JP2011512632A - 導熱板及び複数の個別セルを備えたバッテリ - Google Patents

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Abstract

本発明は、導熱板（４）及び複数の個別セル（２）を備えたバッテリ（１）に関し、複数の個別セルは１つのセル結合体（３）にまとめられており、この場合、個別セル（２）の極接点は、電気的に並列及び／又は直列に相互接続され、セル結合体（３）及び導熱板（４）は、テンションエレメント（５）によって完全に取り囲まれ、第１の個別セル（２ａ）とテンションエレメント（５）との間の前面及び最後の個別セル（２ｂ）とテンションエレメント（５）との間の前面には、それぞれプレッシャプレート（８）が配置されている。

Description

本発明は、導熱板及び複数の個別セルを備えたバッテリに関し、複数の個別セルは１つのセル結合体にまとめられており、この場合、個別セルの極接点は電気的に並列及び／又は直列に相互接続され、セル結合体及び導熱板はテンションエレメントによって完全に取り囲まれ、第１の個別セル及び最後の個別セルの前面には、電気的接続エレメントが配置されている。
極接点が電気的及び／又は並列に相互接続され、１つのセル結合体を形成している、複数の個別セルを備えたバッテリが知られている。さらに、このバッテリを冷却するために導熱板が設けられており、この導熱板がバッテリに生じる損失熱を放出する。少なくともセル結合体及び導熱板は、１つのハウジングフレームの中に配置されており、このハウジングフレームは、とくに、セル結合体と導熱板とを完全に取り囲む、少なくとも１つのテンションエレメントとして形成されている。さらに、セル結合体の第１の個別セルの第１ハウジング側壁と最後の個別セルのハウジング側壁には、バッテリの電気接続のための電気接続エレメントが一つずつ配置されている。
この場合、不利であるのは、少なくともセル結合体と導熱板とを完全に取り囲んでいる少なくとも１つのテンションエレメントによって、セル結合体の第１及び最後の個別セルに強い負荷がかけられることである。
本発明は、従来の技術で示されている特徴を上回り、簡便かつ低コストで製造することのできる改善されたバッテリを提供するという課題に基づいている。
この課題は、本発明に基づき、請求項１に示されている特徴によって解決される。
本発明の有利な発展形態は、従属請求項の対象である。
バッテリ温度を調節する導熱板を備えるこのバッテリは、１つのセル結合体にまとめられた複数の個別セルを有している。個別セルの極接点は、この場合、電気的に並列及び／又は直列に相互接続されている。セル結合体及び導熱板はテンションエレメントによって完全に取り囲まれており、その際、第１の個別セル及び最後の個別セルの前面には、電気接続エレメントが配置されている。本発明に基づき、セル結合体の第１の個別セルとテンションエレメントとの間の前面及び最後の個別セルとテンションエレメントとの間の前面には、それぞれプレッシャプレートが配置されている。
これによって、有利な方法では、プレッシャプレートによって生じる押圧がセル結合体に作用することにより、確実な直列接続を可能とするセル結合体ができる。さらに、好ましいのは、セル結合体に作用する機械的負荷及びその結果生じる力が、プレッシャプレートによって、プレッシャプレートの全面で均等に受け止められ、分配されるため、セル結合体の第１及び最後の個別セルに応力がかからないことである。さらに、これによって、テンションエレメントを介して作用する力が、プレッシャプレートによってほとんど相殺されるという頑丈な個別セルを製造することが可能となる。従って、個別セルの機械的負荷がほぼ確実に回避される。
特に有利な方法では、セル結合体の方を向いている、プレッシャプレートが少なくとも１つのコンタクト面で導電性になっている。そのために、コンタクト面は、例えば金属フォイルを貼り付けるなど、金属によって実装されている。プレッシャプレートのコンタクト面が電気的に形成されていることにより、これらのプレッシャプレートが、同時にバッテリの電気接続エレメントとなるのは特に好ましい。好ましいのは、このことによって、電気接続のための追加部品が必要なくなることから、バッテリのコスト並びに組立て経費が削減されることである。
プレッシャプレートは、少なくとも１つの面にタブ形延長部を有している。この場合、有利な方法では、これらのタブ形延長部がバッテリの極を形成し、それによって電圧を取り出すことができる。この場合、一方の極は正極として形成され、他方の極は負極として形成されている。
さらに、個別セルのヘッド側には電子コンポーネントが配置されており、有利な方法では、この電子コンポーネントがタブ形延長部に対応する凹部を有し、これによってバッテリは形状結合によって確実に取り付けられる。
さらに、プレッシャプレートは材料のくぼみ部分を有し、特に好ましいのは、これらの材料くぼみ部分がテンションエレメントの幅寸法に一致していることである。テンションエレメントの一種のガイドとしてデザインされているこの一致部分によって、少なくともセル結合体の個別セルを摩擦結合によって圧接することができる。
特に有利な方法では、プレッシャプレートの高さと幅が個別セルの寸法に一致している。
本発明のもう１つの実施形態においては、個別セル及び／又は異なる個別セルの極接点が、摩擦結合、形状結合及び／又は接着結合によって相互に接続されている。このことによって、簡単な方法で、個別セルの極接点同士を継続的に電気接続することが確実に行われる。
さらに、個別セルは、セルハウジングに配置されている電極スタックから形成されており、その際、少なくとも異なる極性の電極同士は、セパレータ、好ましくはセパレータフォイルによって絶縁された状態で互いに切り離されている。
特殊な方法では、電極スタックの外へ続いている、それぞれの電極フォイルのエッジ部分が電流コレクタタブを形成することにより、経費のかかる電極フォイルと電流コレクタタブとの接続が省略される。同時に、このような接続は、少なくとも多くの衝突又は振動など、とりわけ外部からの影響に対して非常に安定している。
同じ極性の電流コレクタタブは、１つの極に対して互いに導電するように接続されている。さらに、１つの極の電流コレクタフラッグは、導電するように互いに圧着及び／又は溶接されている。
特に電気的に絶縁されたフレームの中に、エッジ側を取り囲む電極スタックを配置することによって、有利な方法では、追加の絶縁構造を省略することができる。さらに、個別セルの取扱いが簡単になるか、又は安全になる。
特殊な方法では、特に双極の場合、電流コレクタタブが、セルハウジングの向かい合うハウジング側壁に直接接続されており、その際、これらのハウジング側壁は、フレームによって互いに電気的に絶縁されている。この方法では、同じ極性の電流コレクタタブが、直接セルハウジングのハウジング側壁、特にフラットセルと電気接続されているため、このハウジング側壁は、個別セルの電気的極接点を形成している。また、極の接続が実施されないことから、個別セルのセルハウジングの耐圧性の弱化もない。このことは、直接的に、水分の浸入に対するセルハウジング内部の密閉性向上にもつながる。
本発明の実施例を図に基づいて詳しく説明する。
従来技術に基づくバッテリの斜視図。 セル結合体の前面に配置されているプレッシャプレートを備えたバッテリの展開図。 本発明に基づき、セル結合体に配置されたプレッシャプレートを備えるバッテリの斜視図。 底面に配置された導熱板と前面に配置されたプレッシャプレートとを備えるセル結合体の断面図。 前面に配置されたプレッシャプレートを備えるセル結合体の展開図。 図４による、前面に配置されたプレッシャプレートを備えるセル結合体の側面図。
互いに対応する部品は、全ての図の中で同一の記号が付されている。
図１には、従来技術によるバッテリ１が示されている。このバッテリ１は、複数の個別セル２から形成されており、これらの個別セルはセル結合体３にまとめられている。
個別セル２は、フラットセル、特にフレームフラットセルとして形成されている。この場合、個別セル２のセルハウジング２．１は、２つのハウジング側壁２．１．１及び２．１．２と、それらの間に配置されている、エッジ面を取り囲むフレーム２．１．３とから形成されている。
個別セル２のハウジング側壁２．１．１及び２．１．２は、導電するように実施されており、個別セル２の極接点（詳しく図示されていない）を形成している。フレーム２．１．３は電気的に絶縁されているため、異なる極性のハウジング側壁２．１．１及び２．１．２は、電気的に互いに絶縁された状態で配置されている。
図に示されている本発明の実施例においては、ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２が、個別セル２から突き出している部分的な延長部Ｖを有している。この部分的な延長部Ｖは、セルの電圧モニタに働く。
セル結合体３及び個別セル２の底面に配置された導熱板４は、少なくともセル結合体３の個別セル２を摩擦結合によって圧接している２つのテンションエレメント５によって、完全に取り巻かれている。このテンションエレメント５によって作用力が生じるため、セル結合体３の前面にそれぞれ配置されている第１の個別セル２ａ及び最後の個別セル２ｂに強く負荷がかかる。
バッテリ１から電気エネルギーを取り出すため、及び／又はバッテリ１に電気エネルギーを供給するため、セル結合体３の第１の個別セル２ａには、電気接続エレメント６が配置されている。この接続エレメント６は、電気接続タブとして実施されており、バッテリ１の正極ＰＰＯＳを形成している。
セル結合体３の最後の個別セル２ｂのセル側壁には、もう１つの電気接続エレメント６が配置されている。この接続エレメント６は、同様に電気接続タブとして実施されており、バッテリ１の負極ＰＮＥＧを形成している。
図２には、例えば車両、特にハイブリッド車及び／又は電気自動車に使用されるバッテリ１が示されている。
この場合、バッテリ１、特にセル結合体３は、例えば３０個の個別セル２から形成されている。フレームフラットセルとして実施されている個別セル２は、それらの極接点を介して、特に直列に相互接続されている。
個別セル２の底面には、バッテリ１の温度を調節するための導熱板４が配置されている。この導熱板４は接続箇所４．１を有しており、これらの接続箇所を介して、例えば車両のエアコン回路に接続することができる。ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２は、個別セル１と導熱板４との間の熱移行面を拡大するために、導熱板４の部分で導熱板４に対して平行に曲げられている。この場合、個別セル２は、直接又は間接的に熱伝導材料、特に熱伝導フォイル７を介して導熱板４に熱が伝わるように接続されているため、バッテリ１を効果的に冷却することができる。
本発明に基づき、セル結合体３の第１の個別セル２ａとテンションエレメント５との間の前面及び最後の個別セル２ｂとテンションエレメント５との間の前面には、それぞれプレッシャプレート８が配置されている。
このプレッシャプレート８により生じる高い押圧によって、特に好ましくは、セル結合体３が形成され、このことによって、より確実な直列接続を実施することができる。さらに、セル結合体３の第１の個別セル２ａ及び最後の個別セル２ｂに作用する機械的力が、プレッシャプレート８の全面で均等に分配される。
その上、プレッシャプレート８の少なくとも１つのコンタクト面が、セル結合体３に対して導電性になっている。このために、プレッシャプレート８のコンタクト面には、例えば金属フォイルを取り付けることができる。
バッテリ１の有利な実施形態においては、プレッシャプレート８が電気接続エレメント６を形成している。そのために、プレッシャプレート８は、１つの面にタブ形延長部８．１を有している。これらのタブ形延長部８．１は、有利な方法では、バッテリ１の極として実施されており、これらの延長部８．１を介して、例えば、バッテリ１の電圧を取り出すことができる。この場合、一方の極はバッテリ１の正極ＰＰＯＳとして形成され、他方の極は負極ＰＮＥＧとして形成されている。プレッシャプレート８のコンタクト面と、第１の個別セル２ａ及び最後の個別セル２ｂとの間の導電性を向上させるため、（例えばニッケルから製造されている）フォイルを追加的に設け、プレッシャプレートと、第１の個別セル２ａ及び最後の個別セル２ｂとの間に配置することができる。
図に示されている本発明の実施例には、電子コンポーネント９が設けられており、この電子コンポーネント９は、少なくとも個別セル２のセル電圧モニタ装置及び／又はセル電圧調整装置（両者とも詳しく図示されていない）を有している。セル電圧をモニタするため、個別セル２には、ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２の部分的延長部Ｖが形成されている。本発明の発展形態においては、この電子コンポーネント９を、カプセルに入った電子コンポーネントユニットとしても形成することができる。この場合、電子コンポーネント９は、セル結合体３のヘッド側に配置され、プレッシャプレート８のタブ形延長部８．１、特に極ＰＰＯＳ及びＰＮＥＧに対応する凹部９．１を有している。この凹部９．１により、形状結合によるバッテリ１の組立てを確実に行うことができる。
さらに、このプレッシャプレート８は、特に好ましい方法では、材料くぼみ部分８．２を有し、これらの材料くぼみ部分は、特にその厚さがテンションエレメント５に一致している。テンションエレメント５の一種のガイドとしてデザインされているこの一致部分によって、少なくともセル結合体３の個別セル２の圧接が確実に行われるため、個別セル２は、形状結合及び摩擦結合によって保持される。
とりわけ有利な方法では、プレッシャプレート８の高さと幅が個別セル２の寸法、特にセル結合体３の前面の寸法に一致している。
材料くぼみ部分８．２が一種のガイドとしてデザインされていることにより、有利な方法で、セル結合体３の摩擦結合による圧接を確実に実施することができる。
図３は、セル結合体３の第１の個別セル２ａ及び最後の個別セル２ｂに配置されているプレッシャプレート８を備える、組み立てられたバッテリ１を示している。
図４は、それぞれ前面に配置されているプレッシャプレート８を備えるセル結合体３の断面図を示している。
この場合、個別セル２のセルハウジング２．１に配置されている電極スタック１０が示され、この電極スタック１０は電極フォイル（詳しく図示されていない）から形成されている。
中央部分には、異なる極性の電極フォイル、特にアルミニウム製及び／又は銅製フォイル及び／又は合金製フォイルが積み重ねられており、セパレータ（詳しく図示されていない）、特にセパレータフォイルによって互いに電気的に絶縁されている。
この電極スタック１０の中央部分から突き出している電極フォイルのエッジ部分（図示されていない電流コレクタタブ）には、同じ極性の電極フォイル同士が電気的に相互接続されている。この場合、電流コレクタタブは、導電するように互いに圧着及び／又は溶接されており、電極スタック１０の極を形成している。電極スタック１０は、この電極スタック１０をエッジ側で取り囲んでいるフレーム内に配置されている。
ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２の固定は、詳しく図示されていない方法で、例えば、フレーム２．１．３内を取り囲んでいる凹部の中にハウジング側壁２．１．１及び２．１．２を接着する及び／又はフランジをつけることによって行われ、この場合、電流コレクタタブからなる極が、ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２を押すことによって、電流コレクタタブの電位がハウジング側壁２．１．１及び２．１．２に加えられるため、これらのハウジング側壁は個別セル２の極接点となる。
本発明の発展形態においては、極とハウジング側壁２．１．１及び２．１．２との間の電気接続を向上させるために、例えば銅から製造された極と、例えばアルミニウムから製造されたハウジング側壁２．１．１及び２．１．２との間に、例えばニッケルから製造されたフォイル（詳しく図示されていない）を追加的に配置することができる。
本発明の１つの実施形態においては、さらに、極とハウジング側壁２．１．１及び２．１．２との間に、電気的に絶縁しているフォイル（詳しく図示されていない）を配置するか、又はハウジング側壁２．１．１及び２．１．２の片面に電気的に絶縁している層を実装することが可能であるため、極とハウジング側壁２．１．１及び２．１．２との電気接続は、従来技術から知られている、ハウジング側壁２．１．１及び２．１．２を外から突き抜ける完全溶け込み溶接法（詳しく説明されていない）の場合のみ生じる。
図５及び６は、前面に配置されたプレッシャプレート８を備えるセル結合体３のそれぞれに異なる図を示している。
１ バッテリ
２ 個別セル
２ａ 第１の個別セル
２ｂ 最後の個別セル
２．１ セルハウジング
２．１．１ ハウジング側壁
２．１．２ ハウジング側壁
２．１．３ フレーム
３ セル結合体
４ 導熱板
４．１ 接続箇所
５ テンションエレメント
６ 電気接続エレメント
７ 熱伝導フォイル
８ プレッシャプレート
８．１ タブ形延長部
８．２ 材料くぼみ部分
９ 電子コンポーネント
９．１ 凹部
１０電極スタック
ＰＰＯＳ 正極
ＰＮＥＧ 負極
Ｖ 部分的延長部

Claims (15)

  1. 導熱板（４）及び複数の個別セル（２）を備え、該複数の個別セル（２）は、１つのセル結合体（３）にまとめられており、前記個別セル（２）の極接点は、電気的に並列及び／又は直列に相互接続され、前記セル結合体（３）及び前記導熱板（４）がテンションエレメント（５）によって完全に取り囲まれており、第１の個別セル（２ａ）及び最後の個別セル（２ｂ）の前面には、電気的接続エレメント（６）が配置されているバッテリ（１）であって、
    前記第１の個別セル（２ａ）と前記テンションエレメント（５）との間の前面及び前記最後の個別セル（２ｂ）と前記テンションエレメント（５）との間の前面に、それぞれ１つのプレッシャプレート（８）が配置されていることを特徴とするバッテリ。
  2. 前記プレッシャプレート（８）が、少なくとも前記セル結合体（３）とのコンタクト面において導電性に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  3. 前記プレッシャプレート（８）が、前記電気接続エレメント（６）を形成していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  4. 前記プレッシャプレート（８）が、タブ形延長部（８．１）を有していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  5. 前記タブ形延長部（８．１）が、前記バッテリ（１）の極（ＰＰＯＳ及びＰＮＥＧ）を形成していることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリ。
  6. 前記個別セル（２）のヘッド側に配置されている電子コンポーネント（９）が、前記タブ形延長部（８．１）に対応する凹部（９．１）を有していることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリ。
  7. 前記プレッシャプレート（８）が、前記テンションエレメント（５）の寸法に対応する材料くぼみ部分（８．２）を有していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  8. 前記プレッシャプレート（８）の高さと幅が、個別セル（２）の寸法に一致していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  9. 前記個別セル（２）が、摩擦結合、形状結合及び／又は接着結合によって相互に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  10. 異なる個別セル（２）の前記極接点が、摩擦結合、形状結合及び／又は接着結合によって相互に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  11. 電極スタック（１０）が、セルハウジング（２．１）の中に配置されており、前記電極スタック（１０）の個々の電極、好ましくは電極フォイルが、導電するように電流コレクタタブに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリ。
  12. 同じ極性の電流コレクタタブが、１つの極接点と互いに導電するように接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリ。
  13. １つの極接点の前記電流コレクタタブが、互いに導電するように圧着及び／又は溶接されていることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリ。
  14. 前記セルハウジング（２．１）が、２つのハウジング側壁（２．１．１及び２．１．２）と、それらの間に配置されている、エッジ面を取り囲むフレーム（２．１．３）と、を有していることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリ。
  15. 前記ハウジング側壁（２．１．１及び２．１．２）が導電するように形成され、前記フレーム（２．１．３）が電気的に絶縁しているように形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリ。
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