(57)【要約】  各単位モジュールが、互いに電気的に接続された２つ以上のプレート形状の電池セルを含み、各電池セルは、電極端子がその対向面に形成された、複数のスタック型単位セルを含む中型または大型のバッテリモジュールがここに開示される。バッテリモジュールは、溶接によって一対の単位モジュールの電極端子を接続し、検知部材を含む検知ユニットを溶接部に取り付け、単位モジュールを積み重ねるように溶接部を曲げ、そして単位セルをすべて積み重ねるまで上記の工程を繰り返して実施することによって製造される。
2009537944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各単位モジュールが、互いに電気的に接続された２つ以上のプレート形状の電池セルを含み、各電池セルは、電極端子がその対向面に形成された、複数のスタック型単位セルを含む中型または大型のバッテリモジュールであって、
溶接によって一対の単位モジュールの電極端子を接続し、検知部材を含む検知ユニットを溶接部に取り付け、前記単位モジュールを積み重ねるように前記溶接部を曲げ、そして前記単位セルをすべて積み重ねるまで上記の工程を繰り返して実施することによって製造されるバッテリモジュール。
【請求項２】
各電池セルは、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から製作された電池ケース中に取り付けられ、かつ電極端子が前記電池ケースの上側端部および下側端部から突き出る構造で構築された二次電池である、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
各単位モジュールは、２つの電池セルを含み、
各単位モジュールは、前記電池セルの一方側の電極端子（下側電極端子）を溶接し、前記電池セルが、各単位モジュールを製造するために使用されるフレーム部材の対向表面と接触状態になるように前記下側電極端子を曲げて、前記電池セルを積み重ねながら前記フレーム部材上に前記電池セルを取り付け、そして前記積み重ねられた電池セルの外側表面を金属被覆部材によって覆うことによって製造される、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
電圧検知部材（第２の検知部材）が、前記下側電極端子の前記溶接部に接続され、
さらに、前記電圧検知部材は、前記フレーム部材中に取り付けられ、
前記電圧検知部材は、各単位モジュールの外部にも接続される、請求項３に記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記単位モジュールの間の前記電極端子（上側電極端子）の接続領域（溶接部）に取り付けられる前記検知ユニットは、電圧測定のための第１の検知部材を含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記検知ユニットは、前記積み重ねられた単位モジュールの間に配置された、薄い六面体構造の絶縁ユニット本体および前記ユニット本体中に取り付けられる前記第１の検知部材を含み、
前記ユニット本体は、スリットを備え、その中に前記上側電極端子の前記溶接部が挿入され、
前記第１の検知部材は、前記第１の検知部材の一方端が前記スリット中に延在し、前記第１の検知部材の他方端が前記ユニット本体から突き出て、前記電極端子の前記溶接部が前記スリット中に挿入されたとき、前記スリット中で接続が達成されるように接続部が構成される構造で構築される、請求項５に記載のバッテリモジュール。
【請求項７】
前記第１の検知部材の前記接続部は、前記スリットが形成された表面と同じ表面で前記ユニット本体から突き出て、
前記第１の検知部材の前記接続部は、前記単位モジュールの前記上側電極端子の前記溶接部を前記スリット中に挿入し、前記ユニット本体が前記単位モジュールの間に配置されるように前記上側電極端子を曲げることによって、隣接した２つの単位モジュールの上側端部から突き出る、請求項６に記載のバッテリモジュール。
【請求項８】
１つまたは複数の絶縁キャップ（下側端部キャップ）が、前記単位モジュールの前記下側端部にさらに取り付けられる、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項９】
前記下側端部キャップは、別に成形されたボディであり、それは、前記バッテリモジュールの組み立て工程中に、あるいは前記バッテリモジュールの組み立てが終了した後、または前記バッテリモジュールの組み立てが終了した後で前記バッテリモジュールの前記下側端部が絶縁性溶融樹脂中に浸され、次いで凝固された後、前記単位モジュールの前記下側端部に取り付けられる、請求項８に記載のバッテリモジュール。
【請求項１０】
１つまたは複数の絶縁キャップ（上側端部キャップ）が、前記単位モジュールの前記上側端部にさらに取り付けられる、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項１１】
各フレーム部材は、２つの電池セルが前記フレーム部材の両面に取り付けられ、各フレーム部材は、その上側端部の中心部に貫通穴を備え、それを通して温度検知部材が、前記電池セルの間に画定されるギャップ中に挿入される格子構造で構築される、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項１２】
各フレーム部材は、その上側端部の一方側に挿入穴を備え、その中に外部入出力端子が取り付けられる、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項１３】
前記外部入出力端子は、前記バッテリモジュールの各最外部の単位モジュールにおいて前記挿入穴中に取り付けられ、
各単位モジュールの対応する電極端子が、バスバーを介して前記外部入出力端子に電気的に接続される、請求項１２に記載のバッテリモジュール。
【請求項１４】
前記外部入出力端子と前記対応する電極端子を電気的に接続するために使用される前記バスバーは、各最外部の単位モジュールの上側端部に取り付けられ、さらに各最外部の単位モジュールの外側の電極端子が前記バッテリモジュールの外側表面と緊密な接触状態にされるように、各最外部の単位モジュールの前記外側の電極端子が曲げられる、請求項１３に記載のバッテリモジュール。
【請求項１５】
狭い開口部が、各高強度の被覆部材の一方側の上側端部および／または下側端部中に形成され、
前記開口部に対応する突起部が、各フレーム部材の一方側の上側端部および／または下側端部に形成され、
それによって、前記突起部が前記開口部と緊密な接触状態にされ、さらに前記単位モジュールの組み立てが完了した後に前記突起部を部分的に溶融したとき、各フレーム部材と各金属被覆部材の間の結合力が増加する、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項１６】
比較的広い開口部が前記狭い開口部に対向するように、各高強度の被覆部材の他方側の上側端部および下側端部中に、前記比較的広い開口部が形成され、
各単位モジュールが前記広い開口部に対応する取り付け穴によって所定領域中に固定されるように、前記取り付け穴は、各フレーム部材の他方側の上側端部および／または下側端部に形成される、請求項１５に記載のバッテリモジュール。
【請求項１７】
複数の突起部が、外側に突き出ながら各単位モジュールの横方向に延在するように、前記複数の突起部は、各単位モジュールを構成する前記高強度の被覆部材の外側表面に形成され、それによって、冷却液の流路が、前記単位モジュールの積み重ね中に形成される、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか一項に記載のバッテリモジュールを含む、中型または大型のバッテリパック。
【請求項１９】
前記バッテリモジュールは、前記第１の検知部材の接続部、前記第２の検知部材の接続部、および前記温度検知部材の接続部が前記バッテリモジュールの前記上側端部から突き出て、前記バッテリモジュールの動作を制御するためのバッテリ管理システム（ＢＭＳ）が、前記バッテリモジュールの前記上側端部に取り付けられる構造で構築される、請求項１８に記載のバッテリパック。
【請求項２０】
前記バッテリパックは、複数のバッテリモジュールを相互接続することによって製造され、そのそれぞれが１つの単位モジュール、または所定数の単位モジュールを含む、請求項１８に記載のバッテリパック。
【請求項２１】
前記バッテリパックは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動バイクまたは電動補助動力自転車のための動力源として使用される、請求項１８に記載のバッテリパック。
【請求項２２】
前記バッテリモジュールの前記単位モジュールは、前記単位モジュールを直立にしながら、装置内に取り付けられる、請求項１８に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中型または大型のバッテリモジュールに関し、より詳しくは、各単位モジュールが、互いに電気的に接続された２つ以上のプレート形状の電池セルを含み、各電池セルは、電極端子がその対向面に形成された、複数のスタック型単位セルを含む中型または大型のバッテリモジュールに関し、バッテリモジュールは、溶接によって一対の単位モジュールの電極端子を接続し、検知部材を含む検知ユニットを溶接部に取り付け、単位モジュールを積み重ねるように溶接部を曲げ、そして単位セルをすべて積み重ねるまで上記の工程を繰り返して実施することによって製造される。
【背景技術】
【０００２】
最近、充電および放電ができる二次電池が、無線モバイル機器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）のための動力源としてかなり注目されており、それは、化石燃料を使用する現在のガソリン車およびディーゼル車によって引き起こされている大気汚染などの問題を解決するために開発されている。
【０００３】
小型モバイル機器は、それぞれの機器について１またはいくつかの電池セルを使用する。他方では、自動車などの中型または大型の装置は、互いに電気的に接続された複数の電池セルを含む中型または大型のバッテリモジュールを使用する、というのは、高出力および大容量が、中型または大型の装置に必要であるからである。
【０００４】
中型または大型のバッテリモジュールは、可能なら小型軽量で製造されることが好ましい。このために、高集積度で積み重ねることができ、容量に対する重量の比が小さいプリズムバッテリまたはポーチ形状のバッテリが、中型または大型のバッテリモジュールの電池セルとして通常使用される。特に、多くの関心がポーチ形状のバッテリに注がれており、それは、被覆部材としてアルミニウムの積層シートを使用している、というのは、ポーチ形状のバッテリの重量が軽く、ポーチ形状のバッテリの製造コストが低いからである。
【０００５】
図１は、従来の代表的なポーチ形状のバッテリを一般に示す斜視図である。図１に示すポーチ形状のバッテリ１０は、２つの電極リード１１および１２が、それぞれバッテリ本体１３の上側端部および下側端部から突き出て、さらに電極リード１１および１２は、互いに対向する構造で構築される。被覆部材１４は、上側および下側の被覆部品を含む。すなわち、被覆部材１４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１４の上側と下側の被覆部品の間に画定される受入部中に受け入れられる。被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の接触領域である対向面１４ａ、および上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃは、互いに接合され、それによって、ポーチ形状のバッテリ１０が製造される。被覆部材１４は、樹脂層／金属フィルム層／樹脂層の積層構造で構築される。したがって、被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の対向面１４ａ、および上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃを接合することが可能であり、それらは、その樹脂層を互いに対して溶接するために、熱および圧力を、被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の対向面１４ａ、および上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃに対して加えることによって、互いと互いに対して接触状態にある。状況によっては、被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の対向面１４ａ、および上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃは、接着剤を使用して互いに接合してもよい。被覆部材１４の対向面１４ａについては、被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の同じ樹脂層が、直接互いに対して接触し、それによって、被覆部材１４の対向面１４ａにおいて、溶接によって一様にシールすることできる。被覆部材１４の上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃについては、他方では、電極リード１１および１２が、それぞれ被覆部材１４の上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃから突き出ている。このために、被覆部材１４の上側と下側の被覆部品の上側端部１４ｂおよび下側端部１４ｃは、互いに対して熱的に溶接され、さらに、電極リード１１および１２の厚さおよび電極リード１１および１２と被覆部材１４の間の材料の差を考慮して、フィルム形状のシール部材１６を電極リード１１および１２と被覆部材１４の間に差し挟み、したがって被覆部材１４の密封性を増加する。
【０００６】
しかし、被覆部材１４は、機械的強度が低い。この問題を解決するために、カートリッジなどのパックケース中に電池セル（単位セル）を取り付けて、安定した構造を有するバッテリモジュールを製造する方法が提案されている。しかし、中型または大型のバッテリモジュールが搭載される装置または自動車は、搭載スペースが制限される。したがって、バッテリモジュールの寸法が、カートリッジなどのパックケースの使用のために大きくなったとき、空間利用度が低下する。また、その機械的強度が低いので、電池セルの充電および放電中に、電池が繰り返し膨張し収縮する。その結果、被覆部材の熱的に溶接された領域が容易に互いから剥がれる恐れがある。
【０００７】
また、バッテリモジュールが、互いに結合された複数の電池セルを含む構造体であるので、バッテリモジュールの安全性および動作効率が、電池セルのいくつかの中に過電圧、過電流やオーバーヒートが生じたとき、低下する。したがって、過電圧、過電流やオーバーヒートを検知するための検知ユニットが必要になる。具体的には、リアルタイムで、または所定の時間間隔で電池セルの動作を検知し制御するために、電圧センサまたは温度センサを電池セルに接続する。しかし、検知ユニットの取り付けまたは接続によって、バッテリモジュールの組み立て工程が複雑になる。さらに、検知ユニットの取り付けまたは接続のために必要になる複数の配線を設けることによって、短絡が生じる恐れがある。
【０００８】
さらに、中型または大型のバッテリモジュールが、複数の電池セル、またはそれぞれが所定数の電池セルを含む複数の単位モジュールを使用して構成されるとき、電池セル間または単位モジュール間で機械的結合および電気的接続のために複数の部材が必要になり、その結果、機械的結合部材および電気的接続部材を組み立てるための工程が非常に複雑になる。さらに、機械的結合部材および電気的接続部材を結合し溶接し、またははんだ付けするためのスペースが必要であり、その結果、システムの全体の寸法が増加する。システムの寸法の増加は、上記に述べた点から好ましくはない。したがって、さらにコンパクトで構造的に安定した中型または大型のバッテリモジュールが大いに必要である。
【０００９】
さらに、自動車などの装置では、振動および衝撃などの外力が装置に連続的に加わり、電気的接触領域の接触抵抗が増加して、危険な出力が生じ、短絡が発生する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明は、上記の問題およびまだ解決する必要がある他の技術的な問題を解決するためになされた。
【００１２】
具体的には、本発明の目的は、電池セルの重量および寸法を最小化し、さらに電池セルの低い機械的強度を効率的に強化し、電池セルの動作状態を検知することができる検知ユニットを安定して取り付けた中型または大型のバッテリモジュールを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、機械的結合および電気的接続のための複数の部材を使用せずに、簡単な組み立て工程によって製造され、それによって、中型または大型のバッテリモジュールは、製造コストが低くなり、中型または大型のバッテリモジュールの製造または動作中、短絡しない、または損傷を受けないように効果的に防止される、中型または大型のバッテリ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】
【００１４】
本発明の一態様によれば、各単位モジュールが互いに電気的に接続された２つ以上のプレート形状の電池セルを含み、各電池セルは、電極端子がその対向面に形成された、複数のスタック型単位セルを含む中型または大型のバッテリモジュールを設けることによって、上記および他の目的を達成することができ、このバッテリモジュールは、溶接によって一対の単位モジュールの電極端子を接続し、検知部材を含む検知ユニットを溶接部に取り付け、単位モジュールを積み重ねるように溶接部を曲げ、そして単位セルをすべて積み重ねるまで上記の工程を繰り返して実施することによって製造される。
【００１５】
プレート形状の電池セルは、厚さが薄く、幅および長さが比較的大きい二次電池であり、したがって、二次電池を積み重ねてバッテリモジュールを構築したとき、二次電池の全体寸法は最小化される。好ましい実施形態では、各プレート形状の電池セルは、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から製作された電池ケース中に取り付けられ、電極端子がその電池ケースの上側端部および下側端部から突き出る構造で構築された、二次電池である。具体的には、各電池セルは、電極アセンブリがアルミニウムの積層シートから製作されたポーチ形状の電池ケース中に取り付けられる構造で構築される。上記の構造を有する二次電池は、ポーチ形状の電池セルということがある。
【００１６】
ポーチ形状の電池セルのケースは、様々な構造で構築することができる。たとえば、ポーチ形状の電池セルのケースは、電極アセンブリが２ユニット部材の上側内面および／または下側内面の表面に形成された受け入れ部中に受け入れられ、上側および下側の接触領域がシールされる構造で構築することができる。上記に述べた構造のポーチ形状の電池セルは、ＰＣＴ国際出願第ＰＣＴ／ＫＲ２００４／００３３１２号に開示され、それは、本特許出願の出願人の名で出願されている。上記に述べた特許出願の開示は、あたかもここに完全に述べられたように、参照によってここに組み込まれるものとする。
【００１７】
電極アセンブリは、カソードおよびアノードを含み、それによって、バッテリの充電および放電が可能である。電極アセンブリは、カソードとアノードの間にセパレータをそれぞれ配置しながら、カソードおよびアノードを積み重ねる構造で構築することができる。たとえば、電極アセンブリは、ジェリーロール（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ）構造、スタック型構造または複合構造で構築することができる。電極アセンブリのカソードおよびアノードは、カソードの電極タップおよびアノードの電極タップがバッテリから直接外部へ突き出るように構築してもよい。あるいは、電極アセンブリのカソードおよびアノードは、カソードの電極タップおよびアノードの電極タップが追加のリードに接続され、そのリードがバッテリから外部へ突き出すように構築してもよい。
【００１８】
電池は、単位モジュールを構成するために、１つずつ、または２つ以上のまとまりで、金属またはプラスチックから製作された高強度の被覆部材によって覆われる。高強度の被覆部材は、電池セルの充放電中、電池セルの繰り返される膨張・収縮による変化を抑制し、さらに機械的強度が低い電池セルを保護し、それによって、電池セルのシール領域間の剥がれを防止する。
【００１９】
電池セルは、１つの単位モジュール中で互いに直列または並列に接続することができる、あるいは１つの単位モジュールの電池は、他の単位モジュールの電池セルと直列に、および／または並列に接続することができる。電池セルは、互いに直列に接続することが好ましい。
【００２０】
好ましい実施形態では、各単位モジュールは、２つの電池セルを含み、各単位モジュールは、電池セルの一辺側の電極端子（以下、「下側電極端子」という）を溶接し、下側電極端子を曲げて、その結果電池セルが、各単位モジュールを製造するために使用されるフレーム部材の対向表面と接触するようにし、電池セルを積み重ねながらフレーム部材上に電池セルを取り付け、金属の被覆部材によって積み重ねられた電池セルの外側表面を覆うことによって製造する。
【００２１】
好ましくは、電圧を検知する部材（電圧検知部材）が、下側電極端子の溶接部に接続され、さらに電圧検知部材は、フレーム部材中に取り付けられ、また電圧検知部材は、各単位モジュールの外部に接続されることである。本明細書では、検知ユニット中に含まれる検知部材は、「第１の検知部材」ということがあり、下側電極端子の溶接部に接続される電圧検知部材は、「第２の検知部材」ということがあり、それによって前者と後者を区別する。
【００２２】
単位モジュールの間の電極端子の接続領域（溶接部）（以下、「上側電極端子」という）に取り付けられた検知ユニットは、上記に述べたように第１の検知部材を含む。好ましくは、第１の検知部材が電圧測定に使用されることである。好ましくは、検知ユニットが、積み重ねられた単位モジュールの間に配置された、薄い六面体構造の絶縁ユニット本体と、ユニット本体中に取り付けられた第１の検知部材と、を含むことである。また、ユニット本体は、スリットを備え、その中に上側電極端子の溶接部が挿入され、第１の検知部材は、第１の検知部材の一方端がスリット中に延在し、第１の検知部材の他方端がユニット本体から突き出て接続部を構成する構造で構築され、したがって、電極端子の溶接部がスリット中に挿入されたとき、スリット中で接続することができる。したがって、検知ユニットは、バッテリモジュールの製造中にコンパクトなスタック構造を形成するように積み重ねられた２つの単位モジュールの間に配置される。
【００２３】
好ましい実施形態では、第１の検知部材の接続部は、スリットが形成された表面と同じ表面でユニット本体から突き出て、第１の検知部材の接続部は、単位モジュールの上側電極端子の溶接部をスリット中に挿入し、ユニット本体が単位モジュールの間に位置するように上側電極端子を曲げることによって、２つの隣接した単位モジュールの上側端部から突き出ている。したがって、単位モジュールの間の電気的接続領域に電圧測定用の検知部材を容易に取り付けることが可能である。また、検知部材の接続部は、積み重ねられた単位モジュールの上側端部から突き出て、したがって、検知部材の接続部と外部回路の間の接続は、極めて容易に行うことができる。
【００２４】
単位モジュールの下側端部に１つまたは複数の絶縁キャップ（下側端部キャップ）をさらに取り付けることができる。下側端部キャップは、それぞれの単位モジュール中の電池セルの下側電極端子（電気的に接続された下側電極端子）を外部から保護し、それによって、短絡が発生しないように防止する。特に、一体型下側端部キャップは、それが２つ以上の単位モジュールの下側端部に取り付けられたとき、単位モジュールの積み重ね状態を維持するように働くことができる。
【００２５】
下側端部キャップは、様々な方法で単位モジュールに取り付けることができる。たとえば、下側端部キャップは、別に成形されたボディとすることができ、それは、バッテリモジュールの組み立て工程中、あるいはバッテリモジュールの組み立てが終了した後、または、バッテリモジュールの組み立てが終了後にバッテリモジュールの下側端部を絶縁性の溶融樹脂中に浸し、次いで凝固させた後、単位モジュールの下側端部に取り付けられる。
【００２６】
状況によっては、目的および構造が下側端部キャップと同じであり、下側端部キャップと同じ方法で形成された１または複数の絶縁キャップ（上側端部キャップ）を単位モジュールの上側端部にさらに取り付けることができる。
【００２７】
好ましくは、各フレーム部材は、２つの電池セルがフレーム部材の両側に取り付けられる格子構造で構築され、各フレーム部材がその上側端部の中心部に貫通穴を備え、それを通して温度検知部材が電池セルの間に画定されたギャップ中に挿入され、および／または各フレーム部材がその上側端部の一方側に挿入穴を備え、その中に外部入出力端子が取り付けられることである。
【００２８】
単位モジュールの間の電気的接続は、他の単位モジュールの上側電極端子に電気的に接続されていない１つの単位モジュールの上側電極端子を隣接した単位モジュールの上側電極端子に溶接することによって行われる。したがって、最外部の単位モジュールを除く残された単位モジュールに外部入出力端子を取り付ける必要がない。しかし、各フレーム部材の上側端部の一方側に形成された挿入穴は、外部入出力端子がその挿入穴中に取り付けられないが、単位モジュールの積み重ね中、各単位モジュールの適切な積み重ね位置（方向）を確認するための表示器として働くことができる。
【００２９】
他方では、外部入出力端子は、バッテリモジュールの各最外部の単位モジュールにおいて挿入穴中に取り付けられ、各単位モジュールの対応する電極端子が、外部入出力端子に電気的に接続される。電気的接続は、様々な方法で行うことができる。好ましくは、外部入出力端子および対応する電極端子を電気的に接続するために使用されるバスバーが、各最外部の単位モジュールの上側端部に取り付けられ、さらに、各最外部の単位モジュールの外側電極端子が曲げられ、したがって各最外部の単位モジュールの外側電極端子が、バッテリモジュールの外側表面と緊密な接触状態にされる。
【００３０】
各フレーム部材は、各フレーム部材が固有の強度を有する絶縁性材料から製作される限り、特には限定されない。たとえば、各フレーム部材は、高成形性を有する熱可塑性樹脂から製作することができる。好ましい実施形態では、狭い開口部が、各高強度の被覆部材の一方側の上側端部および／または下側端部中に形成され、この開口部に対応する突起部が、各フレーム部材の一方側の上側端部および／または下側端部に形成される。したがって、突起部が開口部と緊密な接触状態にされ、さらに、単位モジュールの組み立てが終了した後で部分的に突起部を融解したとき、各フレーム部材と各金属被覆部材の間の結合力が増加する。
【００３１】
状況によっては、比較的広い開口部が狭い開口部に対向するように、各高強度の被覆部材の他方側の上側端部および下側端部中にその開口部を形成することができ、そして、各単位モジュールが広い開口部に対応する取り付け穴によって所定領域中に固定されるように、各フレーム部材の他方側の上側端部および／または下側端部に、その取り付け穴を形成することができる。具体的には、本発明によるバッテリモジュールを使用して、中型または大型のバッテリパックを構築するとき、バッテリパックが搭載される装置の特定の領域中に、バッテリモジュールを直立にしながら取り付けられるように、突起部が装置の内底部に一列に形成され、かつ突起部がフレーム部材の対応する穴中にはめ込まれるように、それぞれの単位モジュールが取り付けられ、それによって、バッテリパックを安定して搭載することができる。
【００３２】
コンパクトなバッテリモジュールを製造する際に考慮すべき事項は、電池セルの充放電中に電池セルから発生する熱を効率的に放熱することである。本発明のバッテリモジュールでは、バッテリモジュールのコンパクトな構造が達成されるために、高集積度で単位モジュールを積み重ねる必要がある。その結果として、電池セルからの熱の放散が十分でない恐れがある。したがって、好ましくは、各単位モジュールを構成する高強度の被覆部材の外側表面に、複数の突起部が外側に突き出ながら各単位モジュールの横方向に延在するように、その突起部を形成し、それによって、単位モジュールの積み重ね中に冷却液の流路が形成されることである。１つの単位モジュールの突起部は、単位モジュールの積み重ね中に隣接した単位モジュールの突起部と接触状態にされ、したがって、ギャップ、すなわち流路が対応する突起部の間に画定される。
【００３３】
本発明の他の態様によれば、バッテリモジュールを含む中型または大型のバッテリパックが提供される。
【００３４】
好ましい実施形態では、第１の検知部材の接続部、第２の検知部材の接続部および温度検知部材の接続部がバッテリモジュールの上側端部から突き出て、そしてバッテリモジュールの動作を制御するためのバッテリ管理システム（ＢＭＳ）がバッテリモジュールの上側端部に取り付けられる構造で、所望の出力および容量を提供するのに十分な単位モジュールを含むバッテリモジュールが構築される。したがって、それぞれの検知部材の接続部は、配線を使用することなく直接ＢＭＳに接続され、したがって、組み立て工程が簡単化され、複雑な配線によって短絡が生じる可能性を排除することが可能である。ＢＭＳは、様々な形で製造することができる。好ましくは、ＢＭＳは、プリント基板（ＰＣＢ）の形で製造される。この場合、それぞれの検知部材の接続部は、ＰＣＢのＢＭＳ中に形成された接続穴中に挿入され、次いではんだ付けされ、それによって、その間の電気的接続が行われる。
【００３５】
中型または大型のバッテリパックは、それぞれが１つの単位モジュールまたは所定数の単位モジュールを含む複数のバッテリモジュールを相互接続することによって、製造することができる。後者の場合、制限された搭載スペース中にバッテリパックを効率的に配置することが可能であり、いくつかのバッテリモジュールに異常があるとき、不良のバッテリモジュールを新しいものと容易に交換することが可能である。また、後者の場合、それぞれのバッテリモジュールに割り当てられたＢＭＳは、スレーブＢＭＳであり、したがって、スレーブＢＭＳを制御するメインＢＭＳをさらに含むことが可能である。
【００３６】
本発明による中型または大型のバッテリパックは、コンパクトな構造、構造安定性および簡単な配線構造を有する。したがって、好ましくは、このバッテリパックは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動バイクまたは電動補助動力自転車などの輸送装置のための動力源として使用され、それらは、搭載スペースが制限され、それに対して振動および衝撃などの外力が連続的に加えられ、その結果、装置の動作中に短絡が生じる可能性が極めて大きい。
【００３７】
さらに、バッテリパックを構成する各バッテリモジュールの単位モジュールは、単位モジュールを直立にしながら取り付けることができる。この場合、バッテリパックは、自動車など、制限された搭載スペース中に効率的に取り付けられ、それはさらに好ましい。
【００３８】
本発明の上記および他の目的、特徴および他の利点は、添付図面とともに提示する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】
【００３９】
【図１】従来の代表的なポーチ形状のバッテリを示す斜視図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による、バッテリモジュールを製造するために使用される単位モジュールを構築するために電気的に互いに接続された２つの電池セルを示す、その２つの電池セルの部分拡大図を含む、斜視図である。
【図３】図２に示した電池が取り付けられるフレーム部材を示す正面透視図である。
【図４】本発明によるバッテリモジュールを製造するために使用することができる例示の単位モジュールを示す平面図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図９】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図１０】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図１１】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図１２】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す斜視図である。
【図１４】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す斜視図である。
【図１５】本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールの下側端部の構造を示す斜視図である。
【図１６】本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの上側端部の構造を示す部分斜視図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの上側端部の構造を示す平面図である。
【図１８】本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの上側端部の構造を示す部分斜視図である。
【図１９】本発明の好ましい実施形態によるバッテリモジュールの上側端部の構造を示す全体斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
ここで、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲が例示された実施形態によって制限されないことに留意すべきである。
【００４１】
図２は、本発明の好ましい実施形態による、バッテリモジュールを製造するために使用される単位モジュールを構築するために電気的に互いに接続された２つの電池セルを一般に示す、その２つの電池セルの部分拡大図を含む、斜視図である。
【００４２】
図２を参照すると、電池１００は、カソード端子１１０およびアノード端子１２０がその両側の端部に位置し、電極アセンブリがポーチ形状の電池ケース１３０中に取り付けられる構造で構築される。
【００４３】
単位モジュールを構築するために、２つの電池セル１００および１０１が、電池セル１００のアノード端子１２０と電池セル１０１のカソード端子１１１を互いに溶接することによって、直列で互いに接続され、電極１２０および１１１は、電池セル１００および１０１の表面が互いに接触するように曲げられる。他方では、２つの電池セル１００および１０１を含む単位モジュールが積み重ね工程で隣接することになる隣接した単位モジュール（図示せず）の対応する電極端子に、電池セル１００のカソード端子および電池セル１０１のアノード端子１２１が溶接されるとき、電池セル１００のカソード端子および電池セル１０１のアノード端子１２１は、外側に曲げられる。
【００４４】
図３は、図２に示した電池セルが取り付けられるフレーム部材を示す正面透視図である。
【００４５】
図３を参照すると、フレーム部材２００は、形状が電池セル（図示せず）におおよそ対応する。フレーム部材２００は、電池セルの外側縁部のシール部（すなわち、電極アセンブリが対応する電池ケース中に取り付けられるとともに、電池ケースが熱的に溶接される領域）だけを支持し、さらに電池セルが互いに緊密に接触する格子構造で構築される。
【００４６】
フレーム部材２００の下側端部中に、スリット２１０が形成され、その中に電池セルの下側電極端子の曲げられた溶接部１４０（図２参照）が挿入される。フレーム部材２００の下側端部に、第２の検知部材３００が取り付けられ、それは、スリット２１０からフレーム部材２００の上側端部に向けてフレーム部材２００の辺に沿って延在する。したがって、スリット２１０中に挿入された電池セルの下側電極端子の溶接部が、リベットを使用してフレーム部材２００に固定されたとき、第２の検知部材３００の接続部３１０が、電極端子と接続される。他方、第２の検知部材３００の接続部３１０は、フレーム部材２００の上側端部から突き出て、したがって、第２の検知部材３００の接続部３１０とバッテリ管理システム（ＢＭＳ）の間の接続が、極めて容易に行うことができる。
【００４７】
フレーム部材２００の上側端部の中心部に、貫通穴２２０が形成され、その中に温度検知部材（図示せず）が挿入される。貫通穴２２０は、フレーム部材２００の縦方向に延在する。フレーム部材２００の上側端部の一方側に、挿入穴２３０が形成され、その中に外部入出力端子２４０が取り付けられる。外部入出力端子２４０は、バッテリモジュールを構築するとき、最外部の単位モジュール上に取り付けられる。しかし、たとえ外部入出力端子２４０が挿入穴２３０中に取り付けられなくても、挿入穴２３０は、バッテリモジュールの組み立て中、各単位モジュールの上側端部と下側端部を区別するための表示器として働く、というのは、挿入穴２３０は、フレーム部材２００の上側端部の一方側に偏って形成されるからである。
【００４８】
図４は、本発明によるバッテリモジュールを製造するために使用することができる例示の単位モジュールを一般に示す平面図である。
【００４９】
図４を参照すると、単位モジュール４００は、電池セル１００および１０１が図３に示したフレーム部材２００に取り付けられながら、図２に示した電池セル１００および１０１が金属被覆部材４１０によって覆われる構造で構築される。金属被覆部材４１０は、その一方側で開いた形に曲げられた金属プレートである。単位モジュール４００は、フレーム部材に取り付けられた一対の電池セルを金属被覆部材４１０中に取り付けながら、開いた側面部４１２を結合することによって製造される。その結合は、溶接、フックおよび結合穴の組合せを使用する機械的結合およびはんだ付けなどの様々な方法で実施することができる。
【００５０】
単位モジュール４００がバッテリモジュールの最外部の単位モジュールとして使用されるように、外部入出力端子２４０がフレーム部材２００の上側端部の挿入穴中に取り付けられたとき、外部入出力端子２４０と単位モジュール４００の上側電極端子４２０を電気的に接続するためのバスバー４３０が、単位モジュール４００の上側端部に取り付けられる。バスバー４３０は、上側電極端子４２０を覆うような構造で取り付けられ、その上側電極端子４２０は、単位モジュール４００の上側端部の外側表面に向けて曲げられる。したがって、バスバー４３０は、上側電極端子４２０の曲げられた状態を安定して維持するように、また外部入出力端子２４０と単位モジュール４００の上側電極端子４２０の間で電気的接続を果たすように働く。
【００５１】
単位モジュール４００の外側表面を形成する金属被覆部材４１０に、複数の突起部４１４が形成され、それは、外側に突き出ていながら単位モジュール４００の横方向に延在する。単位モジュール４００の突起部４１４は、単位モジュールの積み重ね中に隣接した単位モジュールの突起部と接触状態にされ、したがって流路が対応する突起部の間で画定される。
【００５２】
図５〜１４は、本発明の好ましい実施形態による中型または大型のバッテリモジュールを製造するための工程を示す側面図および斜視図である。
【００５３】
まず、図５を参照すると、単位モジュール４００および４０１の上側電極端子４２０および４２１が互いに接触しながら、２つの単位モジュール４００および４０１が互いに溶接され、次いで、２つの単位モジュール４００および４０１が互いに平行になるように、電極端子４２０および４２１が垂直に曲げられる。
【００５４】
図１５に示すように、それぞれの単位モジュール４００および４０１の下側端部に、キャップ（下側端部キャップ）５００が取り付けられる。下側端部キャップ５００は、下側電極端子が外部に曝されないように防止する。状況によっては、一体型キャップ５１０が複数の単位モジュール４００、４０１および４０２の下側端部に取り付けることができる。一体型下側端部キャップ５１０は、単位モジュール４００、４０１および４０２の積み重ね状態を維持するように働くこともできる。
【００５５】
図６を参照すると、電圧測定のための検知ユニットが、単位モジュールの電極端子の接続部に取り付けられる。検知ユニット６００の細部構造が図１６に示してある。図１６を参照すると、検知ユニット６００は、積み重ねられた単位モジュール４００と４０１の間に配置された、薄い六面体構造の絶縁ユニット本体６１０、およびユニット本体６１０中に取り付けられた第１の検知部材６２０を含む。
【００５６】
ユニット本体６１０は、スリット６３０を備え、その中に上側電極端子４４０の溶接部が挿入され、第１の検知部材６２０の接続部６４０が、スリット６３０が形成された表面と同じ表面でユニット本体６１０から突き出ている。
【００５７】
図７を参照すると、２つの単位モジュール４００と４０１の上側電極端子の溶接部は、スタック型構造を形成するために、やはり曲げられる。このとき、第１の検知部材６２０の接続部６４０は、それぞれの単位モジュール４００と４０１の上側端部から突き出ており、したがって第１の検知部材６２０の接続部６４０とＢＭＳなどの外部回路の間の接続が極めて容易に行うことができる。
【００５８】
図８〜１０を参照すると、上側電極端子を溶接するための工程（図８）、検知ユニットを取り付けるための工程（図９）、および上側電極端子の溶接部を曲げるための工程（図１０）が、図５〜７に示した方法と同じ方法で実施される。その結果、単位モジュール４０１および４０２をスタック型構造で配置しながら、他の単位モジュール４０２を単位モジュール４０１に電気的に接続する。
【００５９】
図１０を参照すると、全部で５つの接続部が、上記に述べた工程によって組み立てられた３つの単位モジュール４００、４０１および４０２から突き出ている。それらの中の２つが、単位モジュール４００、４０１および４０２の間に取り付けられた検知ユニット６０１および６０２の接続部６４０および６４１である。残された３つは、それぞれの単位モジュール４００、４０１および４０２のフレーム部材に取り付けられた第２の接続部材（図示せず）の接続部３１０、３１１および３１２である。
【００６０】
上記に述べた工程によって組み立てられた全部で４つの単位モジュールの構造は、図１１および１２に示す。
【００６１】
図１１を参照すると、単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３の電極端子が互いに直列に接続されながら、４つの単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３が積み重ねられる。最外部の単位モジュール４００および４０３に、外部入出力端子２４０および２４２が取り付けられる。状況によっては、上側端部キャップ５２０が、図１２に示すように、それぞれの単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３にさらに取り付けることができる。
【００６２】
図１３は、組み立て工程が終了した後のバッテリモジュールを一般に示す斜視図であり、図１４は、ＢＭＳが取り付けられるバッテリモジュールを一般に示す斜視図である。
【００６３】
図１３を参照すると、４つの単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３は、それぞれ２つの電池セルがそこに取り付けられる。したがって、バッテリモジュールは、全部で８個の電池セルを有する。これらの電池セルは、互いに直列に電気的に接続される。１つがカソードであり、１つがアノードである外部入出力端子２４０および２４２が、最外部の単位モジュール４００および４０３に取り付けられる。また、単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３の間の上側電極端子の溶接部に取り付けられた検知ユニットから突き出た３つの接続部６４０、６４１および６４２、ならびにそれぞれの単位モジュール中に取り付けられた２つの電池セルの間の下側電極端子の溶接部に接続された第２の接続部材から突き出ている４つの接続部３１０、３１１、３１２および３１３が、バッテリモジュール７００の上側端部から突き出ている。
【００６４】
図１４を参照すると、ＢＭＳのプリント基板（ＰＣＢ）７１０が単位モジュール４００、４０１、４０２および４０３の上側端部に取り付けられる。それぞれの接続部６４０、６４１、６４２、３１０、３１１、３１２および３１３が、ＢＭＳのＰＣＢ７１０に接続される。
【００６５】
図１７〜１９は、図１３の工程で終了する組み立て工程を実施することによって構築されたバッテリモジュールの上側端部構造をそれぞれ示す部分斜視図、平面図および全体斜視図である。理解する際の便宜のため、バスバーが外部入出力端子に取り付けられていない状態で、バッテリモジュールが図１８および１９に示してある。
【００６６】
まず図１７を参照すると、外部入出力端子２４０および２４２は、それぞれ最外部の単位モジュール４００および４０３に取り付けられる。外部入出力端子２４０および２４２は、単位モジュール４００および４０３の上側端部に取り付けられたバスバー４３０を介して上側電極端子４４０および４４３と電気的に接続される。最外部の単位モジュール４００および４０３の外側の上側電極端子４４０および４４３は、上側電極端子４４０および４４３が単位モジュール４００および４０３の外側表面と緊密な接触状態にされるように、曲げられる。バスバー４３０は、バスバー４３０が曲げられた領域を覆うように、単位モジュール４００および４０３の上側端部に取り付けられる。外部入出力端子２４０および２４２は、単位モジュール４００および４０３のフレーム部材２００の一方側の上側端部に形成された挿入穴２３０中に挿入されて固定される。
【００６７】
図１８を参照すると、狭い開口部４１６が、単位モジュール４００の外側表面を構成する金属被覆部材４１０の一方側の上側端部中に形成される。フレーム部材２００の一方側の上側端部に、開口部４１６に対応する突起部２５０が形成される。したがって、フレーム部材２００の突起部２５０が金属被覆部材４１０の開口部４１６と緊密な接触状態にされ、さらに、単位モジュールの組み立てが終了後にフレーム部材２００の突起部２５０を部分的に溶融したとき、フレーム部材２００と金属被覆部材４１０の間の結合力が増加する。
【００６８】
図１９を参照すると、金属被覆部材４１０の他方側の上側端部および下側端部中に、比較的広い開口部４１８が形成される。単位モジュールが取り付け穴２６０によって所定の領域中に固定されるように、フレーム部材２００の他方側の上側端部および下側端部に、開口部４１８に対応する取り付け穴２６０が形成される。
【００６９】
図１７に戻って参照すると、接続部３１０は、対応する第２の検知部材から延在しながら各フレーム部材２００の上側端部の一辺から突き出ている。各単位モジュール中の２つの電池セルの温度を測定するための温度検知部材（図示せず）を貫通穴２２０中に挿入するように、各フレーム部材２００の上側端部の中心部に、貫通穴２２０が形成される。
【００７０】
また、接続部６４０も検知ユニット６００から突き出て、その中に単位モジュール４００および４０１の間に上側電極端子の溶接部が挿入される。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態が例示する目的で開示されたが、当業者は、添付のクレーム中に開示されたような本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、様々な修正、追加および置換が可能であることを理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
上記の説明から明らかなように、本発明は、電池セルの低機械的強度を効率的に強化しながら電池セルの重量および寸法を最小化し、かつ電池セルの動作状態を検知することができる検知ユニットを中型または大型のバッテリモジュールに容易に取り付けられる効果を有する。さらに、本発明は、機械的結合および電気的接続のための複数の部材を使用せずに簡単な組み立て工程によって、バッテリモジュールを製造する効果を有し、それによって、バッテリモジュールの製造コストを減少し、かつバッテリモジュールの製造または動作中、バッテリモジュールが短絡しないように、または損傷を受けないように効果的に防止する。さらに、本発明は、単位ボディとしてバッテリモジュールを使用して、所望の出力および容量を有する中型または大型のバッテリパックを容易に製造する効果を有する。
【符号の説明】
【００７３】
１０    バッテリ
１１    電極リード
１２    電極リード
１３    バッテリ本体
１４    被覆部材
１４ａ    対向面
１４ｂ    上側端部
１４ｃ    下側端部
１００    電池セル
１０１    電池
１１０    カソード端子
１１１    カソード端子
１２０    アノード端子
１２１    アノード端子
１３０    ポーチ形状の電池ケース
１４０    溶接部
２００    フレーム部材
２１０    スリット
２２０    貫通穴
２３０    挿入穴
２４０    外部入出力端子
２４２    外部入出力端子
２６０    取り付け穴
３００    第２の検知部材
３１０    接続部
３１１    接続部
３１２    接続部
３１３    接続部
４００    単位モジュール
４０１    単位モジュール
４０２    単位モジュール
４０３    単位モジュール
４１０    金属被覆部材
４１２    開いた側面部
４１４    複数の突起部
４１６    狭い開口部
４１８    比較的広い開口部
４２０    上側電極端子
４２１    上側電極端子
４３０    バスバー
４４０    上側電極端子
４４３    上側電極端子
５００    下側端部キャップ
５１０    一体型下側端部キャップ
５２０    上側端部キャップ
６００    検知ユニット
６０１    検知ユニット
６０２    検知ユニット
６１０    絶縁ユニット本体
６２０    第１の検知部材
６３０    スリット
６４０    接続部
６４１    接続部
６４２    接続部
７００    バッテリモジュール
７１０    ＢＭＳプリント基板（ＰＣＢ）
【図１】
2009537944.tif 000003
【図２】
2009537944.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2009537944.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2009537944.tif 000020
【図１９】
2009537944.tif 000021
【国際調査報告】
2009537944.tif 000022
2009537944.tif 000023