JP7490296B2 - ネジ山を有するバスバーを含むバッテリーモジュール - Google Patents

ネジ山を有するバスバーを含むバッテリーモジュール Download PDF

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Description

本出願は２０２０年１０月２３日付の韓国特許出願第２０２０－０１３８３９８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すべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はネジ山を有するバスバーを含むバッテリーモジュールに関し、具体的にはバスバーと連結バスバーとを連結する連結ボルトの固定のための別の連結ナットがないバッテリーモジュールに関する。
現代社会で必須的に使われている各種の電子機器のエネルギー源として使われている二次電池は、モバイル機器の使用量増加及び複雑化、電気自動車などの開発によって所要容量が増加している。使用者の需要を満たすために、小型機器には多数の電池セルを配置しているが、自動車などには多数の電池セルを電気的に連結した電池モジュールまたはこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使われる。
電池モジュールは、多数の電池セルが互いに直列及び並列に連結されることで、容量及び出力を向上させる。この際、電池モジュールは、電池セルの間の電気的連結のためのバスバー、及び複数のバスバーの間を連結する連結バスバーを含むことが一般的である。
図１は従来技術によるバッテリーモジュールの上部斜視図であり、図２は従来技術によるバスバー及びバスバーフレームの斜視図であり、図３は従来技術によるバスバーフレーム及びエンドカバーの斜視図であり、図４は従来技術によるバッテリーモジュールの側断面図である。
従来技術によるバッテリーモジュールは、電極組立体から突出した電極リードが連結されたバスバー１０、前記バスバー１０を固定するためのバスバーフレーム２０、及び一つ以上の前記バスバー１０を電気的に連結するための連結バスバー３０を含む。
バスバー１０と連結バスバー３０とは接合、ボルト締結、嵌合などの方式で互いに連結されることが一般的であるが、本発明は、前記バスバー１０と連結バスバー３０との固定力のために、ボルトを用いて前記バスバー１０と連結バスバー３０とを結合するために連結ボルト４０を備えている。
前記バスバー１０は、電極リードが貫くスリット１１、前記スリット１１を貫いた電極リード部分が結合する電極リード連結部１２、及びバスバー１０と連結バスバー３０とを連結するためのターミナル部１３を含む。
前記ターミナル部１３は前記電極リード連結部１２から突出して折り曲げられた形態を有することができる。前記ターミナル部１３には、連結バスバー３０との連結のための固定ホールが存在する。前記連結ボルト４０は前記ターミナル部１３の固定ホール及び前記連結バスバー３０のボルトホールを貫通した後、エンドカバー６０と結合したバスバーフレーム２０と一体に形成された連結ナット５０に結合する。
前記連結ナット５０は前記バスバーフレーム２０のボルト収容部２１に位置する。ここで、前記連結ナット５０と前記バスバーフレーム２０とを一体に形成するために、前記連結ナット５０を前記バスバーフレーム２０と一体に成形する過程が必要である。
特に、前記連結ボルト４０と前記連結ナット５０との間の結合のために一定の強度を要求して、バスバーフレーム２０と異なる素材を使わなければならないので、製造しにくい欠点がある。
さらに、前記連結ナット５０のためにバスバーフレーム２０も一定の厚さを有しなければならなく、連結ナット５０のための別の空間が必要である。
下記特許文献１は、電極リードと電極端子との抵抗溶接部位にリベットを提供して前記電極リードと電極端子とを連結しているが、これは雌型リベットと雄型リベットとを使っているので、これを収容するための空間が別に必要な問題があり、前記雌型リベットと雄型リベットとが弱くなる場合、固定力が弱くなることがあるという欠点がある。
したがって、バスバーと連結バスバーとの間の連結の際、一定の結合力を提供しながら固定のための空間を減らすことができる技術が必要である。
韓国登録特許第１０－１３４００６２号公報
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、バスバーと連結バスバーとを単一の固定手段のみで固定しながらも固定空間及び固定費用を減らすことができるバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
前記のような目的を達成するための本発明によるバッテリーモジュールは、電極組立体から突出した電極リードを電気的に連結するための一つ以上のバスバーと、前記バスバーと連結されて前記バスバーを固定するためのバスバーフレームと、一つ以上の前記バスバーを連結するための連結バスバーと、前記バスバーと連結バスバーとを連結するための連結ボルトとを含み、前記バスバーは前記連結ボルトを固定するためのネジ山を含むことを特徴とする。
前記バスバーは、前記電極リードが貫くスリットと、前記電極リードを固定するための電極リード連結部と、連結バスバーと連結されるためのターミナル部とを含み、前記ターミナル部は、前記連結ボルトによって前記連結バスバーと結合するための固定ホールを含み、前記固定ホールは前記連結ボルトを固定するためのネジ山を含むことができる。
前記連結ボルトを固定するための別のナットを含まなくてもよい。
前記ターミナル部の厚さは前記電極リード連結部の厚さより大きくてもよい。
前記ターミナル部は二つ以上の層を含むことができる。
前記ターミナル部は、ヘミング曲げされたヘミング部を含むことができる。
前記ネジ山は前記ターミナル部の二つ以上の層のいずれにも形成されることができる。
前記二つ以上の層の間には別の空間がなくてもよい。
前記バスバーは、前記ターミナル部以外の部分をプレスすることによって形成されることができる。
前記電極リード連結部と連結されている前記ターミナル部の一部がプレスされることができる。
前記連結バスバーに前記連結ボルトを固定するためのネジ山をさらに含むことができる。
前記バスバーフレームは、前記連結ボルトのうちで前記バスバー及び連結バスバーを貫いた端部を収容するためのボルト収容部を含み、前記ボルト収容部は、前記連結ボルトの端部を挿入方向に対して垂直に押し付ける固定部を含むことができる。
前記固定部は弾性素材からなることができる。
本発明は先に言及したバッテリーモジュールを含む電池パックであることができ、またバッテリーモジュールが装着されたデバイスであることができる。
本発明は前記のような構成のうちで相反しない構成を一つ以上選んで組み合わせることができる。
以上で説明したように、本発明によるバッテリーモジュールは、バスバーと連結バスバーとを連結ボルトで連結するためのネジ山をバスバーに備えているので、別のナットが必要でない。よって、連結ナットを収容するための別の空間が必要でなく、連結ナットをバスバーフレームと一体に形成するための工程が不要になる。
また、前記バスバーにネジ山を備えながらも前記バスバーと前記連結バスバーとが連結されるターミナル部の厚さのみを増加させるので、前記バスバーと前記連結バスバーとを連結するための連結ボルトとの結合力が増加し、前記連結ボルトを固定するために、前記連結バスバーにもネジ山を備え、別の固定部を従来のナットの位置に備えることができるので、結合力が向上する。
さらに、従来のナットの位置に固定部を備えることで、前記連結ボルトが正常に結合されているかを前記固定部によって確認することもできる。
従来技術によるバッテリーモジュールの上部斜視図である。 従来技術によるバスバー及びバスバーフレームの斜視図である。 従来技術によるバスバーフレーム及びエンドカバーの斜視図である。 従来技術によるバッテリーモジュールの側断面図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの側断面図である。 本発明の第１実施例によるバスバーの斜視図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールの側断面図である。 本発明の第２実施例によるバスバーの斜視図である。 本発明の第２実施例によるバスバー、連結バスバー及び連結ボルトの連結関係を示す斜視図である。 本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、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むことができることを意味する。
また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。
また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、Ａ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。
図５は本発明の第１実施例によるバッテリーモジュールの側断面図であり、図６は本発明の第１実施例によるバスバーの斜視図である。
第１実施例によるバッテリーモジュールは、電極組立体から突出した電極リードを連結するための一つ以上のバスバー１００、前記バスバー１００と連結されて前記バスバー１００を固定するためのバスバーフレーム２００、一つ以上の前記バスバー１００を連結するための連結バスバー３００、及び前記バスバー１００と前記連結バスバー３００とを連結するための連結ボルト４００を含み、前記バスバー１００には前記連結ボルト４００を固定するためのネジ山Ａを有することを特徴とする。
前記バスバー１００は、前記電極リードが貫くスリット１１０、前記電極リードを固定するための電極リード連結部１２０、及び前記連結バスバー３００と対面するターミナル部１３０を含み、前記ターミナル部１３０は、前記連結ボルト４００によって前記連結バスバー３００と結合するための固定ホール１３１を含み、前記固定ホール１３１は、前記連結ボルト４００を固定するためのネジ山Ａを含む。
前記バスバー１００のスリット１１０は前記電極リード連結部１２０に形成された空間であり、電極リードが貫くことができる空間である。
電極組立体から突出した電極リードは前記スリット１１０を貫いてから折り曲げられ、ついでレーザー溶接、抵抗溶接などの公知の固定方法で前記電極リード連結部１２０の外側面に固定される。
前記バスバー１００は同じ極性を有する電極リードを連結するか、相異なる極性を有する電極リードを連結する方式で前記電極組立体を直列にまたは並列に連結することができる。
前記バスバー１００は、前記電極リードによって伝達される電子を、損失なしに容易に移動させるために、高導電性の金属素材からなることができる。本発明による電極リード連結部１２０及び前記ターミナル部１３０は単一の素材から互いに一体に形成されている。
前記ターミナル部１３０は前記電極リード連結部１２０と異なる方向に向かうように折り曲げられることができる。一例として、前記ターミナル部１３０は、図６のように、前記電極リード連結部１２０に対して垂直に折り曲げられることができる。
前記ターミナル部１３０は、前記連結ボルト４００によって前記連結バスバー３００と結合するための固定ホール１３１を含み、前記固定ホール１３１は、前記連結ボルトを固定するためのネジ山Ａを有している。
前記固定ホール１３１は、前記連結ボルト４００を固定するために、前記連結ボルト４００の胴体部の直径と同じサイズを有することができる。前記固定ホール１３１は、従来の連結ナットの役割を果たすために、前記固定ホールの内側面にネジ山Ａを有しているので、前記連結ボルト４００のネジ谷Ｂと結合して前記連結ボルト４００を固定する。
前記ネジ山ＡはＭ６連結ボルトを基準に少なくとも４ｍｍ以上であることが好ましい。これは連結ボルト４００の形態によって変わることができるが、前記バスバー１００及び前記連結バスバー３００に衝撃などがかかっても連結されているように４ｍｍ以上に形成されることが好ましい。
このために、本発明の第１実施例によるバスバー１００は、前記固定ホール１３１が位置するターミナル部１３０の厚さが４ｍｍ以上であってもよい。しかし、前記バスバー１００があまりにも厚い場合、前記連結ナットを除去して空間を確保しようとする本発明の目的に反するので、本発明によるバスバー１００は、前記バスバー１００のターミナル部１３０を除いた部分をプレスすることで、前記ターミナル部１３０の厚さは大きく維持しながら、バスバー１００の残りの部分、すなわち電極リード連結部１２０の厚さは小さくして、バッテリーモジュールの内部に含まれている部分の厚さを小さく維持することができる。
また、前記ターミナル部１３０と前記電極リード連結部１２０とが連結されている前記ターミナル部１３０の一部をプレスさせることにより、前記バスバー１００と前記連結バスバー３００とを固定する部分以外の部分は機能を維持するための最小限のサイズに維持することができる。
前記バスバーフレーム２００は前記バスバー１００を固定しながら、前記バスバー１００が他の部材と接触しないようにする役割も果たす。本発明によるバスバーフレーム２００は、前記バスバー１００のターミナル部１３０の下面に対応する部位を固定する役割を果たすことができる。前記連結バスバー３００と対面しない前記ターミナル部１３０の面、すなわち前記ターミナル部１３０の下面は前記バスバーフレーム２００と対面している。前記ターミナル部１３０の下面には一定の突出部があるので、前記バスバーフレーム２００の対応部に固定されるか、接合、嵌合などの方式で固定されることができる。ここで、前記ターミナル部１３０が固定されるバスバーフレーム２００は前記ターミナル部１３０を固定するバスバーフレーム２００と異なるバスバーフレーム、一例としてエンドカバーと結合しているバスバーフレームであってもよい。
前記連結バスバー３００は、前記バスバー１００を外部機器に連結するか、二つ以上のバスバー１００を互いに連結する役割を果たす。前記バスバー１００と接触する前記連結バスバー３００の部分は伝導性金属からなるので、前記バスバー１００によって伝達された電気を移動させる役割を果たし、前記バスバー１００と接触しない部分の外面は絶縁素材で取り囲まれている形態を有することができる。
前記連結ボルト４００は、前記連結バスバー３００のボルトホール３１０及び前記バスバー１００の固定ホール１３１より直径が大きくて前記連結バスバー３００の一面に固定されるヘッド部と、前記前記連結バスバー３００のボルトホール３１０及び前記バスバー１００の固定ホール１３１を貫き、前記前記連結バスバー３００のボルトホール３１０及び前記バスバー１００の固定ホール１３１の各ネジ山に結合するネジ谷Ｂを有している胴体部とからなることができる。
前記連結ボルト４００は伝導性素材からなるので、前記バスバー１００及び前記連結バスバー３００と一体になって電気を伝達する役割を果たすことができる。
前述した電極組立体、バスバー１００、バスバーフレーム２００及び連結バスバー３００はモジュールケース内に収納されることにより、外部衝撃などから保護される。一例として、モジュールケースは、下部及び側面がプレートで取り囲まれており、電極組立体などを収容することができる所定の空間部を有する下部ケースと、下部ケースを覆う上部ケースとからなることができ、必要に応じては、電極組立体などが着座する平板状の下部ケースと、電極組立体を含む電池セルなどを取り囲むように側面及び上面が密閉している上部ケースとからなることもできる。
一方、これらの上部ケースと下部ケースとは、締まりばめ方式、ボルト締結方式または溶接方式などの公知の固定手段によって互いに固定的に組み立てられることができる。
図７は本発明の第２実施例によるバッテリーモジュールの側断面図であり、図８は本発明の第２実施例によるバスバーの斜視図である。
本発明の第２実施例は、前記バスバー１００のターミナル部１３０の形態を除き、残りは第１実施例と同様である。本発明の第２実施例によるバスバー１００のターミナル部１３０の初期厚さは電極リード連結部１２０と同じ厚さを有することができる。前記ターミナル部１３０は、前記ターミナル部１３０をヘミング工法で曲げて２層以上に形成することにより、一定の厚さを有するようにすることができる。ここで、前記ターミナル部１３０の上部ターミナル部１３０（ａ）の長さは下部ターミナル部１３０（ｂ）の長さと同じかそれより長くなることができる。
前記のように、ヘミング工法で形成されたヘミング部Ｈはバスバーフレーム２００の内部に着座することができる形態に形成され、前記バスバーフレーム２００の対応部位に結合する。
前記下部ターミナル部１３０（ｂ）は前記バスバーフレーム２００に対応する部位の一部の形態が変形されることにより、前記バスバーフレーム２００との結合力が向上することができる。
本発明の第２実施例によるバスバー１００は、前記下部ターミナル部１３０（ｂ）にのみネジ山Ａを有している形態であってもよく、前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）の両方にネジ山Ａを有している形態であってもよい。
前記下部ターミナル部１３０（ｂ）にのみネジ山を有している場合、加工部が減少する利点があるが、結合力のために前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）の両方にネジ山Ａを有することが好ましい。
ここで、前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）の間には空間がないようにすることが好ましいが、前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）の間の空間に付着シートなどを提供することで、前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）の間が開かないようにしながら前記連結ボルト４００との固定力を向上させることができる。
図９は本発明の第２実施例によるバスバー、連結バスバー及び連結ボルトの連結関係を示す斜視図である。
図９に示すように、本発明によるバスバーのターミナル部１３０及び前記連結バスバー３００は連結ボルト４００によって固定される。
ここで、前記連結バスバー３００には、前記連結ボルト４００との結合力を向上させるために、前記連結バスバー３００のボルトホール３１０にネジ山Ｃを有することができる。
前記連結ボルト４００は、前記上部ターミナル部１３０（ａ）及び前記下部ターミナル部１３０（ｂ）のそれぞれに位置する固定ホール１３１及び前記連結バスバー３００のボルトホール３１０を貫通する。前記連結ボルト４００のネジ谷Ｂは前記固定ホール１３１のネジ山Ａ及び前記ボルトホール３１０のネジ山Ｃと噛み合って固定される。ここで、前記固定ホール１３１のネジ山Ａ及び前記ボルトホール３１０のネジ山Ｃの位置が動かないように、前記ターミナル部１３０及び前記連結バスバー３００は固定された状態で前記連結ボルト４００と結合する。
図１０は本発明の第３実施例によるバッテリーモジュールの断面図である。本発明の第３実施例は、バスバーフレーム２００のボルト収容部２１０に固定部２１１を備えていることを除き、残りは第２実施例と同様である。ここで、前記固定部２１１は前記第１実施例も備えることができる。
第３実施例によるバスバーフレーム２００は、前記ターミナル部１３０及び前記連結バスバー３００を貫通して突出した連結ボルト４００の端部を収容するためのボルト収容部２１０を備えている。前記ボルト収容部２１０は前記連結ボルト４００の端部を収容することができる空間のみを備えることができる。ここで、前記ボルト収容部２１０は、前記連結ボルト４００との固定力を高めるために、前記連結ボルト４００の端部を挿入方向に対して垂直に押し付ける固定部２１１を含むことができる。
前記固定部２１１は弾性素材からなるので、前記連結ボルト４００の離脱を防止する役割を果たすことができる。
前記固定部２１１は弾性素材からなることもでき、図１０のように、前記連結ボルト４００と対面しない前記固定部２１１の面にスプリングが装着され、前記連結ボルト４００と対面する面に前記連結ボルト４００を固定することができる部材が装着されている形態を有することができる。
前記固定部２１１によって、前記連結ボルト４００が前記ターミナル部１３０を貫いて正常に結合されているかを確認することができる。前記固定部２１１は、前記連結ボルト４００の端部が前記固定部２１１に結合するとき、前記連結ボルト４００による前記固定部２１１の物理的位置変化などによって前記連結ボルト４００の位置を確認することができる。
一方、本発明は前述したバッテリーモジュールを含む電池パックを含み、またバッテリーモジュールや電池パックはデバイスに適用可能である。
ここで、デバイスは、例えば、ノートブック型パソコン、ネットブック型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、携帯電話、ＭＰ３プレーヤー、ウェアラブル電子機器、動力工具（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）、電気自転車（Ｅ－ｂｉｋｅ）、電気スクーター（Ｅ－ｓｃｏｏｔｅｒ）、電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）、または電力貯蔵用システムであることができるが、これらに限定されないというのは言うまでもない。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
１０、１００ バスバー
１１、１１０ スリット
１２、１２０ 電極リード連結部
１３、１３０ ターミナル部
１３０（ａ） 上部ターミナル部
１３０（ｂ） 下部ターミナル部
１３１ 固定ホール
２０、２００ バスバーフレーム
２１、２１０ ボルト収容部
２１１ 固定部
３０、３００ 連結バスバー
３１０ ボルトホール
４０、４００ 連結ボルト
５０ 連結ナット
６０ エンドカバー
Ａ ネジ山
Ｂ ネジ谷
Ｃ ネジ山
Ｈ ヘミング部

Claims (12)

  1. 電極組立体から突出した電極リードを電気的に連結するための一つ以上のバスバーと、
    前記バスバーと連結されて前記バスバーを固定するためのバスバーフレームと、
    一つ以上の前記バスバーを連結するための連結バスバーと、
    前記バスバーと連結バスバーとを連結するための連結ボルトと、
    を含み、
    前記バスバーは前記連結ボルトを固定するためのネジ山を含み、
    前記連結ボルトを固定するための別のナットを含まない、
    バッテリーモジュール。
  2. 前記バスバーは、
    前記電極リードが貫くスリットと、
    前記電極リードを固定するための電極リード連結部と、
    連結バスバーと連結されるためのターミナル部と、
    を含み、
    前記ターミナル部は、前記連結ボルトによって前記連結バスバーと結合するための固定ホールを含み、前記固定ホールは前記連結ボルトを固定するためのネジ山を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記ターミナル部の厚さは前記電極リード連結部の厚さより大きい、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記ターミナル部は二つ以上の層を含む、請求項２又は３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記ターミナル部は、ヘミング曲げされたヘミング部を含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記ネジ山は前記ターミナル部の二つ以上の層のいずれにも形成されている、請求項４又は５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記二つ以上の層の間には別の空間がない、請求項４から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記バスバーは、前記ターミナル部以外の部分をプレスすることによって形成される、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記電極リード連結部と連結されている前記ターミナル部の一部がプレスされている、請求項８に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記連結バスバーに前記連結ボルトを固定するためのネジ山をさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記バスバーフレームは、前記連結ボルトのうちで前記バスバー及び連結バスバーを貫いた端部を収容するためのボルト収容部を含み、
    前記ボルト収容部は、前記連結ボルトの端部を挿入方向に対して垂直に押し付ける固定部を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記固定部は弾性素材からなる、請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
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