JP6496457B2 - 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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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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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