JP2018528591A - クランプ部材及びそれを用いたバッテリーモジュール - Google Patents

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Abstract

本発明は、クランプ部材及びそれを用いたバッテリーモジュールに関する。本発明の一実施例によるクランプ部材は、複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造が固定されるように、前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとをそれぞれ加圧する一対の加圧部;及び前記一対の加圧部によって前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとが加圧されるように、前記一対の加圧部を支持する支持部;を含み、前記一対の加圧部の少なくとも1つは、前記上端プレートまたは前記下端プレートにスナップフィット(snap−fit)方式で結合されるスナップフィット結合部;及び前記スナップフィット結合部が結合された前記上端プレートまたは前記下端プレートにねじ締結方式で結合されるねじ結合部を含むことで、バッテリー積層構造を空間効率的に固定して、バッテリーモジュールの組立てを容易にしながらもバッテリーモジュールの耐久性を改善する。

Description

本発明は、クランプ部材及びそれを用いたバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造を固定するクランプ部材、及びそれを用いてバッテリーアセンブリを固定するバッテリーモジュールに関する。
本出願は、2015年11月30日出願の韓国特許出願第10−2015−0168280号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
一般に、二次電池は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などのように充放電が可能な電池であって、単位電池の出力電圧は約2.5V〜4.2Vである。近年、二次電池が電気自動車(electric vehicle)やハイブリッド自動車(hybrid electric vehicle)などのように高い出力電圧と大量の充電容量を必要とする装置に適用されながら、単位電池を直列又は並列で連結して積層した積層構造のバッテリーモジュールが広く用いられている。これによって、バッテリー積層構造を空間効率的に固定してバッテリーモジュールを小型化するか、または、バッテリーモジュールの組立てを容易にしながらも、その耐久性を改善できる技術に対する要請が益々増加している実状である。
しかし、韓国特許公開第10−2014−0041337号公報などに開示されているように、従来の技術はショルダーボルト(shoulder bolt)を使用してバッテリー積層構造を最終的に固定するため、単位電池のカートリッジと上・下端エンドプレートの4つの角部にショルダーボルト締結溝のための別途のマージンを有するように設計しなければならず、その結果、バッテリーモジュールが大型化して空間効率性が低下する問題がある。
また、韓国特許公開第10−2004−0043432号公報などに開示されているように、従来の技術はバンド状のバープレートをバッテリースタックの上・下端エンドプレートの溝に差し込んで締結することでバッテリー積層構造を固定するため、多数のバッテリーが積層されてバッテリー積層構造体の荷重が増加する場合、バッテリースタックの荷重や外部衝撃などによってバープレートが離脱する問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリー積層構造を空間効率的に固定してバッテリーモジュールを小型化し、バッテリーモジュールの組立てを容易にしながらもバッテリーモジュールの耐久性を改善できるクランプ部材及びそれを用いたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の一実施例によるクランプ部材は、複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造が固定されるように、前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとをそれぞれ加圧する一対の加圧部;及び前記一対の加圧部によって前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとが加圧されるように、前記一対の加圧部を支持する支持部;を含み、前記一対の加圧部の少なくとも1つは、前記上端プレートまたは前記下端プレートにスナップフィット(snap−fit)方式で結合されるスナップフィット結合部;及び前記スナップフィット結合部が結合された前記上端プレートまたは前記下端プレートにねじ締結方式で結合されるねじ結合部を含む。
一実施例において、前記スナップフィット結合部は、前記上端プレートまたは前記下端プレートに備えられた係合突起と結合する係合孔を含むことができる。
一実施例において、前記ねじ結合部は、前記スナップフィット結合部が結合された前記上端プレートまたは前記下端プレートにねじ締結方式で結合されるねじ溝を含むことができる。
一実施例において、前記ねじ溝は、前記スナップフィット結合部が前記上端プレートまたは前記下端プレートに結合されることによって該当プレートに備えられたねじ軸が挿し込まれるように、結合方向側に開口が形成されたU字状を有し得る。
一実施例において、前記ねじ溝は、前記スナップフィット結合部の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ設けることができる。
一実施例において、前記スナップフィット結合部と前記ねじ結合部とは、相互段差を有し得る。
一実施例において、前記支持部は、所定厚さ及び幅、そして前記バッテリーアセンブリの積層厚さに対応する長さを有するバンド(band)状に形成され、幅の中心部に厚さ方向の一側に湾曲して突出する湾曲部を有し得る。
一実施例において、前記一対の加圧部と前記支持部とは相互一体に形成することができる。
一実施例において、前記一対の加圧部は、それぞれ前記支持部の長さ方向の両端から延設して相互対向するように折り曲げることができる。
一実施例において、前記一対の加圧部及び前記支持部は、金属素材から形成することができる。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、前記クランプ部材、及び複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリを含み、前記クランプ部材を用いて前記バッテリーアセンブリの積層構造を固定する。
一実施例において、前記バッテリーアセンブリは、バッテリー積層構造体;及び前記バッテリー積層構造体の積層方向の上端及び下端にそれぞれ配置される上端プレート及び下端プレートを含み、前記上端プレート及び下端プレートの少なくとも1つは、前記クランプ部材のスナップフィット結合部と結合する対応スナップフィット結合部;及び前記クランプ部材のねじ結合部と結合する対応ねじ結合部を含むことができる。
一実施例において、前記対応スナップフィット結合部は、前記クランプ部材のスナップフィット結合部に備えられた係合孔と結合する係合突起を含むことができる。
一実施例において、前記対応ねじ結合部は、前記対応スナップフィット結合部が前記クランプ部材のスナップフィット結合部と結合する場合、前記クランプ部材のねじ結合部に備えられたねじ溝に挿し込まれるねじ軸;及び前記ねじ軸に締結されて前記クランプ部材を固定するナット部材を含むことができる。
一実施例において、前記ねじ軸は、前記対応スナップフィット結合部の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ設けることができる。
一実施例において、前記対応スナップフィット結合部と前記対応ねじ結合部とは、前記クランプ部材のスナップフィット結合部とねじ結合部との間の段差に対応して相互段差を有し得る。
一実施例において、前記バッテリーアセンブリは、前記バッテリー積層構造体を貫通してねじ結合されるボルト部材をさらに含み、前記上端プレート及び下端プレートは、それぞれ相互対応する位置に前記ボルト部材が貫通する貫通孔を含むことができる。
本発明による実施例は、複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造をクランプ部材を用いて固定することで、別途の締結空間が必要なショルダーボルトなどの使用を最小化して空間効率性を改善するとともに、バッテリーモジュールの組立てを容易にする。
また、クランプ部材をバッテリーアセンブリにスナップフィット方式で結合すると同時にねじ結合することで、クランプ部材の締結を容易にしながらもバッテリーアセンブリの荷重や外部衝撃などによるクランプ部材の離脱を防止し、全体バッテリーモジュールの耐久性を改善する。
また、クランプ部材がバッテリーアセンブリにスナップフィット方式で結合されることによって、クランプ部材に形成されたU字状のねじ溝にバッテリーアセンブリのエンドプレートに備えられたねじ軸が自動に挿し込まれるようにすることで、クランプ部材のねじ結合を容易にする。
また、バッテリーアセンブリのエンドプレート及びクランプ部材のスナップフィット結合部分とねじ結合部分との間に段差を設けてクランプ部材が前記段差によって支持されるようにすることで、クランプ部材の離脱防止効果を一層改善することができる。
さらに、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者であれば、本発明による多くの実施例が上述されていない様々な技術的課題を解決できることを以下の説明から自明に理解できるであろう。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。 本発明の一実施例によるクランプ部材を示した斜視図である。 図2のクランプ部材を示した正面図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのクランプ部材結合方式を示した図である。 本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの上端プレートを示した斜視図である。
以下、本発明の技術的課題に対する解決方案を明確にするため、添付された図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。ただし、本発明の説明において、関連公知技術についての説明が本発明の要旨を不明瞭にする場合、その説明は省略する。また、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義された用語であって、設計者、製造者などの意図または慣例などによって変わり得るため、本明細書全般の内容に基づいて定義されねばならない。
図1は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。
図1に示されたように、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール10は、複数のバッテリーが積層された積層構造のバッテリーアセンブリ100及びクランプ部材200を含む。バッテリーアセンブリ100は、単位電池を1つまたは2つ以上収容しているバッテリーカートリッジが複数積層されたバッテリー積層構造体102、及びこのようなバッテリー積層構造体102の積層方向の上端及び下端にそれぞれ配置される一対のエンドプレート、すなわち上端プレート110と下端プレート120を含む。また、バッテリーアセンブリ100は、前記バッテリー積層構造体102を貫通してねじ結合されるボルト部材130をさらに含むことができる。
一方、クランプ部材200は、一対の加圧部210、220及び支持部230を含む。一対の加圧部210、220は、バッテリーアセンブリ100の積層構造が固定されるように、前記バッテリーアセンブリ100の上端プレート110と下端プレート120をそれぞれ加圧する。支持部230は、前記一対の加圧部210、220によってバッテリーアセンブリ100の上端プレート110と下端プレート120が加圧されるように、前記一対の加圧部210、220を支持する。
図2及び図3は、本発明の一実施例によるクランプ部材を示した斜視図及び正面図である。
図2及び図3に示されたように、本発明の一実施例によるクランプ部材200は、一対の加圧部210、220及びそれを支持する支持部230を含む。一対の加圧部210、220の少なくとも1つは、スナップフィット結合部212及びねじ結合部216を含む。この場合、スナップフィット結合部212は、バッテリーアセンブリ100のエンドプレート、すなわち上端プレート110または下端プレート120にスナップフィット方式で結合される。後述するが、バッテリーアセンブリ100のエンドプレート110、120に所定の係合突起が備えられる場合、スナップフィット結合部212は前記係合突起と結合する係合孔214を含むことができる。他の実施例において、バッテリーアセンブリ100のエンドプレート110、120に所定の係合溝が備えられる場合は、スナップフィット結合部212は前記係合溝と結合する係合突起を含むこともできる。
また、ねじ結合部216は、前記スナップフィット結合部212が結合されたバッテリーアセンブリ100の上端プレート110または下端プレート120にねじ締結方式で結合される。そのため、ねじ結合部216は、上端プレート110または下端プレート120にねじ締結方式で結合されるねじ溝218を含むことができる。この場合、ねじ溝218は、スナップフィット結合部212がバッテリーアセンブリ100の上端プレート110または下端プレート120に結合されることによって該当プレートに備えられたねじ軸が自動に挿し込まれるように、結合方向側に開口が形成されたU字状を有し得る。また、このようなねじ溝218は、スナップフィット結合部212の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ設けることができる。このように、本発明によるクランプ部材200は、バッテリーアセンブリ100にスナップフィット方式で結合されると同時にねじ結合されることで、その締結を容易にしながらもバッテリーアセンブリ100の荷重や外部衝撃などによる離脱を防止することができる。また、スナップフィット結合部212とねじ結合部216とは、相互段差を有し得る。このように、クランプ部材200の加圧部210、220が段差構造を有してそれと型合わせされるバッテリーアセンブリ100の上端プレート110または下端プレート120に結合されることで、横方向(x軸方向)の振動や衝撃が発生する場合、クランプ部材200が該当段差構造によっても支持され、クランプ部材の離脱防止効果を一層改善することができる。
一方、支持部230は、所定厚さ及び幅、そしてバッテリーアセンブリ100の積層厚さに対応する長さを有するバンド状に形成され、幅の中心部に厚さ方向(y軸方向)の一側に湾曲して突出する湾曲部232を有し得る。このような湾曲部232は、ビーズ処理(beading)によって形成でき、支持部230が単なる平板状に形成される場合より、支持部230の弾性強度を改善することができる。
上述した一対の加圧部210、220と支持部230は、相互一体に形成でき、特に弾性強度が大きく熱伝導率が高い金属素材から形成することができる。この場合、一対の加圧部210、220は、それぞれ支持部230の長さ方向(z軸方向)の両端から延設されて相互対向するように折り曲げられる。
本発明によるバッテリーモジュール10は、上述したクランプ部材200を用いてバッテリーアセンブリ100の積層構造を固定するようになる。
図4は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールのクランプ部材結合方式を示した図であり、図5は本発明の一実施例によるバッテリーモジュールの上端プレートを示した斜視図である。
図4及び図5に示されたように、クランプ部材200は、その加圧部210、220によってバッテリーアセンブリ100のエンドプレート110、120に結合されることで、バッテリーアセンブリ100の積層構造を固定させる。そのため、バッテリーアセンブリ100のエンドプレートである上端プレート110及び下端プレート120の少なくとも1つは、クランプ部材200のスナップフィット結合部212と結合する対応スナップフィット結合部112、及びクランプ部材200のねじ結合部216と結合する対応ねじ結合部116を含む。このとき、対応スナップフィット結合部112は、クランプ部材200のスナップフィット結合部212に備えられた係合孔214と結合する係合突起114を含むことができる。他の実施例において、クランプ部材200のスナップフィット結合部212に係合突起が備えられる場合、エンドプレート110の対応スナップフィット結合部112は、該当係合突起と結合する係合溝を含むことができる。
また、対応ねじ結合部116は、対応スナップフィット結合部112がクランプ部材200のスナップフィット結合部212と結合する場合、クランプ部材200のねじ結合部216に備えられたねじ溝218に挿し込まれるねじ軸118、及び前記ねじ軸118に締結されてクランプ部材200を固定するナット部材119を含むことができる。この場合、ねじ軸118は、クランプ部材200のねじ溝218に対応して対応スナップフィット結合部112の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ設けることができる。また、前記対応スナップフィット結合部112と対応ねじ結合部116とは、クランプ部材200のスナップフィット結合部212とねじ結合部216との間の段差に対応して相互段差を有し得る。
より具体的に説明すれば、クランプ部材200がバッテリーアセンブリ100にスナップフィット方式で結合されれば、例えばバッテリーアセンブリ100の上端プレート110に備えられた係合突起114がクランプ部材200の上端加圧部210に備えられた係合孔214内に位置して結合状態になり、同時に上端プレート110のねじ軸118がクランプ部材200のU字状ねじ溝218の開口を通じて前記ねじ溝218内に自動に位置するようになる。その後、ナット部材119がねじ軸118に締結されれば、クランプ部材200の結合が完了する。クランプ部材200の上端及び下端加圧部210、220が相互対応する構造で形成され、バッテリーアセンブリ100の上端及び下端プレート110、120が相互対応する構造で形成される場合、クランプ部材200の下端加圧部220とバッテリーアセンブリ100の下端プレート120との間の結合も上述した方式で行われ得る。
一方、本発明の一実施例によるバッテリーモジュール10は、クランプ部材200及びショルダーボルトなどのボルト部材130を同時に使用してバッテリーアセンブリ100の積層構造を固定することができる。例えば、バッテリーアセンブリ100の一側は上述したクランプ部材200を結合して固定し、バッテリーアセンブリ100の他側はボルト部材130を結合して固定することができる。この場合、バッテリーアセンブリ100の上端プレート110及び下端プレート120は、それぞれ相互対応する位置に前記ボルト部材130が貫通する貫通孔111を含むことができる。
上述したように、本発明による実施例は、複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造をクランプ部材を用いて固定することで、別途の締結空間が必要なショルダーボルトなどの使用を最小化して空間効率性を改善するとともに、バッテリーモジュールの組立てを容易にする。また、クランプ部材をバッテリーアセンブリにスナップフィット方式で結合すると同時にねじ結合することで、クランプ部材の締結を容易にしながらもバッテリーアセンブリの荷重や外部衝撃などによるクランプ部材の離脱を防止し、全体バッテリーモジュールの耐久性を改善する。また、クランプ部材がバッテリーアセンブリにスナップフィット方式で結合されることによって、クランプ部材に形成されたU字状のねじ溝にバッテリーアセンブリのエンドプレートに備えられたねじ軸が自動に挿し込まれるようにすることで、クランプ部材のねじ結合を容易にする。また、バッテリーアセンブリのエンドプレート及びクランプ部材のスナップフィット結合部分とねじ結合部分との間に段差を設けてクランプ部材が前記段差によって支持されるようにすることで、クランプ部材の離脱防止効果を一層改善することができる。さらに、本発明による実施例は、当技術分野はもちろん関連技術分野において本明細書に言及された内容以外の他の様々な技術的課題を解決することができる。
以上のように、本発明を具体的な実施例を挙げて説明した。しかし、当業者であれば、本発明の技術的範囲内で多様な変形実施例を具現できることを明確に理解できるであろう。したがって、上述した実施例は限定的な観点ではなく、説明的な観点から考慮されねばならない。すなわち、本発明の真の技術的思想の範囲は添付の特許請求の範囲に示され、均等範囲内にあるすべての差異は本発明に含まれると解釈しなければならない。
10 バッテリーモジュール
100 バッテリーアセンブリ
102 バッテリー積層構造体
110 上端プレート
111 貫通孔
112 対応スナップフィット結合部
114 係合突起
116 結合部
118 軸
119 ナット部材
120 下端プレート
130 ボルト部材
200 クランプ部材
210 上端加圧部
212 スナップフィット結合部
214 係合孔
216 結合部
218 溝
220 下端加圧部
230 支持部
232 湾曲部

Claims (17)

  1. 複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリの積層構造が固定されるように、前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとをそれぞれ加圧する一対の加圧部;及び
    前記一対の加圧部によって前記バッテリーアセンブリの上端プレートと下端プレートとが加圧されるように、前記一対の加圧部を支持する支持部;
    を含み、
    前記一対の加圧部の少なくとも1つは、前記上端プレートまたは前記下端プレートにスナップフィット方式で結合されるスナップフィット結合部;及び前記スナップフィット結合部が結合された前記上端プレートまたは前記下端プレートにねじ締結方式で結合されるねじ結合部を含むクランプ部材。
  2. 前記スナップフィット結合部は、前記上端プレートまたは前記下端プレートに備えられた係合突起と結合する係合孔を含むことを特徴とする請求項1に記載のクランプ部材。
  3. 前記ねじ結合部は、前記スナップフィット結合部が結合された前記上端プレートまたは前記下端プレートにねじ締結方式で結合されるねじ溝を含むことを特徴とする請求項1に記載のクランプ部材。
  4. 前記ねじ溝は、前記スナップフィット結合部が前記上端プレートまたは前記下端プレートに結合されることによって該当プレートに備えられたねじ軸が挿し込まれるように、結合方向側に開口が形成されたU字状を有することを特徴とする請求項3に記載のクランプ部材。
  5. 前記ねじ溝は、前記スナップフィット結合部の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ備えられることを特徴とする請求項4に記載のクランプ部材。
  6. 前記スナップフィット結合部と前記ねじ結合部とは、相互段差を有することを特徴とする請求項5に記載のクランプ部材。
  7. 前記支持部は、所定厚さ及び幅、そして前記バッテリーアセンブリの積層厚さに対応する長さを有するバンド状に形成され、幅の中心部に厚さ方向の一側に湾曲して突出する湾曲部を有することを特徴とする請求項1に記載のクランプ部材。
  8. 前記一対の加圧部及び前記支持部は、相互一体に形成されることを特徴とする請求項7に記載のクランプ部材。
  9. 前記一対の加圧部は、それぞれ前記支持部の長さ方向の両端から延設されて相互対向するように折り曲げられたことを特徴とする請求項8に記載のクランプ部材。
  10. 前記一対の加圧部及び前記支持部は、金属素材から形成されることを特徴とする請求項8に記載のクランプ部材。
  11. 請求項1〜10のうちいずれか1項に記載のクランプ部材、及び複数のバッテリーが積層されたバッテリーアセンブリを含み、前記クランプ部材を用いて前記バッテリーアセンブリの積層構造を固定するバッテリーモジュール。
  12. 前記バッテリーアセンブリは、バッテリー積層構造体;及び前記バッテリー積層構造体の積層方向の上端及び下端にそれぞれ配置される上端プレート及び下端プレートを含み、
    前記上端プレート及び下端プレートの少なくとも1つは、前記クランプ部材のスナップフィット結合部と結合する対応スナップフィット結合部;及び前記クランプ部材のねじ結合部と結合する対応ねじ結合部を含むことを特徴とする請求項11に記載のバッテリーモジュール。
  13. 前記対応スナップフィット結合部は、前記クランプ部材のスナップフィット結合部に備えられた係合孔と結合する係合突起を含むことを特徴とする請求項12に記載のバッテリーモジュール。
  14. 前記対応ねじ結合部は、前記対応スナップフィット結合部が前記クランプ部材のスナップフィット結合部と結合する場合、前記クランプ部材のねじ結合部に備えられたねじ溝に挿し込まれるねじ軸;及び前記ねじ軸に締結されて前記クランプ部材を固定するナット部材を含むことを特徴とする請求項12に記載のバッテリーモジュール。
  15. 前記ねじ軸は、前記対応スナップフィット結合部の両側にそれぞれ少なくとも1つずつ備えられることを特徴とする請求項14に記載のバッテリーモジュール。
  16. 前記対応スナップフィット結合部と前記対応ねじ結合部とは、前記クランプ部材のスナップフィット結合部とねじ結合部との間の段差に対応して相互段差を有することを特徴とする請求項15に記載のバッテリーモジュール。
  17. 前記バッテリーアセンブリは、前記バッテリー積層構造体を貫通してねじ結合されるボルト部材をさらに含み、
    前記上端プレート及び下端プレートは、それぞれ相互対応する位置に前記ボルト部材が貫通する貫通孔を含むことを特徴とする請求項12に記載のバッテリーモジュール。
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