(57)【要約】【課題】電池モジュールとこれに適用される単位電池固定用連結ロッドを提供する。【解決手段】本発明は、エンドプレートを固定する連結ロッドの構造を改善して、エンドプレートの変形に関係なく、常にエンドプレートと均一な接触を行うように、複数の単位電池を含む電池集合体と、前記電池集合体の最外側に位置する一対のエンドプレートと、前記エンドプレートに結合して前記エンドプレートと前記電池集合体を固定させる連結ロッドと、を含み、前記連結ロッドは、ロッド部と、前記ロッド部の先端に遊動可能なように設置された頭部と、を含む。これにより、電池モジュールの安全係数を高めることができ、電池モジュールの重量も減少させることができ、電池モジュールの信頼性を高めることができ、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として用いることができる。【選択図】図１
2007042627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池を含む電池集合体と、前記電池集合体の最外側に位置する一対のエンドプレートと、前記エンドプレートに結合して前記エンドプレートと前記電池集合体とを固定させる連結ロッドと、を含み、
前記連結ロッドは、前記ロッド部、および、前記ロッド部の先端に遊動可能に設置された頭部を含む、電池モジュール。
【請求項２】
前記エンドプレートは、前記連結ロッドが貫通挿入されるホールを有し、前記エンドプレートの両側端に突出形成される締結部を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記頭部に対向した前記ロッド部の他の先端にナットの締結のためのねじ山が形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記頭部は、前記ロッド部の先端にボールジョイントで結合されて設けられる、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記ロッド部の先端内側には球形の溝が形成され、前記頭部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記頭部の先端内側には球形溝が形成され、前記ロッド部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記エンドプレートに向かった前記頭部の面が傾いて形成された、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記単位電池は角形である、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記単位電池の間に電池隔壁が設けられた、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記電池モジュールはモータ駆動用である、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
長手方向に延長されたロッド部、および、前記ロッド部の先端に遊動可能なように設置された頭部、を含む、電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【請求項１２】
前記頭部に対向した前記ロッド部の他の先端にナットの締結のためのねじ山が形成された、請求項１１に記載の電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【請求項１３】
前記頭部は、前記ロッド部先端にボールジョイントで結合されて設けられる、請求項１１に記載の電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【請求項１４】
前記ロッド部の先端内側には球形溝が形成され、前記頭部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成された、請求項１１に記載の電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【請求項１５】
前記頭部の先端内側には球形溝が形成され、前記ロッド部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成された、請求項１１に記載の電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【請求項１６】
前記ロッド部に向かった前記頭部の面が傾いて形成された、請求項１２に記載の電池モジュールの単位電池固定用連結ロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位電池を連結して構成される電池モジュールに関するものである。より詳しくは、本発明は単位電池固定のためのエンドプレートと連結ロッドの間の接触を均一に維持できるようになった電池モジュールとこれに適用される単位電池固定用連結ロッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、２次電池は充電が不可能な一次電池とは違って充電および放電が可能な電池である。低容量の２次電池はセルラーホンやラップトップコンピュータおよびキャムコーダーのような携帯が可能な小型電子機器に使われ、大容量２次電池はハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使われている。
【０００３】
２次電池は色々の形状に製造されている。２次電池の代表的な形状としては円筒形、角形を挙げることができる。大電力を必要とする機器、例えばハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として使われる場合、この２次電池は複数に備わって互いに直列に電気的に連結されて、電池モジュールを構成する。
【０００４】
通常電池モジュールにおいて、２次電池（以下、説明の便宜上単位電池という。）は正極と負極がセパレータを間において位置する電極群と、前記電極群が内蔵される空間を備えるケースと、前記ケースに結合してこれを密閉するキャップ組立体と、前記電極群の正極と負極にそれぞれ電気的に連結される正極端子と負極端子を含む。
【０００５】
この単位電池が角形になる場合、前記の正極端子と負極端子は前記キャップ組立体に突出した状態で設置されて、単位電池の外部に露出した状態を持つようになる。
【０００６】
このような単位電池を用いて、電池モジュールを構成する時に、単位電池はその正極端子と負極端子が行き違うように配列され、これら正極端子と負極端子は導電体を通じて連結される。この時、導電体は正極端子と負極端子にねじ結合されるナットによって、正極端子と負極端子上に固定できる。
【０００７】
前記の電池モジュールは数個で、多くは数十個の単位電池が連結されることによって完成される。ここで単位電池の固定は、前記単位電池が一列に配列されて一つの集合体を形成する時、この集合体の最外側に配置されて、単位電池に密着するエンドプレートとこのエンドプレート上にナットによって固定される連結ロッドによって行われる。
【０００８】
つまり、エンドプレートが前記集合体の最外側に配置された単位電池に密着した状態で連結ロッドがナットによって、エンドプレートに締結されれば、この時、発揮されるナットの締め力によって、エンドプレートが単位電池群を加圧して、これらを固定させることができるようになる。
【０００９】
一方、前記の電池モジュールでは単位電池に生じる膨張現象により、エンドプレートに曲げ変形を生じることがある。ここで単位電池の膨張現象は単位電池の充電、放電が過度に進行して、この単位電池の内部が膨張する現象をいう。
【００１０】
前記のようにエンドプレートの曲げ変形が起これば、このエンドプレートと連結ロッドとの接触面に浮き上がり現象が起こるなど、接触不良状態がもたらされる。
【００１１】
このような接触不良状態は、前記の接触面にあって局部的に応力発生を誘発し、ひいてはエンドプレートに部分的に応力が集中するようにする問題を招くようになる。
【００１２】
したがって、従来の電池モジュールは前記の問題点によりエンドプレートおよび連結ロッドが簡単に変形することはもちろん、エンドプレートに対する連結ロッドの締結力を低下させて、その組み立て状態の不良による性能低下を有することができる問題点を抱いている。
【００１３】
特に、エンドプレートが２ｍｍ以下の厚さを有する電池モジュールの場合、このような問題点がさらに目立つように現れる。これは電池モジュールのスリム化に障害を与える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、エンドプレートを固定する連結ロッドの構造を改善して、エンドプレートの変形に関係なく常にエンドプレートと均一な接触を保てるようにした電池モジュールと、これに適用される単位電池固定用連結ロッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態による電池モジュールは複数の単位電池を含む電池集合体と、前記電池集合体の最外側に位置する一対のエンドプレートと、前記エンドプレートに結合して前記エンドプレートと前記電池集合体を固定させる連結ロッドと、を含み、前記連結ロッドはロッド部と、前記ロッド部の先端に遊動可能に設置された頭部を含む。
【００１６】
ここで前記単位電池は角形の２次電池でありうる。
【００１７】
また、前記単位電池の間には単位電池の間の間隔を維持して冷却媒体が流通する電池隔壁がさらに設置され得る。
【００１８】
また、前記エンドプレートは前記連結ロッドが貫通挿入されるホールを有して前記エンドプレートの両側端に突出形成される締結部を含むことができる。
【００１９】
本発明は、前記ロッド部の両先端に頭部が設置されるか、或いは前記ロッド部の一側先端にだけ頭部が設置されてもよい。
【００２０】
頭部がロッド部の一側先端にだけ設けられた場合、前記ロッド部の他側先端にはナットの締結のためのねじ山が形成できる。このねじ山は、ナットと一緒にエンドプレートを締める場合に用いられる。
【００２１】
また、前記頭部は前記ロッド部の先端にボールジョイントで結合されて設けられる。これにより、前記ロッド部に対して頭部が自由に動くこと（遊動）ができるようになってエンドプレートの変形に関係なく頭部がいつもエンドプレートに均一に接することができる。
【００２２】
ここで前記ロッド部の先端内側には球形の溝が形成され、前記頭部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成できる。
【００２３】
また、前記の構造とは違って前記頭部の先端内側に球形の溝が形成され、前記連結ロッドの先端には前記溝に挿入されるボールが形成できる。
【００２４】
ここで、前記エンドプレートに向かった前記頭部の面が傾いて形成できる。
【００２５】
一方、本発明の実施形態による電池モジュールの単位電池固定用連結ロッドは、長手方向に延長されたロッド部と、前記ロッド部の先端に遊動可能に設置された頭部と、を含むことができる。
【００２６】
ここで前記頭部は、ロッド部の両先端に設置されるか、或いは一側先端にだけ設置され得る。前記頭部がロッド部の一側先端にだけ設けられた場合、前記ロッド部の他側先端にはナットの締結のためのねじ山が形成できる。このねじ山は、ナットと一緒にエンドプレートを締める場合に用いられる。
【００２７】
また、前記頭部はロッド部先端にボールジョイントで結合されて設けられる。これにより、前記ロッド部に対して頭部が自由に動くことができるようになってエンドプレートの変形に関係なく頭部がいつもエンドプレートに均一に接することができる。
【００２８】
ここで前記ロッド部の先端内側には球形溝が形成され、前記頭部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成できる。
【００２９】
また、前記の構造とは違って前記頭部の先端内側に球形溝が形成され、前記ロッド部の先端には前記溝に挿入されるボールが形成できる。
【００３０】
ここで、前記ロッド部に向かった前記頭部の面は傾いて形成できる。
【発明の効果】
【００３１】
このように本発明によれば、改善された連結ロッドの構造により電池モジュールの構成時、エンドプレートと連結ロッドの接触部位に発生する応力集中を防止できて、電池モジュールの安全係数を高めることができる。
【００３２】
このような安全係数増加によって連結ロッドとエンドプレートの軽量化設計が可能になり、それにより電池モジュールの重量も減少させることができる。
【００３３】
また、エンドプレートと連結ロッドの間の均一な接触を通して、エンドプレートおよび連結ロッドの過度な変形を防止でき、これにより電池モジュールの信頼性を高めることができるようになる。
【００３４】
前述、本発明の電池モジュールは、高出力／大容量を要求されているハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使って作動する機器において、当該機器のモータを駆動するためのエネルギー源として用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について当業者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかしながら、本発明は多様に異なる形態で実現できるので、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
図１は、本発明の実施形態による電池モジュールの構成を示した分解斜視図であり、図２は図１の電池モジュールの外観を示す結合斜視図である。
【００３７】
両図面を参照すれば、本実施形態による電池モジュール１０は、大容量化のため、一定の間隔をおいて一列に配置される複数の単位電池１１を含む。
【００３８】
本実施形態では、単位電池１１として角形の単位電池が使われる場合について説明する。
【００３９】
各単位電池１１の構造は、電解質を含むセパレータを間においてその両側に正電極と負電極が配置された電極群を角形のケース内に備えて、既設定された極性の電流を充電、放電させる２次電池として構成される。
【００４０】
図の様に、隣接配置された単位電池１１の間には、配置間隔を維持するとともに冷却媒体を単位電池１１の間に流通させるための電池隔壁１２が備えられる。
【００４１】
従って、本実施形態による電池モジュール１０は、複数の単位電池１１が積層され、隣接する単位電池１１の間に配置される電池隔壁１５によって、一定間隔だけ離隔されるように連続配列されて電池集合体を構成するようになる。
【００４２】
前記電池集合体は、両端に位置した単位電池１１の端面に密着する正電極および負電極のエンドプレート２０と、各エンドプレート２０を機械的に連結する連結ロッド３０と、この連結ロッド３０の先端に締結されるナット４０と、によって固定された電池モジュール１０を構成するようになる。
【００４３】
エンドプレート２０は、単位電池１１の対向面全体と対応する大きさに形成されて前記対向面全体に密着する平板２２と、この平板２２の上端と下端にそれぞれ一体に形成されて突出形成される締結部２１を含む。
【００４４】
ここで締結部２１と連結ロッド３０の設置構造に対してもう少し詳細に調べれば、締結部２１には連結ロッド３０が嵌合されるホール２４が形成されてホール２４を通じて、連結ロッド３０が貫通されて結合する。
【００４５】
これにより、締結部２１に形成されたホール２４を通じて、連結ロッド３０を差し込み、連結ロッド３０の先端に形成されたねじ山にナット４０を締結するようになれば、電池集合体の最外側に置かれたエンドプレート２０が引き締められながら、単位電池１１および電池隔壁１２を加圧するようになるところ、これによって単位電池１１および電池隔壁１２が固定される。
【００４６】
一方、本実施形態による連結ロッド３０の詳細な構造を調べれば次の通りである。
【００４７】
連結ロッド３０は、締結部２１の長手方向に伸びて、ホール２４に貫通されるロッド部３１と、ロッド部３１の一側先端に設置されて、締結部２１のホール２４外側にかかるようにされた頭部３２を含む。
【００４８】
また、ロッド部３１は頭部３２が設けられた反対側先端にナット４０が締結できるようにその外周面にねじ山を形成している。
【００４９】
ロッド部３１は長棒形態に構成され、頭部３２はロッド部３１が嵌合される締結部２１のホール２４に十分にかかることができる程度にこのホール２４より大きい直径を有する円板形態に構成される。
【００５０】
これにより、連結ロッド３０をエンドプレート２０に締結させるようになればエンドプレート２０はロッド部３１に設けられた頭部３２とこのロッド部３１の先端に締結されるナット４０によって引き締めて固定されるようになる。
【００５１】
ここで図３に示すように頭部３２とロッド部３１は互いにボールジョイントで結合してロッド部３１に対して頭部３２が自由に動くことができる構造になっている。
【００５２】
このボールジョイントを詳細に説明すれば、ロッド部３１の先端には球形態の窪み又は溝３３が一体に形成されて頭部３２の内側（ロッド側）先端には溝３３に対応する大きさの球形態に形成されて溝３３に嵌合されるボール３４が一体に形成される。
【００５３】
また、ロッド部３１先端には溝３３に連通する入口３５が形成されるが、入口３５は溝３３の最大内径より相対的に狭く形成されて溝３３に嵌合される頭部３２のボール３４が入口３５を通じて、溝３３から脱することを防止する。
【００５４】
一方、頭部３２の角部はラウンド加工処理によって、一定の曲率を有するように形成される。これで、欠けや応力集中によるクラック発生を防止できる。
【００５５】
また、前記構造の連結ロッド３０において実質的にエンドプレート２０の締結部２１に接する頭部３２の内側面は締結部２１の前面に対して頭部３２中心に向かって傾いて形成されて、全体的に一定角度（α）を有する円錘形断面構造を形成する。ここで頭部３２の内側面が締結部２１の前面と形成される角度（α）は特別に限定されず、多様に適用できる。
【００５６】
これによって前記構造の連結ロッド３０は図３に２点鎖線で示すようにロッド部３１内の溝３３で頭部３２のボール３４が動きながら、ロッド部３１に対して頭部３２がどの方向にでも動くことができるようにする。
【００５７】
今まで頭部３２がロッド部３１の一側先端に設けられた場合について説明したが、当業者であれば、ロッド部３１の両先端に頭部３２が設置されるように構成することも容易なことである。
【００５８】
図４は、本発明の他の実施形態による連結ロッドを示した断面図である。
【００５９】
図によれば、連結ロッド５０の先端には球形態のボール５４が突出形成され、これに結合された頭部５２の内側（連結ロッド側）中心には内部にボール５４が嵌合される球形の溝５３が形成される。
【００６０】
従って、本実施形態による連結ロッド５０は頭部５２に形成された球形の溝５３にロッド部５１のボール５４を嵌合して形成される。
【００６１】
このような連結ロッド５０の構造も前述した連結ロッドと同様に頭部５２の溝５３内でロッド部５１のボール５４が動くことによってロッド部５１に対して頭部５２がどの方向にでも自由に遊動できるようになる。
【００６２】
もちろん、この場合にも頭部５２の先端に形成されて溝５３と連通される入口５５は溝５３の最大内径より相対的に狭く形成されて溝５３に嵌合されるロッド部５１のボール５４が入口５５を通じて、溝５３から脱することを防止する。
【００６３】
また、前記構造の連結ロッド５０において実質的にエンドプレート６０の締結部６１に接する頭部５２の内側面が締結部６１の前面に対して頭部５２の中心に向かって傾いて形成されて、全体的に一定角度（α）を有する円錘形断面構造を形成する。
【００６４】
ここで頭部５２の内側面が締結部６１の前面と形成される角度（α）は特別に限定されなく、多様に適用される。
【００６５】
以下、本発明の作用に対して図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。
【００６６】
単位電池１１と単位電池１１の間に配置される電池隔壁１２を含む電池集合体はエンドプレート２０と連結ロッド３０によって締結されて、一つの電池モジュールを構成する。
【００６７】
これのために、まず、前記電池集合体の両側端にエンドプレート２０を位置させ、エンドプレート２０の上、下部に形成された締結部２１のホール２４を通じて、連結ロッド３０のロッド部３１をこの締結部２１に結合させる。
【００６８】
連結ロッド３０のロッド部３１が締結部２１に結合されれば、この連結ロッド３０の頭部３２は締結部２１に触れ合って、これにかかるようになって、ねじ山が形成されたロッド部３１の先端は締結部２１を貫通して外部に露出した状態を維持する。
【００６９】
このような状態でロッド部３１の先端にナット４０を締結するようになるところ、これによってエンドプレート２０は連結ロッド３０の頭部３２とナット４０が締められる力によって、電池集合体を加圧しながらこれと一緒に固定して電池モジュールを形成するようになる。
【００７０】
ここで連結ロッド３０はエンドプレート２０に対して垂直状態で配置されて、これを貫通するようになるので、連結ロッド３０の頭部３２は締結部２１のホール２４の周り部に均等に接する（図５Ａ参照）。
【００７１】
したがって頭部３２と締結部２１のホール２４の周り部に加えられる応力が均一に分布される。
【００７２】
この状態で電池モジュールの使用により一部の単位電池１１で膨張現象が発生すれば、その単位電池は膨れあがりながら、変形される。この時には電池集合体を加圧しているエンドプレート２０の変形が誘発されるが、図５Ｂは単位電池の膨張現象によって、エンドプレート２０が極端的に変形された状態を例示している。
【００７３】
図５Ｂは、エンドプレート２０の締結部２１が変形して曲がった状態を示しているが、この時、連結ロッド３０の頭部３２とエンドプレート２０の締結部２１の間の角度が最初から歪むようになる。
【００７４】
ところで、この場合にも連結ロッド３０の頭部３２は変形されたエンドプレート２０の締結部２１の状態に対応して、自体的にロッド部３１に対して動いて、エンドプレート２０のホール２４の周り部に持続的に均一に接した状態を維持するようになる。
【００７５】
これは、ロッド部３１に対して頭部３２がボールジョイントの構造で結合されているため可能である。つまり、エンドプレート２０の締結部２１が変形してもロッド部３１にボールジョイントで結合された頭部３２はロッド部３１に対して回動できるようになるので、これによって頭部３２の内側面は続いてエンドプレート２０の締結部２１のホール２４の周り部に均一に接することができる。
【００７６】
これにより、エンドプレート２０に変形が発生してもこれに関係なく連結ロッド３０の頭部３２とエンドプレート２０は持続的に均一な接触状態を維持するようになって局部的な応力集中現象を防止できるようになる。
【００７７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施するのが可能であり、これもまた本発明の範囲に属することは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態による電池モジュールを示した分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による電池モジュールの組み立て状態を示した斜視図である。
【図３】本発明の実施形態による電池モジュールの連結ロッド構造を示した部分断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態による電池モジュールの連結ロッドの構造を示した部分断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態による電池モジュールの作用状態を説明するための概略的な断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態による電池モジュールの作用状態を説明するための概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  電池モジュール
１１  単位電池
１２  電池隔壁
２０  エンドプレート
２１  締結部
２２  平板
２４  ホール
３０  連結ロッド
３１  ロッド部
３２  頭部
３３  溝
３４  ボール
３５  入口
４０  ナット
５０  連結ロッド
５１  ロッド部
５２  頭部
５３  溝
５４  ボール
５５  入口
６０  エンドプレート
６１  締結部
【図１】
2007042627.tif 000003
【図２】
2007042627.tif 000004
【図３】
2007042627.tif 000005
【図４】
2007042627.tif 000006
【図５Ａ】
2007042627.tif 000007
【図５Ｂ】
2007042627.tif 000008