JP7055487B2 - 衝撃吸収構造を有するコネクタを含む電池モジュール - Google Patents

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Description

[関連出願との相互引用]
本出願は、2019年02月26日付韓国特許出願第10-2019-0022718号に基づいた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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電池モジュールに関し、より具体的には外部コネクタと連結されるモジュールコネクタが取り付けられる電池モジュールに関する。
二次電池は製品群毎の適用容易性が高く、高いエネルギ密度などの電気的特性を有するので、携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置などに普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させることができる一次的な長所だけでなく、エネルギの使用による副産物が全く発生しない点で環境に優しくエネルギ効率性向上のための新たなエネルギ源として注目されていている。
前記電気自動車などに適用される電池パックは、高出力を得るために複数の単位セルを含む多数のセル組立体を直列に連結した構造を有している。そして、前記単位セルは、陽極および陰極集電体、セパレータ、活物質、電解液などを含んで構成要素の間の電気化学的反応によって反復的な充放電が可能である。
一方、近来エネルギ貯蔵源としての活用をはじめとして大容量構造に対する必要性が高まるにつれ多数の二次電池が直列および/または並列に連結された多数の電池モジュールを集合させたマルチモジュール構造の電池パックに対する需要が増加している。
複数の電池セルを直列/並列に連結して電池パックを構成する場合、少なくとも一つの電池セルからなる電池モジュールを先に構成し、このような少なくとも一つの電池モジュールを利用してその他構成要素を追加して電池パックを構成する方法が一般的である。前記電池パックに含まれる電池モジュールの個数、または電池モジュールに含まれる電池セルの個数は求められる出力電圧または充放電容量によって多様に設定することができる。
電池モジュールは、電池セルと各種電装部品などをモジュールケース内にパッケージングし、モジュールケースの外の外部機器などと電気的な接続のための外部コネクタと連結されるモジュールコネクタを備える。外部コネクタは一例として、複数の電池モジュールを電気的に接続させるためのコネクタでありうる。
従来の電池モジュールに備えられるモジュールコネクタは、モジュールケースに固く固定されており、電池モジュールまたはこれらの集合体である電池パックが振動や衝撃に曝されやすい自動車などに取り付けられて駆動されるとき、外部から振動や衝撃を受ける場合は荷重に耐えることができず破損する恐れがあった。
本発明が解決しようとする課題は、外部からの振動や衝撃を吸収できる弾性力を提供するモジュールコネクタを備えた電池モジュールを提供することにある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。
本発明の一実施形態による電池モジュールは、少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体、前記セル組立体を収容するモジュールケース、および前記モジュールケースの外側に装着面に取り付けられ、前記セル組立体と電気的に接続され、前記モジュールケースの外部で外部コネクタと連結されるためのモジュールコネクタを含む。前記モジュールコネクタは、前記電池セルと連結されたターミナルと接続する本体部、および前記モジュールケースの装着面と対面する前記本体部の一側に弾性を有するように構成される締結部を含み得る。
前記モジュールコネクタの締結部は、前記装着面に平行である第1方向または前記装着面に垂直である第2方向への弾性力を提供するように構成され得る。
前記モジュールコネクタの締結部は、前記本体部との間に空いた空間を形成するように前記本体部から間隔を置いて離隔した部分を有し得る。
前記モジュールコネクタの締結部は、外側に膨らんで曲がった少なくとも一対の弾性支持体を含み得る。
前記一対の弾性支持体は、前記第1方向および第2方向に垂直である第3方向から見るとき楕円形をなし得る。
前記楕円形は、前記第1方向への幅が前記第2方向への幅よりさらに大きく形成され得る
前記一対の弾性支持体の前記第1方向に離隔した幅は、前記第1方向に測定した前記本体部の全体幅と同じであるかまたは小さくてもよい。
前記モジュールコネクタは、前記装着面に締結される装着段をさらに含み、前記一対の弾性支持体は、前記本体部から遠ざかる方向に延びて端部で前記装着段と連結され得る。
前記装着段は、前記装着面にスライディング挿入構造で取り付けられ得る。
前記モジュールコネクタの締結部は、樹脂材料でモールド成形され得る。
本発明の他の一実施形態によれば、前記少なくとも一つの電池モジュール、および前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースを含む電池パックが提供され得る。
本発明のまた他の一実施形態によれば、前記少なくとも一つの電池パックを含むデバイスが提供され得る。
実施形態によれば、電池モジュールでモジュールコネクタが締結される部分に弾性力を提供する構造を設けることによって、前記電池モジュールが取り付けられたデバイスの外部から振動や衝撃が伝達されてもこれを吸収することができる。
さらにこのような振動や衝撃吸収構造をモジュールコネクタの締結部に設けることによって、モジュールコネクタの接続部位が緩くなったり破損することを防止できる効果がある。
本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールに取り付けられるモジュールコネクタを示す斜視図である。 図2に示すモジュールコネクタの平面図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールでモジュールコネクタが取り付けられた状態を拡大して示す部分斜視図である。 本発明の一実施形態による電池モジュールでモジュールコネクタが取り付けられた状態を拡大して示す部分正面図である。 比較例の電池モジュールに取り付けられるコネクタを示す斜視図である。
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
図1は本発明の一実施形態による電池モジュールを示す斜視図である。
図1を参照すると、本実施形態による電池モジュール10は、内部にセル組立体100を収容するモジュールケース150の外側に取り付けられるモジュールコネクタ130を含む。セル組立体100を構成する電池セルは、パウチ型二次電池として設けられ得、セル組立体100内に複数積層されて整列され得る。前記複数の電池セルは、互いに電気的に接続され得、電池セルそれぞれは電極組立体とこれを収容する電池ケースおよび前記電池ケースの外に突出して前記電極組立体と電気的に接続される電極リードを含み得る。
電池モジュール10は、各種電装部品を含み得、一例としてICB(Internal Circuit Board)またはBMS(Battery Management System)等を含み得る。前記ICBおよびBMSボードなどの電装部品は前記複数の電池セルと電気的に接続され得る。
モジュールケース150は、電池モジュール10の外観を形成し、内部に収容されるセル組立体100の電極リードが延長する方向に位置するセル組立体100の少なくとも一側または両側面にバスバー組立体が結合され、その外側に絶縁フレーム160が結合され得る。バスバー組立体は、セル組立体100をカバーするように配置されるバスバーフレームと、前記バスバーフレームに固定されるバスバーを含み得る。バスバーフレームは絶縁体からなりセル組立体100の電極リードが通過できるリードスロットを含み、バスバーはセル組立体100の電極リードを電気的に接続し得る。
モジュールコネクタ130は、バスバー組立体、特にバスバーフレームに結合され得る。バスバーフレームに装着面を形成してモジュールコネクタ130を前記装着面に安着させて結合し得る。この時、モジュールコネクタ130と装着面は、互いにスライディングして挿入される締結構造を有するように、一方にはスライディング溝が形成され、他方にはスライディング突起が形成され得る。
一方、電池モジュール10は、モジュールケース150の内部で電池セルをセンシングするように構成された軟性印刷回路基板(Flexible Printed Circuit,FPC)を含み得、このような軟性印刷回路基板はその端子部にターミナルが連結され、前記ターミナルはモジュールケース150の外部に露出してモジュールコネクタ130と連結される。したがって、モジュールコネクタ130は、前記セル組立体100と軟性印刷回路基板を介して電気的に接続され得る。
図2は本発明の一実施形態による電池モジュールに取り付けられるコネクタを示す斜視図であり、図3は図2に示すコネクタの平面図である。
図2および図3を参照すると、本実施形態のモジュールコネクタ130はターミナルと接続する本体部131とモジュールケース150の外側に取り付けるために使われる締結部135を含む。ターミナルは、軟性印刷回路基板を介して電池セルと電気的に接続されるが、軟性印刷回路基板は、端子部を介して前記ターミナルと連結され得る。これによりモジュールコネクタ130は、各電池セルの電気的、熱的データをBMSのような計測および制御器に伝達することができる。
モジュールコネクタ130の締結部135は、モジュールケース150の装着面と対面する本体部131の一側に弾性を有するように構成されて衝撃または振動を吸収することができる。この時、締結部135は装着面に対して平行である第1方向(x軸方向)または装着面に垂直である第2方向(y軸方向)への弾性力を提供するように構成され得る。したがって、モジュールコネクタ130が取り付けられる環境条件によって前記x軸方向またはy軸方向への弾性力を提供するように設計することができ、前記x軸方向とy軸方向すべてに弾性力を提供することもできる。このように弾性力を提供することによってx軸方向またはy軸方向への荷重が加えられても締結部135がこれを吸収してモジュールコネクタ130の連結部分が緩くなったり破損することを防止することができる。
モジュールコネクタ130にx軸方向またはy軸方向への弾性力を提供するために、図3に示すように、締結部135は本体部131との間に空いた空間Eを形成するように本体部131から間隔を置いて離隔し得る。この時、締結部135は両側外側に突き出た一対の弾性支持体135a,135bを含み得、弾性支持体135a,135bは、本体部131から遠ざかる方向に延びて本体部131と対向する部分で装着段135cに連結される。このような装着段135cは、図2に示すように、装着面にスライディング結合できるようにレール溝と収容空間を有し得る。
一方、図3に示すように、一対の弾性支持体135a,135bは、両側縁で互いに反対方向に向かって外側に膨らんで曲がり本体部131の一面から延び、これは装着段135cと一体に形成されて閉曲線をなす。これを前記x軸方向およびy軸方向に垂直である第3方向(z軸方向)から見ると、略楕円形をなすが、前記楕円形は、前記x軸方向への幅が前記y軸方向への幅よりさらに大きく形成され得る。
また、一対の弾性支持体135a,135bの前記x軸方向に離隔した幅は、本体部131の幅と同じであるかまたは小さく形成され得る。すなわち、正常状態にあるとき前記x軸方向に測定した一対の弾性支持体135a,135bの最大幅は同じ方向に測定される本体部131の全体幅より小さいかまたは同じであり得る。これによりx軸方向またはy軸方向の荷重がモジュールコネクタ130に加えられても締結部135の弾性支持体135a,135bは本体部131の縁によって設定される領域の外部に突出して周辺の構成と干渉されることを防止することができる。
上記したようなモジュールコネクタ130の締結部135は、樹脂を材料としてモールド成形することによって製作されることができる。締結部135を構成する弾性支持体135a,135bと装着段135cはモールド成形により一体に形成され得、締結部135は本体部131と一体に形成され得る。
図4は本発明の一実施形態による電池モジュールでモジュールコネクタが取り付けられた状態を拡大して示す部分斜視図であり、図5は本発明の一実施形態による電池モジュールでモジュールコネクタが取り付けられた状態を拡大して示す部分正面図である。
図4を参照すると、モジュールコネクタ130は、本体部131が外側へ向かい、締結部135がセル組立体を内蔵したモジュールケース150側に向かうように整列してバスバー組立体に設けられた装着面142にスライディング結合され得る。図5を参照すると、空いた空間Eを形成したモジュールコネクタ130の締結部135がモジュールケース150側に接して結合されたことを見ることができる。したがって、モジュールコネクタ130の締結部135は、絶縁フレーム160の主な面に垂直である方向(y軸方向)に加えられる振動または衝撃、または絶縁フレーム160の主な面に平行であり、地面(または電池モジュール安着面)に垂直である方向(x軸方向)に加えられる振動または衝撃を吸収することができる。
本発明の他の実施形態で、モジュールコネクタ130を構成する締結部135の弾性支持体が複数の対で形成される構造を適用することができる。すなわち、左右両側にそれぞれ複数の弾性支持体が備えられ、このような弾性支持体が両側から外側に膨らんで互いに背を向けて曲がり弾性構造を形成することができる。
本発明のまた他の実施形態で、モジュールコネクタ130を構成する締結部135の弾性支持体が一対または複数の対で両側に形成されることにより、このような両側の弾性支持体が内側に膨らんで互いに対向して曲がり弾性構造を形成することができる。
図6は比較例による電池モジュールに取り付けられるモジュールコネクタを示す斜視図である。
図6に示すモジュールコネクタ30は、電池セルに電気的に接続されるターミナルが接続される本体部32の一側から延びる締結部34を含む。締結部34はモジュールケースの外側に備えられた装着面に堅固に固定されるように複数のピンで構成され、このような複数のピンは群集をなして固定されるので弾性力を提供することが難しい。したがって、本実施形態によるモジュールコネクタの締結部とは異なり外部の振動や衝撃の影響を受けると、このような振動や衝撃を吸収できず前記締結部34が破損したり非可逆的に変形され得る。
一方、本発明の実施形態による電池モジュールは、一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされ、電池パックを形成することができる。
上述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは多様なデバイスに適用されることができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用されるが、本発明はこれに制限されず電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態もまた、本発明の権利範囲に属する。
10 電池モジュール
100 セル組立体
130 モジュールコネクタ
131 本体部
135 締結部
135a,135b 弾性支持体
135c 装着段
142 装着面
150 モジュールケース
160 絶縁フレーム

Claims (9)

  1. 少なくとも一つの電池セルを含むセル組立体と、
    前記セル組立体を収容するモジュールケースと、
    前記モジュールケースの外側の装着面に取り付けられ、前記セル組立体と電気的に接続され、前記モジュールケースの外部で外部コネクタと連結されるためのモジュールコネクタと
    を含む電池モジュールであって、
    前記モジュールコネクタは、
    前記電池セルと連結されたターミナルと接続する本体部と、
    前記モジュールケースの装着面と対面する前記本体部の一側に弾性を有するように構成される締結部とを含み、
    前記モジュールコネクタの締結部は、前記装着面に締結される装着段と、前記本体部から遠ざかる方向に延びて端部で前記装着段と連結される少なくとも一対の弾性支持体と、を含み、
    前記一対の弾性支持体は、前記装着面に対向する前記本体部の一面から、互いに反対方向に膨らんで曲がって延びている、電池モジュール。
  2. 前記モジュールコネクタの締結部は、前記装着面に平行である第1方向または前記装着面に垂直である第2方向への弾性力を提供するように構成された、請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 前記モジュールコネクタの締結部は、前記本体部との間に空いた空間を形成するように前記本体部から間隔を置いて離隔した部分を有する、請求項1又は2に記載の電池モジュール。
  4. 前記一対の弾性支持体は、前記第1方向および前記第2方向に垂直である第3方向から見るとき楕円形をなす、請求項に記載の電池モジュール。
  5. 前記楕円形は、前記第1方向への幅が前記第2方向への幅よりさらに大きく形成された、請求項に記載の電池モジュール。
  6. 前記一対の弾性支持体の前記第1方向に離隔した幅は、前記第1方向に測定した前記本体部の全体幅と同じであるかまたは小さい、請求項2、4、および5のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  7. 前記装着段は、前記装着面にスライディング挿入構造で取り付けられる、請求項1ないし6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  8. 少なくとも一つの、請求項1ないしのいずれか一項に記載の電池モジュールと、
    前記少なくとも一つの電池モジュールをパッケージングするパックケースと
    を含む、電池パック。
  9. 請求項による少なくとも一つの電池パックを含む、デバイス。
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