(57)【要約】  互いに電気的に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む、電池セルスタックと、電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に外部入出力端子を備える、第１のモジュールケースと、第１のモジュールケースに結合され、電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、電池セルスタックの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、第２のモジュールケースと、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられた検知部材と、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられ、一方、電池モジュールの動作を監視し制御するために検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）とを含む、中型または大型電池モジュールが本明細書に開示される。
2009529217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む、電池セルスタックと、
前記電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ前記電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に外部入出力端子を備える、第１のモジュールケースと、
前記第１のモジュールケースに結合され、前記電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ前記電池セルスタックの前記上端部および前記下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、前記電池セルスタックの電極端子を前記外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、第２のモジュールケースと、
前記第１のモジュールケースまたは前記第２のモジュールケースに取り付けられた検知部材と、
前記第１のモジュールケースまたは前記第２のモジュールケースに取り付けられ、一方、前記電池モジュールの動作を監視し制御するために前記検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）と、
を含む、中型または大型電池モジュール。
【請求項２】
（ａ）互いに直列に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む、電池セルスタックと、
（ｂ）前記電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ前記電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に外部入出力端子を備える、上側ケースと、
（ｃ）前記上側ケースに結合され、前記電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ前記電池セルスタックの前記上端部および前記下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、前記電池セルスタックの電極端子を前記外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、下側ケースと、
（ｄ）前記下側ケースの前記前方部および後方部上に画定されたスペース中に取り付けられた検知部、および前記検知部を相互接続するための導電部を含む、検知部材と、
（ｅ）前記電池セルの前記電極端子と前記バスバーとの間の接続部を外部から保護するために前記下側ケースの前記前方部に取り付けられ、絶縁性材料から作られる、前方カバーと、
（ｆ）前記下側ケースの前記後方部に取り付けられ、一方、前記電池モジュールの動作を監視し制御するために前記検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）と、
を含む、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電池セルスタックは、その上端部および下端部に形成された電極端子を有するプレート状の電池セルをそれぞれが含む、複数の単位モジュールを含み、
各単位モジュールは、前記電池セルの前記電極端子が互いに直列に接続され、かつ１対の高強度セルカバーが互いに結合されたとき、前記電池セルが積層され、前記１対の高強度セルカバーが、前記電池セルの前記電極端子を除いて前記電池セルの外面を囲繞するように、前記電極端子の接続部が曲げられる積層構造で構築された２以上の前記電池セルを含む、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記上側ケースおよび前記下側ケースは、前記電池セルまたは前記単位モジュールの縁が挿入される複数の取り付け用溝を、それらの内側に備える、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記セルカバーは、前記単位モジュールを容易に固定するために、その上端部および下端部に隣接する外面に、所定のサイズの段差を備え、前記セルカバーは、前記単位モジュールを容易に固定するために、その両辺に隣接する外面に、所定のサイズの段差を備え、前記上側ケースおよび前記下側ケースの前記取り付け用溝は、前記段差に対応する構造で構築される、請求項３または４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記下側ケースは、その前方部および後方部の内部に、前記電極端子接続部が挿入される複数の固定用溝を備える、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記下側ケースは、その前方部に、前記電池セルスタックの最外部の電極端子が貫通して挿入される１対のスリットを備える、請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記電池セルスタックの前記最外部の電極端子は、前記スリットを通して挿入され、次いで、前記最外部の電極端子が、前記下側ケースの前記前方部に配置された前記バスバーに接続されるように曲げられる、請求項７に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記上側ケースおよび前記下側ケースが互いに結合されたとき、前記上側ケースの前記前方部に設けられた前記外部入出力端子が前記バスバーのくぼみ中に挿入されるように、各バスバーの上端部が、前記くぼみの形状に形成される、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記外部入出力端子の少なくとも１つに取り付けられ、前記前方カバーの前記上端部を固定し、電気的接続のために必要な電力ケーブルの接続に役立つための導電部材をさらに含む、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記前方カバーは、組み立て結合する方法で前記下側ケースに結合される、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記前方カバーは、電力ケーブルを固定するための穴を備える、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記下側ケースは、前記下側ケースが外部機器に固定されるように、前記下側ケースから突出し、その中央部に貫通穴を有する結合部を、その前方部および／または後方部の下端部に備える、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記下側ケースの前記前方部または前記後方部の前記下端部に形成された前記結合部は、１対の突出結合部の１つが他方の突出結合部の厚みに相当する高さだけ他方の突出結合部より高くなるように構築された前記１対の突出結合部を含む、請求項１３に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記下側ケースは、その後方部に、前記ＢＭＳがその中に収容される、突出したＢＭＳ収容部を備える、請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
前記電池セルスタックの前記電池セルまたは前記単位モジュールに取り付けられ、前記ＢＭＳに接続されたサーミスタをさらに含む、請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１７】
前記ＢＭＳ収容部は、サーミスタコネクタおよび通信コネクタを備える、請求項１５に記載の電池モジュール。
【請求項１８】
単位体として請求項１に記載の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システム。
【請求項１９】
前記電池システムは、電気自動車またはハイブリッド車の電源として使用される、請求項１８に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中型または大型電池モジュールに関し、より詳しくは、互いに電気的に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む電池セルスタック電池セルスタックと、電池セルスタックの一方の側端部全体を囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に外部入出力端子を備える、第１のモジュールケースと、第１のモジュールケースに結合され、電池セルスタックの他方の側端部全体を囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、電池セルスタックの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、第２のモジュールケースと、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられた検知部材と、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられ、一方、電池モジュールの動作を監視し制御するために検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）とを含む、中型または大型電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充電および放電することができる二次電池が、無線携帯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車（ＨＥＶ）のエネルギー源としてかなり注目を集めており、それらは、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】
小規模な携帯機器では、それぞれの機器に１つまたはいくつかの小規模な電池セルが使用される。他方では、自動車など、中型または大型機器では、互いに電気的に接続された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が使用される。というのは、中型または大型機器には、高出力および大容量が必要であるからである。
【０００４】
中型または大型電池モジュールは、可能なら小型軽量化して製造することが好ましい。このため、高集積度で積層し容量に対する重量の比を小さくすることができるプリズム電池または袋状電池が、通常中型または大型電池モジュールの電池セルとして使用される。特に、被覆部材としてアルミの積層シートが使用される袋状電池に、現在多くの関心が生じており、というのは、袋状電池の重量が軽く、袋状電池の製造コストが低いからである。
【０００５】
図１は、従来の代表的な袋状電池を典型的に示す斜視図である。図１に示す袋状電池１００は、２つの電極リード１１０および１２０が電池本体１３０の上端部および下端部からそれぞれ突出し、さらに電極リード１１０および１２０が互いに反対向きの構造で構築される。被覆部材１４０は、上側および下側の被覆部を含む。すなわち、被覆部材１４０は、２単位の部材である。電極アセンブリ（図示せず）は、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の間に画定された収容部中に収容される。両辺１４０ａ、上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃは、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の接触領域であり、互いに接着され、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／金属膜層／樹脂層の積層構造で構築される。したがって、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の両辺１４０ａ、上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃへ熱および圧力を加えてその樹脂層を互いに溶接することによって、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の両辺１４０ａ、上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃを互いに接着し、それらが互いに接触するようにすることが可能である。状況に応じて、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の両辺１４０ａ、上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃは、接着剤を使用して互いに接着してもよい。被覆部材１４０の両辺１４０ａについては、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部と同じ樹脂層が互いに直接接触し、それによって、被覆部材１４０の両辺１４０ａにおいて一様な密閉が溶接によって得られる。一方、被覆部材１４０の上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃについては、電極リード１１０、１２０が、被覆部材１４０の上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃからそれぞれ突出している。このため、被覆部材１４０の上側および下側の被覆部の上端部１４０ｂおよび下端部１４０ｃは、互いに熱的に溶接され、さらに、電極リード１１０、１２０の厚みおよび電極リード１１０、１２０と被覆部材１４０の間の材料の差を考慮して、被覆部材１４０の密閉性を増すために、膜状のシール部材１６０が、電極リード１１０、１２０と被覆部材１４０の間に置かれる。
【０００６】
しかし、被覆部材１４０の機械的強度は、低い。この問題を解決するために、カートリッジなどの収納容器内に電池セル（単位セル）を取り付けて、安定した構造の電池モジュールを製造する方法が提案されている。しかし、中型または大型電池モジュールが搭載される機器または車両は、搭載スペースが限定されている。したがって、電池モジュールのサイズが、カートリッジなどの収納容器の使用によって大きくなると、空間の利用率が低くなる。また、機械的強度が低いことによって、電池セルは、電池セルの充電および放電中に、膨張および収縮を繰り返す。その結果、被覆部材の熱溶接された領域が互いから簡単に剥がれる恐れがある。
【０００７】
また、中型または大型電池モジュールを、複数の電池セル、または所定の数の電池セルをそれぞれが含む複数の単位モジュールを使用して構築するとき、電池セルまたは単位モジュールの間の機械的な結合および電気接続のための複数の部材が必要であり、機械的結合および電気的接続用の部材を組み立てるための処理が非常に複雑になる。さらに、機械的結合および電気的接続用の部材を結合、溶接またははんだ付けするためのスペースが必要になり、その結果、システム全体のサイズが大きくなる。システムのサイズの増加は、中型または大型電池モジュールがその中に取り付けられる装置または機器の空間が制限されることを考慮すると、好ましいことではない。
【０００８】
これに関連して、簡単化された組み立て工程によって製造される、いくつかの中型または大型電池モジュールが提案されている。たとえば特許文献１に、電池セルが個々に取り付けられるセンタフレームと、センタフレームの上端部および下端部にそれぞれが結合される端子側フレームおよび底側フレームとを含み、電池セルがセンタフレームに取り付けられる、電池モジュールが開示されている。この開示された電池モジュールは、電池モジュールの組み立てが容易であるという利点がある。しかし、電池セルの中央部の部品だけがセンタフレームに固定され、その結果、電池セルの繰り返される充電および放電中、電池セルの収縮および膨張を抑制することが困難になり、それゆえ、電池セルを変更しないと、袋状電池セルの使用が限定される。なお、電池セル間の電気的接続を行うために、電池セルの電極端子を回路基板に接続するための処理が必要である。さらに、電池モジュールサイズは、センタフレームを設けるため、大きくなることが避けられない。
【０００９】
また、特許文献２に、プリズム電池セルスタックが上側容器、下側容器および１対の端部プレートに固定される構造で構築される電池モジュールが、開示されている。しかし、開示された電池モジュールは、電池セルが互いに密に接触しながら固定され、その結果、熱放散が容易には得られず、電池モジュール中での袋状電池セルの使用が構造的に困難になり、端部プレートを相互接続するための追加の部材が必要になるという、いくつかの問題がある。
【００１０】
また、電池モジュールは、互いに組み合わされる複数の電池セルからなる構造体であるので、ある電池セルで過電圧、過電流およびオーバーヒートが起きたとき、電池モジュールの安全性および動作効率は低くなる。したがって、過電圧、過電流およびオーバーヒートを検知するための検知ユニットが必要である。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、電圧および温度のセンサが電池セルに接続される。しかし、検知ユニットの取り付けまたは接続は、電池モジュールの組み立て工程を複雑にする。なお、検知ユニットの取り付けまたは接続に必要な複数の配線を設けることによって、短絡が起きる恐れがある。
【００１１】
したがって、上記に述べたように、小型で構造的に安定であり、さらに簡単な構造で検知ユニットをそこに取り付けることが可能な中型または大型電池モジュールが、大いに必要である。
【特許文献１】特開２００５−２０９３６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１２３７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明は、上記の問題、およびさらに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。
【００１３】
具体的には、本発明の目的は、検知ユニットがそれに容易に取り付けられ、電池セルの低い機械的強度を効果的に補強しながら電池セルの重量およびサイズを最小にし、電池セルの動作状態を検知することが可能な中型または大型電池モジュールを提供することである。
【００１４】
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に複数の部材を使用することなく、簡単な組み立て工程によって製造され、それによって製造コストが下げられ、かつ、中型または大型電池モジュールの製造または動作中に、短絡または損傷を受けることが効果的に防止される、中型または大型電池モジュールを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、所望の出力および容量を有する中型または大型電池モジュールを単位体として、その中型または大型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システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの態様によれば、互いに電気的に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む電池セルスタックと、電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に外部入出力端子を備える、第１のモジュールケースと、第１のモジュールケースに結合され、電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、電池セルスタックの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、第２のモジュールケースと、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられた検知部材と、第１のモジュールケースまたは第２のモジュールケースに取り付けられ、一方、電池モジュールの動作を監視し制御するために検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）とを含む中型または大型電池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る。
【００１７】
本発明による中型または大型電池モジュールでは、電池セルスタックは、第１および第２のモジュールケースに固定され、検知部材およびＢＭＳは、それらモジュールケース上に取り付けられる。したがって、電池モジュールを組み立てるための処理は、簡単であり、電池モジュールは、簡単な小型の構造で構築される。
【００１８】
好ましい実施形態では、中型または大型電池モジュールは、
（ａ）互いに直列に接続され横方向に直立にされた複数の電池セルまたは単位モジュールを含む、電池セルスタックと、
（ｂ）電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、外部入出力端子をその前方部に備える、上側ケースと、
（ｃ）上側ケースに結合され、電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、その前方部に、電池セルスタックの電極端子を外部入出力端子に接続するためのバスバーを備える、下側ケースと、
（ｄ）下側ケースの前方部および後方部上に画定されたスペース中に取り付けられた検知部、および検知部を相互接続するための導電部を含む検知部材と、
（ｅ）電池セルの電極端子とバスバーの間の接続部を外部から保護するために下側ケースの前方部に取り付けられ、絶縁性材料から作られる、前方カバーと、
（ｆ）下側ケースの後方部に取り付けられ、一方、電池モジュールの動作を監視し制御するために検知部材に接続された、電池管理システム（ＢＭＳ）と、
を含む。
【００１９】
上記に述べたように、電池セルスタックは、複数の電池セルまたは単位モジュールが横方向で直立にされるような方法でケース中に取り付けられる。本明細書では、電池セルまたは単位モジュールの電極端子が突出している、電池セルまたは単位モジュールの領域は、前方および後方の方向として定義され、電池セルまたは単位モジュールの反対側の縁は、横方向として定義される。したがって、電池セルスタックは、電池セルまたは単位モジュールの辺の縁の１つが、グラウンドに対して直立にされ、一方、電池セルまたは単位モジュールの電極端子が電池モジュールの前方および後方の方向に向けられるように、電池セルまたは単位モジュールが直立にされる構造で構築される。
【００２０】
好ましくは、電池セルスタックは、その上端部および下端部に形成された電極端子を有するプレート状の電池セルをそれぞれが含む、複数の単位モジュールを含むことである。各単位モジュールは、電池セルの電極端子が互いに直列に接続され、かつ１対の高強度のセルカバーが互いに結合されたとき、電池セルが積層され、１対の高強度のセルカバーが、電池セルの電極端子を除いて電池セルの外面を囲繞するように、電極端子の接続部が曲げられる積層構造で構築された２以上の電池セルを含む。
【００２１】
プレート状の電池セルは、厚さが小さ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の全サイズは、二次電池が積層されて電池モジュールを構築したとき、最小になる。好ましい実施形態では、各プレート状の電池セルは、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作られた電池ケース中に取り付けられ、電極端子が、電池ケースの上端部および下端部から突出す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、アルミの積層シートから作られた袋状の電池ケース中に取り付けられる構造で構築される。以下では、上記に述べたように構築された二次電池は、袋状電池セルと言う。
【００２２】
袋状電池セルの場合は、様々な構造で構築することができる。たとえば、袋状電池の場合は、電極アセンブリが、２単位の部材の上側の内面および／または下側の内面に形成された収容部中に収容され、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。
【００２３】
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、電池の充電および放電が可能になる。電極アセンブリは、カソードおよびアノードが積層され、さらにセパレータがカソードおよびアノードの間にそれぞれ配置され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、ジェリーロール型の構造、積み重ね型の構造、または積み重ね／折り畳み型の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、電池から外側に直接突出するように、構築することができる。代替として、電極アセンブリのアノードおよびカソードは、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、そのリードは、電池から外側に突出するように、構築することができる。
【００２４】
電池セルは、１つずつまたは２つずつ、合成樹脂または金属から作られた高強度のセルカバーによって囲繞して、単位モジュールを構成する。高強度のセルカバーは、電池セルの充電および放電中、繰り返される電池セルの膨張および収縮を抑制し、一方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離を防止する。それゆえに、安全性がさらに向上した中型または大型電池モジュールを製造することができる。
【００２５】
電池セルは、１つの単位モジュール内で互いに直列および／または並列に接続され、または１つの単位モジュールの電池セルは、他の単位モジュールの電池セルと直列および／または並列に接続される。上記に述べたように好ましい実施形態では、複数の単位モジュールは、電池セルの電極端子を互いに結合し、さらに電池セルの電極端子が、連続的に互いに隣接するように電池セルを縦方向に直列に配列し、電池セルが互いに密に接触しながら積層されるように２個以上で電池セルを折り曲げ、セルカバーによって所定の数だけ積層された電池セルを囲繞することによって、製造される。
【００２６】
電極端子間の結合は、溶接、はんだ付け、および機械的結合など、様々な方法で行うことができる。好ましくは、電極端子間の結合は、溶接によって行うことである。
【００２７】
電池セルが高密度で積層され、さらに電池セルの電極端子が互いに接続される電池セルスタックは、分解型の結合構造で互いに結合される分離可能な上側および下側ケース中に、垂直に取り付けられる。
【００２８】
好ましくは、電池セルスタックが上側および下側ケース中に取り付けられた後、上側および下側ケースが互いに結合されたとき、電池セルスタックの縁を囲繞し、電池セルスタックの熱放散が容易に行えるように電池セルスタックの外面を外部に露出した構造で、上側および下側ケースが構築されることである。したがって、上記に述べたように、上側ケースは、電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築され、下側ケースは、電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築される。
【００２９】
好ましい実施形態では、上側および下側ケースは、電池セルまたは単位モジュールの縁が挿入される複数の取り付け用溝をそれらの内側に備える。
【００３０】
電池セルスタックが複数の単位モジュールを含むとき、単位モジュールのセルカバーは、単位モジュールを容易に固定するための所定のサイズの段差を、その上端部および下端部に隣接した外面に備え、セルカバーは、単位モジュールを容易に固定するための所定のサイズの段差を、その向かい合う辺に隣接した外面に備え、したがって電池セルスタックは、ケースに安定して取り付けられ、単位モジュールは、互いに密に接触しながら積層され、それによって、電池セルスタックの全体のサイズが減少される。上側および下側ケースの取り付け用溝は、段差に対応した構造で構築される。
【００３１】
その結果、単位モジュールの縁に隣接して形成された段差は、上側および下側ケースの取り付け用溝中に挿入され、それによって、たとえ単位モジュールの縁だけがケースに固定されたとしても、非常に安定した結合構造が形成される。
【００３２】
好ましくは、下側ケースは、電池セルの電極端子の接続部が挿入される複数の固定用溝を、その前方部および後方部の内部に備えることである。したがって、電池セルスタックが前方および後方に動かないように防止し、隣接する電極端子接続部間に安定した絶縁を維持することが可能になる。
【００３３】
好ましくは、下側ケースは、電池セルスタックの最外部の電極端子がそれを貫通して挿入される１対のスリットを、その前方部に備えることである。電池セルスタックが下側ケースに取り付けられたとき、電池セルスタックの最外部の電極端子は、そのスリットを通して露出され、次いで、電池セルスタックの最外部の電極端子が下側ケースの前方部と密な接触状態になるように、曲げられる。その結果、電池セルスタックの最外部の電極端子は、下側ケースの前方部に配置されたバスバーに、より容易に接続される。
【００３４】
状況に応じて、前方カバーの上端部を固定し、電気的接続に必要な電力ケーブルの接続に役立つように、外部入出力端子の少なくとも１つに、導電部材をさらに取り付けてもよい。各導電部材は、弾性的に電力ケーブルを囲繞するための湾曲部を含んでもよい。なお、前方カバーは、電力ケーブルを固定するための穴を備えてもよい。絶縁用結合部材が電力ケーブルの一部と結合するように、絶縁用結合部材は、対応する固定用穴を貫通して挿入される。
【００３５】
好ましくは、前方カバーは、組み立て結合する方法で下側ケースに結合されることである。
【００３６】
上側および下側ケースは、電池セルスタックを上側および下側ケースの１つ（たとえば、下側ケース）に取り付け、他のケース（たとえば、上側ケース）を、電池セルスタックが取り付けられるフレーム部材に結合することによって、互いに結合される。上側および下側ケースの間の結合は、様々な方法で行うことができる。たとえば、ケースの両辺に形成されたねじ付きの溝中に、ねじを挿入して螺合してもよい。あるいは、ケースの１つにフックを形成し、そのフックに対応する結合用穴を他のケース中に形成し、それによって、追加の結合用部材を使用することなく、上側および下側ケースの間の結合を行ってもよい。
【００３７】
好ましくは、下側ケースは、その前方部および／または後方部の下端部に、下側ケースが外部機器に固定されるように、下側ケースから突出し、その中央部に貫通穴を有した結合部を備えることである。
【００３８】
より好ましくは、下側ケースの前方部または後方部の下端部に形成された結合部は、１対の突出結合部の１つが他の突出結合部の厚みに相当する分だけ他の突出結合部より高いように構築された１対の突出結合部を含むことである。その結果、中型または大型電池システムを、複数の電池モジュールを使用して製造したとき、電池モジュール間の結合を容易に行い、小型の構造で電池システムを構築することが可能である。
【００３９】
一方、複数の電池セルを含む電池モジュールでは、電池モジュールの安全性および動作効率を考慮すると、電池セルの電圧および温度を測定し制御することが必要である。特に、個々の電池セルまたは電池セルの個々の電気的接続領域の電圧を測定することが必要である。このため、電池セルの電圧または温度の測定のための検知部材の取り付けが、電池モジュールの構築をさらに複雑にする主な要因の１つになる。
【００４０】
上記に述べた問題は、本発明による電池セルの電圧および／または温度を検知するためにケースの１つ、すなわち上側ケースまたは下側ケースに沿って取り付けられる検知部材を設けることによって、解決することができる。具体的には、上記に述べたように、検知部材は、下側ケースの前方部および後方部上に画定されたスペース中に取り付けられる検知部と、検知部を相互接続するための導電部とを含む。検知部は、電圧検知部材および／または温度検知部材としてもよい。
【００４１】
好ましい実施形態では、電圧検知部材の検知部は、下側ケースの前方部および後方部中に取り付けられる。下側ケースの後方部中に取り付けられた検知部は、下側ケースの後方部に取り付けられたＢＭＳに直接取り付け、下側ケースの前方部中に取り付けられた検知部は、下側ケースの底に取り付けられた導電部を介してＢＭＳに取り付けることができる。
【００４２】
他の好ましい実施形態では、検知部材は、電池セルスタックの電池セルまたは単位モジュールに取り付けられたサーミスタを含む。サーミスタは、ＢＭＳに接続される。
【００４３】
一方、下側ケースは、その後方部に、ＢＭＳがそこで一体に組み立てられ、好ましくはＢＭＳが収容される、突出したＢＭＳ収容部を備えることができる。ＢＭＳ収容部は、サーミスタコネクタおよび通信コネクタを備えることができる。
【００４４】
中型または大型電池システムを構築するために複数の電池モジュールを使用したとき、上記に述べたように、それぞれの電池モジュールに取り付けられたＢＭＳは、「スレーブＢＭＳ」であると言うことができる。
【００４５】
本発明による中型または大型電池モジュールは、コンパクトな構造で構築され、中型または大型電池モジュールの機械的結合および電気的接続は、複数の部材を使用することなく、安定して行える。また、所定の数の電池セル、たとえば４、６、８または１０個の電池セルを使用して電池モジュールを構築し、それによって限定されたスペース内に必要な数の電池モジュールを効率良く取り付けることが可能である。
【００４６】
本発明の他の態様によれば、高出力および大容量を有し、複数の電池モジュールを接続することによって構築される、中型または大型電池システムが提供される。
【００４７】
本発明による中型または大型電池システムは、所望の出力および容量に基づき、単位モジュールを組み合わせて製造することができる。本発明による電池システムは、電気自動車、ハイブリッド車、電動バイク、電気自転車など、搭載スペースが限定され、頻繁な振動および強力な衝撃に曝される電力を使用するすべての種類の機器において、電池システムの搭載効率および構造安定性を考慮すると、使用することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明の上記および他の目的、特徴、および他の利点は、添付図面と併せて行う以下の詳細な説明から、よりはっきりと理解されるはずである。
【００４９】
さて、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、本発明の範囲は、これらの示された実施形態によっては限定されないことに留意すべきである。
【００５０】
図２は、本発明の好ましい実施形態による、単位モジュールを構成するセルカバーを示す斜視図である。
【００５１】
図２を参照すると、セルカバー２００は、その１つが図１に示された２つの袋状電池セルの機械的強度をその中に電池セルを取り付けることによって補足し、モジュールケース（図示せず）に電池セルを容易に取り付けることが可能なように働く。２つの電池セルは、電池セルの一方の側の電極端子が互いに直列に接続され、次いで、セルカバー２００中に取り付けられ、そのうえ電池セルが互いに密に接触するように、曲げられる。
【００５２】
セルカバー２００は、互いに結合された、１対のカバー部材２１０、２２０を含む。カバー部材２１０、２２０は、高強度金属シートから作られる。セルカバー２００の向き合った辺において段差２３０が形成され、それによってモジュールは容易に固定される。セルカバー２００の上端部および下端部において、段差２３０と同じ機能の段差２４０も形成される。なお、セルカバー２００の上端部および下端部に、固定部２５０が横方向に延在するように、形成される。セルカバー２００は、固定部２５０を設けることによって、モジュールケースに容易に取り付けられる。
【００５３】
セルカバー２００は、その外面に、縦方向に互いに隔置された複数の直線状突起部２６０を備える。セルカバーの中間部に形成された突起部２６１は、くぼみ２６２を有し、その中にサーミスタ（図示せず）が取り付けられる。直線状突起部２６０の間に、上端部および下端部の突起部は、反対の形状で形成された突出部２６３、２６４を有する。
【００５４】
図３は、複数の単位モジュールを含む電池セルスタック３００を示す斜視図である。
【００５５】
図３を参照すると、電池セルスタック３００は、４つの単位モジュール２００、２０１を含む。２つの電池セル（図示せず）がそれぞれの単位モジュール２００中に取り付けられる。その結果、合計８個の電池セルが電池セルスタック３００中に含まれる。隣接する電池セルの電極端子が互いに直列に接続され、隣接する単位モジュールの電極端子も互いに直列に接続される。電極端子接続部３１０は、断面が「［」状に曲げられて、電池セルスタックが構築される。最外部の単位モジュール２００、２０１の外側電極端子３２０、３２１は、電極端子３２０、３２１が電極端子接続部３１０よりわずかに突出するように、断面が「¬」状に内側に曲げられる。
【００５６】
図４は、本発明の好ましい実施形態による中型または大型電池モジュールの上側ケース、下側ケース、および前方カバーを示す分解斜視図である。
【００５７】
図４を参照すると、上側ケース４００は、図３に示したように、電池セルスタックの一方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築される。上側ケース４００は、その前方部４１０に、１対の外部入出力端子４２０を備える。
【００５８】
下側ケース５００は、電池セルスタックの他方の側端部を完全に囲繞し、かつ電池セルスタックの上端部および下端部を部分的に囲繞する構造で構築される。下側ケース５００は、上側ケース４００と結合される。下側ケース５００は、その前方部５１０に、外部入出力端子４２０に電池セルスタックの電極端子を接続するための１対のバスバー５２０を備える。具体的には、上側ケース４００および下側ケース５００を互いに結合したとき、上側ケース４００および下側ケース５００が電池セルスタック（図示せず）の縁だけを囲繞し、したがって電池セルスタックの外面が外部に露出されて、電池セルスタックの熱放散を容易に行えるようにする構造で、上側ケース４００および下側ケース５００は、構築される。
【００５９】
上側ケース４００および下側ケース５００を互いに結合したとき、上側ケース４００の前方部４１０に設けられた外部入出力端子４２０がバスバー５２０のくぼみ中に挿入されるように、各バスバー５２０の上端部は、そのようなくぼんだ形状で形成される。
【００６０】
上側ケース４００および下側ケース５００の内部に、電池セルまたは単位モジュールの縁が挿入される、複数の取り付け用溝５３０が形成される。取り付け用溝５３０は、図２に示した単位モジュールの段差が対応する取り付け用溝５３０中に合う構造で構築される。
【００６１】
また、上側ケース４００および下側ケース５００は、複数の貫通穴４３０、５３２を備え、それらを通って冷却剤（通常、空気）がそれぞれ流れ、それによって、電池セルスタックが上側ケース４００および下側ケース５００中に取り付けられている間、効果的に冷却が行われる。
【００６２】
下側ケース５００の前方部５１０に、電池セルの電極端子とバスバーの間の接続部を外部から保護するための前方カバー６００が取り付けられる。前方カバー６００は、絶縁性材料から作られる。
【００６３】
外部入出力端子４２０に、前方カバー６００の上端部を固定し、電気的接続に必要な電力ケーブル（図示せず）の接続に役立つための導電部材４４０がさらに取り付けられる。分かり易くするために、導電部材４４０は、図では、外部入出力端子４２０から引き離し、バスバー５２０の前方に配置して示してある。各導電部材４４０は、その一方の側に、対応する外部入出力端子４２０がそれを通して挿入される結合挿入穴を備える。また、各導電部材４４０は、電力ケーブルを弾性的に囲繞するための１対の湾曲部を含む。
【００６４】
前方カバー６００は、電力ケーブルを固定するための固定用穴６１０を備える。絶縁結合部材（図示せず）が対応する固定用穴６１０を通して挿入され、絶縁結合部材は、電力ケーブルの一部と結合する。
【００６５】
下側ケース５００は、下側ケース５００の前方部５１０の左右側に形成される１対のスリット５２２をその前方部５１０に備え、電池セルスタックの最外部の電極端子（図示せず）が対応するスリット５２２を通して挿入される。電池セルスタックを下側ケース５００に取り付けたとき、電池セルスタックの最外部の電極端子は、スリット５２２を通して露出され、次いで、電池セルスタックの最外部の電極端子が下側ケース５００の前方部５１０と密に接触状態になるように曲げられる。その結果、電池セルスタックの最外部の電極端子は、下側ケース５００の前方部５１０に位置するバスバー５２０に、より容易に接続される。
【００６６】
図５、６は、本発明による中型または大型電池モジュールの下側ケースに、単位モジュールを取り付けたとき、その中型または大型電池モジュールの前方部および後方部をそれぞれ示す部分平面図である。
【００６７】
これらの図面を参照すると、下側ケース５００は、その前方部５１０および後方部５４０の内部に、個々の単位モジュール２００中に取り付けられた電池セルの電極端子接続部３１０が挿入される、複数の固定用溝５５０を備える。固定用溝５５０は、電極端子接続部３１０、２７０に対応する形状で形成される。その結果、固定用溝５５０は、電池セルスタック３００が前方および後方に移動しないように防止し、隣接する電極端子接続部間の絶縁を安定して維持する。具体的には、セルカバー移動防止用突起部５５２、セルカバー固定用ガイド５５４、および電極端子隔壁５５６が、単位モジュール２００のより安定した固定および絶縁を行うために、各固定用溝５５０中に形成される。
【００６８】
また、下側ケース５００は、その前方部の下端部に、下側ケース５００が外部機器（図示せず）に固定されるように、下側ケース５００から突出し、その中央部に貫通穴５６２を有する結合部５６０を備える。
【００６９】
特に、下側ケース５００の後方部の下端部に形成された突出結合部５７０は、１対の向かい合う結合部５７２、５７４を含む。結合部５７２は、結合部５７２が結合部５７４の厚みに相当する高さだけ結合部５７４より高くなるように、形成される。その結果、中型または大型電池システムを、複数の電池モジュールを使用して製造したとき、電池モジュール間の結合は、容易に行え、電池システムは、コンパクトな構造で製造される。突出結合部５７０の詳細な構造は、図１２に示してある。
【００７０】
下側ケース５００の後方部５４０に、電池管理システム（ＢＭＳ）６００が取り付けられる。ＢＭＳ６００は、下側ケース５００において一体で形成されたＢＭＳ収容部５８０中に収容される。サーミスタコネクタ５８２および通信コネクタ５８４がＢＭＳ収容部５８０において取り付けられる。
【００７１】
図７〜１０は、本発明による中型または大型電池モジュール中に使用される電圧検知部材を示し、電圧検知部材が電池モジュールにどのように取り付けられるかを示す斜視図である。
【００７２】
これらの図面を参照すると、電圧検知部材７００は、電池セルまたは単位モジュールの電極端子接続部３１０に対応する領域において、電池モジュール８００の底に取り付けられた１対の支持部７１０、７１２と、支持部７１０、７１２を電気的に相互接続するためのワイヤ状導電部７２０と、それぞれが一方の端部を対応する支持部７１０または７１２に固定され、他方の端部を対応する電極端子接続部３１０に弾力的に接続された複数の導電性圧縮バネ７３０と、後方の支持部７１２上に取り付けられたＢＭＳ６００と、コネクタ５８４とを含む。
【００７３】
上記に述べた構造を有する電圧検知部材７００は、下側ケース５００の前方部５１０、後方部５４０および底５９０に、挿入する形で取り付けられる。その結果、電池モジュール８００は容易に組み立てられ、安定した構造で構築される。
【００７４】
図１１、１２は、本発明による中型または大型電池モジュールを部分的に組み立てられた状態で示す斜視図である。
【００７５】
これらの図面を参照すると、電池モジュール８００は、上側ケース４００と下側ケース５００の間の結合によって、容易に組み立てられる。ＢＭＳ（図示せず）は、下側ケース５００の後方部５４０において、一体に形成されたＢＭＳ収容部５８０中に収容される。その結果、電池モジュール８００は、簡単な小型の構造で構築される。また、１対の結合部５７２、５７４が異なる高さを有するように、下側ケース５００の後方部５４０の下端部において形成された１対の結合部５７２、５７４間の結合によって、２つ以上の電池モジュールは、互いに接続することができる。
【００７６】
図１３は、本発明の好ましい実施形態による中型または大型電池システムのアセンブリを示す斜視図である。
【００７７】
図１３を参照すると、その１つが図１２に示してある複数の電池モジュール８００、８０１がフレーム９１０上に取り付けられ、電池モジュール８００、８０１が、フレーム９１０の一方の側に配置された電気／電子サブアセンブリ９３０に電力ケーブル（一部を図示）９２０によって接続される構造で、中型または大型電池システム９００が構築されている。
【００７８】
電気／電子サブアセンブリ９３０は、それぞれの電池モジュール８００、８０１のＢＭＳ（図示せず）、すなわちスレーブＢＭＳに接続され、スレーブＢＭＳを制御するためのマスタＢＭＳと、電池システム９００の過充電、過剰放電および過電流、ならびに電力の入力および出力を制御するための様々な種類の電気／電子装置とを含む。
【００７９】
電池モジュール８００、８０１は、結合部５６０、および反対向きの支持部材９４０、９４２によってフレーム９１０に安定して固定され、したがって、電池システムは、外部から衝撃が電池システムに加えられたとしても、構造的に安定である。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態が説明に役立てるために開示されたが、当業者は、添付のクレームに開示された本発明の範囲および要旨から逸脱せずに、様々な変更、追加および置き換えが可能であることを理解するはずである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
上記の説明からはっきりと理解できるように、本発明は、電池セルの低い機械的強度を効果的に補強しながら電池セルの重量およびサイズを最小にし、電池セルの動作状態を検知することが可能な検知ユニットを中型または大型電池モジュールに容易に取り付けられる効果がある。さらに、本発明は、機械的結合および電気的接続のために複数の部材を使用することなく、簡単な組み立て工程によって電池モジュールを製造し、それによって、電池モジュールの製造コストを減少し、電池モジュールの製造または動作中に、電池モジュールが短絡または損傷するのを効果的に防止する効果がある。さらに、本発明は、単位体として電池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電池システムを製造する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】従来の代表的な袋状電池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、単位モジュールを構成するセルカバーを示す斜視図である。
【図３】複数の単位モジュールを含む電池セルスタックを示す斜視図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による中型または大型電池モジュールの上側ケース、下側ケース、および前方カバーを示す分解斜視図である。
【図５】本発明による中型または大型電池モジュールの下側ケースに、単位モジュールを取り付けたとき、その中型または大型電池モジュールの前方部を示す部分平面図である。
【図６】本発明による中型または大型電池モジュールの下側ケースに、単位モジュールを取り付けたとき、その中型または大型電池モジュールの後方部を示す部分平面図である。
【図７】本発明による中型または大型電池モジュール中に使用される電圧検知部材を示し、電圧検知部材が電池モジュールにどのように取り付けられるかを示す斜視図である。
【図８】本発明による中型または大型電池モジュール中に使用される電圧検知部材を示し、電圧検知部材が電池モジュールにどのように取り付けられるかを示す斜視図である。
【図９】本発明による中型または大型電池モジュール中に使用される電圧検知部材を示し、電圧検知部材が電池モジュールにどのように取り付けられるかを示す斜視図である。
【図１０】本発明による中型または大型電池モジュール中に使用される電圧検知部材を示し、電圧検知部材が電池モジュールにどのように取り付けられるかを示す斜視図である。
【図１１】本発明による中型または大型電池モジュールを部分的に組み立てた状態で示す斜視図である。
【図１２】本発明による中型または大型電池モジュールを部分的に組み立てた状態で示す斜視図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態による中型または大型電池システムのアセンブリを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８３】
１００    袋状電池
１１０、１２０    電極リード
１３０    電池本体
１４０    被覆部材
１４０ａ    両辺
１４０ｂ    上端部
１４０ｃ    下端部
１６０    膜状のシール部材
２００    セルカバー、単位モジュール
２０１    単位モジュール
２１０、２２０    カバー部材
２３０    段差
２４０    段差
２５０    固定部
２６０    直線状突起部
２６１    突起部
２６２    くぼみ
２６３    突出部
２６４    突出部
２７０    電極端子接続部
３００    電池セルスタック
３１０    電極端子接続部
３２１、３２０    外側電極端子
４００    上側ケース
４１０    前方部
４２０    外部入出力端子
４３０    貫通穴
４４０    導電部材
５００    下側ケース
５１０    前方部
５２０    バスバー
５２２    スリット
５３０    取り付け用溝
５３２    貫通穴
５４０    後方部
５５０    固定用溝
５５２    セルカバー移動防止用突起部
５５４    セルカバー固定用ガイド
５５６    電極端子隔壁
５６０    結合部
５６２    貫通穴
５７０    突出結合部
５７２、５７４    向かい合う結合部
５８０    ＢＭＳ収容部
５８２    サーミスタコネクタ
５８４    通信コネクタ
６００    前方カバー、電池管理システム（ＢＭＳ）
６１０    固定用穴
７００    電圧検知部材
７１０、７１２    支持部
７２０    ワイヤ状導電部
７３０    導電性圧縮バネ
８００、８０１    電池モジュール
９００    電池システム
９１０    フレーム
９２０    電力ケーブル
９３０    電気／電子サブアセンブリ
９４０、９４２    支持部材
【図１】
2009529217.tif 000003
【図２】
2009529217.tif 000004
【図３】
2009529217.tif 000005
【図４】
2009529217.tif 000006
【図５】
2009529217.tif 000007
【図６】
2009529217.tif 000008
【図７】
2009529217.tif 000009
【図８】
2009529217.tif 000010
【図９】
2009529217.tif 000011
【図１０】
2009529217.tif 000012
【図１１】
2009529217.tif 000013
【図１２】
2009529217.tif 000014
【図１３】
2009529217.tif 000015
【国際調査報告】
2009529217.tif 000016
2009529217.tif 000017