JP2022529881A - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

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Abstract

本開示は、電池モジュールおよび電池パックを開示し、電池モジュールの構造最適化のための電池の分野に関する。電池モジュールは、複数の電池セルと第一スペーサを備える。セルは、電極端子を備えた第一表面と、第一表面に対向する第二表面と、第一、第二表面との間の側面を含む。側面は、当接面と、当接面に接続された接続面を含む。複数の電池セルを含み、複数の電池セルは長さ方向に配列され、全ての電池セルの当接面が対向している。第一スペーサの少なくとも一部は、隣接する二つの電池セルの当接面の間に配置され、二つの当接面に固定され、第一スペーサはケースへの固定に用いられる。この電池モジュールでは、隣接する二つの電池セルの当接面が共に第一スペーサに固定されているため、電池モジュール内の電池間の固定点数を効果的に増加でき、電池モジュールの構造がより安定し、より強固で高信頼性、高強度、最適に荷重を受けることができる。【選択図】図1

Description

関連出願の相互参照
本開示は、2019年4月26日に出願された中国特許出願第201920582840.1号に対する優先権を主張するものであり、その開示の全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
発明の分野
本開示は、バッテリの分野に関し、特に、電池モジュールおよび電池パックに関する。
関連技術の説明
電池モジュールは、上部ベースプレートと、下部ベースプレートと、互いに平行に嵌合する複数の電池セルとを含む。電池セルは、上部ベースプレートと下部ベースプレートとの間に固定される。
本発明者は、本発明者らに知られている装置において、少なくとも以下の問題点、電池モジュールは、動作中の膨張により変形すること、既存の電池モジュールの構造が合理的でないため、電池セルの変形が蓄積し、電池モジュールの性能が損なわれることを発見した。
発明の概要
本開示は、電池モジュールの構造を最適化するための電池モジュールおよび電池パックを提供する。
本開示のいくつかの実施形態は、複数の電池セルと第一スペーサとを含む電池モジュールを提供する。
複数の電池セルは、電極端子が設けられた第一面と、第一面と対向する第二面と、第一面と第二面との間に位置する側面とを有し、前記側面は、当接面と、前記当接面に接続された接続面とを含む;複数の電池セルが長さ方向に配列されており、全ての電池セルの当接面が対向している。
第一スペーサは、少なくとも一部が隣接する2つの電池セルの当接面の間に配置され、隣接する2つの電池セルの当接面に固定され、ケースに固定されるように構成されている。
いくつかの実施形態では、2つの隣接する電池セルの当接面の間に隙間が存在する。
いくつかの実施態様において、断熱層は、間隙内に取り付けられる。
いくつかの実施態様において、第一スペーサは、次のものを含む。
隣接する2つの電池セルの当接面の間に配置され、隣接する2つの電池セルの当接面に固定される第一間隔部;および
前記第一間隔部に接続された第一接続部であって、前記隣接する2つの電池セルの前記当接面を越えて位置し、前記隣接する2つの電池セルの前記接続面又は前記第二面に固定されている第一接続部。
いくつかの実施形態では、複数の第一間隔部があり、1つの第一間隔部は、2つの隣接する電池セル毎の当接面の間に固定される。
いくつかの実施形態では、第一間隔部は、結合剤を介して2つの隣接する電池セルの当接面に接続される。
いくつかの実施形態では、第一接続部は、バインダーによって、2つの隣接する電池セルの接続面または第二表面に接続される。
いくつかの実施形態では、第一接続部は、第一間隔部と着脱可能に接続または一体化される。
いくつかの実施形態では、第一接続部の長さは、各当接面の長さよりも長く、当接面の外側に位置する第一接続部の部分は、ケースに接続するための接続構造を備えている。
いくつかの実施態様において、接続構造は、ねじ孔を含み、その孔中心線は、第一間隔部の厚さ方向の中心線と実質的に平行である。
いくつかの実施形態では、電池モジュールは、第二スペーサをさらに含み、その少なくとも一部は、2つの隣接する電池セルの当接面の間に配置され、2つの隣接する電池セルの当接面に固定される。
いくつかの実施態様において、第二スペーサは、次のものを含む。
隣接する2つの電池セルの当接面の間に配置され、隣接する2つの電池セルの当接面に固定される第二間隔部;および
第二間隔部と固定的に接続または一体化され、2つの隣接する電池セルの当接面を越えて位置する第二接続部。
いくつかの実施形態では、複数の第二間隔部および第二接続部があり、1つの接続部は、複数の第二間隔部のいくつかに接続され、1つの間隔部は、全ての2つの隣接する電池セルの当接面の間に設けられる。
一部の実施形態では、電池モジュールは、さらに、エンドプレートを含む。
エンドプレートは、前記複数の電池セルの少なくとも一方の側に配置されている。エンドプレートは第二接続部に固定的に接続されているか、またはエンドプレートがケースに固定的に接続されるように構成されている。前記ケースは、前記電池モジュールを装着するように構成されている。
本開示のいくつかの他の実施形態は、ケースと、本開示のいずれかの技術的解決策において提供される電池モジュールとを含む電池パックを提供し、電池モジュールはケース内に取り付けられる。
上記技術的解決手段により提供される電池モジュールにおいて、前記第一スペーサは、前記電池モジュールの膨張に起因して蓄積する方向に配置されていることを特徴とする電池モジュール;すなわち、第一スペーサは、一列に配置された電池セルの当接面の間に配置され、第一スペーサの大きさは、当接面の大きさよりも小さい。このように、第一スペーサの存在により、隣接する2つの電池セルの当接面の間に隙間が生じ、その隙間が電池セルの膨張のための緩衝空間を提供するので、電池セルの膨張がその空間内に制限され、接触による隣接する電池セルの膨張堆積が低減または回避される。また、第一スペーサを設けることにより、電池セル同士が接触しないため、電池セル間の熱伝達が効果的に低減され、放熱効果が向上する。
ここに記載される図面は、本開示のさらなる理解を提供するために使用され、本出願の一部であり、本開示の概略的な実施形態およびその説明は、本開示を不適切に制限するのではなく、本開示を説明するために意図されている。
図1は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池モジュールの分解図を示す。 図2は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池モジュールのセルの分解図を示す。 図3は、図1に示す電池モジュールのAに取り付けた後の拡大図を示す。 図4は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池モジュールの三次元図を示す。 図5は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池モジュールの第一スペーサの構造図を示す。 図6は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池モジュールの第二スペーサの構造図を示す。 図7は、本開示のいくつかの実施形態において提供される電池パックの分解図を示す。 図8は、本開示のいくつかの他の実施形態において提供される電池パックの分解図を示す。 図9は、本開示のさらに他の実施形態に提供される電池パックの分解図を示す。 図10は、本開示のさらに他の実施形態において提供される電池パックの分解図を示す。
発明の説明
本開示によって提供される技術的解決策は、図1~10と併せて以下により詳細に説明される。
本開示のいくつかの実施形態は、ケース5と、本開示のいずれかの技術的解決策において提供され、ケース5内に取り付けられる電池モジュールとを備える電池パックを提供する。
直方体構造の電池セル1を例に挙げると、各電池セル1は四つの側面13を備えている。電池セル1の列の配置方法は、図7から10に示すように4通りある。
図7は、小さい側面13が当接面14として機能し、第一表面11が前方に配置されることを概略的に示す。図8は、小さい側面13が当接面14として機能し、第一表面11が上方に配置されることを概略的に示す。図9は、大きな側面13が当接面14として機能し、第一表面11が前方に配置されることを概略的に示す。図10は、大きい側面13が当接面14として機能し、第一表面11が上方に配置されることを概略的に示す。
電池モジュールの関連する紹介を以下に示す。
図1を参照すると、本開示のいくつかの実施形態は、電池セル1および第一スペーサ2を含む電池モジュールを提供する。電池セル1は、電極端子10が設けられた第一面11と、第一面11と対向する第二面12と、第一面11と第二面12との間に位置する側面13とを備える。側面13は、当接面14と、当接面14に接続される接続面15とを備える。複数の電池セル1を長さ方向に配列し、全ての電池セル1の当接面14を対向させる。長さ方向とは、図1に示すように、ケース5の長さ方向L1を意味する。
次に、図2を参照して、電池セル1の構造を説明する。
電池セル1は、ハウジング17と、ハウジング17内に配置された電極組立体18と、電極組立体18の端部に配置されたコネクタ19と、コネクタ19及び電極組立体18の端部を覆うカバープレート100とを備える。カバープレート100には、電極端子10が設けられている。
ハウジング17は、閉じた端部と開いた端部とを有する。カバープレート100は、ハウジング17の開口部に配置されている。電極組立体18は、開口部を介してハウジング17内に取り付けられる。
カバープレート100の外面は、後述するセルの第一面11となり、ハウジング17の開口端と反対側の面は、後述するセルの第二面12となる。ハウジング17の四側面は、電池セル1の四つの側面となる。
図1に電池セル1の三次元構造を模式的に示す。直方体構造の電池セル1を例にとると、電池セル1は、第一面11と、第二面12と、四つの側面13とを備えている。第一面11には、正極端子と負極端子とが設けられている。電池セル1の4つの側面13のうち、他の電池セル1に嵌合する側面13は当接面14であり、当接面と平行な側面も当接面14である。当接面14以外の側面13は、連結面15である。図1または図4を参照すると、電池セル1は、二つの当接面14および二つの接続面15を有する。
図1を参照すると、一列に配置された電池セル1は電気的に接続されている。具体的には、電池セル1の電極端子10は、接続板16を介して電気的に接続されている。
図3を参照すると、いくつかの実施形態では、2つの隣接する電池セル1の当接面14の間に隙間があるため、電池セル1の熱放散はより良好である。
図3を参照すると、第一間隔部21のサイズは、隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に隙間を提供するために、当接面14のサイズよりも小さい。
第一スペーサ2の大きさは、当接面14の大きさよりも小さいため、隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に第一スペーサ2が存在することにより、隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に隙間が生じ、ガスの幅は例えば1mm~10mmとなる。隙間の存在は、隙間内の二つの当接面14の拡大を制限する。列状に配置された電池セルは、膨張後に隣接する電池セル1に電池セル1が直接当接しないので、全体として列状に配置されたバッテリセルが膨張によって過度に変形することがない。
いくつかの他の実施形態では、熱絶縁層(図には示されていない)が、2つの隣接する電池セル1の温度影響を低減するために、隙間内に取り付けられる。
図1、3および4を参照すると、いくつかの実施形態では、2つの隣接する電池セル1のすべての当接面14の間に、第一スペーサ2の少なくとも一部が配置される。すなわち、第一間隔部21がその間に配置されている。第一間隔部21は、電池セル1を全体に安定して強固に接続することができる。
図3、5を参照すると、いくつかの実施形態において、第一スペーサ2は、第一間隔部21および第一接続部22を含む。第一間隔部21は複数存在する。一つの第一間隔部21は、隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に配置され、二つの当接面14に接続される。第一接続部22と第一間隔部21とは相互接続され、具体的には、例えば、固定的に相互接続または一体化されている。第一接続部22は、隣接する二つの電池セル1の当接面14を越えて位置し、隣接する二つの電池セル1の接続面15または第二面12と固定的に接続されている。
第一連結部22と第一間隔部21とは、例えばバインダーによって連結されている。第一接続部22と、隣接する二つの電池セル1の接続面15または第二面12とは、例えばバインダーによって接続されている。
電池セル1の配置方向に応じて、第一接続部22は、接続面15または第二面12に接続される。図4、7、9は、第一接続部22と接続面15との接続を模式的に示す。図8、10は、隣接する二つの電池セル1の第一接続部22と第二面12との接続を模式的に示している。
具体的には、電池セル1は直方体構造であるため、接続面15に嵌合する第一接続部22は電池モジュール全体の構造安定性に寄与するので、第一接続部22及び第一間隔部21はいずれも平板であってもよく、第一接続部22は第一間隔部21に対して垂直である。
隣接する二つの電池セル1の第一接続部22と接続面15とは、例えば接着剤を介して固定的に接続されている。
第一接続部22は、隣接する二つの電池セル1の接続面15に固定されているので、電池モジュール全体の固定点が多くなり、固定点の分布が均一になる。電池モジュールを後から電池パックに使用すると、電池パックはより耐力が強くなり、構造強度と構造信頼性に優れる。
図4を参照すると、いくつかの実施形態において、第一接続部22の長さは、当接面14の長さよりも長く、第一接続部22のうち、当接面14の外側に位置する部分は、ケース5と接続するための接続構造を備えている。ケース5は、電池モジュールを取り付けるために使用される。
図5、7を参照すると、接続構造23は、例えばボルトを取り付けて電池モジュールをケース5に取り付けるためのネジ穴である。
図1、5を参照すると、連結構造23は、第一間隔部21の厚さ方向における中心線の連結線L2上に円中心が位置するねじ孔を有しており、第一間隔部21の両側に位置する第一連結部22の部分の面積が略等しく、第一連結部22と隣接する二個の電池セル1のうちの一方との連結面積が、第一連結部22と隣接する二個の電池セル1のうちの他方との連結面積と略等しく、これにより、電池モジュール全体の構造安定性を良好にしている。
図1、4、6を参照すると、いくつかの実施形態では、電池モジュールは、第二スペーサ3をさらに含み、第二スペーサ3の少なくとも一部は、2つの隣接する電池セル1の当接面14の間に配置され、2つの当接面14に接続され、第二スペーサ3と第一スペーサ2との間に隙間が形成される。
第二スペーサ3と第一スペーサ2との間隙は、電池セル1の膨張のための膨張空間である。第二スペーサ3を設けることにより、接続された2つの電池セル1の間隔がより均一になり、間隔の一部が大きく、他の部分が小さくなる現象が低減される。
図1、4、6を参照すると、いくつかの実施形態では、第二スペーサ3は、第二間隔部31および第二接続部32を含む。1つの第二間隔部31は、全ての隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に配置され、二つの当接面14に接続されている。第二連結部32と第二間隔部31とは、固定的又は一体的に連結されている。第二接続部32は、隣接する二つの電池セル1の当接面14よりも外側に位置している。
いくつかの実施形態では、第二間隔部31と第一スペーサ2との間に隙間があり、この隙間は、電池セル1の放熱を促進する。
図6を参照すると、第二接続部32を電池セル1の接続面15に嵌合させるために、第二接続部32は、第二間隔部31に対して垂直である。
図6を参照すると、いくつかの実施形態において、第二接続部32は直角タイプ、具体的には、例えば、L字型プレートであり、第二間隔部31は第二接続部32に接続され、第二接続部32は電池セル1の角部に配置される。
図1、4を参照すると、電池パックの列の二つの隣接する端部のそれぞれに第二スペーサ3が設けられている。各第二スペーサ3には、複数の第二接続部32が設けられている。隣接する二つの電池セル1の当接面14間には、二つの第2間隔部31が設けられている。
第一スペーサ2は、隣接する2つの電池セル1の隙間の一端に位置し、二つの第二スペーサ3は、隣接する2つの電池セル1の隙間の他端に位置する。第一スペーサ2の厚さは、二つの第二スペーサ3の厚さと等しい。第一スペーサ2と二つの第二のスペーサ3とにより、両端の隙間の大きさはほぼ同じである。このような構成にすることにより、電池モジュールの構造がより安定し、かつ整然としたものとなる。
電池モジュールの固定点を増やし、電池モジュールの構造をより安定させるために、一部の実施形態では、第二接続部32は、隣接する二つの電池セル1の両方の接続面15に固定的に接続される。
具体的には、第二接続部32と、隣接する二つの電池セル1の接続面15とが、バインダーによって接続されている。
図4、6を参照すると、いくつかの実施形態では、複数の第二間隔部31及び第二接続部32があり、一つの第二接続部32は、複数の第二間隔部31のうちのいくつかを備え、第二間隔部31は、一列に配置された電池セル1の各隣接する二つの電池セル1の当接面14の間に設けられる。
図4、7~10を参照すると、いくつかの実施形態では、電池モジュールは、エンドプレート4をさらに含む。エンドプレート4は、複数の電池セル1の少なくとも一方の側に配置されている。一列に配置された電池セル1の両端の少なくとも一方には、少なくとも一つのエンドプレート4が設けられている。エンドプレート4は、第二連結部32に固定連結されている。あるいは、エンドプレート4がケース5に固定的に接続されるように構成され、ケース5が電池モジュールを取り付けるために使用されていてもよい。
エンドプレート4と第二連結部32とは、比較的安定した強固なフレームを形成するように固定的に連結されており、そのフレーム内に一列に配置された電池セル1が配置されている。これにより、電池モジュールの構造をより安定かつ強固にすることができる。
いくつかの実施形態において、ネジ6は、第二接続部32とエンドプレート4の両方をケース5に接続する。ボックス5は、電池モジュールを搭載するように構成されている。
これにより、ケース5内に電池モジュールをより安定して確実に装着することができる。
次に、ケース5内における電池モジュールの取り付け関係について説明する。
図7~10を参照すると、ケース5が第一ケース53と第二ケース54とからなる。第一ケース53及び第二ケース54は収容キャビティを形成し、収容キャビティ内に電池モジュールが装着される。
第二ケース54の内壁には、後述する第一固定部51及び第二固定部52が取り付けられている。第一固定部51と第二固定部52とを共に電池モジュールに固定することにより、収容キャビティ内で電池モジュールを多点固定することができるので、電池モジュールの固定点が分散しやすくなり、電池モジュールがより均一に力を受けることができる。
具体的には、いくつかの実施形態において、第一固定部51は、ケース5の底部に取り付けられ、電池モジュールの第一接続部22上の接続構造23は、第一固定部51に着脱可能に接続される。
第一固定部51は、例えばネジ孔が設けられた金属棒であり、第二ケース54の内壁面に溶接されている。
接続構造23は、例えばネジ穴である。ボルトがねじ孔を貫通し、第一連結部22と第一固定部51とを着脱可能に連結する。
いくつかの実施形態では、第二固定部52はケース5の底部に取り付けられ、電池モジュールのエンドプレート4と第二接続部32とはネジを介して第二固定部52に着脱可能に接続される。
第二固定部52は、例えばネジ孔が設けられた金属棒であり、第二ケース54の内壁面に溶接されている。
図7~10を参照すると、いくつかの実施形態では、二つの第一固定部51と二つの第二固定部52とがあり、第一固定部51と第二固定部52とは、一列に並んだ電池セルに対応する長方形を形成する。なお、他の構成を有する異なる数の第一固定部51、第二固定部52も必要な連結枠を形成するために採用される。
いくつかの実施形態では、一つ以上の電池モジュールがケース5内に取り付けられる。
本開示の説明において、「中心」、「縦方向」、「横断の」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「上」、「底」、「内」、「外」等の用語によって示される配向または位置の関係は、図面の例示に基づく配向または位置の関係であり、示される装置または要素が必然的に特定の配向を有するか、または特定の配向で構築および動作されることを示したり暗示したりする代わりに、本開示の説明を容易にしかつ単純化することのみを意図していることを理解する必要があり、したがって、それらは、本開示の保護範囲を制限するものとして理解されるべきではない。
最後に、上記の実施形態は、本開示の技術的解決策を限定するのではなく、単に例示するために使用されることに留意されたい。本開示は、前述の実施形態を参照して詳細に説明されているが、当業者は、依然として、前述の実施形態で開示された技術的解決策を修正したり、その技術的特徴の一部に同等の置換を行ったりすることができることを理解すべきであるが、そのような修正または置換は、対応する技術的解決策の本質を本開示の実施形態の技術的解決策の精神および範囲から逸脱させるべきではない。

Claims (15)

  1. 複数の電池セル(1)と、第一スペーサ(2)とを有し、
    前記複数の電池セル(1)はそれぞれ、電極端子(10)を備えた第一面(11)と、前記第一面(11)に対向する第二面(12)と、前記第一面(11)と前記第二面(12)との間に位置する側面(13)とを有し、
    前記側面(13)は、当接面(14)と、前記当接面(14)に接続される接続面(15)とを含み、前記複数の電池セル(1)が長さ方向に配列されており、全ての電池セル(1)の前記当接面(14)が対向し、
    前記第一スペーサ(2)の少なくとも一部は、隣接する2つの電池セル(1)の前記当接面(14)の間に配置され、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)に固定され、、前記第一スペーサ(2)はケース(5)に固定される、
    ことを特徴とする電池モジュール。
  2. 前記二つの隣接する電池セル(1)の前記当接面(14)の間に隙間があることを特徴とする請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 前記隙間内に断熱層が取り付けられていることを特徴とする請求項2に記載の電池モジュール。
  4. 前記第一スペーサ(2)は、
    前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)の間に配置され、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)に固定された第一間隔部(21)と、
    前記第一間隔部(21)に接続され、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)を越えて位置し、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記接続面(15)又は前記第二面(12)に固定されている第一接続部(22)と、
    を有することを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の電池モジュール。
  5. 前記第一間隔部(21)を複数有し、前記第一間隔部(21)の一つは、隣接する二つの電池セル(1)のそれぞれの前記当接面(14)の間に固定されていることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
  6. 前記第一間隔部(21)は、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)にバインダーによって接続される、ことを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
  7. 前記第一接続部(22)は、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記接続面(15)又は前記第二面(12)と、バインダーによって接続されていることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
  8. 前記第一接続部(22)は、前記第一離間部(21)と着脱可能に接続されている又は一体化されていることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
  9. 前記第一接続部(22)の長さは、各前記当接面(14)の長さよりも長く、前記第一接続部(22)の前記各当接面(14)の外側に位置する部分には、前記ケース(5)に接続するための接続構造(23)が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電池モジュール。
  10. 前記接続構造体(23)はネジ穴を有し、前記ネジ穴の中心線は、前記第一間隔部(21)の厚さ方向の中心線と略平行であることを特徴とする請求項9に記載の電池モジュール。
  11. 少なくとも一部が前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)の間に配置され、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)に固定された第二スペーサ(3)をさらに有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  12. 前記第二スペーサ(3)は、
    前記隣接する二つの電池セル(1)の当接面(14)の間に配置され、前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)に固定された第二間隔部(31)と、
    前記隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)よりも外側に位置し、前記第二間隔部(31)と固定的に接続または一体化されている第二接続部(32)と、
    を有することを特徴とする請求項11に記載の電池モジュール。
  13. 前記第二間隔部(31)と前記第二接続部(32)それぞれを複数有し、一つの第二接続部(32)は、前記複数の第二間隔部(31)のうちのいくつかと接続され、一つの第二間隔部(31)は、各隣接する二つの電池セル(1)の前記当接面(14)の間に設けられる、ことを特徴とする請求項12に記載の電池モジュール。
  14. 列状に配置された前記複数の電池セル(1)の少なくとも一方の側に配置され、前記第二接続部(32)に固定接続されるか、または、前記ケース(5)に固定接続されるように構成されているエンドプレート(4)をさらに有し、
    前記ケース(5)は、前記電池モジュールを装着するように構成されている、
    ことを特徴とする請求項12に記載の電池モジュール。
  15. ケース(5)と、前記ケース(5)内に取り付けられた請求項1から14のいずれか一項に記載の前記電池モジュールとを備えることを特徴とする電池パック。
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