JP4739405B2 - 機械的および電気的な連結部材 - Google Patents

Description

本発明は、二つ又はそれ以上の物体を機械的および電気的に連結するための部材に関し、更に詳細には、二つ又はそれ以上の物体を機械的および電気的に連結するための部材であって、物体を連結するための複数の連結穴が形成された絶縁本体と、この絶縁本体の後面に絶縁本体の対角方向に取り付けられたプレート状導電性帯体であって、絶縁本体の前面から絶縁されており、絶縁本体と連通する接続穴が両端に形成された、導電性帯体と、この導電性帯体を物体に接続するとき、導電性帯体の対応する接続穴に挿入できるように形成された接続バーと、を備えた、連結部材に関する。

最近、充電及び放電を行うことができる二次電池が、無線携帯デバイス用のエネルギ源として広く使用されている。更に、二次電池は、化石燃料を使用する現存のガソリン車やディーゼル車が引き起こす空気汚染等の問題を解決するために開発された、電気自動車やハイブリッド電気自動車用の電源としてかなりの関心を集めている。

小型の携帯デバイスは、各デバイスについて、一つ又は幾つかの小型のセルを使用する。他方、自動車等の中型又は大型のデバイスは、複数のセルを互いに電気的に接続した中型又は大型のバッテリーシステムを使用する。これは、中型又は大型のデバイスが、高い出力及び大きな容量を必要とするためである。一般的には、機械的特性が低いユニットセルが取り付けられた複数のバッテリーカートリッジを機械的および電気的に連結することによってバッテリーモジュールを製造し、複数のバッテリーモジュールを互いに連結することによって、このような中型又は大型のバッテリーシステムを製造する。

中型又は大型のバッテリーシステムは、可能であれば、バッテリーシステムを適用するデバイスの特性に応じて、コンパクトな構造を備えていることを必要とし、バッテリーシステムは、機械的特性が優れており且つ電気的接続が安定していることを必要とする。電気自動車やハイブリッド電気自動車等の特定のデバイスに、デバイスの作動中に大きな外力が加わる場合がある。その結果、大きな外力は、デバイスで使用されたバッテリーシステムにも加わる。

ハウジングを使用して機械的及び電気的連結を改善する場合には、バッテリーシステムをハウジングに取り付けることができるが、システムの大きさ及び重量が全体として大きくなる。これは望ましくない。

従って、バッテリーシステムの構成要素を電気的に接続するためのユニットを、バッテリーシステムの構成要素を機械的に連結するためのユニットとしても使用できる場合には、コンパクトな構造を実現できる。様々な構造を持つ連結部材について、幾つかの従来技術が提案されてきた。しかしながら、これらの連結部材の多くは、連結部材に外力が加わると容易に損傷してしまう。

従って、本発明は、上述の問題点及び未だ解決されていない他の技術的問題点を解決するためになされたものである。

本発明の発明者は、上述の問題点を解決するための徹底的な研究及び実験により、特定の構造を持つ連結部材を開発し、この連結部材により、複数のバッテリーモジュールを持つコンパクトな構造のバッテリーシステムを製造できることがわかった。このバッテリーシステムに外力が加わったときにバッテリーシステムの電気的接続が損傷する可能性が大幅に低下した。これは力を効率的に分配することによる。更に、本発明の発明者は、連結部材は、好ましくは、互いに機械的および電気的に連結する必要がある物体、並びに中型又は大型のバッテリーシステムに使用できるということがわかった。

従って、本発明の目的は、コンパクトであり、機械的連結が優れており、更に電気的接続が安定している連結部材を提供することである。

本発明の別の目的は、連結部材を使用して製造された中型又は大型のバッテリーシステムを提供することである。

本発明の一の特徴によれば、以上の及び他の目的は、二つ又はそれ以上の物体を機械的および電気的に連結するための部材であって、物体を連結するための複数の連結穴が形成された絶縁本体と、この絶縁本体の後面に絶縁本体の対角方向に取り付けられたプレート状導電性帯体であって、絶縁本体の前面から絶縁されており、絶縁本体と連通した接続穴が両端に形成された導電性帯体と、この導電性帯体を物体に接続するとき、導電性帯体の対応する接続穴に挿入できるように形成された接続バーと、を備えた、連結部材を提供することにより達成できる。

本発明によれば、絶縁本体は、機械的且つ電気的に連結される必要がある各物体と一体成形された又は各物体に連結された接続バーを接続穴に挿入した後、ボルト及びナット等の連結ユニットを使用して連結穴を通して物体に連結し、これによって物体の機械的及び電気的連結を行うように、位置決めされている。従って、物体の組み立て及び分解を非常に容易に行うことができる。物体間の機械的連結は、主として、絶縁本体によって行われ、物体間の電気的接続は、導電性帯体によって行われる。その結果、物体に外力が加わったとき、物体間の電気的接続は容易には壊れず、物体間をコンパクトに連結できる。更に、カソード端子とアノード端子との間の区別が容易であり、従って、作動中の短絡の可能性が大幅に減少する。

絶縁本体及び導電性帯体用の材料は、絶縁本体及び導電性帯体が適正な機械的強度を有する限り、特に制限されない。例えば、絶縁本体は、優れた引張強度と耐衝撃性を持つ、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、又はナイロン等のプラスチック材料で形成されていてもよい。導電性帯体は、金属材料で形成されていてもよい。更に、絶縁本体の形状は、特に制限されない。好ましくは、絶縁本体は、六面体構造で形成されていてもよい。

好ましい実施形態では、絶縁本体の後面に取り付け溝を形成する。取り付け溝は、導電性帯体の形状とほぼ対応する形状を有する。帯体は、取り付け溝に挿入された状態で絶縁本体に取り付けられる。

接続バーが、絶縁本体への導電性帯体の取り付けを補助し、物体の電気接続部分（例えば、バッテリーモジュールのバスバー）と導電性帯体との間の電気的接触を強化する。場合によっては、接続バーは、接続バーが導電性帯体の電気的接続を補助できるように、導体で形成されていてもよい。例えば、ねじ山を備えた部分が接続バーの上端又は両端に形成されていてもよい。その結果、ナット等の連結ユニットを、ねじ山を備えた部分と螺合できる。従って、物体の電気接続部分と導電性帯体との間の接触力が増大し、絶縁本体と物体との間の連結力もまた増大する。

本発明の特徴の一つは、導電性帯体が絶縁本体の後面に、絶縁本体の対角方向に取り付けられているということである。二つの物体間の機械的連結をコンパクトにするため、連結部材の長さを短くするのが好ましい。物体の電気接続部分を接続ユニット（本発明の導電性帯体）によって水平方向で互いに連結した場合には、外力が物体又は連結部材に加わったとき、導電性帯体に過度の負荷が加わり、その結果、導電性帯体が容易に壊れる。本発明によれば、導電性帯体が物体の電気接続部分（例えばバスバー）と、絶縁本体の対角方向で接触しているため、外力が連結部材に加わったとき、破壊や歪みをもたらす力は、導電性帯体に直接的には加わらない。従って、二つの物体間で、コンパクトな機械的連結並びに安定した電気的接続がなされる。

好ましい実施形態では、導電性帯体が絶縁本体の後面に取り付けられた状態で、導電性帯体の後面の一部又は全部が、絶縁本体の後面から突出していてもよい。導電性帯体と連結されるべき物体との間の電気的接続は、後方に突出した構造によって更に改善される。

本発明による連結部材は、様々な目的で使用できる。特に、連結部材は、好ましくは、バッテリーモジュールを互いに連結してコンパクトで安定した構造を持つ中型又は大型のバッテリーシステムを製造する場合に使用できる。とりわけ、電気自動車及びハイブリッド電気自動車用のバッテリーシステムが、バッテリーシステムに必要とされる高い出力及び大きな容量、及び車輛でのバッテリーシステムの大きさを考慮して、コンパクトな構造で形成されることが好ましい。更に、車輛の作動中に大きな外力がバッテリーシステムに加わる場合がある。従って、特に、バッテリーシステムの機械的及び電気的連結を維持する必要がある。

好ましい実施形態では、本発明は、互いに連結された二つ又はそれ以上のバッテリーモジュールを持つ高出力で大容量のバッテリーシステムであって、各バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの開放した前部分を通して複数のバッテリーカートリッジを受け入れるためのモジュールケースと、バッテリーカートリッジを電気的に接続するため、モジュールケースの開放した前部分に取り付けられた前プレートとを含み、前プレートの各々の両端には、前プレートを隣接したバッテリーモジュールの前プレートに連結したとき、大きさ及び形状が連結部材の大きさ及び形状とほぼ対応する窪みが設けられており、モジュールケースの各々の前部分の両側には、前プレートの窪みと対応して、連結部材の接続バーが挿入される接続溝と、他の連結ユニット用の複数の連結溝が設けられており、バッテリーモジュールを互いに隣接して配置した状態で、連結部材を窪みに挿入し、連結部材を連結ユニットによってモジュールケースに連結し、これによってバッテリーモジュールの機械的及び電気的な連結を行う、バッテリーシステムを提供する。

二つ又はそれ以上のユニットセルが取り付けられた、本発明による高出力で大容量のバッテリーシステムのバッテリーカートリッジの詳細は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００４−１１１６９９号に開示されている。更に、バッテリーカートリッジを電気的に接続するためにモジュールケースの開放した前部分に取り付けられた前プレートは、本願の出願人の名前で出願された韓国特許出願第２００５−１１３８０号に開示されている。従って、その詳細な説明は、ここでは行わない。これらの特許出願に言及することにより、これらの特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれるものとする。

特許出願の全開示及び本発明の明細書を総合的に考慮すると、本発明による中型又は大型のバッテリーシステムは、非常にコンパクトな構造及び優れた機械的及び電気的連結を提供する。

本発明の以上の及び他の目的、特徴、及び他の利点は、以下の詳細な説明を添付図面と関連して参照することにより、更に明瞭に理解されるであろう。

次に、本発明の好ましい実施形態を、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形態に限定されないということに留意すべきである。

図１、図２、及び図３は、夫々、本発明の好ましい実施形態による連結部材の絶縁本体の斜視図、背面図、及び側面図であり、図４は本発明の好ましい実施形態による連結部材の導電性帯体を示す斜視図である。

これらの図を参照し、本発明による機械的及び電気的な連結部材は、矩形形状に形成された絶縁本体１１０と、プレートの形状に形成された導電性帯体１２０と、接続バー１３０（図６参照）とを備えている。

好ましくは、絶縁本体１１０は、引張強度が高く且つ寸法の安定性が高いプラスチック樹脂で形成されており、絶縁本体１１０は、全体に矩形の平行六面体形状に形成されている。更に、二つの接続穴１１１及び１１２が絶縁本体１１０の対角に形成されており、二つの連結穴１１３及び１１４が絶縁本体１１０の対角に形成されており、二つの連結穴１１３及び１１４を結ぶ線は、接続穴１１１及び１１２を結ぶ線に対して垂直である。絶縁本体１１０の後面には、導電性帯体１２０の形状とほぼ対応する形状を持つ取り付け溝１１５が、二つの接続穴１１１及び１１２が配置された方向に形成されている。好ましくは、導電性帯体１２０は、取り付け溝１１５の深さよりも僅かに厚い。従って、導電性帯体１２０を絶縁本体１１０の取り付け溝１１５に挿入すると、導電性帯体１２０の後面が絶縁本体１１０の後面から僅かに突出し、これによって物体（図示せず）との電気的接続を更に安定的に保証する。

導電性帯体１２０は、厚さが僅かに大きいプレート状金属帯体である。導電性帯体１２０の両端には丸みが付けてあり、導電性帯体１２０には、導電性帯体１２０の丸みを付けた両端の近傍に接続穴１２１及び１２２が形成されている。従って、導電性帯体１２０を絶縁本体１１０の取り付け溝１１５に挿入すると、導電性帯体１２０の接続穴１２１及び１２２が絶縁本体１１０の接続穴１１１及び１１２と整合する。

図５は、本発明による中型又は大型のバッテリーシステムを構成するバッテリーモジュールを主として示す斜視図であり、図６は、図５に示すバッテリーモジュールの部分Ａを主として示す部分透視図である。

図５及び図６を参照すると、バッテリーモジュール２００は、複数のバッテリーカートリッジ（図示せず）が取り付けられたモジュールケース２１０と、モジュールケース２１０の前部分に取り付けられた前プレート２２０と、二つ又はそれ以上のバッテリーモジュール２００を機械的に且つ電気的に連結するための連結部材１００とを備えている。

モジュールケース２１０の詳細を図７を参照して以下に説明する。

モジュールケース２１０は、開放した前部分２１１と、複数のバッテリーカートリッジ（図示せず）が取り付けられる内部空間２１２とを有する。モジュールケース２１０は、全体に箱状構造で形成されている。モジュールケース２１０の上端２１３及び下端２１４には、モジュールケース２１０の内部空間２１２と連通した複数の細長い通穴２１５が形成されている。場合によっては、細長い通穴をモジュールケース２１０の後部分に形成してもよい。モジュールケース２１０の側部分２１７は、バッテリー管理システム（ＢＭＳ）（図示せず）に取り付けられる。モジュールケース２１０の前部分の各側には、連結部材１００（図６参照）の接続バー１３０（図６参照）を挿入する接続溝２１８と、複数の連結溝２１９が形成されている。接続溝２１８は、接続バー１３０（図６参照）の下端の形状と対応する角のある構造に形成されている。従って、接続バー１３０が接続溝２１８に挿入された状態で、ナット１３１（図５参照）を接続バー１３０のねじ山を備えた上端と螺合させた場合、接続バー１３０の空回転が効果的に阻止される。

図５及び図６を再び参照すると、バッテリーカートリッジ間を電気的に接続するために設けられたバスバー２２１及びプリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）が、モジュールケース２１０の開放した前部分に取り付けられた前プレート２２０の後面に取り付けられている。前プレートをバスバーとともに図８に示す。ＰＣＢは前プレートに取り付けられていない。

図８を参照すると、前プレート２２０は、厚いプレート状部材である。バスバー２２１（図５参照）が取り付けられる上開口部アレイ２２２及び下開口部アレイ２２３が前プレート２２０の中央に形成されている。前プレート２２０の両側の下方に窪み２２４が形成されている。上開口部アレイ２２２及び下開口部アレイ２２３は、交互の構造で配置されている。この構造の詳細は、上掲の韓国特許出願第２００５−１１３８０号に記載されている。従って、ここにはその詳細な説明を記載しない。

二つのバッテリーモジュールを互いに隣接して配置するとき、一方の窪み２２４は、隣接した前プレート（図示せず）の対応する窪みの一つととともに、接続部材１００（図５参照）を挿入するのに十分な大きさ及び形状を持つ空間を形成する。従って、二つの隣接した窪み２２４が形成する空間は、接続部材の大きさ及び形状とほぼ同じである。しかしながら、二つのバッテリーモジュールを互いに僅かに離して配置した場合には、二つの隣接した窪み２２４が形成する空間の大きさは、離間距離を考えると、対応する接続部材よりも僅かに小さい。

図５及び図６を再び参照すると、連結部材１００がバッテリーモジュール２００に連結してある。バッテリーモジュール２００の両側の接続バー１３０の位置は、連結部材１００の絶縁本体１１０の対角に形成された接続穴１１１及び１１２と対応して、異なっている。詳細には、右側の接続バー１３０の位置は、接続穴１１１と１１２との間の高さの差だけ、左側の接続バー１３０の位置よりも高い。好ましくは、各接続バー１３０は、角のある下端及びねじ山を備えた上端を持つボルトの形状に形成されていてもよい。このように、接続バー１３０の角のある下端を接続溝２１８（図７参照）に挿入し、ナット１３１を接続バー１３０のねじ山を備えた上端と螺合させ、これによって導電性帯体１２０とバッテリーモジュール２００の対応するバスバー２１１との間の電気的接続を強化する。

連結部材１００のモジュールケース２１０への連結及び前プレート２２０のモジュールケース２１０への連結は、ボルト（図示せず）を、連結部材１００及び前プレート２２０の夫々に形成された連結溝１１３及び２２５と螺合することによって行われる。しかしながら、連結部材１００のモジュールケース２１０への連結及び前プレート２２０のモジュールケース２１０への連結は、ボルトを使用した螺合に限定されない。

図９は、前プレート及び連結部材をモジュールケースに連結したバッテリーモジュールを示す部材分解正面図である。

図９を参照すると、連結部材１００の導電性帯体１２０は、絶縁本体１１０の後面に配置されている。このことは、導電性帯体１２０が外部から絶縁されているということを意味し、これにより、水分による短絡や腐蝕の発生を効果的に阻止する。導電性帯体１２０は、前プレート２２０の対応するバスバー２２１に電気的に接続される。場合によっては、接続バー１３０は導体で形成されていてもよく、接続バー１３０が前プレート２２０の対応するバスバー２２１に電気的に接続されていてもよく、これによって導電性帯体１２０を通した電気的接続を補助する。バッテリーモジュール２００間の機械的連結は、主に、絶縁本体１１０によって行われ、電気的接続を行うための導電性帯体１２０は、水平な状態でなく、傾斜した状態で（絶縁本体の対角方向に）配置される。従って、バッテリーモジュール２００に外力が加わったとき、外力は適切に分配され、このため、バッテリーモジュールが損傷したり歪んだりする可能性は小さい。

高出力で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２００を接続する。この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形態を例示の目的で開示したが、特許請求の範囲に開示した本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変形、追加、及び代替が可能であるということが当業者には理解されよう。

以上の説明から明らかであるように、本発明による連結部材は、物体の優れた機械的連結及び安定した電気的接続を提供し、組み立て及び分解が容易であり、短絡の可能性が低い。更に、物体をコンパクトな構造で互いに連結でき、従って、本発明による連結部材は、好ましくは、バッテリーモジュールを連結して、特に電気自動車又はハイブリッド電気自動車用の中型又は大型のバッテリーシステムを形成するのに使用できる。

本発明の好ましい実施形態による連結部材の絶縁本体を示す斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による連結部材の絶縁本体を示す後面図である。 本発明の好ましい実施形態による連結部材の絶縁本体を示す側面図である。 本発明の好ましい実施形態による連結部材の導電性帯体を示す斜視図である。 本発明による中型又は大型のバッテリーシステムを構成するバッテリーモジュールを示す斜視図である。 図５に示すバッテリーモジュールの部分Ａを示す部分透視図である。 図５のバッテリーモジュールを構成するモジュールケースを示す斜視図である。 図５のバッテリーモジュールを構成する前プレートを示す斜視図である。 図５のバッテリーモジュールを示す部分分解正面図である。

符号の説明

１００ 連結部材
１１０ 絶縁本体
１２０ 導電性帯体
１３０ 接続バー
２００ バッテリーモジュール
２１０ モジュールケース
２２０ 前プレート

Claims (7)

1. 互いに連結された二つ又はそれ以上のバッテリーモジュールを有する中型又は大型のバッテリーシステムであって、
   各バッテリーモジュールが、
   前記バッテリーモジュールの開放した前部分を通して複数のバッテリーカートリッジを受け入れるためのモジュールケースと、及び
   前記バッテリーカートリッジを電気的に接続するため、前記モジュールケースの前記開放した前部分に取り付けられた前プレートとを備えてなり、
   前記前プレートの各々の両端には、前記前プレートを隣接したバッテリーモジュールの前プレートに連結したとき、大きさ及び形状が連結部材の大きさ及び形状とほぼ対応する窪みが設けられてなり、
   前記モジュールケースの各々の前記前部分の両側には、前記前プレートの前記窪みと対応して、前記連結部材の接続バーが挿入される接続溝と、他の連結ユニット用の複数の連結溝が設けられてなり、
   前記バッテリーモジュールを互いに隣接して配置した状態で、前記連結部材を前記窪みに挿入し、前記連結部材を前記連結ユニットによって前記モジュールケースに連結し、これによって前記バッテリーモジュールの機械的及び電気的な連結を行うものであり、
   前記連結部材が、前記バッテリーモジュールを連結するための複数の連結穴が形成された絶縁本体と、
   前記絶縁本体の後面に前記絶縁本体の対角方向で取り付けられてなり、前記絶縁本体の前面から絶縁されてなり、前記絶縁本体と連通する接続穴が両端に形成されてなる、プレート状導電性帯体と、
   前記導電性帯体を前記バッテリーモジュールに接続するとき、前記プレート状導電性帯体の対応する接続穴に挿入できるように形成された接続バーと、及び
   前記絶縁本体の前記後面に形成された、前記プレート状導電性帯体の形状にほぼ対応する形状を持つ取り付け溝とを備えてなるものであり、
   前記プレート状導電性帯体が、前記取り付け溝に挿入された状態で前記絶縁本体に取り付けられてなるものである、バッテリーシステム。
2. 前記絶縁本体がプラスチック材料製であり、
   前記導電性帯体が金属材料製である、請求項１に記載のバッテリーシステム。
3. 前記導電性帯体が前記絶縁本体の前記後面に取り付けられた状態で、前記プレート状導電性帯体の後面の一部又は全部が、前記絶縁本体の前記後面から突出してなる、請求項１に記載のバッテリーシステム。
4. 前記接続バーが、ナット等の追加の連結ユニットを前記接続バーに連結できるように、ねじ山を備えた上端又はねじ山を備えた両端を有する、請求項１に記載のバッテリーシステム。
5. 前記接続バーが、角のある下端及びねじ山を備えた上端を持つボルトの形状で形成されてなる、請求項４に記載のバッテリーシステム。
6. 前記モジュールケースの各々の前記前部分の前記両側に形成された前記接続溝が、角のある構造をなして形成されてなる、請求項１に記載のバッテリーシステム。
7. 前記バッテリーシステムが、電気自動車又はハイブリッド電気自動車用の電源として使用されてなる、請求項１に記載のバッテリーシステム。

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