(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバーアセンブリであって、
電池モジュールアセンブリを構成するためにセルモジュールアセンブリが互いに接触した状態で前記セルモジュールアセンブリが前記バスバーアセンブリの長手方向に配置されるように2つ以上のセルモジュールアセンブリを電気的に接続するためのバスバーアセンブリであって、
(a)電気絶縁性材料でできており、前記セルモジュールアセンブリの上端に取り付けられるカバープレートと、
(b)導電性接続部分が前記カバープレートに取り付けられた状態で前記セルモジュールアセンブリの外部入出力端子に電気的に接続される複数の導電性接続部分と、
(c)前記セルモジュールアセンブリの前記導電性接続部分を互いに電気的に接続するように前記セルモジュールアセンブリが配置される方向に垂直な方向で前記カバープレートの上端に取り付けられる2つ以上のバスバーとを含む、バスバーアセンブリ。
【請求項２】
前記セルモジュールアセンブリの電圧を測定するための感知部材は、前記導電性接続部分に電気的に接続されるように前記カバープレートの前記上端に取り付けられる、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項３】
前記導電性接続部分は、前記セルモジュールアセンブリの前記外部入出力端子および前記感知部材に電気的に接続される第1の導電性接続部分と、前記バスバーの対応する端部に電気的に接続される第2の導電性接続部分とを含む、請求項2に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項４】
前記セルモジュールアセンブリの前記外部入出力端子がそれを通って挿入され結合される締結穴は、前記第1の導電性接続部分に形成される、請求項3に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項５】
前記感知部材のそれぞれは、前記セルモジュールアセンブリの対応する1つの電圧を感知するために前記第1の導電性接続部分の対応する1つの上端に結合される端子接続部分と、前記端子接続部分によって感知された前記電圧をコントローラに送るためのコネクタと、前記端子接続部分を前記コネクタに接続するためのワイヤーとを含む、請求項3に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項６】
前記セルモジュールアセンブリの前記外部入出力端子がそれを通って挿入され結合される締結穴は、前記端子接続部分に形成される、請求項5に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項７】
前記導電性接続部分がその中に取り付けられる、押し下げられた溝は、前記カバープレートの対向端部に形成される、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項８】
前記カバープレートは、前記バスバーを固定するために前記バスバーに対応する位置に形成される上方突出締結部材を備える、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項９】
前記カバープレートは、前記セルモジュールアセンブリが配置される方向に取付け溝が延びるように前記カバープレートの中央部分に前記取付け溝を備え、前記取付け溝の中に、感知部材が取り付けられる、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項１０】
前記カバープレートは、貫通穴が上方へ突き出るように前記カバープレートの横方向縁部のそれぞれに位置する前部および後部に前記貫通穴を備え、前記貫通穴を通って、前記セルモジュールアセンブリを支持するための支持棒が挿入される、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項１１】
前記カバープレートは、前記カバープレートの横方向縁部の一方に位置する前部の一端に、接続部分が下方へ延びるように、前記電池モジュールアセンブリに隣接する電池モジュールアセンブリに電気的に接続された前記接続部分を備える、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項１２】
前記バスバーのそれぞれの対向端部は、前記バスバーが上から挿入されるように、流線形に曲げられる、請求項1に記載のバスバーアセンブリ。
【請求項１３】
請求項1に記載のバスバーアセンブリと、
複数のセルモジュールアセンブリを含むセルモジュールアセンブリスタックであって、前記セルモジュールアセンブリのそれぞれが、2つ以上のセルモジュールがカートリッジに取り付けられる構造を有するように構成され、前記セルモジュールのそれぞれが、セルカバーに取り付けられた1つまたは複数の電池セルを含み、前記セルモジュールアセンブリが、互いに接触するように前記バスバーアセンブリの長手方向に配置される、セルモジュールアセンブリスタックと、
前記セルモジュールアセンブリスタックの長手方向の両端における前部および後部にそれぞれ取り付けられる前部カバーおよび後部カバーとを含む、電池モジュールアセンブリ。
【請求項１４】
前記前部カバーおよび前記後部カバーはそれぞれ、その上端に第1の貫通穴を備え、前記第1の貫通穴通って、前記セルモジュールアセンブリスタックの上部を支持するための上部支持棒が挿入され結合される、請求項13に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１５】
前記前部カバーおよび前記後部カバーはそれぞれ、その下端に一対の第2の貫通穴を備え、前記第2の貫通穴を通って、前記セルモジュールアセンブリの下部を支持するための一対の下部支持棒が挿入され結合される、請求項13に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１６】
前記セルモジュールアセンブリのそれぞれは、
セルモジュールが互いに接触した状態でスタックされ、カートリッジに取り付けられたセルモジュールをそれぞれが有する前記2つ以上のセルモジュールを含むセルモジュールスタックと、
前記セルモジュールスタックの下端を支持するための下端プレートと、
前記下端プレートに配置された前記セルモジュールスタックの最上部カートリッジを固定するための上端プレートとを含み、
貫通穴が、互いに連通するように前記カートリッジ、前記上端プレート、および前記下端プレートに形成され、
締結高さを決定するための中空固定部材が、前記貫通穴を通って挿入され、
結合部材が、前記カートリッジ、前記上端プレート、および前記下端プレートを締結するために前記固定部材を通って挿入される、請求項13に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１７】
前記固定部材のそれぞれは、垂直断面で多角形または円形中空構造を有するように構成され、前記貫通穴のそれぞれの内側形状は、前記固定部材の対応する1つの外側形状に対応する、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１８】
前記固定部材のそれぞれの高さは、前記カートリッジ、前記上端プレート、および前記下端プレートの結合高さに対応する、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項１９】
前記結合部材のそれぞれの上端は、前記上端プレートを位置決めするために前記固定部材の対応する1つの上端のそれよりも大きい外周部分を有し、前記結合部材のそれぞれの下端は、前記下端プレートを位置決めするために前記固定部材の対応する1つの下端のそれよりも大きい外周部分を有する、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２０】
前記結合部材は、締結ボルトである、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２１】
前記上端プレートおよび前記下端プレートはそれぞれ、その中央部分に、前記電池セルへの放射熱の侵入を防止するための断熱部材を備える、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２２】
前記セルモジュールは、バスバーによって互いに並列に接続される、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２３】
前記バスバーのそれぞれは、
(a)それぞれが前記セルモジュールのそれぞれの電極端子の片側に接触する垂直湾曲部を含む、2つ以上のセルモジュール端子接続部分と、
(b)前記セルモジュール端子接続部分がそれに一体的に接続される、外部入出力端子接続部分とを含む、請求項22に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２４】
前記セルモジュール端子接続部分および前記外部入出力端子接続部分の本体は、前記セルモジュールスタックの片側に取り付けられるようにシート形状に構成される、請求項23に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２５】
前記外部入出力端子接続部分は、締結貫通穴を備え、前記締結貫通穴を通って外部入出力端子が挿入され結合される、請求項23に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２６】
前記セルモジュールスタックは、前記セルモジュールのそれぞれのカソード端子およびアノード端子が前記セルモジュールスタックの一端に位置するように前記セルモジュールがスタックされる構造を有するように構成される、請求項16に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２７】
前記セルモジュールの前記カソード端子を互いに並列に接続するためのカソード端子バスバーおよび前記セルモジュールの前記アノード端子を互いに並列に接続するためのアノード端子バスバーは、前記セルモジュールスタックに取り付けられ、前記バスバーは、互いに間隔のあいた状態で電気絶縁性部材(「絶縁性取付け部材」)に取り付けられる、請求項26に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２８】
前記バスバーのそれぞれは、
(a)それぞれが前記セルモジュールのそれぞれの電極端子の片側に接触する垂直湾曲部を含む、2つ以上のセルモジュール端子接続部分と、
(b)前記セルモジュール端子接続部分がそれに一体的に接続される、外部入出力端子接続部分とを含み、
前記バスバーは、前記セルモジュール端子接続部分の前記垂直湾曲部および前記外部入出力端子接続部分が上方へ露出されるように、インサート射出成形によって前記絶縁性取付け部材に一体的に取り付けられる、請求項27に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項２９】
支持棒がその中に取り付けられる取付け溝は、前記アノード端子バスバーと前記カソード端子バスバーとの間の前記絶縁性取付け部材に形成される、請求項27に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項３０】
前記電池セルのそれぞれは、樹脂層および金属層を含む積層シートでできたケースに取り付けられた電極アセンブリを有する袋状電池セルである、請求項13に記載の電池モジュールアセンブリ。
【請求項３１】
請求項13に記載の電池モジュールアセンブリを単位体として使用して製造される高電力、大容量電池パック。
【請求項３２】
前記電池パックは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵機器のための電力源として使用される、請求項31に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規構造を有するバスバーアセンブリに関し、より詳細には、電池モジュールアセンブリを構成するためにセルモジュールアセンブリが互いに密接に接触した状態または互いに隣接した状態でセルモジュールアセンブリが横方向に配置されるように2つ以上のセルモジュールアセンブリを電気的に接続するためのバスバーアセンブリに関し、このバスバーアセンブリは、(a)電気絶縁性材料でできており、セルモジュールアセンブリの上端に取り付けられるカバープレートと、(b)導電性接続部分がカバープレートに取り付けられた状態でセルモジュールアセンブリの外部入出力端子に電気的に接続される2つ以上の導電性接続部分と、(c)セルモジュールアセンブリの導電性接続部分を互いに電気的に接続するようにセルモジュールアセンブリが配置される方向に垂直な方向でカバープレートの上端に取り付けられる2つ以上のバスバーとを含む。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電の可能な二次電池は、無線携帯機器のため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、電気自動車(EV)およびハイブリッド電気自動車(HEV)のための電力源としてもかなり注目されており、それらは、化石燃料を使用する既存のガソリンおよびディーゼル車によって引き起こされる大気汚染などの問題を解決するために開発された。
【０００３】
小型携帯機器は、各機器について1つまたはいくつかの電池セルを使用する。他方で、車両などの中型または大型機器は、高電力および大容量がその中型または大型機器に必要であるので、互いに電気的に接続される複数の電池セルを有する中型または大型電池パックを使用する。
【０００４】
好ましくは、電池モジュールは、できるだけ小さいサイズおよび重量を有するように製造される。このため、高集積度でスタックでき、小さい重量対容量比を有する角柱電池または袋状電池が、中型または大型電池パックの電池セルとして通常使用される。特に、袋状電池は、軽量であり、袋状電池の製造コストは、低く、袋状電池の形状を変更することは、容易であるので、大きな関心は現在、被覆部材としてアルミニウム積層シートを使用する袋状電池に集中している。
【０００５】
一方では、電池モジュールが、所定の装置または機器によって要求される電力および容量を提供するためには、複数の電池セルを互いに直列にまたは並列に電気的に接続することが、必要である。電池モジュールの容量が増加するにつれて、電池モジュールは、容易な拡張性および安定構造を有することが必要である。特に、電池モジュールが、複数の電池セルまたは複数のセルモジュールを使用して構成され、セルモジュールのそれぞれが、所定数の電池セルを含む場合には、それらの間の機械的締結および電気的接続のための、バスバーなどの複数の部材が、一般に必要とされ、その結果機械的締結および電気的接続部材を組み立てるプロセスは、非常に複雑になる。
【０００６】
さらに、機械的締結および電気的接続部材の結合、溶接、またははんだ付けのためのスペースが、必要とされ、その結果電池システムのサイズ全体が、増加する。電池システムのサイズの増加は、上記の点から好ましくない。
【０００７】
また、電池モジュールは、複数の電池セルを組み合わせることによっても構成され、従って、電池モジュールアセンブリの安全性および動作効率は、電池セルのいくつかが過電圧、過電流、または過熱を被るときに大きく低下する。このため、そのような過電圧、過電流、または過熱を感知し、制御するための手段が、必要とされる。その結果、電圧センサーが、電池セルの動作状態を実時間でまたは所定の時間間隔で検査し、制御するために電池セルに接続される。電池モジュールの容量が増加するにつれて、そのような感知手段の据え付けまたは接続は、電池モジュールを組み立てるプロセスを非常に複雑にする。さらに、複数のワイヤーが、感知手段を据え付けるまたは接続するために必要とされ、その結果短絡が、電池モジュールで生じることもある。また、二次電池は、二次電池の応用範囲の拡張の結果として車両のための電力源としても使用される。従って、強い衝撃または振動が、電池モジュールに加えられるとき、感知手段の接触を安定して維持するための締結手段が、必要とされる。
【０００８】
その結果、バスバーアセンブリが、上述の問題を根本的に解決することができる新規構造を有することに対して高い必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明は、上記の問題およびまだ解決されなければならない他の技術的問題を解決するためになされた。
【００１０】
具体的には、機械的締結および電気的接続のための複数の部材を使用することなく複数のセルモジュールアセンブリを互いに電気的に接続するための、容易に拡張可能な特定の構造を有するバスバーアセンブリを提供することが、本発明の目的である。
【００１１】
バスバーアセンブリを含むセルモジュールアセンブリの構造的安定性が優れている電池モジュールを提供することが、本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によると、上記および他の目的は、電池モジュールアセンブリを構成するためにセルモジュールアセンブリが互いに密接に接触した状態または互いに隣接した状態でセルモジュールアセンブリが横方向に配置されるように2つ以上のセルモジュールアセンブリを電気的に接続するためのバスバーアセンブリを提供することによって成し遂げることができ、そのバスバーアセンブリは、(a)電気絶縁性材料でできており、セルモジュールアセンブリの上端に取り付けられるカバープレートと、(b)導電性接続部分がカバープレートに取り付けられた状態でセルモジュールアセンブリの外部入出力端子に電気的に接続される2つ以上の導電性接続部分と、(c)セルモジュールアセンブリの導電性接続部分を互いに電気的に接続するようにセルモジュールアセンブリが配置される方向に垂直な方向でカバープレートの上端に取り付けられる2つ以上のバスバーとを含む。
【００１３】
本発明によるバスバーアセンブリでは、バスバーは、モジュール式アセンブリ構造を有するように構成される。その結果、バスバーアセンブリは、小型であり、バスバーアセンブリのアセンブリプロセスは、簡略化される。さらに、追加のセルモジュールアセンブリが、電池モジュールアセンブリの容量を増加させるためにさらに取り付けられる場合には、同じ種類のバスバーアセンブリを繰り返し結合することが、可能であり、それによって従来の電池モジュールアセンブリの構造と比べて拡張性および維持管理を改善する。
【００１４】
好ましい例では、セルモジュールアセンブリの電圧を測定するための感知部材は、導電性接続部分に電気的に接続されるようにカバープレートの上端に取り付けられてもよい。
【００１５】
導電性接続部分は、セルモジュールアセンブリの外部入出力端子および感知部材に電気的に接続される第1の導電性接続部分と、バスバーの対応する端部に電気的に接続される第2の導電性接続部分とを含んでもよい。
【００１６】
上記の構造では、セルモジュールアセンブリの外部入出力端子がそれを通って挿入され結合される締結穴が、第1の導電性接続部分に形成されてもよく、それによって外部入出力端子と導電性接続部分との間の電気的接続を達成する。
【００１７】
感知部材のそれぞれは、セルモジュールアセンブリの対応する1つの電圧を感知するために第1の導電性接続部分の対応する1つの上端に結合される端子接続部分と、端子接続部分によって感知された電圧をコントローラに送るためのコネクタと、端子接続部分をコネクタに接続するためのワイヤーとを含んでもよい。
【００１８】
上記の構造では、セルモジュールアセンブリの外部入出力端子がそれを通って挿入され結合される締結穴がまた、端子接続部分に形成されてもよい。
【００１９】
感知部材は、外部入出力端子およびバスバーの導電性接続部分に接続される。その結果、アセンブリプロセスは、簡略化され、感知部材は、電圧を安定して感知するための小型構造を有する。
【００２０】
一方では、バスバーおよび感知部材は、カバープレートに容易に取り付けられる。
【００２１】
例えば、導電性接続部分がその中に取り付けられる、押し下げられた溝が、カバープレートの対向端部に形成されてもよい。その結果、導電性接続部分は、カバープレートから外側へ突き出ることなく、従って、バスバーアセンブリの全体構造は、小型である。
【００２２】
カバープレートは、バスバーを固定するためにバスバーに対応する位置に形成される上方突出締結部材を備える。締結部材のそれぞれの内側上端は、バスバーを固定して締結するために上方へテーパー状の構造を有するように構成されてもよい。その結果、カバープレートへのバスバーの機械的結合は、容易に達成される。
【００２３】
カバープレートは、セルモジュールアセンブリが配置される方向にその取付け溝が延びるように、カバープレートの中央部分に取り付け溝を備えてもよく、この取り付け溝の中に、感知部材が取り付けられる。
【００２４】
好ましくは、カバープレートは、それの前部および後部に貫通穴を備え、この貫通穴を通って、セルモジュールアセンブリを支持するための支持棒が挿入され、その貫通穴は、上方へ突き出る。この構造では、カバープレートをセルモジュールアセンブリの上端に容易に取り付けることが可能である。
【００２５】
カバープレートは、接続部分が下方へ延びるように、隣接電池モジュールアセンブリに電気的に接続された接続部分をカバープレートの前部の一端に備えてもよい。従って、必要に応じて、複数の電池モジュールアセンブリが、容量を増加させるために互いに電気的に接続されてもよい。この場合には、電池モジュールアセンブリは、小型構造を有するように接続されてもよい。
【００２６】
バスバーのそれぞれの対向端部は、バスバーを上から容易に挿入できるように、流線形に曲げられてもよい。
【００２７】
本発明の別の態様によると、上記のバスバーアセンブリを含む新規構造を有する電池モジュールアセンブリが提供される。
【００２８】
具体的には、本発明による電池モジュールアセンブリは、上述の構成を持つバスバーアセンブリと、複数のセルモジュールアセンブリを含むセルモジュールアセンブリスタックであって、セルモジュールアセンブリのそれぞれが、2つ以上のセルモジュールがカートリッジに取り付けられる構造を有するように構成され、セルモジュールのそれぞれが、セルカバーに取り付けられた1つまたは複数の電池セルを含み、セルモジュールアセンブリが、互いに密接に接触するまたは互いに隣接するように横方向に配置される、セルモジュールアセンブリスタックと、セルモジュールアセンブリスタックの前部および後部にそれぞれ取り付けられる前部カバーおよび後部カバーとを含んでもよい。
【００２９】
好ましくは、セルモジュールのそれぞれは、例えば3つの電池セルを含み、セルモジュールアセンブリのそれぞれは、例えば3つのセルモジュールを含み、セルモジュールアセンブリスタックは、例えば4つのセルモジュールアセンブリを含む。
【００３０】
また、上述の構成を持つ電池モジュールアセンブリでは、セルモジュールアセンブリスタックは、前部カバーおよび後部カバーによって支持されてもよい。その結果、外部の力または振動に起因するセルモジュールアセンブリスタックへの損傷を効果的に防止することが、可能であり、それによって電池モジュールアセンブリの全体の構造的安定性を確保する。
【００３１】
前部カバーおよび後部カバーはそれぞれ、その上端に、第1の貫通穴を備えてもよく、この第1の貫通穴を通って、セルモジュールアセンブリスタックの上部を支持するための上部支持棒が挿入され結合される。その結果、上部支持棒は、前部カバーおよび後部カバーの第1の貫通穴を通って容易に挿入され、それによって上部支持棒を介して前部カバーと後部カバーとの間の接続を容易に達成する。
【００３２】
前部カバーおよび後部カバーはそれぞれ、その下端に、一対の第2の貫通穴を備えてもよく、この第2の貫通穴を通って、セルモジュールアセンブリスタックの下部を支持するための一対の下部支持棒が挿入され結合される。その結果、下部支持棒は、前部カバーおよび後部カバーの第2の貫通穴を通って容易に挿入され、それによって下部支持棒を介して前部カバーと後部カバーとの間の接続を容易に達成する。
【００３３】
好ましい例では、セルモジュールアセンブリのそれぞれは、セルモジュールが互いに密接に接触した状態または互いに隣接した状態でスタックされ、カートリッジに取り付けられたセルモジュールをそれぞれが有する2つ以上のセルモジュールを含むセルモジュールスタックと、セルモジュールスタックの下端を支持するための下端プレートと、下端プレートに配置されたセルモジュールスタックの最上部カートリッジを固定するための上端プレートとを含んでもよい。貫通穴は、互いに連通するように、カートリッジ、上端プレート、および下端プレートに形成されてもよく、締結高さを決定するための中空固定部材は、貫通穴を通って挿入されてもよく、結合部材は、カートリッジ、上端プレート、および下端プレートを締結するために固定部材を通って挿入されてもよい。
【００３４】
固定部材のそれぞれは、垂直断面で多角形または円形中空構造を有するように構成されてもよく、貫通穴のそれぞれの内側形状は、固定部材の対応する1つの外側形状に対応してもよい。その結果、固定部材は、貫通穴を通って容易に挿入できる。
【００３５】
固定部材のそれぞれの高さは、カートリッジ、上端プレート、および下端プレートの結合高さに対応してもよい。固定部材のそれぞれは、金属材料でできていてもよい。
【００３６】
結合部材のそれぞれの上端は、上端プレートを位置決めするために固定部材の対応する1つの上端のそれよりも大きい外周部分を有してもよく、結合部材のそれぞれの下端は、下端プレートを位置決めするために固定部材の対応する1つの下端のそれよりも大きい外周部分を有してもよい。
【００３７】
結合部材を固定部材に容易に結合できる限り、結合部材は、特に制限されない。例えば、結合部材は、締結ボルトであってもよい。
【００３８】
上記の構造では、結合部材のそれぞれはさらに、締結ボルトの対応する1つの下端に結合される締結ナットを含んでもよい。上端プレートおよび下端プレートは、金属材料でできていてもよい。
【００３９】
上端プレートおよび下端プレートはそれぞれ、その中央部分に電池セルへの放射熱の侵入を防止するための断熱部材を備えてもよい。
【００４０】
一方では、セルモジュールは、バスバーによって互いに並列に接続されてもよい。
【００４１】
好ましい例では、バスバーのそれぞれは、(a)セルモジュールのそれぞれの電極端子の片側に接触する垂直湾曲部を含む、2つ以上のセルモジュール端子接続部分と、(b)セルモジュール端子接続部分がそれに一体的に接続される、外部入出力端子接続部分とを含んでもよい。
【００４２】
セルモジュール端子接続部分および外部入出力端子接続部分の本体は、セルモジュールスタックの片側に取り付けることができるようにシート形状に構成されてもよい。
【００４３】
外部入出力端子接続部分は、締結貫通穴を備えてもよく、それを通って外部入出力端子が、挿入され結合される。その結果、外部入出力端子は、締結貫通穴を通って外部入出力端子接続部分に容易に挿入できる。
【００４４】
セルモジュールスタックは、セルモジュールのそれぞれのカソード端子およびアノード端子がセルモジュールスタックの一端に位置するようにセルモジュールがスタックされる構造を有するように構成されてもよい。
【００４５】
上記の構造では、セルモジュールスタックは好ましくは、セルモジュールのカソード端子を互いに並列に接続するためのカソード端子バスバーおよびセルモジュールのアノード端子を互いに並列に接続するためのアノード端子バスバーが、セルモジュールスタックに取り付けられ、バスバーが、互いに間隔のあいた状態で電気絶縁性部材(「絶縁性取付け部材」)に取り付けられる構造を有するように構成される。
【００４６】
バスバーは、セルモジュール端子接続部分の垂直湾曲部および外部入出力端子接続部分が上方へ露出されるように、インサート射出成形によって絶縁性取付け部材に一体的に取り付けられてもよい。この構造は、バスバーと絶縁性取付け部材との間の結合が追加のアセンブリプロセスを必要としないので好ましい。
【００４７】
好ましい例では、支持棒がその中に取り付けられる、取付け溝は、アノード端子バスバーとカソード端子バスバーとの間の絶縁性取付け部材に形成されてもよい。
【００４８】
電池セルのそれぞれは、樹脂層および金属層を含む積層シートでできたケースに取り付けられた電極アセンブリを有する袋状電池セルであってもよい。好ましくは、電池セルのそれぞれは、袋状リチウム二次電池である。
【００４９】
本発明のさらなる態様によると、上述の構成を持つ電池モジュールアセンブリを単位体として使用して製造される高電力、大容量電池パックが、提供される。
【００５０】
本発明による電池パックは一般に、小型構造を有し、構造的に安定した機械的締結および電気的接続は、多数の部材を使用することなく達成される。また、4、6、8、または10などの所定数のセルモジュールアセンブリが、電池パックを構成してもよく、従って、必要数の電池パックを限られたスペースに効果的に取り付けることが、可能である。
【００５１】
本発明による電池パックは、所望の電力および容量に基づいて電池モジュールアセンブリを組み合わせることによって製造されてもよい。前に述べたような据え付け効率および構造的安定性を考慮して、本発明による電池パックは好ましくは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵機器のための電力源として使用される。しかしながら、電池パックの応用範囲は、それらに限定されない。
【００５２】
本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付の図面を併用する次の詳細な説明からより明確に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態によるバスバーアセンブリを示す斜視図である。
【図２】図1のバスバーアセンブリが電池モジュールに取り付けられる構造を示す斜視図である。
【図３】図2の電池モジュールアセンブリを示す斜視図である。
【図４】図3の電池モジュールアセンブリを示す分解斜視図である。
【図５】セルモジュールアセンブリが図3の下部支持棒に取り付けられるプロセスを示す斜視図である。
【図６】セルモジュールアセンブリが図3の下部支持棒に取り付けられるプロセスを示す斜視図である。
【図７】図3の電池モジュールを典型的に示す平面図である。
【図８】図7の電池モジュールを製造するために使用される固定部材および結合部材を締結するプロセスを示す斜視図である。
【図９】図7の部分的拡大斜視図である。
【図１０】本発明の別の実施形態によるバスバーを示す斜視図である。
【図１１】バスバーと絶縁性取付け部材との間の結合状態を示す平面図である。
【図１２】バスバーと絶縁性取付け部材との間の結合状態を示す斜視図である。
【図１３】図3のセルモジュールアセンブリを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
今から、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して詳細に述べられることになる。しかしながら、本発明の範囲は、例示される実施形態によって限定されないことに留意すべきである。
【００５５】
図1は、本発明の実施形態によるバスバーアセンブリを典型的に示す斜視図であり、図2は、図1のバスバーアセンブリが電池モジュールアセンブリに取り付けられる構造を典型的に示す斜視図である。
【００５６】
これらの図面を参照すると、電池モジュール400を互いに直列に電気的に接続するためのバスバーアセンブリ500は、セルモジュールアセンブリ230の上端に取り付けられる。
【００５７】
バスバーアセンブリ500は、電気絶縁性材料でできており、セルモジュールアセンブリ230の上端に取り付けられるカバープレート510と、6つの導電性接続部分520と、3つのバスバー530とを含む。
【００５８】
また、導電性接続部分520は、カバープレート510に取り付けられた状態でセルモジュールアセンブリ230の外部入出力端子402に電気的に接続されもする。バスバー530は、セルモジュールアセンブリ230の導電性接続部分520を互いに電気的に接続するためにセルモジュールアセンブリ230が配置される方向に垂直な方向でカバープレート510の上端に取り付けられる。
【００５９】
セルモジュールアセンブリ230の電圧を測定するための感知部材540は、導電性接続部分520に電気的に接続されるようにカバープレート510の上端に取り付けられる。導電性接続部分520は、セルモジュールアセンブリ230の外部入出力端子402および感知部材540に電気的に接続される第1の導電性接続部分521と、バスバー530の対応する端部に電気的に接続される第2の導電性接続部分522とを含む。
【００６０】
また、セルモジュールアセンブリ230の外部入出力端子402が通って挿入され結合される、締結穴525も、第1の導電性接続部分521に形成される。
【００６１】
感知部材540のそれぞれは、セルモジュールアセンブリ230の対応する1つの電圧を感知するために第1の導電性接続部分521の対応する1つの上端に結合される端子接続部分541と、端子接続部分541によって感知された電圧をコントローラ(図示せず)に送るためのコネクタ542と、端子接続部分541をコネクタ542に接続するためのワイヤー543とを含む。
【００６２】
セルモジュールアセンブリ230の外部入出力端子402が通って挿入され結合される、締結穴525は、それぞれの端子接続部分541に形成される。
【００６３】
また、導電性接続部分521がその中に取り付けられる、押し下げられた溝523も、カバープレート510の対向端部に形成される。
【００６４】
カバープレート510は、バスバー530を固定するためにバスバー530に対応する位置に形成される上方突出締結部材531を備える。締結部材531のそれぞれの内側上端は、バスバー530を固定して締結するために上方へテーパー状の構造を有するように構成される。
【００６５】
カバープレート510は、その中央部分に取付け溝543を備え、その中に感知部材540が、取り付けられる。取付け溝543は、セルモジュールアセンブリ230が配置される方向に延びる。
【００６６】
一方では、カバープレート510は、それの前部および後部に貫通穴511を備え、それを通ってセルモジュールアセンブリ230を支持するための支持棒330が、挿入される。貫通穴511は、上方へ突き出る。
【００６７】
また、カバープレート510は、それの前部の一端に隣接電池モジュールアセンブリ(図示せず)に電気的に接続される接続部分512も提供される。接続部分512は、下方へ延びる。
【００６８】
一方では、バスバー530のそれぞれの対向端部は、バスバー530を上から容易に挿入できるように、流線形に曲げられる。
【００６９】
図3は、図2の電池モジュールアセンブリを典型的に示す斜視図であり、図4は、図3の電池モジュールアセンブリを典型的に示す分解斜視図であり、図5および6は、セルモジュールアセンブリが図3の下部支持棒に取り付けられるプロセスを示す斜視図である。
【００７０】
図2と一緒にこれらの図面を参照すると、電池モジュールアセンブリ300は、複数のセルモジュールアセンブリ230と、前部カバー310および後部カバー320と、上部支持棒330と、一対の下部支持棒340とを含む。
【００７１】
セルモジュールアセンブリスタック220は、4つのセルモジュールアセンブリ230を含み、セルモジュールアセンブリのそれぞれは、複数のセルモジュールが互いに直列および/または並列に接続された状態でカートリッジ350に取り付けられる構造を有するように構成され、セルモジュールのそれぞれは、3つの電池セルを含む。セルモジュールアセンブリ230は、互いに密接に接触した状態で互いに電気的に接続されるように横方向に配置される。
【００７２】
前部カバー310および後部カバー320は、セルモジュールアセンブリスタック220の最外部セルモジュールアセンブリの前部および後部を覆う。上部支持棒330は、セルモジュールアセンブリスタック220の上部を支持するためにセルモジュールアセンブリスタック220の上端で前部カバー310および後部カバー320を互いに接続する。
【００７３】
また、下部支持棒340は、セルモジュールアセンブリスタック220の下部を支持するためにセルモジュールアセンブリスタック220の下端で前部カバー310および後部カバー320を互いに接続もする。
【００７４】
前部カバー310の上端には第1の貫通穴312が、形成され、それを通って上部支持棒330が、挿入され結合される。後部カバー320の上端にもまた別の第1の貫通穴312が、形成され、それを通って上部支持棒330が、挿入され結合される。前部カバー310の下端の対向側部には一対の第2の貫通穴314が、形成され、それらを通って下部支持棒340が、挿入され結合される。後部カバー320の下端の対向側部にもまた別の一対の第2の貫通穴314が、形成され、それらを通って下部支持棒340が、挿入され結合される。
【００７５】
図7は、図3のセルモジュールアセンブリのそれぞれを構成するセルモジュールを典型的に示す断面図であり、図8は、図7のセルモジュールを製造するために使用される固定部材および結合部材を締結するプロセスを示す斜視図である。また、図9は、図7の部分的拡大斜視図でもある。
【００７６】
これらの図面を参照すると、セルモジュールアセンブリ230は、セルモジュールスタック232、下端プレート236、および上端プレート234を含む。
【００７７】
セルモジュールスタック232は、セルモジュールが互いに密接に接触した状態でスタックされる3つのセルモジュールを含む。下端プレート236は、セルモジュールスタック232の下端を支持する。
【００７８】
また、上端プレート234は、下端プレート236に配置されたセルモジュールスタック232の最上部カートリッジ(図示せず)を固定もする。
【００７９】
カートリッジ(図示せず)、上端プレート234、および下端プレート236は、それらの4つのコーナーに貫通穴470を備える。カートリッジ、上端プレート234、および下端プレート236の貫通穴470は、互いに連通する。貫通穴470を通って、締結高さを決定するための中空固定部材480が、挿入される。固定部材480を通って、カートリッジ、上端プレート234、および下端プレート236を締結するための結合部材490が、挿入される。
【００８０】
固定部材480のそれぞれは、垂直断面で円形中空構造を有するように構成される。貫通穴470のそれぞれの内側形状は、固定部材480の対応する1つの外側形状に対応する。また、固定部材480のそれぞれの高さは、カートリッジ、上端プレート234、および下端プレート236の結合高さに対応もする。固定部材480のそれぞれは、金属材料でできている。
【００８１】
締結ボルトである結合部材490のそれぞれの上端の外周部分は、上端プレート234を位置決めするために固定部材480の対応する1つの上端のそれよりも大きく、結合部材490のそれぞれの下端の外周部分は、下端プレート236を位置決めするために固定部材480の対応する1つの下端のそれよりも大きい。
【００８２】
また、結合部材490のそれぞれは、締結ボルトの対応する1つの下端に結合される締結ナット(図示せず)も含む。上端プレート234および下端プレート236は、金属材料でできている。
【００８３】
上端プレート234および下端プレート236はそれぞれ、その中央部分に電池セルへの放射熱の侵入を防止するための断熱部材238を備える。セルモジュール430は、バスバー432によって互いに並列に電気的に接続される。
【００８４】
図10は、本発明の別の実施形態によるバスバーを典型的に示す斜視図であり、図11および12は、バスバーと絶縁性取付け部材との間の結合状態をそれぞれ示す平面図および斜視図である。
【００８５】
また、図13は、図3のセルモジュールアセンブリの1つを典型的に示す斜視図でもある。
【００８６】
図8と一緒にこれらの図面を参照すると、バスバー432は、それぞれが各セルモジュール430の電極端子の片側に接触する垂直湾曲部を含む、3つのセルモジュール端子接続部分433と、セルモジュール端子接続部分433がそれに一体的に接続される、外部入出力端子接続部分436とを含む。
【００８７】
セルモジュール端子接続部分433および外部入出力端子接続部分436の本体は、バスバーをセルモジュールスタック232の片側に取り付けることができるようにシート形状に構成される。外部入出力端子接続部分436には締結貫通穴437が、形成され、それを通って外部入出力端子451および452が、挿入される。
【００８８】
セルモジュールスタック232は、セルモジュール430のそれぞれのカソード端子453およびアノード端子455がセルモジュールスタック232の一端に位置するようにセルモジュール430がスタックされる構造を有するように構成される。
【００８９】
また、単位モジュールのカソード端子453を互いに並列に接続するためのカソード端子バスバー461および単位モジュールのアノード端子455を互いに並列に接続するためのアノード端子バスバー462も、セルモジュールスタック232に取り付けられる。バスバー461および462は、互いに間隔のあいた状態で絶縁性取付け部材458に取り付けられる。
【００９０】
バスバー461および462は、セルモジュール端子接続部分433の垂直湾曲部および外部入出力端子接続部分436が上方へ露出されるように、インサート射出成形によって絶縁性取付け部材458に一体的に取り付けられる。上部支持棒がその中に取り付けられる、取付け溝459は、アノード端子バスバー462とカソード端子バスバー461との間の絶縁性取付け部材458に形成される。
【００９１】
本発明の好ましい実施形態が、例示目的で開示されたけれども、当業者は、様々な変更、追加および置換えが、添付の特許請求の範囲で開示され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可能であることを理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
上記の説明から明らかであるように、本発明によるバスバーアセンブリは、カバープレートに配置されたバスバーおよび感知部材を含む。その結果、小型構造を有するようにセルモジュールアセンブリを構成しながら、セルモジュールアセンブリの拡張性および維持管理を改善することが、可能である。
【符号の説明】
【００９３】
220  セルモジュールアセンブリスタック
230  セルモジュールアセンブリ
232  セルモジュールスタック
234  上端プレート
236  下端プレート
238  断熱部材
300  電池モジュールアセンブリ
310  前部カバー
312  第1の貫通穴
314  第2の貫通穴
320  後部カバー
330  上部支持棒
340  下部支持棒
350  カートリッジ
400  電池モジュール
402  外部入出力端子
430  セルモジュール
432  バスバー
433  セルモジュール端子接続部分
436  外部入出力端子接続部分
437  締結貫通穴
451  外部入出力端子
452  外部入出力端子
453  カソード端子
455  アノード端子
458  絶縁性取付け部材
459  取付け溝
461  カソード端子バスバー
462  アノード端子バスバー
470  貫通穴
480  固定部材
490  結合部材
500  バスバーアセンブリ
510  カバープレート
511  貫通穴
512  接続部分
520  導電性接続部分
521  第1の導電性接続部分
522  第2の導電性接続部分
523  押し下げられた溝
525  締結穴
530  バスバー
531  締結部材
540  感知部材
541  端子接続部分
542  コネクタ
543  ワイヤー、取付け溝
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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