JP2006012841A - 二次電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、単位電池の効率的な配置によって、温度制御効果が優れていながらも、サイズを最少化することができる、電池モジュールを提供する。
【解決手段】一定の間隔で配置される複数の単位電池１２、及び前記単位電池１２が内蔵されて、温度制御用空気が流通するハウジング１４を含む電池モジュール１０において、前記単位電池１２は、端子１８が互いに対向するように配置された少なくとも二つの電池列１１に分けられて、中央構造物１３を間に置いて当該中央構造物１３の両側に設置される構造の電池モジュールを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は二次電池に関し、より詳細には、単位電池を連結して電池モジュールを構成する際に、単位電池の配置構造を改善して全体的な体積を最少化した、二次電池モジュールに関する。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力二次電池が開発されている。高出力を必要とする機器、例えば電気自動車などのモータ駆動用に使用することができるように、前記高出力二次電池は、複数が直列に連結されて大容量の二次電池を構成する。

このように一つの大容量の二次電池（以下、説明の便宜上、電池モジュールとする）は、通常、直列に連結される複数の二次電池（以下、説明の便宜上、単位電池とする）からなる。前記各々の単位電池は、正極及び負極がセパレータを間に置いて位置する電極組立体、前記電極組立体が内蔵される空間部を有するケース、前記ケースに結合されて、ケースを密閉するキャップ組立体、前記キャップ組立体から突出して、前記電極組立体に形成された正、負極の集電体と電気的に接続される正、負極端子を含む。

そして、各々の単位電池は、通常の角形電池の場合、キャップ組立体の上部に突出した正極端子及び負極端子が、隣接する単位電池の正極端子及び負極端子と交差するように配置されて、ネジ加工された負極端子及び正極端子の間にナットを介して導電体を連結設置して、電池モジュールを構成する。

ここで、前記電池モジュールは、数個から多くは数十個の単位電池を連結して一つの電池モジュールを構成する。したがって、前記電池モジュールは、単位電池で発生する熱を放熱させるための冷却構造、安全手段、そしてシステム回路などが形成されるため、体積が大きくなる問題点がある。

これにより、電池モジュールを構成する単位電池の間隔を縮小させて、電池モジュールのサイズを減少させることができるが、この場合、単位電池で発生する熱を放熱させることが難しいという問題点がある。

つまり、電池モジュールを設計する際には、体積を最少化しなければならないのはもちろん、各単位電池で発生する熱が容易に放熱されなければならない。特に、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に適用される二次電池の場合、前記特性は何より重要であるといえる。

電池モジュールの体積が大きくなる場合、電池モジュールそのものの重量が増加するだけでなく、電池モジュールが搭載される機器、特にＨＥＶ車両の場合に、その設計が困難になる。

また、熱の放熱が正確に行われない場合、例えば各単位電池で発生する熱は電池モジュールの温度上昇を招き、結果的に、前記電池モジュールが適用された機器の誤作動を招く。

したがって、ＨＥＶ用のように大容量が要求される二次電池の場合、電池モジュールのサイズを最少化しながら、放熱特性を向上させることができる構造の電池モジュールの開発が切実であるのが実情である。

したがって、本発明は、前記諸般の必要性を勘案して案出されたものであって、本発明の目的は、単位電池の効率的な配置によって、温度制御効果が優れていながら、電池モジュールのサイズを最少化することができる構造の二次電池モジュールを提供することにある。

このために、本発明は、一定の間隔で配置される複数の単位電池、及び前記単位電池が内蔵されて、温度制御用空気が流通するハウジングを含む電池モジュールにおいて、前記単位電池は、端子が互いに対向するように配置された少なくとも二つの電池列に分けられて、中央構造物を間に置いて当該中央構造物の両側に設置される構造からなる。

ここで、前記中央構造物は、内部が空いた構造で、両側面に各単位電池が気密を維持した状態で結合される。

また、前記中央構造物内には、各端子を電気的に接続する端子間連結回路及びセンサーが形成される。

また、前記中央構造物は、各単位電池に設置されてガスを放出する安全バルブと連通する構造からなる。

また、前記中央構造物の一側には、中央構造物の内部に流入した単位電池のガスを放出するための放出口がさらに形成される。

また、前記中央構造物は不導体材質からなることが好ましく、より好ましくは、ＡＢＳまたはＰＰＳなどのプラスチック材質からなる。

これにより、二つの電池列の単位電池で必要とする端子間連結回路、センサー、及び単位電池から放出されるガスの放出路が各電池列の間に位置する中央構造物内に形成されて、一つの中央構造物によって、各電池列で必要とする要素を共有することができるようになる。

また、本発明による前記中央構造物は、内部での前記各単位電池の連結またはセンサーなどの容易な設置のために、中央が分離された二つの部材からなる。

前記中央構造物の分離された二つの部材は、ボルト及びナットを介して組立てられるが、二つの部材の組立構造については特に限定されない。

ここで、前記各電池列の単位電池と単位電池との間には、単位電池の間の間隔を維持して温度制御用（冷却用）空気を流通させるための電池隔壁がさらに設置される。

また、前記ハウジングは、上部に温度制御用（冷却用）空気の流入口が形成され、電池隔壁を通過した空気が排出されるように、下部に排出口が形成される。

ここで、前記電池モジュールはモータ駆動用の電池モジュールである。

また、前記単位電池は円筒形または角形である。

このように、本発明によると、電池モジュールをなす単位電池の配置構造を改善することによって、電池モジュールの体積を最少化することができる。

また、電池モジュール内で、単位電池の連結及びガスの放出のための構造物を最大限共有することによって、電池モジュールの構造を単純化することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態による二次電池モジュールの構造を示す概略的な分解斜視図であり、図２は本発明の実施形態による二次電池モジュールの組立状態を示す概略的な斜視図であり、図３は本発明の実施形態による二次電池モジュールの概略的な平断面図であり、図４は本発明の実施形態による二次電池モジュールの概略的な側断面図である。

前記図面を参照して電池モジュール１０を見てみると、正極及び負極がセパレータを間に置いて位置する電極組立体を含み、単位電力を発生させる複数の単位電池１２、前記単位電池１２が一定の間隔で配置されて形成される電池列１１に設置されて、単位電池１２の間の連結回路、センサー、及び単位電池で発生するガスが通過する通路が形成された中央構造物１３、前記電池列１１及び中央構造物１３が装着されるハウジング１４を含む。単位電池１２は、角形または円形等とすることができるが、本実施形態では角形である。

以下の説明で、前記電池列１１は、単位電池が一定の間隔で配置されて一つの列をなす構造を意味するものとして定義する。

本実施形態では、前記電池列１１は一対からなり、中央構造物１３を基準に両側に配置されることによって、その体積を最少化することができ、これについては後に詳細に説明する。

前記ハウジング１４は、一側面の上端に単位電池１２の温度を制御するための温度制御用空気が流入される流入口１６が形成され、反対側の一側面の下端には単位電池１２を通過した空気が排出される排出口１７が形成される構造からなる。

ここで、前記ハウジング１４の構造、流入口１６及び排出口１７の位置、及びハウジング１４の内部での単位電池の配置構造については、前記構造を満たす限り特に限定されない。

本実施形態では、図４に示されるように、ハウジング１４の上端及び反対側の下端に流入口１６及び排出口１７が形成された構造について説明する。

そして、前記単位電池１２と単位電池１２との間には、垂直方向に空気通路が形成された電池隔壁１５が設置されて、単位電池１２同士の間の間隔が維持される。

これにより、ハウジング１４の上部の流入口１６を通じて流入した空気は、前記電池隔壁１５を通過してハウジング１４の下部に流通して、前記流入口とは反対側に形成されたハウジング１４の下部の排出口１７を通じて排出されるようになる。

また、前記電池列１１の最も外側に位置する電池隔壁１５の外側には、積層されている電池隔壁１５及び単位電池１２を一定の圧力で締めて締結するための締結板２０が形成され、各締結板２０は、この締結板２０に形成されたホールから挿入される締結棒（ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｒｏｄ）２１とナット２２を介して締結固定される。

本実施形態では、四つの締結棒２１が締結板２０を貫通して、その先端にナット２２が締結されることによって、単位電池１２及び電池隔壁１５が締結板２０によって締結されるようになる。

一方、図５Ａに示されたように、締結板２０’は、中央構造物１３が位置する部分に配置される締結棒２１’を含み、六つの締結棒２１’及びこれにネジ結合されるナット２２’によって締結固定される
また、図５Ｂに示されたように、締結板２０”は、電池列１１の外側の一側に配置される際に、前記例のようにその数を一つではなく、二つ以上に分離されて配置される。この時、この分離された締結板２０”の間に中央構造物１３が位置する。図５Ｂでは、四つの締結板２０”が八つの締結棒２１”及びこれにネジ結合されるナット２２”によって締結固定されることを示している。

一方、本実施形態によって前記ハウジング１４内で前記単位電池１２が配置された状態を見てみると、各電池列１１で、単位電池１２は、端子１８が設置されたキャップ組立体を中央構造物１３に向けて置かれ、前記中央構造物１３の両側面に沿って電池隔壁１５を間に置いて連続的に配置された構造からなる。

つまり、ハウジング１４の内側中央には中央構造物１３が位置し、この中央構造物１３の両側面に沿って電池列１１が配置されて、各電池列１１内の単位電池１２は、端子１８が中央構造物１３に向かう状態に配列設置される。

これにより、単位電池１２は、中央構造物１３を基準にして二つの電池列１１をなし、各電池列１１の単位電池は、キャップ組立体に設置された端子１８が中央構造物１３内で互いに対向する。

また、前記各単位電池１２は、中央構造物１３に気密を維持した状態で結合され、単位電池１２のキャップ組立体に設置された各端子１８が前記中央構造物１３の内側に延長されて、キャップ組立体に設置される安全バルブ１９も前記中央構造物１３と連通する構造からなる。

このように、一つの中央構造物１３が二つの電池列１１の間に置かれるため、各電池列１１が一つの中央構造物１３を共有する。

ここで、前記中央構造物１３は、内部が空いた四角形のボックス形態の構造物であって、内部には各単位電池１２の端子１８を電気的に接続する連結回路（図示せず）及びセンサー（図示せず）が形成されており、また中央構造物１３そのものが一つの通路の役割をして、各単位電池１２の安全バルブ１９の開放時に、単位電池で発生したガスが中央構造物１３に沿って放出されるようになっている。

前記中央構造物１３は、単位電池との絶縁のために、不導体であることが好ましく、ＡＢＳまたはＰＰＳなどのプラスチック材質からなる。

また、前記中央構造物１３の一側先端には放出口２３が形成され、別途のホースなどに連結されることによって、中央構造物１３に流入したガスを放出口２３及びホースを通じて所望の場所、例えば前記電池モジュール１０が車両に装着された場合には、車両の外部に放出することができる。

前記中央構造物１３について図１を参照してより詳細に見てみると、中央構造物１３内で、前記単位電池の間の連結回路及びセンサーの設置が容易になるように、前記中央構造物１３は、中央部が切断されて二つの部材３１、３２に分離されて結合される構造からなる。

分離された各部材３１、３２は、互いに同一な形態からなり、互いに接すると内部に空間部を形成する。

前記各部材３１、３２の前面には、単位電池１２の安全バルブ１９と連通するホール３３が形成されて、安全バルブ１９の開放時に、ガスが中央構造物１３内に流入するようになっている。

また、二つの部材３１、３２の結合のために、各部材３１、３２の外側先端には複数の締結部材３４が突出形成され、各締結部材３４には締結ホール３５が形成されて、この締結ホール３５を通じて締結されるボルト３６及びナット３７を介して二つの部材３１、３２が結合されて、一つの中央構造物１３をなす。

このように、本実施形態による電池モジュール１０は、一つの中央構造物１３を単位電池１２によって形成される二つの電池列１１が共有することによって、下記の表１から分かるように、各電池列１１に対して端子１８間連結回路、センサー、及びガスの放出路を有する構造物を別途に含む場合に比べて、電池モジュールの体積を減少させることができる。

前記表１で、上部構造物方式は、二つの電池列が平行に配置されて、端子間連結回路、センサー、及びガスの放出路が形成された構造物が電池列全体の上部を覆う構造であり、外側構造物方式は、二つの電池列が平行に配置され、各電池列の単位電池の端子が外側に向かうように配置されて、端子間連結回路、センサー、及びガスの放出路が形成された構造物が各電池列の外側に設置された構造である。

このように二つの電池列が形成された電池モジュールにおいて、上部構造物方式及び外側構造物方式に比べて、本実施形態のように二つの電池列１１が一つの中央構造物１３を共有する方式の場合には、電池モジュールの体積を最少化することができる。

前記本発明の電池モジュールは、ＨＥＶ（ハイブリッド自動車）、ＥＶ（電気自動車）、無線掃除機、電動自転車、電動スクーターなどのようにモータを使用して作動する機器のモータ駆動用に効果的に適用することができる。

前記では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に当然属する。

本発明の実施形態による二次電池モジュールの構造を示す概略的な分解斜視図である。 本発明の実施形態による二次電池モジュールの組立状態を示す概略的な斜視図である。 本発明の実施形態による二次電池モジュールの概略的な平断面図である。 本発明の実施形態による二次電池モジュールの概略的な側断面図である。 本発明の他の実施形態による二次電池モジュールの組立状態を示す概略的な斜視図である。 本発明の他の実施形態による二次電池モジュールの組立状態を示す概略的な斜視図である。

符号の説明

１０ 電池モジュール、
１１ 電池列、
１２ 単位電池、
１３ 中央構造物、
１４ ハウジング、
１５ 電池隔壁、
１６ 流入口、
１７ 排な出口、
１８ 端子、
１９ 安全バルブ、
２０ 締結板、
２１ 締結棒、
２３ 放出口、
３３ ホール、
３４ 締結部材、
３５ 締結ホール、
３６ ボルト、
３７ ナット。

Claims (11)

1. 一定の間隔で配置される複数の単位電池、及び前記単位電池が内蔵されて、温度制御用空気が流通するハウジングを含む電池モジュールにおいて、
   前記単位電池は、端子が互いに対向するように配置された少なくとも二つの電池列に分けられて、中央構造物を間に置いて当該中央構造物の両側に設置される構造である、二次電池モジュール。
2. 前記中央構造物は、両側面に各単位電池が気密を維持した状態で結合される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
3. 前記中央構造物内に、各端子を電気的に接続する端子間連結回路が形成される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
4. 前記中央構造物は、各単位電池に設置される安全バルブと連通する構造である、請求項３に記載の二次電池モジュール。
5. 前記中央構造物の一側に、中央構造物の内部に流入した単位電池のガスを放出するための放出口が形成される、請求項４に記載の二次電池モジュール。
6. 前記単位電池同士の間に、単位電池の間の間隔を維持して、温度制御用空気を流通させるための電池隔壁が設置される、請求項１に記載の二次電池モジュール。
7. 前記ハウジングは、上部に温度制御用空気の流入口が形成され、下部に排出口が形成されて、空気が単位電池を上下方向に通過する、請求項１に記載の二次電池モジュール。
8. 前記電池列の外側に位置する締結板、この締結板に固定される締結棒、及びナットを含んで各単位電池を締結固定する構造を有する、請求項１に記載の二次電池モジュール。
9. 前記単位電池は角形である、請求項１に記載の二次電池モジュール。
10. 前記電池モジュールはモータ駆動用である、請求項１に記載の二次電池モジュール。
11. 前記中央構造物は不導体からなる、請求項１に記載の二次電池モジュール。