DE102014217188B4

DE102014217188B4 - Batteriemodul mit einer Struktur zur Vermeidung des Vermischens von Kühlmittel und Lüftungsgas

Info

Publication number: DE102014217188B4
Application number: DE102014217188.1A
Authority: DE
Inventors: c/o LG Chem Ltd. Moon Jung Oh; c/o LG Chem Ltd. Kang Dal Mo; c/o LG Chem Ltd. Choi Jong Woon; c/o LG Chem Ltd. Seong Jun Yeob; c/o LG Chem Ltd. Kong Byung O.; c/o LG Chem Ltd. Eom Youngsop
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: DE102014217188A1; KR101615941B1; KR20150025308A

Abstract

Batteriemodul (100), das zwei oder mehr gestapelte Batteriezellen (120), die geladen und entladen werden können, und Kartuschen (130) zum Fixieren der entsprechenden Batteriezellen (120) zur Ausbildung eines Batteriezellenstapels (110) aufweist, wobeijede der Kartuschen (130) eine Kühllamelle, die mit den Batteriezellen (120) in Kontakt steht, und einen Kartuschenrahmen (132) zum Fixieren der Kühllamelle aufweist,die Kühllamelle zwei Kühlplatten (134a, 134b) aufweist, wobei die zwei Kühlplatten (134a, 134b) mit jedem der Kartuschenrahmen (132) in einem Zustand gekoppelt sind, in dem die Kühlplatten (134a, 134b) voneinander beabstandet sind, um einen Kühlmittelströmungskanal zu definieren,jede der Kartuschen (130) mit Öffnungen (135) vorgesehen ist, die mit dem Kühlmittelströmungskanal zwischen den Kühlplatten (134a, 134b) kommunizieren, undein Dichtungselement (140) zum Isolieren eines Raums, der zwischen den Kartuschenrahmen (132) und den Batteriezellen (120) definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal an einer Stapelschnittstelle zwischen einer Kartusche (130) und einer benachbarten Kartusche (130) vorgesehen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, das eine Struktur zur Vermeidung des Vermischens von Kühlmittel und Lüftungsgas aufweist, und insbesondere ein Batteriemodul, das zwei oder mehr gestapelte Batteriezellen, die geladen und entladen werden können, und Kartuschen zum Fixieren der entsprechenden Batteriezellen zur Ausbildung eines Batteriezellenstapels aufweist, wobei jede der Kartuschen eine Kühllamelle, die mit den Batteriezellen in Kontakt steht, und einen Kartuschenrahmen zum Fixieren der Kühllamelle enthält, die Kühllamelle zwei Kühlplatten enthält, die zwei Kühlplatten in einem Zustand mit jedem der Kartuschenrahmen gekoppelt sind, in dem die Kühlplatten voneinander beabstandet sind, um einen Kühlmittelströmungskanal zu definieren, jede der Kartuschen mit Öffnungen, die mit dem Kühlmittelströmungskanal zwischen den Kühlplatten kommunizieren, vorgesehen ist, und ein Dichtungselement zum Isolieren eines Raums, der zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal an einer Stapelschnittstelle zwischen einer Kartusche und einer benachbarten Kartusche angeordnet ist.
STAND DER TECHNIK
Neuerdings wird eine Sekundärbatterie, die geladen und entladen werden kann, weithin als eine Energiequelle für schnurlose Mobileinrichtungen verwendet. Ferner hat die Sekundärbatterie eine erhebliche Beachtung als Leistungsquelle für Elektrofahrzeuge (EV), Elektrohybridfahrzeuge (HEV) und Plug-in-Elektrohybridfahrzeuge (Plug-in HEV) erfahren, die entwickelt wurden, um Probleme zu lösen, wie beispielsweise Luftverschmutzung, die durch vorhandene benzingetriebene und dieselgetriebene Fahrzeuge, die fossile Kraftstoffe verwenden, verursacht wird.
Kleine Mobileinrichtungen verwenden eine oder mehrere Batteriezellen für jede Einrichtung. Auf der anderen Seite verwenden mittelgroße oder große Einrichtungen, wie beispielsweise Fahrzeuge, ein Batteriemodul, das mehrere Batteriezellen aufweist, die elektrisch miteinander verbunden sind, da eine hohe Ausgabe und eine große Kapazität für die mittelgroßen oder großen Einrichtungen erforderlich sind.
Vorzugsweise wird ein Batteriemodul so hergestellt, dass dieses eine so geringe Größe wie möglich und ein so kleines Gewicht wie möglich aufweist. Aus diesem Grund wird gewöhnlich eine prismatische Batterie oder eine taschenförmige (pouchshaped) Batterie, die mit einer hohen Integration gestapelt werden kann und ein geringes Gewicht-zu-Kapazität-Verhältnis aufweist, als eine Batteriezelle (Batterieeinheit) des Batteriemoduls verwendet. Genauer gesagt richtet sich ein hohes Interesse gegenwärtig auf die taschenförmige Batterie, die eine Aluminiumlaminatlage als Verkleidungselement verwendet, da die taschenförmige Batterie ein geringes Gewicht aufweist, die Herstellungskosten der taschenförmigen Batterie gering sind und die Gestalt der taschenförmigen Batterie einfach modifizierbar ist.
Batteriezellen, welche ein solches Batteriemodul bilden, können Sekundärbatterien sein, die geladen und entladen werden können. Während der Entladung einer solchen Sekundärbatterie mit hoher Ausgabe und hoher Kapazität wird eine größere Wärmemenge von der Batterie erzeugt. Besonders weist die Laminatlage jeder taschenförmigen Batterie, die in dem Batteriemodul weithin verwendet wird, ein Polymermaterial auf, das eine geringe thermische Leitfähigkeit hat, das auf die Oberfläche derselben beschichtet ist, mit dem Resultat, dass es schwierig ist, die Gesamttemperatur der Batteriezellen effektiv zu verringern.
Wenn die Wärme, die von dem Batteriemodul während des Ladens und Entladens des Batteriemoduls erzeugt wird, nicht effektiv von dem Batteriemodul abgeführt wird, akkumuliert sich die Wärme in dem Batteriemodul, mit dem Resultat, dass sich eine Verschlechterung bzw. Alterung des Batteriemoduls beschleunigt. Aufgrund dieser Umstände kann das Batteriemodul Feuer fangen oder explodieren. Aus diesem Grund braucht ein Batteriemodul mit hoher Ausgabe und hoher Kapazität ein Kühlsystem zum Kühlen der darin verbauten Batteriezellen.
In einem solchen Kühlsystem wird ein Kühlmittel aktiv in dem Batteriemodul in Umlauf gebracht, um die Wärme aus den Batteriezellen abzuführen. Das heißt, das Kühlmittel gerät mit den Oberflächen der Batteriezellen oder Moduleinheiten, welche das Batteriemodul bilden, in Kontakt, um die Batteriezellen oder Moduleinheiten zu kühlen. Gewöhnlich wird Gas, wie beispielsweise Luft, als Kühlmittel verwendet. Folglich wird ein Luftkühlverfahren der Kontaktart angewendet.
Es ist notwendig, das Kühlsystem des Batteriemoduls so zu konfigurieren, dass das Kühlmittel die entsprechenden Batteriezellen, die das Batteriemodul bilden, gleichförmig und effizient erreichen kann. In einem Fall, in dem das Batteriemodul unter Verwendung mehrerer Elemente, die zur Erhöhung der Kühleffizienz geeignet sind, hergestellt ist, vergrößert sich somit die Abmessung des Batteriemoduls und die Herstellungskosten des Batteriemoduls steigen. Ferner ist es schwierig, ein großes Batteriesystem, wie beispielsweise das Batteriemodul, in einem begrenzten Installationsraum, wie beispielsweise in einem EV oder einem HEV, zu installieren. Aus diesem Grund besteht ein großes Bedürfnis nach einem Kühlsystem, das kompakt ist und eine hohe Kühleffizienz bereitstellt.
Ferner, wenn jede der Batteriezellen einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt ist oder ein Kurzschluss in der Batteriezelle auftritt, aufgrund einer Fehlfunktion der Batteriezelle, tritt eine Zersetzungsreaktion eines Elektrolyts an der Kathodenschnittstelle der Batteriezelle auf, mit dem Resultat, dass eine große Menge von Gas freigesetzt wird. Das erzeugte Gas erhöht den Innendruck der Batteriezelle. Als eine Folge davon wird das Batteriegehäuse beschädigt und das Gas wird von der Batteriezelle abgegeben. Das Gas, das von der Batteriezelle abgegeben wird, enthält eine für Menschen gesundheitsschädliche Komponente, wie beispielsweise Kohlenmonoxid. In einem Fall, in dem das Gas, das von der Batteriezelle abgegeben wird, sich mit dem Kühlmittel, das in dem Batteriemodul strömt, vermischt, verringert sich die Kühleffizienz des Batteriemoduls und gleichzeitig verschlechtert sich die Sicherheit des Batteriemoduls. Beispielsweise kann bei einem Fahrzeug das Gas, das von der Batteriezelle erzeugt wird, in einen Fahrgastraum eintreten, wodurch die Fahrgäste während des Umlaufs des Kühlmittels geschädigt werden.
Somit besteht ein hohes Bedürfnis nach einem Batteriemodul, das kompakt ist, eine ausgezeichnete Kühleffizienz aufweist und mit einer Struktur zum Vermeiden der Vermischung von Gas, das von einer Batterieeinheit erzeugt wird, und Kühlmittel, das entlang eines Kühlmittelströmungskanals strömt, aufweist.
US 2012/0177952 A1 betrifft einen Batteriezellenseparator. Der Batteriezellenseparator umfasst Rippenstützen und Rippen, die zwischen den Rippenstützen verbunden sind. Die Rippenstützen und die Rippen bilden eine Patronentasche, die konfiguriert ist, um eine Batteriezelle aufzunehmen, wobei die Rippenstützen und die Rippen jeweils eine entsprechende Seite der Patronentasche bilden. In einem anderen Batteriemodul bilden die Rippenstützen und die Rippen jeweilige Taschen vor und hinter den Rippen, wobei jede Tasche so konfiguriert ist, dass sie eine Batteriezelle aufnimmt.
US 2013/0177790 A1 betrifft eine Batteriekartusche. Die Batteriekartusche umfasst eine Vielzahl von Strom erzeugenden Elementarzellen; eine Abdeckung, die eine Oberfläche der Vielzahl von Einheitszellen kontaktiert, um Wärme abzuleiten; und ein inneres Kartuschenelement, das zwischen einer Kante der Mehrzahl von Einheitszellen und der Abdeckung angeordnet ist.
WO 2013/089505 A1 beschreibt eine Batteriemodulanordnung, umfassend: eine Mehrzahl von Einheitszellen; eine Zentralpatrone mit einem Raum zum Aufnehmen der Mehrzahl von Einheitszellen; eine obere Abdeckung zum Ableiten der Wärme von der obersten Einheitszelle unter der Mehrzahl von Einheitszellen; eine untere Abdeckung zum Ableiten der Wärme von der untersten Einheitszelle unter der Mehrzahl von Einheitszellen; eine erste innere Abdeckung, die eine der Mehrzahl von Zwischeneinheitszellen zwischen der obersten Einheitszelle und der untersten Einheitszelle kontaktiert; und eine zweite innere Abdeckung, die eine andere der Mehrzahl von Zwischeneinheitszellen berührt und einen Luftdurchlass zwischen der ersten inneren Abdeckung und der zweiten inneren Abdeckung bildet. Die zentrale Kartusche hat ein Ansaugloch zum Ansaugen von Luft, die entlang des Luftdurchlasses strömt, und ein Auslassloch zum Absaugen von Luft, die entlang des Luftdurchlasses strömt.
Weitere Batteriemodule sind in KR 10 2013 0086677 A und KR 10 2013 0086678 A beschrieben.
OFFENBARUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Folglich wurde die vorliegende Erfindung getätigt, um die obigen Probleme und ggf. andere noch zu behebende technische Probleme zu lösen.
Genauer gesagt besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Batteriemodul bereitzustellen, das ein Vermischen von Gas, das von dem Batteriemodul erzeugt wird, und einem Kühlmittel, das entlang eines Kühlmittelströmungskanals strömt, vermeidet, wobei die Lebensdauer und die Sicherheit des Batteriemoduls verbessert sind.
TECHNISCHE LÖSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die obigen und andere Aufgaben durch Bereitstellen eines Batteriemoduls bewältigt werden, das zwei oder mehr gestapelte Batteriezellen, die geladen und entladen werden können, und Kartuschen zum Fixieren der entsprechenden Batteriezellen, zur Ausbildung eines Batteriezellenstapels, aufweist, wobei jede der Kartuschen eine Kühllamelle, die mit den Batteriezellen in Kontakt stehen, und einen Kartuschenrahmen zum Fixieren der Kühllamelle enthält, die Kühllamelle zwei Kühlplatten enthält, die zwei Kühlplatten in einem Zustand mit jedem der Kartuschenrahmen gekoppelt sind, in dem die Kühlplatten voneinander beabstandet sind, um einen Kühlmittelströmungskanal zu definieren, jede der Kartuschen mit Öffnungen, die mit dem Kühlmittelströmungskanal zwischen den Kühlplatten kommunizieren, vorgesehen ist und ein Dichtungselement zum Isolieren eines Raums, der zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal an einer Stapelschnittstelle zwischen einer Kartusche und einer benachbarten Kartusche angeordnet ist.
Der Raum, der zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen definiert ist, kann beispielsweise einen Raum zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen meinen, wenn die Batteriezellen zwischen den entsprechenden Kartuschenrahmen fixiert sind. Wenn Gas von den Batteriezellen entweicht, wird das Gas folglich in den Raum abgegeben, der zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen definiert ist. In dem Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Dichtungselement zum Isolieren des Raums, der zwischen den Kartuschenrahmen und den Batteriezellen definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal an der Stapelschnittstelle zwischen den Kartuschenrahmen angeordnet. Folglich ist es möglich, ein Vermischen von Gas, das von den Batteriezellen erzeugt wird, und Kühlmittel, das entlang des Kühlmittelströmungskanals strömt, zu vermeiden, wodurch die Lebensdauer und die Sicherheit des Batteriemoduls verbessert werden.
Gemäß einem konkreten Beispiel kann das Dichtungselement an der Stapelschnittstelle an gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seiten jedes Kartuschenrahmens, an denen die Öffnungen ausgebildet sind, angeordnet sein. Die Öffnungen jedes Kartuschenrahmens können als Kühlmitteleinlässe oder Kühlmittelauslässe dienen, durch die Kühlmittel in den Kühlmittelströmungskanal, der zwischen den entsprechenden Kühlplatten definiert ist, eingebracht oder aus diesem entfernt wird. Das Dichtungselement kann an der Stapelschnittstelle zwischen den Kartuschenrahmen angeordnet sein, um zu vermeiden, dass das Kühlmittel durch Räume, die zwischen den Öffnungen und der Stapelschnittstelle der benachbarten Kartuschenrahmen definiert sind, eingebracht wird.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann bei einer Struktur, in der die Kartuschen zusammen mit den Batteriezellen gestapelt bzw. geschichtet sind, das Dichtungselement an der Stapelschnittstelle zwischen den Abschnitten ohne Kartuschen (cartridges excluding portions) der Batteriezellen, von denen die Elektrodenanschlüsse hervorstehen, angeordnet sein.
Das heißt, bei einer Struktur, in der die Batteriezellen an den Kartuschen angebracht und daran fixiert sind, kann der Raum, in dem die Batteriezellen angebracht sind, von dem Raum isoliert sein, in dem das Kühlmittel strömt, um einen direkten Kontakt zwischen den Batteriezellen und dem Kühlmittel zu vermeiden. Das Dichtungselement kann an verschiedenen Positionen der Stapelschnittstelle zwischen Kartuschenrahmen angeordnet sein.
Das Dichtungselement kann aufgebaut sein, um eine Pad-förmige Struktur aufzuweisen, die eine Elastizität zur Verbesserung der Dichtigkeit aufweist.
Das Dichtungselement kann aus Gummi, Silikon oder einem elastischen Polymerharz, das eine Elastizität aufweist, ausgebildet sein. Allerdings sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darauf nicht beschränkt.
Jeder der Kartuschenrahmen kann auf einer Innenseite davon mit zwei oder mehr Rippen zur Unterstützung der Batteriezellen vorgesehen sein, während diese den Kühlmittelströmungskanal definieren.
Die Rippen können beispielsweise parallel zum Kühlmittelströmungskanal angeordnet sein.
Ferner kann jede der Öffnungen, die an den Kartuschenrahmen ausgebildet sind, eine Breite aufweisen, die äquivalent zu einem Abstand zwischen den Rippen ist. Gemäß einem konkreten Beispiel können die Kartuschenrahmen mit Öffnungen vorgesehen sein, wobei jede eine Größe aufweist, die äquivalent zum Abstand zwischen den Rippen ist. Das Kühlmittel kann durch die Öffnungen in den Kühlmittelströmungskanal eingebracht oder aus diesem abgegeben werden. Insofern können Öffnungen, durch die das Kühlmittel in den Kühlmittelströmungskanal eingebracht wird, auf einer Seite jedes Kartuschenrahmens ausgebildet sein, und Öffnungen, durch die das Kühlmittel von dem Kühlmittelströmungskanal abgegeben wird, können auf der anderen Seite jedes Kartuschenrahmens ausgebildet sein.
Oberflächen der Kühlplatten, die mit den Batteriezellen in Kontakt stehen, können flach sein, um den Kontaktabschnitt bzw. Kontaktquerschnittsbereich zwischen den Kühlplatten und den Batteriezellen zu vergrößern, so dass die Wärme effektiv von den Batteriezellen zu den Kühlplatten übertragen wird.
Gemäß einem konkreten Beispiel können entgegengesetzte Enden der Kühlplatten, die gegenüberliegenden Seiten jedes Kartuschenrahmens, an denen Öffnungen ausgebildet sind, entsprechen, integral an jedem Kartuschenrahmen ausgebildet sein.
Die Kühlplatten können integral an jedem Kartuschenrahmen angebracht sein. Beispielsweise können die Kühlplatten an jedem Kartuschenrahmen durch Montage, Anbringung oder Einsatz-Spritzguss (insert injection molding) integral angebracht sein. Allerdings sind die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darauf nicht beschränkt.
Gemäß einem konkreten Beispiel können in dem Batteriezellenstapel zwei Batteriezellen zwischen einer Kartusche und einer benachbarten Kartusche angebracht sein.
Das heißt, eine Struktur, die eine Kartusche, eine Batteriezelle, eine weitere Batteriezelle und eine weitere Kartusche enthält, wird auf wiederholende Weise ausgebildet. In diesem Fall kann die Oberseite einer der benachbarten zwei Batteriezellen mit der oberen Kartusche in Kontakt stehen und kann die Unterseite der anderen der benachbarten zwei Batteriezellen mit der unteren Kartusche in Kontakt stehen.
Die Struktur jeder der Batteriezellen ist nicht im Besonderen beschränkt. Beispielsweise ist jede der Batteriezellen eine rechteckige plattenförmige Batteriezelle, die ein großes Flächen-zu-Breiten-Verhältnis aufweist. Insbesondere kann die plattenförmige Batteriezelle eine taschenförmige Batteriezelle sein, die aufgebaut ist, um eine Struktur aufzuweisen, bei der eine Kante eines Zellengehäuses, das aus einer Laminatlage ausgebildet ist, die eine Harzschicht und eine Metallschicht enthält, in einem Zustand abgedichtet ist, in dem sich eine Elektrodenanordnung in dem Zellengehäuse befindet.
Insbesondere kann die plattenförmige Batteriezelle eine taschenförmige Sekundärbatterie sein, in der eine Elektrodenanordnung einer Kathoden-, Separator- und Anodenstruktur in einem Batteriegehäuse zusammen mit einem Elektrolyt in einem abgedichteten Zustand vorgesehen ist. Beispielsweise kann die plattenförmige Batteriezelle aufgebaut sein, um ungefähr eine hexaedrische Struktur, die ein geringes Dicken-zu-Breiten-Verhältnis aufweist, zu haben. Im Allgemeinen enthält die taschenförmige Batteriezelle ein taschenförmiges Batteriegehäuse. Das Batteriegehäuse ist aufgebaut, um eine lagenförmige Laminatstruktur aufzuweisen, bei der eine äußere Abdeckschicht, die aus einem Polymerharz ausgebildet ist, das eine hohe Haltbarkeit aufweist, eine Sperrschicht, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist, das Feuchtigkeit oder Luft blockiert, und eine innere Dichtungsschicht, die aus einem thermisch schweißbaren Polymerharz ausgebildet ist, sequentiell gestapelt sind.
Das Batteriegehäuse der taschenförmigen Batteriezelle kann mit verschiedenen Strukturen konfiguriert sein. Beispielsweise kann das Gehäuse der taschenförmigen Batteriezelle konfiguriert sein, um eine Struktur aufzuweisen, bei der eine Elektrodenanordnung in einem Aufnahmeteil aufgenommen ist, das an einer oberen Innenfläche und/oder einer unteren Innenfläche eines Elements aus zwei Einheiten ausgebildet ist, und die oberen und unteren Kontaktbereiche der Kante des Batteriegehäuses durch thermisches Schweißen abgedichtet sind. Die taschenförmige Batteriezelle mit dem oben dargelegten Aufbau ist in der Internationalen PCT-Anmeldung Nr. PCT/ KR2004/003312 offenbart, die im Namen der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung eingereicht wurde. Die Offenbarung der oben genannten Patentanmeldung ist hierin durch Bezugnahme einbegriffen, so als sei diese hierin vollständig dargelegt.
Jede der Batteriezellen kann aufgebaut sein, um eine Struktur, bei der ein Kathodenanschluss und ein Anodenanschluss von einer Seite eines Rands bzw. einer Kante der Batteriezelle hervorstehen, oder eine Struktur aufzuweisen, bei welcher der Kathodenanschluss von einer Seite der Kante bzw. des Rands der Batteriezelle hervorsteht und der Anodenanschluss von der anderen Seite der Kante bzw. des Rands der Batteriezelle hervorsteht.
Ferner kann das Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung eine obere Platte und eine untere Platte zum Unterstützen eines oberen Endes und eines unteren Endes des Batteriezellenstapels, in dem die Batteriezelle vertikal gestapelt sind, während diese entsprechend durch die Kartuschen fixiert werden, und eine Vorderplatte und eine Rückplatte enthalten, die entsprechend zur Abdeckung einer Seite der Batteriezellen, von der Elektrodenanschlüsse hervorstehen, und der anderen Seite der Batteriezellen angebracht sind.
Gegebenenfalls ist wenigstens die obere Endplatte und/oder die untere Endplatte mit zwei oder mehr Stanzrippen (beads) zur Verbesserung der Steifigkeit des Batteriemoduls vorgesehen. Jede der Stanzrippen kann ein Element sein, das ein großes Längen-zu-Breiten-Verhältnis aufweist. Die Stanzrippen können von der oberen Platte oder der unteren Platte hervorstehen oder können in die obere Platte oder die untere Platte vertieft sein. Die Stanzrippen können parallel angeordnet sein.
Ferner kann die obere Endplatte und/oder die untere Endplatte mit vertikal gebogenen Erweiterungen vorgesehen sein, um Ecken abzudecken, die auf einer Seite der Batteriezellen, von der die Elektrodenanschlüsse hervorstehen, und der anderen Seite der Batteriezellen positioniert sind. Die vertikal gebogenen Erweiterungen können mit der Vorderplatte oder der Rückplatte gekoppelt und daran fixiert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Batteriepackung bereitgestellt, die das Batteriemodul mit dem oben dargelegten Aufbau als eine Moduleinheit enthält.
Die Batteriepackung kann durch Kombinieren von Batteriemodulen als Moduleinheit basierend auf der gewünschten Ausgabe und der gewünschten Kapazität hergestellt werden. Die Batteriepackung kann als Leistungsquelle für ein Elektrofahrzeug, ein Elektrohybridfahrzeug, ein Plug-in-Elektrohybridfahrzeug oder eine Leistungsspeichereinrichtung im Hinblick auf die Installationseffizienz und die strukturelle Stabilität verwendet werden. Allerdings ist der anwendbare Bereich der Batteriepackung darauf nicht beschränkt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung bereitgestellt, welche die Batteriepackung mit dem oben dargelegten Aufbau als eine Leistungsquelle enthält. Insbesondere kann die Einrichtung ein Elektrofahrzeug, ein Elektrohybridfahrzeug, ein Plug-in-Elektrohybridfahrzeug oder eine Leistungsspeichereinrichtung sein.
Die Struktur und das Herstellungsverfahren einer solchen Einrichtung sind aus dem Stand der Technik, auf den die vorliegende Erfindung aufbaut, bekannt, folglich wird eine detaillierte Beschreibung derselben ausgelassen.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich geworden ist, weist ein Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf, bei der ein Raum, der zwischen Kartuschenrahmen und Batteriezellen definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal isoliert ist. Folglich ist es möglich, ein Vermischen von Gas, das von den Batteriezellen erzeugt wird, und Kühlmittel, das entlang des Kühlmittelströmungskanals strömt, zu vermeiden, wodurch die Lebensdauer und Sicherheit des Batteriemoduls verbessert werden.
Figurenliste
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen zu nehmen ist, noch deutlicher.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur zeigt, bei welcher der obere Teil des Batteriemoduls, das in 1 gezeigt ist, auseinandergezogen dargestellt ist;
3 ist eine typische Ansicht, die eine Struktur zeigt, bei welcher Batteriezellen an einer Kartusche, die in 2 gezeigt ist, angebracht sind;
4 ist eine auseinandergezogene Ansicht der 3;
5 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie A-A der 1 genommen ist; und
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt B der 5 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sei allerdings bemerkt, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht durch die dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Batteriemodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur zeigt, bei welcher der obere Teil des Batteriemoduls, das in 1 gezeigt ist, auseinandergezogen ist.
Mit Bezug auf die 1 und 2 ist ein Batteriemodul 100 aufgebaut, um eine Struktur aufzuweisen, die einen Batteriezellenstapel 110, eine untere Endplatte 170, eine obere Endplatte 180, eine Vorderplatte 192 und eine Rückplatte 194 enthält.
Die untere Endplatte 170 unterstützt das untere Ende des Batteriezellenstapels 110 und die obere Endplatte 180 fixiert den obersten Teil des Batteriezellenstapels 110, der an der unteren Endplatte 170 positioniert ist. Das heißt, die obere Endplatte 180 und die untere Endplatte 170, die entsprechend an dem oberen Ende und dem unteren Ende des Batteriezellenstapels 110 positioniert sind, drücken bzw. pressen den oberen Teil und den unteren Teil des Batteriezellenstapels 110, um den Batteriezellenstapel 110 zu fixieren.
Die obere Endplatte 180 und die untere Endplatte 170 sind mit mehreren Stanzrippen 182 zur Verbesserung der Steifigkeit der oberen Endplatte 180 und der unteren Endplatte 170 und zum weiteren Drücken bzw. Pressen des Batteriezellenstapels 110 zur Fixierung des Batteriezellenstapels 110 vorgesehen.
Der Batteriezellenstapel 110 ist aufgebaut, um eine Struktur aufzuweisen, bei der die Batteriezellen 120 und Kartuschen 130 abwechselnd gestapelt sind. Jede der Kartuschen 130 enthält zwei Kühlplatten 134a und 134b, die zwischen benachbarten Batteriezellen 120 und einem Kartuschenrahmen 132 zur Fixierung der Kühlplatten 134a und 134b vorgesehen sind. Die Kartuschen 130 fixieren die Batteriezellen 120, um den Batteriezellenstapel 110 auszubilden.
Jede der Batteriezellen 120 ist eine plattenförmige taschenförmige Batteriezelle 120, die aufgebaut ist, um eine Struktur aufzuweisen, bei der ein Kathodenanschluss 122 von einer Seite des Rands der Batteriezelle 120 hervorsteht und ein weiterer Anschluss (Anodenanschluss) 124 von der anderen Seite des Randes der Batteriezelle 120 hervorsteht. Jede der Batteriezellen 120 ist zwischen benachbarten Kartuschen 130 fixiert.
Jede der Kartuschen 130 enthält eine Kühllamelle, die durch zwei Kühlplatten 134a und 134b aufgebaut ist, die zwischen benachbarten Batteriezellen 120 und einem Kartuschenrahmen 132 zum Fixieren der Kühllamelle vorgesehen sind. Kühlmittelströmungskanäle sind in jeder der Kartuschen 130 definiert. Ferner ist jede der Kartuschen 130 auf gegenüberliegenden Seiten davon vorgesehen, benachbart zur Richtung, in der die Kathoden- und Anodenanschlüsse 122 und 124 jeder der Batteriezellen 120 hervorstehen, wobei Öffnungen 135 mit den Kühlmittelströmungskanälen kommunizieren.
Ferner sind Erweiterungen 184 an äußeren Enden der oberen Platte 180 und der unteren Platte 170 in einem Zustand ausgebildet, in dem die Erweiterungen 184 so vertikal gebogen sind, dass die Erweiterungen 134 Ecken abdecken, die an einer Seite und der anderen Seite jeder der Batteriezellen 120, von denen die Kathoden- und Anodenanschlüsse 122 und 124 jeder der Batteriezellen 120 hervorstehen, positioniert sind. Die vertikal gebogenen Erweiterungen 184 sind an der Vorderplatte 192 oder der Rückplatte 194 fixiert.
3 ist eine typische Ansicht, die eine Struktur zeigt, bei der Batteriezellen an einer der Kartuschen, die in 2 gezeigt sind, angebracht sind, und 4 ist eine auseinandergezogene Ansicht der 3.
Mit Bezug auf die 3 und 4 enthält die Kartusche 130 eine Kühllamelle, die zwischen Batteriezellen 120 und einem Kartuschenrahmen 132 zum Fixieren der Kühllamelle vorgesehen ist. Die Kühllamelle enthält zwei gestapelte Kühlplatten 134a und 134b. Die Kühlplatten 134a und 134b sind mit dem Kartuschenrahmen 132 in einem Zustand gekoppelt, in dem die Kühlplatten 134a und 134b voneinander beabstandet sind, um Kühlmittelströmungskanäle zu definieren. Der Kartuschenrahmen 132 ist mit Öffnungen 135 vorgesehen, die mit den Kühlmittelströmungskanälen kommunizieren.
Mehrere Rippen 133 sind auf der Innenseite des Kartuschenrahmens 132 in einem Zustand ausgebildet, in dem die Rippen 133 parallel angeordnet sind, so dass der Kühlmittelstrom durch Räume geführt wird, die zwischen den entsprechenden Rippen 133 definiert sind. Jede der Öffnungen 135 weist eine Breite L₁ auf, die äquivalent zu einem Abstand L₂ zwischen benachbarten Rippen 133 ist. Die Öffnungen 135 sind so vorgesehen, dass diese den Räumen entsprechen, die zwischen den jeweiligen Rippen 133 definiert sind. Folglich dienen die Öffnungen 135 als Kühlmitteleinlässe und Kühlmittelauslässe für die Kühlmittelströmungskanäle, die zwischen den entsprechenden Rippen 133 definiert sind.
5 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie A-A der 1 genommen ist, und 6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Abschnitt B der 5 zeigt.
Mit Bezug auf die 5 und 6, zusammen mit der 2, ist ein Dichtungselement 140 zum Isolieren eines Raums S, der zwischen den Kartuschenrahmen 132 und den entsprechenden Batteriezellen 120 definiert ist, von den Kühlmittelströmungskanälen an jeder Stapelschnittstelle zwischen den entsprechenden Kartuschenrahmen 132 angeordnet ist. Das Dichtungselement 140 verhindert, dass das Kühlmittel durch jede Stapelschnittstelle zwischen den entsprechenden Kartuschenrahmen 132 in den Raum S eindringt oder Gas, das von den Batteriezellen 120 erzeugt wird, in einen Strömungsweg des Kühlmittels eindringt, wodurch die Dichtigkeit verbessert wird.
Oberflächen der zwei Kühlplatten 134a und 134b, welche mit den Batteriezellen 120 in Kontakt stehen, sind flach, wodurch der Kontaktbereich zwischen den Kühlplatten 134a und 134b und den Batteriezellen 120 vergrößert wird. Entgegengesetzte bzw. gegenüberliegende Enden der Kühlplatten 134a und 134b, die gegenüberliegenden Seiten jedes Kartuschenrahmens 132, an denen die Öffnungen 135 ausgebildet sind, entsprechen, sind integral an dem Kartuschenrahmen 132 durch Einsatz-Spritzguss ausgebildet.
In dem Batteriezellenstapel 110 sind zwei Batteriezellen 120 zwischen einer Kartusche 130 und einer benachbarten Kartusche 130 angebracht. Das heißt, es ist eine Struktur, die eine Kartusche, eine Batteriezelle, eine weitere Batteriezelle und eine weitere Kartusche aufweist, auf wiederholende Weise ausgebildet. In diesem Fall steht die Oberseite einer der benachbarten zwei Batteriezellen 120 mit der oberen Kartusche 130 in Kontakt und steht die Unterseite der anderen der benachbarten zwei Batteriezellen 120 mit der unteren Kartusche 130 in Kontakt.
Wenngleich die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Zweck der Darstellung offenbart wurden, wird der Fachmann anerkennen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne sich vom Gegenstand der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist, zu entfernen.

Claims

Batteriemodul (100), das zwei oder mehr gestapelte Batteriezellen (120), die geladen und entladen werden können, und Kartuschen (130) zum Fixieren der entsprechenden Batteriezellen (120) zur Ausbildung eines Batteriezellenstapels (110) aufweist, wobei jede der Kartuschen (130) eine Kühllamelle, die mit den Batteriezellen (120) in Kontakt steht, und einen Kartuschenrahmen (132) zum Fixieren der Kühllamelle aufweist, die Kühllamelle zwei Kühlplatten (134a, 134b) aufweist, wobei die zwei Kühlplatten (134a, 134b) mit jedem der Kartuschenrahmen (132) in einem Zustand gekoppelt sind, in dem die Kühlplatten (134a, 134b) voneinander beabstandet sind, um einen Kühlmittelströmungskanal zu definieren, jede der Kartuschen (130) mit Öffnungen (135) vorgesehen ist, die mit dem Kühlmittelströmungskanal zwischen den Kühlplatten (134a, 134b) kommunizieren, und ein Dichtungselement (140) zum Isolieren eines Raums, der zwischen den Kartuschenrahmen (132) und den Batteriezellen (120) definiert ist, von dem Kühlmittelströmungskanal an einer Stapelschnittstelle zwischen einer Kartusche (130) und einer benachbarten Kartusche (130) vorgesehen ist.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 1, bei dem das Dichtungselement (140) an der Stapelschnittstelle auf gegenüberliegenden Seiten jedes Kartuschenrahmens (132), an denen die Öffnungen (135) ausgebildet sind, vorgesehen ist.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in einer Struktur, bei der die Kartuschen (132) zusammen mit den Batteriezellen (120) gestapelt sind, das Dichtungselement (140) an der Stapelschnittstelle zwischen den Abschnitten ohne Kartuschen der Batteriezellen (120), von denen Elektrodenanschlüsse hervorstehen, vorgesehen ist.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dichtungselement (140) aufgebaut ist, um eine Pad-Struktur, die eine Elastizität hat, aufzuweisen.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Dichtungselement (140) aus Gummi, Silikon oder einem elastischen Polymerharz ausgebildet ist.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jeder der Kartuschenrahmen (132) an einer Innenseite davon mit zwei oder mehr Rippen (133) zum Unterstützen der Batteriezellen (120) vorgesehen ist, während diese den Kühlmittelströmungskanal definieren.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 6, bei dem die Rippen (133) parallel zum Kühlmittelströmungskanal angeordnet sind.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 6, bei dem jede der Öffnungen (135) eine Breite aufweist, die äquivalent einem Abstand zwischen den Rippen (133) ist.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberflächen der Kühlplatten(134a, 134b), die mit den Batteriezellen (120) in Kontakt stehen, flach sind.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem entgegengesetzte Enden der Kühlplatten (134a, 134b), die gegenüberliegenden Seiten jedes Kartuschenrahmens (132), an denen Öffnungen ausgebildet sind, entsprechen, integral an jedem Kartuschenrahmen (132) ausgebildet sind.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kühlplatten (134a, 134b) an jedem Kartuschenrahmen (132) integral durch Montage, Anbringen oder Einsatz-Spritzguss ausgebildet sind.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Batteriezellenstapel (110) zwei Batteriezellen (120) zwischen einer Kartusche (130) und einer benachbarten Kartusche (130) vorgesehen sind.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der Batteriezellen (120) eine rechteckige plattenförmige Batteriezelle (120) ist.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 13, bei dem die plattenförmige Batteriezelle (120), die aufgebaut ist, um eine Struktur aufzuweisen, bei der ein Rand eines Zellengehäuses, das aus einer Laminatlage ausgebildet ist, die eine Harzschicht und eine Metallschicht aufweist, in einem Zustand abgedichtet ist, in dem sich eine Elektrodenanordnung in dem Zellengehäuse befindet.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der Batteriezellen (120) aufgebaut ist, um eine Struktur, bei der ein Kathodenanschluss (122) und ein Anodenanschluss (124) von einer Seite eines Randes der Batteriezelle (120) hervorsteht, oder eine Struktur aufzuweisen, bei welcher der Kathodenanschluss (122) von einer Seite des Randes der Batteriezelle (120) hervorsteht und der Anodenanschluss (124) von der anderen Seite des Randes der Batteriezelle (120) hervorsteht.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: eine obere Platte (180) und eine untere Platte (170) zum Unterstützen eines oberen Endes und eines unteren Endes des Batteriezellenstapels (110), in dem die Batteriezellen (120) vertikal gestapelt sind, während diese durch die Kartuschen (130) entsprechend fixiert werden; und eine Vorderplatte (192) und eine Rückplatte (194), die angebracht sind, um entsprechend eine Seite der Batteriezellen (120), von der die Elektrodenanschlüsse hervorstehen, und die andere Seite der Batteriezellen (120) abzudecken.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 16, bei dem die obere Endplatte (180) und/oder die untere Endplatte (170) mit zwei oder mehr Stanzrippen (182) vorgesehen ist.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 16, bei dem die obere Endplatte (180) und/oder die untere Endplatte (170) mit Erweiterungen (184) vorgesehen ist, die vertikal gebogen sind, um Ecken abzudecken, die auf einer Seite der Batteriezellen (120), von der die Elektrodenanschlüsse vorstehen, und der anderen Seite der Batteriezellen (120) positioniert sind.
Batteriemodul (100) nach Anspruch 18, bei dem die vertikal gebogenen Erweiterungen (184) an die Vorderplatte (192) oder die Rückplatte (194) gekoppelt sind.
Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede der Batteriezellen (120) eine Lithium-Sekundärbatterie ist.
Batteriepackung, die ein Batteriemodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 als eine Moduleinheit aufweist.
Einrichtung, die eine Batteriepackung nach Anspruch 21 aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 22, bei der die Einrichtung ein Elektrofahrzeug, ein Elektrohybridfahrzeug, ein Plug-in-Elektrohybridfahrzeug oder eine Leistungsspeichereinrichtung ist.