JP2008524798A - 二次電池モジュール用センシングボードアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【課題】単位電池の電圧及び電流などを検出するためのセンシングボードアセンブリを提供する。
また、コンパクトな構造の電池モジュール製造に用いられるセンシングボードアセンブリを提供する。
また、高い信頼性を有する組立過程を容易に行うために、電気的連結部位の結合力に優れたセンシングボードアセンブリを提供する。
また、上記のようなセンシングボードアセンブリを含んで構成された二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】二次電池である多数の単位電池２００からなる高出力大容量の電池モジュール１００において、単位電池２００の電圧、電流及び／または温度を検出するためのセンシングボードアセンブリであり、前記各単位電池２００の電極端子２２０，２３０を電気的に連結し、印刷回路基板６００に接続するための延長接続部８１５を含むコネクティング部材８００と、前記コネクティング部材８００の延長接続部８１５が挿入・結合される穿孔口６２０と、前記穿孔口６２０に連結される回路６４０とを備えた印刷回路基板６００と、を含んでセンシングボードアセンブリを構成する。
また、コンパクトな構造の電池モジュール製造に用いられるセンシングボードアセンブリを提供する。
また、高い信頼性を有する組立過程を容易に行うために、電気的連結部位の結合力に優れたセンシングボードアセンブリを提供する。
また、上記のようなセンシングボードアセンブリを含んで構成された二次電池モジュールを提供する。
【解決手段】二次電池である多数の単位電池２００からなる高出力大容量の電池モジュール１００において、単位電池２００の電圧、電流及び／または温度を検出するためのセンシングボードアセンブリであり、前記各単位電池２００の電極端子２２０，２３０を電気的に連結し、印刷回路基板６００に接続するための延長接続部８１５を含むコネクティング部材８００と、前記コネクティング部材８００の延長接続部８１５が挿入・結合される穿孔口６２０と、前記穿孔口６２０に連結される回路６４０とを備えた印刷回路基板６００と、を含んでセンシングボードアセンブリを構成する。
Description
本発明は、二次電池モジュール用センシングボードアセンブリに関するもので、一層詳しくは、多数の二次電池を電気的に連結して高出力大容量を提供する二次電池モジュールにおいて、単位電池の電圧及び電流などを検出するための手段としてのセンシングボードアセンブリ及びそれを含んで構成された二次電池モジュールを提供する。
最近、充放電可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に用いられている。また、二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車両、ディーゼル車両による大気汚染などを解決するために提示された電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目を受けている。したがって、二次電池を用いるアプリケーションの種類は、二次電池の長所によって多様化されており、今後も、一層多くの分野及び製品に二次電池が適用されると予想される。
このように二次電池の適用分野及び製品が多様化されるにつれて、電池の種類も、それに適した出力及び容量を提供するように多様化されている。併せて、当該分野及び製品に適用される各電池には、小型軽量化が強力に要求されている。
例えば、携帯電話、ＰＤＡ、デジタルカメラ、ノートブックコンピュータなどの小型モバイル機器には、該当製品の小型軽薄化傾向に合わせて、デバイス１台当り一つまたは３〜４個の小型軽量の電池セルが用いられている。その反面、電気自転車、電気オートバイ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの中大型デバイスには、高出力大容量の必要性によって、多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュール（または電池パック）が用いられている。電池モジュールの大きさ及び重量は、当該の中大型デバイスなどの収容空間及び出力などに直接的な関連性があるので、製造業体では、可能な限り小型でかつ軽量の電池モジュールを製造しようと努めている。
従来の中大型二次電池モジュールは、所定大きさのケース（ハウジング）内に装着された多数の単位電池を電気的に連結し、このケースの外面には、前記各単位電池の電圧、電流及び温度などを検出して電池の作動を制御する多数の回路部を含んで構成される。
中大型二次電池モジュールにおいては、その構造的または使用特性のために小型電池と異なる構成が要求される。
中大型二次電池モジュールには、高出力大容量の提供のために多数の電池が用いられており、特に、高出力を提供するために各単位電池の全体または少なくとも一部の単位電池が直列に連結される。したがって、一部の単位電池の過充電、過放電、過電流及び発熱などによる安全性毀損は、連鎖的な副反応によって電池モジュール全体の発火または爆発を誘発することになり、一部の単位電池の機能低下によって電池モジュール全体の作動低下が引き起こされる。したがって、各単位電池の電圧及び／または電流と電池モジュール全体の温度を継続的に検出して制御する手段が用いられている。
一般的に、単位電池の電圧及び／または電流は、単位電池の電極端子にワイヤーなどを直接連結するか、または、電極端子の電気的連結部材にワイヤーなどを連結してＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの回路部によって検出及び制御する。したがって、電圧及び電流などを検出するために多くの配線が要求されることで、電池モジュールの組立過程が複雑になり、不良の可能性が高いという問題点がある。
電池モジュールの単位電池としては、高い集積度で重畳される角形またはパウチ型電池を多く用いているが、このうち、軽量でかつ低廉なパウチ型電池を用いることが好ましい。パウチ型電池は、パウチ型のアルミニウムラミネートシートなどのケースに正極／分離膜／負極の電極組立体が密封された電池であり、外面に小さい板状の電極端子が露出された構造を有する。しかしながら、このような板状の電極端子は、電気的連結のための構成に多くの困難さをもたらす。一般的に、各電極端子の間の電気的連結は、ワイヤー、金属プレート、バスバーなどを用いた溶接で達成されるが、このような溶接作業は板状の電極端子では容易でない。一部の先行技術には、印刷回路基板に電気的連結のための穴を穿孔し、単位電池の各電極端子を前記穴に挿入して溶接する方法が提示されているが、各電極端子の機械的強度が大きくないので、多数の重畳された単位電池の電極端子を所定の位置で正確に挿入することが困難であり、これと同時に、印刷回路基板の穿孔口に挿入することが容易でないという問題点がある。
また、中大型二次電池モジュールが用いられるデバイスは、電気自転車、電気自動車、産業用機器などであり、これらデバイスは、大小の外力を多く受けるので、各構成要素の結合状態を安定的にすべきである。しかしながら、従来の中大型二次電池モジュールにおいては、上記のような要件を全て満足していない。
したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題点及び技術的課題を解決することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、単位電池の電圧及び電流などを検出するためのセンシングボードアセンブリを提供することにある。
本発明の他の目的は、コンパクトな構造の電池モジュール製造に用いられるセンシングボードアセンブリを提供することにある。
本発明の他の目的は、高い信頼性を有する組立過程を容易に行うために、電気的連結部位の結合力が優秀であるセンシングボードアセンブリを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、上記のようなセンシングボードアセンブリを含んで構成された二次電池モジュールを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明に係るセンシングボードアセンブリは、二次電池である多数の単位電池からなる高出力大容量の電池モジュールにおいて、単位電池の電圧、電流及び／または温度を検出するためのセンシングボードアセンブリであり、前記各単位電池の電極端子を電気的に連結し、印刷回路基板に接続するための延長接続部を含むコネクティング部材と、前記コネクティング部材の延長接続部が挿入・結合される穿孔口と、前記穿孔口に連結される回路とを備えた印刷回路基板と、を含んで構成される。
したがって、本発明に係るセンシングボードアセンブリは、電池モジュールを構成する各単位電池の電極端子をコネクティング部材によって電気的に連結し、このコネクティング部材の延長接続部が穿孔口に挿入されるように印刷回路基板をコネクティング部材上に装着した後、結合する簡単な工程によって、単位電池の電圧及び電流などの測定が可能な電池モジュールを容易に製造することができる。
印刷回路基板の穿孔口にコネクティング部材の延長接続部を挿入した後、結合する方式は多様であり、好ましくは、電気的連結のみならず、高い機械的結合力を提供するように、延長接続部は、穿孔口に挿入された状態で印刷回路基板の対向側に突出される程度の長さを有し、延長接続部の突出部位は、印刷回路基板に半田付けによって結合される。
前記コネクティング部材は、各単位電池の電極端子を直列または並列方式で連結する構造であれば特別に制限されるものでなく、電気的連結のために導電性素材からなる。一つの好ましい例として、前記コネクティング部材は金属板材からなり、延長接続部は、この金属板材から印刷回路基板方向に突出された構造である。
好ましくは、隣接した各単位電池の電極端子を電気的に絶縁させるための絶縁性部材は、前記各電極端子と締結された状態で前記隣接した各単位電池の電極端子の間に介在され、コネクティング部材は、前記絶縁性部材に締結された状態で各電極端子の電気的連結をなす構造である。この絶縁性部材によって、絶縁された状態で各単位電池を重畳する組立過程が一層容易になり、各電極端子の電気的連結のためのコネクティング部材の設置が容易である。
絶縁性部材が単位電池の各電極端子と締結される方式は多様であり、一つの好ましい例として、前記単位電池の電極端子には貫通口が形成され、前記絶縁性部材の対応部位には締結突出部が形成された構造である。したがって、電極端子の貫通口に絶縁性部材の締結突出部を挿入することで、絶縁性部材と単位電池の各電極端子とが互いに結合される。好ましくは、前記締結突出部に貫通口が形成されることで、絶縁性部材を介在した状態で積層された各電極端子を一層堅固に結合させることができる。
一つの好ましい例として、前記絶縁性部材は、積層された各単位電池の電極端子間の離隔空間と一致する矩形ブロック状をなす。各単位電池が積層された状態で各電極端子間の離隔空間が矩形状をなすので、この離隔空間と一致する矩形ブロックは一層安定的である。
前記ブロックは、単位電池の正極端子が締結される部位と、負極端子が締結される部位とが互いに結合及び分離可能に構成された二つの組立単位体からなることが一層好ましい。
前記コネクティング部材と絶縁性部材との締結方式も多様であり、一つの好ましい例として、コネクティング部材は、単位電池（Ａ）の電極端子（ａ）に接触される第１端子連結体と、単位電池（Ａ）に隣接した単位電池（Ｂ）の電極端子（ｂ）に接触される第２端子連結体と、を含んでおり、第１端子連結体と第２端子連結体は、前記絶縁性部材を取り囲む形態で結合される構造であるか、または、前記絶縁性部材に形成された結合用溝に挿入される形態で結合される構造である。コネクティング部材に連結される単位電池（Ａ）の電極端子（ａ）と単位電池（Ｂ）の電極端子（ｂ）は、互いに異なる電極であるときに直列に連結され、同一の電極であるときに並列に連結される。
一層好ましくは、第１端子連結体と第２端子連結体が互いに分離されており、第１端子連結体と第２端子連結体が該当の電極端子に接触するように絶縁性部材に結合され、第１及び第２端子連結体と絶縁性部材とが結合された後、第１端子連結体と第２端子連結体との電気的連結のための導電性部材によって前記第１及び第２端子連結体が結合される構造である。前記導電性部材は、フューズ、バイメタル、ＰＴＣなどの安全素子であることが好ましい。
上記のような組立型コネクティング部材は、モジュールの組立過程で各電極が電気的に連結されないので、短絡可能性を大いに低下させることができ、上記のように安全素子の連結を可能にしながら、各単位電池の初期状態を平準化するための並列レベリング工程を可能にするという長所を有する。
本発明に係るセンシングボードアセンブリの他の構成要素である印刷回路基板は、上述したように、コネクティング部材の延長接続部が挿入・結合される多数の穿孔口を含んでおり、これら穿孔口は、基板に印刷された回路によって電気的に連結される。この印刷回路基板は、通常、エポキシ樹脂複合体で製造されるが、特別に制限されるものではない。
印刷回路基板に形成された前記回路は、電池の電圧、電流及び温度などを検出して電池モジュールの作動を制御する回路部に連結され、この制御回路は、前記印刷回路基板に含まれるが、場合によって別途の部材に含まれることもある。
本発明に係るセンシングボードアセンブリは、単位電池の電極端子より機械的強度に優れたコネクティング部材の延長接続部と印刷回路基板とを接続させるので、単位電池の電極端子と印刷回路基板とを電気的に連結するとき、連結しようとする部位間の優れた位置精密性によって組立が容易であり、電気的連結状態で連結部位の優れた結合力によって、使用中に振動及び衝撃などの外力が作用する場合も、短絡可能性が著しく低いという長所を有する。また、電気的連結のためにワイヤーなどを使用しないので、構造が単純であり、センシングボードアセンブリが単位電池の電極端子部位に板状で結合されるので、コンパクトな電池モジュール製造が可能である。
したがって、本発明は、上記のようなセンシングボードアセンブリを含む中大型二次電池モジュールを提供する。
この電池モジュールは、例えば、充放電可能な二次電池である多数の単位電池が積層されるプレートと、電池の作動を制御する回路部と、を含んで構成される。
前記プレートは、各単位電池が積層される構造であれば特別に制限されるものでなく、各単位電池を容易に実装するために、単位電池の大きさに相応する収納部が形成されたケース構造であり、このケースは、積層された各単位電池の上部と下部をそれぞれ覆う分離型構造である。
一つの好ましい例として、電池モジュールは、充放電可能な二次電池である多数の単位電池と、メーンボードアセンブリが付着される下端収納部と、前記各単位電池が順次積層される上端収納部と、を含む長方形の下部ケースと、前記下部ケース上に積層された各単位電池の上端を覆う下端収納部を含む長方形の上部ケースと、積層された各単位電池の電気的連結を行い、電池の電圧、電流及び温度などを検出するための前記センシングボードアセンブリを含む第１回路部と、前記第１回路部に電気的に連結されており、モジュールを全般的に制御するメーンボードアセンブリを含む第２回路部と、前記第２回路部に電気的に連結されており、過充電、過放電、過電流及び過熱などの電池の非正常な作動時、電池の作動を制御するスイッチング素子を含む第３回路部と、を含んで構成される。
本発明に係る電池モジュールは、全体的にコンパクトな構造を有する。具体的に説明すると、完成された電池モジュールの幅は、単位電池とほぼ同一であるか、単位電池よりやや大きい程度であり、電池モジュールの長さは、両側面に付着される第１回路部と第３回路部の幅だけ単位電池より長く、電池モジュールの厚さは、積層された各単位電池の総厚さと第２回路部及び上下部ケースの厚さとの合計程度である。したがって、本発明に係る電池モジュールは、従来の如何なる電池モジュールよりも小さい大きさを有するので、適用される外部機器または装置に効果的に装着される。
前記単位電池は、充放電可能な二次電池であれば特別に制限されるものでなく、例えば、リチウム二次電池、ニッケル―水素（Ｎｉ―ＭＨ）電池、ニッケル―カドミウム（Ｎｉ―Ｃｄ）電池などを用いるが、このうち、重量対比高出力を提供するリチウム二次電池を用いることが好ましい。リチウム二次電池は、形態によって円筒形電池、角形電池、パウチ型電池などに区分されるが、このうち、高い集積度で積層される角形電池とパウチ型電池が好ましく、軽い重量のパウチ型電池が特に好ましい。
本発明の電池モジュールは、上部ケースと下部ケースが互いに分離されるので、必要によって容量及び出力を変更する場合、上部ケースと下部ケースとの間に単位電池を追加または除去することで柔軟な設計が可能である。
上述したように、本発明に係る電池モジュールは、電池の作動と関連した各回路部がモジュールを取り囲む形態で連結されるので、電池モジュールの全体大きさが大幅に縮小される。
本発明に係る電池モジュールは、高出力大容量の中大型電池システムに用いることが好ましく、前記高出力大容量の範囲は特別に限定されない。
例えば、本発明に係る電池モジュールは、電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気オートバイ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの車両の動力源、その他の産業用または家庭用機器などの多様な分野と製品の電源として用いられる。特に、本発明に係る電池モジュールは、コンパクトな構造などによって電気自転車の動力源として好ましい。
本発明に係るセンシングボードアセンブリは、単位電池の電極端子よりも機械的強度に優れたコネクティング部材の延長接続部と印刷回路基板とを接続させるので、単位電池の電極端子と印刷回路基板とを電気的に連結するとき、連結しようとする部位間の優れた位置精密性によって組立が容易であり、電気的連結状態での連結部位の優れた結合力にうｐって、使用中に振動及び衝撃などの外力が作用する場合も、短絡可能性が著しく低いという長所を有する。また、電気的連結のためにワイヤーなどを使用しないので、構造が単純であり、センシングボードアセンブリが単位電池の電極端子部位に板状で結合されるので、コンパクトな電池モジュール製造が可能である。
したがって、本発明に係る電池モジュールは、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの中大型電池モジュールに多様に適用される。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて一層詳細に説明するが、この実施例は、本発明の理解を助けるためのものに過ぎなく、この実施例によって本発明の範疇が限定されることはない。
図１は、本発明の一つの実施例に係る電池モジュールを示す模式的斜視図である。
図１に示すように、電池モジュール１００は、上部ケース１１０、下部ケース１２０、多数の単位電池２００、第１回路部３００、第２回路部４００及び第３回路部５００を含む。各単位電池２００は、互いに分離された上部ケース１１０と下部ケース１２０との間に積層されており、電池モジュール１００の正面には第１回路部３００が位置し、電池モジュール１００の底面には第２回路部４００が位置し、電池モジュール１００の背面には第３回路部５００が位置する。
上部ケース１１０と下部ケース１２０とが分離されるので、積層される単位電池２００の数は上部ケース１１０と下部ケース１２０によって限定されない。これら各単位電池２００の積層数によって第１回路部３００及び第３回路部５００のみを変更することで、所望の電気容量及び出力の電池モジュール１００を容易にデザインすることができる。また、各単位電池２００が露出されるので、充放電時に各単位電池２００の放熱を効率的に行うことができる。
第１回路部３００は、単位電池２００の電極端子方向に付着される。第１回路部３００は、各単位電池２００を並列または直列に連結し、各単位電池２００から電圧を検出するためのセンシングボードアセンブリを含んでいる。
各単位電池２００は、第１回路部３００を経由して下部ケース１２０の下端に装着された第２回路部４００に電気的に連結され、電池モジュールの作動は、第２回路部４００のメーンボードアセンブリによって制御される。
第１回路部３００が装着された電池モジュール１００の対向側面には、第２回路部４００に電気的に連結された第３回路部５００が装着されるが、この第３回路部５００は、電池の過充電、過放電及び過電流などを制御し、外部機器（図示せず）に接続される電池モジュール１００の最終素子である。過充電、過放電及び過電流などの制御は、第３回路部５００に含まれたＦＥＴなどのスイッチング素子（図示せず）によって実行される。
図２は、コネクティング部材が連結されていない状態での本発明の一つの実施例に係るセンシングボードアセンブリの印刷回路基板を示す正面図である。
図２に示すように、印刷回路基板６００は、長方形の板状構造物であり、中央部に広い開口６１０が形成され、その一側面に多数の穿孔口６２０が形成される。各穿孔口６２０には、基板６３０に印刷された回路６４０が連結され、この回路６４０は、基板６３０の一側端部に形成されたソケット６５０に連結される。ソケット６５０の数は、それに連結される回路の数によって適切に決定される。左側上端と右側下端には、各単位電池（図示せず）が直列に連結されるとき、最終の正極端子と負極端子が連結される比較的大きい穿孔口６２２，６２４が形成される。すなわち、穿孔口６２２，６２４には、直列方式に連結される各単位電池間の電気的連結のために用いられる最終の正極配線と負極配線が連結される。
開口６１０は、基板６３０の反対側に位置する単位電池の各電極端子の連結部位を開放するために形成されるもので、図７に基づいて説明するように、印刷回路基板６００が装着された状態で、開口６１０を通して電極端子部位にフューズ、バイメタル、ＰＴＣなどの安全素子を装着することができる。
図３は、図１に示した電池モジュールの下部ケースの上面及び単位電池を示す斜視図である。
図３に示すように、下部ケース１２０は、単位電池２００の外形にほぼ相応する長方形の構造物であり、単位電池２００が収納される上端収納部１２１を含んでいる。下部ケース１２０は、高い強度及び電気絶縁性を有する部材であり、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ―Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ―Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）などのプラスチック樹脂からなることが好ましい。
下部ケース１２０上に積層されるパウチ型単位電池２００において、電池本体２１０の上端には正極端子２２０と負極端子２３０がそれぞれ突出される。これら電極端子２２０，２３０に貫通口２４０が穿孔されるので、多数の単位電池２００，２０１が積層された状態で、ファスナー１３０などの別途の締結部材が貫通口２４０及び下部ケース１２０上の固定溝１２２を通して挿入され、ナット（図示せず）が下部ケース１２０の下端面でファスナー１３０に締結されることで、各単位電池２００，２０１が互いに固定される。
各単位電池２００，２０１の電極端子２２０，２３０の間には、電気的絶縁のための絶縁性部材７００が実装され、絶縁性部材７００には、各電極端子２２０，２３０の貫通口２４０に締結される突出部７１０が形成される。そして、突出部７１０に貫通口７２０が形成されるので、突出部７１０の貫通口７２０を通過するファスナー１３０と各電極端子２２０，２３０との電気的絶縁状態が維持される。
また、単位電池２００の本体２１０には、両面接着テープ２５０がそれぞれ２個ずつ付着されるので、積層される各単位電池２００，２０１の安定的な結合を一層保障することができる。さらに、積層された各単位電池２００，２０１が両面接着テープ２５０の厚さだけ離隔されるが、この離隔溝によって、充放電時に各単位電池２００，２０１の体積変化が緩衝されることで、充放電時の各単位電池２００，２０１の発熱が効果的に行われる。
図４は、本発明の電池モジュール製造に用いられる一つの実施例に係る組立型絶縁性部材の結合前を示す状態図である。
図４に示すように、絶縁性部材７００は、雌締結部７３１が側面に形成された第１組立単位体７３０と、雌締結部７３１に対応する雄締結部７４１が側面に形成された第２組立単位体７４０と、から構成されており、これら第１組立単位体７３０と第２組立単位体７４０とが互いに結合及び分離可能である。第１組立単位体７３０と第２組立単位体７４０とを互いに結合させた状態の絶縁性部材７００は、全体的に矩形ブロック状をなす。
第１及び第２組立単位体７３０，７４０の上端側部には、上部に積層される他の絶縁性部材（図示せず）と結合される締結突起７５０が形成され、それに対応する位置の下端面には締結溝７５２が形成される。また、第１及び第２組立単位体７３０，７４０の上端中央には、図３に基づいて説明したように、単位電池の電極端子の貫通口（図示せず）に締結される突出部７１０が形成される。
第１組立単位体７３０と第２組立単位体７４０とを結合させた状態の絶縁性部材７００にコネクティング部材（図示せず）が結合されるように、第２組立単位体７４０の側面には湾入部７４３が形成される。
図５は、本発明のセンシングボードアセンブリに用いられる一つの実施例に係る分離型コネクティング部材を示している。
図５に示すように、分離型コネクティング部材８００は、単位電極の各電極端子のうち一つの電極端子（例えば、正極端子）に接続する第１端子連結体８１０と、他の電極端子（例えば、負極端子）に接続する第２端子連結体８２０と、から構成される。これら端子連結体８１０，８２０は、導電性の板状素材からなる。各端子連結体８１０，８２０には、絶縁性部材の突出部７１０（図４を参照）に締結される結合溝８１２，８２２が形成される。第１端子連結体８１０に形成された結合溝８１２が絶縁性部材の突出部の上側方向のみに結合される閉鎖型である反面、第２端子連結体８２０に形成された結合溝８２２は、絶縁性部材の突出部の側面方向にも結合可能な開放型である。以下、絶縁性部材とコネクティング部材との組立過程を図６に基づいて説明する。
第１端子連結体８１０の側面には、組み立て状態で印刷回路基板６００（図２を参照）に連結されるように延長接続部８１５が突出形成される。
各端子連結体８１０，８２０には、絶縁性部材の湾入部７４３（図４を参照）に挿入・結合される結合部８３０，８４０が形成される。結合部８３０，８４０は、全体的に板状素材からなる本体の側面を所定の高さだけ内側に折り曲げて形成された第１折曲部８３１と、この第１折曲部８３１を再び垂直に折り曲げて形成された第２折曲部８３２と、を含んでいる。したがって、結合部８３０，８４０は、絶縁性部材の湾入部に弾力的に結合される。
図６は、図４の組立型絶縁性部材と図５の分離型コネクティング部材を用いて単位電池の各電極端子を連結する一部の組立工程図である。すなわち、図６は、絶縁性部材７００とコネクティング部材８００を用いて各単位電池２００，２０１を直列方式で連結する過程を示している。
図６に示すように、コネクティング部材の第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０は、各結合部８３０，８４０が絶縁性部材のうち第２組立単位体７４０の湾入部７４３に挿入・結合される。第１端子連結体８１０は、結合部８３０が上側に向かった状態で湾入部７４３に挿入され、板状本体８１４が第１組立単位体７３０と第２組立単位体７４０の下端面を取り囲むように結合される。上記のような第１端子連結体８１０と絶縁性部材との結合過程で、結合部８３０の側面折曲部８３１は、湾入部７４３の下端に長く形成された下部誘導溝７４５に沿って導入される。第１端子連結体８１０は、その結合部８３０が絶縁性部材７００の湾入部７４３に挿入された状態で、突出部が形成されていない他の絶縁性部材（図示せず）の下端面に装着されるので、結合溝８１２は閉鎖型となる。
その反面、第２端子連結体８２０は、結合部８４０が下側に向かった状態で湾入部７４３に挿入され、板状本体８２４が第２組立単位体７４０の上端面を取り囲むように結合される。上記のような第２端子連結体８２０と絶縁性部材との結合過程で、結合部８４０の側面折曲部８４１は、湾入部７４３の上端に長く形成された上部誘導溝７４４に沿って導入される。第２端子連結体８２０は、その結合部８４０が絶縁性部材７００の湾入部７４３に側面方向に挿入された状態で、突出部７１２が形成された絶縁性部材７００の上端面に装着されるので、結合溝８２２は開放型となる。
二つの端子連結体８１０，８２０は、絶縁性部材７００に結合されたときも、図示したように（結合前の状態）互いに分離された状態を維持する。第１端子連結体８１０は、第１組立単位体７３０の下端面に締結される単位電池２０１の正極端子２２１と接続され、第２端子連結体８２０は、第２組立単位体７４０の突出部７１２に締結される単位電池２００の負極端子２３０に接続される。
以下、絶縁性部材とコネクティング部材との組立過程を例示的に説明する。
まず、第２組立単位体７４０に第２端子連結体８２０を結合させる（Ｓ１）。次に、第１端子連結体８１０を第２組立単位体７４０に結合させる（Ｓ２）。上記のように第２組立単位体７４０に結合された第２端子連結体８２０の結合溝８２２を、単位電池２００の負極端子２３０の貫通口２４０に一致させる（Ｓ３）。次に、第１組立単位体７３０を第２組立単位体７４０に結合させる（Ｓ４）。最終的に、正極端子２２０の貫通口２４０が突出部７１０に締結され、負極端子２３０の貫通口２４０が突出部７１２に締結されるように、単位電池２００を絶縁性部材７００に実装する（Ｓ５）。このとき、正極端子２２０は、突出部７１０に締結された状態で、その上に結合される他の第１端子連結体（図示せず）と接触する。その反面、負極端子２３０は、突出部７１２に締結された第２端子連結体８２０と接触する。
以上、組立過程の一つの例を説明したが、上記の組立順序は、一部を変更することができる。例えば、第１組立単位体７３０と第２組立単位体７４０との結合過程（Ｓ４）を先に行うこともできる。
図７は、図６の組み立て過程後、図２の印刷回路基板を連結する過程を模式的に示している。理解の便宜上、単位電池の各電極端子を結合するコネクティング部材のみを一部透視図として示した。
第１端子連結体８１０の延長接続部８１５は、絶縁性部材に結合された状態で印刷回路基板６００側に配向される。第１端子連結体８１０が単位電池の各電極端子の対応位置に安定的に固定されるので、各延長接続部８１５も所定位置に設置される。したがって、印刷回路基板６００の各穿孔口６２０が延長接続部８１５に挿入されるように印刷回路基板６００をコネクティング部材８００上に位置させることで、組み立ての第１段階を行うことができる。この組み立ての第１段階の終了後、延長接続部８１５の上端が穿孔口６２０を貫通して基板６３０から突出されるが、この突出部位を半田付けすることで、コネクティング部材８００と印刷回路基板６００との電気的連結及び物理的結合が行われる。
コネクティング部材８００と印刷回路基板６００との結合後も、コネクティング部材８００の第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０は、互いに分離されて絶縁状態を維持している。したがって、各関連素子の組み立てが完了した後、これら第１及び第２端子連結体８１０，８２０を安全素子や別途の導電性部材で連結することで通電可能になる。図７は、安全素子の一種であるフューズ９００を用いて電気的連結を行う過程を示している。
フューズ９００は、過電流や過熱の発生時に断電される部位を含む本体９１０と、この本体９１０から突出される接続端子９２０，９３０と、を含んでいる。
第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０が絶縁性部材７００に結合された状態で、第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０の結合部８３０，８４０には、弾性的な接続溝８３３，８４３が形成される。したがって、フューズ９００の各接続端子９２０，９３０が結合部８３０，８４０の接続溝８３３，８４３に挿入されることで、第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０とが電気的に接続される。該当の各単位電池（図示せず）に過電流または過熱が発生するとフューズ８００が断電されるので、電池モジュールを分解せずに断電されたフューズ８００を除去し、新しいフューズを第１端子連結体８１０と第２端子連結体８２０に結合させることができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明してきたが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様に応用及び変形可能であろう。
１００ 電池モジュール
２００ 単位電池
３００ 第１回路部
４００ 第２回路部
５００ 第３回路部
６００ 印刷回路基板
７００ 絶縁性部材
８００ コネクティング部材
９００ フューズ
２００ 単位電池
３００ 第１回路部
４００ 第２回路部
５００ 第３回路部
６００ 印刷回路基板
７００ 絶縁性部材
８００ コネクティング部材
９００ フューズ
Claims (11)
- 二次電池である多数の単位電池からなる高出力大容量の電池モジュールにおいて、単位電池の電圧、電流及び／または温度を検出するためのセンシングボードアセンブリであり、
前記各単位電池の電極端子を電気的に連結し、印刷回路基板に接続するための延長接続部を含むコネクティング部材と、
前記コネクティング部材の延長接続部が挿入・結合される穿孔口と、前記穿孔口に連結される回路とを備えた印刷回路基板と、を含んで構成されたセンシングボードアセンブリ。 - 前記延長接続部は、穿孔口に挿入された状態で印刷回路基板の対向側に突出される程度の長さを有し、
前記延長接続部の突出部位は、印刷回路基板に半田付けによって結合されることを特徴とする請求項１に記載のセンシングボードアセンブリ。 - 前記各単位電池の電圧を検出することを特徴とする請求項１に記載のセンシングボードアセンブリ。
- 隣接した各単位電池の電極端子を電気的に絶縁させるための絶縁性部材は、前記各電極端子と締結された状態で前記各電極端子の間に介在され、
前記コネクティング部材は、前記絶縁性部材に締結された状態で各電極端子の電気的連結をなすことを特徴とする請求項１に記載のセンシングボードアセンブリ。 - 前記単位電池の正極端子が締結される部位と、負極端子が締結される部位とが互いに結合及び分離可能に構成された二つの組立単位体であることを特徴とする請求項４に記載のセンシングボードアセンブリ。
- 前記コネクティング部材は、単位電池（Ａ）の電極端子（ａ）に接触される第１端子連結体と、単位電池（Ａ）に隣接した単位電池（Ｂ）の電極端子（ｂ）に接触される第２端子連結体と、を含んでおり、前記絶縁性部材を取り囲む形態で結合されるか、または、前記絶縁性部材に形成された結合用溝に挿入される形態で結合される構造であることを特徴とする請求項１に記載のセンシングボードアセンブリ。
- 前記第１端子連結体と第２端子連結体が互いに分離されており、
各端子連結体は、該当の電極端子に接続するように絶縁性部材に結合され、前記絶縁性部材との結合後、第１端子連結体と第２端子連結体との電気的連結のための導電性部材によって前記各端子連結体が結合される構造であることを特徴とする請求項６に記載のセンシングボードアセンブリ。 - 前記印刷回路基板の中央部には、コネクティング部材に結合された状態でコネクティング部材の一部を露出させる開口が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のセンシングボードアセンブリ。
- 請求項１によるセンシングボードアセンブリを含んで構成された中大型二次電池モジュール。
- 前記電池モジュールは、充放電可能な二次電池である多数の単位電池が積層されるプレートと、電池の作動を制御する回路部と、を含んで構成された請求項９に記載の中大型二次電池モジュール。
- 前記二次電池モジュールは、
充放電可能な二次電池である多数の単位電池と、
メーンボードアセンブリが付着される下端収納部と、前記各単位電池が順次積層される上端収納部と、を含む長方形の下部ケースと、
前記下部ケース上に積層された各単位電池の上端を覆う下端収納部を含む長方形の上部ケースと、
積層された各単位電池の電気的連結を行い、電池の電圧、電流及び／または温度を検出するための前記センシングボードアセンブリを含む第１回路部と、
前記第１回路部と電気的に連結されており、モジュールを全般的に制御するメーンボードアセンブリを含む第２回路部と、
前記第２回路部に電気的に連結されており、過充電、過放電、過電流及び過熱などの電池の非正常な作動時、電池の作動を制御するスイッチング素子を含む第３回路部と、から構成されたことを特徴とする請求項１０に記載の中大型二次電池モジュール。
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