-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
-
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr.
10-2019-0169027 , die am 17. Dezember 2019 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
-
STAND DER TECHNIK
-
Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Batteriemodul.
-
Beschreibung des verwandten Standes der Technik
-
Im Gegensatz zu Primärbatterien können Sekundärbatterien geladen und entladen werden. Daher können Sekundärbatterien in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, z. B. in Digitalkameras, Mobiltelefonen, Laptops, Hybridfahrzeugen und dergleichen. Beispiele für Sekundärbatterien können Nickel-Cadmium-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, Nickel-Wasserstoff-Batterien, Lithium-Sekundärbatterien und ähnliches sein.
-
Unter solchen Sekundärbatterien wurde viel Forschung zu Lithium-Sekundärbatterien betrieben, die eine hohe Energiedichte und Entladespannungen aufweisen. In letzter Zeit wurden Lithium-Sekundärbatterien als beutelartige Batteriezellen hergestellt, die durch die Verbindung mehrerer Teile in Form eines Moduls flexibel konfiguriert und verwendet werden können.
-
Wenn das Batteriemodul über einen längeren Zeitraum verwendet wird, kann durch das Batteriemodul Wärme erzeugt werden. Insbesondere kann eine Innentemperatur des Batteriemoduls während eines Ladevorgangs schnell ansteigen. In diesem Fall kann ein solcher Temperaturanstieg des Batteriemoduls die Lebensdauer des Batteriemoduls verkürzen und den Wirkungsgrad des Batteriemoduls verringern. Im schlimmsten Fall kann es zu einer Entzündung oder Explosion des Moduls kommen.
-
Um die oben genannten Probleme zu lösen, wurde eine Struktur verwendet, bei der die Wärme eines Batteriemoduls durch Ausbilden eines Kühlstrompfads in einem Modulgehäuse abgeleitet wird. Ein Batteriemodul gemäß dem verwandten Stand der Technik kann jedoch keine ausreichende Kühlleistung erzielen.
-
Wenn ein Batteriemodul durch äußere mechanische Faktoren wie Quetschungen, Stöße, Vibrationen, Erschütterungen und dergleichen beschädigt wird, kann es zum Bruch des Batteriemoduls oder zu einem Unfall wie einer Batterieexplosion kommen. Ein Batteriemodul nach dem verwandten Stand der Technik leidet jedoch unter mangelnder Steifigkeit zur Aufrechterhaltung einer Struktur und weist eine schlechte strukturelle Stabilität auf.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Batteriemoduls mit verbesserter struktureller Stabilität (Steifigkeit).
-
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Batteriemodul mit verbesserter Kühlleistung bereitzustellen.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Batteriemodul ein Modulgehäuse mit einer ersten Platte, bei der eine Seite offen ist, einer zweiten Platte, die mit der ersten Platte gekoppelt ist, um einen Innenraum zu bilden, und einem Trennelement, das über dem Innenraum angeordnet ist, um die erste Platte mit der zweiten Platte zu koppeln; und einen Batteriezellenstapel, der in dem Innenraum angeordnet ist und in dem eine Mehrzahl von Batteriezellen gestapelt ist.
-
Die erste Platte kann eine untere Platte umfassen, die einen unteren Abschnitt des Batteriezellenstapels trägt, und Seitenplatten, die sich von beiden Seiten der unteren Platte erstrecken, um Seitenflächen des Batteriezellenstapels zu tragen.
-
Das Modulgehäuse kann ferner mit einer Abdeckplatte versehen sein, die eine Seitenfläche des durch die erste Platte und die zweite Platte gebildeten Innenraums abdeckt, und das Trennelement kann mit der Abdeckplatte verbunden sein.
-
Das Trennelement kann so ausgebildet sein, dass es mit der ersten Platte oder der zweiten Platte integriert ist.
-
Das Trennelement kann mit einer Vielzahl von Trennelementen versehen sein, die so angeordnet sind, dass sie voneinander beabstandet sind.
-
Das Batteriemodul kann ferner ein unteres Kühlelement umfassen, das an einer unteren Oberfläche der ersten Platte angeordnet ist, um das Modulgehäuse zu kühlen. Die erste Platte ist mit Vorsprungsabschnitten an der unteren Oberfläche versehen, die an ihren beiden Enden angeordnet sind, um nach unten zu ragen. Eine Höhe, die die Vorsprungsabschnitte der unteren Oberfläche von der unteren Oberfläche der ersten Platte vorstehen, ist größer oder gleich einer Höhe, die das untere Kühlelement von der unteren Oberfläche der ersten Platte vorsteht.
-
Das Batteriemodul kann ferner ein oberes Kühlelement umfassen, das auf einer oberen Oberfläche der zweiten Platte angeordnet ist, um das Modulgehäuse zu kühlen. Die zweite Platte kann mit Vorsprungabschnitten an der oberen Oberfläche versehen sein, die an ihren beiden Enden angeordnet sind, um nach oben zu ragen. Eine Höhe, mit der der Vorsprungabschnitt der oberen Oberfläche von einer oberen Oberfläche der zweiten Platte vorsteht, kann größer oder gleich einer Höhe sein, die das obere Kühlelement von der oberen Fläche der zweiten Platte vorsteht.
-
Das Batteriemodul kann einen Verbindungsabschnitt umfassen, in dem die Seitenplatten und die zweite Platte verschweißt sind, und ein seitlicher Vorsprungsabschnitt kann in einem Abschnitt eines Umfangs des Verbindungsabschnitts ausgebildet sein.
-
Der seitliche Vorsprungsabschnitt kann an jeder der zweiten Platte und der Seitenplatten ausgebildet sein. Außerdem kann der seitliche Vorsprung so geformt sein, dass er eine Höhe hat, die größer oder gleich der Höhe des Verbindungsabschnitts ist.
-
Die Seitenplatten können einen Stufenabschnitt enthalten, in dem eine Stufe einwärts eines mit der zweiten Platte gekoppelten Abschnitts ausgebildet ist, und der Stufenabschnitt kann in einem Stufenaufnahmeabschnitt aufgenommen werden, der so ausgebildet ist, dass er in einer unteren Fläche der zweiten Platte vertieft ist.
-
Ein Dichtungselement kann zwischen dem Stufenabschnitt und dem Stufenaufnahmeabschnitt angeordnet sein.
-
Das Batteriemodul kann ferner ein Wärmeübertragungselement enthalten, das den Batteriezellenstapel und das Modulgehäuse verbindet, um Wärme vom Batteriezellenstapel an das Modulgehäuse abzuleiten.
-
Das Wärmeübertragungselement kann zwischen einer oberen Fläche des Batteriezellenstapels und einer unteren Fläche der zweiten Platte und zwischen einer unteren Fläche des Batteriezellenstapels und einer oberen Fläche der unteren Platte angeordnet sein.
-
Der Batteriezellenstapel kann eine beutelartige Zelle umfassen, die einen Aufnahmeabschnitt, der eine Elektrodenanordnung aufnimmt, und einen Dichtungsabschnitt, der den Aufnahmeabschnitt abdichtet, enthält. Das Wärmeübertragungselement kann in einem Bereich angeordnet sein, in dem der Dichtungsabschnitt nicht angeordnet ist.
-
Der Dichtungsabschnitt ist so geformt, dass er gefaltet und mit einem Klebeelement befestigt werden kann. Der Dichtungsabschnitt kann zwischen der oberen Fläche des Batteriezellenstapels und der unteren Fläche der zweiten Platte angeordnet sein und ist nicht zwischen der unteren Fläche des Batteriezellenstapels und der oberen Fläche der unteren Platte angeordnet.
-
Das obere Kühlelement oder das untere Kühlelement kann einen Kontaktabschnitt umfassen, der in Kontakt mit der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche steht, und einen Strömungspfadabschnitt, der von der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche beabstandet ist, um einen Kühlpfad zu bilden, durch den ein Kühlmittel fließt. Das Batteriemodul kann ein Pufferpolster umfassen, das zwischen dem Batteriezellenstapel und dem Trennelement des Modulgehäuses angeordnet ist.
-
Figurenliste
-
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verstanden.
- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des in 1 dargestellten Batteriemoduls.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für eine Batteriezelle zeigt.
- 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie I-I' von 1.
- 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 4 dargestellten Abschnitts „A“.
- 6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 4 dargestellten Abschnitts „B“.
- 7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 5 dargestellten Abschnitts „C“.
- 8 bis 10 sind schematische Querschnittsansichten, die verschiedene modifizierte Beispiele für den Aufbau einer ersten Platte, einer zweiten Platte und eines Trennelements zeigen, die jeweils ein Modulgehäuse bilden.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Die in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe und Wörter sollten nicht so interpretiert werden, dass sie auf typische Bedeutungen oder Wörterbuchdefinitionen beschränkt sind, sondern sollten so interpretiert werden, dass sie Bedeutungen und Konzepte haben, die für den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung relevant sind, basierend auf der Regel, nach der ein Erfinder das Konzept des Begriffs in geeigneter Weise definieren kann, um die geeignete Methode, die er zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung kennt, am besten zu beschreiben. Daher sind die in den Ausführungsformen und Zeichnungen der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Konfigurationen lediglich geeignete Ausführungsformen, die jedoch nicht den gesamten technischen Geist der vorliegenden Offenbarung darstellen. Daher sollte die vorliegende Offenbarung so ausgelegt werden, dass sie alle Änderungen, Äquivalente und Substitutionen einschließt, die zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
-
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass gleiche Bezugsziffern beim Verständnis der Zeichnungen gleiche Elemente bezeichnen. Darüber hinaus wird auf detaillierte Beschreibungen zu bekannten Funktionen oder Konfigurationen verzichtet, um den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu verschleiern. Aus demselben Grund ist zu beachten, dass einige in den Zeichnungen dargestellte Komponenten übertrieben, weggelassen oder schematisch dargestellt sind und die Größe der einzelnen Komponenten nicht exakt ihrer tatsächlichen Größe entspricht.
-
Nachfolgend wird ein Batteriemodul 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht des in 1 dargestellten Batteriemoduls 100, 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Batteriezelle 120 zeigt, 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie I-I' von 1, 5 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Abschnitts „A“ dargestellt in 4, 6 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 4 dargestellten Abschnitts „B“, 7 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des in 5 dargestellten Abschnitts „C“, und 8 bis 10 sind schematische Querschnittsansichten, die verschiedene modifizierte Beispiele für den Aufbau einer ersten Platte 160, einer zweiten Platte 170 und eines Trennelements 155 zeigen, die jeweils ein Modulgehäuse 150 bilden.
-
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 kann das Batteriemodul 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform so konfiguriert sein, dass es einen Batteriezellenstapel 110, ein Modulgehäuse 150 und ein Kühlelement 190 umfasst. Das Batteriemodul 110 kann ferner die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 umfassen.
-
Batteriezellenstapel 110
-
Wie in 2 dargestellt, ist der Batteriezellenstapel 110 durch Stapeln einer Vielzahl von Batteriezellen 120 konfiguriert, die in 3 als Beispiel dargestellt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 120 in einer Links-Rechts-Richtung (oder einer horizontalen Richtung) gestapelt. Die Batteriezellen 120 können jedoch so konfiguriert werden, dass sie bei Bedarf in vertikaler Richtung gestapelt werden.
-
Jede der Batteriezellen 120 kann eine Sekundärbatterie vom Beuteltyp sein und kann eine Struktur aufweisen, bei der ein Elektrodenkabel 125 nach außen ragt.
-
Die Batteriezelle 120 kann so konfiguriert sein, dass eine Elektrodenbaugruppe, nicht dargestellt, in einem Beutel 121 untergebracht ist. Die Elektrodenbaugruppe, nicht dargestellt, kann eine Vielzahl von Elektrodenplatten und eine Vielzahl von Elektrodenfahnen umfassen und kann in einem Beutel 121 untergebracht werden. Die Elektrodenplatte kann eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte umfassen, und die Elektrodenbaugruppe kann gebildet werden, indem eine positive Elektrodenplatte und eine negative Elektrodenplatte mit einem dazwischen angeordneten Separator in einer solchen Weise gestapelt werden, dass breite Oberflächen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte einander gegenüberliegen. Die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte können durch Aufbringen einer aktiven Materialaufschlämmung auf einen Stromabnehmer gebildet werden. Im Allgemeinen kann die aktive Materialaufschlämmung durch Rühren eines körnigen aktiven Materials, eines Hilfsleiters, eines Bindemittels, eines Weichmachers und dergleichen in einem Zustand hergestellt werden, in dem ein Lösungsmittel hinzugefügt wird. In der Elektrodenanordnung sind eine Vielzahl von positiven Elektrodenplatten und eine Vielzahl von negativen Elektrodenplatten in einer Links-Rechts-Richtung (oder einer horizontalen Richtung) gestapelt. In diesem Fall kann jede der positiven Elektrodenplatten und der negativen Elektrodenplatten mit einer Elektrodenlasche versehen sein. Die positive Elektrodenplatte und die negative Elektrodenplatte können mit der gleichen Elektrodenleitung 125 verbunden werden, indem die gleichen Polaritäten davon miteinander in Kontakt gebracht werden.
-
In 3 ist die Batteriezelle 120 so dargestellt, dass zwei Elektrodenleitungen 125 so angeordnet sind, dass sie in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die beiden Elektrodenleitungen 125 können jedoch so angeordnet sein, dass sie in dieselbe Richtung weisen, aber unterschiedliche Höhen haben.
-
Der Beutel 121 kann in einer Behälterform ausgebildet sein, um einen Innenraum zu schaffen, in dem eine Elektrodenanordnung und ein Elektrolyt, nicht dargestellt, untergebracht sind. In diesem Fall kann ein Teil der Elektrodenleitung 125 der Elektrodenanordnung außerhalb des Beutels 121 freiliegen.
-
Der Beutel 121 kann in einen Aufnahmeabschnitt 122 und einen Dichtungsabschnitt 123 unterteilt sein. Der Aufnahmeabschnitt 122 kann in Form eines Behälters ausgebildet sein, um einen rechteckigen Innenraum zu schaffen. Die Elektrodenanordnung und der Elektrolyt können in dem Innenraum des Aufnahmeabschnitts 122 untergebracht werden.
-
Der Dichtungsabschnitt 123 kann ein Abschnitt sein, an den ein Abschnitt des Beutels 121 geklebt ist, um eine Außenfläche des Aufnahmeabschnitts 122 abzudichten. Dementsprechend kann der Dichtungsabschnitt 123 in Form eines Flansches ausgebildet sein, der sich von dem in einer Behälterform ausgebildeten Aufnahmeabschnitt 122 nach außen erstreckt, und kann entlang einer Außenfläche des Aufnahmeabschnitts 122 angeordnet sein. Ein thermisches Schmelzverfahren kann verwendet werden, um den Beutel 121 zur Bildung des Dichtungsabschnitts 123 zu verbinden, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Dichtungsabschnitt 123 unterteilt in einen ersten Dichtungsabschnitt 123a, in dem eine Elektrodenleitung 125 angeordnet ist, und einen zweiten Dichtungsabschnitt 123b, in dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist.
-
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Beutel 121 durch Formen eines Stücks Außenmaterial hergestellt werden. Genauer gesagt kann die Herstellung des Beutels 121 durch das Formen von einem oder zwei Aufnahmeabschnitten auf einem Stück Außenmaterial und das Falten des Außenmaterials erfolgen, so dass die Aufnahmeabschnitte einen Raum bilden (zum Beispiel den Aufnahmeabschnitt 122).
-
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Aufnahmeabschnitt 122 so geformt sein, dass er eine rechteckige Form hat. Eine Außenfläche des Aufnahmeabschnitts 122 kann mit dem Dichtungsabschnitt 202 versehen sein, der durch Verkleben des Außenmaterials gebildet wird. Wie oben beschrieben, ist es jedoch nicht notwendig, den Dichtungsabschnitt 202 auf einer Fläche zu bilden, auf der das Außenmaterial gefaltet ist. Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform der Dichtungsabschnitt 202 auf der Außenfläche des Aufnahmeabschnitts 204 ausgebildet sein und nur auf drei Seiten des Aufnahmeabschnitts 204 vorgesehen sein, während der Dichtungsabschnitt 202 auf einer Seite (einer unteren Fläche in 3) der Außenflächen des Aufnahmeabschnitts 204 nicht angeordnet sein kann.
-
Da in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrodenleitungen 125 so angeordnet sind, dass sie in entgegengesetzte Richtungen weisen, können die beiden Elektrodenleitungen 125 in den auf verschiedenen Seiten ausgebildeten Dichtungsabschnitten 123 angeordnet sein. Dementsprechend kann der Dichtungsabschnitt 123 zwei erste Dichtungsabschnitte 123a umfassen, in denen die Elektrodenleitung 125 angeordnet ist, und einen zweiten Dichtungsabschnitt 123a, in dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist. In 3 ist der zweite Dichtungsabschnitt 123b so dargestellt, dass er an einer oberen Fläche des Beutels 121 ausgebildet ist. Der zweite Dichtungsabschnitt 123b kann jedoch auch auf einer unteren Fläche des Beutels 121 ausgebildet sein.
-
Eine Struktur des Beutels 121, angewandt auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, ist nicht auf eine Struktur beschränkt, bei der ein Stück des Außenmaterials gefaltet ist, um den Dichtungsabschnitt 123 auf drei Oberflächen zu bilden, wie in 3 dargestellt. Beispielsweise kann der Beutel 121 eine Struktur aufweisen, bei der ein Aufnahmeabschnitt 122 durch Überlappen von zwei Stücken Außenmaterial gebildet wird und Dichtungsabschnitte 123 auf allen (vier) Seiten einer Außenfläche des Aufnahmeabschnitts 122 gebildet werden. In diesem Fall kann der Dichtungsabschnitt 123 zwei erste Dichtungsabschnitte 123a umfassen, in denen die Elektrodenleitung 125 angeordnet ist, und zwei zweite Dichtungsabschnitte 123b, in denen die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist. Die zweiten Dichtungsabschnitte 123b können auf einer oberen und einer unteren Fläche der Batteriezelle 120 ausgebildet sein.
-
Darüber hinaus kann die Batteriezelle 120 gemäß der vorliegenden Ausführungsform so hergestellt werden, dass der Dichtungsabschnitt 123 mindestens einmal gefaltet wird, um die Zuverlässigkeit der Haftung des Dichtungsabschnitts 123 zu verbessern und eine Fläche des Dichtungsabschnitts 123 deutlich zu verringern.
-
Genauer gesagt, kann in dem Dichtungsabschnitt 123 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der zweite Dichtungsabschnitt 123b, in dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist, zweimal gefaltet und dann durch ein Klebeelement 124 fixiert werden. Zum Beispiel kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b entlang einer in 3 dargestellten ersten Faltlinie C1 um 180 Grad gefaltet werden und dann entlang einer in 3 dargestellten zweiten Faltlinie C2 erneut gefaltet werden. In diesem Fall kann der Innenraum des zweiten Dichtungsabschnitts 123b mit dem Klebeelement 124 gefüllt werden. Dementsprechend kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b durch das Klebeelement 124 in einer zweifach gefalteten Form gehalten werden. Das Klebeelement 124 kann aus einem Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sein. Zum Beispiel kann das Klebeelement 124 aus Epoxid oder Silikon gebildet sein, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt.
-
Die oben konfigurierte Batteriezelle 120 kann eine Nickel-Metallhydrid-Batterie (Ni-MH) oder eine Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) sein, die in der Lage ist, Strom zu laden und zu entladen.
-
Die Batteriezelle 120 kann im Innenraum des später zu beschreibenden Modulgehäuses 150 angeordnet sein. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 120 kann horizontal gestapelt werden, während sie aufrecht stehen, um den Batteriezellenstapel 110 zu bilden.
-
Wie in 4 dargestellt, kann mindestens ein Pufferpolster 127 zwischen den zu stapelnden Batteriezellen 120 angeordnet sein. Ein einzelnes oder mehrere Pufferpolster 127 können zwischen den Aufnahmebereichen 120 einer benachbarten Batteriezelle 120 angeordnet sein. Außerdem kann das Pufferpolster 127 zwischen der Batteriezelle 120 und einer Seitenfläche des Modulgehäuses 150 angeordnet sein. Das Pufferpolster 127 kann zwischen dem Batteriezellenstapel 110 und einem Trennelement 155 des Modulgehäuses 150 angeordnet sein. Da das Pufferpolster 127 zusammengedrückt und elastisch verformt werden kann, wenn eine bestimmte Batteriezelle 120 anschwillt, kann das Pufferpolster 127 verhindern, dass das Gesamtvolumen des Batteriezellenstapels 110 zunimmt. Zu diesem Zweck kann das Pufferpolster 127 aus Polyurethanschaum gebildet werden, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt.
-
Modulgehäuse 150
-
Das Modulgehäuse 150 kann eine Außenseite des Batteriemoduls 100 definieren und kann außerhalb des Batteriezellenstapels 110 angeordnet sein, um die Batteriezelle 120 vor einer äußeren Umgebung zu schützen. In diesem Fall kann das Modulgehäuse 150 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch zur Kühlung des Batteriemoduls 100 dienen.
-
Das Modulgehäuse 150 kann so konfiguriert sein, dass es eine erste Platte 160 und eine zweite Platte 170 umfasst. Die erste Platte kann eine Querschnittsform aufweisen, bei der eine Seite offen ist, beispielsweise eine U-förmige Querschnittsform (in der vorliegenden Ausführungsform hat ein U-förmiger Querschnitt eine eckige Form an einer Kante davon). Die zweite Platte 170 kann mit der ersten Platte 160 kombiniert werden, um einen Innenraum zu bilden. Außerdem kann das Modulgehäuse 150 Abdeckplatten 180 umfassen, die auf einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche des Modulgehäuses 150 angeordnet sind, um den durch die erste Platte 160 und die zweite Platte 170 gebildeten Innenraum abzudecken.
-
Der Batteriezellenstapel 110 kann im Innenraum des Modulgehäuses angeordnet sein, und mindestens eine Oberfläche, die das Modulgehäuse 150 bildet, kann als Wärmeableitplatte dienen, um Wärme, die in der Batteriezelle 120 erzeugt wird, nach außen aus dem Modulgehäuse 150 abzuleiten.
-
In den 1, 2 und 4 bis 10 ist die erste Platte 160 mit einem U-förmigen Querschnitt so dargestellt, dass sie in einem unteren Abschnitt des Modulgehäuses 150 angeordnet ist, und die zweite Platte 170 ist so dargestellt, dass sie so angeordnet ist, dass sie mit der ersten Platte 160 in einem oberen Abschnitt des Modulgehäuses 150 gekoppelt ist. Die erste Platte 160 mit einem U-förmigen Querschnitt kann jedoch in einem oberen Bereich des Modulgehäuses 150 angeordnet sein, und die zweite Platte 170 kann so angeordnet sein, dass sie mit der ersten Platte 160 in einem oberen Bereich des Modulgehäuses 150 gekoppelt ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein Aufbau beschrieben, bei dem die erste Platte 160 in einem unteren Abschnitt des Modulgehäuses 150 angeordnet ist, wie in 1, 2 und 4 bis 10 dargestellt.
-
Wie in 2, 4 und dergleichen dargestellt, kann die erste Platte 160 eine untere Platte 161, die einen unteren Abschnitt des Batteriezellenstapels 110 trägt, und eine Seitenplatte 165 umfassen, die eine Seitenfläche trägt, auf der der Aufnahmeabschnitt 122 der Batteriezelle 120 angeordnet ist, um einen U-förmigen Querschnitt zu bilden, bei dem eine Seite offen ist. Die Seitenplatte 165 und die untere Platte 161 können jedoch als unabhängige Komponenten vorbereitet werden und können dann, je nach Bedarf, miteinander verbunden/kombiniert werden.
-
Die Seitenplatte 165 kann so ausgebildet sein, dass sie sich von beiden Seiten der unteren Platte 161 erstreckt, und kann auf einer Seitenfläche des Batteriezellenstapels 110 angeordnet und in der Links-Rechts-Richtung gestapelt werden, um den Aufnahmeabschnitt 122 der Batteriezelle 120 zu stützen.
-
Die Seitenplatten 165 können so konfiguriert sein, dass sie in direktem Kontakt mit den Aufnahmeabschnitten 204 der Batteriezellen 120 stehen, um den Batteriezellenstapel 110 sicher zu stützen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, je nach Bedarf. Beispielsweise kann ein Wärmeableitungspolster, das Pufferpolster 127 oder ähnliches zwischen der Seitenplatte 165 und den Aufnahmeabschnitten 122 der Batteriezelle eingefügt werden.
-
Die oben konfigurierte erste Platte 160 kann aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. einem Metall, gebildet sein. Zum Beispiel kann die erste Platte 160 aus einem Aluminiummaterial gebildet sein. Das Material der ersten Platte 160 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann ein beliebiges nichtmetallisches Material sein, solange es eine ähnliche Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie ein Metall aufweist.
-
Die zweite Platte 170 (oder eine obere Platte) kann oberhalb des Batteriezellenstapels 110 angeordnet sein, um einer oberen Fläche des Batteriezellenstapels 110 zu entsprechen. Darüber hinaus kann die zweite Platte 170 mit einem oberen Ende der Seitenplatte 165 der ersten Platte 160 gekoppelt sein. Dementsprechend haben, wenn die zweite Platte 170 mit der ersten Platte 160 gekoppelt ist, die zweite Platte 170 und die erste Platte 160 die Form eines hohlen rohrförmigen Elements.
-
Ähnlich wie die erste Platte 160 kann die zweite Platte 170 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. einem Metall, gebildet sein. Als Beispiel kann die zweite Platte 170 aus einem Aluminiummaterial gebildet werden. Das Material der zweiten Platte 170 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann ein beliebiges nicht-metallisches Material sein, solange es eine ähnliche Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie ein Metall aufweist.
-
Das Modulgehäuse 150 kann ein Trennelement 155 enthalten, das über einen im Modulgehäuse 150 ausgebildeten Innenraum angeordnet ist, um die erste Platte 160 und die zweite Platte 170 miteinander zu verbinden. Wie in 2 dargestellt, kann eine Mehrzahl von Batteriezellen 120 zwischen dem Trennelement 155 und der Seitenplatte 165 gestapelt werden.
-
Das Trennelement 155 kann vertikal im Inneren des Modulgehäuses 150 angeordnet sein, um vertikalen äußeren Einflüssen zu widerstehen. Somit kann das Trennelement 155 die Gesamtsteifigkeit des Modulgehäuses 150 erhöhen, um Schäden am Batteriemodul 100 zu verringern, die durch mechanische äußere Faktoren wie Quetschungen, Stürze, Vibrationen, Stöße und dergleichen verursacht werden.
-
Wie in den 2, 4 und 8 dargestellt, kann das Trennelement 155 so geformt sein, dass es mit der zweiten Platte 170, die einen linearen Querschnitt aufweist, integriert ist, und kann eine Struktur aufweisen, die an der unteren Platte 161 der ersten Platte 160, die einen U-förmigen Querschnitt aufweist, befestigt ist. Beispielsweise können die zweite Platte 170 und das Trennelement 155 einstückig ausgebildet sein, um einen T-förmigen Querschnitt zu haben. Das Trennelement 155 und die erste Platte 160 können durch verschiedene bekannte Methoden miteinander gekoppelt werden, wie z. B. Bolzen- (Schraub-) Befestigung, Schweißen, Kleben und dergleichen.
-
Wie in 9 dargestellt, kann das Trennelement 155 so geformt sein, dass es in die untere Platte 161 der ersten Platte 160 integriert ist, und es kann eine Struktur aufweisen, die an der zweiten Platte 170 mit einem U-förmigen Querschnitt befestigt ist. Beispielsweise können die erste Platte 160 und das Trennelement 155 einstückig so ausgebildet sein, dass sie einen seitlich liegenden E-förmigen Querschnitt aufweisen. Das Trennelement 155 und die zweite Platte 170 können durch verschiedene bekannte Methoden miteinander gekoppelt werden, wie z. B. Bolzen-(Schraub-)Befestigung, Schweißen, Kleben und dergleichen.
-
Alternativ kann, wie in 10 dargestellt, das Trennelement 155 unabhängig von der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 vorgesehen sein, um an jeder der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 befestigt zu werden. Das Trennelement 155 kann mit der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 unter Verwendung verschiedener bekannter Methoden wie Bolzen- (Schrauben-) Befestigung, Schweißen, Kleben und dergleichen gekoppelt werden.
-
Ähnlich wie die erste Platte 160 oder die zweite Platte 170 kann das Trennelement 155 aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. einem Metall, gebildet sein. Als Beispiel kann das Trennelement 155 aus einem Aluminiummaterial gebildet werden. Das Material des Trennelements 155 ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann ein beliebiges nichtmetallisches Material sein, solange es eine ähnliche Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit wie ein Metall aufweist.
-
Darüber hinaus kann das Trennelement 155 auch mit einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche des Modulgehäuses 150 verbunden sein, um die Steifigkeit des Modulgehäuses 150 zu erhöhen. Beispielsweise kann das Trennelement 155 an einer Abdeckplatte 180 befestigt sein, die die vordere Fläche und die hintere Fläche des Modulgehäuses 150 abdeckt. Die Befestigung des Trennelements 155 an der Abdeckplatte 180 kann durch verschiedene bekannte Methoden erfolgen, z. B. durch Verschrauben, Verschweißen, Verkleben und dergleichen. Beispielsweise können das Trennelement 155 und die Abdeckplatte 180 durch ein Schraubverbindungsverfahren gekoppelt werden. In diesem Fall kann in dem Trennelement 155 eine Befestigungsnut 155a für die Schraubverbindung ausgebildet sein, wie in 4 dargestellt.
-
In den 2, 4 und 8 bis 10 ist das Modulgehäuse 150 so dargestellt, dass es nur mit einem Trennelement 155 versehen ist. Das Modulgehäuse 150 kann jedoch mit einer Vielzahl von Trennelementen 155 versehen sein. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Trennelementen 155 so angeordnet sein, dass sie voneinander beabstandet sind, und eine Vielzahl von Batteriezellen 120 kann zwischen den Trennelementen 155 oder zwischen dem Trennelement 155 und der Seitenplatte 165 gestapelt sein.
-
Die erste Platte 160 und die zweite Platte 170 können miteinander gekoppelt werden, indem eine Kontaktfläche zwischen der Seitenplatte 165 und der zweiten Platte 170 verschweißt wird (z. B. durch Laserschweißen oder dergleichen).
-
Unter Bezugnahme auf 7 können die Seitenplatte 165 und die zweite Platte 170 der ersten Platte 160 in einem Verbindungsabschnitt W, der so ausgebildet ist, dass er sich entlang der Kontaktfläche zwischen der Seitenplatte 165 und der zweiten Platte 170 erstreckt, durch Schweißen miteinander verbunden werden. In diesem Fall kann der Verbindungsabschnitt W eine Form haben, die aufgrund einer durch die Schweißverbindung gebildeten Schweißraupe von einer Seitenfläche nach außen ragt. Da der Verbindungsabschnitt W anfällig für äußere Einwirkungen ist, ist es notwendig, eine Beschädigung des Verbindungsabschnitts W zu verhindern.
-
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können seitliche Vorsprungsabschnitte A1 und A2, die in einer Höhenrichtung des Verbindungsabschnitts W (die Links-Rechts-Richtung in 7) vorstehen, in mindestens einem Abschnitt einer Außenfläche des Verbindungsabschnitts W ausgebildet sein, um eine Beschädigung des Verbindungsabschnitts W zu verhindern und den Verbindungsabschnitt W zu schützen. Daher kann die Kontaktfläche zwischen der Seitenplatte 165 und der zweiten Platte 170 in einem Abschnitt angeordnet sein, der auf ein niedrigeres Niveau als die seitlichen Vorsprungsabschnitte A1 und A2 vertieft ist, zum Beispiel in einem vertieften Abschnitt A3 zwischen den seitlichen Vorsprungsabschnitten A1 und A2.
-
In diesem Fall können die seitlichen Vorsprungsabschnitte A1 und A2 auf einer Seitenfläche der zweiten Platte 170 bzw. einer Seitenfläche der Seitenplatte 165 ausgebildet sein, um den Verbindungsabschnitt W auf einer Oberseite und einer Unterseite des Verbindungsabschnitts W zu schützen. Die seitlichen Vorsprungsabschnitte A1 und A2 können sich entlang der Kontaktfläche zwischen der Seitenplatte 165 und der zweiten Platte 170 erstrecken. Die seitlichen Vorsprungsabschnitte A1 und A2 müssen jedoch nicht durchgehend ausgebildet sein, sondern können an der Ober- und Unterseite des Verbindungsabschnitts W intermittierend ausgebildet sein, wenn der Verbindungsabschnitt W geschützt werden kann.
-
Eine Höhe H3 jedes der seitlichen Vorsprungsabschnitte A1 und A2 kann größer oder gleich sein, im Detail größer als eine Höhe der Schweißraupe, die durch den Verbindungsabschnitt W gebildet wird (zum Beispiel eine Höhe des Vorsprungs in einer Richtung der Seitenfläche), um zu verhindern, dass der Verbindungsabschnitt W aus den seitlichen Vorsprungsabschnitten A1 und A2 herausragt.
-
Bezugnehmend auf 7 kann die Seitenplatte 165 mit einem Stufenabschnitt 166 versehen sein, in dem eine Stufe einwärts eines oberen Seitenabschnitts ausgebildet ist, der mit der zweiten Platte 170 verbunden ist. Der Stufenabschnitt 166 kann in einem Stufenaufnahmeabschnitt 173 aufgenommen werden, der so ausgebildet ist, dass er in einer unteren Fläche 171 der zweiten Platte 170 ausgespart ist.
-
Zusätzlich kann die zweite Platte 170 mit einem Verlängerungsabschnitt 174 versehen sein, der von dem Stufenaufnahmeabschnitt 173 nach außen vorsteht, um einer Seitenfläche des Stufenabschnitts 166 zu entsprechen.
-
Wie oben beschrieben, kann die Kontaktfläche zwischen der Seitenplatte 165 und der zweiten Platte 170 durch eine Einsetzkopplungsstruktur, bei der der Stufenabschnitt 166 in den Stufenaufnahmeabschnitt 173 eingesetzt wird, und/oder eine Überlappungskopplungsstruktur des Stufenabschnitts 166 und des Verlängerungsabschnitts 174 erhöht werden. Dadurch kann die Steifigkeit eines geklebten Abschnitts erhöht werden.
-
Da durch den Stufenabschnitt 166 und den Stufenaufnahmeabschnitt 173 eine Vielzahl von Stufen gebildet wird, kann es darüber hinaus schwierig sein, dass Feuchtigkeit von außen in das Modulgehäuse 150 eindringt. Insbesondere wenn ein Dichtungselement OR zwischen dem Stufenabschnitt 166 und dem Stufenaufnahmeabschnitt 173 angeordnet ist, kann das Eindringen von externer Feuchtigkeit in das Modulgehäuse 150 sicher verhindert werden. Das Dichtungselement OR kann ein bekanntes Dichtungsmaterial sein, z.B. Gummi wie Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM), Silikon, ein Material auf Butylbasis oder ähnliches.
-
Die Kopplung der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Schweißkopplung beschränkt und kann mit verschiedenen modifizierten Methoden durchgeführt werden. Zum Beispiel kann die Kopplung der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 unter Verwendung einer gleitenden Art und Weise, einer Verklebung oder eines Befestigungselements wie einem Bolzen oder einer Schraube durchgeführt werden.
-
Während des wiederholten Ladens und Entladens von Elektrizität kann das Batteriemodul 100 eine Quellung erleiden, bei der sich die Batteriezelle 120 in Richtung der Seitenplatte 165 des Modulgehäuses 150 ausdehnt, so dass ein Teil der Seitenplatte 165 konvex verformt wird. Aufgrund der Quellung kann sich die Spannung auf einen relativ spannungsempfindlichen Verbindungsabschnitt W konzentrieren, um den Verbindungsabschnitt W zu beschädigen.
-
Um eine solche Beschädigung des Verbindungsabschnitts W zu verhindern und dem Aufquellen ausreichend zu widerstehen, kann ein seitlicher Vorsprung A2 an einem Abschnitt der Seitenplatte 165 ausgebildet sein, der unterhalb des Verbindungsabschnitts W angeordnet ist, und die Seitenplatte 165, die unterhalb des seitlichen Vorsprungs A2 angeordnet ist, kann so ausgebildet sein, dass sie eine Dicke t1 aufweist, die geringer ist als eine Dicke t2 des seitlichen Vorsprungs A2, wie in 7 dargestellt.
-
Insbesondere kann, wenn eine Quellung auftritt, ein zentraler Abschnitt der Seitenplatte 165 in einer Höhenrichtung 165 am stärksten gequollen sein, und die Verformungskraft kann auf die oberen und unteren Seiten der Seitenplatte 165 wirken, und die Spannung kann auf einen relativ anfälligen Abschnitt konzentriert sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, da die Dicke t1 der Seitenplatte 165, die unterhalb des seitlichen Vorsprungsabschnitts A2 angeordnet ist, geringer ist als die Dicke t2 des seitlichen Vorsprungsabschnitts A2, ein Punkt, an dem die geschwollene Verformung beginnt, z. B. ein Schwellpunkt (SP in 7), in einem unteren Stufenabschnitt des seitlichen Vorsprungsabschnitts A2 gebildet werden. Da die durch das Aufquellen verursachte Verformungskraft nicht auf den Verbindungsabschnitt W übertragen wird, sondern sich auf einen unteren Stufenabschnitt des seitlichen Vorsprungs A2 konzentriert, kann beispielsweise gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Beschädigung oder ein Bruch des Verbindungsabschnitts W verhindert werden, der auftritt, wenn sich die Spannung auf den Verbindungsabschnitt W konzentriert. Dadurch kann die strukturelle Stabilität (Steifigkeit) des Modulgehäuses 150 und des Batteriemoduls 100 deutlich verbessert werden.
-
Die Abdeckplatte 180 kann mit beiden Seitenflächen gekoppelt sein, an denen die Elektrodenleitung 125 der Batteriezelle 120 angeordnet ist, z. B. mit der Vorder- und der Rückfläche des Modulgehäuses 150, wie in 1 dargestellt.
-
Wie in 2 dargestellt, kann die Abdeckplatte 180 mit der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 gekoppelt werden, um zusammen mit der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 eine Außenseite des Modulgehäuses 150 zu bilden.
-
Die Abdeckplatte 180 kann aus einem Metall, wie z. B. Aluminium (AI), geformt sein und kann durch ein Verfahren, wie z. B. Druckguss, Strangpressen oder ähnliches, hergestellt werden. Darüber hinaus kann die Abdeckplatte 180 ein Durchgangsloch 182 aufweisen, um eine Anschlussklemme 132 einer später zu beschreibenden Isolierabdeckung 130 nach außen hin freizulegen.
-
Die Abdeckplatte 180 kann mit der ersten Platte 160 und der zweiten Platte 170 durch ein Befestigungselement, wie z. B. eine Schraube oder einen Bolzen, gekoppelt sein. Die Kopplungsmethode der Abdeckplatte 180 ist jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Bezugnehmend auf 2 kann die Isolierabdeckung 130 zwischen der Abdeckplatte 180 und dem Batteriezellenstapel 110 eingefügt werden.
-
Die Isolierabdeckung 130 kann mit einer Oberfläche oder beiden Oberflächen der Batteriezelle 120 verbunden sein, auf der die Elektrodenleitung 125 angeordnet ist. Die Elektrodenleitungen 125 können die Isolierabdeckung 130 durchdringen, um außerhalb der Isolierabdeckung 130 miteinander verbunden zu werden. Zu diesem Zweck kann die Isolierabdeckung 130 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 133 versehen sein, in die die Elektrodenleitungen 125 eingeführt werden.
-
Darüber hinaus kann die Isolierabdeckung 130 mit einer Anschlussklemme 132 zur Verbindung mit einer externen Einheit versehen sein. Daher ist die Batteriezelle 120 über die Anschlussklemme 132 elektrisch mit der externen Einheit verbunden. Zu diesem Zweck kann die Elektrodenleitung 125 über eine in der Isolierabdeckung 130 vorgesehene Schaltungsverdrahtung (nicht dargestellt) elektrisch mit der Anschlussklemme 132 verbunden sein. Eine solche Schaltungsverdrahtung kann die elektrische Verbindung in Abhängigkeit von der Serien-/Parallelschaltung von Modulen über eine aus einem Kupfermaterial gebildete Stromschiene herstellen.
-
Die Anschlussklemme 132 kann durch das in der Abdeckplatte 180 ausgebildete Durchgangsloch 182 einer externen Einheit ausgesetzt sein, wie in 1 dargestellt. Dementsprechend kann das Durchgangsloch 182 der Abdeckplatte 180 so geformt sein, dass es eine Größe aufweist, die einer Größe und einer Form der Anschlussklemme 132 entspricht.
-
Darüber hinaus kann die Isolierabdeckung 130 eine Leiterplatte (z. B. eine gedruckte Leiterplatte (PCB)) und eine Vielzahl von elektronischen Geräten, wie z. B. einen Sensor, der auf der Leiterplatte montiert ist, und ähnliches enthalten. So kann die Isolierabdeckung 130 dazu dienen, eine Spannung der Batteriezelle 120 zu erfassen.
-
Kühlelement 190
-
Unter Bezugnahme auf 2 und 4 bis 6 kann das Kühlelement 190 an mindestens einer Außenfläche der ersten Platte 160 und einer Außenfläche der zweiten Platte 170 angebracht sein, um die Platte 160 und/oder die zweite Platte 170 zu kühlen. Beispielsweise kann das Kühlelement 190 Wärme ableiten, die durch eine untere Fläche des Batteriezellenstapels 110 auf die erste Platte 160 übertragen wird, und/oder Wärme, die durch eine obere Fläche des Batteriezellenstapels 110 auf die zweite Platte 170 übertragen wird. Da das Trennelement 155 mit der ersten Platte 160 und/oder der zweiten Platte 170 gekoppelt ist, kann das Kühlelement 190 die von dem Trennelement 155 auf die erste Platte 160 und/oder die zweite Platte 170 übertragene Wärme abführen. Da, wie oben beschrieben, die Wärme im Inneren des Moduls auch durch das Trennelement 155 abgeleitet werden kann, kann durch die Montage des Trennelements 155 ein Wärmeübertragungsweg erweitert werden. Dadurch kann die Kühlleistung des Moduls verbessert werden.
-
Um die von einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt des Batteriezellenstapels 110 übertragene Wärme effektiv abzuführen, um die Kühlleistung zu verbessern, können die Kühlelemente 190 an einer Außenfläche des Kühlelements 190 und einer Außenfläche der zweiten Platte 170 angebracht werden, um die erste Platte 160 bzw. die zweite Platte 170 zu kühlen.
-
Zu diesem Zweck kann das Kühlelement 190 mindestens eines von einem oberen Kühlelement 191, das auf einer oberen Fläche der zweiten Platte 170 angeordnet ist, und einem unteren Kühlelement 195, das auf einer unteren Fläche der unteren Platte 161 angeordnet ist, umfassen.
-
Das obere Kühlelement 191 kann mit einem Kontaktabschnitt in Kontakt mit einer oberen Fläche der zweiten Platte 170 und einem Strömungspfadabschnitt 191b versehen sein, der von der oberen Fläche der zweiten Platte 170 beabstandet ist, um einen Kühlpfad 192 zu bilden, durch den ein Kühlmittel fließt.
-
Das untere Kühlelement 195 kann mit einem Kontaktabschnitt 195a in Kontakt mit einer unteren Fläche der unteren Platte 161 und einem Strömungspfadabschnitt 195b versehen sein, der von der unteren Fläche der unteren Platte 161 beabstandet ist, um einen Kühlpfad 196 zu bilden.
-
In diesem Fall kann die Kopplung des oberen Kühlelements 191 und der zweiten Platte 170 und die Kopplung des unteren Kühlelements 195 und der unteren Platte 161 unter Verwendung eines bekannten Klebeverfahrens, wie z. B. Hartlöten oder dergleichen, durchgeführt werden.
-
Das Kühlelement 190 kann eine wassergekühlte Kühlvorrichtung sein, bei der eine Kühlflüssigkeit durch die Kühlpfade 192 und 196 fließt. Die Konfiguration des Kühlelements 190, die bei der vorliegenden Offenbarung angewendet wird, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das Kühlelement 190 kann eine luftgekühlte Kühlvorrichtung sein, bei der ein Gas wie Luft durch die Kühlpfade 192 und 196 strömt.
-
Wie oben beschrieben, kann das Kühlelement 190 mit der zweiten Platte 170 und/oder der unteren Platte 161 durch Hartlöten verbunden werden.
-
Im Falle einer solchen Verbindung durch Hartlöten kann das Kühlelement 190 erwärmt werden, um ein Material des Kühlelements 190 zu erweichen, wodurch die Steifigkeit reduziert werden kann. Daher kann das Kühlelement 190 anfällig für äußere Stöße o. Ä. sein.
-
Im Hinblick auf das Vorstehende können gemäß einem Ausführungsbeispiel an beiden Enden der zweiten Platte 170 Vorsprungsabschnitte 172 der oberen Oberfläche ausgebildet sein, die vom oberen Kühlelement 191 nach oben vorstehen, um das obere Kühlelement 191 zu schützen. Bezug nehmend auf 5 kann eine Höhe H1, bei der der an der zweiten Platte 170 ausgebildete obere Vorsprungsabschnitt 172 der oberen Fläche von einer oberen Oberfläche der zweiten Platte 170 vorsteht, größer oder gleich einer Höhe h1 sein, bei der das obere Kühlelement 191 von der oberen Oberfläche der zweiten Platte 170 vorsteht.
-
Da, wie oben beschrieben, der obere Vorsprungsabschnitt 172 an der zweiten Platte so ausgebildet sein kann, dass er eine Höhe H1 aufweist, die größer oder gleich der Höhe h1 des oberen Kühlelements 191 ist, kann das obere Kühlelement 191 vor externen Stößen geschützt werden, die von einer Oberseite des Modulgehäuses 150 ausgehen.
-
In ähnlicher Weise kann ein unterer Vorsprungsabschnitt 162 der unteren Oberfläche an beiden Enden der unteren Platte 161 ausgebildet sein, um nach unten von der unteren Platte 161 vorzustehen. Unter Bezugnahme auf 6 kann eine Höhe H2, bei der der an der unteren Platte 161 ausgebildete untere Vorsprungsabschnitt 162 von einer unteren Oberfläche der unteren Platte 161 vorsteht, größer oder gleich einer Höhe h2 sein, bei der das untere Kühlelement 195 von der unteren Oberfläche der unteren Platte 161 vorsteht.
-
Da, wie oben beschrieben, die Höhe H2 des an der unteren Platte 161 ausgebildeten Vorsprungs 162 der unteren Oberfläche größer oder gleich ist, im Detail größer als die Höhe h2 des unteren Kühlelements 195, kann das untere Kühlelement 195 vor externen Stößen geschützt werden, die von der Unterseite des Modulgehäuses 150 aufgebracht werden.
-
Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2
-
Die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 können den Batteriezellenstapel 110 und das Modulgehäuse 150 miteinander koppeln, um Wärme vom Batteriezellenstapel 110 an das Modulgehäuse 150 abzuleiten. Zum Beispiel kann eine Seite jedes der Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 in Kontakt mit dem Batteriezellenstapel 110 und die andere Seite davon in Kontakt mit dem Modulgehäuse 150 sein, um Wärme, die in der Batteriezelle 120 erzeugt wird, an das Modulgehäuse 150 zu übertragen.
-
Wie in 4 bis 6 dargestellt, können die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 beispielsweise zwischen einer oberen Fläche des Batteriezellenstapels 110 und einer unteren Fläche 171 der zweiten Platte 170 und/oder zwischen einer unteren Fläche des Batteriezellenstapels 110 und einer oberen Fläche der Platte 160 angeordnet sein. 4 bis 6 zeigen ein Beispiel, bei dem die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 sowohl an einem oberen als auch an einem unteren Abschnitt des Batteriezellenstapels 110 angeordnet sind. Die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Je nach Bedarf können die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 weggelassen werden oder nur in einem der oberen und unteren Abschnitte des Batteriezellenstapels 110 angeordnet sein.
-
Bezugnehmend auf 4 und 5 kann das Wärmeübertragungselement TA1 zwischen der oberen Fläche des Batteriezellenstapels 110 und der unteren Fläche 171 der zweiten Platte 170 angeordnet sein, um Wärme vom Batteriezellenstapel 110 an die zweite Platte 170 abzuleiten.
-
Bezugnehmend auf 3, wenn der Dichtungsabschnitt 123 an drei Seiten durch Falten eines Stücks Außenmaterial gebildet wird, kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b, an dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist, nur in einem der oberen und unteren Abschnitte des Batteriezellenstapels 110 gebildet werden. Andererseits kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b, an dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist, sowohl am oberen als auch am unteren Abschnitt des Batteriezellenstapels 110 ausgebildet sein, wenn der Dichtungsabschnitt 123 an vier Seiten durch Überlappen von zwei Stücken des Außenmaterials gebildet wird.
-
In diesem Fall kann das Wärmeübertragungselement TA1 so konfiguriert sein, dass es die obere Fläche des Batteriezellenstapels 110 und die untere Fläche 171 der zweiten Platte 170 in einem Bereich, in dem der Dichtungsabschnitt 123 (der zweite Dichtungsabschnitt 123b) nicht angeordnet ist, aneinander koppelt.
-
Insbesondere, wie in 5 dargestellt, kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b der Batteriezelle 120 eine Struktur aufweisen, die gefaltet und dann zu einer der linken und rechten Seiten gebogen ist. Wie oben beschrieben, kann, da der zweite Dichtungsabschnitt 123b eine Struktur aufweist, die geklebt (versiegelt) und dann gefaltet wird, ein Luftraum in einem Abschnitt, in dem gefaltete Oberflächen einander überlappen, und/oder zwischen einem gefalteten Abschnitt und dem Aufnahmeabschnitt 122 gebildet werden. Dementsprechend kann selbst dann, wenn das Wärmeübertragungselement TA1 so angeordnet ist, dass es den zweiten Dichtungsabschnitt 123b abdeckt, die Wärmeübertragungseffizienz aufgrund des Luftraums reduziert sein. Im Fall des Bereichs, in dem der zweite Dichtungsabschnitt 123b nicht angeordnet ist, kann die obere Oberfläche des Batteriezellenstapels 110 in direktem Kontakt mit dem Wärmeübertragungselement TA1 stehen, um die Wärmeübertragungseffizienz zwischen dem Batteriezellenstapel 110 und dem Wärmeübertragungselement TA1 zu verbessern. Daher kann, wenn das Wärmeübertragungselement TA1 in einem Bereich angeordnet ist, in dem der Dichtungsabschnitt 123 (der zweite Dichtungsabschnitt 123b) nicht angeordnet ist, der Einsatz des Wärmeübertragungselements TA1 reduziert werden, während eine ausreichende Wärmeübertragungseffizienz erreicht wird. In der vorliegenden Offenbarung ist die Lage des Wärmeübertragungselements TA1 jedoch nicht auf den oben erwähnten Bereich beschränkt, in dem der zweite Dichtungsabschnitt 123b nicht offengelegt ist, und das Wärmeübertragungselement TA1 kann auf der gesamten oberen Oberfläche der Speicherzelle 120 einschließlich des zweiten Dichtungsabschnitts 123b angeordnet sein.
-
Wie in 5 dargestellt, kann die untere Fläche 171 der zweiten Platte 170 eine Form haben, bei der ein Abschnitt, in dem das Wärmeübertragungselement TA1 angeordnet ist, V-förmig von der zweiten Platte 170 nach unten ragt. Wie oben beschrieben, kann, da die untere Fläche 171 der zweiten Platte 170 eine vorspringende Form hat, der Einsatz des Wärmeübertragungselements TA1 reduziert und eine Kontaktfläche mit dem Wärmeübertragungselement TA1 vergrößert werden, verglichen mit einem Fall, in dem die untere Fläche 171 der zweiten Platte 170 eine flache Struktur hat. Darüber hinaus kann die zweite Platte 170 dazu dienen, eine Stapelposition der Batteriezelle 120 zu führen und beizubehalten.
-
Darüber hinaus kann das Wärmeübertragungselement TA2 zwischen der unteren Fläche des Batteriezellenstapels 110 und der oberen Fläche der unteren Platte 161 angeordnet sein, um Wärme vom Batteriezellenstapel 110 an die untere Platte 161 abzuleiten (siehe 4 und 6). Bei der in 4 und 6 dargestellten Batteriezelle 120 ist der zweite Dichtungsabschnitt 123b nicht an der Unterseite der Batteriezelle 120 angeordnet, so dass das Wärmeübertragungselement TA2 insgesamt zwischen der Unterseite des Batteriezellenstapels 110 und der Oberseite der unteren Platte 161 angeordnet sein kann.
-
Wie oben beschrieben, kann der zweite Dichtungsabschnitt 123b, an dem die Elektrodenleitung 125 nicht angeordnet ist, auch in einem unteren Abschnitt der Batteriezelle 120 angeordnet sein. Wenn der zweite Dichtungsabschnitt 123b in einem unteren Abschnitt der Batteriezelle 120 angeordnet ist, kann das Wärmeübertragungselement TA2 so konfiguriert sein, dass es die untere Oberfläche des Batteriezellenstapels 110 und die untere Platte 161 in einem Bereich, in dem sich der zweite Dichtungsabschnitt 123b nicht befindet, miteinander koppelt, um einen ausreichenden Wärmeübertragungswirkungsgrad zu erzielen und den Einsatz des Wärmeübertragungselements TA1 zu reduzieren. In der vorliegenden Offenbarung ist die Lage des Wärmeübertragungselements TA2 jedoch nicht auf den Bereich beschränkt, in dem der zweite Dichtungsabschnitt 123b nicht angeordnet ist, wie oben beschrieben. Das Wärmeübertragungselement TA2 kann auf einer gesamten unteren Fläche der Batteriezelle 120 einschließlich des zweiten Dichtungsabschnitts 123b angeordnet sein.
-
Die Konfigurationen der Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 können es ermöglichen, dass die Wärme, die innerhalb der Batteriezelle 120 erzeugt wird, aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 effektiv an die zweite Platte 170 und/oder die untere Platte 161 übertragen wird, und können es dann ermöglichen, dass die Wärme durch das Kühlelement 190 (ein oberes Kühlelement 191) und/oder das untere Kühlelement 195 ausreichend abgeführt wird.
-
Die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 können so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Teil eines Wärmeleitfetts, eines Wärmeleitklebers, eines wärmeleitenden Epoxids und eines Wärmeableitungspads enthalten, um die Wärmeübertragung zu erleichtern. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
-
Die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 können zwischen der Oberseite des Batteriezellenstapels 110 und der Unterseite 171 der zweiten Platte 170 und/oder zwischen der Unterseite des Batteriezellenstapels 110 und der Oberseite der ersten Platte 160 in Form von Pads angeordnet sein oder in einem flüssigen oder gelartigen Zustand aufgebracht werden, um gebildet zu werden.
-
Wenn die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 so konfiguriert sind, dass sie die obere Fläche des Batteriezellenstapels 110 und die untere Fläche 171 der zweiten Platte 170 miteinander koppeln und die untere Fläche des Batteriezellenstapels 110 und die obere Fläche der ersten Platte 160 miteinander koppeln, können sowohl die obere Fläche als auch die untere Fläche des Batteriezellenstapels 110 mit dem Modulgehäuse 150 gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Batteriezellenstapel 110 aufgrund der Klebeleistung der Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 mit dem Modulgehäuse 150 verbunden sein. Dadurch kann die Gesamtsteifigkeit des Batteriemoduls 100 erhöht werden.
-
Die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform können so konfiguriert sein, dass sie eine hohe Isolationseigenschaft aufweisen, und können beispielsweise ein Material mit einer Durchschlagsfestigkeit im Bereich von 10 bis 30 KV/mm umfassen. In dem Fall, in dem ein solches Material mit hoher Isolationseigenschaft verwendet wird, kann die Isolation zwischen dem Batteriezellenstapel 110 und dem Modulgehäuse 150 durch die Wärmeübertragungselemente TA1 und TA2, die um den Batteriezellenstapel 110 herum angeordnet sind, aufrechterhalten werden, selbst wenn ein teilweiser Isolationsdurchbruch in der Batteriezelle 120 auftritt.
-
Wie oben beschrieben, kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die strukturelle Stabilität (Steifigkeit) eines Batteriemoduls durch ein innerhalb eines Modulgehäuses vorgesehenes Trennelement verbessert werden.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die Beschädigung eines Kühlelements, das an einem oberen Abschnitt und/oder einem unteren Abschnitt eines Modulgehäuses angebracht ist, reduziert werden.
-
Darüber hinaus können in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Schäden, die durch externe Stöße verursacht werden, die direkt auf einen Verbindungsabschnitt eines Modulgehäuses einwirken, erheblich reduziert werden.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Schwellungsausgleichsstruktur vorgesehen sein, um zu verhindern, dass ein Verbindungsabschnitt eines Modulgehäuses bricht, wenn sich die Spannung auf den Verbindungsabschnitt konzentriert.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Batteriezelle in ein Modulgehäuse integriert werden, um daran befestigt zu werden. Dadurch kann die strukturelle Steifigkeit erhöht und die Wärmeableitungsleistung verbessert werden.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die Kühlleistung einer Batteriezelle verbessert werden. Somit kann die gesamte Kühlleistung des Batteriemoduls verbessert werden.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die in einer Batteriezelle erzeugte Wärme durch ein Kühlelement über eine erste Platte und eine zweite Platte abgeleitet werden, die jeweils in einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt der Batteriezelle angeordnet sind. Dadurch kann die Kühleffizienz erhöht werden. In einem Ausführungsbeispiel, in dem ein Trennelement vorgesehen ist, kann die Wärme im Inneren des Moduls durch das Trennelement abgeleitet werden, um einen Wärmeübertragungsweg zu erweitern und die Kühlleistung weiter zu verbessern.
-
Darüber hinaus kann in einem Batteriemodul gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die Verwendung eines wärmeleitenden Elements, das an einem oberen Abschnitt und/oder einem unteren Abschnitt einer Batteriezelle angebracht ist, reduziert werden.
-
Während beispielhafte Ausführungsformen oben gezeigt und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
