JP2013536980A - 一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリー - Google Patents

Abstract

高電圧バッテリーは、複数の電池５０と、複数の電池間に介在して複数の電池５０を支持すると共に、隣接した２つの前記電池５０の間にそれぞれが位置するように配列された複数の支持部材５１であって、各支持部材が電気的絶縁材からなり且つ下部接続部材１２が一側に設けられたものであり、下部接続部材１２が電気的伝導材からなる複数の突出部を有し、複数の突出部が前記電池５０の上側に突出して前記複数の電池の対応する電極と接触する複数の支持部材５１と、複数の電池５０及び複数の支持部材５１が配列されてなる結合体が挿入されるハウジング５２と、複数の支持部材５１に係る複数の下部接続部材１２と接続されて複数の電池５０同士を機械的及び電気的に接続する一体型接続装置１０と、一体型接続装置１０と電気的に接続されて複数の電池５０を電気的に制御するバッテリー管理システム５３と、を含んでなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーに関する。

ガソリンや重油を主燃料として使用する内燃エンジンを利用する自動車は、大気汚染など公害発生に深刻な影響を与えている。したがって、最近、公害発生を減らすために、電気自動車またはハイブリッド（Hybrid）自動車の開発が活発に行われており、もちろん、このような電気自動車またはハイブリッド自動車の動力源には電池が使われる。最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されており、電気自動車のモーター駆動などのような大電力を必要とする機器には、複数の高出力二次電池を直列に接続して構成される大容量の高電圧バッテリーが使われることが一般的である。

前述したように、一つの大容量の高電圧バッテリーは、通常、直列に接続される複数の二次電池を含んでなる。また、高電圧バッテリーは、バッテリー管理システム（ＢＭＳ：Battery Management System）をさらに具備するようになり、ＢＭＳに対して簡略に説明すると、次の通りである。前記バッテリー、特に、ＨＥＶ用バッテリーの場合、数個から多くの場合は数十個の二次電池が充電と放電を交互実行することで、このような充放電などを制御してバッテリーが適正な動作状態に維持するように管理する必要性がある。このために、バッテリーに対する諸般的な状態を管理するＢＭＳが備えられることである。このようなＢＭＳは、電池の電圧、電流、温度などを検出してＳＯＣを演算により推定し、車両の燃料消費効率が最も良くなるようにＳＯＣを制御する。

このように、高電圧バッテリーは、複数の電池と、これを互いに接続する接続構造、及びこのような接続構造と接続されるバッテリー管理システムなどを含んでなる。

図１及び図２は、従来の高電圧バッテリーの接続構造を示す。高電圧バッテリーは、複数の電池が直列に接続されてなり、従来は、図１及び図２に示すように、個別電池のタブとタブを機械的及び電気的に接続させる上部及び下部接続部材が使われ、この間に前記個別電池のタブが位置していた。より詳細に説明すると、下部接続部材と上部接続部材との間にタブが位置し、前記下部接続部材に付着されたボルトが上部接続部材のホールを貫通して上部接続部材の上部でナットと結合されることによって、各個別電池を機械的及び電気的に結合させる構造により電池が接続された。

しかし、このような従来の高電圧バッテリー接続構造の場合、電池のタブ数量に対応する複数の接続構造を必要とし、また、それぞれの接続構造自体が複数の部品からなっており、部品数の増加により生産原価が上昇する問題点、各部品を組み込む工程が複雑になる問題点などがあった。また、このように、接続構造が複雑になることによりシステム自体が複雑になり、また、高電圧バッテリー自体において、接続構造部分の体積のため、高電圧バッテリー全体の体積が大きくなる等の問題点もあった。

したがって、本発明は、前記したような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、システムを単純化し、サイズをコンパクト化し、組み込み工程を簡略にする一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーを提供することである。

前記したような目的を達成するための本発明の一体型電池接続装置(integrated connector)が備えられる高電圧バッテリーは、複数の電池５０と、電気的絶縁材からなり、前記電池５０の位置を固定支持するように前記電池５０の間に介在されて配列され、電気的伝導材からなり、前記電池５０の電極と接触されて前記電池５０の上側に突出される突出部が形成される下部接続部材（下部部材）１２が一側に備えられる支持部材５１と、複数の前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体が挿入されるハウジング５２と、複数の前記下部接続部材１２と接続されて前記電池５０を機械的及び電気的に接続する一体型接続装置１０と、前記一体型接続装置１０と電気的に接続されて前記電池５０を電気的に制御するバッテリー管理システム５３と、を含んでなることを特徴とする。

このとき、前記一体型接続装置１０は、電気的絶縁材からなってプレート形状に形成され、複数の前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体の上部に配置及び結合される接続ブロック１と、電気的伝導材からなり、前記接続ブロック１の下面の前記下部接続部材１２の位置に相応する位置に配置備えられる複数の上部接続部材（上部部材）１１と、電気的伝導材からなり、前記上部接続部材１１の一側と前記バッテリー管理システム５３を接続する信号線１３を含んでなることを特徴とする。

また、前記高電圧バッテリー１００は、前記下部接続部材１２の前記突出部がネジ形態からなり、前記上部接続部材１１及び前記接続ブロック１には前記突出部に相応する位置に通孔(through hole)が形成され、前記突出部が前記通孔に挿入されて螺合されることを特徴とする。

本発明によると、高電圧バッテリーの電池接続構造において、一体型からなる接続構造を採用することによって、従来の電池接続構造が各々複数の部品を必要とし、各個別電池毎に備えられなければならなかったため、発生される多様な問題点を根本的に解決する大きな効果がある。より詳細には、本発明による接続構造は、従来に比べて相当簡略で単純な形態になっており部品数が相当減って組み込み工程が単純になるため、生産原価を大幅に低くして工程時間を大幅に短縮する効果がある。また、本発明の接続構造が従来に比べて単純であるため、その体積を大幅に減ることができ、したがって、高電圧バッテリー自体の体積を減らすことができるため、高電圧バッテリーサイズのコンパクト化を相当容易に具現することができる効果がある。

それだけでなく、本発明による電池接続構造は、従来に比べて単純化されたが、結合耐久性は相当増加する効果があり、窮極的には高電圧バッテリー自体の耐久性を大きく増加させる効果がある。また、本発明によると、電池接続時に形成される電気的接続回路も従来に比べて相当単純化することができる長所があり、これにより、高電圧バッテリーの電気的制御もより容易に具現することができる効果も得ることができる。

従来の高電圧バッテリー電池接続装置を示す。 従来の高電圧バッテリー電池接続装置を示す。 本発明による一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーを示す。 本発明による一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーを示す。 従来の高電圧バッテリー接続構造比較を示す。 本発明の高電圧バッテリー接続構造比較を示す。 本発明の一体型接続装置の詳細図である。 本発明の一体型接続装置の詳細図である。 本発明の一体型接続装置の詳細図である。 従来の高電圧バッテリー配線構造比較を示す。 本発明の高電圧バッテリー配線構造比較を示す。

以下、前記したような構成を有する本発明による一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーを添付図面を参考して詳細に説明する。

図３及び図４は、本発明による一体型電池接続装置が備えられる高電圧バッテリーを示す。図示したように、本発明の高電圧バッテリー１００は、複数の電池５０と、前記電池５０の間に介在され、前記電池５０の電極と接触され、前記電池５０の上側に突出される突出部が形成される下部接続部材(lower connection member)１２が備えられる複数の支持部材５１と、外観を形成し、前記電池５０をその内部に挿入して保護するハウジング５２と、複数の前記電池５０を機械的及び電気的に接続する一体型接続装置１０と、前記一体型接続装置１０と電気的に接続されて前記電池５０を電気的に制御するバッテリー管理システム(battery management system)５３と、を含んでなる。以下、各部に対してより詳細に説明する。

まず、本発明の高電圧バッテリー１００では、前記電池５０の間に介在される前記支持部材５１に前記下部接続部材１２が備えられることによって、電気的接続が容易に行われることができる構造を有する。一般的に、高電圧バッテリーの構成において、各電池を配列された位置に固定支持するための支持部材が使われることは一般的である。本発明では、前記支持部材５１に前記下部接続部材１２を具備し、前記下部接続部材１２により前記電池５０の電極が外部と電気的に接続されるようにしている。すなわち、前記支持部材５１自体は、電気的絶縁材からなり、前記電池５０の位置を固定支持するように前記電池５０の間に介在されて配列される。また、前記支持部材５１には、図３に詳細に示すように、電気的伝導材からなり、前記電池５０の電極と接触されて前記電池５０の上側に突出される突出部が形成される下部接続部材１２が一側に備えられることによって、前記電池５０が外部と電気的に接続されることができる構造を形成する。

図３に示すように、前記電池５０及び（前記下部接続部材１２が備えられた）前記支持部材５１が交互配列及び積層された形態からなる結合体は、図４に示すように前記ハウジング５２に挿入されて支持される。すなわち、前記ハウジング５２は、複数の前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体が挿入されることで、前記結合体を外部から保護すると同時に結合体を支持して安定的に結合された状態を維持可能にする。

本発明の高電圧バッテリー１００は、図４に示すように、複数の前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体の上部に前記一体型接続装置１０が結合されてなる。前記一体型接続装置１０は、本発明の高電圧バッテリー１００構造の核心的な部分であり、以下でより詳細に説明する。図２に詳細に示していないが、前記高電圧バッテリー１００は、もちろん、前記一体型接続装置１０と電気的に接続され、前記電池５０を電気的に制御するバッテリー管理システム５３をさらに含んでなる。

前記一体型接続装置１０は、複数の前記下部接続部材１２と接続され、前記電池５０を機械的及び電気的に接続する。より詳細に説明すると、それぞれの前記電池５０の電極と接続されたそれぞれの前記下部接続部材１２と機械的及び電気的に接触することによって、窮極的には単一個の部品で複数の前記電池５０を直列接続可能にする。

図１及び図２に示すように、従来の接続構造の場合、各電池毎に下部接続部材を接続し、ここに上部接続部材を接続しなければならない。したがって、電池の個数に相応する下部接続部材及び上部接続部材(upper connection member)が必要になって部品数が大きく増加し、また、このように多くの部品を互いに組み込まなければならないため、組み込み工程に多くの時間と人力が所要される問題点があった。図５は、従来の接続構造を採用する高電圧バッテリーを示し、図示したように、電池個数ほどの接続部材を必要とするようになる。より具体的には、図５に示す実施例で電池の個数は７２個であり、したがって、（図１に示すように）電池に直接接続される下部接続部材も７２個が必要となり、また、ここに接続される上部接続部材も７２個が必要となる。このように、従来の接続構造は、部品数も相当多く、これを組み込む工程も難解になることが容易に分かる。また、それぞれの電池に接続部材を接続する過程で不良が発生することもできる等、多くの問題点がある。

しかし、本発明の場合、前記下部接続部材１２は、前記電池５０の間に配置される前記支持部材５１上に備えられるため、前記電池５０との組み込み工程を別に必要とせず、また、前記支持部材５１自体は、一般的な高電圧バッテリーでも通常的に使われる部品であるため、部品数及び工程数を全く増やさなくてもよい。それだけでなく、前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体の上部に単一個の部品からなる前記一体型接続装置１０を組み込むことによって、前記電池５０の間が直列接続されるため、従来に比べて工程が相当単純化され、これにより、時間と人力も相当節約することができる。図６は、本発明の一体型接続装置１０を採用する高電圧バッテリーを示し、図示したように、図５に示す（従来の）高電圧バッテリーと同じ個数の電池を含んでなっているが、前記一体型接続装置１０は、単に６個のみを必要とすることが分かる。図６に示す実施例では、１２個の電池を１個の一体型接続装置で接続するように設計された例を図示しているが、一つの一体型接続装置で接続可能な電池の個数は、設計者の意図や使用目的、環境などによって変更して適用することができ、図６に本発明が制限されるものではない。

図７乃至図９は、本発明の一体型接続装置のより詳細な構造を示し、図７は、前記一体型接続装置１０の上面を示し、図８は、前記一体型接続装置１０の下面を示し、図９は、前記一体型接続装置１０の斜視図を示す。ここで、上／下は前記高電圧バッテリー１００を基準にし、すなわち、下面とは、前記一体型接続装置１０が前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体と直接接触する側の面を意味し、上面とは、前記一体型接続装置１０が組み込まれた後、外部に露出される側の面を意味する。図７及び図９では上面側から見えない構造（すなわち、下面側に形成される構造）を薄い線で表示した。

前記一体型接続装置１０は、図４に示すように、接続ブロック１、上部接続部材１１、及び信号線１３を含んでなる。各部に対して説明すると、次の通りである。

前記接続ブロック１は、電気的絶縁材からなり、プレート形状に形成される。前記接続ブロック１は、前記一体型接続装置１０の全体形態を形成し、図３及び図４に示すように、前記接続ブロック１は、複数の前記電池５０及び前記支持部材５１が配列されてなる結合体の上部に配置及び結合される。

このような前記接続ブロック１の下面には、図８に示すように、複数の前記上部接続部材１１が備えられる。前記上部接続部材１１は、電気的伝導材からなり、前記接続ブロック１の下面の前記下部接続部材１２の位置に相応する位置に配置備えられる。また、前記接続ブロック１には、電気的伝導材からなり、前記上部接続部材１１の一側と前記バッテリー管理システム５３を接続する信号線１３が備えられる。

このとき、前記上部接続部材１１と前記下部接続部材１２の接続は、二つの部材が接触して電気的接続が行われる場合にはどんな形態からなっても関係ない。図示されたような実施例では、前記下部接続部材１２の前記突出部がネジ形態からなり、前記上部接続部材１１及び前記接続ブロック１には、前記突出部に相応する位置に通孔が形成されるようにし、前記突出部が前記通孔に挿入されて螺合されることによって、前記二つの部材が結合されるようにしている。もちろん、これに本発明が制限されるものではない。

このように、前記接続ブロック１に備えられる前記上部接続部材１１と、前記電池５０の間に介在される前記支持部材５１上に備えられ、前記電池５０の電極と接触して外部と電気的接続が行われるようにする前記下部接続部材１２とが接触すると、前記接続ブロック１上の前記信号線１３に沿って前記電池５０が互いに電気的に接続され、また、前記バッテリー管理システム５３とも接続されて前記電池５０を制御することができる。前記信号線１３の配置または前記バッテリー管理システム５３における回路構成によって前記電池５０の接続状態などを所望するまま設計することができ、本発明は、高電圧バッテリーであるため、前記電池５０が直列に接続されるように前記信号線１３の配置が設計されることができる。

図１０及び図１１は、従来及び本発明の高電圧バッテリーにおける配線形態を示す。図１０には図５に示すような従来の接続構造を有する高電圧バッテリーにおける電気接続配線形態を示し、電池間の接続構造自体が複雑であるため、配線も相当複雑になることが分かる。しかし、本発明の高電圧バッテリーの場合、電池を接続する構造である前記一体型接続装置１０に前記信号線１３が配置されており、外部に端子一つのみが出るようになるため、図１１に示すように、配線形態が従来に比べて相当単純になる。このように、本発明の高電圧バッテリーは、その接続構造を改善することによって配線形態も大きく改善することができ、これにより、設計及び組み込みの容易さを得ることができる効果もある。

本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、適用範囲が多様であることはもちろんであり、請求範囲で請求する本発明の要旨を外れない限り、当該本発明が属する分野において、通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変形実施が可能であることはもちろんである。

１００ （本発明の）高電圧バッテリー
１０ 一体型接続装置
１ 接続ブロック
１１ 上部接続部材
１２ 下部接続部材
１３ 信号線
５０ 電池
５１ 支持部材
５２ ハウジング
５３ バッテリー管理システム

Claims (3)

1. 複数の電池５０と、
   前記複数の電池間に介在して前記複数の電池５０を支持すると共に、隣接した２つの前記電池５０の間にそれぞれが位置するように配列された複数の支持部材５１であって、各支持部材が電気的絶縁材からなり且つ下部接続部材１２が一側に設けられたものであり、前記下部接続部材１２が電気的伝導材からなる複数の突出部を有し、前記複数の突出部が前記電池５０の上側に突出して前記複数の電池の対応する電極と接触する、複数の支持部材５１と、
   複数の前記電池５０及び前記複数の支持部材５１が配列されてなる結合体が挿入されるハウジング５２と、
   前記複数の支持部材５１に係る複数の前記下部接続部材１２と接続されて前記複数の電池５０同士を機械的及び電気的に接続する一体型接続装置１０と、
   前記一体型接続装置１０と電気的に接続されて前記複数の電池５０を電気的に制御するバッテリー管理システム５３と、
   を含んでなることを特徴とする高電圧バッテリー。
2. 前記一体型接続装置１０が、
   電気的絶縁材からなり、プレート形状に形成され、複数の前記電池５０及び前記複数の支持部材５１が配列されてなる前記結合体の上部に配置及び結合される接続ブロック１と、
   電気的伝導材からなり、前記接続ブロック１の下面の複数の前記下部接続部材１２にそれぞれ対応した位置に配置された複数の上部接続部材１１と、
   電気的伝導材からなり、前記複数の上部接続部材１１と前記バッテリー管理システム５３とを接続する複数の信号線１３とを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の高電圧バッテリー。
3. 前記高電圧バッテリー１００は、
   複数の前記下部接続部材１２の複数の前記突出部のそれぞれがネジ形状を有し、
   前記複数の上部接続部材１１及び前記接続ブロック１には、前記複数の突出部に対応した位置に複数の通孔が形成され、
   前記複数の突出部が対応する前記通孔に挿入されて螺合されることを特徴とする請求項２に記載の高電圧バッテリー。