JP2017521830A - 特に電気自動車のための、バッテリモジュールのバッテリセルの構成要素を支持及び保持するための支持構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に電気自動車のための、バッテリモジュールのバッテリセルの構成要素を支持及び保持するための支持構成（１）であって、非電導性の本体（２）と、バッテリセルを互いに電気的に接続するための複数の電気接続要素（３）であって、本体（２）に具設された上記電気接続要素（３）と、を備える、上記支持構成に関する。本発明によれば、支持構成（１）は、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネル（４）と、少なくとも１つのバッテリセルを監視するための少なくとも１つのセル監視ユニット（５）と、を備える。さらに、本発明は、本発明に係る支持構成（１）を備えたバッテリモジュールに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、特に電気自動車のための、バッテリモジュールのバッテリセルの構成要素を支持及び保持するための支持構成に関する。さらに、本発明は、このような支持構成を備えたバッテリモジュールに関する。

このような支持構成は、例えば、独国特許出願公開第１０２０１２２０３２８９号明細書で開示されている。ここでは、高電圧カーバッテリのためのバッテリカバーが関わっており、このバッテリカバーは、複数の電導性のコネクタを備えた非電導性の本体を備え、その際に、複数の電導性のコネクタは非電導性の本体と結合されている。通常では、例えばバッテリセルを監視するセル監視ユニットのような他の構成要素が、バッテリセルと電気的に接続される。但し、このような構成要素をバッテリモジュール又はバッテリ内に配置すると、コストが掛かって複雑になる可能性があり、これにより、バッテリモジュール又はバッテリの設置空間が大きくなり、さらに重量が重くなることに繋がりうる。これによりさらに大きなコストが発生する可能性がある。

これに対して、請求項１に記載の特徴を備えた本発明に係る発明には、バッテリ及びその構成要素を組み立てる際の製造プロセスが容易になるという利点がある。このことは、本発明によれば、支持構成がバッテリの複数の構成要素を含むことにより実現される。これにより、様々な構成要素を、迅速にかつ少ない作業工程で定められた位置に配置し又は電気的に互いに接触させることが可能であり、これにより、製造コストが最小化され、時間が節約され、従ってコスト面でのメリットももたらされる。さらに、本発明に係る支持構成又はバッテリモジュールの製造を自動化することが可能である。例えば電気自動車のバッテリは、複数のバッテリモジュールと、これに対応して、複数の支持構成と、を有するため、本発明に係る支持構成のコスト面でのメリットは何倍にもなりうる。従って、コストが著しく節約される。その際に、支持構成は、非電導性の本体と、バッテリセルを互いに電気的に接続するための複数の電気接続要素であって、本体に具設された上記電気接続要素と、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネルと、少なくとも１つのバッテリセルを監視するための少なくとも１つのセル監視ユニットと、を備える。本体が支持構成を支持する機能を担うため、電気接続要素は、電流電導のために最適化させうる。従って、重量がさらに軽減されうる。バッテリモジュールは、直列又は並列に互いに接続された複数のバッテリセルからなるモジュールとして理解される。

従属請求項により、本発明の好適な発展形態が示される。

好適に、電気接続要素は、本体の中心軸に対して両側に配置される。これにより電気接続要素は、本方法の自動化が単純化されることで、迅速に配置されうる。

さらに好適に、本体は固定手段を有し、この固定手段によって、電気接続要素が、形状結合及び／又は力結合により本体に固定される。これにより、適用に応じて、電気接続要素を簡単なやり方で本体に固定することが可能である。

有利に、本体の固定手段は突出部を有し、電気接続要素は切欠きを有することが可能であり、その際に、固定手段の突出部と電気接続要素の切欠きとは互いに係合している。その際に、好適に、固定手段は、係止ウェブとして構成可能であり、この係止ウェブは、例えば係止フック及び／又は係止ノーズ及び／又はクリップ及び／又はフィルムヒンジ等の突起部を有する。この突起部は、接続要素の対応する切欠きに係合し、この切欠きには、例えば、孔及び／又は斜めのエッジ（ａｂｇｅｓｃｈｒａｅｇｔｅ Ｋａｎｔｅ）及び／又は溝が含まれうる。これにより、適応に応じて、簡単で確実なやり方で本体に電気接続要素を具設することが可能である。

さらに、本体が、電気接続要素を絶縁させるための絶縁素子をさらに有することが提案される。これにより、必要に応じて、電気接続要素を互いに絶縁させることが可能であり、これにより、例えば、隣り合うバッテリセルの間の短絡が回避されうる。電気接続要素を絶縁させることによって、バッテリセルが確実に機能することを保証されうる。

本体での電気接続要素のより良好な配置又は位置合わせを提供するために、好適に、絶縁素子は、電気接続要素を案内及び保持するための溝を有しうる。

本発明の他の有利な構成によれば、電気接続要素は、当該電気接続要素に少なくとも一方の側から、好適には両方の側から接触可能であるように、本体に固定されうる。これにより、電気接続要素とバッテリセルとを電気的に接触させ及び電気接続要素とセル監視ユニットを電気的に接触させることが簡単なやり方で行われうる。好適に、電気接続要素はプレート状に構成され、突出部として本体に具設されており、その際に、当該接続要素の両方の平坦な側に接触可能である。

さらに、支持構成が、セル監視ユニットが配置された導体板を備える場合には有利である。導体板を設けることによって、本発明に係る支持構成では、様々な製造業者のセル監視ユニットを利用することが可能であり、その際に、支持構成の構成を変更する必要はない。

さらに好適に、本体がプレート状に形成され、その際に、導体板が本体の表面に載置されうる。これにより、支持構成のコンパクトで平坦な構成が可能となる。さらに、プレート状の本体は、製造が迅速で安価であるという利点がある。導体板は、例えば、プラスチッククリップ又はプラスチックフックを用いて、及び／又は、接着又は熱カシメ等の接合方法によって、本体の第１の表面に固定されうる。

さらに好適に、脱ガスチャネルは導体板の上に配置されうる。これにより、さらにコンパクトな支持構成を提供することが可能であり、その際に、支持構成は層状に形成されうる。

特に好適に、支持構成は、複数のセル監視ユニットを有し、各セル監視ユニットは、バッテリセルを監視するよう構成される。本発明によれば、導体板の第１の縁端に、セル監視ユニットをバッテリ管理システムと接続するためのユニバーサルアダプタが設けられうる。複数のセル管理ユニットを設けることによって、その際に各セル監視ユニットは１つバッテリセルに対応付けられるのだが、各バッテリセルが個別に、自律的に（ａｕｔｏｎｏｍ）監視されうる。ユニバーサルアダプタは、セル監視ユニットとバッテリ管理システムとの間の共有の電気接続インタフェースを提供するために用いられる。セル監視ユニットが１つの場合にも、ユニバーサルアダプタは、セル監視ユニットを介して収集された個々のバッテリセルの信号を集めてバッテリ管理システムへと伝送することが可能である。

さらに、支持構成が、導体板に載置されたバッテリ管理システムをさらに備える場合にも有利である。これにより、例えば、セル監視ユニットを介して収集された信号に基づいてバッテリセルが合目的に作動及び停止されることで、バッテリが均一的に劣化するということが可能となる。これにより、バッテリセル又はバッテリモジュールを、例えば深放電及び過熱から守ることが可能である。その際に、バッテリ管理システムがセル監視ユニットと統合されて１つのユニットとなるということが考えられる。さらに、導体板にバッテリ管理システムを載置することによって、簡単かつ迅速にバッテリモジュールに実装することが可能なコンパクトな組込み前のアセンブリを可能とすることが出来る。

特に好適に、導体板の第２の縁端では、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネルに排出管片が具設されうる。これにより、共通の排出口によって、バッテリモジュールの全てのバッテリセルから漏れたガスを逃がすことが可能である。

好適に、本体は第１の開口を有し、導体板は第２の開口を有し、第１の開口と第２の開口とは互いに流体連結しており、第１の開口は、バッテリセルから漏れたガスを受け入れるよう構成される。本発明によれば、第２の開口は、脱ガスチャネルと流体連結している。これにより、ガスのための最短排出区間が可能となり、これにより追加的な管路を設けなくてもよい。このことによって結果的に、一方では、バッテリセルから発生したガスの排出が速くなり、他方では、製造コストがより低くなる。破裂弁を有するバッテリセルが設けられる場合には、本体の第１の開口は、当該開口が破裂弁を開放するように配置される。

その際に、好適に、第１の開口と第２の開口とは長穴として構成されうる。これにより、大量のガスを迅速に排出することが可能である。好適に、本体の全長に渡ってこの長穴を均一に分散させることが可能であり、その際に、各長穴の長手軸は、好適に本体の中心軸に対して直交している。

さらに好適に、本体はプラスチックで形成されうる。これにより、本体又は支持構成のフレキシビリティが高くなる。これにより、バッテリセルの公差及びバッテリセル自体の移動により生じ得る可能なずれを補正することが可能である。

本発明に係る支持構成の有利な設計によれば、支持構成は、モジュール端子をさらに有することが可能であり、このモジュール端子は、本体に具設され、バッテリモジュールと他のバッテリモジュールと電気的に接続するために用いられる。

有利に、セル監視ユニット又は複数のセル監視ユニットと、電気接続要素又はモジュール端子と、は、ボンディング用ワイヤにより接触させられる。その際に、ボンディング用ワイヤは、電気接続要素又はモジュール端子に溶接されうる。

さらに好適に、板金部品を本体の第２の表面に設けることが可能である。これにより、１つ以上のバッテリセルの熱暴走の場合には、放出されたガス噴射の方向を変更することが可能である。板金部品は、例えば、金属製のバッフルプレートとして構成されうる。

さらに、本発明は、本発明に係る支持構成を備えたバッテリモジュールに関する。先に支持構成に関して挙げた利点は、このバッテリモジュールと結びついている。好適に、バッテリモジュールごとに支持構成が利用される。

本発明の更なる別の観点は、本発明に係る支持構成又は本発明に係るバッテリモジュールを備えた電池又は電気自動車に関する。これにより、支持構成又は電池のコンパクトな構成によって、より多くの電池を電気自動車で利用することが可能であり、これにより電力量がより大きくなる。

以下では、本発明の好適な実施例が添付の図面を参照して詳細に解説される。
本発明の好適な実施例に係る支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 図１に示した支持構成の本体の一部の非常に簡略化した概略的な上面図であって、２つの固定手段と２つの絶縁素子とが示された上記上面図を示す。 支持構成の本体の図２に示した部分を下から見た非常に簡略化した概略図を示す。 図２及び図３の固定手段を介して支持構成に固定される電気接続要素の非常に簡略化した上面図を示す。 製造方法又は組立方法の第１の工程における図１に示した支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 製造方法又は組立方法の第２の工程における図１に示した支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 支持構成の一部の非常に簡略化した概略的な断面図であって、支持構成の層状の構成が示された上記断面図を示す。

以下では、図１〜６を参照して、本発明の好適な実施形態に係る支持構成１を詳細に説明する。

図１から分かるように、本発明に係る支持構成１は、非電導性の本体２と、図示されないバッテリセルを互いに電気的に接続するための複数の電気接続要素３と、を備える。

本発明によれば、支持構成１はさらに、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネル４と、バッテリセルを監視するためのセル監視ユニット５と、を有する。その際に、各セル管理ユニット５は、バッテリセルを監視するよう構成される。

プレート状に構成された本体２は、係止ウェブとして構成された複数の固定手段２０を有し、この固定手段２０によって、電気接続要素が、形状結合により及び力結合により本体２に固定されている。特に、突起部２１を有する固定手段２０と、第１の切欠き３０を有する電気接続要素３と、が設けられている（図２〜図４）。固定手段２０の突起部２１と、電気接続要素３の切欠き３０と、は互いに係合している。本実施例では、突起部２１は係止フックとして構成され、第１の切欠き３０は貫通孔として構成されている。代替的に、突起部２１は係止ノーズ、クリップ、又はフィルムヒンジとして構成されてもよく、切欠き３０は、斜めのエッジ又は溝として構成されてもよい。

さらに、電気接続要素３は、本体２の中心軸Ｍの両側に配置され、本体２全体に渡って中心軸Ｍの方向に均等に分散されている（図１）。さらに、電気接続要素３は、同様に貫通孔として構成された第２の切欠き３１を有し、この切欠き３１を介して、図示されないバッテリセルが接続されている（図４）。

電気接続要素３は、本実施例では板金部品として構成される。さらに、バッテリセル間での電気接触をより簡単に構築するために、電気接続要素３には、第１の平坦な側３１（上側）と、第２の平坦な側（下側）と、から接触可能である（図１）。図４では、電気接続要素３の第１の平坦な側３２のみが見えている。第２の平坦な側（下側）は、第１の平坦な側３２に対して平行に、プレート面と直交する方向に存在する。

隣り合う電気接続要素３を絶縁させるため又は隣り合う電気接続要素３間での短絡を回避するために、本体２はさらに、ウェブとして構成された絶縁素子２２を有する。その絶縁機能に加えて、絶縁素子２２は、電気接続要素３を案内及び保持するための溝２３を有する（図２及び図３）。

さらに、支持構成１は、本体２の表面２に載置された導体板６を有し、この導体板６に、セル監視ユニット５が配置されている。セル監視ユニット５とバッテリセルとは、電気接続要素３と導体板６とを接続するボンディング用ワイヤ３５を介して接触させられる。

導体板６の上には、脱ガスチャネル４が配置されている。バッテリセルから漏れたガスを脱ガスチャネル４に案内するために、本体２は第１の開口２５を有し、導体板６は第２の開口６３を有する（図７）。本体の第１の開口２５と導体板６の第２の開口６３とは、互いに揃えて位置合わせされており、さらに互いに流体連結している。第１の開口２５はさらに、バッテリセルから漏れたガスを受け入れるよう構成される。さらに、第２の開口６３は、脱ガスチャネル４と流体連結している。

導体板６の第１の縁端６０には、セル監視ユニット５を介して収集された、バッテリセルの各状態についてのデータを集めるためのユニバーサルアダプタ６１が配置されている。ユニバーサルアダプタ６１はさらに、バッテリ管理システム７と接続されており、収集されたデータは、このバッテリ管理システム７へと伝送される。

導体板６の第２の縁端６２では、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネル４に出口管片４０が具設されている。導体板６の第２の縁端６２ではさらに、バッテリモジュールと図示されない他のバッテリモジュールとを接続するために、モジュール端子３４が本体２に具設されている。

以下では、図１、図５、及び図６を参照しながら、上記の本発明に係る支持構成１の製造方法又は組立方法を説明する。

第１の工程（図５）において、電気接続要素３が、本体２の固定手段２０によって、例えば射出成形により製造された本体２に固定される。第２の工程（図６）において、導体板６が、本体２の表面２４に載置され、セル監視ユニット５が導体板６に載置される。これに続いて、導体板６と電気接続要素３とがボンディング用ワイヤ３５により電気的に接触させられ、かつ、導体板６とモジュール端子３４とがボンディング用ワイヤ３５により電気的に接触させられる。最後の工程において、脱ガスチャネル４が、例えば接着又は螺合等の接合方法により導体板６に固定され、これにより図１の支持構成１が獲得される。これにより、支持構成は、平坦でコンパクトな構成を有する。

本発明に係る支持構成１によって製造コストが低減され、その際に、支持構成１の層状の構成も可能となる。本発明に係る支持構成はさらに、組立前のアセンブリとして、迅速かつ簡単に、バッテリモジュールに実装可能であり又は置換可能である。

さらに、本発明に係る支持構成１は、モジュール式の構成しており、従って、例えば様々な自動車メーカーの様々な要件プロファイルへの支持構成１の迅速で簡単な調整が、例えば、導体板６又は電気接続要素３の交換によって可能である。

これに対して、請求項１に記載の特徴を備えた本発明に係る支持構成には、バッテリ及びその構成要素を組み立てる際の製造プロセスが容易になるという利点がある。このことは、本発明によれば、支持構成がバッテリの複数の構成要素を含むことにより実現される。これにより、様々な構成要素を、迅速にかつ少ない作業工程で定められた位置に配置し又は電気的に互いに接触させることが可能であり、これにより、製造コストが最小化され、時間が節約され、従ってコスト面でのメリットももたらされる。さらに、本発明に係る支持構成又はバッテリモジュールの製造を自動化することが可能である。例えば電気自動車のバッテリは、複数のバッテリモジュールと、これに対応して、複数の支持構成と、を有するため、本発明に係る支持構成のコスト面でのメリットは何倍にもなりうる。従って、コストが著しく節約される。その際に、支持構成は、非電導性の本体と、バッテリセルを互いに電気的に接続するための複数の電気接続要素であって、本体に具設された上記電気接続要素と、バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネルと、少なくとも１つのバッテリセルを監視するための少なくとも１つのセル監視ユニットと、を備える。本体が支持構成を支持する機能を担うため、電気接続要素は、電流電導のために最適化させうる。従って、重量がさらに軽減されうる。バッテリモジュールは、直列又は並列に互いに接続された複数のバッテリセルからなるモジュールとして理解される。

以下では、本発明の好適な実施例が添付の図面を参照して詳細に解説される。
本発明の好適な実施例に係る支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 図１に示した支持構成の本体の一部の非常に簡略化した概略的な上面図であって、２つの固定手段と２つの絶縁素子とが示された上記上面図を示す。 支持構成の本体の図２に示した部分を横から見た非常に簡略化した概略図を示す。 図２及び図３の固定手段を介して支持構成に固定される電気接続要素の非常に簡略化した上面図を示す。 製造方法又は組立方法の第１の工程における図１に示した支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 製造方法又は組立方法の第２の工程における図１に示した支持構成の非常に簡略化した概略図を示す。 支持構成の一部の非常に簡略化した概略的な断面図であって、支持構成の層状の構成が示された上記断面図を示す。

Claims (15)

1. 特に電気自動車のための、バッテリモジュールのバッテリセルの構成要素を支持及び保持するための支持構成であって、
   ‐非電導性の本体（２）と、
   ‐前記バッテリセルを互いに電気的に接続するための複数の電気接続要素（３）であって、前記本体（２）に具設された前記複数の電気接続要素（３）と、
   を備える、前記支持構成において、
   ‐前記バッテリセルから漏れたガスを排出するための脱ガスチャネル（４）と、
   ‐少なくとも１つのバッテリセルを監視するための少なくとも１つのセル監視ユニット（５）と、
   を有することを特徴とする、支持構成。
2. 前記電気接続要素（３）は、前記本体（２）の中心軸Ｍに対して両側に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の支持構成。
3. 前記本体（２）は固定手段（２０）を有し、前記固定手段（２０）によって、前記電気接続要素（３）が、形状結合及び／又は力結合により前記本体（２）に固定されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の支持構成。
4. 前記固定手段（２０）は突出部（２１）を有し、前記電気接続要素（３）は切欠き（３０）を有し、前記固定手段（２０）の前記突出部（２１）と前記電気接続要素（３）の前記切欠き（３０）とは互いに係合していることを特徴とする、請求項３に記載の支持構成。
5. 前記本体（２）は、前記電気接続要素（３）を絶縁させるための絶縁素子（２２）をさらに有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の支持構成。
6. 前記絶縁素子（２２）は、前記電気接続要素（３）を案内及び保持するための溝（２３）を有することを特徴とする、請求項５に記載の支持構成。
7. 前記電気接続要素（３）は、当該電気接続要素（３）に少なくとも一方の側（３２）から、好適には両方の側（３２、３３）から接触可能であるように、前記本体（２）に固定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の支持構成。
8. 前記セル監視ユニット（５）が配置された導体板（６）をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の支持構成。
9. 前記本体（２）はプレート状に形成され、前記導体板（６）は、前記本体（２）の表面（２４）に載置されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の支持構成。
10. 前記脱ガスチャネル（４）は、前記導体板（６）の上に配置されることを特徴とする、請求項８又は９に記載の支持構成。
11. 前記支持構成は、複数のセル監視ユニット（５）を有し、各前記セル監視ユニット（５）は、バッテリセルを監視するよう構成され、前記導体板（６）の第１の縁端（６０）には、前記セル監視ユニット（５）をバッテリ管理システム（７）と接続するためのユニバーサルアダプタ（６１）が設けられていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の支持構成。
12. 前記支持構成は、前記導体板（６）に載置されたバッテリ管理システム（７）をさらに備えることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の支持構成。
13. 前記導体板（６）の第２の縁端（６２）では、前記バッテリセルから漏れたガスを排出するための前記脱ガスチャネル（４）に排出管片（４０）が具設されることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の支持構成。
14. 前記本体（２）は第１の開口（２５）を有し、前記導体板（６）は第２の開口（６３）を有し、前記第１の開口（２５）と前記第２の開口（６３）とは互いに流体連結しており、前記第１の開口（２５）は、前記バッテリセルから漏れたガスを受け入れるよう構成され、前記第２の開口（６３）は、前記脱ガスチャネル（４）と流体連結していることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の支持構成。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の支持構成を備えたバッテリモジュール。

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