は、図５の基板に取り付けられる図４のバスバーを示す前方斜視図である。
【００６３】
図６を参照すると、基板４００の連結用突出部４２０がバスバー３００の連結用小穴３３２に係合し、それによってバスバー３００が基板４００に取り付けられる。バスバー３００が基板４００に取り付けられた状態においては、バスバー３００の水平方向の折曲部分３４０が開口４１０を介して基板４００の前面（あるいは外側表面）から露出し、かつバスバー３００のバー本体３１０が基板４００の背面（あるいは内側表面）から露出している。電池カートリッジ１００（図３を参照）の電極端子は、バスバー３００のバー本体３１０の後面に接続される。電池カートリッジ１００の電極端子は、バスバー３００のバー本体３１０にレーザ溶接あるいは抵抗溶接によってしっかりと取り付けることが好ましい。基板４００の連結用突出部４２０とバスバー３００の連結用小穴３２２との間の弾性的な係合により、その内部に複数の電池カートリッジが取り付けられている電池モジュール（図示せず）に基板４００を接続するときに、バスバー３００のバー本体３１０がいくらか圧力が負荷された状態で電池カートリッジの電極端子に接続されるので、溶接あるいははんだ付けを実施するのに好ましい状況がもたらされる。
【００６４】
図７は、図６の基板に接続される電池管理システム（ＢＭＳ）基板を示す斜視図である。
【００６５】
図７を参照すると、ＢＭＳ基板５００は、ユニットセルを制御するべくユニットセルの電圧および温度を監視するための回路（図示せず）がその上に形成されているプリント回路基板である。このＢＭＳ基板５００を基板４００に接触させると、基板４００の前面（あるいは外側表面）から露出している水平方向の折曲部分３４０（図６を参照）がＢＭＳ基板５００に直接的に接続され、それによってＢＭＳ基板５００と基板４００との間の電気的な接続が達成される。好ましくは、ＢＭＳ基板５００は、ＢＭＳ基板５００に形成されている貫通穴（図示せず）を介して、バスバーの水平方向の折曲部分に形成されている連結用の小穴３４２（図６を参照）にねじ込むように導電性のネジ５１０を挿入することによって、基板４００に連結される。その結果、ＢＭＳ基板５００と基板４００との間の機械的な連結および電気的な接続が同時に達成される。
【００６６】
図１乃至図７を参照して詳細に上述したように、本発明のバスバーに特有の構造によって組み立てを容易に実行することができる。また、このバスバーは、追加の接続部材を用いることなしにＢＭＳに接続することができる。さらにまた、機械的な連結および電気的な接続は組立状態においても優れている。したがって、外力、例えば衝撃あるいは振動がこの組立体に作用したときにも、機械的な連結および電気的な接続が安定的に維持される。
【００６７】
図８は、本発明の好適な実施形態の電池モジュールを製造するために用いる箱形のモジュールケースを典型的に示す斜視図であり、かつ図９は、本発明の好ましい実施形態の電池モジュールを典型的に示す斜視図である。
【００６８】
これらの図面を参照すると、モジュールケース６００は、前側開放部分６１０と、複数の電池カートリッジ１００が取り付けられる内部空間６２０とを有している。このモジュールケース６００は、ほぼ箱形に構成されている。このモジュールケース６００の上下の端部６３０、６４０には、このモジュールケース６００の内部空間６２０に連通する複数の貫通溝６６０が設けられている。状況によっては、これらの直通溝６６０をモジュールケース６００の後面６７０にも形成することができる。
【００６９】
複数の電池カートリッジ１００がモジュールケース６００の内側に取り付けられ、バスバー（図示せず）が取り付けられる基板４００はモジュールケース６００の前側開放部分６１０に取り付けられ、次いで基板４００はボルト及びナットを用いてモジュールケース６００にしっかりと組み付けられる。
【００７０】
組み立てが完了した後、モジュールケース６００の上端部６３０に形成されている導入孔６３２を介して溶接チップ（図示せず）が導入され、バスバー３００と電極端子の抵抗溶接を実行する。この抵抗溶接を実行するときに、他の溶接チップ（図示せず）は、基板４００の開口４１０を介して露出しているバスバー３００の外側表面に接続される。状況によっては、基板４００の開口４１０を介して露出しているバスバー３００にレーザ溶接を直接的に実行することもできる。そこを通って溶接チップが導入される導入孔６３２が図１に示されている電池カートリッジ１００の凹部１１５に連通しているので、溶接チップは、図１を参照して説明したように、凹部１１５および溶接用の小穴１１６を介して電極端子の後面に容易に接続することができる。
【００７１】
その後、ＢＭＳ基板５００は、基板４００の前面（外側表面）上に配置され、次いでネジ５１０によって基板４００に固定される。
【００７２】
状況によっては、安全プレート（図示せず）を基板４００の外側表面に取り付けることができる。
【００７３】
上述した組み立てによって完成した電池モジュール７００は、コンパクトな構造を有している。その結果、この電池モジュール７００の単位体積当たりの出力は高いものとなる。また、この電池モジュールは、外部からの影響に対し機械的および電気的に高い安定性を有する。
【００７４】
さらにまた、高出力で大きな電気容量のバッテリパックを製造するために、上述した構造を有する複数の電池モジュール７００を互いに電気的に接続することができる。この場合、電池モジュール７００間の電気的な接続は、基板４００の一方の側に連結される接続部材７１０によって達成される。接続部材７１０の詳細は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００５-３２５００号に記載されている。上述した特許出願における記載は、この参照によって本願明細書に組み込まれるものとする。
【００７５】
このバッテリパックは、電気自動車、特にハイブリッド電気自動車のための電力源としてきわめて有益である。
【００７６】
本発明の好ましい実施形態について例示を目的として開示したが、添付の請求の範囲に開示されているような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な変更、追加および置換が可能であることを当業者は理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
上述した説明から明らかなように、本発明のバスバーを電池モジュールあるいはバッテリパックに用いるときには、ユニットセルの電圧を検出するために追加の接続部材を用いる必要がない。したがって、この電池モジュールあるいはバッテリパックはコンパクトな構造に製造することができる。また、コンパクトな構造にもかかわらず、電気的な接続および機械的な連結が容易に達成される。さらにまた、電気的に接続した後における被接続領域の電気抵抗のような電気的な特性および外部からの衝撃あるいは振動に対する機械的強度が優れている。それに加えて、電池モジュールあるいはバッテリパックを製造するプロセスの間、または電池モジュールあるいはバッテリパックをメンテナンスするプロセスの間に、ユーザーあるいはオペレータが引き起こし得る短絡の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に用いることができる好ましい実施形態の電池カートリッジを示す斜視図。
【図２】図１の電池カートリッジに用いる内側フレーム部材を示す斜視図。
【図３】電池カートリッジに取り付けられる２つのユニットセルを示す斜視図。
【図４】本発明に用いることができる好ましい実施形態のバスバーを示す斜視図。
【図５】本発明に用いることができる好適な実施形態の基板を示す斜視図。
【図６】図５の基板に取り付けられる図４のバスバーを示す前側の斜視図。
【図７】図６の基板に接続される電池管理システム（ＢＭＳ）の基板を示す斜視図。
【図８】本発明の電池モジュールの好ましい実施形態を製造するために用いる箱形のモジュールケースを示す斜視図。
【図９】本発明の電池モジュールの好ましい実施形態を典型的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００７９】
１００  電池カートリッジ
２００  ユニットセル
３００  バスバー
４００  基板
５００  ＢＭＳ
６００  モジュールケース
７００  電池モジュール
【図１】
2009512982.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009512982.tif 000009
【図８】
2009512982.tif 000010
【図９】
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【国際調査報告】
2009512982.tif 000012
2009512982.tif 000013