JP6581699B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、パワー電池の技術分野に関し、特に電池モジュールに関する。

環境問題についての意識の向上および低炭素経済の発展にしたがって、携帯電話、ノートパソコン、電動工具、電気自動車などのますます多くの機器は、電源として充電式リチウムイオン電池モジュールを選択している。消費市場においてリチウムイオン電池のエネルギー密度に対するニーズが高くなるに伴って、リチウムイオン電池の熱管理に対するニーズも高くなってきた。

従来技術において、普通複数のリチウムイオン単電池を単電池群に組み込んでから、水冷化によって冷却させる。ハウジングが一つの密閉された構造であるため、リチウムイオン電池モジュールを冷却すると、ハウジング全体が冷却され、また、ハウジングの内壁に直接接触する単電池は比較的多い熱伝導経路を有するため、ハウジングの内壁に直接接触する単電池の温度が中央の単電池の温度より低く、各単電池同士の温度の均一性が悪く、リチウムイオン電池モジュールの熱管理に不利である。

本発明は、各単電池同士の温度一致性を確保できる電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、対向して設けられている天板および底板と、天板および底板に接続され且つ第１の方向に沿って間隔をもって設けられている二つの側板と、を有するハウジングと、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って間隔をもって設けられ、二つの側板と交互に設置され且つ互いに接続されている二つの端板と、二つの側板１１の間に並列に設置されている複数の単電池を有し、前記複数の単電池はいずれも二つの端板の間に位置し且つ第２の方向に沿って延在している単電池群と、単電池群と側板との間に設けられている断熱パッドと、単電池群と天板との間、および／または単電池群と底板との間に設けられているクッションとを備える、電池モジュールを提供している。

本発明の実施形態の一態様によれば、電池モジュールは、サーマルパッドをさらに備え、前記サーマルパッドは、天板と単電池スタックとの間、および／または底板と単電池群との間に設けられている。

本発明の実施形態の一態様によれば、単電池群は、対向して設けられている先端および底端を有し、先端および底端の少なくとも一方にサーマルパッドが設けられている。

本発明の実施形態の一態様によれば、サーマルパッドは、各単位電池に接触して設けられている。

本発明の実施形態の一態様によれば、単電池群における隣接する２つの単電池の間にサーマルパッドがさらに設けられている。

本発明の実施形態の一態様によれば、ハウジングは、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジングまたは鉄ハウジングである。

本発明の実施形態の一態様によれば、単電池は、プラスチックハウジング、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジングまたは鉄ハウジングを含む。

本発明の実施形態の一態様によれば、単電池群と側板との間に隙間が設けられている。
本発明の実施形態の一態様によれば、サーマルパッドは、熱伝導係数が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜３Ｗ／ｍ・Ｋであるシリカゲルプレートである。

本発明の実施形態の一態様によれば、断熱パッドは、熱伝導係数が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるエチレンプロピレンジエンゴムプレートである。

本発明の実施形態に係る電池モジュールによれば、ハウジングの側板と単電池群との間に断熱パッドを設けることにより、ハウジング内に並列に配置された複数の単電池とハウジングとの間の熱伝導経路および熱伝導率を一致させ、各単電池同士の温度一致性を確保でき、電池モジュールの信頼性を向上できる。

図１は、本発明の実施形態に係る電池モジュールの透視構成模式図である。 図２は、図１に示す電池モジュールの分解構成模式図である。 図３は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４は、図３に示す電池モジュールの領域Ｂの部分拡大模式図である。 図５は、図３に示す電池モジュールの領域Ｃの部分拡大模式図である。 図６は、図３に示す電池モジュールの領域Ｄの部分拡大模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の各方面の特徴および例示の実施形態をさらに詳細に説明する。なお、各図面において、同じ部品には同じ符号が用いられている。また、図面は参考のためであって、実際の縮尺で描かれたものではない。以下の詳細な説明において、本発明の理解のため、様々な具体的な説明が記載されている。しかしながら、本発明において、これら具体的な説明における一部の説明を省略できることは、当業者にとって自明である。以下、実施形態に対する説明は、ただ本発明の具体例によって本発明をさらに理解させるためのものである。図面および以下の説明において、本発明を明瞭に説明するために、少なくとも一部の周知の構成および技術は記載されていない。また、本発明を明瞭に説明するために、一部の構成のサイズは誇張して記載されている。なお、以下に説明される特徴、構成、または特性は、一つまたは複数の実施形態に組み合わせてもよい。

下記説明に現れる方位の用語はいずれも、図で示される方向であって、本発明の電池モジュールの具体的な構成を限定するものではない。なお、本発明の説明において、明確な規定または限定がない限り、「装着」、「接続」の用語は、広い意味として理解されるべきであって、例えば、固定接続、着脱可能な接続、または、一体的な接続であってもよく、直接接続、間接接続であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本発明における上記用語の意味を理解することができる。

以下、本発明の実施形態に係る電子モジュールについて、図１乃至図６を参照してより詳細に説明する。

図１〜図６を参照すると、本発明の電子モジュールの実施形態は、ハウジング１０と、２つの端板２０と、単電池群３０と、断熱パッド４０と、クッション５０とを含む。

ハウジング１０は、対向して設けられた天板１２および底板１３と、天板１２および底板１３に接続され且つ第１の方向Ｄ１に沿って間隔をもって設けられた２つの側板１１とを備えている。ここで、第１の方向Ｄ１は、図１において、矢印で示されている。ハウジング１０は、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジング、または鉄ハウジングであってもよい。本発明の実施形態では、アルミニウム合金をハウジング１０の材料とする例を説明する。

２つの端板２０は、第１の方向Ｄ１に垂直な第２の方向Ｄ２に沿って間隔をもって設けられ、２つの側板１１と２つの端板２０は交互に設置され且つ互い接続されている。ここで、第２の方向Ｄ２は、図１において、矢印で示されている。

単電池群３０は、２つの側板１１の間に並列に設置された複数の単電池３１を備え、複数の単電池３１はいずれも、２つの端板２０の間に位置し且つ第２の方向Ｄ２に沿って延在している。単電池３１は、プラスチックハウジング、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジング、または鉄ハウジングを含み、プラスチックハウジングは、例えばポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰ）であってもよいが、これに限定されるもので はない。

図４に示すように、断熱パッド４０は、単電池群３０と側板１１との間に設けられて、側板１１と隣接する単電池３１との間の熱を効果的に遮断し、各単電池３１同士の均一な熱伝導を制御する。

クッション５０は、単電池群３０と天板１２との間、および／または単電池群３０と底板１３との間に設けられ、クッション５０は、単電池群３０がハウジング１０の天板１２と底板１３との間で揺動されないように、一定の厚さを有する弾性体であってもよい。

より具体的には、図２を例とした場合、６つの単電池３１は１つの単電池群３０に組立てられた後、アルミニウム合金製のハウジング１０に組み込まれ、二つの端板２０はそれぞれハウジング１０の両端に溶接されて、密閉のキャビティを形成する。各単電池３１の両端にはそれぞれ、端板２０に接続された出力端子が設けられている。単電池群３０は、ハウジング１０に収納され、且つ単電池群３０と天板１２との間にはクッションが設けられている。ここで、ハウジング１０の２つの側板１１に隣接する単電池３１の熱伝導経路は、ハウジング１０の中央の単電池３１とハウジング１０との間の熱伝導経路より多いため、単電池群３０の各単電池３１同士の熱伝導効率が一致しなくなる。一方、側板１１と単電池群３０との間に断熱用パッド４０が設けられている場合、側板と隣接する単電池３１との間の熱を効果的に遮断して、各単電池３１とハウジング１０との間の熱伝導経路を同じくすることが可能であるため、熱伝導効率を一致させることができ、ハウジング１０を冷却して各単電池３１に対する均一な冷却を実現できる。

本発明の実施形態に係る電池モジュールにおいて、ハウジング１０の側板１１と単電池群３０との間に断熱パッド４０を設けることにより、ハウジング１０内に並列に配置された複数の単電池３１とハウジング１０との間の熱伝導経路および熱伝導効率を一致させ、各単電池３１同士の温度の均一性を確保でき、電池モジュールの信頼性を向上できる。

均一に放熱させながら放熱効率を向上させるために、特にハウジング材料がプラスチックである単電池３１に対して、本発明の実施形態に係る電池モジュールはさらに、サーマルパッド６０を含んでもよい。

例示の実施形態として、サーマルパッド６０は、天板１２と単電池群３０との間、および／または、底板１３と単電池群３０との間に設けられている。例えば、図６に示すように、サーマルパッド６０は、底板１３と単電池群３０との間に設けられていてもよい。例示の実施形態として、単電池群３０は、対向して設けられた先端および底端を含み、先端および底端の少なくとも一方にサーマルパッド６０が設けられている。更に、サーマルパッド６０は、各単電池３１に接触して設けられている。

より具体的には、図５に示すように、クッション５０は、サーマルパッド６０が底板１３と単電池群３０との間に設けられている場合、天板１２とサーマルパッド６０との間に設けられてもよい。また、図示は省略するが、クッション５０は、サーマルパッド６０が天板１２と単電池群３０との間に設けられている場合、底板１３と単電池群３０との間に設けられてもよい。クッション５０は、サーマルパッド６０が天板１２と単電池群３０との間、および、底板１３と単電池群３０との間に設けられている場合、天板１２とサーマルパッド６０との間、および／または底板１３とサーマルパッド６０との間に設けられてもよい。

例示の実施形態として、サーマルパッド６０は、単電池群３０内の２つの隣接する単電池３１の間に設けられてもよい。当該サーマルパッド６０は、各単電池３１同士の熱をハウジング１０の天板または底板が位置する方向へ速やかに伝達することができる。隣接する２つの単電池３１の間に設けられたサーマルパッド６０は、前述の天板１２と単電池群３０との間および／または底板１３と単電池群３０との間に設けられたサーマルパッド６０と共に、各単電池３１同士の熱をハウジング１０の天板または底板が位置する方向へ速やかに伝達させるため、熱伝導経路をさらに増加できる。複数のサーマルパッド６０は、単電池群３０とハウジング１０との間の熱伝達媒体として機能して、各単電池３１同士の均一な熱伝達をさらに効果的に制御することができる。

さらに、複数の単電池３０を単電池群に組み立てた後、ハウジングのキャビティに速やかに組み込むために、単電池群３１と側板１１との間に隙間を設けてもよい。単電池３１のプラスチックハウジングの肉厚が０．５ｍｍで、アルミニウム合金ハウジング１０の肉厚で１ｍｍで、サーマルパッド６０および断熱パッド４０の厚さ寸法が一般的に０．５ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば１ｍｍであると仮定した場合、隙間を１ｍｍに設定して、断熱パッド４０をアルミ合金製ケース１０の側板１１と単電池群３０との間に組込みやすくしてもよい。例示の実施形態として、サーマルパッド６０は、熱伝導係数が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜３Ｗ／ｍ・Ｋであるシリカゲルプレートである。

例示の実施形態として、断熱パッド４０は、熱伝導係数が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）プレートである。なお、本発明の実施形態に係る電池モジュールは、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などを含むすべての種類の電池モジュールに適用できるが、これらに限定されるものではない。ここでは、詳細な説明を省略する。

したがって、本発明の実施形態に係る電池モジュールは、ハウジング１０の側板１１と単電池群３０との間に断熱パッド４０を設けると共に、ハウジング１０の天板１２および／または底板と単電池群３０との間、並びに隣接する２つの単電池３１の間にさらにサーマルパッド６０を設けることで、ハウジング１０内に並列に配置された複数の単電池３１同士の熱伝導経路および熱伝導効率を一致させるだけでなく、さらに熱伝導効率を向上させ、単電池群３０における各単電池３１同士の温度一致性の課題を解決し、さらに電池モジュールの信頼性を向上できる。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で、様々な変更や修正が可能であり、その構成要素を同等物で置き換えてもよい。特に、構造的矛盾がない限り、各実施形態で説明された様々な技術的特徴は、いずれも任意の方式で組み合わせられてもよい。本発明は、本明細書で開示されている特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲内のすべての技術案を含む。

１０…ハウジング、１１…側板、１２…天板、１３…底板、２０…端板、３０…単電池群、３１…単電池、４０…断熱パッド、５０…クッション、６０…サーマルパッド

Claims (10)

1. 電池モジュールであって、
   対向して設けられている天板（１２）および底板（１３）と、天板（１２）および底板（１３）に接続され且つ第１の方向（Ｄ１）に沿って間隔をもって設けられている二つの側板（１１）と、を有するハウジング（１０）と、
   前記第１の方向（Ｄ１）に垂直な第２の方向（Ｄ２）に沿って間隔をもって設けられ、前記二つの側板（１１）と交互に設置され且つ互いに接続されている二つの端板（２０）と、
   前記二つの側板（１１）の間に並列に設置されている複数の単電池（３１）を有し、前記複数の単電池（３１）はいずれも前記二つの端板（２０）の間に位置し且つ前記第２の方向（Ｄ２）に沿って延在している単電池群（３０）と、
   前記単電池群（３０）と前記側板（１１）との間に設けられている断熱パッド（４０）と、
   前記単電池群（３０）と前記天板（１２）との間、および／または前記単電池群（３０）と前記底板（１３）との間に設けられているクッション（５０）と、
   を備えることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記電池モジュールは、サーマルパッド（６０）をさらに備え、前記サーマルパッド（６０は、前記天板（１２）と前記単電池群（３０）との間、および／または前記底板（１３）と前記単電池群（３０）との間に設けられてい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. 前記単電池群（３０）は、対向して設けられている先端および底端を有し、前記先端および前記底端の少なくとも一方に前記サーマルパッド（６０）が設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. 前記サーマルパッド（６０）は、各単位電池（３１）に接触して設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. 前記単電池群（３０）における隣接する２つの単電池（３１）の間にサーマルパッド（６０）がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池モジュール。
6. 前記ハウジング（１０）は、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジングまたは鉄ハウジングで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。
7. 前記単電池（３１）は、プラスチックハウジング、アルミニウム合金ハウジング、ステンレス鋼ハウジングまたは鉄ハウジングを含むことを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記単電池群（３０）と前記側板（１１）との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
9. 前記サーマルパッド（６０）は、熱伝導係数が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜３Ｗ／ｍ・Ｋであるシリカゲルプレートであることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
10. 前記断熱パッド（４０）は、熱伝導係数が０．０５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるエチレンプロピレンジエンゴムプレートで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。