(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルのそれぞれが、それの上端および下端にそれぞれ形成された電極端子を有する、複数の板状電池セルを有する電池モジュールにおいて、前記電池モジュールは、
２つ以上の電池セルと、
前記電池セルの動きを抑え、前記電池セルの充放電中の前記電池セルの体積変化を和らげるために前記電池セル間の界面に配置される緩衝部材と、
前記電池セルの前記電極端子を除いて前記電池セルのスタックの外側を完全に覆うように結合される一対のモジュール筐体であって、前記モジュール筐体のそれぞれがシートで形成される、一対のモジュール筐体と、
を含み、前記モジュール筐体のそれぞれには、前記電池セルを固定するために所定サイズの押し下げられた段がそれの上端および下端に隣接する側部に設けられ、
前記モジュール筐体のそれぞれは、クーラントの流れのスペースを提供するためにそれの外側に互いに間隔のあいた複数の線状ビードを幅方向（横方向）に提供され、かつ
前記モジュール筐体のそれぞれは、それの前記外側の上部および下部に反対形状を有するバーを前記幅方向（横方向）に提供されることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記板状電池セルのそれぞれは、電極アセンブリが、金属層および樹脂層を含む積層シートで形成された電池ケースに取り付けられ、前記電池ケースの外縁部が、密封される構造を有するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記緩衝部材は、多孔質構造を有するポリマー樹脂で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記緩衝部材は、開放細孔または閉鎖細孔を含む多孔質構造を有するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記モジュール筐体のそれぞれは、前記電池セルのスタックの前記外側の形状に対応する内部構造を有し、前記モジュール筐体は、アセンブリ締結方式で互いに結合されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記モジュール筐体の断面結合部分は、雄雌締結構造体を有するように構成され、それによって前記モジュール筐体が、互いに面するように互いに接触している状態で押し付けられるとき、前記モジュール筐体は、弾性結合によって互いに係合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。
【請求項７】
前記モジュール筐体のそれぞれは、金属シートで形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記押し下げられた段のそれぞれは、前記電池セルのそれぞれの密封部分に対応する形状およびサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記線状ビードのそれぞれは、前記モジュール筐体の対応する端部に達する対向端部を有することを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
単位体として請求項１から９のいずれか一項に記載の電池モジュールを含む電池パックであって、前記電池モジュールは、２つ以上単位の電池モジュールを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項１１】
前記２つ以上単位の電池モジュールのスタックは、前記電池モジュールのスタックを横方向に立てた状態でパックフレームに取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の電池パック。
【請求項１２】
電力源として請求項１０に記載の電池パックを含むことを特徴とする車両。
【請求項１３】
前記車両は、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車であることを特徴とする請求項１２に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された安全性を持つ電池モジュールに関し、より詳しくは、電池セルのそれぞれが、それの上端および下端にそれぞれ形成された電極端子を有する、複数の板状電池セルを有する電池モジュールに関し、電池モジュールは、２つ以上の電池セルと、電池セルの動きを抑え、電池セルの充放電中の電池セルの体積変化を和らげるために電池セル間の界面に配置される緩衝部材と、電池セルの電極端子を除いて電池セルのスタックの外側を完全に覆うように結合される一対のモジュール筐体であって、そのモジュール筐体のそれぞれがシートで形成される一対のモジュール筐体と、を含む。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電の可能な二次電池は、無線携帯機器のためのエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のための電力源としてもかなり注目されており、それらは、化石燃料を使用する既存のガソリンおよびディーゼル車によって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た。
【０００３】
小型携帯機器は、各機器について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機器は、高電力および大容量がその中型または大型機器に必要であるので、互い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、中型または大型電池モジュールは、できるだけ小さいサイズおよび重量を有するように製造される。このため、高集積度でスタックでき、小さい重量対容量比を有する角柱電池または袋状電池が、中型または大型電池モジュールの電池セルとして通常使用される。特に、袋状電池は、軽量であり、袋状電池の製造コストは、低いので、大きな関心は現在、被覆部材としてアルミニウム積層シートを使用する、そのような袋状電池に集中している。
【０００５】
図１は、従来の代表的袋状電池を典型的に示す斜視図である。図１で示す袋状電池１００は、２つの電極リード線１１０および１２０が、互いに反対側であるように、電池本体１３０の上端および下端からそれぞれ突き出る構造を有するように構成される。
【０００６】
被覆部材１４０は、上部および下部被覆部分を含む。すなわち、被覆部材１４０は、２ユニット部材である。電極アセンブリ（図示せず）が、被覆部材１４０の上部被覆部分と下部被覆部分との間に画定される受け入れ部分に取り付けられた状態で、被覆部材１４０の上部および下部被覆部分の接触領域である、対向側部１４０ａならびに上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃは、互いに接合され、それによって袋状電池１００が、製造される。被覆部材１４０は、樹脂層／金属フィルム層／樹脂層の積層構造を有するように構成される。その結果、それの樹脂層を互いに溶着するように熱および圧力を被覆部材１４０の上部および下部被覆部分の対向側部１４０ａならびに上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃに加えることによって、互いに接触している被覆部材１４０の上側および下側被覆部分の対向側部１４０ａならびに上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃを互いに接合することが可能である。状況によっては、被覆部材１４０の上部および下部被覆部分の対向側部１４０ａならびに上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃは、接合剤を使用して互いに接合されることもある。
【０００７】
被覆部材１４０の対向側部１４０ａについては、被覆部材１４０の上部および下部被覆部分の同じ樹脂層は、互いに直接接触しており、それによって被覆部材１４０の対向側部１４０ａでの一様な密封が、溶着によって達成される。他方で、被覆部材１４０の上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃについては、電極リード線１１０および１２０が、被覆部材１４０の上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃからそれぞれ突き出る。このため、被覆部材１４０の上部および下部被覆部分の上端および下端１４０ｂおよび１４０ｃは、被覆部材１４０の密封性を改善するために、電極リード線１１０および１２０の厚さならびに電極リード線１１０および１２０と被覆部材１４０との間の材料の違いを考慮して、フィルム型密封部材１６０が電極リード線１１０および１２０と被覆部材１４０との間に挿入された状態で互いに熱溶着される。
【０００８】
しかしながら、被覆部材１４０の機械的強度は、低い。このため、電池セル（単位セル）は、安定構造を有する電池モジュールを製造するために、カートリッジなどのパックケースに取り付けられる。しかしながら、中型または大型電池モジュールが据え付けられる機器または車両は、限られた据え付けスペースを有する。その結果、電池モジュールのサイズが、カートリッジなどのパックケースの使用に起因して増加するとき、空間的利用度は、低下する。また、電池セルの低い機械的強度に起因して、電池セルは、電池セルの充放電中に繰り返し膨張収縮もする。結果として、被覆部材の熱溶着領域は、容易に互いに分離されることもある。
【０００９】
袋状電池セルの外面を覆い、それによって電池セルの安全性を確保するためのモジュール筐体に関するいくつかの技術が、提案されている。
【００１０】
例えば、特許文献１は、板状積層電池セルの対向主要面を支持するために、同じ弾性を有する一対の弾性部分を含むモジュール筐体に関する技術を開示する。
【００１１】
上記の技術は、モジュール筐体を使用して電池セルの対向主要面を弾性的に押し付けるための構造を提案し、モジュール筐体のそれぞれは、凹形状に曲げられる。しかしながら、電池セルの全体サイズは、電池セルの対向主要面にモジュール筐体を追加として貼り付けることに起因して必然的に増加する。また、電池セルが、上述の構成を持つモジュール筐体に挿入されることも、必要とされる。結果として、アセンブリプロセスは、容易に行われず、従って、大量生産は、困難である。すなわち、電池セルが、モジュール筐体に強制的に挿入されるとき、過剰な負荷が、電池セルに加えられ、その結果電池セルが、損傷を受けることもある。
【００１２】
一方では、電池セル（二次電池）の厚さは、電池セルの充放電中に変化することもあり、その結果ギャップが、電池セル間に形成されることもある。この場合には、電池セルは、外部衝撃または振動が電池セルに加えられるとき適所に固定されないこともある。また、電池セルが互いに直接接触している構造では、電池セルは、それぞれの電池セルの電池ケース間の低い摩擦力に起因して容易に互いに滑ることもある。結果として、電池セルは、動くこともある。
【００１３】
電池セルが、上で述べたような様々な原因に起因して適所に固定されずに動く場合には、電池セルの電極端子接続領域が、壊されることもあり、または短絡が、電池セルで生じることもある。結果として、電池モジュールの安全性および動作効率は、大きく低下する。
【００１４】
その結果、小型で、外部衝撃を効果的に和らげ、優れた安定性および安全性を示す電池モジュールの高い必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００５−１０８６９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、本発明は、上記の問題およびまだ解決されなければならない他の技術的問題を解決するためになされた。
【００１７】
電池セルの低い機械的強度を効果的に高めながら、電池セルの動きを抑え、電池セルの充放電中の電池セルの体積変化を和らげることができる電池モジュールを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一態様によると、上記および他の目的は、電池セルのそれぞれが、それの上端および下端にそれぞれ形成された電極端子を有する、複数の板状電池セルを有する電池モジュールの提供によって成し遂げることができ、その電池モジュールは、２つ以上の電池セルと、電池セルの動きを抑え、電池セルの充放電中の電池セルの体積変化を和らげるために電池セル間の界面に配置される緩衝部材と、電池セルの電極端子を除いて電池セルのスタックの外側を完全に覆うように結合される一対のモジュール筐体であって、そのモジュール筐体のそれぞれがシートで形成される一対のモジュール筐体と、を含む。
【００１９】
本発明による電池モジュールでは、緩衝部材は、電池セルの充放電中の電池セルの繰り返し膨張収縮変化によって引き起こされる電池セルの体積変化を和らげ、電池セル間の摩擦力を高めて電池セルの動きを抑える。
【００２０】
また、モジュール筐体は、低い機械的強度を有する電池セルを保護しながら、電池セルの充放電中の電池セルの繰り返し膨張収縮変化を抑えて、電池セルの内部抵抗の増加を抑え、電池セルの密封領域間の分離を防止し、それによって電池モジュールの動作および寿命特性ならびに安全性を改善する。
【００２１】
板状電池セルは、二次電池がスタックされて電池モジュールを構成するとき、二次電池の全体サイズが最小限に抑えられるような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二次電池である。好ましい例では、板状電池セルのそれぞれは、電極アセンブリが、樹脂層および金属層を含む積層シートでできた電池ケースに取り付けられ、電極端子が、電池ケースの上端および下端から突き出る構造を有するように構成される二次電池であってもよい。具体的には、板状電池セルのそれぞれは、電極アセンブリが、アルミニウム積層シートでできた袋状電池ケースに取り付けられる構造を有するように構成されてもよい。上述の構成を持つ二次電池は、袋状電池セルと呼ばれてもよい。
【００２２】
電池セル間の界面に配置される緩衝部材のための材料は、緩衝部材が、電池セルの体積変化を和らげ、電池セル間の摩擦力を高めて電池セルの動きを抑えることができる限りは、特に制限されない。緩衝部材は、多孔質構造を有するポリマー樹脂で形成されてもよい。多孔質構造は、開放細孔を含む多孔質構造または閉鎖細孔を含む多孔質構造であってもよい。
【００２３】
ポリマー樹脂の種類は、特に制限されない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、天然ゴム、合成ゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、およびアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）が、使用されてもよい。
【００２４】
モジュール筐体のそれぞれは、電池セルスタックの外側の形状に対応する内部構造を有する。特に、モジュール筐体は、追加の締結部材を必要としないアセンブリ締結方式で互いに結合される。代表的な例として、モジュール筐体の断面結合部分は、雄雌締結構造体を有するように構成されてもよく、それによってモジュール筐体が、互いに面するように互いに接触している状態で押し付けられるとき、モジュール筐体は、弾性結合によって互いに係合される。
【００２５】
一方では、熱が、二次電池の充放電中に二次電池から生成され、その熱は、二次電池の寿命を延ばすために二次電池から効果的に放出されなければならない。その結果、モジュール筐体のそれぞれは、熱を電池セルからより容易に放出するために高熱伝導性を示す金属シートで形成されてもよい。
【００２６】
好ましい例では、モジュール筐体のそれぞれは、電池セルを容易に固定するために、所定サイズの押し下げられた段をそれの上端および下端に隣接する側部に提供されてもよい。状況によっては、段は、モジュール筐体のそれぞれの左端および右端に隣接する側部に形成されてもよい。好ましくは、段は、電池セルをよりしっかりと固定するために、モジュール筐体のそれぞれの上端および下端ならびに左端および右端に隣接する側部に形成される。
【００２７】
電池セルは、様々な方法でモジュール筐体のそれぞれの上端および下端に固定されてもよい。より効果的な固定のために、押し下げられた段のそれぞれは、電池セルのそれぞれの密封部分に対応する形状およびサイズを有してもよい。
【００２８】
モジュール筐体の段およびバーリング（ｂｕｒｒｉｎｇ）部材の組合せを通じて電池セルの動きを最大限に抑えることが可能である。
【００２９】
好ましい例では、モジュール筐体のそれぞれは、クーラントの流れのスペースを提供するために、それの外側に互いに間隔のあいた複数の線状ビードを幅方向（横方向）に提供されてもよい。上記の構造では、ビードのそれぞれは、モジュール筐体の対応する端部に達する対向端部を有してもよい。その結果、クーラント（例えば、空気）は、電池モジュールがスタックされた状態でモジュール筐体の幅方向に流れることができ、それによって冷却効率をさらに改善する。
【００３０】
また、モジュール筐体のそれぞれは、それの外側の上部および下部に反対形状を有するバーを幅方向（横方向）に提供されてもよい。従って、電池モジュールが、スタックされるとき、電池モジュールのそれぞれは、１つの隣接電池モジュールのそれに対応する形状を有し、その結果電池モジュールのスタック位置を逆にするまたは間違って位置合わせするのを防止することが可能である。
【００３１】
本発明の別の態様によると、単位体として上記の構成を持つ電池モジュールを使用して製造される中型または大型電池パックが、提供される。
【００３２】
中型または大型電池パックは、高電力および大容量を提供するために複数の二次電池を電気的にかつ機械的に接続することによって製造される。例えば、中型または大型電池パックは、電池モジュールスタックを横方向に立てた状態で２つ以上単位の電池モジュールのスタックをパックフレームに取り付けることによって製造されてもよい。
【００３３】
本発明のさらなる態様によると、電力源として上述の構成を持つ電池パックを含む車両が、提供される。
【００３４】
所望の電力および容量に基づいて据え付け効率および構造的安定性を考えるとき、車両は、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車であってもよい。
【００３５】
本発明の上記および他の目的、特徴ならびに他の利点は、添付の図面と併用される次の詳細な説明からより明確に理解されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の袋状二次電池の一般構造を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態による電池モジュールを示す分解斜視図である。
【図３】図２のモジュール筐体を示す斜視図である。
【図４】図２のモジュール筐体の結合構造を示す拡大図である。
【図５】複数の電池モジュールをスタックすることによって製造される中型または大型電池パックを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
今から、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して詳細に述べられることになる。しかしながら、本発明の範囲は、例示される実施形態によって限定されないことに留意すべきである。
【００３８】
図２は、本発明の実施形態による電池モジュールを典型的に示す分解斜視図である。
【００３９】
図２を参照すると、電池セルのそれぞれが、それの上端および下端にそれぞれ形成された電極端子１１０および１２０を有する、２つの板状電池セル１００を含む電池モジュール４００は、緩衝部材３００が、電池セル１００間の界面に配置され、電池セル１００が、一対のモジュール筐体２００によって互いに結合される構造を有するように構成される。
【００４０】
緩衝部材３００は、多孔質構造を有するポリマー樹脂で形成される。その結果、緩衝部材３００は、電池セルの充放電中の電池セルの繰り返し膨張収縮変化によって引き起こされる電池セルの体積変化を和らげ、電池セル間の摩擦力を高めて電池セルの動きを抑える。
【００４１】
モジュール筐体２００は、電池セル１００の電極端子１１０および１２０を除いて電池セル１００のスタックの外側を完全に覆うように結合される一対のモジュール筐体２００を含む。モジュール筐体２００は、低い機械的強度を有する電池セルを保護しながら、電池セルの充放電中の電池セルの繰り返し膨張収縮変化を抑え、それによって電池セルの密封領域間の分離を防止する。
【００４２】
図３は、図２のモジュール筐体を典型的に示す斜視図である。図２と一緒に図３を参照すると、モジュール筐体２００のそれぞれは、電池モジュールを容易に固定するために段２４０をそれの対向端部に隣接する側部に提供される。また、モジュール筐体２００のそれぞれは、それの外側に互いに間隔のあいた複数の線状ビード２３３を幅方向に提供されもする。ビード２３３のそれぞれは、モジュール筐体の対応する端部に達する対向端部を有する。その結果、クーラント（例えば、空気）は、電池モジュールがスタックされた状態でモジュール筐体の幅方向に流れることができ、それによって冷却効率をさらに改善する。
【００４３】
また、モジュール筐体２００のそれぞれは、それの上部および下部に反対形状を有するバー２３５を幅方向（横方向）に提供されもする。従って、電池モジュールがスタックされるとき、電池モジュールのそれぞれは、１つの隣接電池モジュールのそれに対応する形状を有し、その結果電池モジュールのスタック位置を逆にするまたは間違って位置合わせするのを防止することが可能である。
【００４４】
また、モジュール筐体２００は、一対の左筐体２１１および右筐体２１２も含み、それらは、追加の締結部材を使用することなく互いに結合できる。
【００４５】
モジュール筐体２００の結合構造は、図４で詳細に示される。図４は、モジュール筐体２００を示す断面図および部分的拡大図である。図４を参照すると、モジュール筐体２１１および２１２は、雄雌締結構造体２２１および２２２を有するように構成され、それによってモジュール筐体２１１および２１２が、互いに面するように互いに接触している状態で押し付けられるとき、モジュール筐体２１１および２１２は、弾性結合によって互いに係合される。
【００４６】
様々な締結構造体が、使用されてもよい。例えば、六面体状締結構造体２２１ａおよび２２２ａならびに円柱状締結構造体２２１ｂおよび２２２ｂが、使用されてもよい。締結プロセスでは、締結構造体は、結合力を高めるために互いに係合される。
【００４７】
その結果、強い機械的結合が、モジュール筐体２００をアセンブルするために結合部材または加工プロセスの性能を追加として提供することなく達成される。この簡単で容易な結合構造は好ましくは、大量生産に応用される。
【００４８】
図５は、複数単位の電池モジュール４００がスタックされる中型または大型電池パック５００を示す斜視図である。本発明による４つ単位の電池モジュール４００が、１つの中型または大型電池パック５００を構成する。その結果、中型または大型電池パック５００は、全部で８つの電池セル１００を含む。すなわち、４つ単位の電池モジュール４００のスタックは、そのスタックを横方向に立てた状態でパックフレーム５１０および５２０に取り付けられ、それによって中型または大型電池パック５００が、製造される。
【００４９】
複数の電池パック５００は、より高い電力およびより大きな容量を有する中型または大型電池システムを製造するために接続されてもよい。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態が、例示目的で開示されたけれども、当業者は、様々な変更、追加および置換えが、添付の特許請求の範囲で開示され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理解するであろう。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
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では、電池セルの低い機械的強度は、モジュール筐体によって高められ、電池セルの動きは、抑えられ、電池セルの充放電中の電池セルの体積変化は、緩衝部材によって和らげられる。その結果、電池モジュールの動作および寿命特性を改善し、外部の力に対して電池モジュールの安定性および安全性を確保することが可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  板状電池、電池セル
１１０  電極リード線、電極端子
１２０  電極リード線、電極端子
１３０  電池本体
１４０  被覆部材
１４０ａ  被覆部材の対向側部
１４０ｂ  被覆部材の上端
１４０ｃ  被覆部材の下端
１６０  密封部材
２００  モジュール筐体
２１１  左筐体
２１２  右筐体
２２１  締結構造体
２２１ａ  六面体状締結構造体
２２１ｂ  円柱状締結構造体
２２２  締結構造体
２２２ａ  六面体状締結構造体
２２２ｂ  円柱状締結構造体
２３３  ビード
２３５  バー
２４０  段
３００  緩衝部材
４００  電池モジュール
５００  電池パック
５１０  パックフレーム
５２０  パックフレーム
【図１】
0006001547.tif 000002
【図２】
0006001547.tif 000003
【図３】
0006001547.tif 000004
【図４】
0006001547.tif 000005
【図５】
0006001547.tif 000006