JP2016526765A - 電気自動車またはハイブリッド自動車用のバッテリモジュールを製造するための電気化学セルのストリップ、およびかかるモジュールの製造 - Google Patents

電気自動車またはハイブリッド自動車用のバッテリモジュールを製造するための電気化学セルのストリップ、およびかかるモジュールの製造 Download PDF

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Abstract

本発明は、概して、電気自動車またはハイブリッド自動車用のバッテリモジュールの製造のための電気化学セルシステムに関する。このシステムは、少なくとも１つの支持ストリップ（２）を備え、支持ストリップの表面上には、少なくとも１つの電気化学セル（７、８）が配置されている。本発明によれば、表面に配置された電気化学セル（７、９）の数が、必要なバッテリ電力を得るのに適合するように、支持ストリップ（２）を切断することができる。また、電気化学セル（７、８）が隣接して位置し、かつ、互いの上にスタックするように、支持ストリップ（２）を折り曲げることができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、概して、電気自動車またはハイブリッド自動車用のバッテリモジュールを提供するように設計された電気化学セルシステムに関する。
また、本発明は、かかるシステムからかかるモジュールを製造する方法に関する。
本発明の技術分野は、直列に接続された複数の電気化学セルを備えるエネルギー源の電気化学的貯蔵に関する。これらのエネルギー源は、特に、電気自動車またはハイブリッド自動車のけん引力を提供するための電気バッテリに適用される。
バッテリは、それ自体が電気化学セルのアセンブリを備えるモジュールのアセンブリを備える。
これらのセルでは、可逆的電気化学反応が生じ、バッテリの放電中には電気を生成し、バッテリの充電中にはエネルギーを蓄積することができる。リチウムイオンバッテリは特によく知られた種類である。
電気化学セルは、円柱状、角柱状、または。可撓性とすることができる。一般に「パウチセル」として知られている可撓性バッテリ技術では、各セルは、正極、負極および隔膜を含む金属板を備える。また、各セルは、隣接するセルの負極および正極にそれぞれ接続された正極端子および負極端子を備える。
バッテリモジュールを実現するために、可撓性のセルが互いにスタックされている。スタックは、スタックが単純である、すわなち、セルの正極端子および負極端子がモジュールの同じ側に配置されているか、スタックが互い違いである、すなわち、セルの正極端子と負極端子が反対側にあるかに応じて、電気化学セルが特定の方向に正確に並置されるように設計されている。したがって、このスタックは、熟練工を必要とし、相当の組立時間が発生する。また、バッテリの充電および放電は、セルの損傷につながり得る発熱を引き起こす。
しかし、熱交換器を備えるバッテリモジュールの構築は、スタックしたセルの製造と熱交換器の追加との二重の問題に起因して、複雑になる可能性がある。
この点において、本発明は、まず、限られた組立時間で単純なバッテリモジュールを実現するためのシステムに関する。
本発明はさらに、熱交換器を備えたかかるバッテリモジュールを実現するためのシステムに関する。
この目的のために、本発明の電気化学セルシステムは、少なくとも１つの電気化学セルが表面に配置された少なくとも１つの支持ストリップを含み、この支持ストリップが切断および折り曲げ可能に適合されていることを本質的に特徴とする。
このようにして、支持ストリップは有利に折り曲げられ、電気化学セルが互いに結合することを可能とし、かつ、セルの相互のスタックを実現することができる。
代替的な実施形態によれば、ストリップの長さと、表面に配置された電気化学セルの数とが、必要な電力のバッテリを得るのに適合するように、支持ストリップを切断することができる。
本発明のシステムはまた、下記の任意選択の特徴を、別々に、または全ての可能性のある技術的組み合わせにおいて、含むことができる。
少なくとも１つの支持ストリップは、交互に配置された、少なくとも１つの電気化学セルが各面に配置された第１の領域と、電気化学セルを有していない第２の領域とを有する。
支持ストリップは、第２の領域で切断され、および折り曲げられるように適合されている。
好ましくは、電気化学セルを導入する前に、支持ストリップの全体を切断し、および／または折り曲げることができる。
このように、電気化学セルを支持ストリップの表面の任意の場所に配置することができ、支持ストリップの、電気化学セルが配置された部分が第１の領域を形成し、第２の領域は、支持ストリップの、電気化学セルが配置されていない部分により画定される。
支持ストリップの第２の領域の各々は、支持ストリップを、連続したヘアピン部を含むコイルとして機能させるような長さおよび可撓性を有する。
それぞれのヘアピン部は、
実質的に平行な支持ストリップの２つの第１の領域と、
支持ストリップの第２の領域に対応し、支持ストリップの２つの第１の領域を連結する円弧状の連結部と
を備える。
流体の入口と出口の間に延在する少なくとも１つの流体流路が、支持ストリップの幅方向に形成され、これが冷却ストリップを形成する。
このように、流体流路は、冷却すべき電気化学セルの近くに配置される。
好ましくは、支持ストリップの第１の領域の各々は、前記第１の領域の外面上にそれぞれ配置された２つの電気化学セルの間に挟まれており、第１の領域の各々は、二重セルユニットを形成する。
支持ストリップの第２の領域の各々は、支持ストリップを、連続したヘアピン部を含むコイルとして機能させるような長さおよび可撓性を有する。
それぞれのヘアピン部は、
２つの電気化学セルの間に挟まれた支持ストリップの第１の領域をそれぞれが備える、実質的に平行な２つの二重セルユニットと、
支持ストリップの第２の領域に対応し、支持ストリップの２つの二重セルユニットを連結する円弧状の連結部と
を備える。
二重セルユニットの２つのセルのうちの少なくとも一方は、支持ストリップの第１の領域の反対面に、弾性板、弾性板が設けられたセル、および弾性板が設けられていないセルを備え、弾性板が設けられたセルと弾性板が設けられていないセルとが交互に配置されており、支持ストリップの第２の領域の各々を折り曲げた後に、隣接し、かつ、相互に連結した２つの二重セルユニットの、互いに接触する２つのセルの間に、少なくとも１つの弾性板を配置することを可能にする。
各二重セルユニットの２つのセルの支持ストリップの第１の領域と反対側の外面は、弾性板を備える。
弾性板は発泡板である。
支持ストリップは、電気化学セルがある面の少なくとも一方に、支持ストリップに対して面接触する加熱層を備えており、したがって、加熱層はセルと、支持ストリップの対応する第１の領域との間に挟まれる。
冷却ストリップは、前記支持ストリップの反対側の面に面接触する２つの加熱層を備えており、したがって、加熱層はセルと、支持ストリップの対応する第１の領域との間に挟まれる。
支持ストリップと加熱層は、一体に形成されている。
各加熱層は、支持ストリップの同じ側に位置する電気化学セルを直列に接続するための電気接続要素を含む。
複数の流体流路が、支持ストリップの厚さ方向に形成される。
支持ストリップは、厚さ方向に平行な複数の支持ストリップを含み、支持ストリップの各々には、流体の入口と出口との間に延びる少なくとも１つの流体流路が配置される。
本発明はまた、少なくとも下記の工程を含むことを本質的に特徴とする電気化学セルモジュールを製造する方法にも関する。
上記のようなシステムを提供する。
第２の領域の各々の周りに支持ストリップをジグザグ状に折り曲げる。
これにより、電気化学セルを互いに結合させ、かつ、セルのスタックを実現する。有利には、ジグザグ折りの前に、所望のバッテリモジュールに必要なセルの数に応じて、支持ストリップの第２の領域にてセルシステムの切断を行う。
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しつつ、例示的かつ非限定的な下記の説明から明らかになるであろう。
本発明の第１の実施例に従う二重セルユニットシステムの分解断面図である。 本発明の第１の実施例に従う二重セルユニットシステムの断面図である。 本発明の第２の実施例に従う電気化学セルシステムの概略斜視図である。 本発明の第１および第２の実施例に従う電気化学セルシステムの上面図であり、バッテリモジュールの半取付位置にて示す。 本発明の第２の実施例に従う電気化学セルシステムで作られたバッテリモジュールの概略斜視図である。 本発明の第３の実施例に従う電気化学セルシステムの上面図であり、バッテリモジュールの半取付位置にて示す。 本発明の第４の実施例に従う電気化学セルシステムの上面図であり、バッテリモジュールの半取付位置にて示す。
図３を参照し、本発明の電気化学セルシステム１は、可撓性プラスチック製の支持ストリップ２を備え、本実施例では、後述する構造の２つの平行なストリップを備える。
支持ストリップ２は、長さＬ１の第２の領域と、長さＬ１よりも長い長さＬ２の第１の領域６とを交互に備える。第１の領域６の各々は、２つの電気化学セル７、８の間に挟まれており、二重セルユニット９を構成する。このように、本発明のシステム１は、二重セルユニット９と、各二重セルユニット９を隣接するユニット９に接続する、支持ストリップ２の第２の領域５とを交互に備える。
また、各セル７、８は、第１の領域６とは反対側の面１０、１１上に発泡板１２、１３を備える。バッテリモジュールにおける発泡板の機能については後述する。
図１および図２を参照し、各二重セルユニット９は、支持ストリップ２の第１の領域６を中央に備える。この実施例では、支持ストリップ２は単一のストリップであり、その厚さ方向に形成され、かつ、各々が流体の入口および出口（図示せず）に接続された５つの流体流路１３を備える。あるいは、これら５つの流体流路に対して、湾曲した接合部によって支持ストリップ２の端部で相互に接続された１つのみの流体入口と１つのみの流体出口を設けることもできる。
一般に、各セル７、８の冷却を均一化するために、５つの流体流路１３内における流体の循環の方向を、これら流路のうちの少なくとも一部で反対にすることが有利である。
支持ストリップ２の第１の領域６は、図３を参照して既述したように、支持ストリップ２とは反対側の面１０、１１が発泡板１２、１３で覆われた２つの電気化学セル７、８の間に挟まれている。
また、本実施例によれば、支持ストリップ２は、反対側の面で互いに結合された２つの加熱層１４、１５を備える。したがって、各加熱層１４、１５は、電気化学セル７，８と支持ストリップ２の第１の領域６との間に挟まれる。
バッテリモジュールが寒冷な気候条件で使用される場合に、この加熱層１４、１５は、セル７、８を加熱する。
さらに、図１および図２には示していないが、支持ストリップ２の同じ側に位置する電気化学セル７、８を接続するための電気接続要素を備える加熱層１４、１５を設けることができる。さらに、この構成では、モジュールのセル７、８は、図示はしないが当業者には公知の手段によって並列に接続される。有利には、支持ストリップ２および加熱層１４、１５は、一体に形成される。
各二重セルユニット９を構成する全ての要素、すなわち、支持ストリップ２の第１の領域６、加熱層１４、１５、電気化学セル７、８、および発泡板１２、１３が、互いに対して面接触している。
次に、本発明の電気化学バッテリシステム１のバッテリモジュールの製造工程を説明する。
図４を参照し、このモジュールの実施例では、電気化学セルシステム１をジグザグ状に折り曲げる。より正確には、支持ストリップ２の第２の領域５の各々を、電気化学セルシステム１の全長にわたって、隣接する第２の領域５とは反対の方向に折り曲げる。
ジグザグ状の折り曲げにより、および、折り曲げた第２の領域５の各々の固定長さＬ１と第１の領域６の各々の固定長さＬ２とにより、各二重セルユニット９は、隣接する二重セルユニット９の隣に配置される。この折り曲げは、隣接する二重セルユニット６の全てが互いに取り付けられるまで行われる。
図５に示すように、二重セルユニット９のスタックが得られ、したがって、全ての電気化学セルのスタックがバッテリモジュール１５を構成する。
このスタックでは、発泡板１２、１３は、２つの隣接する第１の領域６の間に位置する２つのセル７、７；８、８の間に配置される。発泡板１２、１３は、冷却ストリップに対してセル板７、８を当接させ、熱変動に起因するセルの大幅な拡大を吸収することができる。
図７を参照し、スタックの各セル７、８は、単一の発泡板１３によって、隣接するセル７、８から絶縁することができる。このようにするため、各二重セルユニット９は、２つのセル８のいずれかに当接する単一の発泡板１３を備える。図７によれば、支持ストリップ２の一方の側に配置されたセル８のみが発泡板１３を備える。しかし、発泡板１２、１３を有するセルと発泡板を有していないセルとの特定の交互配置を行うことによって、発泡板１３の分布を異ならせることができる。
また、多数の二重セルユニット９を備える、上述したような電気化学セルシステム２を提供することができる。所望のモジュール１５の構築に必要なセルの数に応じて、支持ストリップ２の折り曲げの前に、必要数のセルを画定する支持ストリップ２の第２の領域５にて、セルシステム１の切断作業を実施する。
図３のセルシステム１に対応する、図５に示す実施例では、支持ストリップ２は、それぞれが独立した流体流路３、４を構成する２つの支持ストリップ３、４を備える。流体入口１６、１７から流体出口１８、１９まで延在する流体流路３、４の各々は、、車両の水回路に接続される。流体１８、１９の入口１６、１７および出口は、モジュール１５に対して反対に配置されているので、第１の流体流路３内の流体の流れが第２の流路４とは反対となり、モジュール１５の各セル７、７内に拡散した低温の均一な分布をもたらす。
本発明の範囲内において、図６に示すように、厚さ方向の流路を支持ストリップ２に設けないことも可能である。この場合、支持ストリップ２は、セル間の機械的結合を提供し、図４および５を参照して説明したようなバッテリモジュールの迅速で容易な組み立てを可能とする結合ストリップ２を形成する。さらに、熱交換素子をバッテリモジュールに付加することができる。
また、セルユニット９ごとに単一のセル７のみを存在させることも可能である。
この場合、および、ストリップ２が冷却ストリップ２を形成する場合、スタックの製造中に、各セル７は支持ストリップ２の２つの第１の領域６に接触する。
したがって、本発明によれば、冷却ストリップ２または単なる結合ストリップ２の形態であるストリップ２は、１回の折り曲げ操作で、可撓性セルからなるバッテリモジュールを完成することを可能とする。所望のモジュールのセル数に応じて、セルシステム１を予め切断することができる。
ストリップ２が支持ストリップ２を形成する場合、後者は、セルおよびこれらセルの冷却要素の機械的接続という二重の機能を有する。
最後に、二重セルユニット９に、電気的接続および加熱層、または、バッテリモジュールのセルの操作および最適化に必要とされ得る任意の他の要素を挿入することが可能である。

Claims (17)

  1. 電気自動車またはハイブリッド自動車用のバッテリモジュールを提供するための、電気化学セルの可撓性のスタックを有する電気化学セルシステムであって、
    少なくとも１つの支持ストリップ（２）を備え、支持ストリップの表面上には、少なくとも１つの電気化学セル（７、８）が配置されており、支持ストリップ（２）は、その間にある電気化学セル（７、８）を連結するとともに、電気化学セル（７、８）を互いの上にスタックさせるように折り曲げられるよう適合されていることを特徴とするシステム。
  2. 前記支持ストリップ（２）は、交互に配置された、少なくとも１つの電気化学セル（７、８）が各面に配置された第１の領域（６）と、電気化学セル（７、８）を有していない第２の領域（５）とを有し、前記支持ストリップ（２）は、前記第２の領域（５）で折り曲げられるよう適合される、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）の各々は、前記支持ストリップ（２）を、連続したヘアピン部を含むコイルとして機能させるような長さおよび可撓性を有し、それぞれのヘアピン部は、
    実質的に平行な前記支持ストリップ（６）の２つの第１の領域（６）と、
    前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）に対応し、前記支持ストリップの前記２つの第１の領域（６）を連結する円弧状の連結部と
    を備える、請求項２に記載のシステム。
  4. 流体の入口（１６、１７）と出口（１８、１９）の間に延在する少なくとも１つの流体流路（３、４；１３）が、前記支持ストリップの幅方向に形成され、これが冷却ストリップを形成する、請求項１〜３の何れか１項に記載のシステム。
  5. 前記支持ストリップ（２）の第１の領域（５）の各々は、前記第１の領域（６）の外面上にそれぞれ配置された２つの電気化学セル（７、８）の間に挟まれており、前記支持ストリップ（２）の第１の領域（６）の各々は、二重セルユニット（９）を形成する、請求項１〜４の何れか１項に記載のシステム。
  6. 前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）の各々は、前記支持ストリップ（２）を、連続したヘアピン部を含むコイルとして機能させるような長さおよび可撓性を有し、それぞれのヘアピン部は、２つの電気化学セル（７、８）の間に挟まれた前記支持ストリップ（２）の第１の領域（６）をそれぞれが備える、実質的に平行な２つの二重セルユニット（９）と、前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）に対応し、前記支持ストリップ（２）の２つの二重セルユニット（９）を連結する円弧状の連結部とを備える、請求項５に記載のシステム。
  7. 二重セルユニット（９）の２つのセル（７、８）のうちの少なくとも一方（７、８）は、前記支持ストリップ（２）の第１の領域（６）の反対面（１０、１１）に、弾性板（１２、１３）、弾性板（１２、１３）が設けられたセル（７、８）、および弾性板（１２、１３）が設けられていないセル（７、８）を備え、弾性板（１２、１３）が設けられたセル（７、８）と弾性板（１２、１３）が設けられていないセル（７、８）とが交互に配置されており、前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）を折り曲げた後に、隣接し、かつ、相互に連結した２つの二重セルユニット（９）の、互いに接触する２つのセル（７、８）の間に、少なくとも１つの弾性板（１２、１３）を配置することを可能にする、請求項５または６に記載のシステム。
  8. 各二重セルユニット（９）の２つのセル（７、８）の支持ストリップ（２）の第１の領域（６）と反対側の外面（１０、１１）は、弾性板（１２、１３）を備える、請求項５〜７の何れか１項に記載のシステム。
  9. 前記弾性板（１２、１３）は発泡板である、請求項７に記載のシステム。
  10. 前記支持ストリップ（２）は、電気化学セル（７、８）がある面の少なくとも一方に、前記支持ストリップ（２）に対して面接触する加熱層（１４、１５）を備えており、前記加熱層（１４、１５）はセル（７、８）と、前記支持ストリップ（２）の対応する第１の領域（６）との間に挟まれる、請求項２〜９の何れか１項に記載のシステム。
  11. 前記支持ストリップは、前記支持ストリップ（２）の反対側の面に面接触する２つの加熱層（１４、１５）を備えており、したがって、前記加熱層（１４、１５）はセル（７、８）と、前記支持ストリップ（２）の対応する第１の領域（６）との間に挟まれる、請求項２〜１０の何れか１項に記載のシステム。
  12. 前記支持ストリップ（２）と前記加熱層（１４、１５）は、一体に形成されている、請求項１０または１１に記載のシステム。
  13. 各加熱層（１４、１５）は、前記支持ストリップ（２）の同じ側に位置する前記電気化学セル（７、８）を直列に接続するための電気接続要素を含む、請求項１０〜１２の何れか１項に記載のシステム。
  14. 複数の流体流路（１３）が、前記支持ストリップ（２）の厚さ方向に形成される、請求項１〜１３の何れか１項に記載のシステム。
  15. 前記支持ストリップ（２）は、厚さ方向に平行な複数の支持ストリップ（３、４）を含み、前記支持ストリップ（２）の各々には、流体の入口（１６、１７）と出口（１８、１９）との間に延びる少なくとも１つの流体流路（３、４）が配置される、請求項２〜１４の何れか１項に記載のシステム。
  16. 電気自動車またはハイブリッド自動車用の、電気化学セルの可撓性のスタックを有するバッテリモジュールを製造する方法であって、
    請求項１〜１５の何れか１項に記載のシステムを提供し、
    前記第２の領域（５）の各々の周りに前記支持ストリップ（２）をジグザグ状に折り曲げて、前記電気化学セル（７、８）を互いに結合させ、かつ、セル（７、８）のスタックを実現する
    ことを少なくとも含むことを特徴とする方法。
  17. ジグザグ折りの前に、所望のバッテリモジュールに必要なセルの数に応じて、前記支持ストリップ（２）の第２の領域（５）にて前記セルシステム（１）の切断を行う、請求項１６に記載の方法。
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