JP6858304B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、動力電池の技術分野に属し、特に電池モジュールに関する。

本願は、２０１７年６月３０日に中国国家知識産権局に提出された、「電池モジュール」と題する中国特許出願第２０１７１０５２４９５０．８号の優先権を主張するものであり、その全ての内容は参照により本願に組み込まれるものとする。

電池のエネルギー密度の向上は、現在の動力電池設計の重要な面であり、従来のエネルギー密度を向上させる方法は主に２つある。一つは、材料を変更及び改質して、エネルギー密度のより高い材料にすることであり、もう一つは、電池構造、ポリシの設計により、同様の電池モジュールに、より高いエネルギー密度を備えさせることである。

材料により電池のエネルギー密度を向上させることは、常に各企業の研究開発の重点であり、例えば、リン酸鉄リチウムから三元系材料に置き換える。電池構造の設計変更により更に高いエネルギー密度を得るには、一般的に軽量化及びコンパクト化という方法が用いられ、特に軽量化の効果が最も高い。しかし、現在の軽量化の方法は、主に一部の構造部材を減少させる（又は撤去する）か、又は構造部材の材料の厚さを薄くすることであり、このような方法では、電池パックの重量をある程度低減できるが、電池パックの強度の低下を招き、電池パックの安全性能を低下させる。どのように構造部材を減少させるとともに、電池モジュールの優れた機械的強度と電気的安全性を保持するかは、各企業が引き続き研究している重点である。

本発明の解決しようとする技術的課題は、従来の電池モジュールにおいて一部の構造部材を減少させる（又は撤去する）か、又は構造部材の材料の厚さを薄くして電池モジュールを軽量化することで、引き起こされる電池パックの強度及び安全性能が低下するという課題に対して、電池モジュールを提供することである。

上記技術的課題を解決するために、本発明の実施例では、所定の方向に沿って積層される複数の電池ユニットと、天板とを含み、前記電池ユニットは、単電池と絶縁膜とを含み、前記単電池は、電池ケース、前記電池ケース内に設けられたセル、及び前記電池ケースの端部に設けられた電池カバーを含み、前記絶縁膜は、少なくとも前記電池ケースの側面に被覆され、隣接する２つの前記電池ユニットの絶縁膜を前記所定の方向に互いに接着することで、複数の前記電池ユニットが一体に接続され、前記絶縁膜は、前記絶縁膜の頂部が前記電池カバーより突出して上方に延伸して形成された延伸部を含み、前記天板は、前記電池ユニットの上側に設けられ、前記天板の下側にスロットが設けられ、前記延伸部の少なくとも一部が前記スロット内に収容されている電池モジュールを提供する。

好ましくは、前記天板の底部に、複数の支持ブロックが設けられている。

好ましくは、前記支持ブロックに前記スロットが形成されている。

好ましくは、前記支持ブロックは、前記天板の底部から前記電池カバーの方向に向かって延伸し、前記電池カバーに支持されている。

好ましくは、前記絶縁膜は、前記電池ケースの側面に被覆され、前記電池ケースの底面に絶縁基板が設けられている。

好ましくは、前記電池ケースの側面は、第１の大面及び第２の大面を含む大面と、第１の小面及び第２の小面を含む小面とを含み、前記第１の大面、第１の小面、第２の大面及び第２の小面は、順次接続されて前記電池ケースの側面を形成し、前記大面の面積は、前記小面の面積より大きく、
前記第１の大面と第２の大面は、対向して設けられ、前記第１の小面と第２の小面は、対向して設けられている。

好ましくは、前記絶縁膜と電池ケースの側面との間に第１の背粘着層が設けられ、前記絶縁膜と電池ケースの側面は、前記第１の背粘着層により接着されている。

好ましくは、隣接する２つの前記電池ユニットの間に位置する前記絶縁膜の外側に第２の背粘着層が設けられ、隣接する２つの前記電池ユニットが前記第２の背粘着層により接着されている。

好ましくは、前記絶縁膜の封止部は、前記第１の小面及び／又は第２の小面に位置している。

好ましくは、前記絶縁膜の封止部に二重膜構造が形成され、前記二重膜構造の幅ｋは以下の条件を満たす。
２ｘ≧３ｋ≧ｘ
（ここで、ｘは、第１の小面又は第２の小面の幅である。）

好ましくは、前記電池モジュールは、第１のエンドプレート、第２のエンドプレート、第１の弾力部材及び第２の弾力部材をさらに含み、前記１のエンドプレートは、前記所定の方向における一番目の前記電池ユニットの前端に設けられ、前記第２のエンドプレートは、前記所定の方向における最後の前記電池ユニットの後端に設けられ、前記１の弾力部材は、前記第１のエンドプレートと一番目の前記電池ユニットとの間に予め圧着され、前記２の弾力部材は、前記第２のエンドプレートと最後の前記電池ユニットとの間に予め圧着されている。

好ましくは、一番目の前記電池ユニットの前記第１のエンドプレートに対向している面に第１の駆動板が設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第１の駆動板と第１のエンドプレートとの間に設けられ、

最後の前記電池ユニットの前記第２のエンドプレートに対向している面に第２の駆動板が設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第２の駆動板と第２のエンドプレートとの間に設けられている。

好ましくは、前記第１の弾力部材及び第２の弾力部材は、メタルドーム又はスプリングである。

本発明の電池モジュールによれば、従来技術における接続作用を果たす様々な構造部材が不要となり、隣接する２つの電池ユニットの絶縁膜を、所定の方向に互いに接着することで、複数の電池ユニットが一体に接続され、電池モジュールの強度を低下させることなく、電池モジュールの軽量化を実現する。また、絶縁膜の頂部が電池カバーより突出して上方に延伸して延伸部を形成し、延伸部の少なく一部が天板の下側のスロット内に収容され、単電池の電池カバーと、隣接する単電池の電池ケースという２つの導電体の間の絶縁距離（沿面距離）を増大させ、隣接する単電池間の電気絶縁安全性を向上させる。さらに、構造部材を減少させるとともに、電池モジュールの優れた機械的強度と電気的安全性を保持することは、各企業が引き続き研究している重点である。また、延伸部の少なくとも一部はスロットに収容され、天板が絶縁膜を押し潰すことを防止することができる。

本発明の一実施例に係る電池モジュールの概略図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの電池ユニットの概略図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの天板と絶縁膜との組み合わせの図である（部分）。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの絶縁膜の展開状態の図である。 図４の他の視点から見た図である。 本発明の一実施例に係る電池モジュールの絶縁膜の封止部の概略図である。 本発明の別の実施例に係る電池モジュールの分解図（立体図）である。 本発明の別の実施例に係る電池モジュールの分解図（上面図）である。

本発明の解決しようとする技術的課題、技術的解決手段及び有益な効果をより明確にするために、以下、図面及び実施例を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。なお、ここに記載する具体的な実施例は、あくまでも本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するものではない。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施例に係る電池モジュールは、所定の方向に沿って積層される複数の電池ユニット１と、天板２とを含み、前記電池ユニット１は、単電池１１と絶縁膜１２とを含み、前記単電池１１は、電池ケース１１１、前記電池ケース１１１内に設けられたセル、及び前記電池ケース１１１の端部に設けられた電池カバー１１２を含み、前記絶縁膜１２は、前記電池ケース１１１の側面及び底面に被覆されている。隣接する２つの前記電池ユニット１の絶縁膜１２を前記所定の方向に互いに接着することで、複数の前記電池ユニット１が一体に接続される。

図２及び図３に示すように、前記絶縁膜１２は、前記絶縁膜１２の頂部が前記電池カバー１１２より突出して上方に延伸して形成された延伸部１２０を含み、前記天板の下側にスロット２１１が設けられ、前記延伸部１２０の少なくとも一部が前記スロット２１１内に収容され、即ち、前記延伸部１２０は、前記スロット２１１に全部又は一部収容されることができる。

一実施例において、図３に示すように、前記天板２の底部に複数の支持ブロック２１が設けられ、前記支持ブロック２１に前記スロット２１１が形成されている。前記支持ブロック２１は、前記天板２の底部から前記電池カバー１１２の方向に向かって延伸し、前記電池カバー１１２に支持されている。前記支持ブロック２１は、左右２つの突起ブロック２１２で構成され、２つの突起ブロック２１２の間に前記スロット２１１が形成されている。

前記支持ブロック２１は、所定の方向に垂直な方向に沿って（即ち電池モジュールの幅方向に沿って）延伸する帯状である。支持ブロック２１の主な役割は、天板２を補強し、天板に補強構造を別途設ける必要がないように補強リブとして機能することである。

図２に示すように、前記単電池１１は角形電池であり、前記電池ケース１１１の側面は、第１の大面１１１１及び第２の大面１１１３を含む大面と、第１の小面１１１２及び第２の小面１１１４を含む小面とを含み、前記第１の大面１１１１と第２の大面１１１３は、対向して設けられ、前記第１の小面１１１２と第２の小面１１１４は、対向して設けられ、前記第１の大面１１１１、第１の小面１１１２、第２の大面１１１３及び第２の小面１１１４は、順次接続されて前記電池ケース１１１の側面を形成し、前記大面の面積は、前記小面の面積より大きい。

図４及び図５に示すように、前記絶縁膜１２は、展開状態で方形であり、前記絶縁膜１２に折り目１２１が設けられ、展開状態にある前記絶縁膜１２は、前記折り目１２１に沿って前記電池ケース１１１の側面及び底面を被覆するように折り畳まれる。展開状態にある前記絶縁膜１２は、違いに背向する第１の面及び第２の面を備え、前記第１の面に第１の背粘着層１２２が設けられ、前記第２の面に第２の背粘着層１２３が設けられ、前記第１の背粘着層１２２が、前記第１の面を部分的又は完全に覆っている。前記第２の背粘着層１２３は、前記第１の大面１１１１の形状に合致した第１の大面背粘着層１２３１、前記第２の大面１１１３の形状に合致した第２の大面背粘着層１２３２、第１の小面背粘着層１２３３及び第２の小面背粘着層１２３４を含む。

電池ユニット１を形成した後、前記絶縁膜１２と電池ケース１１１の側面との間に第１の背粘着層１２２が設けられ、前記絶縁膜１２と、電池ケース１１１の側面及び底面は、前記第１の背粘着層により接着され、即ち、前記絶縁膜１２の第１の面は、電池ケース１１１と貼合する内側面である。そして、隣接する２つの前記電池ユニット１の間に位置する前記絶縁膜１２の外側に前記第２の背粘着層１２３が設けられ、隣接する２つの前記電池ユニット１が前記第２の背粘着層１２３により接着されている。

なお、図４に示す態様において、第１の背粘着層１２２は、絶縁膜１２の第１の面を完全に覆っており、実際に設置する場合、第１の背粘着層１２２は、絶縁膜１２の第１の面を部分的に覆ってもよく、第１の背粘着層１２２が絶縁膜１２の第１の面を部分的に覆っている場合、絶縁膜１２と電池ケース１１１との接着の堅牢性を確保すべきである。

第１の背粘着層１２２、第２の背粘着層１２３を設けることにより、単電池１１間に余分な粘着剤を必要とせず、工程が簡単である。

一実施例において、図６に示すように、前記絶縁膜１２の封止部１２４は、前記第１の小面１１１２及び／又は第２の小面１１１４に位置している。前記絶縁膜１２の封止部１２４に二重膜構造１２５が形成され、好ましくは、前記二重膜構造１２５の幅ｋは以下の条件を満たす。
２ｘ≧３ｋ≧ｘ
（ここで、ｘは、第１の小面１１１２及び第２の小面１１１４の幅である。即ち、二重膜構造１２５の幅ｋは、第１の小面１１１２の幅の３分の１から３分の２までの区間に位置している。）

本発明の電池モジュールによれば、従来技術における接続作用を果たす様々な構造部材が不要となり、隣接する２つの電池ユニットの絶縁膜を、所定の方向に互いに接着することで、複数の電池ユニットが一体に接続され、電池モジュールの強度を低下させることなく、電池モジュールの軽量化を実現する。また、絶縁膜の頂部が電池カバーより突出して上方に延伸して延伸部を形成し、延伸部の少なく一部が天板の下側のスロット内に収容され、単電池の電池カバーと隣接する単電池の電池ケースという２つの導電体の間の絶縁距離（沿面距離）を増大させ、隣接する単電池間の電気絶縁安全性を向上させる。さらに、構造部材を減少させるとともに、電池モジュールの優れた機械的強度と電気的安全性を保持することは、各企業が引き続き研究している重点である。また、延伸部の少なくとも一部がスロットに収容され、天板が絶縁膜を押し潰すことを防止することができる。

別の実施例において、図７及び図８に示すように、前記電池モジュールは、第１のエンドプレート３、第２のエンドプレート４、第１の弾力部材５及び第２の弾力部材６をさらに含み、前記第１のエンドプレート３は、前記所定の方向における一番目の前記電池ユニット１の前端に設けられ、前記第２のエンドプレート４は、前記所定の方向における最後の前記電池ユニット１の後端に設けられ、前記第１の弾力部材５は、前記第１のエンドプレート３と一番目の前記電池ユニット１との間に予め圧着され、前記第２の弾力部材６は、前記第２のエンドプレート４と最後の前記電池ユニット１との間に予め圧着されている。

第１のエンドプレート３は、一番目の前記電池ユニット１に後向きの力を提供し、第２のエンドプレート４は、最後の前記電池ユニット１に前向きの力を提供し、ここでの前、後は、前記所定の方向に対するものである。このように、第１のエンドプレート３と第２のエンドプレート４により、電池モジュールを構成する複数の電池ユニット１に圧着力を提供し、これにより複数の電池ユニット１を一体に圧着する。

装着時には、第１のエンドプレート３と第２のエンドプレート４の電池モジュールにおける位置が固定されるため、第１の弾力部材５及び第２の弾力部材６で、複数の電池ユニット１に両端から内側への圧力を持続的に与えることができる。

本実施例において、前記第１の弾力部材５及び第２の弾力部材６は、メタルドーム又はスプリングであってもよい。

電池モジュールにおける電池ユニット１が膨張し変形した場合、電池ユニット１の２つの大面の膨張変形が大きいため、電池モジュールの両端の第１のエンドプレート３及び第２のエンドプレート４に大きな膨張力がかかり、この場合、第１の弾力部材５及び第２の弾力部材６が変形して、電池ユニット１に発生した膨張力を吸収し緩和し、電池モジュールの両端の第１のエンドプレート３及び第２のエンドプレート４の変形と、電池モジュールの長手方向（所定の方向）に沿った接着部材（絶縁膜１２）の失効とを防止し、電池モジュールの構造強度を向上させる。

また、図７及び図８に示す実施例の一変形例において、一番目の前記電池ユニットの前記第１のエンドプレートに対向している面に第１の駆動板が設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第１の駆動板と第１のエンドプレートとの間に設けられ、最後の前記電池ユニットの前記第２のエンドプレートに対向している面に第２の駆動板が設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第２の駆動板と第２のエンドプレートとの間に設けられている。

図７及び図８に示す実施例に対して、該実施例において、第１の駆動板により、第１の弾力部材の弾力が前記電池ユニット上で作用する面積を増大させ、第２の駆動板により、第２の弾力部材の弾力が前記電池ユニット上で作用する面積を増大させることで、第１の弾力部材及び第２の弾力部材と電池ユニットの直接接触による電池ユニットの破損、傷等を回避する。

また、図示していない一実施例において、前記絶縁膜は、前記電池ケースの側面のみに被覆されており、前記電池ケースの底面の絶縁を実現するために、前記電池ケースの底面に絶縁基板を設けている。好ましくは、この場合、前記絶縁膜の下縁を、前記絶縁基板の上縁に重ねて繋げ、このように、絶縁膜と絶縁基板との接合箇所における絶縁性能を確保することができる。

また、図示していない一実施例において、隣接する２つの支持ブロックの間にスロットが形成されてもよい。

以上の記載は、本発明の好ましい実施形態に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の構想及び原則内で行われた全ての修正、等価置換及び改善などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１ 電池ユニット
１１ 単電池
１１１ 電池ケース
１１１１ 第１の大面
１１１２ 第１の小面
１１１３ 第２の大面
１１１４ 第２の小面
１１２ 電池カバー
１２ 絶縁膜
１２０延伸部
１２１ 折り目
１２２ 第１の背粘着層
１２３ 第２の背粘着層
１２３１ 第１の大面背粘着層
１２３２ 第２の大面背粘着層
１２３３ 第１の小面背粘着層
１２３４ 第２の小面背粘着層
１２４ 封止部
１２５ 二重膜構造
２ 天板
２１ 支持ブロック
２１１ スロット
２１２ 突起ブロック
３ 第１のエンドプレート
４ 第２のエンドプレート
５ 第１の弾力部材
６ 第２の弾力部材

Claims (15)

1. 所定の方向に沿って積層される複数の電池ユニットと、天板とを含む電池モジュールであって、
   前記電池ユニットは、単電池と絶縁膜とを含み、
   前記単電池は、電池ケース、前記電池ケース内に設けられたセル、及び前記電池ケースの端部に設けられた電池カバーを含み、
   前記絶縁膜は、少なくとも前記電池ケースの側面に被覆され、隣接する２つの前記電池ユニットの前記絶縁膜は、前記所定の方向に互いに接着することで、複数の前記電池ユニットを一体に接続し、前記絶縁膜は、前記絶縁膜の頂部が前記電池カバーより突出して上方に延伸して形成された延伸部を含み、
   前記天板は、前記電池ユニットの上側に設けられ、前記天板の下側にスロットが設けられ、前記延伸部の少なくとも一部が前記スロット内に収容されている、
   電池モジュール。
2. 前記天板の底部に、複数の支持ブロックが設けられている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記支持ブロックに接して前記スロットが形成されているか、又は、隣接する２つの支持ブロックの間に前記スロットが形成されている、
   請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記支持ブロックは、前記天板の底部から前記電池カバーの方向に向かって延伸し、前記電池カバーに支持されている、
   請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記絶縁膜は、前記電池ケースの側面に被覆され、前記電池ケースの底面に絶縁基板が設けられている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
6. 前記絶縁膜の下縁は、前記絶縁基板の上縁に重なっている、
   請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記電池ケースの側面は、第１の大面及び第２の大面を含む大面と、第１の小面及び第２の小面を含む小面とを含み、前記第１の大面、第１の小面、第２の大面及び第２の小面は、順次接続されて前記電池ケースの側面を形成し、前記大面の面積は、前記小面の面積より大きく、
   前記第１の大面と第２の大面は、対向して設けられ、前記第１の小面と第２の小面は、対向して設けられている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
8. 前記電池ケースに貼合される前記絶縁膜の側面に第１の背粘着層が設けられ、前記絶縁膜は、前記第１の背粘着層により、前記電池ケースの側面に接着されている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
9. 隣接する２つの前記電池ユニットの間に位置する前記絶縁膜の外側に第２の背粘着層が設けられ、隣接する２つの前記電池ユニットが前記第２の背粘着層により接着されている、
   請求項１に記載の電池モジュール。
10. 前記絶縁膜の封止部は、前記第１の小面及び／又は第２の小面に位置している、
    請求項７に記載の電池モジュール。
11. 前記絶縁膜の前記封止部に二重膜構造が形成されている、
    請求項１０に記載の電池モジュール。
12. 前記二重膜構造の幅ｋは以下の条件を満たす、
    ２ｘ≧３ｋ≧ｘ
    （ここで、ｘは、第１の小面又は第２の小面の幅である。）
    請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記電池モジュールは、第１のエンドプレート、第２のエンドプレート、第１の弾力部材及び第２の弾力部材をさらに含み、前記１のエンドプレートは、前記所定の方向における一番目の前記電池ユニットの前端に設けられ、前記第２のエンドプレートは、前記所定の方向における最後の前記電池ユニットの後端に設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第１のエンドプレートと一番目の前記電池ユニットとの間で予め圧着され、前記２の弾力部材は、前記第２のエンドプレートと最後の前記電池ユニットとの間で予め圧着されている、
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電池モジュール。
14. 一番目の前記電池ユニットの前記第１のエンドプレートに対向している面に第１の駆動板が設けられ、前記第１の弾力部材は、前記第１の駆動板と第１のエンドプレートとの間に設けられ、
    最後の前記電池ユニットの前記第２のエンドプレートに対向している面に第２の駆動板が設けられ、前記第２の弾力部材は、前記第２の駆動板と第２のエンドプレートとの間に設けられている、
    請求項１３に記載の電池モジュール。
15. 前記第１の弾力部材及び第２の弾力部材は、メタルドーム又はスプリングである、
    請求項１３に記載の電池モジュール。

Images