JP5646041B2 - 新規構造を有する電池パックケース - Google Patents

Description

本発明は、新規構造を有する電池パックケースに関するものであり、より具体的には、複数の積層電池セル（stacked battery cells）またはユニットモジュール（「ユニットセル」）を有する電池モジュールが装着された電池パックケースに関するものであり、電池パックケースは、ユニットセルを冷却する冷却剤がセル積層方向に垂直な方向に電池モジュールの一方の側から他方の側へ流れるように対向する方向に向き付けられた、冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートを、上側部分およびその下側部分のところに、それぞれ備え、電池パックケースは、冷却剤入口ポートから電池モジュールまで延在する流動空間（「冷却剤導入部」）および電池モジュールから冷却剤出口ポートまで延在する別の流動空間（「冷却剤放出部」）をさらに備え、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅は、ユニットセルのそれぞれの幅より大きく、そのため、冷却剤の均一な分配が達成される。

近年、二次電池が、ワイヤレスモバイルデバイスのエネルギー源として広く使用されてきている。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って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）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の電源として大きな注目を集めている。

小型のモバイルデバイスでは、デバイス毎に１つまたは複数の電池セルを使用する。その一方で、自動車など、中型または大型のデバイスでは、中型または大型のデバイスには高出力、大容量のものが必要であるため複数の電池セルが互いに電気的に接続された中型または大型の電池モジュールが使用される。

好ましくは、中型または大型の電池モジュールは、可能な限り小型および軽量となるように製造される。このような理由から、積層して高集積化されうる、また重量対容量比が小さい、プリズム電池またはポーチ形電池は、通常、中型または大型の電池モジュールの電池セルとして使用される。特に、アルミニウム積層板を被覆部材として使用する、そのようなポーチ形電池に対して、現在、かなりの関心がもたれているが、それは、ポーチ形電池が軽量であり、またポーチ形電池の製造原価が安く、さらにポーチ形電池の形状を修正することが容易であるからである。

中型または大型の電池モジュールが特定の装置またはデバイスによって必要とされる電力および容量を供給するために、中型または大型の電池モジュールは、複数の電池セルが互いに直列接続され、電池セルが外力に対して安定している構造を有するように構成される必要がある。

また、中型または大型の電池モジュールを構成する電池セルは、充放電を繰り返せる二次電池である。そのため、電池の充放電時に、高出力、高容量の二次電池から大量の熱が発生する。ユニットセルの充放電時にユニットセルから発生した熱が効果的に除去されなければ、熱は各ユニットセル内に蓄積し、その結果、ユニットセルの劣化が加速される。状況によっては、ユニットセルは発火または爆発することもある。このような理由から、高出力、高容量の電池である、車両用電池パックには、電池パック内に装着されている電池セルを冷却するために冷却システムが必要である。

その一方で、複数の電池セルを備える中型または大型電池パックで、一部の電池セルの性能が低下すると、電池パック全体の性能が低下することになる。性能の不均一さを引き起こす主原因の１つは、電池セルの間の冷却の不均一さである。このような理由のため、冷却剤を流しているときに冷却の均一さを確保する構造を備えることが必要である。

いくつかの従来の中型または大型の電池パックでは、冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートが電池パックケースの上側部分および下側部分に配置された構造を有し、冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートが対向する方向に向き付けられ、冷却剤入口ポートから電池モジュールまで延在する流動空間の頂部および底部が互いに平行になるように構成された電池パックケースを使用する。しかし、この構造では、比較的高い冷却剤流束が、冷却剤出口ポートに隣接する電池セルの間に画成された流路内に導入されるが、比較的低い冷却剤流束は、冷却剤入口ポートに隣接する電池セルの間に画成された流路内に導入され、その結果、電池セルの均一な冷却を達成することが困難になる。

この件に関連して、特許文献１、特許文献２、特許文献３では、エアガイド面が電池セルに対向する電池パックケースの側部の方へ下向きに傾斜し、これによりエアガイド面が電池セルに近づき、エアガイド面と冷却剤入口ポートとの間の距離が増加する構造を有するように構成された中型または大型の電池パックを開示している。特に、エアガイド面は、所定の角度、例えば、１５から４５度までの角度で、電池セルに対向する電池パックケースの側部の方へ傾斜し、これにより、冷却剤が冷却剤出口ポートに隣接する電池セルの間に画成される流路内に過剰に導入される現象の発生が抑止される。

しかし、本出願の発明者らは、電池セルの間の温度偏差が上述の構造であっても高く、その結果、所望のレベルの温度均一性を達成することが可能でないことを発見した。

その一方で、車両用電池パックでは、要求される電池容量の増加とともにエネルギー密度が高くなり、したがって、電池パックの総サイズも増加する。しかし、電池パック用の空間は十分でなく、その結果、電池パック内の流路によって占有される空間は、徐々に減少する。

また、従来の電池パックでは、冷却流路の幅は、電池モジュールまたは電池セルの幅に等しい。このような理由から、冷却流路の高さは、電池パックの限られたサイズの範囲内でエネルギー密度を高めるために縮小される。しかし、冷却流路の高さが減じられると、冷却流路に印加される圧力が高まり、その結果、流量偏差が大きくなる。

したがって、上述の問題を根本的に解決する技術が大いに望まれている。

韓国特許出願公報第２００６−００３７６００号 韓国特許出願公報第２００６−００３７６０１号 韓国特許出願公報第２００６−００３７６２７号 韓国特許出願第２００６−４５４４３号 韓国特許出願第２００６−４５４４４号

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

電池パックケースに関するさまざまな広範な、かつ集中的な研究および実験の結果、本出願の発明者らは、電池パックケースが、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットセルの幅より大きい構造を有するように構成されている場合に、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さが減じられてもユニットセルの間を流れる冷却剤を均一に分配し、圧力差を小さくすることが可能であり、それにより、ユニットセルの間に蓄積する熱が効果的に除去され、電池の性能および寿命が大幅に改善されることを発見した。本発明は、これらの発見に基づき完成された。

本発明の一態様によれば、上記の、および他の目的は、複数の積層電池セルまたはユニットモジュール（「ユニットセル」）を有する電池モジュールが装着された電池パックケースを形成することによって達成することができ、電池パックケースは、ユニットセルを冷却する冷却剤がセル積層方向に垂直な方向に電池モジュールの一方の側から他方の側へ流れるように対向する方向に向き付けられた、冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートを、上側部分およびその下側部分のところに、それぞれ備え、電池パックケースは、冷却剤入口ポートから電池モジュールまで延在する流動空間（「冷却剤導入部」）および電池モジュールから冷却剤出口ポートまで延在する別の流動空間（「冷却剤放出部」）をさらに備え、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅は、ユニットセルのそれぞれの幅より大きく、そのため、冷却剤の均一な分配が達成される。

つまり、本発明による電池パックケースにおいて、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅は、ユニットセルのそれぞれの幅より大きく、したがって、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さが減じられても圧力差および流量偏差を最小にすることが可能であり、それにより、冷却剤の均一な流れを通じてユニットセルの充放電時に発生する熱が効果的に除去される。したがって、電池パックの冷却効率を改善し、ユニットセルの動作性能を向上することが可能である。

上記の構造において、冷却剤導入部の流路幅または冷却剤放出部の流路幅のみが、ユニットセルのそれぞれの幅より大きいか、または冷却剤導入部の流路幅および冷却剤放出部の流路幅の両方が、ユニットセルのそれぞれの幅より大きくてもよいが、これは電池パックの必要なサイズに基づく。

好ましくは、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅は、冷却剤の流れが均一である状態において、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さの減少に比例して増加する。例えば、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅は、ユニットセルのそれぞれの幅の１０５から５００％に等しいものとしてよい。

特に、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さが縮小され、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅が、ユニットセルのそれぞれの幅の１０５％未満である場合、冷却剤流路の圧力差および流量偏差を所望のレベルまで最小にすることは困難である。その一方で、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さが縮小され、冷却剤導入部の流路幅および／または冷却剤放出部の流路幅が、ユニットセルのそれぞれの幅の５００％より大きい場合、電池パックケースの総サイズは増加し、これは好ましいことではない。

好ましい一例において、電池パックケースは、冷却剤導入部から冷却剤放出部へ延在する流動空間（「電池モジュール装着部」）がユニットセルの電極端子を冷却するためにユニットセルのそれぞれの幅より大きい流路幅を持つ構造を有するように構成されうる。

つまり、電池モジュール装着部の流路幅は、ユニットセルのそれぞれの幅より大きい。その結果、冷却剤は、電極端子が配置されているユニットセルの領域に流れ、したがって、ユニットセルの電極端子を効果的に冷却することが可能である。

特に、上記の構造において、大量の熱が発生する部分である、ユニットセルの電極端子が冷却され、これにより、電極端子が加熱するのを防止する熱除去性能が大幅に向上される。

この場合、電池モジュール装着部の流路幅は、好ましくは、ユニットセルのそれぞれの幅の１０５から５００％に相当する。

特に、電池モジュール装着部の流路幅が、ユニットセルのそれぞれの幅の１０５％より小さい場合、所望のユニットセルの電極端子を効果的に冷却することは困難である。その一方で、電池モジュール装着部の流路幅が、ユニットセルのそれぞれの幅の５００％より大きい場合、電池パックケースの総サイズは増加し、これは好ましくない。

冷却剤放出部は、冷却剤入口ポートの垂直断面積の１００から３００％、好ましくは１５０から２５０％に相当する垂直断面積を有することができる。

特に、冷却剤放出部の垂直断面積が冷却剤入口ポートの垂直断面積の１００％未満である場合、冷却剤の流量偏差は、冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤が電池モジュールを介して冷却剤放出部を通過している間に圧力差により増加する。その一方で、冷却剤放出部の垂直断面積が、冷却剤入口ポートの垂直断面積の３００％より大きい場合、電池パックケースの総サイズは増加し、これは好ましくない。

別の例では、電池モジュールの頂部に面する冷却剤導入部の上側端部内側は、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部から始まる傾斜面の傾斜度が電池モジュールの頂部から冷却剤入口ポートの方へ向かうにつれ増加する構造を有するように構成されうる。

冷却剤導入部の上側端部内側は、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部（冷却剤出口ポートが配置されている電池パックケースの端部）から始まる傾斜面の傾斜度が電池モジュールの頂部から冷却剤入口ポートの方へ向かうにつれ増加する構造を有するように構成されているので、ユニットセル（電池セルまたはユニットモジュール）の間の流路内を流れる冷却剤の流束は均一であり、したがって、冷却剤の均一な流れを通じてユニットセルの充放電時に発生する熱を効果的に除去することが可能である。

ここで、「傾斜度の増加」という表現は、冷却剤入口ポートが配置されている側に設けられた傾斜面が冷却剤入口ポートに対向する側に設けられた傾斜面の傾斜度より大きい傾斜度を有することを意味する。そのため、傾斜面は、冷却剤入口ポートの方へ進むにつれ連続的または不連続的に増加しうる。ここで、「不連続な増加」という表現は、傾斜面の間に画成される領域が０度の傾斜を実質的に有する可能性があることを意味する。例えば、電池モジュールの頂部に関して０度の傾斜を有する領域は、隣接する傾斜面の間に部分的に形成されうる。

本発明による電池パックケース内に装着される電池モジュールは、複数のユニットセルを高密度で積層することによって製造される。ユニットセルは、隣接するユニットセルが所定の距離だけ相隔てられるように積層され、これにより、ユニットセルの充放電時に発生する熱が除去される。例えば、電池セルは、追加の部材を使用することなく所定の間隔で順次積層することができる。その一方で、電池セルの機械的強度が低い場合、１つまたは複数の電池セルが所定の装着部材内に装着され、また複数の装着部材が１つの電池モジュールを構成するように積層されうる。本発明では、後者は、「ユニットモジュール」と称される。

複数のユニットモジュールが電池モジュールを構成するように積層される場合、冷却剤流路を電池セルの間に、および／またはユニットモジュールの間に備え、これにより、積層された電池セル間に蓄積する熱を効果的に除去することができる。

冷却剤導入部および冷却剤放出部は流動空間であり、この中に、ユニットセルの充放電時にユニットセルから発生する熱を効果的に除去するための冷却剤が導入され、放出される。冷却剤導入部および冷却剤放出部が、対向する方向に、それぞれ、電池パックケースの上側部分および下側部分に形成される。状況に応じて、冷却剤導入部および冷却剤放出部は、それぞれ、電池パックケースの下側部分および上側部分に形成される。冷却剤導入部の上側端部内側の斜面の傾斜度は、さまざまな構造において冷却剤入口ポートの方へ進むにつれ増加しうる。

好ましい一例において、冷却剤導入部の上側端部内側は、互いに異なる傾斜度を有する２つまたはそれ以上の連続傾斜面を備えることができる。つまり、傾斜度が冷却剤入口ボートに対向する電池パックケースの端部から冷却剤入口ポートの方へ進むにつれ増加する傾斜面が、冷却剤導入部の上側端部内側に形成されうる。

本出願の発明者らによって実施された実験結果から、冷却剤導入部の上側端部内側が電池モジュールの頂部に平行であるときと比べて冷却剤導入部の上側端部内側が２つまたはそれ以上の傾斜面を備える構造を有するように構成されている場合、または冷却剤導入部の上側端部内側が単一の傾斜面を備える構造を有するように構成されている場合に、ユニットセルの間の温度偏差は減少し、したがって、ユニットセルの性能はさらに向上されることが明らかになった。

具体的な一例において、上側端部内側の傾斜面は、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部から始まる第１の傾斜面および第１の傾斜面と冷却剤入口ポートとの間に配置された第２の傾斜面を備えうるが、第２の傾斜面は第１の傾斜面の傾斜度より大きい傾斜度を有しているものとする。

上記の構造において、第２の傾斜面は、第２の傾斜面の傾斜度が電池モジュールの頂部に関して４５度を超えない範囲内で、第１の傾斜面の傾斜度に比べて２０から５００％、好ましくは１００から３００％大きい傾斜度を有することができる。第２の傾斜面の傾斜度は、４５度を超えないので、電池パックケースのサイズの増加を最小限に抑えることが可能である。また、第２の傾斜面の傾斜度は、第１の傾斜面の傾斜度に比べて少なくとも２０％大きいので、冷却剤の望ましい均一な分配を確実にすることが可能である。

第１の傾斜面は、電池モジュールの頂部に関して１５度以下の傾斜度を有することができる。好ましくは、第１の傾斜面は、電池モジュールの頂部に関して２から７度までの範囲の傾斜度を有する。より好ましくは、第１の傾斜面は、電池モジュールの頂部に関して３から５度の範囲の傾斜度を有する。

この場合、第２の傾斜面は、第２の傾斜面の傾斜度が第１の傾斜面の傾斜度より大きい範囲内で、電池モジュールの頂部に関して１０から３０度の傾斜度を有することができる。

その一方で、冷却剤入口ポートは、中型もしくは大型の電池パックが装着されているデバイスの条件に応じてさまざまな傾斜度を有することができる。例えば、冷却剤入口ポートは、第２の傾斜面の傾斜度に等しいか、または第２の傾斜面の傾斜度より小さい傾斜度を有することができる。

状況に応じて、冷却剤入口ポートの傾斜度が、電池パックが装着されているデバイスの構造的限界により、大型である必要がある場合に、冷却剤入口ポートは、第２の傾斜面の傾斜度に等しいか、または第２の傾斜面の傾斜度より大きい傾斜度を有することができる。

本出願の発明者らは、実験により、冷却剤導入部の上側端部内側が、すでに画成されているような特定の傾斜のある構造を有するように構成されたときに、冷却剤流路内の冷却剤の均一な分配に対する冷却剤入口ポートの傾斜度の影響は、わずかであることを確認した。したがって、冷却剤導入部の上側端部内側が、本発明のような特定の傾斜のある構造を有するように構成されているときに、デバイスの取り付け状態に応じて冷却剤入口ポートの傾斜度を自由に決定することが可能である。

好ましい一例において、冷却剤入口ポートは、冷却剤入口ポートが第２の傾斜面の傾斜度を超える傾斜度を有する範囲内で、電池モジュールの頂部に関して３０から６０度の傾斜を有することができる。その結果、冷却剤入口ポートの傾斜度が、電池パックが装着されているデバイスの条件に応じて大きくする必要がある場合であっても、上述のように冷却剤導入部の上側端部内側の特徴的構造を備えることによって、所望の冷却効率を効果的に達成することが可能である。

その一方で、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部は、電池モジュールの高さの１０％以下に相当する高さだけ電池モジュールの頂部から相隔てられるものとしてよい。この構造は、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部に到達する冷却剤の量を適宜制限し、これにより、ユニットセルに関する冷却剤の均一な分配効果がさらに向上される。

この場合、冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部は、約１から１０ｍｍ、好ましくは約１から３ｍｍの高さだけ電池モジュールの頂部から相隔てられる。

電池セルのそれぞれは、二次電池または燃料電池であってよい。二次電池の代表的な例として、ニッケル水素二次電池およびリチウム二次電池が挙げられる。それらのうちリチウム二次電池は、高いエネルギー密度と高い放電電圧を有しているため使用されるのが好ましい。プリズム電池、プリズム電池もしくはポーチ形電池は、その形状に基づき、好ましくは、電池モジュールを構成する充放電可能なユニットセルとして使用される。より好ましくは、ポーチ形電池が、電池モジュールのユニットセルとして使用されるが、それは、ポーチ形電池は低い製造コストで製造され、また軽量であるからである。

また、本発明による電池パックケースは、より好ましく、冷却効率が重要である構造、つまり、ユニットセルの積層方向に対応する電池パックケースの長さがユニットセルの横方向に対応する電池パックケースの長さに比べて大きい構造で使用される。

その一方で、冷却剤放出部は、電池モジュールの底部に関して均一な高さを有することができる。つまり、冷却剤放出部は、電池モジュールの底部に面する冷却剤放出部の下側端部内側が電池モジュールの底部に関して均一な高さを持つ構造を有するように構成されうる。しかし、もちろん、この構造は、冷却剤放出効率を向上するように部分的に修正することができる。

状況に応じて、電池パックケースは、冷却剤が電池モジュール内を貫流した後、冷却剤入口ポートを通して導入される冷却剤を冷却剤出口ポートに素早く、円滑に移動させるために冷却剤入口ポートまたは冷却剤出口ポート内に吹き出しファンがさらに装着される構造を有するように構成されうる。この構造において、狭い冷却剤入口ポートを通じて導入される冷却剤は、吹き付けファンから発生する冷却剤駆動力によって冷却剤の高い流速で冷却剤入口ポートから遠く離れている電池セルに十分に到達し、したがって、冷却剤の比較的均一な分配が、同じ冷却剤流束の下で達成される。

その一方で、電池パックケースは、冷却剤導入部を画成するために電池モジュールの頂部に装着された上側ケースと、冷却剤放出部を画成するために電池モジュールの底部に装着された下側ケースと、を備えることができ、上側ケースおよび下側ケースは、締め具部材によって互いに結合されうる。

上記の構造において、冷却剤の漏出を防止するための冷却剤導入部およびパッキング部材の流路を画成する支持バーが、冷却剤導入部の対向する側の上側端部に装着されうる。特に、パッキング部材は、支持バーのそれぞれの頂部および底部に装着されうる。

パッキング部材の材料は、パッキング部材が冷却剤の漏出を防止することができる限り特に制限はない。例えば、パッキング部材は、ゴムまたは発泡ポリマー樹脂から形成することができる。

電池パックケースにおいて、支持バーの形状もしくは装着構造およびパッキング部材の装着位置は、冷却剤導入部の流路幅がユニットセルのそれぞれの流路幅（電池モジュールの流路幅）より大きいさまざまな構造をもたらすように変更されうる。

第１の例では、冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バーが、電池モジュールの上側ケースと側部との間に画成される空間内に装着されうる。この構造において、冷却剤導入部の流路幅は、支持バーが冷却剤導入部の対向する側の上側端部に装着される構造に比べて大きい。

第２の例では、冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バーが、垂直断面が「¬」状に形成され、電池モジュールの上側ケースと側部との間に画成された空間内に、また電池モジュールの上側端部の対向する側の部分に装着されうる。特に、支持部は、電池モジュールの上側端部縁を囲むように構成されうる。

第３の例では、冷却剤導入部の流路を画成するための支持バーは、冷却剤導入部の対向する側に装着されうるものとしてよく、また冷却剤の漏出を防止するためのパッキング部材は、電池モジュールの上側ケースと側部との間に画成された空間内に装着されうる。この構造において、冷却剤流路の幅は、パッキング部材のサイズに比例して増加しうる。

その一方で、冷却剤放出部の流路幅は、さまざまな構造においてユニットセルのそれぞれの流路幅より大きいものとしてよい。例えば、下側ケースは、下側ケースの対向する端部が上方に突き出るブラケット構造を有するように構成されうる。

したがって、下側ケースの上記構造において、冷却剤放出部の流路幅がユニットセルのそれぞれの幅より大きくなるようにブラケットの間の距離を調整することが可能である。

本発明の別の態様によれば、電池モジュールが上記の構造を持つ電池パックケース内に装着される構造を有するように構成された電池パックが備えられる。

本明細書で使用されている「電池モジュール」という用語は、２つまたはそれ以上の充放電可能な電池セルもしくはユニットモジュールが機械的に結合され、それと同時に、互いに電気的に接続されて高出力および大容量を実現する構造を有するように構成された電池システムの構造を包含的に意味する。したがって、電池モジュールそれ自体は、単一の装置または大型の装置の一部を構成するものとしてよい。例えば、多数の小型の電池モジュールが互いに接続されて、大型の電池モジュールを構成しうる。あるいは、少数の電池セルが互いに接続されてユニットモジュールを構成し、複数のユニットモジュールが互いに接続されうる。

その一方で、ユニットモジュールは、さまざまな構造で構成されうるものであり、その例示的実施形態については以下で説明する。

ユニットモジュールは、それぞれが上側端部および下側端部に形成された電極端子を有する複数のプレート形電池セルが互いに直列におよび／または並列に接続される構造を有するように構成される。ユニットモジュールは、電池セルの電極端子の間の接続が曲げられた積層構造になるように配置構成された２つまたはそれ以上の電池セル、および電池セルの電極端子を除く電池セルの外側を覆うために電池セルに結合された高強度セルカバーを備えることができる。

プレート形電池セルは、厚さが小さく、幅と長さについては比較的大きい電池セルであり、電池セルが積層され電池モジュールを構成するときに電池セル全体のサイズが最小になる。好ましい一例として、電池セルは、電極アセンブリが樹脂層と金属層とを含む積層板から形成される電池ケース内に装着され、電極端子が電池ケースの上側端部および下側端部から外向きに突き出る構造を有するように構成された二次電池とすることができる。特に、電池セルは、電極アセンブリがアルミニウム積層板から形成されたポーチ形電池ケース内に装着される構造を有するように構成されうる。上述の構造を有するように構成された二次電池は、ポーチ形電池セルと称することができる。

ユニットモジュールは、合成樹脂または金属材料で作られた高強度セルカバーを持つ２つまたはそれ以上の電池セルを覆うことによって構成されうる。高強度セルカバーは、機械的強度の低い電池セルを保護しながら、電池セルの充放電時に電池セルが膨張と収縮とを繰り返すことにより生じる電池セルの変形を制限し、これにより、電池セルの封止領域の間の分離が防止される。したがって、最終的に、より優れた安全性を有する中型もしくは大型の電池モジュールを製造することが可能である。

電池セルは、１つのユニットモジュール内で互いに直列に、および／または並列に接続されるか、または１つのユニットモジュールの電池セルが、他のユニットモジュールの電池セルに直列に、および／または並列に接続される。好ましい一例において、電池セルの電極端子が次々に互いに隣接するように電池セルが長手方向に直列に配列された状態で電池セルの電極端子を互いに結合し、電池セルが積層されるように２つまたはそれ以上の電池セルを曲げ、セルカバーで所定の数の積層電池セルを覆うことによって複数のユニットモジュールが製造されうる。

電極端子の間の結合は、溶接、ハンダ付け、および機械的結合などの、さまざまな方法でなされうる。好ましくは、電極端子の間の結合は、溶接によってなされる。

電極端子が互いに接続されている状態で積層され高集積化されている複数の電池セルまたはユニットモジュールは、互いに結合されるように構成されている分離可能な上側ケースおよび下側ケース内に、好ましくは組立型結合構造内に、垂直に装着され、矩形の電池モジュールを構成する。

ユニットモジュールおよび複数のユニットモジュールで製造された矩形の電池モジュールの詳細は、本出願の出願人の名前で出願された特許文献４および特許文献５において開示されており、この開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本発明による電池パックは、好ましくは、ユニットセルの充放電時に高出力および大容量を得るために組み合わされた複数のユニットセルから高熱が発生することにより安全性が大きく損なわれる可能性のある電気自動車、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。

本発明の上記および他の目的、特徴、および他の利点は、付属の図面ととも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。

電池モジュールが従来の電池パックケース内に装着される構造を有するように構成された電池パックを示す斜視図である。 図１の電池パックを典型的に示す垂直断面図である。 冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅より大きくなるように構成された本発明の一実施形態による電池パックケース内に電池モジュールが装着される構造を有するように構成された電池パックを示す斜視図である。 冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅に等しいという点で図３の電池パックと異なる電池パック（比較例）を示す斜視図である。 図３および図４の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。 冷却剤放出部および冷却剤出口ポートの流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅より大きくなるように構成された本発明の別の実施形態による電池パックケース内に電池モジュールが装着される構造を有するように構成された電池パックを示す斜視図である。 冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅に等しく、冷却剤放出部の高さが図６の冷却剤放出部の高さより大きいという点で図６の電池パックと異なる電池パック（比較例）を示す斜視図である。 図６および図７の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。 冷却剤放出部および冷却剤出口ポートの流路幅が図６の電池パック内のそれぞれのユニットモジュールの幅に等しいケースを示す斜視図である。 図６および図９の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。 電池モジュールが本発明の別の実施形態による電池パックケース内に装着される構造を有するように構成された電池パックを示す斜視図である。 図１１の部分垂直断面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。 本発明の他の実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。 図３の電池パック構造が適用される例示的な電池パックを示す斜視図である。

次に、本発明の好ましい一実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示されている実施形態によって制限されないことに留意されたい。

図１は、電池モジュールが従来の電池パックケース内に装着される構造を有するように構成された電池パックを典型的に示す斜視図であり、図２は、電池モジュールが図１の電池パックケース内に装着されている電池パックを典型的に示す垂直断面図である。

これらの図面を参照すると、電池パック１００は、ユニットセル３０が互いに電気的に接続されるように複数のユニットセル３０が積層されている構造を有するように構成された電池モジュール３２と、電池モジュール３２が装着された電池パックケース７０と、流動空間として、冷却剤入口ポート１０から電池モジュール３２に延在する冷却剤導入部４０と、別の流動空間として、電池モジュール３２から冷却剤出口ポート２０に延在する冷却剤放出部５０と、を備える。

冷却剤入口ポート１０を通じて導入される冷却剤は、冷却剤導入部４０および各ユニットセル３０間に画成された流路６０内を貫流する。この時点において、冷却剤は、ユニットセル３０を冷却する。その後、冷却剤は、冷却剤放出部５０内を貫流し、次いで、電池パックケースから冷却剤出口ポート２０を通して放出される。

冷却剤導入部４０は、ユニットセル３０が積層される方向に対して平行に形成される。上記の構造において、比較的高い冷却剤流束は、冷却剤出口ポート２０に隣接するユニットセル３０の間に画成される流路内に導入されるが、比較的低い冷却剤流束は、冷却剤入口ポート１０に隣接するユニットセル３０の間に画成される流路内に導入され、その結果、ユニットセル３０の冷却は均一に行われず、したがって、冷却剤出口ポート２０に隣接するユニットセルと冷却剤入口ポート１０に隣接するユニットセルとの間の温度偏差は、非常に高い。この現象は、冷却剤が、冷却剤出口ポート２０が配置されている側部のところに集中し、その結果、冷却剤入口ポート１０が配置されている側部の温度が高くなるため生じる。

図３は、冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅より大きくなるように構成された本発明の一実施形態による電池パックケース内に電池モジュールが装着される構造を有するように構成された電池パックを典型的に示す斜視図である。

図３の電池パック１００ａでは、冷却剤入口ポート１０ａおよび冷却剤出口ポート２０ａは、ユニットモジュール３０ａを冷却する冷却剤がセル積層方向に垂直な方向に電池モジュール３２ａの一方の側から他方の側へ流れるように対向する方向に、それぞれ、電池パックケース７０ａの上側部分および下側部分のところに配設される。電池モジュール３２ａは、横方向に積層された２４個のユニットモジュール３０ａを備える。

流動空間として、冷却剤入口ポート１０ａから電池モジュール３２ａに延在する冷却剤導入部４０ａ、および別の流動空間として、電池モジュール３２ａから冷却剤出口ポート２０ａに延在する冷却剤放出部５０ａは、電池パックケース７０ａの上側部分および下側部分に形成される。

また、冷却剤放出部５０ａの流路幅ｗａは、それぞれのユニットモジュール３０ａの流路幅Ｗａの約１１０％に相当し、冷却剤導入部４０ａの上側端部内側４２ａは、所定の角度（特に５度）で冷却剤入口ポート１０ａに対向する電池パックケースの端部の方へ傾斜する。

図４は、冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅に等しいという点で図３の電池パックと異なる比較例としての電池パックを典型的に示す斜視図である。

図４の電池パック１００ｂは、冷却剤放出部５０ｂの流路幅ｗｂがそれぞれのユニットモジュール３０ｂの流路幅Ｗｂに等しいという点を除き、図３の電池パック１００ａと同一であるため、その詳細な説明は、省く。

図５は、図３および図４の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。

図５は、冷却剤出口ポート２０ａおよび冷却剤出口ポート２０ｂに隣接するユニットモジュールから冷却剤入口ポート１０ａおよび冷却剤入口ポート１０ｂに隣接するユニットモジュールまでの図３および図４の電池パックケース７０ａおよび電池パックケース７０ｂ内に積層されたユニットモジュール３０ａおよびユニットモジュール３０ｂの温度の測定結果を示している。つまり、ユニットモジュール番号１は、冷却剤出口ポート２０ａまたは冷却剤出口ポート２０ｂに隣接するユニットモジュールを示し、ユニットモジュール番号２４は、冷却剤入口ポート１０ａまたは冷却剤入口ポート１０ｂに隣接するユニットモジュールを示す。

温度測定実験は、所定の負荷がユニットモジュールにかけられ、外部温度が室温に維持される条件の下で実行された。図３の電池パック１００ａでは、ユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ａに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、２２％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２３は、３９％の相対温度比を有していた。つまり、ユニットモジュール間の温度偏差は、１７％であった。図４の電池パック１００ｂでは、ユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ｂに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、２３％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２０は、３９％の相対温度比を有していた。つまり、ユニットモジュール間の温度偏差は、１９％であった。

図３の電池パック１００ａと図４の電池パック１００ｂとを比較すると、図３のユニットモジュールの間の温度偏差は、図３の冷却剤放出部の高さＨａが図４の冷却剤放出部の高さＨｂに等しいため、図４のユニットモジュールの間の温度偏差にほとんど等しいが、図３の電池パック１００ａの圧力差は、図３の冷却剤放出部５０ａの幅ｗａが図４の冷却剤放出部５０ｂの流路幅ｗｂの１１０％に等しいため、図４の電池パック１００ｂの圧力差の約１０％低いことがわかった。

図６は、冷却剤放出部および冷却剤出口ポートの流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅より大きくなるように構成された本発明の別の実施形態による電池パックケース内に電池モジュールが装着される構造を有するように構成された電池パックを典型的に示す斜視図である。

図６を参照すると、電池パック１００ｃは、冷却剤放出部５０ｃおよび冷却材出口ポート２０ｃの流路幅ｗｃがそれぞれのユニットモジュール３０ｃの流路幅Ｗｃより大きくなるように構成された電池パックケース７０ｃ内に装着された電池モジュール３２ｃを有することがわかる。電池モジュール３２ｃは、横方向に積層された３６個のユニットモジュール３０ｃを備える。

また、冷却剤放出部５０ｃおよび冷却剤出口ポート２０ｃの流路幅ｗｃは、それぞれのユニットモジュール３０ｃの流路幅Ｗｃの約１３０％に相当する。

冷却剤導入部４０ｃの上側端部内側４２ｃは、冷却剤入口ポート１０ｃに対向する電池パックケース７０ｃの端部から始まる傾斜面の傾斜度が電池モジュール３２ｃの頂部から冷却剤入口ポート１０ｃの方へ向かうにつれ増加する構造を有するように構成される。冷却剤導入部４０ｃの上側端部内側４２ｃは、冷却剤入口ポート１０ｃに対向する電池パックケース７０ｃの端部から始まる第１の傾斜面ａと、第１の傾斜面ａと冷却剤入口ポート１０ｃとの間に、第１の傾斜面ａの傾斜度より大きい傾斜度を有するように設けられた第２の傾斜面ｂと、を備える。

冷却剤入口ポート１０ｃを通じて導入される冷却剤が、第１の傾斜面ａおよび第２の傾斜面ｂに沿って冷却剤導入部４０ｃ内を貫流する場合、冷却剤の流体断面積は、傾斜度が冷却剤入口ポート１０ｃからの距離の増加に応じて減少する傾斜面ａおよび傾斜面ｂによって徐々に減らされる。その結果、冷却剤の流速は徐々に増加するが、冷却剤流束は減少し、したがって、均一な冷却剤流束が各流路内に導入され、冷却剤は冷却剤入口ポート１０ｃから遠く離れているユニットセル３０ｃに到達する。

冷却剤の均一な分配を行うために、第１の傾斜面ａおよび第２の傾斜面ｂは、第１の傾斜面ａが電池モジュールの頂部に関して約５度の傾斜を有し、第２の傾斜面ｂが第１の傾斜面ａの傾斜度の２００％に相当する傾斜度、つまり、電池モジュールの頂部に関して約１０度の傾斜を有するように冷却剤導入部４０ｃの上側端部内側４２ｃのところに形成される。

その一方で、冷却剤入口ポート１０ｃは、１０度である第２の傾斜面ｂの傾斜度より大きい、３０度の傾斜を有する。その結果、冷却剤入口ポート１０ｃを通じて導入される冷却剤が、第２の傾斜面ｂが始まる地点を通過すると、冷却剤の流速は、冷却剤が冷却剤入口ポート１０ｃに対向する電池パックケース７０ｃの端部に到達するまで徐々に増加してゆく。その結果、冷却剤入口ポート１０ｃに隣接するユニットモジュールだけでなく冷却剤入口ポート１０ｃから遠く離れているユニットモジュールも均一に冷却される。

また、電池パックケース７０ｃは、冷却剤導入部４０ｃの傾斜度が冷却剤入口１０ｃに対向する電池パックケース７０ｃの端部の方に進むにつれ徐々に減少するような冷却剤導入部４０ｃが階段状に傾斜する構造を有するように構成される。したがって、冷却剤流束が、冷却剤出口ポート２０ｃが配置されている側部に集中する現象の発生を防ぐことが可能であり、そのため、冷却剤入口ポート１０ｃに隣接するユニットモジュール３０ｃの温度の上昇を効果的に防ぐことが可能である。

図７は、冷却剤放出部の流路幅がそれぞれのユニットモジュールの幅に等しく、冷却剤放出部の高さが図６の冷却剤放出部の高さより大きいという点で図６の電池パックと異なる比較例としての電池パックを典型的に示す斜視図である。

図７を参照すると、電池パック１００ｄは、冷却液放出部５０ｄの流路幅ｗｄがそれぞれのユニットモジュール３０ｄの流路幅Ｗｄに等しく、冷却液放出部５０ｄの高さＨｄが図６の冷却剤放出部の高さＨｃの１３０％に相当する構造を有するように構成されることがわかる。

図８は、図６および図７の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。

図８を図６および図７と一緒に参照すると、図６の電池パック１００ｃのユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ｃに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、約１３％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２８は、約２３％の相対温度比を有していたことがわかる。つまり、ユニットモジュール３０ｃの間の温度偏差は、約１０％であった。その一方で、図７の電池パック１００ｄのユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ｄに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、約１３．５％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２８は、約２３％の相対温度比を有していた。つまり、ユニットモジュール３０ｄの間の温度偏差は、約９．５％であった。

図６の電池パック１００ｃと図７の電池パック１００ｄとを比較すると、図６のユニットモジュールの間の温度偏差は、図７のユニットモジュールの間の温度偏差にほとんど等しく、図６の電池パック１００ｃの圧力差は、図７の電池パック１００ｄの圧力差に等しかった。これは、図６の電池パック１００ｃの冷却剤放出部５０ｃの高さＨｃが図７の電池パック１００ｄの冷却剤放出部５０ｄの高さＨｄより低いからであるが、冷却剤放出部５０ｃの流路幅ｗｃは、電池モジュール３２ｃの流路幅Ｗｃより大きいように横方向に形成され、その結果、図６の冷却剤放出部５０ｃの内側空間領域は、図７の冷却剤放出部５０ｄの領域に等しくなる。

図９は、冷却剤放出部および冷却剤出口ポートの流路幅が図６の電池パック内のそれぞれのユニットモジュールの幅に等しい、比較例としてのケースを典型的に示す斜視図である。

図９の電池パック１００ｅは、冷却剤放出部５０ｅおよび冷却剤出口ポート２０ｅの流路幅ｗｅがそれぞれのユニットモジュール３０ｅの流路幅Ｗｅに等しいという点を除き、図６の電池パック１００ｃと同一であるため、その詳細な説明は省く。

図１０は、図６および図９の電池パック内のユニットモジュールの温度の変化の測定結果を示すグラフである。

図１０を図６および図９と一緒に参照すると、図６の電池パック１００ｃのユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ｃに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、約１３％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２８は、約２３％の相対温度比を有していたことがわかる。つまり、ユニットモジュール３０ｃの間の温度偏差は、約１０％であった。その一方で、図９の電池パック１００ｅのユニットモジュール番号１、つまり、冷却剤入口ポート１０ｅに対向する電池パックケースの端部に隣接するユニットモジュールは、約７％の相対温度比を有し、ユニットモジュール番号２８は、約２８％の相対温度比を有していた。つまり、ユニットモジュール３０ｅの間の温度偏差は、約２１％であった。

図６の電池パック１００ｃと図９の電池パック１００ｅとを比較すると、図９のユニットモジュールの間の温度偏差は、図６のユニットモジュールの間の温度偏差より１８％大きく、図９の電池パック１００ｅの圧力差は、図６の電池パック１００ｃの圧力差より３０％大きかった。これは、図９の電池パック１００ｅの冷却剤放出部５０ｅの高さＨｅが図７の電池パック１００ｄの冷却剤放出部５０ｄの高さＨｄより３０％低いからであるが、冷却剤放出部５０ｅの流路幅ｗｅは、図６の電池パック１００ｃのようにそれぞれのユニットモジュール３０ｅ、３２ｃの流路幅Ｗｅに比べて１３０％大きくならないように形成され、その結果、図９の冷却剤放出部５０ｅの内側領域は、図６の冷却剤放出部５０ｃの領域より小さい。

図１１は、電池モジュールが本発明の別の実施形態による電池パックケース内に装着される構造を有するように構成された電池パックを典型的に示す斜視図であり、図１２は、図１１の部分垂直断面図である。

これらの図面を参照すると、図１１の電池パック１００ｆは、冷却剤導入部４０ｆおよび冷却剤放出部５０ｆの流路幅ｗｆがそれぞれのユニットモジュール３０ｆの流路幅Ｗｆの１３０％に相当する構造を有するように構成され、したがって、電池パック１００ｆの圧力差は、冷却剤放出部５０ｆの流路幅ｗｆの増加に比例して３０％減少することがわかる。

また、冷却剤導入部４０ｆから冷却剤放出部５０ｆに延在する電池モジュール装着部６０ｆ、つまり流動空間の流路幅は、冷却剤導入部４０ｆおよび冷却剤放出部５０ｆの流路幅ｗｆのようにそれぞれのユニットモジュール３０ｆの流路幅Ｗｆより１３０％大きくなるように形成される。その結果、ユニットモジュール３０ｆの電極端子３４ｆは効果的に冷却され、これにより、電極端子３４ｆの過熱が防止される。

図１３から図１６は、本発明の他の実施形態による電池パックを典型的に示す垂直断面図である。

これらの図面を参照すると、図１３の電池パック２００は、パックケースが、冷却剤導入部を画成するために電池モジュール２０２の頂部に装着された上側ケース２０８と、冷却剤放出部を画成するために電池モジュール２０２の底部に装着された下側ケース２１２と、を備える構造を有するように構成され、上側ケース２０８および下側ケース２１２は、締め具部材２１０によって互いに結合される。

また、冷却剤導入部の流路を画成する支持バー２０４、および冷却剤の漏出を防止するパッキング部材２０６が、冷却剤導入部の対向する側の上側端部に装着される。パッキング部材２０６は、支持バー２０４のそれぞれの頂部および底部に装着される。

電池モジュール２０２の流路幅Ｅは、冷却剤導入部の流路幅Ｄより大きく、冷却剤放出部の流路幅Ｂより小さい。

図１４の電池パック２００ａは、冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バー２０４ａが、電池モジュール２０２の上側ケース２０８と側部との間に画成される空間内に装着される構造を有するように構成され、電池モジュール２０２の流路幅Ｅ１は、冷却剤導入部の流路幅Ｄ１および冷却剤放出部の流路幅Ｂ１より小さい。

状況に応じて、パッキング部材（図示せず）は、支持バー２０４ａと上側ケース２０８との間、および／または支持バー２０４ａと電池モジュール２０２との間にさらに装着されうる。

図１５の電池パック２００ｂは、冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バー２０４ｂが、垂直断面が「¬」状に形成され、電池モジュール２０２の上側ケース２０８と側部との間に画成される空間内に、また電池モジュール２０２の上側端部の対向する側部の一部のところに、装着される構造を有するように構成される。特に、支持部２０４ｂは、電池モジュール２０２の上側端部縁を囲むように構成される。

この構造において、電池モジュール２０２の上側端部の対向する側部の一部のところに装着された支持バー２０４ｂは、上側ケース２０８から相隔てられ、したがって、支持バー２０４ｂは、冷却剤流路に実質的な影響を及ぼさない。

その結果、電池モジュール２０２の流路幅Ｅ２は、冷却剤導入部の流路幅Ｄ２および冷却剤放出部の流路幅Ｂ２より小さくなるように設定される。

状況に応じて、パッキング部材（図示せず）は、電池モジュール２０２の側部のところで、支持バー２０４ｂと上側ケース２０８との間、および／または支持バー２０４ｂと電池モジュール２０２との間にさらに装着されうる。

図１６の電池パック２００ｃは、冷却剤導入部の流路を画成するための支持バー２０４が冷却剤導入部の対向する側部に装着され、冷却剤の漏出を防止するためのパッキング部材２０６ａが電池モジュール２０２の上側ケース２０８と側部との間に画成される空間内に装着される構造を有するように構成される。

この構造において、電池モジュール２０２の支持バー２０４は、上側ケース２０８から相隔てられ、したがって、支持バー２０４は、冷却剤流路に実質的な影響を及ぼさない。

その結果、電池モジュール２０２の流路幅Ｅ３は、冷却剤導入部の流路幅Ｄ３および冷却剤放出部の流路幅Ｂ３より小さくなるように設定される。

その一方で、図１３から図１６の電池パックでは、下側ケース２１２は、下側ケース２１２の対向する端部が上方に突き出るブラケット構造を有するように構成される。その結果、ブラケット間の距離が増加し、したがって、冷却剤放出部の流路幅が、電池モジュールの幅より大きくなるように冷却剤放出部の流路幅を設定することが可能である。

図１７は、図３の電池パック構造が適用される例示的な電池パックを典型的に示す斜視図である。

図１７を参照すると、電池パック８００は、電池モジュールアレイ３００、一対の側部支持部材、つまり、前部支持部材５７０および後部支持部材（図示せず）、下側端部支持部材（図示せず）、３つの第１の上側装着部材５０２、５０４、および５０６、第２の装着部材５１０、ならびに後部装着部材５２０を備える。

三角形ブラケット６００が前部支持部材５７０と後部装着部材５２０との間に結合され、前部支持部材５７０を介して電池モジュールの荷重を後部装着部材５２０に分配する。

電池モジュールアレイ３００は、ユニットモジュールがひっくり返された状態で積層されたユニットモジュールをそれぞれが備える電池モジュール３００ａおよび３００ｂが２列に配列されるように構成される。前部支持部材５７０および後部支持部材（図示せず）は、それぞれ、前部支持部材５７０および後部支持部材（図示せず）が電池モジュールアレイ３００の一番外側の電池モジュールと密着している状態で、電池モジュールアレイ３００の前部および後部を支持する。

下側端部支持部材（図示せず）は、電池モジュールアレイ３００の下側端部を支持するために前部支持部材５７０および後部支持部材（図示せず）の下側端部に結合される。

また、第１の上側装着部材５０２、５０４、および５０６は、前部支持部材５７０および後部支持部材（図示せず）の上側端部、ならびにひっくり返された電池モジュール３００ａおよび３００ｂの下側端部に結合される。第１の上側装着部材５０２、５０４、および５０６のそれぞれの一端が外部デバイスに固定される。

前部装着部材５１０は、Ｕ字形フレーム構造を有するように構成される。前部装着部材５１０は、電池モジュールアレイ３００の前に配置される。前部装着部材５１０の対向する端部は、外部デバイスに固定される（例えば、車両）。

一方の側の三角形ブラケット６００の一端は、前部支持部材５７０に結合され、他方の側の三角形ブラケット６００の対向端は、後部装着部材５２０に結合される。

その結果、三角形ブラケット６００を介して結合された後部装着部材５２０は、電池パックの荷重を部分的に支持する。

また、電池パックは、冷却剤が電池セルを冷却するために電池モジュールアレイ３００の右上側端部を通して導入され、次いで、電池モジュールアレイ３００の左下側端部を通して放出される構造を有するように構成される。

本発明の好ましい実施形態は、例示するために開示されているが、当業者であれば、添付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、さまざまな修正形態、追加形態、および代替形態が可能であることを理解するであろう。

上記の説明から明らかなように、本発明による電池パックケースは、冷却剤導入部の高さおよび／または冷却剤放出部の高さが減少したときでも圧力差を下げるために冷却剤導入部の幅および／または冷却剤放出部の幅がそれぞれのユニットセルの幅より大きい構造を有するように構成される。その結果、冷却剤の均一な分配を達成し、ユニットセルの間に蓄積する熱を効果的に除去し、電池の性能および寿命を大幅に向上することが可能になる。

Ｂ 流路幅
Ｂ１ 流路幅
Ｂ２ 流路幅
Ｂ３ 流路幅
Ｄ 流路幅
Ｄ１ 流路幅
Ｄ２ 流路幅
Ｄ３ 流路幅
Ｅ 流路幅
Ｅ１ 流路幅
Ｅ２ 流路幅
Ｅ３ 流路幅
ａ 第１の傾斜面
ｂ 第２の傾斜面
Ｈａ 高さ
Ｈｂ 高さ
Ｈｃ 高さ
Ｈｄ 高さ
Ｈｅ 高さ
ｗａ 流路幅
Ｗａ 流路幅
ｗｂ 流路幅
Ｗｂ 流路幅
ｗｃ 流路幅
Ｗｃ 流路幅
ｗｄ 流路幅
Ｗｄ 流路幅
ｗｅ 流路幅
Ｗｅ 流路幅
ｗｆ 流路幅
Ｗｆ 流路幅
１０ 冷却剤入口ポート
１０ａ 冷却剤入口ポート
１０ｂ 冷却剤入口ポート
１０ｃ 冷却剤入口ポート
１０ｄ 冷却剤入口ポート
１０ｅ 冷却剤入口ポート
２０ 冷却剤出口ポート
２０ａ 冷却剤出口ポート
２０ｂ 冷却剤出口ポート
２０ｃ 冷却材出口ポート
２０ｅ 冷却剤出口ポート
３０ ユニットセル
３０ａ ユニットモジュール
３０ｂ ユニットモジュール
３０ｃ ユニットモジュール
３０ｄ ユニットモジュール
３０ｅ ユニットモジュール
３０ｆ ユニットモジュール
３２ 電池モジュール
３２ａ 電池モジュール
３２ｃ 電池モジュール
３４ｆ 電極端子
４０ 冷却剤導入部
４０ｃ 冷却剤導入部
４０ａ 冷却剤導入部
４０ｆ 冷却剤導入部
４２ａ 上側端部内側
４２ｃ 上側端部内側
５０ 冷却剤放出部
５０ａ 冷却剤放出部
５０ｂ 冷却剤放出部
５０ｃ 冷却剤放出部
５０ｄ 冷却液放出部
５０ｅ 冷却剤放出部
５０ｆ 冷却剤放出部
６０ 流路
７０ 電池パックケース
７０ａ 電池パックケース
７０ｂ 電池パックケース
７０ｃ 電池パックケース
１００ 電池パック
１００ａ 電池パック
１００ｂ 電池パック
１００ｃ 電池パック
１００ｄ 電池パック
１００ｅ 電池パック
１００ｆ 電池パック
２００ 電池パック
２００ａ 電池パック
２００ｂ 電池パック
２００ｃ 電池パック
２０２ 電池モジュール
２０４ 支持バー
２０４ａ 支持バー
２０４ｂ 支持バー
２０６ パッキング部材
２０６ａ パッキング部材
２０８ 上側ケース
２１０ 締め具部材
２１２ 下側ケース
３００ 電池モジュールアレイ
３００ａおよび３００ｂ 電池モジュール
５０２、５０４、および５０６ 第１の上側装着部材
５１０ 第２の装着部材
５２０ 後部装着部材
５７０ 前部支持部材
６００ 三角形ブラケット
８００ 電池パック

Claims (28)

1. 複数の積層電池セルまたはユニットモジュール（「ユニットセル」）を有する電池モジュールが装着された電池パックケースであって、前記電池パックケースは、前記ユニットセルを冷却する冷却剤がセル積層方向に垂直な方向に前記電池モジュール間を流れるように、対向する方向に向き付けられた冷却剤入口ポートおよび冷却剤出口ポートを、上側部分およびその下側部分のところに、それぞれ備え、前記電池パックケースは、前記冷却剤入口ポートから前記電池モジュールに延在する流動空間（「冷却剤導入部」）および前記電池モジュールから前記冷却剤出口ポートに延在する別の流動空間（「冷却剤放出部」）をさらに備え、前記冷却剤導入部の流路幅および／または前記冷却剤放出部の流路幅（ｗａ）は、前記ユニットセルのそれぞれの幅（Ｗａ）より大きく、そのため、前記冷却剤の均一な分配が達成され、
   前記冷却剤導入部の前記流路幅および／または前記冷却剤放出部の前記流路幅（ｗａ）は、前記ユニットセルのそれぞれの幅（Ｗａ）の１０５％から５００％に相当する電池パックケース。
2. 前記冷却剤導入部から前記冷却剤放出部に延在する流動空間（「電池モジュール装着部」）は、前記ユニットセルの電極端子を冷却するために前記ユニットセルのそれぞれの幅より大きい流路幅を有する請求項１に記載の電池パックケース。
3. 前記電池モジュール装着部の前記流路幅は、前記ユニットセルのそれぞれの幅の１０５から５００％に相当する請求項２に記載の電池パックケース。
4. 前記冷却剤放出部は、前記冷却剤入口ポートの垂直断面積の１００から３００％に相当する垂直断面積を有する請求項１に記載の電池パックケース。
5. 前記冷却剤放出部の前記垂直断面積は、前記冷却剤入口ポートの垂直断面積の１５０から２５０％に相当する請求項４に記載の電池パックケース。
6. 前記電池モジュールの頂部に面する前記冷却剤導入部の上側端部内側は、前記冷却剤入口ポートに対向する電池パックケースの端部から始まる傾斜面の傾斜度が電池モジュールの前記頂部から前記冷却剤入口ポートの方へ向かうにつれ増加する構造を有するように構成される請求項１に記載の電池パックケース。
7. 前記冷却剤導入部の前記上側端部内側は、互いに異なる傾斜度を有する２つまたはそれ以上の連続傾斜面を備える請求項６に記載の電池パックケース。
8. 前記上側端部内側の前記傾斜面は、前記冷却剤入口ポートに対向する前記電池パックケースの前記端部から始まる第１の傾斜面および前記第１の傾斜面と前記冷却剤入口ポートとの間に設けられた第２の傾斜面を備え、このときに前記第２の傾斜面は前記第１の傾斜面の傾斜度より大きい傾斜度を有する請求項７に記載の電池パックケース。
9. 前記第２の傾斜面は、前記第２の傾斜面の前記傾斜度が前記電池モジュールの前記頂部に関して４５度を超えない範囲内で、前記第１の傾斜面の傾斜度に比べて２０から５００％大きい傾斜度を有する請求項８に記載の電池パックケース。
10. 前記第１の傾斜面は、前記電池モジュールの前記頂部に関して１５度以下の傾斜を有する請求項８に記載の電池パックケース。
11. 前記第２の傾斜面は、前記第２の傾斜面の前記傾斜度が前記第１の傾斜面の傾斜度を超える範囲内で、前記電池モジュールの前記頂部に関して１０から３０度の傾斜を有する請求項８に記載の電池パックケース。
12. 前記冷却剤入口ポートは、前記第２の傾斜面の傾斜度に等しいか、または前記第２の傾斜面の傾斜度より小さい傾斜度を有する請求項８に記載の電池パックケース。
13. 前記冷却剤入口ポートは、前記第２の傾斜面の傾斜度に等しいか、または前記第２の傾斜面の傾斜度より大きい傾斜度を有する請求項８に記載の電池パックケース。
14. 前記冷却剤入口ポートは、前記冷却剤入口ポートの前記傾斜度が前記第２の傾斜面の傾斜度を超える範囲内で、前記電池モジュールの前記頂部に関して３０から６０度の傾斜を有する請求項１３に記載の電池パックケース。
15. 前記冷却剤入口ポートに対向する前記電池パックケースの端部は、前記電池モジュールの高さの１０％以下に相当する高さだけ前記電池モジュールの頂部から相隔てられる請求項１に記載の電池パックケース。
16. 前記電池セルのそれぞれは、リチウム二次電池または燃料電池である請求項１に記載の電池パックケース。
17. 前記リチウム二次電池は、ポーチ形電池またはプリズム電池である請求項１６に記載の電池パックケース。
18. 前記冷却剤出口ポートは、前記電池モジュールの底部に関して均一な高さを有する請求項１に記載の電池パックケース。
19. 前記電池パックケースは、前記冷却剤が前記電池モジュールを通過した後、前記冷却剤入口ポートを通して導入される前記冷却剤を前記冷却剤出口ポートに移動させるために前記冷却剤入口ポートまたは前記冷却剤出口ポート内に吹き出しファンがさらに装着されるように構成される請求項１に記載の電池パックケース。
20. 前記電池パックケースは、前記冷却剤導入部を画成するために前記電池モジュールの頂部に装着された上側ケースおよび前記冷却剤放出部を画成するために前記電池モジュールの底部に装着された下側ケースを備え、前記上側ケースおよび前記下側ケースは締め具部材によって互いに結合される請求項１に記載の電池パックケース。
21. 前記冷却剤の漏出を防止するための前記冷却剤導入部およびパッキング部材の流路を画成する支持バーは、前記冷却剤導入部の対向する側部の上側端部に装着される請求項２０に記載の電池パックケース。
22. 前記パッキング部材は、前記支持バーのそれぞれの頂部および底部に装着される請求項２１に記載の電池パックケース。
23. 前記冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バーは、前記電池モジュールの前記上側ケースと側部との間に画成される空間内に装着される請求項２０に記載の電池パックケース。
24. 前記冷却剤導入部の流路を画成するための一対の支持バーは、垂直断面が「¬」状に形成され、前記電池モジュールの前記上側ケースと側部との間に画成される空間内に、また前記電池モジュールの前記上側端部の対向する側部の一部に、装着される請求項２０に記載の電池パックケース。
25. 前記冷却剤導入部の流路を画成する支持バーは、前記冷却剤導入部の対向する側部に装着され、前記冷却剤の漏出を防止するためのパッキング部材は、前記電池モジュールの前記上側ケースと側部との間に画成された空間内に装着される請求項２０に記載の電池パックケース。
26. 前記下側ケースは、前記下側ケースの対向する端部が上方に突き出るブラケット構造を有するように構成される請求項２０に記載の電池パックケース。
27. 請求項１から２６のいずれか一項に記載の電池パックケース内に電池モジュールが装着される構造を有するように構成された電池パック。
28. 前記電池パックは、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の電源として使用される請求項２７に記載の電池パック。