JP6595109B2 - センシングワイヤハーネスの接続構造が改善したバッテリーモジュール及びその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーモジュール及びその組立方法に関し、より詳しくは、セルと電圧センシング用ワイヤハーネスとの接続構造が改善したバッテリーモジュール及びその組立方法に関する。

本出願は、２０１６年６月８日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００７１２０４号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

通常、バッテリーモジュールは、複数のセルが直列及び／または並列接続によって集合した構造として形成される。このようなバッテリーモジュールは、通常、複数のセルが一方向へ配列されて実質的に積層されたセルアセンブリーを備える構造として製作される。

複数のセルが集合しているバッテリーモジュールは、一部のセルに過電圧や過電流などが発生する場合、安全性と作動効率に大きく悪影響を及ぼすため、電圧異常などを検出するための手段が必要となる。そこで、通常は電圧センサーを備えるセンシング回路部を各々のセルに連結し、リアルタイムまたは一定期間で作動状態を確認して制御する方式が広く用いられている。

従来技術によるバッテリーモジュールは、各セルの電圧検出のために、図１及び図２に示したようにセルアセンブリー１０の本体の上部に配置されるＰＣＢ基板１２と、所定のセンシング回路との接続のためにＰＣＢ基板１２に実装されるコネクター１３と、ＰＣＢ基板１２の長手方向を基準に両側から突出してセルリード１１と連結される複数のバスバー１４と、を含むセンシングアセンブリーを採用する。このようなセンシングアセンブリーの構造は、特許文献１に開示されている。

前記のようなセンシングアセンブリーの構造は、ＰＣＢ基板１２をモジュール本体の上部に固定する一方、バスバー１４をセルリード１１の下部に挿入した状態で溶接する過程を含む組立工程によって具現される。

しかし、前記のようにＰＣＢ基板１２及びバスバー１４を用いる方式は、別途の金属物であるバスバー１４を別に設計及び製作しなければならず、これをＰＣＢ基板１２に実装する作業が求められるため、生産コストが高くなるという短所がある。また、バスバー１４をセルリード１１の下部に挿入配置するための空間を確保しなければならないので、空間活用度が良くないという不具合がある。

その代案として、特許文献２は、センシングバスバーが各々セルリードにレーザー溶接によって接合され、センシングバスバーの各々にワイヤが連結されて、センシングバスバーに流入した電流を引出する車両用バッテリーの電圧センシング回路が開示されている。しかし、このような方式は、前述のように別のセンシングバスバーを備えなければならないので、生産コストを節減することに限界がある。また、センシングバスバーをセルリードにレーザー溶接する工程と、センシングバスバーに形成された圧搾片を折り曲げてワイヤの一端に圧搾することで連結する工程が伴わなければならないため、依然として工程コストが高くなるという短所がある。

韓国公開特許公報第２０１２−０１２０６７５号 韓国公開特許公報第２０１４−００８４５６３号

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、セルリードと電圧センシング用ワイヤハーネスとの接合工程を簡素化でき、モジュールの体積を減少させることができる構造を有するバッテリーモジュール及びその組立方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、センシング用ワイヤハーネスとセルリードとの溶接時におけるリードプレートの変形を防止することができるバッテリーモジュール及びその組立方法を提供することを他の目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、複数個のセルが決められた間隔を置いて配列されており、各々のセルにセルリードが備えられているセルアセンブリーと、前記セルリードの周辺に配置され、前記セルリードに対応する接続端を備え、前記接続端が前記セルリードに直接接合されているセンシング用ワイヤハーネスと、前記セルアセンブリーの一側に固定され、前記センシング用ワイヤハーネスと接続するコネクターと、を含む、バッテリーモジュールを提供する。

前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端は、溶接によって前記セルリードに接合することが望ましい。

前記セルリードは、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、前記センシング用ワイヤハーネスは、前記セルリードの配列方向へ延び得る。

前記コネクターは、スクリュー部材によって前記セルアセンブリーの本体に固定され得る。

前記セルリードは、互いに重なるように配置された第１リードプレート及び第２リードプレートを備え得る。

前記第１リードプレート及び前記第２リードプレートは、各々二重以上の薄片から形成され得る。

本発明の他面によれば、（ａ）複数個のセルが配列されており、各々のセルにセルリードが備えられているセルアセンブリーを準備するステップと、（ｂ）前記セルリードの周辺に接続端を有するセンシング用ワイヤハーネスを位置させるステップと、（ｃ）前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードに各々対応するように整列するステップと、（ｄ）前記接続端を前記セルリードに直接接合するステップと、を含む、バッテリーモジュールの組立方法が提供される。

前記ステップ（ｄ）において、超音波溶接またはレーザー溶接によって前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードに直接溶接することが望ましい。

前記ステップ（ｄ）において、ジグを用いて前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードに各々対応するように整列した状態で前記溶接を行うことができる。

前記ステップ（ｄ）において、前記センシング用ワイヤハーネスと接続可能なコネクターを前記セルアセンブリーの本体の上部に配置し、スクリュー部材を用いて前記コネクターを固定するステップをさらに含むことができる。
前記コネクターを中心に両側に前記セルリードが位置するように前記コネクターを配置することが望ましい。

前記ステップ（ｂ）において、前記セルリードは、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、前記センシング用ワイヤハーネスを前記セルリードの配列方向へ延びるように配置することができる。

本発明のさらなる他面によれば、（１）複数個のセルが決められた間隔を置いて配列されており、各々のセルに第１リードプレートを有するセルリードが引き出されているセルアセンブリーを準備するステップと、（２）接続端を有するセンシング用ワイヤハーネスを準備し、各々の接続端に第２リードプレートを直接接合するステップと、（３）前記セルリードの周辺に前記センシング用ワイヤハーネスを位置させるステップと、（４）前記第１リードプレートと前記第２リードプレートとが互いに重なるようにして接合するステップと、を含む、

バッテリーモジュールの組立方法が提供される。

前記ステップ（２）において、超音波溶接またはレーザー溶接によって前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記第２リードプレートに直接溶接することが望ましい。
前記センシング用ワイヤハーネスと接続可能なコネクターを前記セルアセンブリーの本体の上部に配置し、スクリュー部材を用いて前記コネクターを固定するステップをさらに含み得る。

望ましくは、前記コネクターを中心に両側に前記セルリードが位置するように前記コネクターを配置することができる。

前記ステップ（３）において、前記セルリードは、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、前記センシング用ワイヤハーネスを前記セルリードの配列方向へ延びるように配置することが望ましい。

本発明によれば、セルリードと電圧センシング用ワイヤハーネスとの接合処理を簡素化することで、組立工程コストを節減することができる。
また、セルリードとワイヤハーネスとを直接溶接することで、別途の連結用金属物とその

固定構造物を省略することができるため、資材コストを節減することができ、空間活用度を向上させることができる。

また、セルリードをなすリードプレートが互いに重なるように配置され、リードプレートの上に直接接続端を溶接することで、溶接時における発生熱によるセルリードの変形を防止することができる．

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

従来技術によるバッテリーモジュールの構成を示した斜視図である。 図１の一部分解図である。 本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの構成を示した部分拡大斜視図である。 図３の一部分解図である。 図３において、セルリードとセンシング用ワイヤハーネスとの連結構造を示した断面図である。 本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの組立方法を示したフローチャートである。 本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの組立方法を示したフローチャートである。

図３は、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの構成を示した部分拡大斜視図であり、図４は、図３の一部分解図である。

図３及び図４を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールは、複数個のセルが配列されているセルアセンブリー１００と、セルアセンブリー１００の上端に配置され、セルリード１０１に直接溶接されているセンシング用ワイヤハーネス１０２と、セルアセンブリー１００の本体に固定され、センシング用ワイヤハーネス１０２と接続するコネクター１０３と、を含む。

セルアセンブリー１００は、複数個のセルが決められた間隔を置いて一方向へ配列されており、各々のセルには、セルリード１０１が引き出されている。各々のセルは、薄板状の本体を有するものであって、望ましくはパウチ型二次電池によって構成される。複数個のセルは、セルアセンブリー１００の一方向へ配列されて実質的に積層構造をなす。セルアセンブリー１００には、各々のセルを固定するための所定の支持フレームが結合している。

センシング用ワイヤハーネス１０２は、セル電圧測定のための導線を提供するものであって、各々のセルリード１０１に対応する複数のワイヤを備え、各々のワイヤの端部には溶接部位である接続端１０２ａが位置する。センシング用ワイヤハーネス１０２は、セルリード１０１の周辺に位置するようにセルアセンブリー１００の上部に配置され、センシング用ワイヤハーネス１０２から引き出された各々の接続端１０２ａは、超音波溶接やレーザー溶接によってセルリード１０１に直接接合されている。

コネクター１０３は、センシング用ワイヤハーネス１０２と所定の電圧センシング回路モジュール（図示せず）との接続を媒介するものであって、セルアセンブリー１００の本体の上部に設けられた装着部１０４に直接的に装着される。セルアセンブリー１００の本体の上部には、スクリュー締結部１０５が設けられ、コネクター１０３は、スクリュー締結部１０５へのスクリュー結合によって装着部１０４に固定される。コネクター１０３の入力端にはセンシング用ワイヤハーネス１０２が接続する。

セルリード１０１は、装着部１０４を中心に両側に決められた間隔で配列されており、センシング用ワイヤハーネス１０２は、セルリード１０１の配列方向へ延びるように装着部１０４の縦方向へ配置される。

図５には、セルリード１０１とセンシング用ワイヤハーネス１０２との連結構造がより詳しく示されている。図示したように、センシング用ワイヤハーネス１０２の接続端１０２ａは、セルリード１０１の面部に直接接触するように溶接される。センシング用ワイヤハーネス１０２の接続端１０２ａを堅固に支持することで溶接作業が円滑になるようにするために、接続端１０２ａが溶接されるセルリード１０１の平坦面の面積を可能な限り大きく確保することが望ましい。この場合、セルリード１０１は、第１リードプレート１０１ａと第２リードプレート１０１ｂとが互いに重なるように配置された構造として提供されることが望ましい。この際、溶接時に発生する熱膨脹によるセルリードの変形を最小化するために、第１リードプレート１０１ａ及び前記第２リードプレート１０１ｂは、各々二重以上の薄片から形成することが望ましい。

なお、図６を参照して本発明の望ましい実施例によるバッテリーモジュールの組立方法を説明する。

先ず、複数個のセルが一方向へ配列されており、各々のセルにはセルリード１０１が引き出されているセルアセンブリー１００を準備した後（ステップＳ１００）、セルアセンブリー１００の上部に設けられた装着部１０４にセンシング用ワイヤハーネス１０２を配置する（ステップＳ１１０）。

続いて、各々のセルに電圧測定のためのセンシング用ワイヤを連結するために、センシング用ワイヤハーネス１０２の接続端１０２ａをセルリード１０１に各々対応するように整列する（ステップＳ１２０）。この過程で、センシング用ワイヤハーネス１０２は、所定のジグによって支持された状態で接続端１０２ａがセルリード１０１の外部面に載せられた状態を維持する。

センシング用ワイヤハーネス１０２の接続端１０２ａをセルリード１０１の上に整列した後には、接続端１０２ａに直接的に超音波溶接またはレーザー溶接を行うことで、接続端１０２ａをセルリード１０１に溶接して連結する（ステップＳ１３０）。

センシング用ワイヤハーネス１０２と電圧測定回路モジュールとの連結を媒介するコネクター１０３は、セルアセンブリー１００の本体の上部に設けられた装着部１０４に配置した後、スクリュー部材を用いて固定する。コネクター１０３を固定した後には、コネクター１０３の入力端にセンシング用ワイヤハーネス１０２を接続して組立を完了する（ステップＳ１４０）。

図７は、本発明の他の実施例によるバッテリーモジュールの組立方法を示すフローチャートである。

先ず、複数個のセルが一方向へ配列されており、各セルごとに第１リードプレート１０１ａを有するセルアセンブリー１００を準備する（ステップＳ２００）。

続いて、センシング用ワイヤハーネス１０２の各接続端１０２ａに、第２リードプレート１０１ｂを直接接合する（ステップＳ２１０）。具体的に、センシング用ワイヤハーネス１０２の接続端１０２ａを第２リードプレート１０１ｂの上に整列した後、接続端１０２ａに直接的に超音波溶接またはレーザー溶接を行うことで、接続端１０２ａを第２リードプレート１０１ｂに溶接して連結する。このような過程によってセンシング用ワイヤハーネス１０２は、接続端１０２ａごとに第２リードプレート１０１ｂが接合した状態で装着部１０４に提供される（ステップＳ２２０）。

センシング用ワイヤハーネス１０２を装着部１０４に配置した状態で、第１ リードプレート１０１ａ及び第２リードプレート１０１ｂが互いに重なるようにした後、溶接やはんだ付けまたは接着のような接合工程を行う（ステップＳ２３０）。接合工程によって第１リードプレート１０１ａと第２リードプレート１０１ｂとが互いに連結されれば、セルリード１０１とセンシング用ワイヤハーネス１０２との連結が完了する。

センシング用ワイヤハーネス１０２と電圧測定回路モジュールとの連結を媒介するコネクター１０３は、セルアセンブリー１００の本体の上部に設けられた装着部１０４に配置した後、スクリュー部材を用いて固定する。本実施例において、センシング用ワイヤハーネス１０２をセルリード１０１の第２リードプレート１０１ｂと溶接する工程は、セルアセンブリー１００の本体の上で行われなくても良いので、コネクター１０３の固定作業は、センシング用ワイヤハーネス１０２の配置作業の前に行われても差し支えない。コネクター１０３を固定した後には、コネクター１０３の入力端にセンシング用ワイヤハーネス１０２を接続して組立を完了する（ステップＳ２４０）。

上述のように、本発明によるバッテリーモジュールは、セルリード１０１とセンシング用ワイヤハーネス１０２とが互いに直接的に溶接されて連結されるので、従来技術とは違って別途の連結用金具及びその固定構造物が省略されることによって、生産コストを節減することができ、モジュールの体積を減少させることができる効果を奏する。

本発明を適用する場合、バッテリーモジュールの生産コストを節減することができ、かつバッテリーモジュールの体積を減少させることができる。

１０ セルアセンブリー
１１ セルリード
１２ ＰＣＢ基板
１３ コネクター
１４ バスバー
１００ セルアセンブリー
１０１ セルリード
１０２ センシング用ワイヤハーネス
１０３ コネクター
１０４ 装着部
１０５ スクリュー締結部

Claims (12)

1. 複数個のセルが決められた間隔を置いて配列されており、各々のセルにセルリードが備えられているセルアセンブリーと、
   前記セルリードの周辺に配置され、前記セルリードに対応する接続端を備え、前記接続端が前記セルリードに直接接合されているセンシング用ワイヤハーネスと、
   前記セルアセンブリーの一側に固定され、前記センシング用ワイヤハーネスと接続するコネクターと、
   を含むバッテリーモジュールにおいて、
   前記セルリードが、互いに重なるように配置された第１リードプレート及び第２リードプレートを備え、
   前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端が、超音波溶接又はレーザー溶接によって前記セルリードの前記第２リードプレートに接合されており、
   前記バッテリーモジュールの外部を向いている前記第２リードプレートの外側面で、前記第２リードプレートと前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端とが溶接されており、前記バッテリーモジュールの内部を向いている前記第２リードプレートの内側面で、前記第１リードプレートと前記第２リードプレートとが溶接されている、バッテリーモジュール。
2. 前記セルリードが、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、
   前記センシング用ワイヤハーネスが、前記セルリードの配列方向へ延びたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
3. 前記コネクターが、スクリュー部材によって前記セルアセンブリーの本体に固定されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
4. 前記第１リードプレート及び前記第２リードプレートが、各々二重以上の薄片から形成されたことを特徴とする請求項１に記載のバッテリーモジュール。
5. （ａ）複数個のセルが配列されており、各々のセルにセルリードが備えられているセルアセンブリーを準備するステップと、
   （ｂ）前記セルリードの周辺に接続端を有するセンシング用ワイヤハーネスを位置させるステップと、
   （ｃ）前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードに各々対応するように整列するステップと、
   （ｄ）前記接続端を前記セルリードに直接接合するステップと、
   を含むバッテリーモジュールの組立方法において、
   前記セルリードが、互いに重なるように配置された第１リードプレート及び第２リードプレートを備え、
   前記ステップ（ｄ）において、
   超音波溶接またはレーザー溶接によって前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードの前記第２リードプレートに直接溶接し、
   前記バッテリーモジュールの外部を向いている前記第２リードプレートの外側面で、前記第２リードプレートと前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端とが溶接されており、前記バッテリーモジュールの内部を向いている前記第２リードプレートの内側面で、前記第１リードプレートと前記第２リードプレートとが溶接されており、
   ジグを用いて前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記セルリードの前記第２リードプレートに各々対応するように整列した状態で前記レーザー溶接を行う、バッテリーモジュールの組立方法。
6. 前記ステップ（ｂ）が、
   前記センシング用ワイヤハーネスと接続可能なコネクターを前記セルアセンブリーの本体の上部に配置し、スクリュー部材を用いて前記コネクターを固定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
7. 前記コネクターを中心に両側に前記セルリードが位置するように前記コネクターを配置することを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
8. 前記ステップ（ｂ）において、
   前記セルリードは、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、
   前記センシング用ワイヤハーネスを前記セルリードの配列方向へ延びるように配置することを特徴とする請求項７に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
9. （１）複数個のセルが決められた間隔を置いて配列されており、各々のセルに第１リードプレートを有するセルリードが引き出されているセルアセンブリーを準備するステップと、
   （２）接続端を有するセンシング用ワイヤハーネスを準備し、各々の接続端に第２リードプレートを直接接合するステップと、
   （３）前記セルリードの周辺に前記センシング用ワイヤハーネスを位置させるステップと、
   （４）前記第１リードプレートと前記第２リードプレートとが互いに重なるようにして接合するステップと、
   を含むバッテリーモジュールの組立方法において、
   前記ステップ（２）において、
   超音波溶接またはレーザー溶接によって前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端を前記第２リードプレートに直接溶接し、
   前記バッテリーモジュールの外部を向いている前記第２リードプレートの外側面で、前記第２リードプレートと前記センシング用ワイヤハーネスの前記接続端とが溶接されており、前記バッテリーモジュールの内部を向いている前記第２リードプレートの内側面で、前記第１リードプレートと前記第２リードプレートとが溶接されている、バッテリーモジュールの組立方法。
10. 前記センシング用ワイヤハーネスと接続可能なコネクターを前記セルアセンブリーの本体の上部に配置し、スクリュー部材を用いて前記コネクターを固定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
11. 前記コネクターを中心に両側に前記セルリードが位置するように前記コネクターを配置することを特徴とする請求項１０に記載のバッテリーモジュールの組立方法。
12. 前記ステップ（３）において、
    前記セルリードが、前記コネクターを中心に両側に決められた間隔で配列されており、
    前記センシング用ワイヤハーネスを前記セルリードの配列方向へ延びるように配置することを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュールの組立方法。

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