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技術 優れた冷却効率およびコンパクトな構造を有する電池モジュールならびに中型もしくは大型の電池パック

出願人 エルジー・ケム・リミテッド
発明者 ジンキュ・イヒ・ス・ユンブムヒュン・イダル・モ・カンミンジュン・キム
出願日 2010年11月23日 (10年1ヶ月経過) 出願番号 2012-541937
公開日 2013年4月18日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2013-513202
状態 特許登録済
技術分野 二次電池の保守(温度調整,ガス除去) 電池及び電池容器の装着・懸架
主要キーワード 外部樹脂層 積重構造 クーラント入口 弾性押圧部材 内部樹脂層 積重状態 絶縁金属 アーチ構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年4月18日)のものです。
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図面 (7)

課題・解決手段

本発明は、複数の電池セルモジュールケースの内部に装着かつ積層される電池モジュールに関する。電池モジュールは、冷却部材が、電池セルの間の境界上に装着され、モジュールケースの外部面の2つの向かい合う面が、電池セルの積層に対応する面が外側に開口している構造で形成され、冷却部材の一部が、2つの開口した面を通して外側に露出され、冷媒が、冷却部材の露出部と接触し、2つの開口した面に沿って流れることを特徴とする。

概要

背景

近年では、充電および放電され得る二次電池が、ワイヤレスモバイルデバイス用のエネルギー源として広く使用されてきている。さらに、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両およびディーゼル車両により引き起こされる、大気汚染などの問題を解決するために開発されてきた、電気車両(EV)、ハイブリッド電気車両(HEV)、およびプラグインハイブリッド電気車両(プラグインHEV)用の電源として、かなりの注目を引きつけてきた。

小型のモバイルデバイスは、各デバイス用の1つまたはいくつかの電池セルを使用する。他方で、車両などの中型または大型のデバイスは、高電力および大容量が、中型または大型のデバイス用に必要であるため、相互に電気的に接続される複数の電池セルを有する中型または大型の電池モジュールを使用する。

好ましくは、中型または大型の電池モジュールは、可能な限り小さなサイズおよび重量であるように製造される。この理由から、高い集積度積重され得るとともに、重量容積比が小さい、角柱型電池またはパウチ型電池が、中型または大型の電池モジュールの電池セル(ユニットセル)として通常使用される。特に、現在は多くの関心が、アルミニウム積層シートシース部材として使用するパウチ型電池に集中している、というのは、パウチ型電池は軽量であり、パウチ型電池の製造コストは低く、パウチ型電池の形状を変更するのは容易であるためである。

そのような中型または大型の電池モジュールを構成する電池セルは、充電および放電され得る二次電池である。したがって、大量の熱が、電池の充電および放電の際に、高電力、大容量の二次電池から発生される。特に、電池モジュールで広く使用される各パウチ型電池の積層シートは、その表面上に、低い熱伝導性を呈するポリマー材料が披着され、その結果、電池セルの全体の温度を効果的に低下させることが困難になる。

すなわち、電池モジュールの充電および放電の際に電池モジュールから発生される熱が、電池モジュールから効果的に除去されないならば、熱は電池モジュール内に蓄積し、その結果、電池モジュールの劣化加速される。状況によっては、電池モジュールは、発火または爆発する可能性がある。この理由から、冷却システムが、電池パック内に装着される電池セルを冷却するために、高電力、大容量の電池パックにおいて必要とされる。

中型または大型の電池パック内に装着される各電池モジュールは、一般に、複数の電池セルを高い集積度で積重することにより製造される。この場合では、電池セルは、電池セルの充電および放電の際に発生される熱が除去されるように、電池セルが所定の間隔で配置される状態で積重される。例えば、電池セルは、追加的な部材を使用せずに、電池セルが所定の間隔で配置される状態で順に積重され得る。あるいは、電池セルの機械的強度が低い場合では、1つまたは複数の電池セルが、電池カートリッジ内に装着され、複数の電池カートリッジが、電池モジュールを構成するように積重される。積重された電池セル間に、または積重された電池モジュール間に蓄積する熱が効果的に除去されるように、クーラントチャネルが、積重された電池セル間に、または積重された電池モジュール間に形成され得る。

しかしながら、この構造では、電池セルの数に対応する複数のクーラントチャネルを設けることが必要であり、その結果、電池モジュールの全体のサイズが増大する。

さらに、複数の電池セルが積重される場合では、クーラントチャネルの間隔は、電池モジュールのサイズを考慮して、相対的に狭められる。その結果、冷却構造の設計が複雑になる。すなわち、クーラント入口ポートより狭い間隔で配置されるクーラントチャネルにより、高い圧力損失が引き起こされ、その結果、クーラント入口ポートおよびクーラント出口ポートの、形状および位置を設計することが困難になる。さらに、そのような圧力損失を防止するために、ファンがさらに設けられる場合があり、したがって、設計が、電力消費、ファンのノイズ、空間等によって制限される場合がある。

したがって、高電力および大容量を提供し、単純かつコンパクトな構造で製造され得るとともに、高い冷却効率に基づく優れた寿命および安全性を呈する電池モジュールに対する高い必要性が存在する。

概要

本発明は、複数の電池セルがモジュールケースの内部に装着かつ積層される電池モジュールに関する。電池モジュールは、冷却部材が、電池セルの間の境界上に装着され、モジュールケースの外部面の2つの向かい合う面が、電池セルの積層に対応する面が外側に開口している構造で形成され、冷却部材の一部が、2つの開口した面を通して外側に露出され、冷媒が、冷却部材の露出部と接触し、2つの開口した面に沿って流れることを特徴とする。

目的

本発明の目的は、モジュールケースの2つの主面が開口し、高い熱伝導性が冷却部材の特定の構造により実現され、それによって、冷却効率を最大化し、一方で電池モジュールの全体のサイズを最小限に抑える構造で構成される電池モジュールを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

積重状態モジュールケース内に装着される複数の電池セルを備える電池モジュールであって、前記電池セル間境界冷却部材が装着され、前記モジュールケースが、前記モジュールケースの2つの対向側部が開口している構造で構成され、それによって、前記電池セルの積重体の対応する部分が、前記モジュールケースの前記2つの開口した対向側部を通して外方向に露出され、前記冷却部材が、前記モジュールケースの前記2つの開口した対向側部を通して外方向に部分的に露出され、クーラントが、前記冷却部材の外方向に向かって露出された部分と接触しながら、前記モジュールケースの前記2つの開口した対向側部に沿って流通する電池モジュール。

請求項2

前記電池セルのそれぞれが、積層シートで形成される電池ケース内電極集合体が装着される、板状の構造で構成される、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項3

前記積層シートが、熱溶着可能である内部樹脂層絶縁金属層、および耐久性を呈する外部樹脂層を備える、請求項2に記載の電池モジュール。

請求項4

前記電池セルのそれぞれの互いに反対側に位置する両側部が、前記モジュールケースの前記2つの開口した対向側部の方を向くように前記電池セルが積重される状態で、前記電池セルが前記モジュールケース内に装着される、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項5

前記モジュールケースが、前記モジュールケースの頂部および底部が開口している構造で構成される、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項6

前記冷却部材のそれぞれが、前記対応する電池セル間の前記境界に配設される本体部と、接続部であって、前記積重された電池セルから前記接続部が外方向に露出される状態で、前記本体部の1つの端部もしくは互いに反対側に位置する両端部に連続的に接続される接続部と、前記接続部の1つの端部から、1つの方向に、もしくは互いに反対の両方向に延在する直角屈曲部と、を備える、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項7

前記冷却部材のそれぞれが、熱伝導性を呈する金属シートで形成される、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項8

前記冷却部材のそれぞれが、前記接続部が前記本体部の1つの端部のみに形成され、前記直角屈曲部が前記接続部の前記端部から互いに反対の両方向に延在する構造で構成され、前記冷却部材が、前記直角屈曲部が前記電池セルの積重体の互いに反対側に位置する両側部に交互に配設されるように、前記それぞれの電池セル間の前記境界に装着される、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項9

前記冷却部材のそれぞれが、前記接続部が前記本体部の互いに反対側に位置する両端部に形成され、前記直角屈曲部が前記接続部の前記端部から互いに反対の両方向に延在する構造で構成され、前記冷却部材が、前記直角屈曲部が前記電池セルの積重体の互いに反対側に位置する両側部で重ならない間隔で、前記それぞれの電池セル間の前記境界に装着される、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項10

直角屈曲部が接続部の1つの端部から1つの方向に延在する構造でそれぞれが構成される冷却部材が、前記電池セルの積重体の外側にさらに装着される、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項11

前記冷却部材のそれぞれの前記本体部が、前記電池セルのそれぞれの1つの主面の面積の70から120%に相当するサイズを有する、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項12

前記冷却部材のそれぞれの前記接続部が、前記冷却部材のそれぞれの前記本体部の長さの0.05から0.3倍に相当する長さを有する、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項13

前記冷却部材のそれぞれの前記接続部が、前記冷却部材のそれぞれの前記本体部より大きな厚さを有する、請求項6に記載の電池モジュール。

請求項14

前記冷却部材のそれぞれの前記接続部が、その前記本体部側での前記接続部の厚さがその前記直角屈曲部側での前記接続部の前記厚さと等しい構造で構成される、請求項13に記載の電池モジュール。

請求項15

前記冷却部材のそれぞれの前記接続部が、前記接続部がその前記本体部側からその前記直角屈曲部側まで増大する厚さを有する構造で構成される、請求項13に記載の電池モジュール。

請求項16

前記冷却部材のそれぞれの前記接続部が、垂直断面において対称的なアーチ構造で構成される、請求項13に記載の電池モジュール。

請求項17

前記電池セルの少なくとも1つが、フレーム構造で構成される電池カートリッジ内に装着される、請求項1に記載の電池モジュール。

請求項18

前記電池カートリッジが、少なくとも1対の板状のフレームであって、前記電池セルの少なくとも1つの縁部を、前記電池セルの前記少なくとも1つの少なくとも1つの主面が露出され、前記フレームのそれぞれがその外側に、前記冷却部材の対応する1つを、前記電池セルの前記少なくとも1つの前記露出される主面に、密接に接触する様式で固定するための弾性押圧部材が設けられる状態で固定するための、少なくとも1対の板状のフレームを備える、請求項17に記載の電池モジュール。

請求項19

2つ以上の請求項1から18のいずれか一項に記載の電池モジュールを備える高電力および大容量の、中型または大型の電池パックであって、前記電池モジュールの数が、前記電池パックの電力および容量に基づいて設定される、中型または大型の電池パック。

請求項20

前記電池パックが、電気車両ハイブリッド電気車両プラグインハイブリッド電気車両、電動自転車または電動スクータ用の電源として使用される、請求項19に記載の中型または大型の電池パック。

技術分野

0001

本発明は、優れた冷却効率を有し、コンパクトな構造である電池モジュール、ならびにそれを含む中型もしくは大型の電池パックに関し、より詳細には、積重状態モジュールケース内に装着される複数の電池セルを含む電池モジュールであって、冷却部材が、電池セル間境界に装着され、モジュールケースが、モジュールケースの2つの対向側部が開口している構造で構成され、それによって、電池セル積重体の対応する部分が、モジュールケースの2つの開口した対向側部を通して外方向に露出され、冷却部材が、モジュールケースの2つの開口した対向側部を通して外方向に部分的に露出され、クーラントが、冷却部材の外方向に露出された部分と接触しながら、モジュールケースの2つの開口した対向側部に沿って流通する電池モジュールに関する。

背景技術

0002

近年では、充電および放電され得る二次電池が、ワイヤレスモバイルデバイス用のエネルギー源として広く使用されてきている。さらに、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両およびディーゼル車両により引き起こされる、大気汚染などの問題を解決するために開発されてきた、電気車両(EV)、ハイブリッド電気車両(HEV)、およびプラグインハイブリッド電気車両(プラグインHEV)用の電源として、かなりの注目を引きつけてきた。

0003

小型のモバイルデバイスは、各デバイス用の1つまたはいくつかの電池セルを使用する。他方で、車両などの中型または大型のデバイスは、高電力および大容量が、中型または大型のデバイス用に必要であるため、相互に電気的に接続される複数の電池セルを有する中型または大型の電池モジュールを使用する。

0004

好ましくは、中型または大型の電池モジュールは、可能な限り小さなサイズおよび重量であるように製造される。この理由から、高い集積度積重され得るとともに、重量容積比が小さい、角柱型電池またはパウチ型電池が、中型または大型の電池モジュールの電池セル(ユニットセル)として通常使用される。特に、現在は多くの関心が、アルミニウム積層シートシース部材として使用するパウチ型電池に集中している、というのは、パウチ型電池は軽量であり、パウチ型電池の製造コストは低く、パウチ型電池の形状を変更するのは容易であるためである。

0005

そのような中型または大型の電池モジュールを構成する電池セルは、充電および放電され得る二次電池である。したがって、大量の熱が、電池の充電および放電の際に、高電力、大容量の二次電池から発生される。特に、電池モジュールで広く使用される各パウチ型電池の積層シートは、その表面上に、低い熱伝導性を呈するポリマー材料が披着され、その結果、電池セルの全体の温度を効果的に低下させることが困難になる。

0006

すなわち、電池モジュールの充電および放電の際に電池モジュールから発生される熱が、電池モジュールから効果的に除去されないならば、熱は電池モジュール内に蓄積し、その結果、電池モジュールの劣化加速される。状況によっては、電池モジュールは、発火または爆発する可能性がある。この理由から、冷却システムが、電池パック内に装着される電池セルを冷却するために、高電力、大容量の電池パックにおいて必要とされる。

0007

中型または大型の電池パック内に装着される各電池モジュールは、一般に、複数の電池セルを高い集積度で積重することにより製造される。この場合では、電池セルは、電池セルの充電および放電の際に発生される熱が除去されるように、電池セルが所定の間隔で配置される状態で積重される。例えば、電池セルは、追加的な部材を使用せずに、電池セルが所定の間隔で配置される状態で順に積重され得る。あるいは、電池セルの機械的強度が低い場合では、1つまたは複数の電池セルが、電池カートリッジ内に装着され、複数の電池カートリッジが、電池モジュールを構成するように積重される。積重された電池セル間に、または積重された電池モジュール間に蓄積する熱が効果的に除去されるように、クーラントチャネルが、積重された電池セル間に、または積重された電池モジュール間に形成され得る。

0008

しかしながら、この構造では、電池セルの数に対応する複数のクーラントチャネルを設けることが必要であり、その結果、電池モジュールの全体のサイズが増大する。

0009

さらに、複数の電池セルが積重される場合では、クーラントチャネルの間隔は、電池モジュールのサイズを考慮して、相対的に狭められる。その結果、冷却構造の設計が複雑になる。すなわち、クーラント入口ポートより狭い間隔で配置されるクーラントチャネルにより、高い圧力損失が引き起こされ、その結果、クーラント入口ポートおよびクーラント出口ポートの、形状および位置を設計することが困難になる。さらに、そのような圧力損失を防止するために、ファンがさらに設けられる場合があり、したがって、設計が、電力消費、ファンのノイズ、空間等によって制限される場合がある。

0010

したがって、高電力および大容量を提供し、単純かつコンパクトな構造で製造され得るとともに、高い冷却効率に基づく優れた寿命および安全性を呈する電池モジュールに対する高い必要性が存在する。

発明が解決しようとする課題

0011

したがって、本発明は、上記の問題、および、さらに解決しなければならない他の技術的問題を解決するために行われた。

0012

具体的には、本発明の目的は、モジュールケースの2つの主面が開口し、高い熱伝導性が冷却部材の特定の構造により実現され、それによって、冷却効率を最大化し、一方で電池モジュールの全体のサイズを最小限に抑える構造で構成される電池モジュールを提供することである。

課題を解決するための手段

0013

本発明の一態様によれば、上記および他の目的は、積重状態でモジュールケース内に装着される複数の電池セルを含む電池モジュールであって、冷却部材が、電池セル間の境界に装着され、モジュールケースが、モジュールケースの2つの対向側部が開口している構造で構成され、それによって、電池セル積重体の対応する部分が、モジュールケースの2つの開口した対向側部を通して外方向に露出され、冷却部材が、モジュールケースの2つの開口した対向側部を通して外方向に部分的に露出され、クーラントが、冷却部材の外方向に露出される部分と接触しながら、モジュールケースの2つの開口した対向側部に沿って流通する電池モジュールの提供により達成され得る。

0014

一般に、電池モジュールは、電池セルが積重され、一方でクーラントチャネルを形成するように所定の間隔で配置される構造で構成され、それによって、空気などのクーラントが、電池セルの過熱を防止するために、それぞれの電池セル間に形成される空間内を流れる。さらに、クーラント入口ポートおよびクーラント出口ポートが、電池モジュールの1つの側部に設けられ、ダクトが、クーラントのスムースな流れを実現するために設けられる。必要に応じて、クーラントを推進するための冷却ファンが、さらに設けられる。

0015

他方で、本発明による電池モジュールでは、冷却部材は、それぞれの電池セル間の境界に配設され、冷却部材は、冷却部材が外方向に部分的に露出されるようにモジュールケース内に装着される。したがって、多数の部材を使用せずに、高い冷却効率を実現することが可能である。

0016

さらに、従来の冷却システムを使用せずに、電池セルから発生される熱を外側に効果的に排出することが可能である。したがって、電池モジュールを非常にコンパクトな構造で構成することが可能である。

0017

好ましくは、電池セルのそれぞれは、電池セルが電池モジュールを構成するために積重される場合に、電池セルの全体のサイズが最小限に抑えられるように、小さな厚さならびに比較的大きな幅および長さを有する板状の構造で構成される。

0018

電池セルのそれぞれは、熱溶着可能である内部樹脂層絶縁金属層、および優れた耐久性を呈する外部樹脂層を含む積層シートで形成される電池ケース内に装着される電極集合体を含む、軽量のパウチ型電池であり得る。

0019

好適な例では、電池セルのそれぞれの互いに反対側に位置する両側部が、モジュールケースの2つの開口した対向側部の方を向くように電池セルが積重される状態で、電池セルがモジュールケース内に装着され得る。この積重構造では、電池セルのすべての互いに反対側に位置する両側部は、外方向に露出され、冷却部材がそれぞれの電池セル間に配設される場合、冷却部材の外方向に露出される部分が、熱伝導によって電池セルを効果的に冷却する。

0020

モジュールケースは、それぞれの電池セル間に配設される冷却部材が、容易に外方向に部分的に露出されるように、モジュールケースの頂部および底部が開口している構造で構成され得る。したがって、追加的なクーラント入口ポートおよび追加的なクーラント出口ポートを設けずに、モジュールケースの開口している頂部および底部を通して、熱を外側に効果的に排出することが可能である。

0021

冷却部材のそれぞれは、対応する電池セル間の境界に配設される本体部と、接続部であって、積重された電池セルからその接続部が外方向に露出される状態で、本体部の1つの端部もしくは互いに反対側に位置する両端部に連続的に接続される接続部と、接続部の1つの端部から、1つの方向に、もしくは互いに反対の両方向に延在する直角屈曲部と、を含み得る。

0022

すなわち、冷却部材のそれぞれは、本体部、接続部および直角屈曲部を含み、それらのすべては、上記で定義したような特定の構造で構成される。さらに、様々な形式で構成される冷却部材が、冷却効率をさらに向上させるように、それぞれの電池セル間の境界に装着され得る。

0023

冷却部材のそれぞれのための材料は、冷却部材のそれぞれが、熱伝導性材料で形成されさえすれば、特に制限されない。例えば、冷却部材のそれぞれは、高い熱伝導性を呈する金属シートで形成され得る。冷却部材は、電池セル間の境界のすべてに、または電池セル間の境界の一部に配設され得る。例えば、冷却部材が電池セル間の境界のすべてに配設される場合では、それぞれの電池セルが、その互いに反対側に位置する両側部で異なる冷却部材と接触し得る。他方で、冷却部材が電池セル間の境界の一部に配設される場合では、電池セルの一部が、その1つの側部でのみ冷却部材と接触し得る。

0024

それぞれの電池セル間の境界に装着される冷却部材のそれぞれの構造の例として、冷却部材のそれぞれが、接続部が本体部の1つの端部のみに形成され、直角屈曲部が接続部の端部から互いに反対の両方向に延在する構造で構成され得るとともに、冷却部材が、直角屈曲部が電池セル積重体の互いに反対側に位置する両側部に交互に配設されるように、それぞれの電池セル間の境界に装着され得る。

0025

すなわち、冷却部材は、直角屈曲部が電池セルの互いに反対側に位置する両側部を交互に被覆し、一方で直角屈曲部が相互に隔置されるように、それぞれの電池セル間に装着される。したがって、熱伝導によって冷却効率を最大化することが可能である。

0026

別の例として、冷却部材のそれぞれが、接続部が本体部の互いに反対側に位置する両端部に形成され、直角屈曲部が接続部の端部から互いに反対の両方向に延在する構造で構成され得るとともに、冷却部材が、直角屈曲部が電池セル積重体の互いに反対側に位置する両側部で重ならない間隔で、それぞれの電池セル間の境界に装着され得る。すなわち、直角屈曲部が重ならない間隔でそれぞれの電池セル間に配設される冷却部材の数を、互いに反対の両方向に延在する直角屈曲部のそれぞれの幅に基づいて調整することが可能である。

0027

状況によっては、直角屈曲部が接続部の1つの端部から1つの方向に延在する構造でそれぞれが構成される冷却部材が、電池セル積重体の外側での冷却効果を向上させるように、電池セル積重体の外側にさらに装着され得る。

0028

冷却部材の構造および形状は、冷却部材が、冷却効率を向上させるようにそれぞれの電池セル間の境界に装着されさえすれば、特に制限されない。すなわち、冷却部材は、様々な構造または様々な形状で構成され得る。

0029

一方で、冷却部材のそれぞれの冷却効率は、冷却部材のそれぞれの表面積により左右される。ここで、冷却部材のそれぞれの表面積は、本体部、接続部および直角屈曲部の面積の和を意味する。この態様では、それぞれの電池セル間の境界に配設される冷却部材のそれぞれの本体部は、電池セルのそれぞれの1つの主面の面積の70から120%に相当するサイズを有し得る。

0030

本体部のサイズが小さすぎると、電池セルから発生される熱を容易に伝達するのが困難となる。他方で、本体部のサイズが大きすぎると、電池モジュールの全体のサイズが増大し、これは好ましくない。

0031

特に、本発明による電池モジュールでは、直角屈曲部によって、モジュールケースの2つの開口した対向側部を通して、冷却部材のそれぞれの本体部から外方向に露出される接続部が、熱伝達でのボトルネック部分として機能し、したがって、本体部から直角屈曲部への、および外側への熱伝導性は、接続部の構造によって大きく変化しやすい。

0032

特に、冷却部材のそれぞれの接続部は、接続部が電池セルから外方向に露出されるように、所定の長さを有し得る。好ましくは、冷却部材のそれぞれの接続部は、冷却部材のそれぞれの本体部の長さの0.05から0.3倍に相当する長さを有する。

0033

接続部の長さが小さすぎるならば、対応する電池セルおよび接続部に直接接触するクーラントの量が小さく、その結果、効果的な冷却が実現されない。他方で、接続部の長さが大きすぎるならば、電池モジュールのサイズが増大し、これは好ましくない。

0034

接続部は、熱放散部材、および、クーラントが直角屈曲部へ通って流れる経路として機能する。したがって、従来の冷却構造と比較して、高い信頼性で優れた冷却効果を実現することが可能である。

0035

さらに、冷却部材のそれぞれの表面積は、接続部の厚さおよび直角屈曲部の幅により左右される。

0036

特に、接続部の厚さが本体部の厚さより大きい場合では、外側への熱伝達はより容易になる。したがって、冷却部材のそれぞれの接続部は、そのような効果を最大化するように、冷却部材のそれぞれの本体部の厚さの1.2から8.0倍に相当する厚さを有し得る。

0037

様々な構造で、接続部の厚さは、本体部の厚さより大きくなり得る。

0038

例として、冷却部材のそれぞれの接続部は、その本体部側での接続部の厚さがその直角屈曲部側での接続部の厚さと等しく、一方で、冷却部材のそれぞれの接続部が上記で定義した厚さの範囲を有する構造で構成され得る。

0039

別の例として、冷却部材のそれぞれの接続部は、接続部がその本体部側からその直角屈曲部側まで増大する厚さを有する構造で構成され得る。例えば、冷却部材のそれぞれの接続部は、垂直断面において対称的なアーチ構造で構成され得るが、それに限定されない。

0040

一方で、積重状態でモジュールケース内に装着される電池セルは、例えば、フレーム構造で構成される電池カートリッジ内に装着され得る。この構造は、好ましくは、封止部分が熱溶着により電池の縁部に形成される電池に適用される。

0041

上記の構造では、電池カートリッジは、少なくとも1対の板状のフレームであって、電池セルの対応する1つの縁部を、電池セルの対応する1つの少なくとも1つの主面が露出され、それらのフレームがそれらの外側に、冷却部材の対応する1つを、電池セルの対応する1つの露出される主面に、密接に接触する様式で固定するための弾性押圧部材が設けられる状態で固定するための、少なくとも1対の板状のフレームを含む。

0042

したがって、中に電池セルが装着される複数の電池カートリッジが積重され、冷却部材がそれぞれの電池カートリッジ間に配設される場合では、フレームの外側に設けられる弾性押圧部材は、電池カートリッジ積重体構造安定性を増大し、冷却部材が電池カートリッジ積重体に効果的に固定されることを可能にする。

0043

フレームの外側に装着される弾性押圧部材のための材料は、弾性押圧部材が押圧される場合に弾性押圧部材が高い弾性押圧力を呈しさえすれば、特に制限されない。好ましくは、弾性押圧部材のそれぞれは、弾性ポリマー樹脂で形成される。そのようなポリマー樹脂は、高い弾性力を呈することが可能である材料である場合があり、または、高い弾性力を呈することが可能である構造もしくは形状を有する場合がある。前者の代表的な例はゴムであり得るものであり、後者の代表的な例は発泡ポリマー樹脂であり得る。

0044

弾性押圧部材のそれぞれは、フレームのそれぞれの幅の10%以上に相当する幅を有し得る。弾性押圧部材のそれぞれの幅がフレームのそれぞれの幅と比較して小さすぎるならば、弾性押圧部材をフレームに装着することにより得られる効果が呈されない場合がある。他方で、弾性押圧部材のそれぞれの幅がフレームのそれぞれの幅と比較して大きすぎるならば、弾性押圧部材が押圧される場合に、弾性的に変形される弾性押圧部材が、冷却部材の大きな部分を被覆し、その結果、熱放散効果が低下される場合がある。さらに、弾性押圧部材は、弾性押圧部材が押圧される場合にフレームから突出する場合があり、これは好ましくない。したがって、当然ながら、弾性押圧部材のそれぞれの幅は、上記の問題が引き起こされない限りは、上記で定義した範囲を超えてもよい。

0045

一方で、中型または大型の電池パックは、高電力および大容量を提供するために、複数の電池セルを使用する。そのような電池パックを構成する電池モジュールでは、より高い熱放散効率が、電池パックの安全性を確保するために必要とされる。

0046

したがって、本発明の別の態様によれば、所望の電力および容量に基づいて2つ以上の電池モジュールを組み合わせることにより製造される、中型または大型の電池パックが提供される。

0047

本発明による電池パックは、高電力および大容量を提供するために、複数の電池セルを含む。したがって、本発明による電池パックは、好ましくは、電池セルの充電および放電の際に発生される高温の熱が重大な安全性の関心事である、電気車両、ハイブリッド電気車両、またはプラグインハイブリッド電気車両用の電源として使用される。

0048

特に、電池パックが外側に容易に露出され得る電動自転車および電動スクータに対して、高い冷却性能が、車両の速度に基づいて発生される空気の流れから実現され得る。この態様では、本発明による電池パックは、電動自転車および電動スクータにおいて、より好ましく使用される。

0049

本発明の上記および他の目的、特徴および他の利点が、添付の図面とともに行う以下の詳細な説明から、より明確に理解されよう。

図面の簡単な説明

0050

本発明の実施形態による電池モジュールを例示する典型的な図である。
図1の冷却部材が電池セル間の境界に装着される構造を例示する典型的な図である。
別の形式で構成される冷却部材が電池セル間の境界に装着される構造を例示する典型的な図である。
さらなる形式で構成される冷却部材が電池セル間の境界に装着される構造を例示する典型的な図である。
板状の電池セルを例示する典型的な図である。
電池カートリッジを例示する典型的な平面図である。

実施例

0051

次に、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲は、例示される実施形態により限定されないことに留意されたい。

0052

図1は、本発明の実施形態による電池モジュールを例示する典型的な図であり、図2は、図1の冷却部材が電池セル間の境界に装着される構造を例示する典型的な図である。

0053

これらの図を参照すると、電池モジュール500が、複数の電池セル100が積重状態でモジュールケース300内に装着され、冷却部材400が電池セル100間の境界に装着される構造で構成されている。

0054

モジュールケース300は、モジュールケース300の頂部および底部が開口している構造で構成される。電池セル100は、電池セル100のそれぞれの互いに反対側に位置する両側部が、モジュールケース300の開口している頂部および開口している底部を向くように電池セル100が積重される状態で、モジュールケース300内に装着される。

0055

冷却部材400のそれぞれは、高い熱伝導性を呈する金属シートで形成される。冷却部材400のそれぞれは、対応する電池セル100間の境界に配設される本体部410、積重された電池セル100から接続部420が外方向に露出される状態で、本体部410の1つの端部に連続的に接続される接続部420、および、接続部420の1つの端部から互いに反対の両方向に延在する直角屈曲部430を含む。

0056

冷却部材400は、直角屈曲部430が電池セル積重体の互いに反対側に位置する両側部に交互に配設されるように、それぞれの電池セル100間の境界に装着される。さらに、直角屈曲部430'が接続部420'の1つの端部から1つの方向に(電池セルに向かって)延在する構造でそれぞれが構成される冷却部材400'が、電池セル積重体の外側にさらに装着される。

0057

冷却部材400のそれぞれの接続部420の長さL1は、冷却部材400のそれぞれの本体部410の長さL2の約10%に相当する。本体部410は、電池セル100のそれぞれの1つの主面の面積の約100%に相当するサイズを有する。

0058

冷却部材400の直角屈曲部430は、モジュールケース300の開口している頂部および開口している底部を通して露出されるので、クーラントは、冷却部材400の、外方向に露出される直角屈曲部430と接触しながら、モジュールケース300の開口している頂部および開口している底部に沿って流れる。状況によって、クーラントの一部は、電池セル100から隔置される接続部420と接触しながら流れる場合がある。

0059

したがって、冷却部材から伝達される熱は、従来の複雑な冷却システムを設けずに、頂部および底部が開口しているモジュールケース300を通して外側に容易に排出され、それによって、優れた冷却効率を実現し、一方で電池モジュールはコンパクトな構造で構成される。

0060

図3は、別の形式で構成される冷却部材400aが電池セル間の境界に装着される構造を典型的に例示する正面図である。

0061

図1とともに図3を参照すると、冷却部材400aのそれぞれは、対応する電池セル100間の境界に配設される本体部410a、積重された電池セル100から接続部420aが外方向に露出される状態で、本体部410aの互いに反対側に位置する両端部に連続的に接続される接続部420a、および、接続部420aの端部から互いに反対の両方向に延在する直角屈曲部430aを含む。

0062

直角屈曲部430aのそれぞれの幅W2は、電池セル100のそれぞれの幅W1の約2倍である。当然ながら、直角屈曲部430aのそれぞれの幅W2は、電池セル100のそれぞれの幅W1の2倍より小さい場合がある。したがって、直角屈曲部430aのそれぞれの幅に基づいて、それぞれの電池セル100間に配設される冷却部材400aの数を容易に調整することが可能である。

0063

冷却部材のそれぞれの他の構成要素は、図2に示すものと同一であり、その詳細な説明は与えない。

0064

図4は、さらなる形式で構成される冷却部材400bが電池セル間の境界に装着される構造を典型的に例示する正面図である。

0065

図1とともに図4を参照すると、冷却部材400bのそれぞれの接続部420bの厚さT1は、冷却部材400bのそれぞれの本体部410bの厚さT2より大きい。さらに、電池セル積重体の外側に装着されるそれぞれの冷却部材400'bの接続部の厚さは、冷却部材400'bのそれぞれの本体部の厚さより大きくなり得る。

0066

接続部420bの厚さT1は本体部410bの厚さT2より大きいので、本体部410bから直角屈曲部430bへの熱伝導性がさらに向上する。

0067

上記で説明したように、冷却部材は、最適の冷却効率を呈するように設計され、それによって、電池モジュールの冷却効率を向上させる。冷却部材の形状および配置構成は、様々であり得る。

0068

図5は、本発明による電池モジュールで使用され得る、一例としての板状の電池セルを例示する典型的な図である。

0069

図5を参照すると、板状の電池セル100は、樹脂層および金属層を含む積層シートで形成される電池ケース110内に装着される、カソード/セパレータ/アノード構造の電極集合体(図示せず)を含む。電極集合体に電気的に接続されるカソード端子120およびアノード端子130は、それぞれ、電池ケース110の上側の端部および下側の端部から外方向に突出する。例示を簡単にするため、熱溶着により電池ケース110の縁部に形成される封止部分は図示しない。

0070

電池ケース110は樹脂層を含むので、電池セルからの熱の放散は、金属ケースと比較して容易ではない。特に、複数の積重された電池セル100を含む電池モジュールでは、電池モジュールの性能および安全性が、低い熱放散によって劣化され得る。

0071

図6は、本発明による電池モジュールで使用され得る電池カートリッジを例示する典型的な平面図である。

0072

図1とともに図6を参照すると、電池カートリッジ200は、板状の電池セル100が電池カートリッジ200内に装着され、電池セル100の電極端子120および130が電池カートリッジ200から外方向に突出する構造で構成される。

0073

電池カートリッジ200は、電池セル100の互いに反対側に位置する両側部(例えば封止部分)をその縁部で、電池セル100の互いに反対側に位置する両主面が露出される状態で固定するように構成される、1対の板状のフレーム210および210'を含む。

0074

それぞれのフレーム210および210'は、その外側の左および右の側部に、それぞれのフレーム210および210'の長手方向と平行に延在する、弾性押圧部材211および212が設けられる。

0075

したがって、電池セル100の充電および放電の際に電池セル100から発生される熱は、それぞれの電池カートリッジ200間に配設される冷却部材400の本体部に伝達され、次いで、冷却部材400の直角屈曲部430を通して外側に排出され、それによって、高い冷却効率を実現し、一方で電池モジュールはコンパクトな構造で構成される。

0076

上記の説明から明らかであるように、本発明による電池モジュールは、電池セルの冷却を加速するための冷却部材が電池セル間の境界に配設され、冷却部材の直角屈曲部が外方向に露出されるように、冷却部材がモジュールケース内に装着される構造で構成される。したがって、電池セルから発生される熱を外側に効果的に排出することが可能であり、一方で電池モジュールのサイズの増大を最小限に抑える。

0077

本発明の好適な実施形態を例示目的で開示したが、様々な修正、追加および置換が、添付の特許請求の範囲で開示するような本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく可能であることを、当業者は理解するであろう。

0078

100電池セル
110電池ケース
120カソード端子、電極端子
130アノード端子、電極端子
200電池カートリッジ
210、210'フレーム
211、212弾性押圧部材
300モジュールケース
400、400'、400a、400b、400'b冷却部材
410、410a、410b 本体部
420、420'、420a、420b 接続部
430、430'、430a、430b 直角屈曲部
500 電池モジュール

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