JP7034418B2 - 底接続型トレイを有するバッテリーパック及びその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は２０１７年１０月３１日付の韓国特許出願第２０１７－０１４３７２１号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は電気自動車などに用いられるバッテリーパックに係り、特にトレイに多数のバッテリーモジュールが搭載されるバッテリーパック及びその製造方法に関する。

一般に、二次電池は充電及び放電が可能で繰り返し使うことができる電池であり、一つのバッテリーモジュールからなって携帯電話、ノートブック型パソコン、コンピュータ、カメラ、カムコーダーなどの携帯用小型電子機器に使われるか、多数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックからなって高出力のハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などのモーター駆動用電源として使われている。

特に、電気自動車などは高出力の電気エネルギーを使うことになるので、車両１台当たり相当量のバッテリーモジュールを必要とする。したがって、バッテリーモジュールはトレイという支持台に整列され、ケース内に搭載されてバッテリーパックを構成することになる。

トレイに搭載されたバッテリーモジュールはワイヤーハーネス（wire harness）などの連結配線を介して電気的に互いに連結され、外部の制御回路及び電気供給回路とも連結される。

しかし、トレイに搭載されるバッテリーモジュールを整列し、バッテリーモジュールを配線で連結する作業が大部分手作業で行われているから、トレイに搭載される多数のバッテリーモジュールとワイヤーハーネス及び連結端子をより簡便で効率よく連結することができる組立構造及び工程が要求されている。

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、バッテリーモジュールをトレイに配置する過程で端子が接続されるようにして、組立作業がより容易になり、接続構造の信頼性を高めることができ、自動組立生産もできるようにする底接続型トレイを有するバッテリーパック及びその製造方法を提供することに目的がある。

前述した課題を実現するための本発明による底接続型トレイを有するバッテリーパックは、複数のバッテリーモジュールが搭載されるトレイと、前記トレイの底面に取り付けられる複数のトレイ端子と、前記複数のトレイ端子を互いに連結するか外部回路と連結する連結配線と、前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ備えられ、前記トレイ端子と接続されるバッテリー端子とを含むことを特徴とする。

前記トレイ端子は前記トレイの底面に突設されることが好ましい。

前記複数のトレイ端子は前記トレイの底面において前記各バッテリーモジュールが置かれる位置にそれぞれ構成されることが好ましい。

前記トレイ端子と前記バッテリー端子は雄雌型結合方式で互いに結合できるように構成されることが好ましい。

前記トレイ端子と前記連結配線は板状構造を有する回路板に構成でき、前記回路板は前記トレイの底面に結合されるように構成できる。

前記連結配線は前記トレイに埋め込まれる方式で構成できる。

前記バッテリー端子は前記バッテリーモジュールの底面に構成されることが好ましい。

次に、前記課題を実現するための本発明によるバッテリーパックの製造方法は、トレイの底面に複数のトレイ端子を構成し、前記複数のトレイ端子を互いに連結するか外部回路と連結するように連結配線を取り付ける第１段階と、前記第１段階の後に前記トレイの底面に前記複数のバッテリーモジュールを取り付け、各バッテリーモジュールに構成されたバッテリー端子を前記各トレイ端子に連結し、前記トレイに前記複数のバッテリーモジュールを搭載する第２段階とを含むことを特徴とする。

前記第１段階で、トレイ端子はトレイ底面から突出する構造に配置されることが好ましい。

前記第１段階で、前記連結配線は、前記トレイを射出成形するときにインサート射出方式で取り付けられることができる。

前記第１段階で、前記トレイ端子及び前記連結配線は回路板にともに構成されて前記トレイの上部に取り付けられることができる。

前記第２段階で、前記各バッテリーモジュールを取り付けるとき、前記トレイ端子がバッテリー端子に挿入される方式で結合されることが好ましい。

前記第２段階は、ロボットを用いて前記トレイに前記バッテリーモジュールを装着させながら前記バッテリー端子とトレイ端子を結合させて自動で組み立てることができる。

前述したような本発明の主な課題解決手段は、以下で説明する‘発明を実施するための形態’、又は添付の‘図面’などの例示によってより具体的で明確に説明される。ここで、前述したような主な課題解決手段の外にも、本発明による多様な課題解決手段がさらに提示されて説明される。

本発明による底接続型トレイを有するバッテリーパック及びその製造方法は、トレイの底面にバッテリーモジュールの端子接続構造が構成されるから、トレイにバッテリーモジュールを組み立てる過程で端子が接続されるようにして、組立作業がより容易になり、端子接続構造の信頼性も高めることができる効果がある。

また、本発明は、トレイにバッテリーモジュールを装着させる過程で端子が接続されるので、ロボットなどを用いた自動組立生産も可能であり、自動組立生産によってバッテリーの生産性及び収率も向上させることができる効果がある。

本発明の第１実施例によるバッテリーパックを示した斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックを示した分解斜視図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックを示した要部詳細図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックを示した縦断面構成図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーパックを示した縦断面構成図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーパックを示した縦断面構成図である。

添付図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明すれば次のようである。

図面に基づく本発明の幾つかの実施例の説明において、同一乃至類似の構成部分に対しては同じ図面符号を付け、なるべく反復説明は省略する。

図１～図４は本発明の第１実施例によるバッテリーパックを示した図で、図１は斜視図、図２は一部分解斜視図、図３は要部詳細図、図４は縦断面構成図である。参考までに、図２には便宜上一つのバッテリーモジュールのみを示した。

図１を参照すると、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１００は、トレイ１０（底接続型トレイ）と、このトレイ１０に搭載される複数のバッテリーモジュール２０と、このバッテリーモジュール２０を互いに連結するか外部回路と連結する連結配線３０と、を含んでなる。

トレイ１０は底面が平面構造を有するように形成され、周縁部には一定高さの壁面１２が立設された構造になることができる。

このようなトレイ１０は、バッテリーモジュール２０が搭載された状態で上部にバッテリーカバー（図示せず）などの外郭構造物が被せられるように構成できる。

図面に示したトレイ１０は一例を示すものであり、多数のバッテリーモジュール２０を搭載して支持することができる構造であれば、実施条件によってその構造及び形状は多様に変形して実施することができる。

図２を参照すると、トレイ１０の底面１１には多数のバッテリーモジュール２０と連結される連結配線３０が構成される。

連結配線３０はワイヤーハーネス（wire harness）配線構造になることが好ましく、それぞれのバッテリーモジュール２０と外部回路であるバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）及び電源遮断ユニット（ＢＤＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）などを互いに連結する機能をするようになる。

図４を参照すると、本実施例において、連結配線３０はトレイ１０の底面１１に埋め込まれる方式で構成される。連結配線３０の埋め込み方式は、トレイ１０を射出成形する過程でインサート射出方式でトレイ１０の底面１１に内蔵されるように構成することができる。

このような連結配線３０の回路配置構造はトレイ１０に搭載されるバッテリーモジュール２０の配置構造によって適切に設定して構成することが好ましい。

以下、トレイ１０に構成される連結配線３０とそれぞれのバッテリーモジュール２０の接続構造について説明する。

トレイ１０の底面１１の上部にはトレイ端子１５が突出するように構成される。

このようなトレイ端子１５はトレイ１０の底面１１に構成される連結配線３０と電気的に連結されるように構成される。

トレイ端子１５の露出位置はトレイ１０の底面に各バッテリーモジュール２０が置かれる位置と一致するように配置されて構成される。すなわち、図面に例示したように、バッテリーモジュール２０がトレイ１０の上部に縦方向及び横方向に連続的に配列される方式で配置される場合、各バッテリーモジュール２０が取り付けられる位置に縦方向及び横方向にトレイ端子１５が一つずつ又は所要数以上の個数で突出するように構成されるものである。

そして、それぞれのバッテリーモジュール２０にはトレイ端子１５と接続するバッテリー端子２５が構成される。

図３を参照すると、バッテリーモジュール２０の底面にバッテリー端子２５が構成され、トレイ１０の底面上部にトレイ端子１５が構成されることで、バッテリーモジュール２０がトレイ１０の上部に搭載されるとき、バッテリー端子２５がトレイ端子１５に結合されながら接続するように構成されることが好ましい。

トレイ端子１５とバッテリー端子２５の接続構造は雄雌型結合方式のコネクタから構成できる。すなわち、トレイ端子１５は凸形コネクタからなり、バッテリー端子２５はトレイ端子１５が挿入される凹形コネクタから構成されることで、バッテリーモジュール２０をトレイ１０に搭載するとき、トレイ端子１５がバッテリー端子２５に挿入されながら電気的に接続するように構成できるものである。

これとは反対に、トレイ端子１５を凹形コネクタから構成し、バッテリー端子２５を凸形コネクタから構成することも可能である。

トレイ端子１５とバッテリー端子２５の接続構造は前述した接続構造の外に公知の多様な電源接続構造を用いて電気的に連結するように構成することができる。

一方、前記トレイ１０の上部には、バッテリーモジュール２０の間に位置してバッテリーモジュール２０の搭載状態を安定的に維持させるように支持膜４０が構成できる。支持膜４０は、バッテリーモジュール２０の配置構造によって、図面に例示したように、横方向又は縦方向に配設されることが好ましい。

また、トレイ１０の底面１１は、多数の凹凸部又はリブを形成することにより、バッテリーモジュール２０が移動せずに安定した搭載状態を維持するように構成することができる。

前記のように構成される本発明の第１実施例によるバッテリーパックの製造方法について図１～図４を参照して説明する。

まず、トレイ１０の底面に複数のトレイ端子１５を構成し、この複数のトレイ端子１５を互いに連結するか外部回路と連結するように連結配線３０を構成する（第１段階）。

ここで、連結配線３０はトレイ１０を射出成形などの方法で製作するときに内蔵するように構成することができる。すなわち、トレイ１０を射出成形するとき、ワイヤーハーネス（wire harness）構造を有する連結配線３０をインサート射出方式で構成するものである。もちろん、インサート射出成形するとき、連結配線３０においてトレイ端子１５と連結される部分は露出された構造に形成される。そして、連結配線３０が構成されたトレイ１０の底面にトレイ端子１５は突出構造に配置される。

ついで、トレイ１０の底面に複数のバッテリーモジュール２０を搭載して組み立てる。この際、各バッテリーモジュール２０に構成されたバッテリー端子２５を各トレイ端子１５に連結して電気的に接続するようにする（第２段階）。

ここで、トレイ端子１５とバッテリー端子２５を雄雌型コネクタ構造に構成する場合、各バッテリーモジュール２０をトレイ１０に搭載するとき、一方の端子が他方の端子に挿入されながら結合される。

前記のような組立製造方法によって作業者が直接トレイ１０にバッテリーモジュール２０を搭載しながら端子を接続させる方法でバッテリーパックを製造することができる。

これとは違い、トレイ１０底面にトレイ端子１５が露出され、バッテリーモジュール２０の底面にバッテリー端子２５が構成される場合、自動組立機などを用いてトレイ１０にバッテリーモジュール２０を搭載すれば自動で端子が接続される方法でバッテリーパックを製造することができる。

したがって、本発明によれば、バッテリーパック１００を組み立てて製造するとき、作業者がバッテリーモジュールをいちいち配置して端子を直接連結しなくても、組立ロボットなどを用いてバッテリーモジュール２０をピックアップしてトレイ１０に装着させながら自動で端子を接続させて組み立てる自動化工程でバッテリーパックを製作することができるものである。

図５は本発明の第２実施例によるバッテリーパックを示した縦断面構成図である。

本発明の第２実施例によるバッテリーパックは、連結配線３０の取付構造を除き、前述した第１実施例の構成と同一乃至類似に構成される。

図５を参照すると、本実施例の連結配線３０の取付構造は、連結配線３０をトレイ１０に埋め込まず、トレイ１０の底面において連結配線３０が通る部分に溝構造の配線溝１７を形成して、連結配線３０が配線溝１７の内部に挿入されるように構成することができる。

配線溝１７はその上部に配線カバー１８を構成することも可能である。配線カバー１８は、配線溝１７に連結配線３０を挿入して配置した後、上部を覆う機能をする。

このように、トレイ１０の底面に構成される配線溝１７は、バッテリーパック１００の配置構造及び連結配線３０の連結方法によって適宜設計して構成することができる。

その他の構成部分は前述した本発明の第１実施例構成と同一乃至類似に構成することができるので、反復説明は省略し、同一構成に対しては図面に同じ図面符号を付与する。

図６は本発明の第３実施例によるバッテリーパックを示した縦断面構成図である。

本発明の第３実施例によるバッテリーパックは、トレイ端子１５及び連結配線３０の取付構造を除き、前述した第１実施例の構成と同一乃至類似に構成される。

図６を参照すると、本実施例は、トレイ端子１５及び連結配線３０が板状構造を有する回路板１９にともに構成され、この回路板１９がトレイ１０の底面に結合される構成になる。回路板１９は厚さの薄い板状に構成されることが好ましく、このような回路板１９に連結配線３０及びトレイ端子１５を組み立てて構成するかインサート射出方式で構成することができる。

回路板１９は板状構造又は格子状構造などに製作できる。板状構造の場合には、通常のプリント基板のように連結配線を印刷し、トレイ端子を突出させる方法で製作することができ、格子状構造の場合には、連結配線３０とトレイ端子１５が位置する部分のみに保護層を形成する方法で製作することができる。

このように構成された回路板１９はトレイ１０にバッテリーモジュール２０を組み立てる前にトレイ１０に結合される。ここで、トレイ１０の底面と回路板１９は互いに結合される構造を有することができる。すなわち、回路板１９に突出部１９ａを構成し、トレイ１０に形成された挿入部１１ａに挿入して組み立てる方式で構成することができるものである。

回路板１９が組み立てられたトレイ１０に、前述した本発明の第１実施例のように、バッテリーモジュール２０を搭載してバッテリーパック１００を製作する。

前述したような本発明の実施例で説明した技術的思想はそれぞれ独立的に実施されることができ、互いに組み合わせられて実施されることができる。また、本発明は図面及び発明の詳細な説明に記載した実施例に基づいて説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であればこれから多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。したがって、本発明の技術的保護範囲は添付の特許請求範囲によって決定されなければならないであろう。

１０ トレイ（底接続型トレイ）
１５ トレイ端子
２０ バッテリーモジュール
２５ バッテリー端子
３０ 連結配線
１００ バッテリーパック

Claims (10)

1. 複数のバッテリーモジュールが搭載されるトレイと、
   前記トレイの底面に取り付けられる複数のトレイ端子と、
   前記複数のトレイ端子を互いに連結するか外部回路と連結する連結配線と、
   前記複数のバッテリーモジュールにそれぞれ備えられ、前記トレイ端子と接続されるバッテリー端子と、
   を含み、
   前記トレイ端子と前記連結配線は板状構造を有する回路板に構成され、前記回路板は前記トレイの底面に結合されるように構成される底接続型トレイを有するバッテリーパック。
2. 前記トレイ端子は前記トレイの底面に突設される、請求項１に記載の底接続型トレイを有するバッテリーパック。
3. 前記複数のトレイ端子は前記トレイの底面において前記各バッテリーモジュールが置かれる位置にそれぞれ構成される、請求項１又は２に記載の底接続型トレイを有するバッテリーパック。
4. 前記トレイ端子と前記バッテリー端子は雄雌型結合方式で互いに結合できるように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の底接続型トレイを有するバッテリーパック。
5. 前記バッテリー端子は前記バッテリーモジュールの底面に構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の底接続型トレイを有するバッテリーパック。
6. トレイの底面に複数のトレイ端子を構成し、前記複数のトレイ端子を互いに連結するか外部回路と連結するように連結配線を取り付ける第１段階と、
   前記第１段階の後、前記トレイの底面に前記複数のバッテリーモジュールを取り付け、各バッテリーモジュールに構成されたバッテリー端子を前記各トレイ端子に連結し、前記トレイに前記複数のバッテリーモジュールを搭載する第２段階と、
   を含み、
   前記第１段階で、前記トレイ端子及び前記連結配線は回路板にともに構成されて前記トレイの上部に取り付けられるバッテリーパックの製造方法。
7. 前記第１段階で、トレイ端子はトレイ底面から突出する構造に配置される、請求項６に記載のバッテリーパックの製造方法。
8. 前記第１段階で、前記連結配線は、前記トレイを射出成形するときにインサート射出方式で取り付けられる、請求項６または７に記載のバッテリーパックの製造方法。
9. 前記第２段階で、前記各バッテリーモジュールを取り付けるとき、前記トレイ端子がバッテリー端子に挿入される方式で結合される、請求項６～８のいずれか一項に記載のバッテリーパックの製造方法。
10. 前記第２段階は、ロボットを用いて前記トレイに前記バッテリーモジュールを装着させながら前記バッテリー端子とトレイ端子を結合させて自動で組み立てる、請求項６～９のいずれか一項に記載のバッテリーパックの製造方法。

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