JP2014130830A - 弾性押圧部材を有するセルカートリッジ、およびセルカートリッジを備えるセルモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの外周が、電池セルの側部が開いている状態で、板状フレームにより固定され、かつ弾性押圧部材が、電池モジュールに種々の放熱方法が適用されるように、フレームの外側にマウントされる構造に構成された電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明は、板状電池セルを中に収容するフレーム構造を有するセルカートリッジに関するものである。セルカートリッジは、電池セルの両側面のうちの少なくとも一方の側面が開かれているときに電池セルの外面が固定される一対の板状フレームからなる。弾性応力部材をフレームのそれぞれの外面上に装着して、セルモジュールの作製時に放熱部材が電池セルの開いている側面にぴったり接触して固定されるようにすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、弾性押圧部材を有する電池カートリッジおよび電池カートリッジを備える電池モジュールに関するものであり、より具体的には、板状電池セルを中にマウントするフレーム構造に構成された電池カートリッジに関するものであり、電池カートリッジは電池セルの少なくとも一方の側部が開いている状態で電池セルの外周を固定するように構成された一対の板状フレームを備え、フレームのそれぞれはその外側に、電池モジュールの製造後に放熱部材を電池セルの開いている側部（open side）にぴったり接触する形で固定するように構成された弾性押圧部材が設けられ、電池モジュールは電池セルが電池カートリッジ内にマウントされる構造に構成される。

モバイルデバイスの開発が増えてきており、そのようなモバイルデバイスに対する需要が増加し、二次電池の需要もまた急激に増加している。そのような二次電池の1つに、高いエネルギー密度と動作電圧、優れた保存性と耐用寿命特性を有するリチウム二次電池があり、種々の電子製品向けのエネルギー源としてだけでなく、モバイルデバイスのエネルギー源としても広く使用されている。

その外部構造および内部構造に基づき、二次電池は一般的に、円筒形電池、角形電池、および小袋形電池に分類される。特に、高集積度で積み重ねることができ、かつ幅と長さとの比が小さい角形電池および小袋形電池は、大きな注目を集めている。

また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車およびディーゼル車により引き起こされる大気汚染などの問題を解決するために開発された、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車、およびプラグインハイブリッド電気自動車のエネルギー源として大きな注目を集めている。その結果、二次電池は、その利点により、ますます多くの用途に応用されており、将来、二次電池は、より多くの用途および製品に応用されると予想されている。

二次電池が適用可能な用途および製品が増えるにつれて、電池が種々の用途および製品に対応する電力および容量に応じられるように電池の種類も増える。さらに、対応する用途および製品に適用される電池のサイズ及び重量を減らす強い要望がある。

例えば、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、デジタルカメラ、およびラップトップコンピュータなどの小型のモバイルデバイスは、対応する製品のサイズおよび重量の低減に応じてそれぞれのデバイスに対し1つまたは複数の小型軽量の電池セルを使用する。一方、電動自転車、電動バイク、電気自動車、およびハイブリッド電気自動車などの、中型または大型のデバイスは、中型または大型のデバイスには高出力、大容量が必要であるため、互いに電気的に接続された複数の電池セルを有する中型または大型の電池モジュール(「バッテリーパック」とも呼ばれることがある)を使用する。電池モジュールのサイズおよび重量は、対応する中型または大型のデバイスの、収容スペースおよび電力に直接関係する。このような理由から、メーカーは、小型軽量の電池モジュールを製造しようと努力している。

一方、電池モジュールの容量を増やすために、電池セルが積み重ねられた状態で、電池セルを互いに接続した場合、電池セルからの熱の放散が重要になる。リチウム二次電池は、リチウム二次電池の充電および放電時に、リチウム二次電池から熱が発生する。リチウム二次電池から熱が効果的に除去されなければ、熱が各リチウム二次電池に蓄積し、その結果、リチウム二次電池が劣化し、リチウム二次電池の安全性が大幅に低下する。特に、電気自動車およびハイブリッド電気自動車用の電源のように高速充電および放電特性を必要とする電池では、電池が瞬間的に大電力を供給する際、電池から大量の熱が発生する。

また、そのような電池モジュールを冷却する冷却構造として広く使用されている、水冷式冷却構造または空冷式冷却構造は、一般的に、電池モジュールに固定されている。その結果、必要に応じて種々の冷却構造を電池モジュールに適用することが困難になる。

この点に関して、例えば、特許文献１は、電極積層型電池の冷却構造を開示しており、該電極積層型電池は、それぞれ金属層および樹脂層を含む一対のラミネートフィルムが、カソードとアノードとの間にセパレータが配設された状態でカソードとアノードとを積み重ねることにより製造される電極アセンブリの対向する側面（opposite side）に配設されかつラミネートフィルムの縁がぴったり接触する形で互いに固定される構造に構成されており、一対の押し部材が電極積層型電池の対向する側面を押し、押し部材が電極積層型電池の外周より外側へ突出し、押し部材の突出領域が電極積層型電池から発生する熱を放散させる放熱部材として機能する。

しかしながら、上述の技術は、複雑な構造の電池セルケースを製造し、かつ前記製造された電池セルケースを1つの電池内にマウントする必要があるという問題があり、これは非常にやっかいである。また、上述の技術は、電池モジュールを製造するために電池を積み上げる際に空冷式冷却フィンが用いられる構造に限定され、その結果、水冷式冷却板または非板状冷却部材などの、種々の放熱部材を使用することが困難になる。

したがって、上述の問題を根本的に解決することができる技術に対する大きな必要性がある。

特開２００４−３１２８１号公報

したがって、本発明は、上述の問題点、および未だ解決されていない他の技術的問題点を解決するためになされた。

特に、本発明の目的は、電池セルの外周が、電池セルの側部が開いている状態で、板状フレームにより固定され、かつ弾性押圧部材が、電池モジュールに種々の放熱方法が適用されるように、フレームの外側にマウントされる構造に構成された電池モジュールを提供することにある。

本発明の一態様によれば、上記の目的および他の目的は、板状電池セルを中にマウントするフレーム構造に構成された電池カートリッジを実現することにより達成することができ、電池カートリッジは電池セルの少なくとも一方の側部（one side）が開いている状態で電池セルの外周を固定するように構成された一対の板状フレームを備え、フレームのそれぞれはその外側に、電池モジュールの製造後に放熱部材を電池セルの開いている側部にぴったり接触する形で固定するように構成された弾性押圧部材が設けられている。

したがって、それぞれに電池セルがマウントされている本発明に係る複数の電池カートリッジが、各電池カートリッジの間に放熱部材が配設されている状態で積み重ねられている場合、弾性押圧部材は、電池カートリッジスタックの構造的安定性を高め、それに加えて、放熱部材を電池カートリッジスタックに効果的に固定することができる。

また、上述のような電池カートリッジ構造において、電池セルの熱特性および使用環境に基づき種々の放熱部材を電池カートリッジに用いることが可能であり、これにより、電池モジュールの共用（joint use）を実現する。

弾性押圧部材の構造は、電池モジュールの製造後に、弾性押圧部材がフレームにマウントされて放熱部材を固定することができる限り、特に制約されない。例えば、弾性押圧部材を、フレームのそれぞれの外側の上側領域、下側領域、左側領域、および右側領域からなる群から選択された少なくとも1つの領域にマウントすることができる。好ましくは、弾性押圧部材は、フレームのそれぞれの外側の上側領域および下側領域に、および/またはフレームのそれぞれの外側の左側領域および右側領域に、マウントされる。

したがって、フレームのそれぞれの外側にマウントされている弾性押圧部材により、放熱部材がぴったり接触するように押し付けられて、放熱部材と各フレームとの間の固定を強くする。その結果、放熱部材を固定するために追加の部材を使用する必要がない。

前述のように、板状フレームは、電池セルの少なくとも一方の側部が開いている状態で、電池セルの外周を固定することができ、放熱部材を、電池セルの開いている側部とぴったり接触させて配設することができる。したがって、電池セルから発生する熱は放熱部材に伝えられ、これにより効果的な放熱を達成することができる。好ましくは、板状フレームは、電池セルの対向する側部が開いている状態で、電池セルの外周を固定し、これにより放熱効率を最大化する。

好適な一実施形態において、電池セルは、電池セルの少なくとも1つの開いている側部がフレームの対応する側部から突出している状態で、各フレーム間にマウントすることができ、かつ弾性押圧部材は、弾性押圧部材がその少なくとも1つの開いている側部で、電池セルの突出高さよりも高い高さを有する状態で、フレームのそれぞれの外側にマウントすることができる。

上記の構造において、電池セルのそれぞれがマウントされる複数の電池カートリッジが積み重ねられて電池モジュールを構成するときに、電池セルの突出している、開いている側部（open side）より高くマウントされた弾性押圧部材は、弾性的に押圧され、これにより安定して積み重ねられた構造を提供することができる。放熱部材が各電池カートリッジの間に配設された場合、弾性押圧部材は、放熱部材を各電池カートリッジに安定してマウントするのを支援する。

状況に応じて、弾性押圧部材は、その外面に、陥凹部、エンボス加工部、および溝からなる群から選択された少なくとも1つの構造が設けられる。

フレームのそれぞれの外側にマウントされる弾性押圧部材の材料は、弾性押圧部材が押圧されたときに弾性押圧部材が弾性圧縮力を示す限り、特には限定されない。好ましくは、弾性押圧部材は、物理的弾性特性を示すポリマー樹脂から作られる。そのようなポリマー樹脂は、高い弾性力を示すことができる材料であるか、または高い弾性力を示すことができる構造または形状を有することができる。前者の代表例は、ゴムであり、後者の代表例は、発泡ポリマー樹脂とすることができる。

弾性押圧部材は、種々の手法でフレームにマウントすることができる。弾性押圧部材をフレームに、より効率的にマウントするために、フレームのそれぞれに、その外側に弾性押圧部材がマウントされる溝が設けられる。

弾性押圧部材は、フレームのそれぞれの幅の10%から80%に等しい幅を有することができる。弾性押圧部材のそれぞれの幅が、フレームのそれぞれの幅と比較して小さすぎる場合、弾性押圧部材をフレームにマウントすることにより得られる効果が示される。一方、弾性押圧部材のそれぞれの幅が、フレームのそれぞれの幅と比較して大きすぎる場合、弾性押圧部材が押圧されたときに弾性的に変形する弾性押圧部材は、放熱部材の大部分を覆い、その結果、放熱効果が低下することがある。さらに、弾性押圧部材は、弾性押圧部材が押圧された場合にフレームから突出することがあるが、これは好ましくない。したがって、もちろん、弾性押圧部材のそれぞれの幅は、上記の問題が引き起こされない限り、上記で定められた範囲を超えてもよい。

フレームは、種々の材料から作ることができる。好ましくは、フレームは、絶縁材料または絶縁表面処理が行われた材料から作られる。前者の代表例は、プラスチック樹脂であり、後者の代表例は、絶縁材料が表面上にコーティングされた金属材料とすることができる。しかしながら、フレームの材料は、上記の材料に限定されない。

弾性押圧部材を放熱部材上に配置することができ、該弾性押圧部材は、電池カートリッジスタックの構造的安定性を高め、それに加えて、それぞれに電池セルがマウントされている本発明に係る複数の電池カートリッジが上述のように各電池カートリッジ間に放熱部材が配設されている状態で積み重ねられた場合に放熱部材を電池カートリッジスタックに効果的に固定することを可能にする。

したがって、本発明の他の態様によれば、電池セル間に、または電池セルが中にマウントされている電池カートリッジ間に、マウントされるように構成されている放熱部材が実現され、放熱部材には、放熱部材をぴったり接触する形で電池セルのそれぞれの外側に固定するように構成された弾性押圧部材が設けられる。

放熱部材にマウントされた弾性押圧部材は、弾性押圧部材がマウントされているところを除いて電池カートリッジにマウントされている弾性押圧部材と実質的に同一である。したがって、電池カートリッジにマウントされている弾性押圧部材に関係する構造および動作は、放熱部材にマウントされた弾性押圧部材に、同様に適用可能である。

一方、使用の目的に応じて大きな電力および/または容量を有する電池モジュールが必要になる場合、複数の電池セルが積み重ねられている構造を提供する必要がある。この場合、安全を確保するために、より高い放熱特性が要求される。したがって、本発明のさらなる態様によれば、電池セルが電池カートリッジ内にマウントされた状態で電池カートリッジが順に積み重ねられ、放熱部材が電池カートリッジの間の少なくとも1つのインターフェースに配設される構造に構成された電池モジュールが提供され、これにより、電池セルからの熱を効果的に放散させることができる。

上記の構造において、放熱部材を板状に形成することができ、かつ放熱部材を、放熱部材の少なくとも一部が、積み重ねられた電池カートリッジから外向きに露出されている状態で、電池カートリッジ間に配設することができる。つまり、放熱部材の少なくとも一部が、電池カートリッジスタックから外向きに露出され、その結果、電池セルから発生する熱が、電池カートリッジ間に配設されている放熱部材に伝えられると共に、電池カートリッジスタックから外向きに露出された放熱部材の部分を通して効果的に除去される。積み重ねられた電池カートリッジ間に配設された放熱部材の部分は、電池カートリッジ間のインターフェースを完全に覆うサイズとすることができる。あるいは、各電池カートリッジ間に配設された放熱部材の部分は、各電池カートリッジ間のインターフェースを部分的に覆うサイズとすることができる。

放熱部材の構造は、放熱部材の一部が電池カートリッジから外向きに露出されている状態で、放熱部材が各電池カートリッジ間に配設される限り、特に限定されない。例えば、放熱部材は、空冷式冷却フィンまたは水冷式冷却板とすることができる。

つまり、本発明による電池モジュールは、プロセスを大きく変更することなく、必要に応じて、空冷式構造または水冷式構造に構成することができる。したがって、異なる構造を有する種々の放熱部材を、どのように熱が放散されるかに応じて、本発明に係る電池モジュールに容易に適用可能である。

また、本発明に係る電池モジュールにおいて、板状放熱部材と異なる放熱部材を各電池カートリッジ間に容易に配設することが可能であり、これにより、所望のタイプの放熱部材を各電池カートリッジ間に配設することにより効果的な放熱を実現することができる。

好適な一実施形態において、放熱部材は、第1の放熱部材および第2の放熱部材を備え、第1の放熱部材は、第1の放熱部材の一方の側部が電池モジュールの一番外側の電池カートリッジ(a)の少なくとも一部を覆い、かつ第1の放熱部材の他方の側部が内側電池カートリッジ間に配設されるように延在し、第2の放熱部材は、第2の放熱部材の一方の側部が、第2の放熱部材と第1の放熱部材とが重なり合わない状態で電池モジュールの一番外側の電池カートリッジ(a)の少なくとも一部を覆い、かつ第2の放熱部材の他方の側部が、内側電池カートリッジ間に配設されるように、延在することができる。

上述の構造を持つ電池モジュールにおいて、2つまたはそれ以上の放熱部材が、放熱部材が電池カートリッジのそれぞれの少なくとも一方の側部と接触している状態で放熱部材が互いに重なり合わないように複数の電池カートリッジを囲み、かつ放熱部材のそれぞれの少なくとも一部が一番外側の電池カートリッジの外側に露出され、したがって、放熱部材を介した熱伝導により電池カートリッジ(特に、電池カートリッジ内にマウントされている電池セル)から発生する熱を効果的に放散させることが可能である。

さらに、電池カートリッジは、各電池カートリッジの対向する側部が各電池カートリッジの間に放熱部材がマウントされている状態で弾性押圧部材により互いにぴったり接触する構造に積み重ねられ、これにより容易な熱伝達を実現することができる。したがって、電池セルをより効果的に冷却し、および/または電池セルの間の温度偏差（temperature deviation）を低減することが可能である。また、放熱部材を備える電池モジュールのサイズの増大を抑制することが可能である。それに加えて、一般的な冷却システムを用いた電池カートリッジに比べて高い集積度で、電池カートリッジを積み重ねることが可能である。

上記の説明において、「第2の放熱部材は、第2の放熱部材と第1の放熱部材とが重なり合わない状態で電池モジュールにマウントされる」という文は、これらの放熱部材が、放熱部材が上記の条件を満たしつつ放熱部材が互いに重なり合わない状態で電池モジュールにマウントされることを意味する。したがって、第1の放熱部材および第2の放熱部材は、第1の放熱部材と第2の放熱部材とが互いに対向するように電池モジュールにマウントされる。

放熱部材は、電池カートリッジの側部を覆うように放熱部材が曲げられた状態で、電池モジュールにマウントすることができる。例えば、放熱部材のそれぞれを、「[」形状に曲げることができる。

つまり、本発明に係る電池カートリッジを使用する電池モジュールにおいて、放熱部材は、上述の取り付け構造を有するものとすることができる。放熱部材は、弾性押圧部材の弾性圧縮力により所望の形状に応じて曲げやすい取付構造を有することができるが、放熱部材は電池カートリッジの形状およびスタックの厚さに従って曲げられる。

好適な一実施形態において、第1の放熱部材は、第1の放熱部材の一方の側部が一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の1/3から1/2に等しい領域を覆うように構成することができ、かつ第2の放熱部材は、第2の放熱部材の一方の側部が第1の放熱部材の対向する側部のところの一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の1/3から1/2に等しい領域を覆うように構成することができる。したがって、第1の放熱部材の一方の側部および第2の放熱部材の一方の側部は、互いに対向しており、一番外側の電池カートリッジの外側の領域の全部または2/3に等しい領域を覆う。第1の放熱部材および第2の放熱部材により覆われている一番外側の電池カートリッジの外側の領域が、一番外側の電池カートリッジの外側の領域の2/3より小さい場合、放熱効果を達成することは困難である。したがって、第1の放熱部材および第2の放熱部材が、一番外側の電池カートリッジの外側の領域の2/3以上を覆うことが好ましい。

本態様において、第1の放熱部材の一端が一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の1/2に等しい領域を覆い、かつ第2の放熱部材の一端が一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の1/2に等しい領域を覆うことが、より好ましい。あるいは、第1の放熱部材の一端が一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の2/3に等しい領域を覆うことができ、かつ第2の放熱部材の一端が一番外側の電池カートリッジ(a)の外側の領域の1/3に等しい領域を覆うことができる。

一方、電池カートリッジ間に配設された第1の放熱部材および第2の放熱部材のそれぞれの他方の側部は、電池カートリッジ間のインターフェース全体を通して第1の放熱部材および第2の放熱部材のそれぞれの他方の側部が配設されるように、延在することができる。つまり、電池カートリッジ間に配設された第1の放熱部材および第2の放熱部材のそれぞれの他方の側部は、積み重ねられた電池カートリッジ間のインターフェース全体を覆い、これにより、各電池カートリッジから発生する熱を、伝導を通して、効果的に放散することができる。

好適な一実施形態において、放熱部材は、放熱部材のそれぞれの他方の側部が電池カートリッジのそれぞれの一方の側部だけに配置されるように電池モジュールにマウントすることができる。放熱部材のそれぞれが電池カートリッジのそれぞれの側部1つだけに配置されている場合であっても、伝導を通して所望の熱伝達を達成することが可能であり、これにより、電池カートリッジから発生する熱を容易に除去することができる。

特に、一番外側の電池カートリッジ(a)を基に積み重ねられた電池カートリッジを、第1の電池カートリッジ、第2の電池カートリッジ、第3の電池カートリッジ、...、第pの電池カートリッジと順に呼ぶと仮定すると、第1の放熱部材の他方の側部は、第1の電池カートリッジと第2の電池カートリッジとの間に配設することができ、第2の放熱部材の他方の側部は、第3の電池カートリッジと第4の電池カートリッジとの間に配設することができる。

したがって、第1の放熱部材および第2の放熱部材のそれぞれの他方の側部が第2の電池カートリッジと第3の電池カートリッジとの間に配設されない場合であっても、第2の電池カートリッジの一方の側部は、第1の電池カートリッジと第2の電池カートリッジとの間に配設された第1の放熱部材と接触し、これにより放熱を達成し、かつ第3の電池カートリッジの一方の側部は、第3の電池カートリッジと第4の電池カートリッジとの間に配設された第2の放熱部材と接触し、これにより放熱を達成する。

状況に応じて、第2の放熱部材の他方の側部は、一定量の熱が電池モジュールの中間領域に配置されている電池カートリッジから発生するという事実を考慮して第2の電池カートリッジと第3の電池カートリッジとの間に配設される。したがって、第2の電池カートリッジの一方の側部は、第1の放熱部材と接触し、かつ第2の電池カートリッジの他方の側部は、第2の放熱部材と接触し、これにより2つの放熱部材を通して高い放熱効果を実現することができる。

好適な一実施形態において、放熱部材は、第3の放熱部材および電池モジュールの別の一番外側の電池カートリッジ(b)にマウントされている第4の放熱部材をさらに備えることができ、第3の放熱部材は、第3の放熱部材の一方の側部が電池モジュールの一番外側の電池カートリッジ(b)の少なくとも一部を覆い、かつ第3の放熱部材の他方の側部が内側電池カートリッジ間に配設されるように、延在し、第4の放熱部材は、第4の放熱部材の一方の側部が第4の放熱部材と第3の放熱部材とが重なり合わない状態で電池モジュールの一番外側の電池カートリッジ(b)の少なくとも一部を覆い、かつ第2の放熱部材の他方の側部が内側電池カートリッジ間に配設されるように延在する。

一番外側の電池カートリッジ(b)は、複数の積み重ねられた電池カートリッジを含む電池モジュール内の一番外側の電池カートリッジ(a)に対向する電池カートリッジである。
つまり、一番外側の電池カートリッジ(a)および一番外側の電池カートリッジ(b)は、電池モジュールの対向する側部に配置される。したがって、上記の好適な実施形態において、第3の放熱部材および第4の放熱部材は、一番外側の電池カートリッジ(a)の第1の放熱部材および第2の放熱部材と同じ方法で、または類似の方法で一番外側の電池カートリッジ(b)にマウントすることができる。

上記の構造において、第3の放熱部材および第4の放熱部材を、第3の放熱部材および第4の放熱部材が第1の放熱部材および第2の放熱部材と重なり合わない位置で電池モジュールにマウントすることができる。

第3の放熱部材および第4の放熱部材は、以下のようにマウントすることができる。例えば、一番外側の電池カートリッジ(b)を基に積み重ねられた電池カートリッジを、第nの電池カートリッジ、第n-1の電池カートリッジ、第n-2の電池カートリッジ、...、第pの電池カートリッジと順に呼ぶと仮定すると、第3の放熱部材の他方の側部は、第nの電池カートリッジと第n-1の電池カートリッジとの間に配設することができ、第4の放熱部材の他方の側部は、第n-2の電池カートリッジと第n-3の電池カートリッジとの間に配設することができる。

その結果、所望の数の電池カートリッジを、重なり合いなしで複数の放熱部材により電池カートリッジが覆われている構造で積み重ねることができ、これにより、従来技術と比較し追加の冷却剤流路なしで大電力および大容量の電池モジュールを実現することができる。

状況に応じて、一番外側の電池カートリッジ(a)の外側と放熱部材との間に絶縁部材を取り付けて、一番外側の電池カートリッジ(a)が過冷却されるのを防ぐことができる。一番外側の電池カートリッジ(a)の場合と同じように、一番外側の電池カートリッジ(b)の外側と放熱部材との間に絶縁部材を取り付けて、一番外側の電池カートリッジ(b)が過冷却されるのを防ぐことができる。一番外側の電池カートリッジ(a)および一番外側の電池カートリッジ(b)は、放熱部材を通して外部環境に直接露出され、その結果、一番外側の電池カートリッジ(a)および一番外側の電池カートリッジ(b)は内部の積み重ねられた電池カートリッジに比べて高い冷却速度を有する。したがって、一番外側の電池カートリッジから発生する熱も、そのような絶縁部材を装備することにより放熱部材を通して放散され、これにより、各電池カートリッジ間の温度偏差を低減することができる。

電池モジュールは、各電池カートリッジ間に放熱部材が配設されている状態で複数の電池カートリッジが積み重ねられて電池モジュールを構成している限り、特には限定されない。例えば、電池モジュールは、全部で6個から12個の電池カートリッジを備えることができる。電池カートリッジが積み重ねられている構造であっても、冷却用の冷却剤流路は、放熱部材を通るように構成することができ、したがって、冷却剤流路の数を実質的に減らすことが可能である。例えば、冷却剤流路は、一番外側の電池カートリッジ上の放熱部材領域のみを通るように構成することができる。あるいは、冷却剤流路は、一番外側の電池カートリッジ上の放熱部材領域と電池モジュールの上部および/または底部の放熱部材領域を通るように構成することができる。したがって、本発明による電池モジュールは、複数の冷却剤流路なしで熱的に安定した構造に構成することができる。

上記で説明したような本発明による電池モジュールにおいて、様々な種類の放熱部材を電池カートリッジ間に配設し、該電池カートリッジに弾性押圧部材をマウントすることが可能であり、これにより必要に応じて所望の冷却構造を構成することができる。

また、本発明に係る電池モジュールは、好ましくは、大電力および大容量を必要とする、また振動および衝撃などの様々な種類の外力が加えられるデバイス用の電源、例えば、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、またはプラグインハイブリッド電気自動車用の電源として使用される。

上記の説明から明らかなように、本発明に係る電池カートリッジは、電池セルの外周が電池セルの側部が開いている状態で板状フレームにより固定され、弾性押圧部材がフレームの外側にマウントされ、放熱部材が各電池カートリッジ間に配設された構造に構成され、電池モジュールを構成する。この結果、種々の種類の冷却方法を使用することができるとともに、かつ概してコンパクトな構造に構成されるとともに電池モジュールの設計変更において柔軟に対応できる電池モジュールを製造することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および他の利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むと、より明確に理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係る電池カートリッジを典型的に例示する平面図であ る。 図1の電池カートリッジを例示する垂直断面図である。 放熱部材が電池カートリッジ間にそれぞれ配設されている構造に構成された 電池モジュールを例示する斜視図であり、該電池カートリッジの1つが図１に記載されている。 複数の電池カートリッジを積み重ねることにより製造される電池モジュール を例示する斜視図であり、該電池カートリッジの1つが図１に記載されている。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールを例示する部分正面図である。 図5に示された放熱部材を例示する斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る電池モジュールを例示する正面図である。 図7の電池モジュールを例示する斜視図である。 本発明の更なる別の実施形態に係る電池モジュールを例示する斜視図である 。

そこで、本発明の好ましい一実施形態は、添付図面を参照しつつ詳細に説明される。しかしながら、本発明の範囲は、例示されている実施形態によって限定されないことに留意されたい。

図1は、本発明の一実施形態に係る電池カートリッジを典型的に例示する平面図である。図2は、図1の方向Aにおいて見たときの電池カートリッジを典型的に例示する垂直断面図である。

これらの図面を参照すると、電池カートリッジ100は、板状電池セル300が電池カートリッジ100内にマウントされる構造に、構成され、電池セル300のカソード端子330およびアノード端子340は、電池カートリッジ100から外向きに突出している。

電池カートリッジ100は、一対の板状フレーム200、200'を備え、該板状フレーム200、200'は、電池セル300の対向する側部が開いている状態で、電池セル300の対向する側部をその外周のところで固定するように、構成されている。各フレーム200、200'は、その外側の左側部および右側部に、各フレーム200、200'の長手方向に延在する、弾性押圧部材210、220、210'、220'が設けられている。

また、電池セル300は、電池セル300の開いている側部（open sides）が各フレーム200、200'から突出している状態で、各フレーム200、200'の間にマウントされる。弾性押圧部材210、220、210'、220'は、弾性押圧部材210、220、210'、220'がその開いている側部で電池セル300の突出高さ1より高い高さLを有する状態で、各フレーム200、200'の外側にマウントされる。したがって、それぞれに電池セル300がマウントされている複数の電池カートリッジ100が、放熱部材(図示せず)が電池カートリッジ100の間にそれぞれ配設されている状態で積み重ねられた場合、弾性押圧部材210、220、210'、220'は、弾性押圧部材210、220、210'、220'が押圧されたときに弾性圧縮力を放熱部材(図示せず)に印加する。その結果、放熱部材(図示せず)は、各電池カートリッジの間に安定してマウントされ、しかも電池カートリッジ100により構成される電池モジュールのサイズは、弾性押圧部材210、220、210'、220'を設けることにより増大しない。

図3は、上述のように、放熱部材500が電池カートリッジ100間にそれぞれ配設されている構造に構成された電池モジュール400を典型的に例示する斜視図であり、該電池カートリッジの1つが図1に示されている。

図3を参照すると、放熱部材500のそれぞれが板状に形成されている。放熱部材500のそれぞれは、空冷式冷却フィンにより実装することができる。放熱部材500は、各電池カートリッジ100の間に配設される。電池カートリッジ100は、各電池カートリッジ100間のインターフェースすべてに配設することができる。あるいは、電池カートリッジ100は、各電池カートリッジ100の間のインターフェースのいくつかに配設することができる。

電池モジュール400は、放熱部材500が各電池カートリッジ100の間に配設されている状態で電池カートリッジ100を積み重ね、結合により結合部材451、452、453、454を各電池カートリッジ100内に形成された孔(図示せず)に挿入して通すことにより製造される。

各電池カートリッジ100のフレーム200の外側にマウントされている弾性押圧部材210、220、210'、220'は、放熱部材500を対応するフレーム200に安定してマウントされると共に、固定するのを補助する。

図4は、複数の電池カートリッジを積み重ねることにより製造される電池モジュールを典型的に例示する斜視図であり、該電池カートリッジの1つが図１に記載されている。

放熱部材500のそれぞれは、対応する電池カートリッジから外向きに部分的に露出され、その結果、電池セル300の充電および放電時に電池セル300から発生する熱が、各電池カートリッジ100の間に配設されている放熱部材500に伝えられ、次いで、外部に放出され、これにより、高い放熱効率が得られる。したがって、弾性押圧部材210、220、210'、220'が本発明に係る各電池カートリッジ100のフレーム200の外側にマウントされる構造を設けることにより、電池モジュール400に関して種々の放熱方法を適用することが可能である。

図5は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを典型的に例示する部分正面図である。説明の便宜上、電池カートリッジは、電池モジュールを構成する電極端子および弾性押圧部材などの種々の部材が省略された状態で、簡単に示されている。

図5を参照すると、電池モジュール600は、4つの電池カートリッジ110、120、130、140が、電池カートリッジ110、120、130、140が互いに隣接する状態で積み重ねられ、2つの放熱部材510、520が電池モジュール600の所定の位置にマウントされる構造に、構成されている。

第1の放熱部材510は、第1の放熱部材510の一方の側部が第1の電池カートリッジ110の外側の領域の約半分に等しい領域Wを覆うように構成され、かつ第2の放熱部材520は、第2の放熱部材520の一方の側部が第1の放熱部材510の対向する側部のところで第1の電池カートリッジ110の外側の領域の約半分に等しい領域W'を覆うように構成されている。その結果、電池カートリッジの一番外側のカートリッジである第1の電池カートリッジ110の外側は、第1の放熱部材510および第2の放熱部材520により、ほぼ丸ごと覆われている。

第1の放熱部材510は、第1の放熱部材510の他方の側部が第1の電池カートリッジ110と第2の電池カートリッジ120との間に配設されるように曲げられ、第2の放熱部材520も、第2の放熱部材520の他方の側部が第3の電池カートリッジ130と第4の電池カートリッジ140との間に配設されるように曲げられる。第2の放熱部材520の他方の側部は、第2の放熱部材520の他方の側部が第3の電池カートリッジ130と第4の電池カートリッジ140との間のインターフェース全体にわたって配設されるように、延在する。

その結果、第1の放熱部材510および第2の放熱部材520は、第1の放熱部材510と第2の放熱部材520とが互いに重なり合わない状態で、電池モジュール600にマウントされる。

また、第1の電池カートリッジ110が過冷却されるのを防ぐように、絶縁部材101は、第1の電池カートリッジ110の外側と第1の放熱部材510および第2の放熱部材520との間にマウントされている。

図6は、図5に示されている放熱部材を典型的に例示する斜視図である。比較のため、放熱部材は同じ配列構造で配設されているように示されているが、これは放熱部材が図5の電池モジュールにマウントされている構造と異なる。

図6を参照すると、放熱部材510および放熱部材520は、高い熱伝導率を示す曲げやすい板状の金属材料で作られている。放熱部材510および放熱部材520のそれぞれは、各電池カートリッジ(図示せず)の側部を覆うように「[」形状に曲げられている。

特に、放熱部材510および放熱部材520のそれぞれの一方の側部は、放熱部材510および放熱部材520のそれぞれの一方の側部が一番外側の電池カートリッジ(図示せず)の外側を部分的に覆うような比較的短い長さhを有し、かつ放熱部材510および放熱部材520のそれぞれの他方の側部は、放熱部材510および放熱部材520のそれぞれの他方の側部が対応する電池カートリッジ間のインターフェース全体を通して配設されるような比較的長い長さHを有する。

一方、第2の放熱部材520は、第1の放熱部材510の曲げ幅dより大きい曲げ幅Dを有する。これは、第1の放熱部材510の他方の側部が、図5に示されているように第1の電池カートリッジ110と第2の電池カートリッジ120との間に配設され、したがって第1の放熱部材510の曲げ幅dが絶縁部材101の厚さと第1の電池カートリッジ110の厚さとの総和に対応し、第2の放熱部材520の他方の側部が、図5に示されているように第3の電池カートリッジ130と第4の電池カートリッジ140との間に配設され、したがって第2の放熱部材520の曲げ幅Dが絶縁部材101の厚さ、第1の電池カートリッジ110の厚さ、第2の電池カートリッジ120の厚さ、および第3の電池カートリッジ130の厚さの総和に対応するからである。

図7は、本発明の別の実施形態による電池モジュールを典型的に例示する正面図であり、図8は、図7の電池モジュールを典型的に例示する斜視図である。

これらの図面を参照すると、電池モジュール700は、8個の電池カートリッジが各電池カートリッジの側部が隣接する電池カートリッジの対応する側部とぴったり接触して空隙のない状態で積み重ねられた構造に構成され、かつ4つの放熱部材が電池モジュール700にマウントされている。

第1の放熱部材530および第2の放熱部材540は、第1の放熱部材530および第2の放熱部材540のそれぞれの一方の側部が、電池カートリッジの一番外側のカートリッジである、第1の電池カートリッジ110の外側の領域の約半分に等しい領域を覆うように構成され、かつ第3の放熱部材550および第4の放熱部材560は、第3の放熱部材550および第4の放熱部材560のそれぞれの一方の側部が、電池カートリッジの別の一番外側のカートリッジである、第8の電池カートリッジ180の外側の領域の約半分に等しい領域を覆うように構成されている。

第1の放熱部材530は、第1の放熱部材530の他方の側部が第3の電池カートリッジ130と第4の電池カートリッジ140との間に配設されるように曲げられ、かつ第2の放熱部材540は、第2の放熱部材540の他方の側部が第2の電池カートリッジ120と第3の電池カートリッジ130との間に配設されるように曲げられている。また、第3の放熱部材550は、第3の放熱部材550の他方の側部が第5の電池カートリッジ150と第6の電池カートリッジ160との間に配設されるように曲げられ、かつ第4の放熱部材560は、第4の放熱部材560の他方の側部が第6の電池カートリッジ160と第7の電池カートリッジ170との間に配設されるように曲げられている。

電池カートリッジ110、120、140、150、170、180は、電池カートリッジ110、120、140、150、170、180のそれぞれの一方の側部が、放熱部材530、540、550、560のうちの対応する1つと直接的にまたは間接的に接触するように構成される。一方、電池カートリッジ130および電池カートリッジ160は、電池カートリッジ130および電池カートリッジ160のそれぞれの対向する側部が、放熱部材530、540、550、560のうちの対応する部材と直接的に接触するように構成される。しかしながら、電池カートリッジおよび放熱部材は、放熱部材が放熱部材(図示せず)により対応する電池カートリッジとぴったり接触できる限り、種々の形態で配列することができる。状況に応じて、放熱部材は、蓄熱が深刻なものとなる可能性のある電池モジュールの中間領域に配置されている電池カートリッジの対向する側部に、ぴったり接触するように、設けることができる。

また、第1の電池カートリッジ110および第8の電池カートリッジ180が過冷却されるのを防ぐように、絶縁部材102および絶縁部材103は、第1の電池カートリッジ110と第1放熱部材530との間に、および第8の電池カートリッジ180と第4の放熱部材560との間に、それぞれマウントされている。

その結果、電池カートリッジからの熱のバランスのとれた放散が達成され、これにより、全体の温度偏差が低減される。

したがって、本発明に係る電池カートリッジを備える電池モジュールは、種々の手法で放熱部材が電池カートリッジ間にマウントされる構造に構成され、これにより、効率的な放熱が達成される。

図9は、本発明の更なる別の実施形態による電池モジュールを例示する斜視図である。

図9の電池モジュール400aにおいて、電池セル300aは、カソード端子330およびアノード端子340が電池セル300aのそれぞれから上方に突出する構造に構成される。したがって、電池カートリッジ100は、カソード端子330およびアノード端子340が同じ方向に電池セル300のそれぞれから突出する構造に構成された電池セル300aだけでなく、カソード端子330およびアノード端子340が、図4の電池モジュール400と反対の方向に電池セル300のそれぞれから突出する構造に構成された電池セル300に適用可能である。図9の電池モジュール400aは、図4の電池モジュール400の他の構造と同一であり、したがって、その詳細な説明はなされない。

本発明の例示的な実施形態は、例示するために開示されているが、当業者であれば、付属の請求項において開示されているように本発明の範囲および精神から逸脱することなく、種々の変更、付加、および置換が可能であることを理解するであろう。

a 電池カートリッジ
b 電池カートリッジ
d、D 曲げ幅
h、H 長さ
W、W' 領域
100 電池カートリッジ
101 絶縁部材
110、120、130、140 電池カートリッジ
150 第5の電池カートリッジ
160 第6の電池カートリッジ
170 第7の電池カートリッジ
180 第8の電池カートリッジ
200、200' 板状フレーム
210、220、210'、220' 弾性押圧部材
300 板状電池セル
300a 電池セル
330 カソード端子
340 アノード端子
400 電池モジュール
400a 電池モジュール
451、452、453、454 結合部材
500 放熱部材
510、520 放熱部材
530、540 放熱部材
550 第3の放熱部材
560 第4の放熱部材
600 電池モジュール

Claims (9)

1. 板状電池セルを中にマウントするフレーム構造に構成された電池カートリッジであって、前記電池カートリッジは前記電池セルの少なくとも一方の側部が開いている状態で前記電池セルの外周を固定するように構成された一対の板状フレームを備え、
   前記フレームのそれぞれはその外側に、電池モジュールの製造後に放熱部材を前記電池セルの前記開いている側部にぴったり接触する形で固定する弾性押圧部材が設けられた電池カートリッジ。
2. 前記弾性押圧部材が、前記フレームのそれぞれの外側の上側領域、下側領域、左側領域、および右側領域からなる群から選択された少なくとも1つの領域にマウントされる請求項1に記載の電池カートリッジ。
3. 前記電池セルは、前記電池セルの少なくとも1つの開いている側部が前記フレームの対応する側部から突出している状態で前記各フレーム間にマウントされ、前記弾性押圧部材は、前記弾性押圧部材がその前記少なくとも1つの開いている側部で前記電池セルの突出高さより高い高さを有する状態で前記フレームのそれぞれの前記外側にマウントされた請求項1に記載の電池カートリッジ。
4. 前記弾性押圧部材には、その外面のところで、陥凹部、エンボス加工部、および溝からなる群から選択された少なくとも1つの構造が設けられた請求項3に記載の電池カートリッジ。
5. 前記弾性押圧部材は、前記弾性押圧部材が押圧されると高い弾性圧縮力を示すポリマー樹脂から作られた請求項1に記載の電池カートリッジ。
6. 前記弾性押圧部材は、ゴムから作られた請求項5に記載の電池カートリッジ。
7. 前記フレームのそれぞれには、その外側のところで、前記弾性押圧部材がマウントされる、溝が設けられた請求項1に記載の電池カートリッジ。
8. 前記弾性押圧部材は、前記フレームのそれぞれの幅の領域の10%から80%に等しい幅を有する請求項1に記載の電池カートリッジ。
9. 電池セル間に、または電池セルが中にマウントされている電池カートリッジ間にマウントされるように構成された放熱部材であって、前記放熱部材は、前記放熱部材をぴったり接触する形で前記電池セルのそれぞれの外側に固定するように構成された弾性押圧部材を備える放熱部材。