JP2008530730A - バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システム - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システムを提供する。
【解決手段】本バッテリーカートリッジ接続システムは、
プレート状バー本体と、連結部品と、電気接続部品とを各々含むバスバーと、
バスバーが容易に取り付けられるベースプレートと、
バスバーに容易に連結され、ベースプレートにコンパクトな構造で取り付けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）とを含む。
本発明は、更に、バッテリーモジュール、及びバッテリーカートリッジ接続システムを含む中型又は大型のバッテリーシステムを提供する。本発明によれば、バッテリーカートリッジ接続システムは、コンパクトな構造のバッテリーモジュール又はバッテリーシステムで、電気的接続及び機械的連結を容易に行う。更に、バッテリーカートリッジ接続システムは、電気的接続を完了した後、接続された部品での電気抵抗等の優れた電気的性質を備えており、機械的連結を完了した後、外部からの衝撃や振動に対する優れた機械的強度を提供する。更に、バッテリーカートリッジ接続システムは、バッテリーモジュール又はバッテリーシステムを製造するとき、又はバッテリーモジュール又はバッテリーシステムを修理するとき、エンジニアや使用者が電気的短絡に露呈される危険をなくす。

Description

本発明は、バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システムに関し、更に詳細には、プレート状バー本体、連結部品、及び電気接続部品を各々含むバスバーと、バスバーが容易に取り付けられるベースプレートと、バスバーに容易に連結され、ベースプレートにコンパクトな構造で取り付けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）とを含む、バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システム、及びバッテリーモジュール、及びバッテリーモジュールを含む中型又は大型のバッテリーシステムに関する。

現在、充電及び放電を行うことができる二次バッテリー（蓄電池）が無線携帯デバイスのエネルギ源として広く使用されている。更に、二次バッテリーは、化石燃料を使用する現存のガソリン車輛及びディーゼル車輛が引き起こす大気汚染等の問題を解決するために開発されてきた電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の電源としてかなりの注目を集めている。

小型の携帯デバイスは、各デバイス毎に１個又は数個の小型セルを使用する。他方、車輛等の中型又は大型のデバイスは、高出力及び大容量が必要とされるため、互いに電気的に接続された複数のセルを持つ中型又は大型のバッテリーシステムを使用する。

中型又は大型のバッテリーシステム用のユニットセルとして、ポーチ状二次バッテリーが広範に使用されている。これは、アルミニウム及びポリマー樹脂の積層シートで全体がパッケージされており、従って、ポーチ状二次バッテリーの機械的強度は高くない。この理由により、複数のユニットセルをバッテリーカートリッジに取り付け、このカートリッジでユニットセルを直列又は並列に接続し、複数のバッテリーカートリッジを互いに電気的に接続し、バッテリーモジュールを形成する。

ハイブリッド電気自動車に広範に使用されたバッテリーモジュールは、電解質が各ユニットセル（二次セル）から漏れることがない閉鎖構造を有する。即ち閉鎖型バッテリーモジュールは、電解質の漏れを阻止するという利点を有する。しかしながら、閉鎖型バッテリーモジュールには、ユニットセルが異常作動した場合、ユニットセル内で発生した熱が溜まり、溜まった熱がセルの劣化を加速し、少数の又は多数のユニットセルが過熱し、従って、ユニットセルが発火したり爆発したりする場合があるという問題点がある。現在、ユニットセルの使用の可能性において多くの関心を集めているリチウム−イオン二次セル又はリチウム−イオンポリマー二次セルは、二次セルの充電時及び放電時に熱を発生する。こうした熱がユニットセルに溜まり続けると、ユニットセルの劣化が加速し、従って、ユニットセルが発火したり爆発したりする。

本願の出願人は、上述の問題点を解決するための新規な構造を持つバッテリーカートリッジ及びバッテリーモジュールを開発した。これは、韓国知的財産局に出願され且つ認容された韓国特許出願第２００４−１１１６９９号である。

上述の特許出願に記載されたバッテリーカートリッジ及びバッテリーモジュールには、機械的強度が低いユニットセルを安定的に取り付け、熱をユニットセルから効果的に除去し、ユニットセルが異常作動した場合にユニットセルが過熱しないようにし、これによってユニットセルの使用寿命及び安全性を向上するという特徴がある。更に、このバッテリーモジュールは、全体にコンパクトな構造で製造でき、従って、このバッテリーモジュールは、好ましくは、小型で高出力で大容量のバッテリーモジュール又はバッテリーシステムを提供するのに使用される。

他方、コンパクトなバッテリーモジュール又はバッテリーシステムを製造するため、ユニットセル間の電気的接続、及びユニットセルと他の構成要素との連結を小さな空間内で行う必要がある。その結果、短絡が生じる可能性があり、溶接やボルト及びナットを使用することによって機械的連結を行うのは困難である。この理由により、ばね等の弾性部材を使用してユニットセル間で電気的接続を接触態様で行う方法が提案されてきた。しかしながら、この従来の方法では、機械的強度及び振動に対する抵抗が低く、弾性部材は容易に弱くなってしまい、その結果接触抵抗が上昇する。更に、連結された部品が互いから容易に分離してしまう。こうした問題点は、ユニットセルの電圧及び温度を計測するために取り付けられたプリント回路基板（ＰＣＢ）でも起こる。

従って、本発明は、未だ解決されていない以上の問題点及び他の技術上の問題点を解決するためになされたものである。

特定的には、本発明の第１の目的は、コンパクトな構造のバッテリーモジュール又はバッテリーシステムで電気的接続及び機械的連結を容易に行うことができる、電気的接続の完了後に接続された部品での電気抵抗等の電気的性質が優れており、且つ機械的連結の完了後に外部からの衝撃や振動に対する機械的強度が優れている、バッテリーカートリッジ接続システムを提供することである。こうした優れた電気的性質及び優れた機械的強度は、ユニットセルが取り付けられたバッテリーカートリッジの電気的接続及びユニットセルの電圧及び温度の計測を行うために設けられたプリント回路基板（ＰＣＢ）の取り付け及び電気的接続にも適用される。

本発明の第２の目的は、バッテリーモジュール又はバッテリーシステムを製造するとき、又はバッテリーモジュール又はバッテリーシステムを修理するときにエンジニアや使用者が電気的短絡に露呈されないようにできるバッテリーカートリッジ接続システムを提供することである。本発明によれば、短絡の発生が阻止される。従って、欠陥のある製品の割合が低下し、従って、製造効率が大幅に向上する。

本発明の第３の目的は、上述のバッテリーカートリッジ接続システムを含むバッテリーモジュールを提供することである。これによって、バッテリーモジュールはコンパクトな構造で製造されると同時に、電気的接続が安定し、丈夫さを含む機械的特性が優れている。更に、このようなバッテリーモジュールを含むバッテリーシステムを提供する。

本発明の一つの特徴によれば、以上の及び他の目的は、 バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システムにおいて、バッテリーカートリッジを電気的に接続するための部材であるバスバーと、複数のバスバーを取り付けることができる部材であるベースプレートと、前記複数のバスバーに電気的に接続された部材であるプリント回路基板（ＰＣＢ）と、を備え、各バスバーは、バッテリーの電極端子と表面が接触するように形成されたプレート状バー本体と、前記プレート状バー本体の各端の少なくとも一部を曲げることによって形成された連結部品と、前記プレート状バー本体の各端の少なくとも一部を曲げることによって形成された電気接続部品とを含み、前記連結部品の各々は連結溝を有し、該連結溝に、ベースプレートに形成された対応する連結部材が係合され、前記電気接続部品は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の対応する部分に固定的に挿入できる突出した形状で形成され、前記ベースプレートは、前記バスバーが固定的に挿入される複数の開口部を有し、前記連結部材は、前記バスバーの前記連結溝と係合するように、前記開口部に形成されており、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）は、前記バスバーの前記突出した電気接続部品が固定的に挿入される接続穴を有する、バッテリーカートリッジ接続システムを提供することによって達成される。

本発明によるバッテリーカートリッジ接続システムにより、複数のバスバーをベースプレートに機械的に連結する態様で容易に取り付けることができ、プリント回路基板（ＰＣＢ）をバスバーに容易に電気的に接続できる。従って、バッテリーモジュール又はバッテリーシステムの構造がコンパクトであっても、連結された部品のところでの機械的安定性が優れている。

本発明の好ましい実施例では、バッテリーカートリッジの各々は、一対の外フレーム部材（ａ、ｂ）と、これらの外フレーム部材（ａ、ｂ）間に配置された内フレーム部材（ｃ）とを含み、ユニットセルが第１外フレーム部材（ａ）と内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられ、別のユニットセルが第２外フレーム部材（ｂ）と内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられる。状況によっては、二つ以上のユニットセルが一方の外フレーム部材（ａ又はｂ）と内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられる。

バッテリーカートリッジの各々に二つのユニットセルが取り付けられているけれども、各ユニットセルの電極端子は、フレーム部材（ａ、ｂ、ｃ）の上端に向かって突出している。好ましい実施例では、内フレーム部材（ｃ）は、その上端の電極端子（カソード端子又はアノード端子）の一方と対応する所定の位置に、対応する電極端子に沿って延びるスカートを備えており、ベースプレートは、スカートと対応する所定の位置に、スカートが係合する溝を備えている。スカート及び溝のこの構造により、バスバーが取り付けられたベースプレートをバッテリーカートリッジに組み立てるとき、カソードとアノードとの不正接続による電気的短絡が起こらないようにし、ベースプレート及びバッテリーカートリッジの連結位置を正確に設置する。

好ましくは、バッテリーカートリッジに取り付けられたユニットセルの電極端子、及びベースプレートに取り付けられたバスバーは、バッテリーカートリッジ及びベースプレートの組み立ての完了後、溶接又はハンダ付けによって互いに固定的に取り付けられ、これによって、電極端子とバスバーとの間の連結及び電気的接続を更にしっかりと行う。更に好ましくは、ユニットセル及びバスバーの電極端子を、レーザー溶接や抵抗溶接等の溶接によって互いに固定的に取り付ける。

好ましくは、外フレーム部材（ａ、ｂ）の上端には位置決め部品が設けられており、これらの位置決め部品にはユニットセルの電極端子が、曲げられるときに配置され、外フレーム部材の位置決め部品の下には、外フレーム部材の横方向に延びる窪みが設けられており、位置決め部品は、窪みと連通した複数の溶接溝を有し、これによって溶接作業が容易に行われる。従って、複数のバッテリーカートリッジを積み重ねた状態で溶接作業、例えば抵抗溶接作業（又はスポット溶接作業）を行うとき、一方の溶接チップを、窪み及び溶接溝を通して位置決め部品の電極端子の下端に接続し、別の溶接チップをバスバーの上端に接続する。バスバーの上端でレーザー溶接作業を行う場合でも、溶接溝は有用であるということがわかっている。

本発明の好ましい実施例では、バッテリーカートリッジの各々は、更に、ユニットセルの温度を計測するためのサーミスタを有する。サーミスタは、内フレーム部材（ｃ）のアノード端子位置決め部品とカソード端子位置決め部品との間に形成された溝を通してユニットセル間に取り付けられていてもよい。

フレーム部材間の連結は、特に制限されない。例えば、フレーム部材間の連結は、ボルト／ナット、リベット、溶接、接着剤、雄−雌ねじ連結部材又は構造等の様々な連結方法によって行ってもよい。

フレーム部材の材料も、特に制限されない。フレーム部材は、プラスチック樹脂又は金属等の様々な材料で形成されていてもよい。しかしながら、金属等の導体を使用する場合には、電極のリードの露呈された部分を電気的に絶縁することが必要である。

カートリッジに取り付けられたユニットセルは二次セルであり、充電及び放電を行うことができる。好ましくは、高度に一体に積み重ねることができる矩形の二次セル又はポーチ状二次セルをユニットセルとして使用する。好ましくは、ポーチ状セルは、通常は、ユニットセルとして使用される。

ユニットセルの各々は、密封されたセルケースに取り付けられたカソードと、アノードと、セパレータと、電解質とを含む。ユニットセルの各々は、薄いフィルム状のカソードとアノードとの間に微小孔を持つ多孔質セパレータが設けられた電極アッセンブリを巻いたジェリー−ロール型構造、又は、アノード／セパレータ／カソードでできたフルセル(fullcells) 又はバイセル(bicells) を互いに順次積み重ねた積み重ね型構造を備えている。カソード及びアノードに供給される活性材料は、特に制限されない。好ましくは、カソード活性材料は、非常に安全なリチウムマンガンを基材とした酸化物であり、アノード活性材料は炭素でできている。好ましいユニットセルは、リチウム−イオンセル又はリチウム−イオンポリマーセルである。

上文中に説明したように、バスバーの各々は、プレート状バー本体、連結部品、及び電気接続部品を含む。連結部品及び電気接続部品は、プレート状バー本体の両端を適当に曲げることによって形成される。好ましくは、連結部品は、バスバーをベースプレートの開口部に取り付けるとき、連結部品がベースプレートの開口部に容易に弾性的に係合するように二回以上曲げられる。

連結部品の曲げ方向は、電気接続部品の曲げ方向と同じであり、連結部品の幅は電気接続部品よりも大きく、これによって、バスバーをベースプレートの開口部に取り付けたとき、連結部品によってバスバーとベースプレートの開口部との間に連結力を提供する。

ベースプレートは、積み重ねられた複数のバッテリーカートリッジの上端に（即ち電極端子に）取り付けられ、ベースプレートは、積み重ねられたバッテリーカートリッジの一方の側の電極端子を相互連結するバスバーが取り付けられた開口部（上開口部アレイ）を有し、積み重ねられたバッテリーカートリッジの他方の側の電極端子を相互連結するバスバーが取り付けられた開口部（下開口部アレイ）とを有し、上開口部アレイの開口部及び下開口部アレイの開口部は交互に配置されている。これを以下に詳細に説明する。上文中に説明したように、開口部アレイの一方には、バッテリーカートリッジのスカートが係合する溝が設けられており、開口部アレイの他方には、対応するスカートが設けられている。

プリント回路基板（ＰＣＢ）には、ユニットセルの電圧や温度についての情報をバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に提供するための回路が形成されている。バッテリー管理システム（ＢＭＳ）は、ユニットセル間の電位差を適当なレベルに維持し、過充電、過放電、及び過電流を阻止するための回路が設けられている。プリント回路基板（ＰＣＢ）の回路は、変成エポキシ樹脂複合材料でできたプレート状材料上に形成されている。回路は、夫々のバスバーに電気的に接続されている。上文中に説明したように、プリント回路基板（ＰＣＢ）に設けられた接続穴を通してバスバーの電気接続部品を固定的に挿入する。これらの穴は、バスバーと対応する所定位置に形成される。本発明の好ましい実施例では、プリント回路基板（ＰＣＢ）の接続穴は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の側部に形成された突出部を通して形成されている。好ましくは、バスバーの電気接続部品は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の接続穴を通して挿入され、次いで電気接続部品をプリント回路基板（ＰＣＢ）にハンダ付けによって固定的に取り付ける。バッテリーカートリッジの各々にサーミスタが取り付けられている場合には、サーミスタに接続されるコネクタをプリント回路基板（ＰＣＢ）に形成する。接続穴及びサーミスタ用のコネクタは、プリント回路基板（ＰＣＢ）に形成された回路を通してバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に電気的に接続されるということは言うまでもない。

本発明の別の特徴によれば、上文中に説明したバッテリーカートリッジ接続システムを含むバッテリーモジュールが提供される。

特定的には、本発明によるバッテリーモジュールは、二つ以上のバッテリーカートリッジを含むバッテリーカートリッジアッセンブリと、バッテリーカートリッジアッセンブリが挿入される開放した前部分と、バッテリーカートリッジアッセンブリが取り付けられる内部空間とを持つ箱状モジュールケースと、ケースの開放した前部分に連結されるバッテリーカートリッジ接続システムとを含む。

本発明によるバッテリーモジュールは、全体にコンパクトであり、バッテリーモジュールの構造的安定性が優れている。バッテリーモジュールは、ユニットセルの充電時及び放電時にユニットセルから発生した熱を、バッテリーモジュールがコンパクトな構造であっても、効果的に除去する開放型構造で製造できる。開放型構造で製造されたバッテリーモジュールの詳細は、韓国特許出願第２００４−１１１６９９号に記載されている。同特許出願に触れたことにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。

複数のバッテリーカートリッジをモジュールケースに挿入し、バッテリーカートリッジ接続システム（ベースプレートにバスバー及びプリント回路基板（ＰＣＢ）が取り付けられている）をモジュールケースの開放した前部分に連結し、バッテリーカートリッジの電極端子及びバスバーを溶接によって互いに固定的に取り付ける。

本発明の好ましい実施例では、バッテリーモジュールは、ベースプレートの外面を覆うための安全プレートを更に含み、この安全プレートは、ベースプレートの開口部に挿入するのに適した大きさ及び形状を持つ複数の挿入部品を有する。安定プレートの挿入部品は、バスバーとバッテリーカートリッジの電極端子との間のぴったりとした接触を改良し、外部から衝撃がバッテリーモジュールに加わったときにバスバーが分離しないようにし、短絡の可能性をなくすのに役立つ。

組み立てプロセスの完了後、バスバーをベースプレートの外面から部分的に露呈する。好ましくは、ベースプレートの外面を覆うための追加の安全プレートを更に設けてもよい。

本発明の更に別の特徴によれば、互いに電気的に接続された複数のバッテリーモジュールを含む、高出力で大容量のバッテリーシステム（即ちバッテリーパック）が提供される。好ましくは、バッテリーモジュール間の効果的連結を行うための連結部材が更に含まれていてもよい。

本発明によるバッテリーシステムは、高出力で大容量のバッテリーシステムに対して使用してもよい。好ましくは、バッテリーシステムは、電気自動車又はハイブリッド電気自動車のバッテリーシステムに使用される。更に好ましくは、バッテリーシステムは、ハイブリッド電気自動車のバッテリーシステムに使用される。

本発明の以上の及び他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照して以下の説明を読むことにより、更に明瞭に理解されるであろう。

発明を実施するための形態

次に、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲は、例示の実施例によって制限されないということは理解されるべきである。

図１は、本発明で使用できる、好ましい実施例によるバッテリーカートリッジを代表的に示す斜視図である。

図１を参照すると、バッテリーカートリッジ１００は、一対の外フレーム部材１１０及び１２０と、これらの外フレーム部材１１０と１２０との間に配置された内フレーム部材１３０とを含む。これらのフレーム部材１１０、１２０、及び１３０の詳細は、本願の出願人の名で出願された韓国特許出願第２００４−１１１６９９号に開示されている。

二つのユニットセル（図示せず）が、第１外フレーム部材１１０と内フレーム部材１３０との間の中空部及び第２外フレーム部材１２０と内フレーム部材１３０との間の別の中空部に夫々取り付けられる。フレーム部材１１０、１２０、及び１３０は、複数の支持バー１４０を含み、これらの支持バー１４０は、ユニットセルを、第１外フレーム部材１１０と内フレーム部材１３０との間に、及び第２外フレーム部材１２０と内フレーム部材１３０との間に更に安定的に支持するため、フレーム部材１１０、１２０、及び１３０の中空部をフレーム部材１１０、１２０、及び１３０に対して横方向に延びる。

内フレーム部材１３０には、ユニットセルの温度を計測するためのサーミスタ１５０が取り付けられている。内フレーム部材１３０の構造を図２に示す。

図１を再び参照すると、外フレーム部材１１０及び１２０の上端には、位置決め部品１１２及び１１４が夫々設けられている。第１外フレーム部材１１０と内フレーム部材１３０との間に取り付けられたユニットセルの電極端子、及び第２外フレーム部材１２０と内フレーム部材１３０との間に取り付けられたユニットセルの電極端子が、曲げられるとき、これらの位置決め部品１１２及び１１４のところに配置される。位置決め部品１１２及び１１４下方の外フレーム部材１１０及び１２０には、外フレーム部材１１０及び１２０に対して横方向に延びる窪み１１５が形成されている。位置決め部品１１２及び１１４にも複数の溶接溝１１６が形成されており、これらの溶接溝１１６は、窪み１１５と連通している。従って、組み立て中に、溶接作業、例えば抵抗溶接作業をバスバー（図示せず）に対して行うとき、一方の溶接チップ１６０を、窪み１１５及び溶接溝１１６を通して電極端子の下端に接続できる。

バッテリーカートリッジ１１０の上端に形成された位置決め部品１１２及び１１４の一方、即ち位置決め部品１１２から、スカートが突出している。更に詳細には、図２に示すように、スカート１１７が、内フレーム部材１３０の上端に形成された位置決め部品１３２の一方の側から、内フレーム部材１３０の横方向に延びるように突出している。これを図３を参照して詳細に説明する。

図３は、図１のバッテリーカートリッジに取り付けられたユニットセルを代表的に示す斜視図である。

図３を参照すると、第１外フレーム部材１１０と内フレーム部材１３０との間に取り付けられたユニットセル２００の電極端子２１０及び２２０、及び第２外フレーム部材１２０と内フレーム部材１３０との間に取り付けられたユニットセル２０１の電極端子２１１及び２２１が、バッテリーカートリッジの上端に形成された位置決め部品１１２及び１１４のところに配置され、曲げてある。詳細には、図示のように、電極端子２１０及び２２０が上方に曲げられるのに対し、電極端子２１１及び２２１は下方に曲げられる。

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ると仮定すると、ユニットセル２００の電極端子２２０はアノード端子であり、ユニットセル２０１の電極端子２１１はアノード端子であり、ユニットセル２０１の電極端子２２１はカソード端子である。従って、二つのユニットセル２００及び２０１を互いに直列に接続する場合には、ユニットセル２００のアノード端子２２０と、ユニットセル２０１のカソード端子２２１とをバスバー（図示せず）を介して互いに電気的に接続し、ユニットセル２００のカソード端子２１０を、隣接したバッテリーカートリッジ（図示せず）のユニットセルＡのカソード端子に接続し、ユニットセル２０１のアノード端子２１１を隣接したバッテリーカートリッジ（図示せず）の別のユニットセルＢのカソード端子に接続する。

従って、バッテリーカートリッジ１００の位置決め部品１１２及び１１４の一方に、即ち位置決め部品１１４に配置された電極端子２２０及び２２１は、曲げられたとき、互いに直接的に接続される。他方、バッテリーカートリッジ１００の他方の位置決め部品１１２に配置された電極端子２１０及び２１１は、曲げられたとき、互いに直接的に接続されず、隣接したバッテリーカートリッジの電極端子に接続される。このとき、位置決め部品１１２に配置されたスカート１１７により、スカート１１７の両側で逆方向に曲げられた電極端子２１０及び２１１がバスバーによって互いに直接的に接続されることがないようにし、これによって、組み立てが正しく行われなかった場合に短絡が起こらないようにする。

図４は、本発明で使用できる、好ましい実施例によるバスバーを代表的に示す斜視図である。

図４を参照すると、バスバー３００は、連結部品３２０及び電気接続部品３３０を含む。これらの部品は、プレート状バー本体３１０の各端に形成されている。プレート状バー本体３１０の下面は、バッテリーカートリッジの上端に配置された電極端子（図３参照）に接続され、その後、これらの電極端子は、溶接又はハンダ付けによってプレート状バー本体３１０に固定的に取り付けられる。連結部品３２０及び電気接続部品３３０を、プレート状バー本体３１０の表面と逆方向に曲げ、ここで電極端子はプレート状バー本体３１０に固定的に取り付ける。

連結部品３２０及び電気接続部品３３０の構造を図５を参照して更に詳細に説明する。連結部品３２０は、プレート状バー本体３１０の端部を二回曲げることによって形成される。詳細には、プレート状バー本体３１０の端部を上方に９０°曲げた後、プレート状バー本体３１０の曲げた端部の半部を下方に１８０°曲げる。従って、バスバー３００をベースプレート（図示せず）に取り付けるとき、バスバー３００によって更に大きな弾性連結力が提供され、バスバー３００の曲げた上端面３２１によってバスバー３００をベースプレートの開口部に更に容易に挿入できる。各連結部品３２０の中央には、連結溝３２２が形成されており、ベースプレートの開口部に形成された連結部材（図示せず）が、ここと係合する。

長さが連結部品３２０よりも短い電気接続部品３３０は、プレート状バー本体３１０の両端に部分的に形成され、上方に小さい幅で突出している。これらの突出した接続部品３３０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の対応する部品に容易に挿入され、これによって電気的接続を完成する。

図６は、本発明で使用できる好ましい実施例によるベースプレートを代表的に示す斜視図である。

図６を参照すると、ベースプレート４００は厚いプレート状部材であり、バスバー３００（図示せず）が夫々取り付けられる複数の開口部４１０を備えている。これらの開口部４１０は、バスバー３００と大きさが一致する矩形の通穴である。各開口部４１０の内側面の両端には、連結部材４２０が形成されており、これらの連結部材４２０は、バスバー３００の連結部品３２０に形成された連結溝３２２と係合する（図５参照）。

ベースプレート４００の開口部４１０は、積み重ねたバッテリーカートリッジの一方の側の電極端子を相互接続するバスバーが取り付けられる上開口部アレイ４０１と、積み重ねたバッテリーカートリッジの他方の側の電極端子を相互接続するバスバーが取り付けられる下開口部アレイ４０２とに分けられる。上開口部アレイ４０１の開口部及び下開口部アレイ４０２の開口部は、図３を参照して上記で説明したように、電極端子を互いに電気的に接続したときのバスバーの連結位置のため、交互に配置されている。更に、上開口部アレイ４０１の開口部間の隔壁にスカート４３０が形成されており、下開口部アレイ４０２の開口部間の隔壁に溝４４０が形成されている。バッテリーカートリッジ１００の上端に形成された位置決め部品１１２に配置されたスカート１１７（図３参照）は、下開口部アレイ４０２の対応する溝４４０と係合する。

上開口部アレイ４０１と下開口部アレイ４０２との間には、ブリッジ４５０が配置されている。このブリッジ４５０は、プリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）がブリッジ４５０に配置されるように窪んでいる。ブリッジ４５０の一部には、サーミスタのコネクタ（図示せず）が配置される複数の溝が形成されている。

図７は、本発明で使用できる好ましい実施例によるプリント回路基板（ＰＣＢ）を代表的に示す斜視図である。複数のバスバーがプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続されている。

図７を参照すると、プリント回路基板（ＰＣＢ）５００はプレート状部材である。プリント回路基板（ＰＣＢ）５００は、バスバーがプリント回路基板（ＰＣＢ）５００に接続される所定の位置に形成された突出部５１０を有する。各突出部５１０には接続穴５１２が形成されており、この穴を通して、対応するバスバー３００の接続部品３３０が挿入される。従って、バスバー３００とプリント回路基板（ＰＣＢ）５００との間の接続は、単に接続穴５１２を通して接続部品３００を挿入することによって行われる。この接続は、外力、例えば衝撃や振動がプリント回路基板（ＰＣＢ）５００及びバスバー３００のアッセンブリに加わった場合でも安定的に維持される。プリント回路基板（ＰＣＢ）５００及びバスバー３００のアッセンブリの、連結部品のところでの機械的連結及び電気的接続の程度をハンダ付けによって向上してもよい。ユニットセル（図示せず）の電圧等の情報は、バスバー３００の接続部品３３０を通してプリント回路基板（ＰＣＢ）５００の回路に伝達され、次いでバッテリー管理システム（ＢＭＳ）（図示せず）に伝達され、ここでバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に伝達された情報に基づいてユニットセルを制御する。

プリント回路基板（ＰＣＢ）５００の前面及び後面には、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）に電気的に接続するためのコネクタ５３０及び５４０が設けられている。例えば、コネクタ５３０は、スレーブバッテリー管理システム（ＢＭＳ）とマスターバッテリー管理システム（ＢＭＳ）との間の通信ケーブルが接続されるコネクタであってもよく、コネクタ５４０は、このコネクタを通して電圧信号及び温度信号をスレーブバッテリー管理システム（ＢＭＳ）に伝達するコネクタであってもよい。コネクタ５３０及び５４０の位置は、逆にしてもよい。状況によっては、コネクタ５３０及び５４０の少なくとも一方をなくしてもよい。従って、プリント回路基板（ＰＣＢ）５００とバッテリー管理システム（ＢＭＳ）との間の電気的接続は、様々な構造で行うことができる。これらの構造は、本発明の範囲内に含まれるものと解釈されるべきである。

図８及び図９は、図６のバスバー及びプリント回路基板（ＰＣＢ）を図５のベースプレートに取り付けた、ベースプレートの前面及び後面を夫々示す、代表的な斜視図である。

図８及び図９を参照すると、ベースプレート４００の連結部材４２０がバスバー３００の連結溝３２２内に係合しており、これによってバスバー３００がベースプレート４００に取り付けられている。バスバー３００がベースプレート４００に取り付けられた状態で、バスバー３００の連結部品３２０がベースプレート４００の前面（又は外面）から開口部４１０を通して露呈しており、バスバー３００のプレート状バー本体３１０がベースプレート４００の後面（又は内面）から露呈している。バッテリーカートリッジ１００の電極端子（図３参照）をバスバー３００のプレート状バー本体３１０の後面に接続する。バッテリーカートリッジ１００の電極端子は、バスバー３００のプレート状バー本体３１０に、レーザー溶接又は抵抗溶接によって固定的に取り付けられることが好ましい。ベースプレート４００の連結部材４２０とバスバー３００の連結溝３２２との間の弾性的係合により、複数のバッテリーカートリッジが取り付けられたバッテリーモジュール（図示せず）をベースプレート４００に連結するとき、バスバー３００のプレート状バー本体３１０は、バッテリーカートリッジ１００の電極端子に、幾分加圧された状態で接続され、これによって、溶接又はハンダ付けを行う上で好ましい状態が形成される。

プリント回路基板（ＰＣＢ）５００は、プリント回路基板（ＰＣＢ）５００がベースプレート４００のブリッジ４５０に配置されるように、ベースプレート４００の後面に取り付けられる（プリント回路基板５００は図８に破線で示してある）。サーミスタ１５０（図１参照）に接続されたコネクタ５４０がプリント回路基板（ＰＣＢ）５００に形成されている。

図１乃至図９を参照して上文中に詳細に説明したように、本発明によるバッテリーカートリッジ接続システムを使用することによって、特定の構造で組み立てを容易に行うことができる。更に、組み立てた状態での機械的連結及び電気的接続が優れており、従って、外力、例えば衝撃や振動がアッセンブリに加わった場合でも安定した連結状態が維持される。

図１０は、本発明の好ましい実施例によるバッテリーモジュールの製造に使用される箱状モジュールケースを代表的に示す斜視図であり、図１１は、本発明の好ましい実施例によるバッテリーモジュールを代表的に示す斜視図である。

図１０及び図１１を参照すると、モジュールケース６００は、開放した前部分６１０と、複数のバッテリーカートリッジ１００が取り付けられた内部空間６２０とを有する。モジュールケース６００は、ほぼ箱状に形成されている。モジュールケース６００の上端６３０には、複数の通しチャンネル６６０が設けられている。モジュールケース６００の下端６４０にも複数の通しチャンネル６６０が設けられている。モジュールケース６００の上端６３０及び下端６４０に形成された通しチャンネル６６０は、モジュールケース６００の内部空間６２０と連通している。状況によっては、これらの通しチャンネル６６０は、モジュールケース６００の後面６７０にも形成される。モジュールケース６００の側面６５０には、バッテリー管理システム（図示せず）が取り付けられる。

複数のバッテリーカートリッジ１００がモジュールケース６００に取り付けられた状態で、バスバー３００及びプリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）が取り付けられたベースプレート４００をモジュールケース６００の開放した前部分６１０に取り付け、次いで、ベースプレート４００をモジュールケース６００にボルト及びナットによって固定的に組み立てる。

組み立ての完了後に溶接チップ（図示せず）をモジュールケース６００の上端６３０に形成された導入穴６３２を通して導入し、バスバー３００及び電極端子の抵抗溶接を行う。抵抗溶接を行うとき、他方の溶接チップ（図示せず）を、ベースプレート４００の開口部４１０を通して露呈されたバスバー３００の外面に接続する。状況によっては、ベースプレート４００の開口部４１０を通して露呈されたバスバー３００にレーザー溶接を直接的に行うことができる。溶接チップ通して導入する導入穴６３２は、図１に示すように、バッテリーカートリッジ１００の窪み１１５と連通しているため、図１を参照して説明したように、溶接チップを、窪み１１５及び溶接溝１１６を通して電極端子の後面に容易に接続できる。

状況によっては、図１２に示すように、安全プレートをベースプレート４００の外面に取り付けてもよい。

図１２を参照すると、安全プレート７００は、ベースプレート４００と同様の形状に形成されており、ベースプレート４００の開口部４１０に挿入するのに適した大きさ及び形状を持つ複数の挿入部品７１０を含む。添付図面に示すように、挿入部品７１０は、ベースプレート４００の開口部に挿入され、これによってバスバー３００とバッテリーカートリッジ（図示せず）との間を密接な接触を改善し、バッテリーモジュールに外部から衝撃が加わった場合にバスバー３００が分離しないようにし、バスバー３００が露呈されることによる短絡の可能性をなくす。

図１１を再度参照すると、バッテリーモジュール８００は、上文中に説明した組み立てプロセスによって完成する。バッテリーモジュール８００は、全体に大きさがコンパクトであり、従って、バッテリーモジュール８００は、各単位容積について高い出力を提供する。更に、バッテリーモジュール８００は、外部からの衝撃に対し、高度の機械的及び電気的安全性を提供する。

高出力大容量のバッテリーシステムを製造するため、上文中に説明した構造を持つ複数のバッテリーモジュール８００を互いに電気的に接続する。この場合、バッテリーモジュール８００間の電気的接続は、ベースプレート４００の一方の側に連結された接続部材８１０によって行われる。バッテリーシステムは、電気自動車、特にハイブリッド電気自動車用の電源として非常に有用である。

本発明の好ましい実施例を例示の目的で説明したが、特許請求の範囲に開示した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形、追加、及び交換が可能であるということは、当業者には理解されよう。

以上の説明から明らかなように、本発明によるバッテリーカートリッジ接続システムは、構造がコンパクトなバッテリーモジュール又はバッテリーシステムでの電気的接続及び機械的連結を容易にする。更に、バッテリーカートリッジ接続システムは、電気的接続の完了後の接続部での電気抵抗等の優れた電気的特性、及び機械的連結の完了後の外部からの衝撃又は振動に対する優れた機械的強度を備えている。更に、バッテリーカートリッジ接続システムにより、バッテリーモジュール又はバッテリーシステムを製造するとき、又はバッテリーモジュール又はバッテリーシステムを修理するとき、エンジニア又は使用者が電気的短絡に露呈される危険をなくす。

本発明で使用できる、好ましい実施例によるバッテリーカートリッジの斜視図である。 図１に示すバッテリーカートリッジで使用する内フレーム部材の斜視図である。 バッテリーカートリッジに取り付けられた二つのユニットセルを示す斜視図である。 本発明で使用できる、好ましい実施例によるバスバーを示す斜視図である。 図４に示すバスバーの部分拡大図である。 本発明で使用できる、好ましい実施例によるベースプレートの斜視図である。 本発明で使用できる、好ましい実施例によるプリント回路基板（ＰＣＢ）を、プリント回路基板（ＰＣＢ）に接続された複数のバスバーとともに示す斜視図である。 バスバー及びプリント回路基板（ＰＣＢ）が図５のベースプレートに取り付けられた、ベースプレートの正面の斜視図である。 図８に示すベースプレートの後面の斜視図である。 本発明の好ましい実施例によるバッテリーモジュールの製造に使用される箱状モジュールケースの斜視図である。 本発明の好ましい実施例によるバッテリーモジュールの斜視図である。 本発明によるバッテリーモジュールに取り付けることができる、好ましい実施例による安全プレートの斜視図である。

符号の説明

１００ バッテリーカートリッジ
２００ ユニットセル
３００ バスバー
４００ ベースプレート
５００ ＰＣＢ
６００ モジュールケース
７００ 安全プレート
８００ バッテリーモジュール

Claims (21)

1. バッテリーモジュール用バッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   バッテリーカートリッジを電気的に接続するための部材であるバスバーと、
   複数のバスバーを取り付けることができる部材であるベースプレートと、
   前記複数のバスバーに電気的に接続された部材であるプリント回路基板（ＰＣＢ）と、を備え、
   各バスバーは、バッテリーの電極端子と表面が接触するように形成されたプレート状バー本体と、前記プレート状バー本体の各端の少なくとも一部を曲げることによって形成された連結部品と、前記プレート状バー本体の各端の少なくとも一部を曲げることによって形成された電気接続部品とを含み、前記連結部品の各々は連結溝を有し、該連結溝に、ベースプレートに形成された対応する連結部材が係合され、前記電気接続部品は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の対応する部分に固定的に挿入できる突出した形状で形成され、
   前記ベースプレートは、前記バスバーが固定的に挿入される複数の開口部を有し、前記連結部材は、前記バスバーの前記連結溝と係合するように、前記開口部に形成されており、
   前記プリント回路基板（ＰＣＢ）は、前記バスバーの前記突出した電気接続部品が固定的に挿入される接続穴を有する、バッテリーカートリッジ接続システム。
2. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記バッテリーカートリッジの各々は、一対の外フレーム部材（ａ、ｂ）と、これらの外フレーム部材（ａ、ｂ）間に配置された内フレーム部材（ｃ）とを含み、
   ユニットセルが前記第１外フレーム部材（ａ）と前記内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられるとともに、別のユニットセルが前記第２外フレーム部材（ｂ）と前記内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられるか、又は、二つ以上のユニットセルが一方の外フレーム部材（ａ又はｂ）と前記内フレーム部材（ｃ）との間に取り付けられる、バッテリーカートリッジ接続システム。
3. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記内フレーム部材（ｃ）は、その上端の前記電極端子（カソード端子又はアノード端子）の一方と対応する所定の位置に、対応する電極端子に沿って延びるスカートを有し、
   前記ベースプレートは、前記スカートと対応する所定の位置に、前記スカートが係合する溝を有している、バッテリーカートリッジ接続システム。
4. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記バッテリーカートリッジに取り付けられたユニットセルの電極端子、及び前記ベースプレートに取り付けられた前記バスバーは、前記バッテリーカートリッジ及び前記ベースプレートの組み立ての完了後、溶接又はハンダ付けによって互いに固定的に取り付けられ、これによって、前記電極端子と前記バスバーとの間の連結及び電気的接続を更にしっかりと行う、バッテリーカートリッジ接続システム。
5. 請求項４に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記電極端子及び前記バスバーは互いに溶接される、バッテリーカートリッジ接続システム。
6. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記外フレーム部材（ａ、ｂ）は、その上端に位置決め部品を有し、
   これらの位置決め部品に、前記ユニットセルの前記電極端子が、曲げられるときに配置され、
   前記外フレーム部材は、前記位置決め部品の下方に、前記外フレーム部材の横方向に延びる窪みを有し、
   前記位置決め部品は、前記窪みと連通した複数の溶接溝を有し、これによって溶接作業が容易に行われる、バッテリーカートリッジ接続システム。
7. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記バッテリーカートリッジの各々は、更に、前記ユニットセルの温度を計測するためのサーミスタを有する、バッテリーカートリッジ接続システム。
8. 請求項７に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記サーミスタは、前記内フレーム部材（ｃ）の前記アノード端子位置決め部品と前記カソード端子位置決め部品との間に形成された溝を通して前記ユニットセル間に取り付けられている、バッテリーカートリッジ接続システム。
9. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
   前記ユニットセルの各々は、ポーチ状リチウム−イオンセル又はポーチ状リチウム−イオンポリマーセルである、バッテリーカートリッジ接続システム。
10. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記連結部品は、前記バスバーを前記ベースプレートの開口部に取り付けるとき、前記連結部品が前記ベースプレートの前記開口部に容易に弾性的に係合するように二回以上曲げられる、バッテリーカートリッジ接続システム。
11. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記連結部品の前記曲げ方向は、前記電気接続部品の曲げ方向と同じであり、前記連結部品の幅は、前記電気接続部品の幅よりも大きくなっており、前記バスバーを前記ベースプレートの前記開口部に取り付けるときに、前記連結部品によって、前記バスバーと前記ベースプレートの前記開口部との間に連結力を提供する、バッテリーカートリッジ接続システム。
12. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記ベースプレートは、積み重ねられた前記複数のバッテリーカートリッジの上端に取り付けられ、
    前記ベースプレートは、前記積み重ねられたバッテリーカートリッジの一方の側の電極端子を相互連結する前記バスバーが取り付けられた開口部（上開口部アレイ）と、前記積み重ねられたバッテリーカートリッジの他方の側の電極端子を相互連結する前記バスバーが取り付けられた開口部（下開口部アレイ）とを有し、
    前記上開口部アレイの前記開口部及び前記下開口部アレイの前記開口部は交互に配置されている、バッテリーカートリッジ接続システム。
13. 請求項１２に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記開口部アレイの一方は、前記バッテリーカートリッジの前記スカートが係合する溝を有し、
    前記開口部アレイの他方は、対応するスカートを有する、バッテリーカートリッジ接続システム。
14. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の前記接続穴は、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の側部に形成された突出部を通して形成されている、バッテリーカートリッジ接続システム。
15. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムにおいて、
    前記バスバーの前記電気接続部品は、前記プリント回路基板（ＰＣＢ）の前記接続穴を通して挿入され、
    次いで、当該電気接続部品が前記プリント回路基板（ＰＣＢ）にハンダ付けによって固定的に取り付けられる、バッテリーカートリッジ接続システム。
16. 請求項１に記載のバッテリーカートリッジ接続システムを含むバッテリーモジュール。
17. 請求項１６に記載のバッテリーモジュールにおいて、
    前記バッテリーモジュールは、
    二つ以上のバッテリーカートリッジを含むバッテリーカートリッジアッセンブリと、
    前記バッテリーカートリッジアッセンブリが挿入される開放した前部分と、前記バッテリーカートリッジアッセンブリが取り付けられる内部空間とを有する箱状モジュールケースと、
    前記ケースの前記開放した前部分に連結されたバッテリーカートリッジ接続システムと、
    を備えた、バッテリーモジュール。
18. 請求項１６に記載のバッテリーモジュールにおいて、
    前記複数のバッテリーカートリッジが前記モジュールケースに挿入され、
    前記バッテリーカートリッジ接続システムが前記モジュールケースの前記開放した前部分に連結され、
    前記バッテリーカートリッジの前記電極端子及び前記バスバーが、溶接によって互いに固定的に取り付けられる、バッテリーモジュール。
19. 請求項１６に記載のバッテリーモジュールにおいて、
    前記ベースプレートの前記外面を覆うための安全プレートを更に備え、
    該安全プレートは、前記ベースプレートの前記開口部に挿入するのに適した大きさ及び形状を持つ複数の挿入部品を有する、バッテリーモジュール。
20. 互いに電気的に接続された請求項１６に記載の複数のバッテリーを含む高出力大容量のバッテリーシステム。
21. 請求項２０に記載のバッテリーシステムにおいて、
    電気自動車又はハイブリッド電気自動車に使用される、バッテリーシステム。

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