JP5221386B2 - バッテリーパックの製造のためのスペーサー - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーパック製造のためのスペーサーに関わり、とりわけ、円筒状のバッテリーをユニットセルとして使用するバッテリーパックを製造するためのスペーサーであって、前記スペーサーは矩形のフレームの形態に組み立てられ、前記スペーサーは、円筒状のバッテリーの外表面を部分的に覆う円周タイプの内部表面構造を持った複数のバッテリー受け取り部材を備えた矩形のフレームの対向する側面（対向面）に提供され、それぞれのバッテリー受け取り部材は前記フレームの対向する側面の間に延在する水平スルーホールを有し、そして、フレームの対向する側面に形成された一対のバッテリー受け取り部材（ユニット受け取り部材）は、容易に切断することができる構造物を介して他の隣接ユニット受け取り部材に連結されることを特徴とするスペーサーに関する。

モバイル機器が益々発展し、そのようなモバイル機器の需要が増加するにつれて、二次電池の需要も、モバイル機器のためのエネルギー源として急激に増加してきた。中でも、高いエネルギー密度と高い放電電圧を持ったリチウムの二次電池に対しては、多くの研究が実施され、それは現在、商業的に、そして広範囲に使われている。

二次電池が使われる外部機器の種類に応じて、二次電池は、単独のバッテリーの形態、または互いに電気的に接続された複数のユニットセルを持つバッテリーパックの形態で使うことができる。例えば、携帯電話などの小型の機器は、１つのバッテリーの出力と容量によって予め決定された一定時間動作させることができる。一方、バッテリーパックは、ラップトップコンピュータ、電気自動車、およびハイブリッド電気自動車のようなメディア機器または大型機器で使う必要がある。というのは、メディア機器または大型機器には高い出力と大きな容量が必要だからである。

バッテリーパックは、複数のユニットセルが互いに直列、および／または、並列に電気的に接続されたバッテリー構造である。ユニットセルが互いに連続的に接続されうるように、バッテリーパックが、ユニットセルの安定した配列構造を維持することは非常に重要である。

特に、バッテリーパックのユニットセルとして使用される円筒状の二次電池は、それの出現する特性に起因して配列構造を維持することに、大きな困難性を有している。この理由のために、円筒状の二次電池にとって、追加の固定部材の使用が必要である。例えば、円筒状の二次電池の配列構造を維持するために、円筒状の二次電池を配列し、固定テープによって円筒状の二次電池を固定するか、またはプラスチックによって円筒状の二次電池をコーティングする、という方法が、通常使われてきた。状況によって、ユニットセル間の結合力をさらに増やすように、両面粘着テープがユニットセル間に追加されうる。

しかしながら、固定テープおよびプラスチックのコーティングの力は小さく、そのために、固定テープおよびプラスチックのコーティングが損傷或いは破壊するという可能性が非常に高い。従って、固定テープおよびプラスチックのコーティングは、安定してユニットセルの配列構造を維持するのにふさわしくない。さらにバッテリーパックが固定テープ或いは両面粘着テープを使って組み立てられる場合、固定テープまたは両面粘着テープの取り外しおよび取り付けプロセスは複雑で、厄介であって、バッテリーパックの組み立てに必要な時間を増やす要因となる。

さらに、バッテリーパックが使われる機器の使用に応じて互いに接続されたユニットセルの数を調整することによって、バッテリーパックは様々な出力と容量を有することが要求される。しかしながら、円筒状のユニットセルでは、円筒状のユニットセルの配列構造を維持するための固定部材が必要である。従って、バッテリーパックを円筒状のユニットセルによって組み立てる時には、様々な種類の固定部材を、組み立てるべきユニットセルの数に応じて製造しなければならない、という問題がある。この問題を解決するために、１つ以上のユニットセルがユニット固定部材に装着でき、そして複数のユニット固定部材がバッテリーパックを組み立てるよう互いに連結されうるように、ユニット固定部材を製造することができる。しかしながらこの場合、バッテリーパックの要求される出力と容量に応じて部材固定ユニットが互いに結合される、ということが必要である。

従って、上述のような問題を根本的に解決する技術の必要性が非常に高い。

従って、本発明は、上記の問題、およびまだ解決されていない他の技術的問題を解決するためになされたものである。

特に、本発明の目的は、最小数の部材を使って構造的に安定なバッテリーパックの製造を可能にすることができ、また、バッテリーパックの組み立て時または使用時に起こりうるユニットセル間の回路短絡の発生を防止することができるようなバッテリーパック製造のためのスペーサーを提供することである。

本発明の他の目的は、バッテリーパックの容量と出力を容易に調整するために、必要性が生じるのに応じて様々な適切なサイズに切断することができ、ユニットセルの充放電の際にユニットセルから発生する熱を効果的に除去することができるようなバッテリーパックの製造のためのスペーサーを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、上記のスペーサーを含んだバッテリーパックを提供することである。

本発明の一局面によれば、上記の、および他の目的は、円筒状のバッテリーをユニットセルとして使用するバッテリーパックを製造するためのスペーサーであって、前記スペーサーは矩形のフレームの形態に組み立てられ、前記スペーサーは、円筒状のバッテリーの外表面を部分的に覆う円周タイプの内部表面構造を持った複数のバッテリー受け取り部材を備えた矩形のフレームの対向する側面（対向面）に提供され、それぞれのバッテリー受け取り部材は前記フレームの対向する側面の間に延在する水平スルーホールを有し、そして、フレームの対向する側面に形成された一対のバッテリー受け取り部材（ユニット受け取り部材）は、容易に切断することができる構造物を介して他の隣接ユニット受け取り部材に連結されることを特徴とするスペーサー、の提供によって達成することができる。

好ましくは、前記バッテリー受け取り部材は、ユニットセルが安定して固定できるように、その上下の端部に、ユニットセルの上下の端部表面を部分的に覆うスカートを備える。特に、前記スカートは、ユニットセルが前記バッテリー受け取り部材に受け取られる時、ユニットセルの上下の端部の外側円周表面の形状に対応する構造において突出する。

ユニットセルの上下端部の外側の円周表面は、円筒状のユニットセルの円形の上下の端部表面を意味する。スカートは、円周タイプのバッテリー受け取り部材の外側円周表面に沿って、好ましくは、円筒状のユニットセルの円形の上下の端部表面がスカートによって部分的に覆われうるようにＵ字形（馬蹄形）で突出する。Ｕ字形のスカートが使われる場合、ユニットセルを安定して固定することができ、そしてユニットセルの上下の端部表面において形成される電極ターミナルは覆われない。従って、バッテリーパックを組み立てる時に、ユニットセル間の電気的接続を容易に行なうことができる。

またスカートは、上述のようにユニットセルを固定するために突出する。従って、スカートの突出は、スカートがユニットセルを安定して固定できる限りは、特に限定されない。

前記バッテリー受け取り部材は、ユニットセルの外表面を、ユニットセルの高さの高くても５０％、好ましくは２０から４０％にまで部分的に覆うための構造に形成される。ここで、「ユニットセルの高さ」とは、ユニットセルが該ユニットセルの長手方向に垂直に切断される場合のユニットセルの断面におけるユニットセルの直径を意味する。この構造において、バッテリー受け取り部材は、円筒状のユニットセルをスカートと共に安定して固定する役目をする。特にスカートは、ユニットセルの長手方向での該ユニットセルの動きを、ユニットセルを固定するように防止し、そしてバッテリー受け取り部材は、円筒状のユニットセルの構造的な特性に起因した左右（横方向）へのユニットセルの動きを、ユニットセルを固定するように防止する。

好ましい例において、水平スルーホールは、水平スルーホールがユニットセルの長手方向に垂直に延在するように、それぞれのバッテリー受け取り部材の対向する側の中間部材においてフレームを通して形成することができる。水平スルーホールは、フレームの同じ面上の２つの隣接したバッテリー受け取り部材のすべての接続領域において連続的に形成することができる。この構造において、隣接したバッテリー受け取り部材は、その中間部材において互いに分離され、隣接したバッテリー受け取り部材は、水平スルーホール上下の端部側でのみ互いに接続される。従って、複数のユニットセルが、本発明による上述のような構造を有するスペーサーを使って互いに接続される時、ユニットセルの充放電の際またはユニットセルの動作の際に該ユニットセルから発生する熱を効果的に除去することができる。

上記で定義されるように、本願明細書において、フレームの対向する側面において互いに隣接する２つのバッテリー受け取り部材を、ユニット受け取り部材として表現することができる。本発明の主要な特徴の１つは、必要性が生じるのに応じて、ユニット受け取り部材を分割することが容易である、ということである。特にユニット受け取り部材は、容易に切断することができる構造で互いに接続される。

従って、ユニット受け取り部材の接続領域は、ユニット受け取り部材の接続領域が容易に切断できる構造で構築される限りは、特に限定されない。換言すれば、様々な接続構造が可能である。例えば、ユニット受け取り部材の接続領域は、小さな幅と小さな厚さを有するゲート構造物において構築することができる。さらに具体的に言うと、上述の好ましい例のように、水平スルーホールがそれぞれのバッテリー受け取り部材の対向する側の中間部材においてフレームを通して形成される場合、それぞれのユニット受け取り部材は、水平スルーホールの上下の端部において小さな幅と小さな厚さを持ったゲート構造物によって互いに相互連結させることができる。

好ましい例において、前記スペーサーは、フレームと同じ平面および対向する平面上における４つの隣接したバッテリー受け取り部材の交わる領域に形成された垂直のスルーチャンネルを有しうる。垂直スルーチャンネルは、円の中心が仮想の正方形の各角（頂点）に位置し、そしてそれぞれの円の円周が正方形の隣接した角に位置する円の円周に接するように４つの円を配置する場合に、４つの円の間に形成した空いたスペースとみなすことができる。従って、垂直スルーチャンネルは、バッテリー受け取り部材に沿ったスペーサーの上側の端部表面の中央に形成される。垂直スルーチャンネルは、４つの曲がった表面を有するひし形に形成される。垂直スルーチャンネルのサイズと数は、使われるユニットセルのサイズと数に応じて決定される。

上述のような構造のスペーサーにおいて、ユニットセルの温度を測定するために前記垂直スルーチャンネルにおいてマウント（取り付け）されたサーミスタ有しうる。好ましくは、前記垂直スルーチャンネルは水平スルーホールと連通する。この構造において、前記垂直スルーチャンネルと前記水平スルーホールが互いに連通する領域に前記サーミスタを位置させることが好ましく、それによって、サーミスタをマウントすることが容易に達成され、また、サーミスタの提供によって得られる効果が最大とされる。

好ましくは、本発明によるスペーサーは、ポリカーボネート（ＰＣ）またはポリアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）のような、高度に電気的絶縁性を有し、軽量で、そして高い熱抵抗を持つプラスチック材料で作られる。またスペーサーは、例えば射出モールディングによって製造することができる。

本発明の他の局面によれば、上述のような構造を持ったスペーサーを含むバッテリーパックが提供される。

本発明によるバッテリーパックは、２個以上のバッテリーの組み合わせを必要とするメディア機器バッテリーシステムまたは大型バッテリーシステムで使うことができる。例えば、本発明によるバッテリーパックは、ラップトップコンピュータのような中規模サイズ機器、および電気自動車およびハイブリッド電気自動車のような大規模サイズ機器において広範囲に使うことができる。

本発明によるスペーサーは、前に述べたような要求されるサイズに切断することができるので、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーパックが使われる機器の仕様（例えば、出力と容量）に応じて柔軟に製造することができる。

バッテリーパックは、例えば、複数の円筒状のバッテリーを予め決定されたフレーム部材にユニットセルとして取り付けることによって製造することができ、その一方で、円筒状のバッテリーはスペーサーの対向する側面に取り付けられる。フレーム部材の例は、本特許出願の出願人の名で出願された韓国特許出願第２００５−０１３０４２３号明細書に開示さている。その特許出願の開示内容は、ここで完全に説明したように参照によってここに組み入れられる。

本発明の上記の、そして他の目的、特徴、および他の利点は、添付の図面に関連して取り入れられた以下の詳細な記述から一層明確に理解されるであろう。

さて、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に対する参照により詳細に記述することにする。しかしながら、本発明の範囲が、示された実施形態によって制限されない、ということに注意するべきである。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるバッテリーパック製品のためのスペーサーを示す斜視図である。

図１を参照すると、バッテリーパック製品のためのスペーサー１００は、矩形のフレーム形態に構築される。スペーサー１００は、バッテリー受け取り部材２０１、２０２、２０３、および２０４によって、その対向する側面に提供される。バッテリー受け取り部材は、複数の円筒状のユニットセル（図示しない）が、それぞれのバッテリー受け取り部材２０１、２０２、２０３、および２０４で受け取ることができるように、それぞれの円筒状のユニットセルの外表面に対応する円周構造に形成される。ここで、バッテリー受け取り部材２０１、２０２、２０３、および２０４の内周は、円筒状のユニットセルを部分的に覆うのに十分なサイズを持っている。

バッテリー受け取り部材２００の上下の端部には、スカート３００と４００がそれぞれ形成される。スカート３００と４００は、ユニットセルの上下の端部表面がスカート３００と４００によってそれぞれ覆われるように、半円筒状の周に沿って伸びるＵ字形のプレート構造に構築される。従ってスカート３００と４００は、ユニットセルを安定して固定するようにユニットセルの上下の端部表面を覆う。しかしながら、スカート３００と４００がＵ字形の構造に構築されるので、ユニットセルの電極ターミナルは、スカート３００と４００によって覆われない。

フレームの同じ平面上における２つの隣接したバッテリー受け取り部材２０１および２０３の接触領域には、水平スルーホール５００が形成され、それはスペーサー１００の厚さ方向に延在する。フレームの同じ平面および対向する平面上における４つの隣接したバッテリー受け取り部材２０１、２０３、２０３、および２０４の交わる領域には、垂直スルーチャンネル６００が形成され、それはスペーサー１００の長手方向に延在する。

水平スルーホール５００と垂直スルーチャンネル６００は、空気のような冷却剤のための流体チャンネルとしての役目をする。特に、垂直スルーチャンネル６００は、サーミスタ（図示しない）をマウントするためのスペースとして使用される。このサーミスタは、水平スルーホール５００と垂直スルーチャンネル６００が互いに連通する領域にマウントされ、それによって、ユニットセルの温度測定の精度が高められる。水平スルーホール５００と垂直スルーチャンネル６００の構造は、スペーサー１００の平面図と前面図であるところの図２および図３においてさらに詳細に示されている。

フレームの対向する側に形成された２つのバッテリー受け取り部材２０１と２０２は、ユニット受け取り部材２１０を構成する。それぞれのユニット受け取り部材２１０および２３０はゲート構造物７００によって互いに接続され、容易に切断されるように作られる。それぞれのゲート構造物７００は、小さな厚さと小さな幅を持ったプレートの形をした構造である。ゲート構造物７００は、ユニット受け取り部材２１０の上下の部材に形成され、それはユニット受け取り部材２１０の中央部分で互いに分離される。１つのユニット受け取り部材２１０が、２つのバッテリー受け取り部材２０１と２０２を有する。従って、２つのユニット受け取り部材２１０と２３０を接続するゲート構造物の数は４つである。ゲート構造物７００は、部分的に拡大された図であるところの図４と、図４の前面図であるところの図５とで、さらに詳細に示されている。

さらに、スペーサー１００の全体構造を、スペーサー１００の透視図であるところの図６にさらに詳細に示す。

図７は、図１に示されたスペーサーに円筒状の二次電池をマウントすることによって構築されたバッテリーパックを示す斜視図である。

図７を参照すると、ユニットセル８００と８０１が、スペーサー１００の対向する側面において並んでマウントされる。それぞれのバッテリー受け取り部材２００の上下の端部に形成されたスカート３００と４００が、ユニットセル８００を安定してマウントすることの助けとなるようにユニットセル８００の上下の端部表面を部分的に覆う。一方でスカート３００と４００は、ユニットセル８００の外側円周表面を覆う。結果として、ユニットセル８００の電極ターミナル８１０は、外部に露出され、それによって、ユニットセル間の電気的接続を容易に行うことができる。

上記のマウント構造とは別に、円筒状のバッテリー８００の大部分が水平スルーホール５００を通して露出する。従って露出したスペースを通して空気が流れ、それによって、ユニットセルの充放電の際にユニットセル８００と８０１から発生した熱を容易に除去することができる。また、サーミスタ（図示しない）は、水平スルーホール５００と垂直スルーチャンネル６００が互いに連通する領域にマウントされる。従って、１つのサーミスタを使って４つの隣接するユニットセル８００の温度を測定することができる。

ユニット受け取り部材２１０と２３０の接続領域は、容易に切断できるゲート構造物に構築される。従って、スペーサー１００を使って様々な出力と容量を持ったバッテリーパックを製造することができる。

本発明の好ましい実施形態を例示の目的で開示してきたが、当業者ならば、添付の特許請求の範囲において開示されたような発明の範囲と精神から逸脱することなく、様々な修正、追加、および代替が可能である、ということを理解するであろう。

上記記載から明らかなように、本発明によるスペーサーは、構造的に安定なバッテリーパックの製造を可能にするという効果を有し、最小の数の部材を使い、工程数を減らし、それによって製品のコストを下げ、バッテリーパックの組み立てまたは使用の際のユニットセル間に起こる回路短絡の発生を防止する。さらに、本発明によるスペーサーは、必要性が生じるのに応じて、様々な適切なサイズに切断することができる。従って本発明によるスペーサーは、バッテリーパックの容量と出力を容易に調整する効果を有し、ユニットセルの充放電の際にユニットセルから発生した熱を効果的に除去する。

本発明の好ましい実施形態によるバッテリーパック製造のためのスペーサーを示す斜視図である。 図１に示されたバッテリーパック製造のためのスペーサーを示す平面図である。 図１に示されたバッテリーパック製造のためのスペーサーを示す前面図である。 図１に示されたスペーサーのユニット受け取り部材間の接続構造を示す拡大斜視図である。 図４の前面図である。 図１に示されたバッテリーパック製造のためのスペーサーを示す透視図である。 図１に示されたスペーサーに取り付けられた円筒状の二次電池を示す斜視図である。

符号の説明

１００ スペーサー
２００ バッテリー受け取り部材
２０１、２０２、２０３、２０４ バッテリー受け取り部材
２１０ ユニット受け取り部材
３００ スカート
５００ 水平スルーホール
６００ 垂直スルーチャンネル
７００ ゲート構造物
８００、８０１ ユニットセル（円筒状のバッテリー）
８１０ 電極ターミナル

Claims (10)

1. 円筒状のバッテリーをユニットセルとして使用するバッテリーパックを製造するためのスペーサーであって、
   前記スペーサーは矩形のフレームの形態に組み立てられ、前記スペーサーは、円筒状のバッテリーの外表面を部分的に覆う円周タイプの内部表面構造を持った複数のバッテリー受け取り部材を備えた矩形のフレームの対向する側面（対向面）に提供され、それぞれのバッテリー受け取り部材は前記フレームの対向する側面の間に延在する水平スルーホールを有し、そして、フレームの対向する側面に形成された一対のバッテリー受け取り部材（ユニット受け取り部材）は、他の領域と比較して相対的に容易に切断することができる構造物を介して他の隣接ユニット受け取り部材に連結され、前記ユニット受け取り部の接続領域は、他の領域と比較して小さな幅及び小さな厚さを有するゲート構造物において構築されることを特徴とするスペーサー。
2. 前記バッテリー受け取り部材は、その上下の端部に、ユニットセルの上下の端部表面を部分的に覆うスカートを備えることを特徴とする請求項１に記載のスペーサー。
3. 前記スカートは、ユニットセルが前記バッテリー受け取り部材に受け取られる時、ユニットセルの外側円周の形状に沿って、ユニットセルの上下の端部表面を覆うための構造において突出することを特徴とする請求項２に記載のスペーサー。
4. 前記バッテリー受け取り部材は、ユニットセルの外表面を、ユニットセルの高さの高くても５０％にまで部分的に覆うための構造に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスペーサー。
5. 前記水平スルーホールは、それぞれのバッテリー受け取り部材の対向する側の中間部材においてフレームを通して形成されることを特徴とする請求項１に記載のスペーサー。
6. 前記水平スルーホールは、その上下の端部に、それぞれのユニット受け取り部材を相互連結するゲート構造物を備えることを特徴とする請求項５に記載のスペーサー。
7. 前記スペーサーは、ユニット受け取り部材の４つの隣接したバッテリー受け取り部材の交わる領域に形成された垂直のスルーチャンネルを有することを特徴とする請求項１に記載のスペーサー。
8. 前記スペーサーは、ユニットセルの温度を測定するために前記垂直スルーチャンネルにおいてマウントされたサーミスタ有することを特徴とする請求項７に記載のスペーサー。
9. 前記垂直スルーチャンネルは水平スルーホールと連通し、そして前記サーミスタは前記垂直スルーチャンネルと前記水平スルーホールの連通領域に位置することを特徴とする請求項８に記載のスペーサー。
10. 請求項１に記載のスペーサーを含むバッテリーパック。

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