(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池モジュールを構成する電池セルの電圧を検知するための電圧検知部材であって、
(a)前記電池セルの電極端子接合部に相当する前記電池モジュールの領域である前記電池モジュールの前部および後部の底部に取り付けられている、前部支持部分および後部支持部分の1対の支持部分と、
(b)前記前部支持部分と前記後部支持部分を電気的に相互接続するための接続部分と、
(c)一方の終端が、対応する前記支持部分にワイヤを介して結合された導電性検知部分であって、それぞれの前記導電性検知部分がそれぞれの前記ワイヤより大きな接触面を有する導電性検知部分と、
(d)検知された前記電池セルの電圧を電池制御デバイスに伝達するように前記前部支持部分または前記後部支持部分上に取り付けられたコネクタとを含み、
前記導電性検知部分が、前記電池セルの前記電極端子接合部に面接触方式で接続される電圧検知部材。
【請求項２】
前記導電性検知部分がプレート細長片形状に構成される請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項３】
前記導電性検知部分が電極端子接合部より小さなサイズを有し、それぞれの前記電極端子接合部の一部分が、それぞれの前記導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断される請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項４】
それぞれの前記導電性検知部分が、それぞれの前記電極端子接合部の幅の10から80%に等しい幅を有する請求項3に記載の電圧検知部材。
【請求項５】
それぞれの前記導電性検知部分が、それぞれの前記電極端子接合部の高さの20から70%に等しい高さを有する請求項3に記載の電圧検知部材。
【請求項６】
それぞれの前記導電性検知部分が、対応する前記電極端子接合部のうちの1つに対して、それぞれの前記電極端子接合部の接続領域の30から60%に等しい面接続領域を有する請求項3に記載の電圧検知部材。
【請求項７】
それぞれの前記電極端子接合部において、前記電極端子の一方の側(a)が、それぞれの前記導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断され、電極端子の一方の側(a)および対応する前記導電性検知部分のうちの1つが、電極端子の他方の側(b)に面接触方式で接続される請求項3に記載の電圧検知部材。
【請求項８】
前記電極端子接合部と前記導電性検知部分の間の接続が溶接によって達成される請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項９】
前記前部支持部分および前記後部支持部分がプリント回路基板(PCB)で形成される請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項１０】
前記導電性検知部分が銅片で形成される請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項１１】
前記電池セルの陰極端子に対向する前記電池セルの陽極端子の終端が互いに対向する方向へ、前記電極端子接合部が垂直に曲げられる請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項１２】
前記陰極端子が銅電極リードであり、前記陽極端子がアルミニウム電極リードである請求項11に記載の電圧検知部材。
【請求項１３】
それぞれの前記電極端子接合部で、前記銅電極リードのそれぞれの終端が、それぞれの前記導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断され、それぞれの前記銅電極リードおよび対応する前記導電性検知部分のうちの1つが、アルミニウム電極リードのそれぞれに溶接で結合される請求項12に記載の電圧検知部材。
【請求項１４】
それぞれの前記導電性検知部分と、対応する前記電極端子接合部のうちの1つとの間の接続領域に、絶縁保護皮膜が設けられる請求項1に記載の電圧検知部材。
【請求項１５】
請求項1から14のいずれか一項に記載の電圧検知部材を含む電池モジュール。
【請求項１６】
(a)電池セルまたはユニットモジュールが横方向に立っている状態で互いに直列接続された複数の前記電池セルまたは前記ユニットモジュールを含む電池セルスタックと、
(b)前記電池セルスタックの一方の側を囲み、かつ前記電池セルスタックの上端の一部分および下端の一部分を囲む構造に構成された上部ケースであって、その前部に外部入力端子および外部出力端子が設けられている上部ケースと、
(c)前記電池セルスタックの他方の側を囲み、かつ前記電池セルスタックの前記上端の一部分および前記下端の一部分を囲うように前記上部ケースに結合された下部ケースであって、その前部に、前記電池セルの電極端子を前記外部入力端子および外部出力端子に接続するためのバスバーが設けられ、その底部に前記電圧検知部材が取り付けられている下部ケースと、
(d)前記電池セルの前記電極端子と前記外部からのバスバーの間の接続領域を保護するために前記下部ケースの前記前部に取り付けられた前部カバーであって、絶縁材料で作製されている前部カバーとを含む請求項15に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記電圧検知部材が、電極端子接合部、支持部分、および接続部分に結合されるように前記下部ケースの前記前部および後部の上に画定された空間に取り付けられた導電性検知部分であって、前記支持部分および前記接続部分が前記下部ケースの底部に取り付けられている導電性検知部分を含む請求項16に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
前記電池セルスタックが、それぞれがその上端および下端に形成された電極端子を有するプレート形の電池セルを含む複数のユニットモジュールを含み、各ユニットモジュールが、前記電池セルの電極端子が互いに直列接続される積層構造に構成された2つ以上の電池セルを含み、前記電極端子接合部が、前記電池セルが積み重なるように曲げられ、1対の高強度セルカバーが、互いに結合されるときに、前記電池セルの前記電極端子を除いて前記電池セルの外部を囲むように構成される請求項16に記載の電池モジュール。
【請求項１９】
前記下部ケースの前記前部および後部に、前記電圧検知部材の支持部分および導電性検知部分が配置される空間が設けられ、前記導電性検知部分が、前記電池セルの前記電極端子の曲がった直列接続領域の部分(電極端子接合部)に溶接によって面接触方式で接続される請求項16に記載の電池モジュール。
【請求項２０】
前記下部ケースの前部に1対のスリットが設けられ、これらのスリットを通って前記電池セルスタックの最も外側の電極端子が挿入され、前記電池セルスタックの前記最も外側の電極端子が、前記スリットを通って挿入され、次いで前記下部ケースの前記前部に配置された前記バスバーに接続される請求項16に記載の電池モジュール。
【請求項２１】
前記下部ケースの前記後部に、前記バッテリーモジュールの動作を監視して制御するための電圧検知部材に接続された電池制御デバイスが設けられる請求項16に記載の電池モジュール。
【請求項２２】
請求項15に記載のバッテリーモジュールをユニットボディとして使用して製造された電池システム。
【請求項２３】
前記電池システムが、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインのハイブリッド電気自動車用に電源として使用される請求項22に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検知部材に関し、より詳細には、電池モジュールを構成する電池セルの電圧を検知するための電圧検知部材に関するものであり、この電圧検知部材は、電池セルの電極端子接合部に相当する電池モジュールの部分である電池モジュールの前部および後部の底部に取り付けられている前部支持部分および後部支持部分の1対の支持部分と、前部支持部分と後部支持部分を電気的に相互接続するための接続部分と、一方の終端が、対応する支持部分にワイヤを介して結合された導電性検知部分であって、それぞれの導電性検知部分がそれぞれのワイヤより大きな接触面を有する導電性検知部分と、検知された電池セルの電圧を電池制御デバイスに伝達するように前部支持部分または後部支持部分上に取り付けられたコネクタとを含み、導電性検知部分は、電池セルの電極端子接合部に面接触方式で接続される。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電可能な2次電池が、エネルギー源として無線モバイルデバイスに広く使用されている。また、化石燃料を使用する既存のガソリン車およびディーゼル車によって引き起こされた大気汚染などの問題を解決するために開発されている電気自動車(EV)およびハイブリッド電気自動車(HEV)用の電源として、2次電池が非常に注目されている。
【０００３】
小型のモバイルデバイスは、各デバイスにつき1つまたはいくつかの電池セルを使用する。一方、車両などの中型または大型のデバイスは、高出力かつ大容量のものが必要であるため、互いに電気的に接続された複数の電池セルを有する中型または大型の電池モジュールを使用する。
【０００４】
好ましくは、中型または大型の電池モジュールはできるだけ小さなサイズで軽量に製造される。このために、高集積度で積み重ねることができて重量対容量比が小さい角柱状電池または小袋形電池が、中型または大型の電池モジュールの電池セルとして通常使用される。特に、小袋形電池は、軽量で製造原価が安く、形状変更も容易であるため、被覆部材としてアルミニウム積層板を使用する小袋形電池に多くの関心が寄せられている。
【０００５】
また、電池モジュールは、互いに組み合わせた複数の電池セルを含む構造体であり、その結果、電池セルのいくつかで過電圧、過電流、および過熱が生じると、安全性および電池モジュールの動作効率が低下する可能性がある。したがって、過電圧、過電流、および過熱を検知するための検知ユニットが必要である。具体的には、電圧センサが、リアルタイムで、または所定の時間間隔で電池セルの動作を検知して制御するように電池セルに接続される。
【０００６】
2次電池の用途範囲の拡大の結果として、2次電池は車両用電源として用いられている。このために、2次電池に強い衝撃または振動が加えられるときさえ、検知ユニットの安定した接続状態を維持する必要がある。
【０００７】
したがって、従来型の電池モジュールでは、電池セルの電圧は、ボルトおよびリベットを使用する機械的結合方式、またはばねを使用する点接触方式で検知される。
【０００８】
ボルトを使用する機械的結合方式では、バスバーが、ボルトによって所定のトルクで電池セルの電極リードに結合される。この結合方式では、振動などの外力によってボルトが緩む可能性がある。したがって、ボルトが緩むのを防止するように、最適トルク値を反映して管理する必要がある。また、比較的弱い電極リードに応力が集中して電極リードが疲労し、その結果、電極端子接合部に形成された孔を通して結合されたボルトが折れ易くなる。
【０００９】
一方、リベットを使用する機械的結合方式では、電池セルの電極リードがリベットを介して互いに接続される。この結合方式では、外力によるリベットの緩み度合いは、ボルトを使用する機械的結合方式ほどではない。しかし、この結合方式でさえ、孔を通してリベットを挿入するように、電極端子接合部に孔を形成する必要があり、その結果、ボルトを使用する機械的結合方式で生じる破損に類似した破損が生じる可能性がある。
【００１０】
すなわち、機械的結合方式は、電池モジュールに振動などの外力が加えられると、ボルトの緩みによって検知不良が生じるという問題があり、電池モジュールに外力が加えられると、ボルトまたはリベットを孔を通して挿入するように電池セルの電極端子に形成された孔に応力が集中し、その結果、孔が破損する。
【００１１】
ばねを使用する点接触方式では、検知は電池セルの電極リードとばねの間の直接点接触によって行われる。すなわち、全体の面によって検知するのでなく、対応する電池セルの電圧が特定の点を用いて検知される。しかし、この点接触方式では、外力によって検知面が分離されるか、または、検知部分の間に異物が導入されることがあり、その結果、安定した電圧検知が不可能になる恐れがある。
【００１２】
したがって、電池セルの電極リードおよび同リードを含む電池モジュールに対して安定した検知を行うことができる特定の構造体を有する電圧検知部材に対する必要性が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明は、解決されていない上記の問題、および他の技術的問題を解決するためになされた。
【００１４】
具体的には、本発明は、外部衝撃または頻繁な振動が電池モジュールの動作中に加えられるときにさえ、電池モジュールを構成する電池セルの電圧を安定して検知することができる電圧検知部材を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の別の目的には、電圧検知部材を含む所望の電力および容量に基づいて製造された中型または大型の電池モジュールを提供することがある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一態様によれば、上記の目的および他の目的は、電池モジュールを構成する電池セルの電圧を検知するための電圧検知部材を設けることによって達成することができ、この電圧検知部材は、(a) 電池セルの電極端子接合部に相当する電池モジュールの領域である電池モジュールの前部および後部の底部に取り付けられている、前部支持部分および後部支持部分の1対の支持部分と、(b)前部支持部分と後部支持部分を電気的に相互接続するための接続部分と、(c)一方の終端が、対応する支持部分にワイヤを介して結合された導電性検知部分であって、それぞれの導電性検知部分がそれぞれのワイヤより大きな接触面を有する導電性検知部分と、(d)検知された電池セルの電圧を電池制御デバイスに伝達するように前部支持部分または後部支持部分上に取り付けられたコネクタとを含み、導電性検知部分は、電池セルの電極端子接合部に面接触方式で接続される。
【００１７】
したがって、本発明による電圧検知部材では、導電性検知部分は、電池モジュールの下端に、導電性検知部分が面接触方式で電池セルの電極端子接合部に電気的に接続されるように結合された前部支持部分および後部支持部分に取り付けられ、その結果、ばねを使用する点接触方式よりも、より安定して確実に、電池セルの電圧を容易に検知することができる。
【００１８】
また、本発明による電圧検知部材では、ボルトまたはナットを使用する従来型の機械的結合方式とは異なって、電極端子接合部にさらなる結合孔を形成する必要性がなく、したがって、外力による電極端子接合部の破損を防止することができる。
【００１９】
参考のために、本明細書で説明される面接触方式は、それぞれがワイヤより大きな接触面を有する導電性検知部分が、電極端子接合部の外部へ、点接触方式または線接触方式ではなく面接触方式で電気的に接続される方式を意味する。
【００２０】
導電性検知部分は、プレート細長片の形状に構成されてよい。好ましくは、導電性検知部分は、電極端子接合部に対して導電性検知部分の簡単な接続を達成するように、電極端子接合部より小さなサイズを有し、それぞれの電極端子接合部の一部分が、それぞれの導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断される。
【００２１】
具体的には、電極端子接合部は、電池セルの陰極端子と隣接の電池セルの陽極端子との間の直列接続領域を意味する。電極端子接合部を構成する陰極端子または陽極端子の一部分が切断されて、陰極端子または陽極端子の切断された部分に導電性検知部分が配置され、導電性検知部分が、電極端子の切断されていない部分に面接触方式で接続され、それによって導電性検知部分と電極端子接合部の間のより簡単な接続が達成される。
【００２２】
それぞれの導電性検知部分の幅および高さは、電極端子接合部の本来の機能である陰極端子と陽極端子の間の安定した電気的接続が達成される適切な範囲内に選択され得て、さらに、導電性検知部分は、電池セルの電圧を安定して検知するように面接触方式で電極端子接合部に接続される。
【００２３】
適切な範囲の一例では、それぞれの導電性検知部分が、面接触を達成するように、それぞれの電極端子接合部の幅の10〜80%に等しい幅を有してよい。それぞれの導電性検知部分の幅がそれぞれの電極端子接合部の幅の10%未満であると、電極端子の電圧を面接触方式で安定して検知するのが困難である。一方、それぞれの導電性検知部分の幅がそれぞれの電極端子接合部の幅の80%以上であると、それぞれの電極端子接合部のサイズが過度に縮小され、その結果、陰極端子と陽極端子の間の内部接触抵抗が増加し、これは好ましくない。
【００２４】
別の実例では、それぞれの導電性検知部分が、それぞれの電極端子接合部の高さの20〜70%に等しい高さを有してよい。それぞれの導電性検知部分の高さがそれぞれの電極端子接合部の高さの20%未満であると、電極端子の電圧を面接触方式で安定して検知するのが困難である。一方、それぞれの導電性検知部分の高さがそれぞれの電極端子接合部の高さの70%以上であると、それぞれの電極端子接合部のサイズが過度に縮小され、その結果、陰極端子と陽極端子の間の内部接触抵抗が増加し、これは好ましくない。
【００２５】
それぞれの導電性検知部分が、前述のように電極端子接合部の本来の機能である陰極端子と陽極端子の間の安定した電気的接続を達成するように、また、同時に電池セルの電圧を面接触方式で安定して検知するように、対応する電極端子接合部のうちの1つに対して、それぞれの電極端子接合部の接続領域(陰極端子と対応する陽極端子の間の境界領域)の30〜60%に等しい面接触領域を有してよい。
【００２６】
好ましくは、それぞれの電極端子接合部において、電極端子の一方の側(a)が、それぞれの導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断され、電極端子の一方の側(a)および対応する導電性検知部分のうちの1つが、電極端子の他方の側(b)に面接触方式で接続される。
【００２７】
例えば、電極端子の一方の側(a)が陰極端子であると、陰極端子の一部分が、それぞれの導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断されてよく、陰極端子の残りの部分および対応する導電性検知部分のうちの1つが、電極端子の他方の側、すなわち陽極端子(b)に所定の接触面で接続されてよい。
【００２８】
導電性検知部分と電極端子接合部の間の接続は、導電性検知部分と電極端子接合部の間の接続が容易に達成される限り、特に限定されない。例えば、導電性検知部分と電極端子接合部の間の接続は、溶接によって達成されてよい。導電性検知部分と電極端子接合部が溶接によって互いに確実に結合されるので、電池セルに外力が加わるときさえ、確実に安定して電池セルを検知することができる。
【００２９】
また、電極端子の一方の側(a)がそれぞれの導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断される構造において、溶接を用いて結合し、前述の好ましい実例のように、電極端子の一方の側(a)および対応する導電性検知部分のうちの1つを、電極端子の他方の側(b)に面接触方式で接続すると、電極端子(a)/電極端子(b)/対応する導電性検知部分のうちの1つという3層構造ではなく、電極端子(a)-対応する導電性検知部分のうちの1つ/電極端子(b)という2層構造で溶接することができる。したがって、多層構造体を溶接することによる結合力の低下を防止することができる。
【００３０】
前部支持部分および後部支持部分は、電池セルの電極端子接合部に相当する電池モジュールの領域に配置されたプレート形の部材、すなわち電池モジュールの前部および後部の底面である。前部支持部分および後部支持部分は、導電性検知部分を機械的に結合し、同時に導電性検知部分を電池管理システム(BMS)などの電池制御デバイスに電気的に接続する働きをする。したがって、好ましくは、前部支持部分および後部支持部分はプリント回路基板(PCB)の形をしている。
【００３１】
導電性検知部分は所定の機械的強度を示す必要があり、また、導電性検知部分と電極端子の間の接続を達成する必要がある。これらの理由で、導電性検知部分は金属片で形成されてよい。例えば、導電性検知部分は、高導電性を示す銅片で形成されてよい。
【００３２】
電極端子接合部は、電極端子接合部と導電性検知部分の間の面接触を容易に達成するように、電池セルの陰極端子と対向する電池セルの陽極端子の終端が互いに対向する方向へ、垂直に曲げられてよい。
【００３３】
上記の構造体では、陽極端子は銅の電極リードでよく、陰極端子はアルミニウム電極リードでよい。
【００３４】
この場合、それぞれの電極端子接合部で、銅電極リードのそれぞれの終端が、それぞれの導電性検知部分のサイズに対応するサイズに切断されてよく、それぞれの銅電極リードおよび対応する導電性検知部分のうちの1つが、アルミニウム電極リードのそれぞれに溶接結合されてよい。
【００３５】
具体的には、電池セルの陽極端子である銅電極リードおよび銅片の導電性検知部分が、電池セルの陰極端子であるアルミニウム電極リードに対して溶接で2層構造に接続される。
【００３６】
それぞれの導電性検知部分と、対応する電極端子接合部のうちの1つとの間の接続領域に、絶縁性保護皮膜が設けられてよい。
【００３７】
すなわち、接続領域における耐蝕性を確実にして腐食による検知不良を防止するように、接続領域の上端上に、絶縁性保護皮膜を与えるかまたはコーティングしてよい。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、前述の構造を有する電圧検知部材を含む電池モジュールが提供される。
【００３９】
好ましい実例では、電池モジュールは、(a)電池セルまたはユニットモジュールが横方向に立っている状態で互いに直列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含む電池セルスタックと、(b)電池セルスタックの一方の側を囲み、かつ電池セルスタックの上端の一部分および下端の一部分を囲む構造に構成された上部ケースであって、その前部に外部入力端子および外部出力端子が設けられている上部ケースと、(c)電池セルスタックの他方の側を囲み、かつ電池セルスタックの上端の一部分および下端の一部分を囲むように上部ケースに結合された下部ケースであって、その前部に、電池セルの電極端子を上記外部入力端子および外部出力端子に接続するためのバスバーが設けられ、その底部に電圧検知部材が取り付けられている下部ケースと、(d)電池セルの電極端子と外部からのバスバーの間の接続領域を保護するために下部ケースの前部に取り付けられる前部カバーであって、絶縁材料で作製されている前部カバーとを含んでよい。
【００４０】
複数の電池セルを含む電池モジュールでは、電池モジュールの安全性および動作効率に配慮して、電池セルの電圧および温度を測定し、かつ制御する必要がある。特に、それぞれの電池セルの電圧または電池セル間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。このために、電池セルの電圧を測定するための検知部材の取り付けは、電池モジュールの構造をさらに複雑にしている主要因のうちの1つである。
【００４１】
前述の問題は、本発明による電池セルの電圧を検知するために、ケースのうちの1つ、すなわち上部ケースまたは下部ケースに沿って取り付ける検知部材を設けることによって解決することができる。すなわち、前述のように、検知部材は、下部ケースの前部および後部ならびに検知部分を相互接続するための接続部分の上に画定された空間に取り付けられる検知部分を含んでよい。前述のように、検知部材は電圧検知部材でよい。場合によっては、温度検知部材がさらに含まれてよい。
【００４２】
好ましい実例では、電圧検知部材は、導電性検知部分が電極端子接合部に結合されるように、下部ケースの前部および後部の上に画定された空間に導電性検知部分が取り付けられる構造に構成されてよく、また、前部支持部分、後部支持部分および接続部分が下部ケースの底部に取り付けられ、それによって、電池モジュールに外部衝撃が加えられるとき、それらの間の電気的面接触が安定して維持される。
【００４３】
下部ケースの底部に、接続部分が挿入される窪みが設けられてよく、それによって、電池モジュールがよりコンパクトな構造に構成される。具体的には、窪みの中に挿入された接続部分を安定して固定するように交互に配向された複数の突出部が、窪みの内側に設けられてよい。
【００４４】
前述のように、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つようにケース内に取り付けられる。本明細書では、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子が突出する領域が前後方向と定義され、電池セルまたはユニットモジュールの反対側の端が横方向と定義される。したがって、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側縁部のうちの1つが大地に対して立つように電池セルまたはユニットモジュールが立てられ、その一方で電池セルまたはユニットモジュールの電極端子が電池モジュールの前後方向に配向される構造に構成される。
【００４５】
好ましくは、電池セルスタックは、それぞれがその上端および下端に形成された電極端子を有するプレート形の電池セルを含む複数のユニットモジュールを含み、各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接続される積層構造に構成された2つ以上の電池セルを含み、電極端子接合部は、電池セルが積み重なるように曲げられ、1対の高強度セルカバーが、互いに結合されるときに、電池セルの電極端子を除いて電池セルの外部を囲むように構成される。
【００４６】
それぞれのユニットモジュールの中で、電池セルが、互いに並列および/または直列に接続される。前述の好ましい実例では、複数のユニットモジュールは、電池セルの電極端子を互いに結合し、電池セルの電極端子が互いに連続的に隣接するように長手方向において電池セルを連続して配置し、電池セルが積み重なる一方で互いに緊密に接触し、所定数の積層電池セルがセルカバーで囲まれるように、電池セルを2つ以上ごとに曲げることによって製造され得る。この製造プロセスの順序は、部分的に変更されてよい。例えば、複数のユニットモジュールを製造し、次いでユニットモジュール間の電気的接続を行ってよい。
【００４７】
電池セルが高集積度で積み重なる一方で電池セルの電極端子が互いに接続される電池セルスタックが、組立型結合構造体の中で互いに結合される分離可能な上部ケースおよび下部ケースの中に、垂直に取り付けられてよい。
【００４８】
好ましくは、上部ケースおよび下部ケースは、電池セルスタックの外周だけを囲む構造体に構成され、したがって、電池セルスタックの外部の大部分は、上部ケースと下部ケースが互いに結合された状態で電池セルスタックからの熱の放散を容易にするように、外部に露出される。したがって、前述のように、上部ケースは、電池セルスタックの一方の側を囲み、かつ電池セルスタックの上端の一部分および下端の一部分を囲む構造に構成され、下部ケースは、電池セルスタックの他方の側を囲み、かつ電池セルスタックの上端の一部分および下端の一部分を囲む構造に構成される。
【００４９】
好ましくは、下部ケースの前部および後部に、電圧検知部材の支持部分および導電性検知部分が配置される空間が設けられ、導電性検知部分は、電池セルの電極端子の曲がった直列接続領域の部分(電極端子接合部)に溶接によって面接触方式で接続される。
【００５０】
例えば、導電性検知部分と電極端子接合部の間の面接触は、溶接によって以下のように達成されてよい。前述のように、複数のユニットモジュールは、電池セルの電極端子を互いに結合し、電池セルの電極端子が互いに連続的に隣接するように長手方向において電池セルを連続して配置し、電池セルが積み重なる一方で互いに緊密に接触し、また所定数の積層電池セルがセルカバーで囲まれるように、電池セルを2つ以上ごとに曲げ、次いで、導電性検知部分と電極端子接合部の一部分を、ユニットモジュールが下部ケースに取り付く状態で溶接することによって製造され得る。
【００５１】
場合によっては、複数のユニットモジュールは、電池セルの電極端子が互いに結合されない状態で互いに隣接するように2つ以上の電池セルを積み重ね、所定数の積層型電池セルをセルカバーで囲み、次いで、電池セルの電極端子接合部の溶接と、導電性検知部分と電極端子接合部の溶接とを、ユニットモジュールが下部ケースに取り付く状態で同時に溶接することによって製造され得る。この場合、電池モジュールを製造するプロセスの数が減少し、それによって製造原価が低減される。
【００５２】
一方、上部ケースおよび下部ケースの内側には、電池セルまたはユニットモジュールの外周が挿入される複数の取付け溝が設けられてよい。
【００５３】
電池セルスタックが複数のユニットモジュールを含むとき、それぞれのユニットモジュールを容易に固定するために、それぞれのユニットモジュールのセルカバーには、ユニットモジュールの上端および下端に隣接する外面に所定サイズのステップが設けられ、セルカバーには、ユニットモジュールを容易に固定するために、電池セルスタックをケースに安定して取り付け、またユニットモジュールを互いにより緊密に接触させながら積み重ねるように、ユニットモジュールの両側に隣接する外面に所定サイズのステップが設けられ、それによって電池セルスタックの全体のサイズが縮小される。上部ケースおよび下部ケースの取付け溝は、ステップに対応する構造に構成されてよい。
【００５４】
したがって、ユニットモジュールの外周に隣接して形成されたステップが、上部ケースおよび下部ケースの取付け溝の中に挿入され、それによって、たとえユニットモジュールの外周しかケースに固定されなくても、非常に安定した結合構造がもたらされる。
【００５５】
好ましくは、下部ケースの前部に1対のスリットが設けられ、これらのスリットを通って電池セルスタックの最も外側の電極端子が挿入される。電池セルスタックが下部ケースに取り付けられるとき、電池セルスタックの最も外側の電極端子が、スリットを通って露出され、次いで下部ケースの前部と緊密に接触するように曲げられる。したがって、電池セルスタックの最も外側の電極端子は、下部ケースの前部に配置されたバスバーに対して、より容易に接続される。
【００５６】
場合によっては、前部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支援するために、外部入力端子および外部出力端子の少なくとも1つに対して導電性部材がさらに取り付けられる。導電性部材は、電源ケーブルを伸縮自在に囲む一方で外部入力端子および外部出力端子に結合するための曲がった部分を含んでよい。また、前部カバーには、電源ケーブルを固定するための孔がさらに設けられてよい。電源ケーブルを固定するために、電源ケーブルの対応する部分に結合された絶縁性結合部材が孔に挿入されてよい。
【００５７】
前部カバーは、例えば組立て結合方式で下部ケースに結合されてよい。
【００５８】
上部ケースおよび下部ケースは、ユニットセルスタックが一方のケース(例えば下部ケース)に取り付けられるように互いに結合され、次いでユニットセルスタックが他方のケース(例えば上部ケース)に組立て方式で結合される。両ケースは、様々なやり方で互いに結合されてよい。例えば、両ケースは、ケースの両側に形成されたねじ切り溝の中にねじが係合する構造で、あるいは、さらなる部材を使用せずに両ケースを互いに結合することができるように、ケースの一方にフックが形成され、フックに対応する結合孔が他方のケースに形成される構造で、互いに結合されてよい。
【００５９】
好ましくは、下部ケースの前部および/または後部の下端に、外部デバイスに固定するように下部ケースから突出する結合部分が設けられ、結合部分の中心には貫通孔が形成される。
【００６０】
場合によっては、電池モジュールの動作の監視および制御のために電圧検知部材に接続された電池管理システム(BMS)などの電池制御デバイスが、下部ケースの後部に取り付けられてよい。
【００６１】
この構造では、下部ケースの前部および後部の中に電圧検知部材の検知部分が取り付けられ、下部ケースの後部に取り付けられた検知部分が、下部ケースの後部の後端に取り付けられたBMSに接続され、下部ケースの前部に取り付けられた検知部分が、下部ケースの底部に取り付けられた接続部分を介して電池制御デバイスに接続される。
【００６２】
好ましい実例では、検知部材は、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検知部分としてのサーミスタを含んでよい。サーミスタは、電池制御デバイスに接続されてよい。
【００６３】
電池制御デバイスは、各電池モジュールに取り付けられてよく、あるいは複数の電池モジュールに取り付けられてよい。前者の場合には、下部ケースの後部に、突出した電池制御デバイス収納部分が一体化して設けられてよく、その中に、電池制御デバイスが一体化して組み立てられ、好ましくは電池制御デバイスが収納される。電池制御デバイス収納部分に、サーミスタコネクタおよび通信コネクタが設けられてよい。
【００６４】
下部ケースの底部に取り付けられた支持部分の外面上に電気的絶縁カバーがさらに配置され、それによって支持部分の外部からの絶縁が向上し、また、支持部分と下部ケースの間の機械的結合度合いが改善される。
【００６５】
本発明による中型または大型の電池モジュールは、一般にコンパクトな構造で構成され、中型または大型の電池モジュールの機械的結合および電気的接続は、複数の部材を使用することなく安定して達成される。また、所定数の電池セル、例えば4個、6個、8個、または10個の電池セルを使用して電池モジュールを構成することにより、限定された空間の中に必要数の電池モジュールを効果的に設置することができる。
【００６６】
したがって、本発明のさらなる態様によれば、大電力および大容量を有する中型または大型の電池システムが提供され、電池システムは、複数の電池モジュールを接続することにより構成される。
【００６７】
本発明による中型または大型の電池システムは、所望の電力および容量に基づいてユニットモジュールを組み合わせることにより製造することができる。本発明による電池システムは、前述のように、設置空間が限定され、頻繁な振動および強い衝撃に晒される電気自動車、ハイブリッド電気自動車またはプラグインハイブリッド電気自動車用に、電池システムの設置効率および構造安定性を考慮して、好ましくは電源として使用される。
【発明の効果】
【００６８】
上記の説明から明らかなように、本発明による電圧検知部材は、導電性検知部分が電池セルの電極端子接合部に面接触方式で接続される構造に構成され、したがって、電池セルに対して強い外部衝撃または振動が加えられるときさえ、電池セルの電圧を安定して検知することができる。また、本発明による電圧検知部材をユニットボディとして含む電池モジュールを使用して、所望の電力および容量を有する中型または大型の電池システムを容易に製造することができる。
【００６９】
本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明を考慮することから、より明らかに理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】複数のユニットモジュールによって構成された電池セルスタックを示す斜視図である。
【図２】電池セルスタックおよび電圧検知部材を囲むための上部ケースおよび下部ケースを示す分解組立図である。
【図３】下部ケースの上端を示す部分的に拡大した上面図である。
【図４】下部ケースの下端を示す部分的に拡大した上面図である。
【図５】本発明の一実施形態による電圧検知部材を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態による電圧検知部材が電池セルに結合された状態を示す部分的典型図(partial typical view)である。
【図７】図6の領域Aの底部を示す典型図である。
【図８】本発明の一実施形態による中型または大型の電池パックを示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による中型または大型の電池パックを示す斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態による中型または大型の電池パックを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
次に、本発明の例示的実施形態が、添付図面を参照しながら詳細に説明される。しかし、本発明の範囲は、図示された実施形態によって限定されないことに留意されたい。
【００７２】
図1は、複数のユニットモジュールで構成された電池セルスタックを示す斜視図である。
【００７３】
図1を参照して、電池セルスタック100は、4つのユニットモジュール101および130を含む。ユニットモジュール130のそれぞれに、2つの電池セル(図示せず)が取り付けられる。したがって、電池セルスタック100は、合計8つの電池セルを含んでいる。それぞれの電池セル間の電極端子は互いに直列接続され、それぞれのユニットモジュール間の電極端子も互いに直列接続されている。電極端子接合部110は、電池セルスタックを構成する区間で「[」の形に曲がっている。最も外側のユニットモジュール130および101の外部の電極端子120および121は、外部の電極端子120および121が他の電極端子接合部110よりわずかに突出する状態の区間で、「¬」の形に内側へ曲がっている。
【００７４】
図2は、図1の電池セルスタックおよび電圧検知部材を囲むための上部ケースおよび下部ケースを示す分解組立図である。
【００７５】
図2を参照すると、上部ケース200は、電池セルスタック100の一方の側を囲み、かつ電池セルスタック100の上端の一部分および下端の一部分を囲むように構成される。上部ケース200の前部210に、1対の外部入力端子および外部出力端子220が設けられる。
【００７６】
電池セルスタック100は、ユニットモジュール130が横方向に立つ状態で下部ケース300に取り付けられる。下部ケース300は、電池セルスタック100の他方の側を囲み、かつ電池セルスタック100の上端の一部分および下端の一部分を囲うように上部ケース200に結合される。下部ケース300の前部310に、電池セルスタック100の電極端子を外部入力端子および外部出力端子220に接続するための1対のバスバー320が設けられる。すなわち、上部ケース200および下部ケース300は、上部ケース200および下部ケース300が電池セルスタック100の外周だけを囲む構造に構成され、したがって、電池セルスタック100の外部の大部分は、上部ケース200と下部ケース300が互いに結合された状態で電池セルスタック100からの熱の放散を容易にするように、外部に露出される。
【００７７】
バスバー320は、バスバー320の上端が窪んだ溝の形状に形成されるように構成され、この中に、上部ケース200と下部ケース300が互いに結合されるとき、上部ケース200の前部210に設けられた外部入力端子および外部出力端子220が挿入される。
【００７８】
上部ケース200および下部ケース300の内部に複数の取付け溝330が形成され、この中に電池セルまたはユニットモジュールの外周が挿入される。取付け溝330は、ユニットモジュール130の外周のステップが結合されるのに対応する構造に構成される。
【００７９】
また、電池セルスタック100が取り付けられた状態で効果的な冷却を達成するために、冷媒(主として空気)を流す複数の貫通孔230および332が上部ケース200および下部ケース300に形成される。
【００８０】
電池セルの電極端子とバスの間の接続領域を外部から保護するために、絶縁材料で作製された前部カバー400が、下部ケース300の前部310に取り付けられる。
【００８１】
前部カバー400の上端を固定し、電気的接続用の電力ケーブル(図示せず)を取り付けるのを支援するための導電性部材240が、外部入力端子および外部出力端子220のうちの1つにさらに設けられる。理解を容易にするために、図面では、導電性部材240が、外部入力端子および外部出力端子220のうちの1つから分離され、対応するバスバー320のうちの1つの前に配置して示されている。導電性部材240の一方の側に結合挿入孔が設けられ、この中に、外部入力端子および外部出力端子220のうち対応する1つが結合される。また、導電性部材240は、電力ケーブルを弾性的に囲むための1対の曲がった部分を含む。
【００８２】
前部カバー400には、電力ケーブルを固定するための孔410が形成される。電源ケーブルを固定するために、電源ケーブルの対応する部分に結合された絶縁性結合部材(図示せず)が孔410に挿入されてよい。
【００８３】
下部ケース300の前部310の左側および右側に、電池セルスタック100の最も外側の電極端子120および121が挿入される1対のスリット322が形成される。電池セルスタック100が下部ケース300に取り付けられるとき、電池セルスタック100の最も外側の電極端子120および121は、スリット322を通って露出され、次いで、電池セルスタック100の最も外側の電極端子120および121は、下部ケース300の前部310と接触するように曲げられる。結果として、電池セルスタック100の最も外側の電極端子120および121は、下部ケース300の前部310に設けられたバスバー320と、より容易に接触する。
【００８４】
下部ケース300の底部の前部および後部に取り付けられている電圧検知部材500は、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子接合部110に対応する領域において下部ケース300の底部に取り付けられた1対の支持部分510および512と、支持部分510と512を電気的に相互接続するためのワイヤ形の接続部分520と、一方の終端が、ワイヤ530によって、対応する支持部分510および512に結合されたプレート細長片タイプの導電性検知部分531と、電圧検知部材500の底部に取り付けられた絶縁カバー561および562とを含む。
【００８５】
導電性検知部分531は、電池セルの電極端子の下端および/または電池セルの電極端子の直列接続の曲がった領域、すなわち電極端子接合部110の頂部へ、溶接によって電気的に接続される。図5から図7を参照しながら、電圧検知部材500の構造が、より詳細に説明される。
【００８６】
図3および図4は、それぞれ、本発明の一実施形態による中型または大型の電池モジュールの下部ケースの上端および下端を、ユニットモジュールが下部ケースの中に取り付けられた状態で示す、部分的に拡大した上面図である。
【００８７】
図2と一緒にこれらの図面を参照すると、下部ケース300の前部310および後部340の内部に複数の固定溝350が設けられ、固定溝350の中に、それぞれのユニットモジュール130に取り付けられたユニットモジュール130の電極端子接合部110および電池セルの電極端子接合部170が挿入される。固定溝350は、ほぼ電極端子接合部110および170に対応する形状に形成される。したがって、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止して、隣接する電極端子接合部間の安定した絶縁を維持する。具体的には、ユニットモジュール130のより安定した固定および絶縁を達成するために、セルカバーの移動を防止する突出部352、セルカバー固定ガイド354、および電極端子絶縁壁356が、それぞれの固定溝350の中に形成される。
【００８８】
また、下部ケース300の前部の下端には結合部分360が設けられ、これが、下部ケース300から突出し、下部ケース300を外部デバイス(図示せず)に固定するように、その中心に貫通孔362を有する。
【００８９】
下部ケース300の後部の下端に、突出する1対の結合部分370が形成される。突出する結合部分370のうち1つ、すなわち結合部分372は、もう一方の突出する結合部分、すなわち結合部分374の厚さに等しい高さだけ、結合部分374より高く形成される。したがって、複数の電池モジュールを使用して中型または大型の電池システムを製造するとき、電池モジュール間の結合が容易に達成され、電池システムがコンパクトな構造で製造される。しかし、もちろん、結合部分370は、上記の構造と異なる様々な他の構造で構成されてよい。
【００９０】
下部ケース300の後部340の後端に、電池管理システム(BMS)400が取り付けられる。BMS 400は、下部ケース300に一体化して形成されたBMS収納部分380に収納される。BMS収納部分380にサーミスタコネクタ382および通信コネクタ384が取り付けられる。
【００９１】
図5は、本発明の一実施形態による電圧検知部材を典型的に示す斜視図であり、図6は、本発明の実施形態による電圧検知部材が電池セルに結合された状態を示す部分的典型図であり、図7は、図6の領域Aの底部を示す典型図である。
【００９２】
これらの図面を図1と一緒に参照すると、電圧検知部材500は、電池セルまたはユニットモジュールの電極端子接合部110に対応する領域において電池モジュール600の底部に取り付けられた前部支持部分510および後部支持部分512と、前部支持部分510と後部支持部分512を電気的に相互接続するためのワイヤ形の接続部分520と、一方の終端が、対応する支持部分510および512にワイヤ530を介して結合された導電性検知部分531であって、それぞれの導電性検知部分531がそれぞれのワイヤ530より大きな接触面を有する複数のプレート細長片タイプの導電性検知部分531と、後部支持部分512、コネクタ384、および電圧検知部材500上に取り付けられたBMS 400の底部に取り付けられた電気的絶縁カバー561および562とを含む。
【００９３】
図6および図7を参照すると、電極端子接合部110において、それぞれの電池セルの銅電極リード112は、導電性検知部分531のサイズに対応するサイズに切断され、銅片で形成された導電性検知部分531は、それぞれの電池セルのアルミニウム電極リード114に溶接結合される。
【００９４】
また、それぞれの導電性検知部分531は、それぞれの電極端子接合部110の幅Wの約60%に等しい幅wを有し、それぞれの電極端子接合部110の高さHの約50%に等しい高さhを有する。結果として、それぞれの導電性検知部分531は、それぞれの電極端子接合部110の接触面積の約43%に等しい面接触面積を有する。
【００９５】
したがって、導電性検知部分531は、幅wおよび高さhにより、電池セルの電極端子接合部110に安定して接続することができる。電池モジュールに外部衝撃が加えられるときさえ、導電性検知部分531と電池セルの電極端子接合部110の間の電気的接続が安定して維持される。また、電池セルおよび/またはユニットモジュールのそれぞれの電極端子において電圧を検知することができる。
【００９６】
銅片で形成された導電性検知部分531が、銅電極リード112と一緒にアルミニウム電極リード114に溶接接続され、それによって2層溶接構造が達成され、この構造は、銅電極リード112と導電性検知部分531がアルミニウム電極リード114上に順次に積み重ねられた3層溶接構造より高い溶接性を示す。
【００９７】
必要に応じて、溶接で形成された接続領域が異物によって腐食するのを防止するために、それぞれの導電性検知部分531と対応する銅電極リード112のうちの1つとの間の接続領域の頂部に、絶縁性保護皮膜116が取り付けられてよい。
【００９８】
図8から図10は、本発明の一実施形態による中型または大型の電池パックを示す斜視図である。
【００９９】
図5と一緒に図8を参照すると、導電性検知部分531は、下部ケース300の下端に取り付けられたワイヤタイプ接続部分520を介してBMS 400に接続される。下部ケース300の底部390に、接続部分520を挿入する窪み392が設けられる。窪み392の内側に、窪み392の中に挿入された接続部分520を安定して固定するように交互に配向された複数の突出部394が形成される。
【０１００】
図9および図10を参照すると、上部ケース200と下部ケース300の間を結合することにより、電池モジュール600aおよび600bが容易に組み立てられる。BMS(図示せず)は、下部ケース300の後部340の後端に一体化して形成されたBMS収納部分380に収納される。したがって、電池モジュール600aおよび600bは、簡単でコンパクトな構造に構成される。また、電池モジュール600aと600bの間の接続は、下部ケース300の後部340の下端に形成された1対の結合部分372と374の間を、1対の結合部分372と374が異なる高さを有するように結合することにより、達成することができる。
【０１０１】
本発明の例示的実施形態が説明の目的のために開示されているが、当業者なら、添付の特許請求の範囲に開示された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、追加および代替が可能であることを理解するであろう。
【符号の説明】
【０１０２】
100  電池セルスタック
101  ユニットモジュール
110  電極端子接合部
112  銅電極リード
114  アルミニウム電極リード
116  絶縁性保護皮膜
120  電極端子
121  電極端子
130  ユニットモジュール
170  電極端子接合部
200  上部ケース
210  上部ケース200の前部
220  外部入力端子および外部出力端子
230  貫通孔
240  導電性部材
300  下部ケース
310  下部ケース300の前部
320  バスバー
322  1対のスリット
330  取付け溝
332  貫通孔
340  下部ケース300の後部
350  固定溝
352  突出部
354  セルカバー固定ガイド
356  電極端子絶縁壁
360  結合部分
362  貫通孔
370  1対の結合部分
372  結合部分
374  結合部分
380  BMS収納部分
382  サーミスタコネクタ
384  通信コネクタ
390  下部ケース300の底部
392  窪み
394  突出部
400(FIG. 2)  前部カバー
400(FIG. 4)  電池管理システム(BMS)
410  孔
500  電圧検知部材
510  支持部分
512  支持部分
520  接続部分
530  ワイヤ
531  導電性検知部分
561  絶縁カバー
562  絶縁カバー
600a  電池モジュール
600b  電池モジュール
【図１】
0005355776.tif 000002
【図２】
0005355776.tif 000003
【図３】
0005355776.tif 000004
【図４】
0005355776.tif 000005
【図５】
0005355776.tif 000006
【図６】
0005355776.tif 000007
【図７】
0005355776.tif 000008
【図８】
0005355776.tif 000009
【図９】
0005355776.tif 000010
【図１０】
0005355776.tif 000011