JP2011249303A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数のバスバーを組立体形態として改善して、組み立て工程を容易にし、連結部材が単位電池の製造公差及び体積変化に対応できるようにして、組立品質を高めて単位電池の変形を防止できる電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の電池モジュールは、外側に突出した電極端子を含む複数の単位電池と、複数の単位電池を電気的に連結する連結部材を含む。連結部材は複数のバスバーと絶縁ガイドを含む。複数のバスバーは隣接する二つの単位電池の二つの電極端子に対応する貫通孔を形成する。絶縁ガイドは、複数の各々のバスバーに結合して複数のバスバーを支持する複数のホルダー部と、複数のホルダー部の間に位置して複数のホルダー部を一方向に連結する複数の狭幅部を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は電池モジュールに関するものであって、より詳しくは、複数の単位電池に締結されて複数の電極端子を電気的に連結する連結部材に関する。

電池モジュールは、複数の単位電池を直列に連結して高出力と大容量特性を実現した電池である。このような電池モジュールは、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のモータ駆動用電源として使用されている。単位電池は充電が可能な二次電池であり、最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されている。

各単位電池には正極端子と負極端子が突出しており、複数の単位電池は正極端子及び負極端子の位置が反対になるように一つずつ交互に配列される。電池モジュールは、連結部材を備えて単位電池を直列に連結させる。連結部材は、隣接する二つの単位電池の正極端子及び負極端子に嵌合されてこれらを連結するバスバー（ｂｕｓｂａｒ）と、バスバーの締結後に正極端子及び負極端子に各々嵌合されてバスバーを固定させる締め部材と、を含む。

しかしながら、前述した構造ではバスバーが個別的に備えられるため、単位電池に複数のバスバーと複数の締め部材を締結するための組立工程数が多く、組み立てに多くの時間がかかる。

一方、単位電池を製造する過程において、単位電池の外形サイズ及び電極端子の位置などに所定の公差が存在し、単位電池は充電と放電を繰り返す過程において体積膨張のような体積変化が生じる。しかし、バスバーと締め部材で構成された連結部材は、単位電池の不規則的な公差と体積変化に対応できないため組立品質が低下し、単位電池の変形を誘発することがある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、組み立て工程を容易にし、連結部材が単位電池の製造公差及び体積変化に対応できるようにするとともに、組立品質を高めて単位電池の変形を防止することが可能な、新規かつ改良された電池モジュールを提供することにある。

本発明のある観点による電池モジュールは、外側に突出した電極端子を含む複数の単位電池と、複数の単位電池を電気的に連結する連結部材を含む。連結部材は複数のバスバーと絶縁ガイドを含む。複数のバスバーは隣接する二つの単位電池の二つの電極端子に対応する貫通孔を形成する。絶縁ガイドは、複数の各々のバスバーに結合して複数のバスバーを支持する複数のホルダー部と、複数のホルダー部の間に位置して複数のホルダー部を一方向に連結する複数の狭幅部を含む。

また、複数のホルダー部と複数の狭幅部は一体に形成され、伸縮性のある絶縁物質から成るものであってもよい。また、狭幅部は、複数のホルダー部のうち隣接する二つのホルダー部の間において二つのホルダー部の中央に位置し、狭幅部の両側に一対のベンディング溝が形成されてもよい。また、狭幅部はホルダー部より小さい厚さを有するものであってもよい。

また、バスバーは、貫通孔を形成する板状の中央部と、中央部の側面から外側に突出した突出部を含むものであってもよい。ホルダー部は、中央にバスバーが嵌合される開口部を形成し、開口部と対向する内側面に突出部を収容するスライディング溝を形成してもよい。

また、バスバーは一定の厚さの板状で形成されてもよい。ホルダー部は中央にバスバーが嵌合される開口部を形成し、開口部に向かう内側面にバスバーの周縁を収容するスライディング溝を形成してもよい。

また、ホルダー部はバスバーの全周縁を囲んでバスバーを支持するものであってもよい。また、ホルダー部はバスバーの長手方向と並んだバスバーの二つの側面を囲んでバスバーを支持するものであってもよい。バスバーの長手方向に沿ってホルダー部とバスバーとの間に内部空間が位置し、絶縁ガイドは内部空間に位置する弾性ガイドをさらに含むものであってもよい。

また、弾性ガイドは棒状で形成され、一端がホルダー部に固定されてホルダー部からバスバーに向かって斜線方向に延びるものであってもよい。バスバーの長手方向に沿ってバスバーの両側に内部空間が位置し、弾性ガイドは内部空間に一対で備えられるものであってもよい。

また、一対の弾性ガイドはホルダー部に固定される一端が互いに反対側に位置し、同一斜線方向に配置されるものであってもよい。

また、絶縁ガイドはバスバーが嵌合された電極端子と締結される複数の締め部材をさらに含むものであってもよい。電極端子はねじ加工された表面を有してもよく、複数の締め部材はナットからなるものであってもよい。

本発明によれば、組み立て工程を容易にし、連結部材が単位電池の製造公差及び体積変化に対応できるようにするとともに、組立品質を高めて単位電池の変形を防止することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図である。 図１に示した電池モジュールのうち連結部材の拡大斜視図である。 図１に示した電池モジュールのうちバスバーと絶縁ガイドの結合状態を示した平面図である。 図１に示した単位電池と連結部材の組み立て過程を示した概略図である。 本発明の第２実施形態に係る電池モジュールのうち連結部材を示した分解斜視図である。 図５に示した連結部材のうちバスバーと絶縁ガイドの結合状態を示した平面図である。

以下に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する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の第１実施形態に係る電池モジュールの分解斜視図であり、図２は図１に示した電池モジュールのうち連結部材の拡大斜視図であり、図３は図１に示した電池モジュールのうちバスバーと絶縁ガイドの結合状態を示した平面図である。

図１乃至図３を参照すると、第１実施形態の電池モジュール１００は、複数の単位電池１０と、単位電池１０に組み立てられて単位電池１０を電気的に連結させる連結部材２０を含む。

単位電池１０は、一次電池または二次電池で構成される。二次電池は一次電池とは異なって充電が可能な特性を有する。単位電池１０は、正極と負極及びセパレータを含む電極群（図示せず）と、電解液と共に電極群を収容するケース１１と、ケース１１の外側に突出した電極端子１２、１３を含む。電極端子１２、１３は正極と電気的に連結した正極端子１２、及び負極と電気的に連結した負極端子１３を含む。

複数の単位電池１０は互いに密着し、一方向に並んで配列される。この時、各々の単位電池１０は、隣接する単位電池１０と正極端子１２と負極端子１３の方向が反対になるように配列される。従って、ある一つの正極端子１２は単位電池１０の配列方向（図１の矢印Ａ方向）に沿って隣接する二つの単位電池１０の負極端子１３と対向し、いずれか一つの負極端子１３は隣接する二つの単位電池１０の正極端子１２と対向する。

単位電池１０が二次電池の場合、充放電過程において体積変化が生じる。従って、体積変化による単位電池１０のずれを抑制するために、単位電池１０の外側に一対のエンドプレート１４、一対の側面プレート１５、上部プレート１６、及び下部プレート１７が設置されてもよい。

一対のエンドプレート１４は最外側の単位電池１０の外側に位置する。一対の側面プレート１５は、単位電池１０の側面に密着した状態で一対のエンドプレート１４に締結される。上部プレート１６と下部プレート１７は、各々単位電池１０の上側と下側に密着した状態で一対のエンドプレート１４に締結される。従って、側面プレート１５と上部プレート１６及び下部プレート１７が単位電池１０に圧力を加えて、単位電池１０の体積変化による変形を抑制する。

連結部材２０は隣接する二つの単位電池１０の正極端子１２と負極端子１３を電気的に連結して、全ての単位電池１０を直列に連結させる。このために、連結部材２０は複数のバスバー（ｂｕｓｂａｒ）３０と複数の締め部材４０を有する。また、連結部材２０は複数のバスバー３０と結合して、複数のバスバー３０を一つの組立体として連結する絶縁ガイド５０を含む。

バスバー３０は金属で製造され、一定の厚さを有する板状の中央部３１と、中央部３１の側面から外側に突出した突出部３２を含むことができる。中央部３１の長さ（Ｌ１、図２参照）は、隣接する二つの単位電池１０の二つの電極端子１２、１３の間の距離より大きい。中央部３１には二つの電極端子１２、１３に対応する位置に二つの電極端子１２、１３を各々通過させるための２つの貫通孔３３が形成される。突出部３２の厚さは中央部３１の厚さより小さい。

締め部材４０は各電極端子１２、１３に対応して具備される。各電極端子１２、１３はねじ加工された表面を有し、この場合、締め部材４０はナットからなる。

絶縁ガイド５０は各バスバー３０に結合し、各バスバー３０を支持する複数のホルダー部５１と、複数のホルダー部５１の間に位置して複数のホルダー部５１を一方向に連結する複数の狭幅部５２を含む。複数のホルダー部５１と複数の狭幅部５２は一体に形成され、伸縮性のある（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）絶縁物質で製造される。例えば、絶縁ガイド５０は伸縮性のあるゴムまたはプラスチックで製造される。

ホルダー部５１は略矩形で形成され、バスバー３０の周縁を囲んでバスバー３０を支持する。ホルダー部５１は中央にバスバー３０が嵌合される開口部５３を形成し、開口部５３と対向する内側面にバスバー３０の突出部３２を収容するスライディング溝５４を形成する。

ホルダー部５１はバスバー３０より大きい厚さで形成されてバスバー３０の上側の上にホルダー部５１の一部が突出し、バスバー３０の下側の下にホルダー部５１の一部が突出するようにする。従って、ホルダー部５１は、バスバー３０が電極端子１２、１３を除いた単位電池１０の他の部分と接触することを防止できる。

ホルダー部５１はバスバー３０の幅方向（図３の矢印Ｂ方向）に沿って第１幅（ｗ１、図３参照）を有し、狭幅部５２はバスバー３０の幅方向に沿って第１幅（ｗ１）より小さい第２幅（ｗ２、図３参照）を有する。狭幅部５２は隣接する二つのホルダー部５１の間で、バスバー３０の幅方向に沿ってある一方向に偏らず中央に位置する。これによって、狭幅部５２の両側に一対のベンディング（ｂｅｎｄｉｎｇ）溝５５が対称形成される。ベンディング溝５５は、狭幅部５２が外力によって曲がるようにする。

狭幅部５２はホルダー部５１より小さい厚さで形成できる。つまり、ホルダー部５１が第１厚さ（ｔ１、図２参照）を有する時、狭幅部５２は第１厚さ（ｔ１）より小さい第２厚さ（ｔ２、図２参照）を有する。この場合、狭幅部５２における曲げをより容易にする。

複数の狭幅部５２は、バスバー３０を支持する複数のホルダー部５１を一方向に連結する。従って、複数のバスバー３０は、図３に示したように、絶縁ガイド５０と共に一方向に沿って連結された一つの組立体を構成する。この組立体は一対のベンディング溝５５によって隣接する二つのバスバー３０の間の部位、つまり、狭幅部５２で外力によって曲がり易い特性を有する。

一方、前記ではバスバー３０に突出部３２が形成され、突出部３２がホルダー部５１のスライディング溝５４に嵌合される場合を説明したが、バスバー３０は突出部３２を形成せずにバスバー３０の周縁の一部がホルダー部５１のスライディング溝５４に嵌合される構成も可能である。

図４は図１に示した単位電池と連結部材の組み立て過程を示した概略図である。

図４を参照すると、複数の単位電池１０を用意し、正極端子１２及び負極端子１３の位置が反対になるように単位電池１０を一つずつ交互に配列する。次に、単位電池１０の上に単位電池１０の配列方向（図４の矢印Ａ方向）に沿って複数のバスバー３０と絶縁ガイド５０からなる組立体を配置し、バスバー３０を一つずつ単位電池１０に組み立てる。

図４を基準として最も左側に位置するバスバー３０を２つの電極端子１２、１３に差し込んで締め部材４０を電極端子１２、１３に締結する。続いて、その次に位置するバスバー３０を２つの電極端子１２、１３に差し込んで締め部材４０を電極端子１２、１３に締結する。この過程を順に繰り返して複数のバスバー３０を単位電池１０に組み立てる。この過程において、絶縁ガイド５０は狭幅部５２で簡単に曲がるため、単位電池１０に対するバスバー３０の組み立てをスムーズに行うことができる。

このように、絶縁ガイド５０を利用して複数のバスバー３０を組立体形態で構成することによって、組み立て時間を短縮できる。

一方、絶縁ガイド５０は伸縮性のある絶縁物質で製造されるため、単位電池１０の製造公差と充放電過程において発生する単位電池１０の体積変化に対応できる。つまり、絶縁ガイド５０の狭幅部５２は単位電池１０の配列方向及びこれと直交する方向に沿って簡単に曲がるため、製造公差に対応して曲がった状態で配列されたり、単位電池１０の体積変化に対応して伸縮したり曲がることによって、単位電池１０の製造公差と体積変化を吸収することができる。

図５は本発明の第２実施形態に係る電池モジュールの連結部材を示した分解斜視図であり、図６は図５に示した連結部材のバスバーと絶縁ガイドの結合状態を示した平面図である。

図５と図６を参照すると、第２実施形態の電池モジュールは、連結部材２０１のバスバー３０１が一定の厚さの四角板状で形成され、絶縁ガイド５０１に弾性ガイド５６を付加したことを除いては、前述した第１実施形態の電池モジュールと同じ構成からなる。第１実施形態と同じ部材については同じ図面符号を使用する。

絶縁ガイド５０１は、ホルダー部５１と狭幅部５２及び弾性ガイド５６を含む。ホルダー部５１はバスバー３０１の長手方向と並んだバスバー３０１の二つの側面を囲み、バスバー３０１の長手方向に沿ってバスバー３０１と所定の内部空間５７を置いて離隔して位置する。バスバー３０１の長手方向は、単位電池の整列方向（図５の矢印Ａ方向）と一致する。

ホルダー部５１は、バスバー３０１と対向した内側面にバスバー３０１の二つの側面を収容するスライディング溝５４１を形成する。ホルダー部５１は、バスバー３０１より大きい厚さで形成されてバスバー３０１の上側の上にホルダー部５１の一部が突出し、バスバー３０１の下側の下にホルダー部５１の一部が突出するようにする。

弾性ガイド５６はホルダー部５１の内部空間５７に設けられる。弾性ガイド５６は棒状で一端がホルダー部５１に固定され、ホルダー部５１からバスバー３０１に向かって斜線方向に延びる。バスバー３０１の長手方向に沿ってバスバー３０１の両側に内部空間５７が備えられ、一対の弾性ガイド５６が一つのホルダー部５１の内部に位置してもよい。一対の弾性ガイド５６はホルダー部５１に固定される一端が互いに反対側に位置するが、同じ斜線方向に並んで配置される。

ホルダー部５１と弾性ガイド５６及び狭幅部５２は一体に連結される。狭幅部５２は前述した第１実施形態と同じ構成からなる。一方、前記ではバスバー３０１が一定の厚さの板状で形成された場合を説明したが、バスバー３０１の長手方向と並んだ二つの側面に突出部が形成され、ホルダー部５１の内側に突出部を収容するスライディング溝が形成される構成も可能である。

第２実施形態の電池モジュールにおいて、弾性ガイド５６は、バスバー３０１を組み立てる前にバスバー３０１を定位置に固定させて、組み立て過程または組み立ての後に外力によって変形して、単位電池の製造公差と体積変化を吸収する役割を果たす。つまり、弾性ガイド５６は外力によって変形して、バスバー３０１とホルダー部５１との間の内部空間５７の幅（ｗ３、図６参照）を変化させるため、単位電池の製造公差を吸収して、単位電池の体積変化に容易に対応することができる。

本発明の多様な実施形態によると、絶縁ガイドを利用して複数のバスバーを組立体形態で構成することができるため、組み立て工程を容易にして組み立て時間を短縮できる。また、伸縮性のある物質で製造された絶縁ガイドは、狭幅部と弾性ガイドを備えることによって、単位電池の製造公差と充放電過程において発生する単位電池の体積変化に容易に対応できる。従って、電池モジュールの組立品質を高め、単位電池の変形を防止することができる。

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
２０、２０１ 連結部材
３０、３０１ バスバー（ｂｕｓｂａｒ）
３１ 中央部
３２ 突出部
３３ 貫通孔
４０ 締め部材
５０、５０１ 絶縁ガイド
５１ ホルダー部
５２ 狭幅部
５３ 開口部
５４、５４１ スライディング溝
５５ ベンディング溝
５６ 弾性ガイド

Claims (16)

1. 外側に突出した電極端子を含む複数の単位電池、及び
   前記複数の単位電池を電気的に連結する連結部材を含み、
   前記連結部材は、
   隣接する二つの単位電池の二つの電極端子に対応する貫通孔を形成する複数のバスバー、及び
   前記複数の各々のバスバーに結合して前記複数のバスバーを支持する複数のホルダー部と、前記複数のホルダー部の間に位置して前記複数のホルダー部を一方向に連結する複数の狭幅部を備えた絶縁ガイドを含むことを特徴とする、電池モジュール。
2. 前記複数のホルダー部と前記複数の狭幅部は一体に形成され、伸縮性のある絶縁物質から成ることを特徴とする、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記狭幅部は、前記複数のホルダー部のうち隣接する二つのホルダー部の間で前記二つのホルダー部の中央に位置し、前記狭幅部の両側に一対のベンディング溝が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記狭幅部は前記ホルダー部より小さい厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記バスバーは、前記貫通孔が形成される板状の中央部と、前記中央部の側面から外側に突出した突出部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の電池モジュール。
6. 前記ホルダー部は、中央に前記バスバーが嵌合される開口部が形成され、前記開口部と対向する内側面に前記突出部を収容するスライディング溝が形成されることを特徴とする、請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記バスバーは、一定の厚さの板状で形成されることを特徴とする、請求項２に記載の電池モジュール。
8. 前記ホルダー部は、中央に前記バスバーが嵌合される開口部が形成され、前記開口部と対向する内側面に前記バスバーの周縁を収容するスライディング溝が形成されることを特徴とする、請求項７に記載の電池モジュール。
9. 前記ホルダー部は、前記バスバーの全周縁を囲んで前記バスバーを支持することを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の電池モジュール。
10. 前記ホルダー部は、前記バスバーの長手方向と並んだ前記バスバーの二つの側面を囲んで前記バスバーを支持することを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の電池モジュール。
11. 前記バスバーの長手方向に沿って前記ホルダー部と前記バスバーとの間に内部空間が位置し、前記絶縁ガイドは前記内部空間に位置する弾性ガイドをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記弾性ガイドは棒状で形成され、一端が前記ホルダー部に固定されて前記ホルダー部から前記バスバーに向かって斜線方向に延びることを特徴とする、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記バスバーの長手方向に沿って前記バスバーの両側に前記内部空間が位置し、前記弾性ガイドは前記内部空間に一対で備えられることを特徴とする、請求項１２に記載の電池モジュール。
14. 前記一対の弾性ガイドは、前記ホルダー部に固定される一端が互いに反対側に位置し、同じ斜線方向に配置されることを特徴とする、請求項１３に記載の電池モジュール。
15. 前記絶縁ガイドは、前記バスバーが嵌合された前記電極端子に締結される複数の締め部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載の電池モジュール。
16. 前記電極端子はねじ加工された表面を有し、前記複数の締め部材はナットからなることを特徴とする、請求項１５に記載の電池モジュール。

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