JP5345565B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールに関するものである。

２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なって、充電及び放電が可能な電池である。低容量の２次電池は、携帯電話やノートパソコン、及びビデオカメラなどの携帯が可能な小型電子機器に使用され、大容量の２次電池は、ハイブリッド電気自動車などのモータ駆動用電源として広く使用されている。

最近では、高エネルギー密度の非水電解液を用いた高出力２次電池が開発されており、前記高出力２次電池は、大電力を必要とする機器、例えば電気自動車などのモータ駆動に使用されることができるように、複数の２次電池を直列に連結して電池モジュールを構成している。

また、電池モジュールは、通常、直列に連結される複数の２次電池（以下、明細書全般にわたって、説明の便宜上、「単位電池」と称する）から構成され、２次電池は、円筒形及び角型などに構成される。

各々の単位電池は、正極及び負極がセパレータを間において位置する電極群、前記電極群が内蔵される空間が形成されたケース、前記ケースを密閉するキャップ組立体、及び前記電極群と電気的に連結されると共に、前記キャップ組立体を貫通して外側に突出する電極端子を含む。

また、各々の単位電池は、直列に連結されるように、正極端子及び負極端子が隣接する単位電池の正極端子及び負極端子と交差するように交差配列される。また、一側の単位電池の正極端子及び隣接する単位電池の負極端子に連結部材が嵌合され、前記連結部材上に配置されるナットが正極端子及び負極端子に締結されて、前記連結部材によって単位電池が直列に連結される。

このために、連結部材には正極端子及び負極端子が挿入される貫通孔が形成され、正極端子及び負極端子の外周面はナットの締結のためにねじ加工される。

しかし、このような構造は、ナット及び連結部材が接触する面で大きな接触抵抗が発生する可能性がある。

この現象は、ナット及び連結部材の接触面積が小さいことに起因する。つまり、連結部材及びナットが外見上は滑らかな表面を有するように加工されても、実質的には、加工上の限界によって、前記表面に凸凹な部分が形成されるため、ナットが正極端子及び負極端子に締結された状態で、ナット及び連結部材の接触部分を微視的に見ると、これらは小さな面積で互いに点接触した状態を維持する。

従って、既存の電池モジュールは、前記問題により、単位電池の締結部位に対する接触抵抗の増加によって、出力の低下だけでなく、さらに前記締結部位で抵抗熱が発生する可能性がある。外部の振動によってナットの締結状態が緩くなるが、この場合、接触部分はさらに接触抵抗が増加し、これによって、より多くの抵抗熱が発生する。

このような問題を解決するために、連結部材を端子に溶接する方法が提案されているが、この場合、単位電池を分離するのが難しい問題がある。

本発明は、前記のような問題を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、接触抵抗を減少させることができる電池モジュールを提供することである。

本発明の第１実施形態による電池モジュールは、ベース部材と電気的に連結された端子を含む複数の単位電池、及び単位電池のうちの隣接する単位電池の複数の端子を電気的に連結すると共に、ベース部材と対向する面に形成される少なくとも一つの突起を含む少なくとも一つの連結部材を含む。

突起は、少なくとも一つの第１突起及び少なくとも一つの第２突起を含むことができる。第１突起は、単位電池のうちの一つのベース部材と接触し、第２突起は、前述した単位電池のうちの一つと隣接する単位電池のベース部材と接触する。

突起の少なくとも一部は、前記ベース部材の表面に食い込む（嵌入される）。

ベース部材は、端子と締結されたナットを含むことができる。

ベース部材は、端子と一体に形成される。

単位電池は、端子と電気的に連結された電極群を収納するケース、及びこのケース内に位置する電極群を支持すると共に、端子の一部が突出される孔が形成されたキャッププレートを含むことができる。

電池モジュールは、キャッププレートの下部で端子と一体に形成されたフランジをさらに含むことができる。

キャッププレートの上部で前記孔に設置されるガスケットをさらに含むことができる。このガスケットは、キャッププレートの一側に位置する第１部分、及びキャッププレートの他側に位置する第２部分を含み、キャッププレートと締結される。

連結部材は、単位電池の端子の一部が突出されるホールを含み、突起はホールの周囲に位置する。

突起は、ホールの周囲に形成される環形状の突起を少なくとも一つ含むことができる。突起の断面は、三角形、弧形、または四角形である。

突起は、端子が通過する連結部材のホールの周囲に沿って形成される環形状であり、その断面は波形である。

突起は、ホールの周囲から放射状に外部に向かって延長される複数のバー（ｂａｒ）形状である。

突起は、ホールの周囲に位置する複数の円錐形状の突起を含むことができる。

電池モジュールは、単位電池の間に位置して、熱伝達媒体の流通路を形成する複数の隔壁をさらに含むことができる。

電池モジュールは、連結部材を単位電池の端子と締結するナットをさらに含むことができる。

本発明の実施形態により、連結部材に形成された突起がベース部材に密着し、連結部材及び端子の接触面積を拡大させて、接触抵抗を減少させることができる。

本発明の第１実施形態による電池モジュールを示した分解斜視図である。 図１に示された本発明の第１実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の突起を示した断面図である。 本発明の第１実施形態により加圧されたナットによって変形された突起を示した断面図である。 本発明の第２実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。 本発明の第３実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。 本発明の第４実施形態による連結部材を示した斜視図である。 本発明の第５実施形態による連結部材を示した斜視図である。 本発明の第６実施形態による連結部材を示した部分切開斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は多様な形態に具現されるため、以下で説明する実施形態に限られない。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」または「上部に」あるという時、これは他の部分の「直上に」ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。また、本明細書及び図面で、同一な符号は同一な構成要素を示す。

図１は本発明の第１実施形態による電池モジュールを示した分解斜視図であり、図２は図１に示された本発明の第１実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。

図１及び図２を参照して説明すると、本発明の第１実施形態による電池モジュール１００は、正極端子２１及び負極端子２２を含む複数の単位電池１０、単位電池の間（つまり、隣接する単位電池の間）に設置されて、熱伝達媒体の流通路を形成する隔壁１１、隣接する単位電池１０の端子２１、２２（本記載において、端子とは、正極端子及び負極端子を含む概念である）を電気的に連結する連結部材３０、及び前記連結部材３０を端子２１、２２に固定させるナット２５、２６を含む。

本実施形態による単位電池１０は、角型に形成され、電極群（図示せず）を収納するケース１５、及び前記ケース１５を密閉するキャッププレート１７を含む。本実施形態においては、角型電池を例示して単位電池を説明するが、本発明の単位電池はこれに限定されるのではなく、円筒形またはそれ以外の形状に形成されてもよい。

また、端子２１、２２は、前記キャッププレート１７の外側に突出するように、このキャッププレート１７に設置される。例えば、キャッププレート１７は、端子２１、２２が各々突出する部分に孔１７ａが形成される。ナット２５、２６によってキャッププレート１７上に固定されるように、ナット２５、２６の締結のためのねじ山が端子２１、２２の外周面に形成される。この時、端子２１、２２は、円形棒状に構成される。

また、前記キャッププレート１７及び端子２１、２２の間にはキャッププレート１７及び端子２１、２２を絶縁させるガスケット２３が設置される。例えば、ガスケット２３は、キャッププレート１７の一側に位置する第１部分と、キャッププレート１７の他側に位置する第２部分とを含んで、キャッププレート１７に締結される。

端子２１、２２及びガスケット２３を設置するために、キャッププレート１７には一定の大きさの孔１７ａが形成される。例えば、端子２１、２２が各々突出する部分にこれに対応する孔１７ａが形成される。ガスケット２３は、この孔１７ａに挿入された状態で設置され、その上部部位をキャッププレート１７の外面側に配置し、下部部位はキャッププレート１７の内面側に配置する。端子２１、２２の下部にはキャッププレート１７の内面に端子２１、２２を支持するフランジ部２８が形成される。

ナット２５、２６のうちの下部に配置される第１ナット２５が端子２１、２２上に設置される時に、ガスケット２３及びこの第１ナット２５の間にはワッシャー２４が介在される。ここでは、第１ナット２５がベース部材となる。

本実施形態において、電池モジュール１００を構成する各々の単位電池１０は、直列に連結されるように、隣接する単位電池１０の正極端子２１及び負極端子２２が互いに交差するように配置され、一側の単位電池１０の正極端子２１及びこれと隣接する単位電池１０の負極端子２２に連結部材３０が設置される。

連結部材３０は、細長い板形状に形成され、連結部材３０には端子２１、２２が挿入されるホール３６が長さ方向に両側周縁に形成される。連結部材３０は、第１ナット２５が端子２１、２２上に設置された後、ホール３６に端子を挿入して設置されるが、この時、連結部材３０を固定するために、連結部材３０の上部には第２ナット２６が端子２１、２２と締結される。第２ナット２６は、連結部材を第１ナット２５側に加圧する役割を果たす。それによって、電極群で発生した電流は、正極端子２１、第１ナット２５を通して連結部材３０に伝達される。

ここで、第１ナット２５に対向する連結部材３０の面には突起３２が形成され、突起３２は、連結部材３０が屈曲されて形成される。それにより、連結部材３０において突出した部分に対応する第２ナット２６に対向する連結部材３０の面は、凹形状に形成される。また、突起３２は、端子２１、２２の周縁方向に沿って連結されて形成される。例えば、突起３２は、端子２１、２２が挿入されるホール３６を囲む円形の環形状に構成される。

一方、突起３２は、弧形の断面を有するように形成されるが、本発明がこれに限定されるのではなく、突起３２は、三角形（図４Ａ）、四角形（図４Ｂ）などの多様な断面形状を有するように形成される。

本実施形態のように、連結部材３０に突起３２を形成すれば、突起３２がベース部材の第１ナット２５に密着して電流通路を形成することによって、連結部材３０及び第１ナット２５がより広い面積で接触するようになる。

例えば、連結部材３０が屈曲されて突起３２が形成されると、図３Ａ及び図３Ｂに示されているように、加圧部材の役割をする第２ナット２６によって突起３２が第１ナット２５側に加圧されて、突起３２が広がると共に、突起３２の曲率が緩やかになって、弾性変形が生じ、これにより突起３２はより広い面積で第１ナット２５と接触することができる。

図４Ａは本発明の第２実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。本実施形態による電池モジュールは、端子及び連結部材の形状を除いては、前記第１実施形態による電池モジュールと同一な構造からなるため、同一な構造についての重複説明は省略する。

本実施形態による正極端子２１には、キャッププレート１７の下面に位置するフランジ部２８、及びキャッププレート１７の上面に位置する端子基部２９が形成される。本実施形態おいては、便宜上、正極端子を例示して説明するが、負極端子も正極端子と同様に形成される。フランジ部２８及び端子基部２９は、正極端子２１と一体に形成されて、キャッププレート１７に対して正極端子２１を支持する役割を果たす。フランジ部２８及び端子基部２９は、正極端子２１をキャッププレート１７に挿入した状態で加圧して、断面積を拡張させて形成することができる。

このように端子基部２９及び正極端子２１とを一体に形成すれば、従来の正極端子２１及び第１ナットの間に発生する接触抵抗を低くすることができる。

一方、連結部材７０から端子基部２９に対向する面には突起７２が形成され、突起７２は、例えば連結部材が屈曲されて形成される。また、突起７２は、端子基部２９に向かって鋭く突出した三角形の断面を有する。

このように突起７２を形成すれば、突起７２が端子基部２９の表面に食い込んで（嵌入されて）、これと密着することができる。このように突起７２が端子基部２９の表面に食い込む（嵌入される）と、突起７２及び端子基部２９が面接触する結果となって、連結部材７０及び端子基部２９の接触面積が拡大される。

図４Ｂは本発明の第３実施形態による電池モジュールの一部を示した断面図である。図４Ｂに示した実施形態は、突起の断面が四角形であるということを除いては、図１乃至４Ａに示した実施形態と類似している。

図５は本発明の第４実施形態による連結部材を示した斜視図である。図５を参照して説明すると、本実施形態による連結部材４０は、板形状に構成され、長さ方向に両側周縁と隣接するように端子２１、２２が挿入されるホール４６が形成される。

また、ホール４６の周囲には突起４２が形成され、突起４２は、複数の凹凸形状が連続的につながった構造に形成される。そのために、突起４２は、波形の断面を有するように形成され、突起４２は、ホール４６の周囲に沿って連結され、連結部材４０には複数の環形状突起４２が重畳されて形成される。

このように複数の突起４２を重畳して形成すると、より多くの突起４２がナットまたは端子基部から構成されるベース部材と接触して、接触抵抗を減少させることができる。

図６は本発明の第５実施形態による連結部材を示した斜視図である。図６を参照して説明すると、本第５実施形態による連結部材５０は、板形状で形成され、長さ方向に両側周縁と隣接するように端子２１、２２が挿入されるホール５６が形成される。

ホール５６の周囲には複数の突起５２が形成されるが、突起５２は、連結部材３０の表面に突出して、ホール５６から外側につながった放射状に形成される。また、複数の突起５２がホール５６の周縁方向に沿って一定の間隔で離隔配列される。このように突起５２が配列されると、突起５２がナットまたは端子基部から構成されたベース部材と円周方向だけでなく半径方向に均一に接触して、より安定的に電流を伝達することができる。

一般に、電流は、最短経路に移動する傾向があるが、万一、突起が周縁方向にだけ連結されて形成されて、最短経路が周縁のうちのいずれか一部分である場合には、電流が集中して抵抗が大きくなって熱が発生する可能性がある。

しかし、本実施形態のように突起５２を放射状につながるように形成し、複数を周縁に沿って離隔配列すれば、周縁方向だけでなく長さ方向にも十分な接触が行われて、電流が集中するのを防止することができる。

図７は本発明の第６実施形態による連結部材を示した部分切開斜視図である。図７を参照して説明すると、第６実施形態による連結部材６０は、板形状に形成され、端子２１、２２が挿入されるホールが形成される。連結部材６０には突起６２が形成されるが、突起６２は円錐形状に形成され、その複数がホール６５の周囲で離隔配列される。

本実施形態では、複数の突起がホール６５の周囲から外側方向に放射状に配列されたことを例示している。つまり、突起がホール６５の周囲から外部に向かって延長されるバー（ｂａｒ）を複数含む。しかし、本発明がこれに限定されるのではなく、突起６２は多様な形態に配置される。

本実施形態のように、複数の突起６２を円錐形状に形成すれば、円錐の角部部分がナットまたは端子基部から形成されるベース部材に食い込んで、各突起６２がベース部材とより安定的に接触することができる。

つまり、突起６２の高さは公差により異なって形成されるが、ナットなどの加圧部材によって連結部材６０がベース部材に加圧される時に、突起６２の上端が鋭く形成されるため、高さが高い突起６２はベース部材により多く食い込まれ、高さが低い突起６２は少なく食い込まれ、各突起６２が全てベース部材と接触することができるようになる。それによって、連結部材６０及び端子２１、２２が安定的に接触することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 電池モジュール
１０ 単位電池
１５ ケース
１７ キャッププレート
２１、２２ 端子
２５、２６ ナット
２９ 端子基部
３０ 連結部材
３２ 突起
３６、４６、５６ ホール

Claims (14)

1. ベース部材が設置されて前記ベース部材と電気的に連結される端子を含む複数の単位電池、及び
   前記単位電池のうちの隣接する単位電池の前記端子を電気的に連結すると共に、前記ベース部材と対向する面に屈曲されて形成される少なくとも一つの突起を含む少なくとも一つの連結部材を含み、
   前記連結部材の前記ベース部材と対向する前記面と反対側であって、前記突起に対応する位置に凹部が形成され、
   前記単位電池は、
   前記端子と電気的に連結された電極群を収納するケース、及び
   前記ケース内に位置する前記電極群を支持すると共に、前記端子の一部が突出される孔が形成されたキャッププレートを含み、
   前記ベース部材は、前記キャッププレートと前記連結部材との間に設置され、
   前記突起は、前記単位電池のうちの一つのベース部材と接触する少なくとも一つの第１突起、及び
   前記単位電池のうちの一つと隣接する単位電池のベース部材と接触する少なくとも一つの第２突起とを含むことを特徴とする、電池モジュール。
2. 前記突起の少なくとも一部は、前記ベース部材の表面に食い込むことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ベース部材は、前記端子と締結されたナットを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 前記ベース部材は、前記端子と一体に形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電池モジュール。
5. 前記キャッププレートの下部で前記端子と一体に形成されるフランジをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記キャッププレート上で前記孔に設置され、前記キャッププレートの一側に位置する第１部分、及び前記キャッププレートの他側に位置する第２部分を含み、前記キャッププレートに締結されるガスケットをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記連結部材は、前記単位電池の前記端子の一部が突出されるホールを含み、
   前記突起は、前記ホールの周囲に位置することを特徴とする、請求項１、５または６に記載の電池モジュール。
8. 前記突起は、前記ホールの周囲に形成される環形状の突起を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記突起の断面は、三角形、弧形、または四角形であることを特徴とする、請求項７または８に記載の電池モジュール。
10. 前記突起は、前記ホールの周囲に沿って形成される環形状であり、その断面は波形であることを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
11. 前記突起は、前記ホールの周囲から放射状に外部に向かって延長される複数のバー形状の突起を含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
12. 前記突起は、前記ホールの周囲に位置する複数の円錐形状の突起を含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
13. 前記単位電池の間に位置して、熱伝達媒体の流通路を形成する複数の隔壁をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電池モジュール。
14. 前記連結部材を前記単位電池の前記端子に締結するナットをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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