(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギ貯蔵装置（１）であって、互いに電気接続されるとともに、少なくとも１つのスタック（３）内において少なくとも二つの圧力プレート（５）間に互いに前後又は上下に配設された、特に平坦で実質的にプレート状の複数のバッテリセル（４）を備える少なくとも１つのバッテリモジュール（２）を有し、
少なくとも１つのバッテリセル（４）および／又は前記バッテリモジュール（２）がプラスチック構造体（７）によって包囲されているものにおいて、前記少なくとも１つのバッテリセル（４）が、前記圧力プレート（５）間においてクランプされた状態で発泡体によって被包されており、
少なくとも１つの圧力プレート（５）は、少なくとも１つの支持ブラケット（６）を有することを特徴とする電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項２】
すべての圧力プレート（５）は、それぞれ、少なくとも１つの支持ブラケット（６）を有する請求項１記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項３】
前記支持ブラケットは、前記電気エネルギ貯蔵装置（１）の外壁（１ａ）を通して案内される請求項２記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項４】
前記支持ブラケット（６）は、前記圧力プレート（５）と一体に構成されている請求項２又は３記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項５】
前記支持ブラケット（６）は、少なくとも部分的に、前記プラスチック構造体（７）によって包囲されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項６】
前記電気エネルギ貯蔵装置（１）の外壁（１ａ）は、前記バッテリモジュール（２）を包囲するハウジング（９）によって形成され、前記プラスチック構造体（７）によって満たされる空間が、前記バッテリモジュール（２）と前記ハウジング（９）との間に形成され、好ましくは、前記ハウジング（９）はアルミニウム、シートメタル又はプラスチックから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項７】
前記バッテリモジュール（２）は、そのすべての側において前記バッテリモジュール（２）を包囲するハウジング（９）から離間している請求項５記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項８】
前記バッテリモジュール（２）を包囲するハウジング（９）は、複数のパーツに構成され、少なくとも、底部（９ａ）と、その上に挿入可能な蓋部（９ｂ）とから成り、好ましくは、前記底部（９ａ）と、前記蓋部（９ｂ）とが共に前記プラスチック構造体（７）によって満たされている請求項５又は６記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項９】
前記電気エネルギ貯蔵装置（１）の外壁（１ａ）は前記プラスチック構造体（７）によって形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１０】
前記プラスチック構造体（７）は、発泡材構造体によって形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１１】
好ましくは断熱式に構成されている前記プラスチック構造体（７）は、密閉気孔構造を有する請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１２】
各バッテリセル（４）自身が、各バッテリモジュール（２）に加えて、プラスチック構造体（８）によって包囲されている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１３】
前記プラスチック構造体（８）は、発泡材構造体によって形成されている請求項１２に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１４】
電気セル極（４’）は前記プラスチック構造体（７）から突出している請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１５】
前記バッテリセル（４）はパウチセルとして構成され、前記プラスチック構造体（７）は、前記パウチセルの溶接シーム（４”）を包囲している請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１６】
前記バッテリセル（４）は、金属缶セルとして構成されている請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１７】
電気ケーブル（１０ｃ）、母線、少なくとも１つの冷却ライン（１０ａ，１０ｂ）、少なくとも１つの空気ガイド、少なくとも１つのガス抜きライン、少なくとも１つの伝熱プレート、および／又は少なくとも１つの熱センサも、発泡体によって被包され、前記プラスチック構造体（７）によって包囲されている請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【請求項１８】
冷却空気の空気ガイドのための少なくとも１つの空間が、ハウジング（９）の蓋部（９ｂ）と底部（９ａ）との間に形成されている請求項７〜１７のいずれか１項に記載の電気エネルギ貯蔵装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギ貯蔵装置、詳しくは、互いに電気接続されるとともに、少なくとも１つのスタック内において少なくとも二つの圧力プレート間に互いに前後又は上下に配設された、特に平坦で実質的にプレート状の複数のバッテリセルを備える少なくとも１つのバッテリモジュールを有し、少なくとも１つのバッテリセルおよび／又はバッテリモジュールがプラスチック構造体によって包囲される、特に、発泡材によって被包されている、特に電気車両用の電気エネルギ貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の平坦で実質的にプレート状の単体バッテリセルを備えるバッテリモジュールを有するバッテリが、国際公開第２００８／０４８７５１号（特許文献１）から知られている。前記単体バッテリセルは、セルスタックにスタッキングされ、バッテリハウジングによって包囲されている。前記バッテリモジュールと前記ハウジングとの間には発泡材構造体が設けられている。
【０００３】
西独国実用新案出願公開８６２０７１４号（特許文献２）は、共通のハウジング内に配設された複数の筒状バッテリセルを備えるバッテリを開示している。前記バッテリセルと前記ハウジングとの間には絶縁層が設けられている。
【０００４】
独国特許出願公開１０２００８０５９９７２号（特許文献３）は、直列および／又は並列にスイッチングされる複数の単体セルと、これら単体セル上の極側に配設された冷却プレート、とを有するリチウムイオンバッテリを記載し、前記単体セルは、蓋を備えるハウジング内に配設されている。発泡材から成る支持部材が前記筒状バッテリセル間に配設されている。
【０００５】
米国特許出願公開２００７／２５９２５８号（特許文献４）は、ハウジング内に収納された複数のバッテリセルを有する上述したタイプのエネルギ貯蔵構造を記載し、前記単体セルと前記ハウジングとの間の中間空間は発泡材によって被包されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４８７５１号
【特許文献２】西独国実用新案出願公開８６２０７１４号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開１０２００８０５９９７２号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開２００７／２５９２５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知のバッテリは、エネルギ貯蔵装置をたとえば車両に取り付けるために別体の保持装置を必要とする。前記バッテリセルは、通常、ハウジングにリジッドに接続され、前記ハウジングは当該ハウジングに固定された保持装置を介して車両に固定される。バッテリモジュールの取り付けおよび取り外しは比較的時間を要し、固定のために多数のパーツが必要とされ、それによってエネルギ貯蔵装置のコストと重量が増大するという欠点がある。
【０００８】
本発明の課題は、可能な限り少ない労力で、かつ、可能な限り少数のパーツによってエネルギ貯蔵装置をしっかりと固定することを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明に依れば、前記バッテリセルを圧力プレート間にクランプされた状態で発泡体により被包することによって達成される。これによって、バッテリセルを少数のパーツにより確実に固定することが可能となる。同様にプラスチック構造体の硬化後に除去されることのない圧力プレートを発泡中に使用することによって、単体バッテリセルはそれらの位置にしっかり固定される。公知のエネルギ貯蔵装置の場合、発泡は、主に、発泡モールド中で行われ、これらのモールドは、少なくとも部分的に単数又は複数のバッテリセル上に載置されていることから、これら発泡モールド除去後においては、バッテリセルの領域が露出状態となる。これに対して、本発明においては、それぞれの単体バッテリセルが前記プラスチック構造体によって完全に取り囲まれるか、もしくは、少なくとも１つの圧力プレートと直接接触した状態となっていることによって、これらバッテリセルによって形成されるスタック又はバッテリモジュールの剛性と物理的安定性とが更に改善される。
【００１０】
好ましくは、少なくとも１つの圧力プレート、そして好ましくは、全部の圧力プレートが、それぞれ、少なくとも１つの支持ブラケットを有し、この支持ブラケットは好ましくは、前記エネルギ貯蔵装置の外壁を通して案内される。前記支持ブラケットによってエネルギ貯蔵装置を、車両の支持パーツに対してしっかり固定することが可能となる。
【００１１】
パーツを節約する本発明の実施例において、前記支持ブラケットは、前記圧力プレートと一体に構成され、ここで、好ましくは、前記支持ブラケットは、少なくとも部分的に、前記プラスチック構造体によって包囲される。前記支持ブラケットは、エネルギ貯蔵装置を固定するために、車両に対してネジによって共止めされる。前記支持ブラケットの発泡体による断熱被包構造によって外部に対する熱橋が防止される。
【００１２】
本発明の好適実施例において、前記エネルギ貯蔵装置の外壁は、前記バッテリモジュールを包囲するハウジングによって形成され、前記プラスチック構造体によって満たされる空間が、前記ハウジング側において前記バッテリとの間に形成される。前記バッテリモジュールは、そのすべての側において、前記ハウジングから離間させることができる。これによって良好な断熱性が確保される。前記ハウジングが、前記バッテリモジュールのための保護用の硬質な外側シェルを形成するように構成することができる。
【００１３】
前記バッテリセルの電気セル極が前記プラスチック構造体から突出するように構成することができる。
【００１４】
前記ハウジングは、好ましくは、複数のパーツに構成され、少なくとも、底部と、その上に置くことができる蓋部とから成り、ここで、好ましくは、前記底部と更に、前記蓋部とを、前記プラスチック構造体によって満たされるように構成することができる。
【００１５】
但し、前記エネルギ貯蔵装置の外壁が前記プラスチック構造体によって（たとえば、一体発泡体によって）形成される場合には、別体のハウジングは省略することができる。好ましくは発泡材構造体によって形成される、前記プラスチック構造体の密閉気孔構造によって、前記バッテリモジュールの液密被覆が確保される。
【００１６】
更に、各バッテリセル自身と、更に各バッテリモジュールを、それぞれ、プラスチック構造体によって包囲することも本発明の範囲内において可能であり、ここで、好ましくは、前記プラスチック構造体は、パウチセルとして形成される前記バッテリセルの溶接シームを包囲する。又、前記パウチセルに対する代替構成として、前記バッテリセルを、金属缶セルとして構成することも可能である。金属缶セルの場合、各バッテリセルは、金属ハウジングによって包囲される。
【００１７】
更に、本発明の発展構成において、電気ケーブル、母線、少なくとも１つの冷却ライン、少なくとも１つのガス抜きライン、少なくとも１つの伝熱プレート、および／又は少なくとも１つの熱センサも、発泡体によって被包されるように構成することができる。その結果、高電圧ケーブル、低電圧ケーブルハーネス、母線、冷却ライン、空気ガイド、ガス抜きライン、伝熱プレート、制御装置および／又は熱センサを、前記プラスチック構造体によって固定することが可能となる。
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるエネルギ貯蔵装置の斜視図
【図２】蓋部を取り除いた状態の前記エネルギ貯蔵装置の斜視図
【図３】このエネルギ貯蔵装置の側面図
【図４】前記エネルギ貯蔵装置のバッテリセルの斜視図
【図５】図４のバッテリセルの長手方向断面図
【図６】前記エネルギ貯蔵装置の側面図
【図７】前記エネルギ貯蔵装置の図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図
【図８】前記エネルギ貯蔵装置の前面図
【図９】前記エネルギ貯蔵装置の図６の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図
【図１０】前記エネルギ貯蔵装置の図８の線Ｘ−Ｘに沿った断面図
【図１１】前記エネルギ貯蔵装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面に図示され、充電可能バッテリによって形成されるエネルギ貯蔵装置１は、互いに前後に配置されるとともに、圧力プレート５によって互いに押し付けられている複数のプレート状バッテリセル４（パウチセル）の少なくとも１つのスタック３を備えるバッテリモジュール２を含む。前記圧力プレート５は、それぞれ、支持ブラケット６を有し、これによってエネルギ貯蔵装置１を車両に対して固定することができる。前記エネルギ貯蔵装置１は、更に、複数のバッテリモジュール２を備えることも可能であり、その場合、隣接するバッテリモジュール２が互いに直列又は並列に電気的にスイッチングされるように構成することができる。
【００２１】
前記バッテリモジュール２と前記支持ブラケット６との両方が、プラスチック構造体７によって包囲されている。更に、図４および図５に図示されているように、前記バッテリセル４自身も、別にプラスチック構造体８を用いて発泡体により被包されるように構成することも可能である。
【００２２】
パウチセルとして構成された前記バッテリセル４の溶接エッジ４”は前記プラスチック構造体７，８によって包囲され、その結果、これらバッテリセル４は、物理的に固定されるとともに、熱的および／又は電気的に絶縁されている。
【００２３】
前記バッテリセル４は、発泡体による被包の前に、前記圧力プレート５間にクランプされる。発泡体による被包の前に、セル極４’に対して冷却ラインを固定することができ、その後、バッテリモジュール２全体が発泡体によって被包される。前記プラスチック構造体７，８は、前記発泡体による封入後においては、塑性変形可能であるよりも弾性変形可能なものでなければならない。
【００２４】
前記エネルギ貯蔵装置１の外壁１ａは、図示の実施例においては、底部９ａとその上に固定された蓋部９ｂとから成るマルチパーツハウジング９によって形成される。前記バッテリモジュール２と前記底ハウジング部９ａとの間の空間は、発泡体によって満たされ、前記プラスチック構造体７によって満たされる。前記蓋部９ａも、前記プラスチック構造体７によって実質的に満たされる。
【００２５】
図７、図８および図９に図示されているように、前記ハウジング９上には直接的な固定ポイントが存在しない。固定ポイントは、前記圧力プレート５に対してリジッドに接続されるとともに、前記エネルギ貯蔵装置１、即ち、前記ハウジング９の底部９ａ、の外壁１ａ、を貫通する支持ブラケット６によって形成される。前記ハウジング９と前記バッテリモジュール２は前記プラスチック構造体７によって互いに接続されているに過ぎない。その結果、ハウジング９内に配設されるすべてのコンポーネントのための共通の支持構造が作り出される。前記プラスチック構造体７，８は、一方においては前記バッテリセル４を保護し、他方においては、前記圧力プレート５によって、車両に設けられた、長手ビーム、クロスビームその他のパーツに対して、前記エネルギ貯蔵装置１を取り付けることを可能にする。前記支持ブラケット６の車両に対する固定は、リジッド式、または、取り外し可能式に、行われる。
【００２６】
図４および図５に図示されているように、前記バッテリセル４を、これらバッテリセル４のサイクル誘発される（ｃｙｃｌｅ―ｉｎｄｕｃｅｄ）膨張に対応するために、プラスチック構造体８（たとえば発泡材）によって、バッテリモジュール２全体に加えて、個々に被包することも可能である。
【００２７】
前記ハウジング９の蓋部９ｂも、バッテリセル４のセル極４’の保護のため、および、断熱のために、図７に図示されているように、発泡材によってパッキングされている。前記蓋部９ｂにおける前記プラスチック構造体７の厚みは、様々なものとすることができるが、ここでプラスチック構造体７は、空気の体積を減らし、それによって結露の可能性を最小限にするために、取り付けられたコンポーネントに対して可能な限り近づくようにすることが必要である。前記蓋部９ｂの下方の空間は、バッテリセル４を冷却するために使用可能である。セル極および母線の冷却は、たとえば、前記空間に吹き込まれる、空気によって行うことができる。又、セル極４’および母線の冷却は、液冷装置によって行うことも可能である。
【００２８】
種々の冷媒給排ライン１０ａ，１０ｂ、電源ケーブル１０ｃ（低電圧および／又は高電圧ケーブル）、母線、ガス抜きライン、伝熱プレート（バッテリセル間のより良好な熱分布用）、空気ガイド、制御装置、熱センサ等も、少なくとも部分的に発泡体によって被包することができる。セルガス抜き用のラインシステム（詳細図示省略）を、前記バッテリセル４ａ周りでプラスチック構造体７において、又は、前記蓋部９ｂにおいて、発泡体によって被包することができる。これによってケーブルやラインの弛みを回避することができる。前記冷媒給排ライン１０ａ，１０ｂを、たとえば、前記外壁１ａを通して案内して前記ハウジング９から突出するようにすることができる。
【００２９】
用途分野に応じて、前記ハウジング９は、プラスチック、アルミニウム、又はシートメタルによって形成することができる。
【００３０】
前記エネルギ貯蔵装置１の特殊な形態として、前記プラスチック構造体７が同時に前記外壁１’を形成するように構成することができ、これによって、別体のハウジング９を省略することができる。前記プラスチック構造体７を、その後、外部の影響（放水やエージング等）に対する保護のためにバッテリセル４のプラスチック構造体８に対して所定の層厚（たとえば、２ｍｍ〜５ｍｍ）で塗装を施したり、あるいは、それを、予め、別体のコンポーネントとしてプレスし、又は、成形し、その後に、たとえば、接着によって、セルと発泡材との間で既存のコンポーネントに対して取り外し不能に接続することができる。前記セル極４’をカバーする前記蓋部９ｂも、シェル無し型に構成し、前記プラスチック構造体７によって形成することができる。前記発泡構造体７は、密な表面を有するように硬化させる必要がある。この実施例の利点は、別々のハウジングシェルが省略されることによってコストと重量を節約することが可能となることにある。
【００３１】
前記プラスチック構造体７は、自己支持（ｓｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）型に構成することができ、それによって、車両における一体化のために必要な保持材の量が少なくなる。
【００３２】
したがって、前記保持ポイントの形態と位置は様々なものとすることができ、既存の車両シャーシから独立しており、しかも、車両の長手ビーム又はクロスビームの正確な位置や構成に対する依存度が低い。
【００３３】
前記エネルギ貯蔵装置１の明確な軽量構造の結果、エネルギ密度を大幅に増大することが可能となり、製造過程を単純化し複雑なコンポーネントを減らすことによって製造コストを大幅に低減することができる。更に、前記プラスチック構造体によって、バッテリの信頼性と、バッテリセル４に対する物理的および化学的保護が大幅に改善される。前記プラスチック構造体７によって、バッテリセルの最適な断熱が確保される。前記プラスチック構造体７は、エネルギ貯蔵装置１内における空気体積を最小限にし、それによって、結露の可能性を大幅に低減する。
【図１】
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【図２】
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【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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