JP7359448B2 - スタック可能なバッテリモジュールのためのモジュールハウジング、バッテリモジュール、及びバッテリスタック - Google Patents

Description

本発明は、スタック可能なバッテリモジュールのためのモジュールハウジングに関し、複数のバッテリモジュールをスタック方向にバッテリスタックをなすようにスタック可能であり、底面区域と、バッテリモジュールのバッテリユニットを収容するための収容スペースとを有する。さらに本発明は、モジュールハウジングを有する、バッテリスタックのためのバッテリモジュールに関し、且つスタックされたバッテリモジュールとして配置された多数のバッテリユニットを有するバッテリスタックに関する。

電気エネルギー蓄積器は、たとえば電動車両など、現代の技術において広範に用いられている。このような種類のエネルギー蓄積器の考えられる実施形態は、たとえばリチウムイオン電池である。このような種類のバッテリの性能を向上させるために、複数のバッテリセルをバッテリユニットとしてバッテリモジュールに配置し、そこでバッテリレベルの提供のために電気的に並列につなぐことが知られている。このような種類のバッテリの電気的な性能のさらなる向上を実現するために、２つ又はそれ以上のこのようなバッテリモジュールを、１つのバッテリスタックをなすように上下して配置することができ、ないしはスタックすることができ、特に、バッテリモジュールの個々のバッテリユニットを直列に配線することができる。

特に電動車両では、このような種類のバッテリスタックが空間的に大型のデバイスとなることがあり得る。それと同時に、このような種類のバッテリスタックは無視することのできない自重も有することがあり得る。したがって、バッテリスタックの、及びこれに加えて電動車両全体の安定性の提供は、設計上の１つのチャレンジとなり得る。従来技術では、特に、外部のコンポーネントによって、たとえばバッテリスタックのための保持構造、支持部及び／又は補強部などによって、バッテリスタックそのものの安定性を、ないしは、電動車両でのバッテリスタックの安定性を、どのようなときにも、かつ特にどのような状況でも保証することが知られている。しかしこのような種類の追加の部材は、少なくとも１つの追加の重量と追加の設計所要スペースとを生じさせる。

したがって本発明の課題は、上に説明した欠点を少なくとも部分的に取り除くことにある。特に本発明の課題は、バッテリスタック全体の安定性が、及び好ましくはこれに加えてバッテリスタックが組み付けられる電動車両全体の安定性が提供される、又は少なくとも改善される、スタック可能なバッテリモジュールのためのモジュールハウジング、バッテリモジュール、及びバッテリスタックを、低コストかつ簡易な方式で提供することにある。

上記の課題は、独立請求項１の構成要件を有する、スタック可能なバッテリモジュールのためのモジュールハウジングによって解決される。さらにこの課題は、副請求項１０の構成要件を有するバッテリスタックのためのバッテリモジュールによって解決され、且つ副請求項１１の構成要件を有するバッテリスタックによって解決される。本発明のその他の構成要件や詳細は、従属請求項、発明の詳細な説明、及び図面から明らかとなる。このとき、本発明に基づくモジュールハウジングとの関連で記載されている構成要件や詳細は、当然ながら、本発明に基づくバッテリモジュール及び本発明に基づくバッテリスタックとの関連でも当てはまり、その逆も成り立つので、個々の発明態様に関わる開示事項は常に相互に参照され、ないしは参照することができる。

本発明の第１の態様では、スタック可能なバッテリモジュールのためのモジュールハウジングによって課題が解決され、複数のバッテリモジュールをスタック方向でバッテリスタックをなすようにスタック可能であり、底面区域と、バッテリモジュールのバッテリユニットを収容するための収容区域とを有する。本発明によるモジュールハウジングは、底面区域が、収容スペースのほうを向く底面内側に、バッテリモジュールのバッテリユニットを力伝達式に収容するためのバッテリ内側収容部を有するとともに、収容スペースと反対を向く底面外側に、別のバッテリモジュールのバッテリユニットを力伝達式に収容するためのバッテリ外側収容部を有することを特徴とする。

本発明によるモジュールハウジングは、スタック可能なバッテリモジュールのハウジングの提供のために意図される。本発明の意味におけるスタック可能とは、特に、本発明によるモジュールハウジングによってハウジングが提供される個々のバッテリモジュールが上下に配置されて、バッテリスタックをなすようにスタックできることを意味する。このことは特にスタック方向で行うことができ、それにより、バッテリスタックは多くの場合、スタック方向に最大の広がりを有する。モジュールハウジングの収容スペースにバッテリユニットを配置可能である。収容スペースは、特に、底面区域の１つの端部で区切られる。底面区域は、特に、スタック方向で見て上側又はその代わりに下側で、本発明によるモジュールハウジングないしその収容スペースを区切る。

そして本発明の要部として、この底面区域は、モジュールハウジングの収容スペースに配置される、バッテリユニットを収容するためのバッテリ内側収容部を有する。このことを保証するために、バッテリ内側収容部は、収容スペースのほうを向いている底面区域の底面内側に配置される。

特にバッテリ内側収容部は、バッテリユニットの力伝達式の収容を提供することができるように構成される。本発明の意味における力伝達式とは、特に、バッテリユニットから底面区域へ、及びその逆に底面区域からバッテリ内側収容部に配置されているバッテリユニットへ力を伝達できることを意味し得る。さらに底面区域は、収容スペースと反対を向くほうの底面区域の側に配置される底面外側に、同じくバッテリユニットを収容するために構成されるバッテリ外側収容部を有する。バッテリ外側収容部に配置されるこれらのバッテリユニットは、特に、バッテリスタックにおいてその次に配置されたバッテリモジュールに付属する別のモジュールハウジングの収容スペースに配置されていてよい。バッテリ外側収容部は、バッテリ内側収容部に準じて、別のバッテリモジュールのバッテリユニットを力伝達式に収容するために構成される。換言すると、バッテリ外側収容部によっても、それぞれのバッテリユニットから底面区域へ、及び底面区域からバッテリユニットへ力を伝達することができる。換言すると底面区域によって、特に底面区域のバッテリ内側収容部及びバッテリ外側収容部によって、第１のバッテリモジュールのバッテリユニットから、別のバッテリモジュールのモジュールハウジングの底面区域を介して、当該バッテリモジュールのバッテリユニットへの連続する力経路が提供される。このようにして本発明により、ハウジング又は外部の部材がバッテリスタックに関わる力伝達提供を提供するだけでなく、バッテリスタックのバッテリユニットそのものも、このような種類の力伝達のために利用可能であることを提供することができる。換言すると、バッテリユニットが力伝達に取り込まれることで、バッテリスタックの固有剛性をいっそう容易かつ良好に提供することができ、特に、外部の安定化部材が省略されることで、重量と必要な設計スペースを節減することができる。

このような種類の本発明によるモジュールハウジングとともにバッテリスタックが電動車両で使用されたときに、このような種類のバッテリスタックによって電動車両全体の剛性を提供することさえでき、又は、少なくとも補助できることが意図されるのが特別に好ましい。

さらに、本発明によるモジュールハウジングでは、バッテリ内側収容部及び／又はバッテリ外側収容部が、それぞれのバッテリユニットを形状接合式及び／又は外力接合式及び／又は摩擦接合式に取り付けるための接触面を有することが意図されていてよい。このような種類の接触面によって、特に、それぞれのバッテリ内側収容部ないしバッテリ外側収容部でのバッテリユニットの力伝達式の収容を、特別に簡易かつ確実に提供することができる。バッテリユニットからバッテリ外側収容部を介して底面区域への、及びこれに続いて底面区域からバッテリ内側収容部を介して別のバッテリユニットへの特別に良好でフレキシブルな力伝達を、このようにして提供することができる。

さらに本発明によるモジュールハウジングの発展例では、接触面が、それぞれのバッテリユニットが形状接合式及び／又は外力接合式及び／又は摩擦接合式に接触するための側方区域を少なくとも部分的に提供することが意図されていてよく、側方区域はスタック方向の方向に延びる。このようにして、バッテリモジュールを有するバッテリスタック全体の安定性のいっそうの向上を、本発明によるモジュールハウジングによって提供することができる。それぞれのバッテリユニットのいっそう改善された接触を保証できるようにするために、及び、それによってそれぞれバッテリ内側収容部ないしバッテリ外側収容部でのバッテリユニットのいっそう効率的な力伝達式の収容を保証できるようにするために、側方区域は特に平坦に構成されていてよい。

さらに本発明によるモジュールハウジングを発展させて、側方区域がそれぞれのバッテリユニットの外周全体又は少なくとも実質的に外周全体に沿って、スタック方向に対して横向きに延在させるようにすることが特別に好ましい。本発明の意味における外周上でとは、特に、たとえばバッテリユニットが少なくとも実質的に円筒状に構成される場合に、側方区域も同じく円筒外套状にそれぞれのバッテリユニットの外面に密着することを意味する。このようにしてスタック方向に対して横向きに、特にスタック方向に対して垂直に、どの方向へもそれぞれの側方区域によるバッテリユニットへの接触を保証することができる。バッテリ内側収容部ないしバッテリ外側収容部でのそれぞれのバッテリユニットの傾動防止を、このようにして提供することができる。

本発明によるモジュールハウジングは、バッテリ内側収容部及び／又はバッテリ外側収容部が、バッテリユニットを物質接合式に取り付けるための接着結合のための接着面を有するように構成されていてもよい。バッテリ内側収容部ないしバッテリ外側収容部でそれぞれのバッテリユニットが接着されることで、その位置でのバッテリユニットの固定をさらにいっそう向上させることができる。バッテリユニットと、底面区域及びそれに伴ってモジュールハウジング全体との間のさらに改善された力導入ないし力伝達を、このようにしてなおいっそう向上させることができる。

これに加えて本発明によるモジュールハウジングは、バッテリ内側収容部とバッテリ外側収容部が１組ごとに一直線上に並ぶように、又は少なくとも実質的に一直線上に並ぶように、相互に配置されることを特徴としていてよい。このようにして、バッテリ内側収容部とバッテリ外側収容部に配置されたバッテリユニットも、１組ごとに一直線上に並ぶように、又は少なくとも実質的に一直線上に並ぶように配置されるようにすることができる。本発明によるモジュールハウジングのそれぞれの底面区域を介してのバッテリユニットの間のさらに改善された力伝達を、このようにして可能にすることができる。本発明によるモジュールハウジングは、それぞれ１つのバッテリ内側収容部とバッテリ外側収容部からなる１組が、バッテリユニットの電気接触のための共通の接触開口部をそれぞれ有する発展形態とされていてもよい。このようにして、特に、各組のバッテリユニットの個々のバッテリユニットの電気接触を、特別に簡易に行えることを提供することができる。個々のバッテリモジュールの電気的な直列接続を、このようにしていっそう簡易に実行することができる。

本発明によるモジュールハウジングは、壁区域が底面区域に配置され、特に周回して配置されるように構成されていてもよく、さらに、底面区域と反対を向くほうの壁区域の端部に、別のモジュールハウジングの対応配置領域を配置するための配置領域が配置される。このような種類の壁区域によって、特に、底面区域とともに収容スペースを区切ることができる。この壁区域も、特に、本発明によるモジュールハウジングを有するバッテリモジュールから、別の本発明によるモジュールハウジングを有する別のバッテリモジュールへの力伝達に寄与することができる。ただし、壁区域が力伝達全体を提供しなければならないことの多い従来技術と比較したとき、本発明によるモジュールハウジングでは、壁区域が力全体を伝達しなくてよいので、安定性が低くてよいのでより少ない重量で構成することができる。

本発明によるモジュールハウジングの発展形態では、さらに、配置領域が別のモジュールハウジングの対応配置領域の対応する接着区域と接着するための接着区域を有することを意図することができる。個々のモジュールハウジングの相互のこのような種類の接着により、力伝達のいっそうの向上をバッテリスタック全体で可能にすることができる。本発明によるモジュールハウジングを有するバッテリモジュールを有するバッテリスタックのさらに安定的な構成を、このようにして可能にすることができる。

本発明の第２の態様では、モジュールハウジングを有するバッテリスタックのためのバッテリモジュールによって課題が解決される。本発明によるバッテリモジュールは、モジュールハウジングが本発明の第１の態様に基づいて構成されることを特徴とする。したがって、本発明の第１の態様に基づくモジュールハウジングに関して詳細に説明してきたすべての利点を、本発明の第１の態様に基づくこのような種類の本発明によるモジュールハウジングを有する、発明によるバッテリモジュールによっても提供することができる。

本発明の第３の態様では、スタックされたバッテリモジュールに配置された多数のバッテリユニットを有するバッテリスタックによって課題が解決される。本発明によるバッテリスタックは、バッテリモジュールが本発明の第２の態様に基づいて構成されることを特徴とする。

本発明の第２の態様に基づくバッテリモジュールは、特に、本発明の第１の態様に基づくモジュールハウジングを有する。したがって、本発明の第３の態様に基づく本発明によるバッテリスタックは、本発明の第２の態様に基づくバッテリモジュールに関して、ないしは本発明の第１の態様に基づくモジュールハウジングに関してすでに詳細に説明してきたすべての利点を有する。

本発明のその他の利点、構成要件、及び具体的事項は、図面を参照しながら本発明の実施例が個別に説明される以下の説明から明らかとなる。このとき、特許請求の範囲と発明の詳細な説明に記載されている各構成要件はそれぞれ単独で、又は任意の組み合わせで、本発明の要部となり得る。実施形態の説明は、本発明を例示の枠内でのみ記述するものである。当然ながら、実施形態の個々の構成要件は、技術的に有意義である限りにおいて、本発明の枠組から逸脱することなく互いに自由に組み合わせることができる。同じ機能と作用形態を有する部材は、各図面において同一の符号が付されている。

図１は本発明によるモジュールハウジングをスタック方向の視線で示す。 図２は本発明によるモジュールハウジングをスタック方向に沿った視線で示す。 図３は本発明によるバッテリスタックの図を示す。

図１及び２には、本発明によるモジュールハウジング１０が２つの異なる視線で、すなわち図１ではスタック方向Ｓと反対向きの視線で、図２ではスタック方向Ｓを上から見た視線で示されている。したがって、以下においては両方の図１及び２について一緒に説明し、両方の図面の具体的事項に関してそれぞれ個別に詳しく立ち入ることはしない。

図１及び２には、本発明によるモジュールハウジング１０が示されている。モジュールハウジング１０は、特に、壁区域３０とともに収容スペース１１を区切る底面区域２０を有している。本発明によるモジュールハウジング１０の図示した実施形態では、底面区域２０はスタック方向Ｓで見てモジュールハウジング１０の下に配置されている。本発明によるモジュールハウジング１０の別案の実施形態では、底面区域２０が本発明によるモジュールハウジング１０ないしその収容スペース１１の上側の終端部を形成することもできる。収容スペース１１の中に、バッテリモジュール１のバッテリユニット２（それぞれここには図示せず）を配置することができる。バッテリスタック１００（ここには図示せず）を構成するために、それぞれ本発明によるモジュールハウジング１０を有するバッテリモジュール１を上下に積み重ねることができる。この目的のために、モジュールハウジング１０はその壁区域３０に、別のモジュールハウジング１０の対応配置領域１２とともにバッテリモジュール１のスタック可能性を提供ないし保証することができる配置領域３１をそれぞれ有している。さらに、配置領域３１に接着区域３２、及び対応配置領域１２に対応接着区域１３が配置されていてよく、それによってバッテリモジュール１のスタックをいっそう簡易化し、特に安定化して行うことができる。

本発明の要部として、本発明によるモジュールハウジングの底面区域２０は底面内側２１にバッテリ内側収容部２２を有し、且つ底面外側２３にバッテリ外側収容部２４を有している。バッテリ内側収容部２２及びバッテリ外側収容部２４は、それぞれバッテリユニット２を力伝達式に収容するために構成される。このときバッテリ内側収容部２２は、それぞれのモジュールハウジング１０の収容スペース１１に配置されるバッテリユニット２を収容する。バッテリ外側収容部２４は、上記に準じて、バッテリスタック１００におけるバッテリモジュール１の次の別のモジュールハウジング１０に配置されたバッテリユニット２を収容するために構成される。接触開口部２５によって、個々のバッテリユニット２を互いに導電接続できることを提供することができる。バッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４はいずれも接触面４０をそれぞれ有していて、これらの接触面により、それぞれのバッテリユニット２の形状接合式及び／又は外力接合式及び／又は摩擦接合式の取り付けを行うことができる。特に、これらの接触面４０は側方区域４１として、好ましくはそれぞれのバッテリユニット２の外周全体に沿って、又は少なくとも実質的に外周全体に沿って、スタック方向に対して横向きに延びる側方区域４１を含むことができる。このようにして、それぞれのバッテリ内側収容部２２ないしバッテリ外側収容部２４でのバッテリユニットの特別に良好な力伝達式の収容、及び特にそれぞれのバッテリユニット２の傾動防止を提供することができる。さらに、バッテリ内側収容部２２及びバッテリ外側収容部２４は接着面４２を有していて、これらの接着面により、バッテリ内側収容部２２ないしバッテリ外側収容部２４でのそれぞれのバッテリユニット２の接着及びそれに伴って物質接合式の結合を行うことができる。バッテリ内側収容部２２へもバッテリ外側収容部２４へも、バッテリユニット２のさらに改善された力伝達式の収容をこのようにして提供することができる。さらに、個々のバッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４が１組ごとに互いに一直線上に並ぶように配置されている様子を見ることができる。このような種類の１組のバッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４に配置される、同じく１組ごとに一直線上に並ぶバッテリユニット２の配置を、このようにして提供することができる。

全体として、バッテリモジュール１のモジュールハウジング１０の底面区域２０におけるバッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４によるバッテリモジュール１のバッテリユニット２の力伝達式の収容により、力伝達にあたってバッテリユニット２を一緒に取り込み得ることが提供される。したがって、バッテリスタック１００全体の剛性を、壁区域３０や外部の部材によって提供できるだけでなく、バッテリユニット２自体によってすでに少なくとも部分的に提供し、且つ／又は少なくとも補助することができる。バッテリスタック１００の全体が、このようにしていっそう安定的に、かつそれにも拘わらず少ない重量で構成され得る。

図３は、本発明によるバッテリスタック１００の詳細図を示しており、特に、スタック方向Ｓで上下に配置された２つのバッテリモジュール１ないしそのモジュールハウジング１０の結合領域を示している。ここでは下側のモジュールハウジング１０の壁区域３０、及び特に底面区域２０、並びに上側のモジュールハウジング１０の壁区域３０の一部が示されている。両方のモジュールハウジング１０は配置領域３１と対応配置領域１２を介して相互に結合されており、特に、ここでは両方のモジュールハウジング１０の物質接合式の結合のための接着区域３２と対応接着区域１３も設けられている。さらに、１組のバッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４が示されており、これらにそれぞれバッテリユニット２が配置されている。明らかに見られるとおり、接触開口部２５によって両方のバッテリユニット２の相互の電気接触を実行可能である。接触面４０は、特に接触面４０の側方区域４１は、バッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４におけるそれぞれのバッテリユニット２の形状接合式及び／又は摩擦接合式及び／又は外力接合式の取り付けのために構成されている。このようにして、バッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４でのバッテリユニット２の力伝達式の収容を提供することができる。

さらに接着面４２は、バッテリ内側収容部２２とバッテリ外側収容部２４へのバッテリユニット２の接着及びそれによる特に物質接合式の結合を可能にする。全体として、バッテリ内側収容部２２が底面内側２１に配置され、バッテリ外側収容部２４が底面外側２３に配置されている様子も明らかである。底面内側２１は上側のモジュールハウジング１０の収容スペース１１のほうを向き、底面外側２３は下側のモジュールハウジング１０の収容スペース１１のほうを向く。

１ バッテリモジュール
２ バッテリユニット
１０ モジュールハウジング
１１ 収容スペース
１２ 対応配置領域
１３ 対応接着区域
２０ 底面区域
２１ 底面内側
２２ バッテリ内側収容部
２３ バッテリ外側
２４ バッテリ外側収容部
２５ 接触開口部
３０ 壁区域
３１ 配置領域
３２ 接着区域
４０ 接触面
４１ 側方区域
４２ 接着面
１００ バッテリスタック
Ｓ スタック方向

Claims (9)

1. スタック可能なバッテリモジュール（１）のためのモジュールハウジング（１０）であって、複数の前記バッテリモジュール（１）をスタック方向（Ｓ）でバッテリスタック（１００）をなすようにスタック可能であり、底面区域（２０）と、前記バッテリモジュール（１）のバッテリユニット（２）を収容するための収容スペース（１１）とを有するモジュールハウジングにおいて、
   前記底面区域（２０）が、前記収容スペース（１１）のほうを向く底面内側（２１）に、前記バッテリモジュール（１）の前記バッテリユニット（２）を収容するためのバッテリ内側収容部（２２）を有するとともに、前記収容スペース（１１）と反対を向く底面外側（２３）に、別のバッテリモジュール（１）のバッテリユニット（２）を収容するためのバッテリ外側収容部（２４）を有し、
   前記バッテリ内側収容部（２２）と前記バッテリ外側収容部（２４）とは１組ごとに実質的に一直線上に並ぶように、相互に配置されており、
   それぞれ１つの前記バッテリ内側収容部（２２）と前記バッテリ外側収容部（２４）からなる１組が前記バッテリユニット（２）の電気接触のための共通の接触開口部（２５）をそれぞれ有し、
   前記モジュールハウジング（１０）は、前記バッテリモジュール（１）の前記バッテリユニット（２）と前記別のバッテリモジュール（１）の前記バッテリユニット（２）とを、前記共通の接触開口部（２５）を介して互いに直接的に連結させることを特徴とするモジュールハウジング（１０）。
2. 前記バッテリ内側収容部（２２）及び／又は前記バッテリ外側収容部（２４）が、それぞれの前記バッテリユニット（２）を取り付けるための接触面（４０）を有することを特徴とする、請求項１に記載のモジュールハウジング（１０）。
3. 前記接触面（４０）は、それぞれの前記バッテリユニット（２）に取り付けるための側方区域（４１）を少なくとも部分的に有し、前記側方区域はスタック方向（Ｓ）の方向に延びることを特徴とする、請求項２に記載のモジュールハウジング（１０）。
4. 前記側方区域（４１）はそれぞれの前記バッテリユニット（２）の外周全体に沿って、スタック方向（Ｓ）に対して横向きに延びることを特徴とする、請求項３に記載のモジュールハウジング（１０）。
5. 前記バッテリ内側収容部（２２）及び／又は前記バッテリ外側収容部（２４）は前記バッテリユニット（２）の接着結合のための接着面（４２）を有することを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のモジュールハウジング（１０）。
6. 前記底面区域（２０）に壁区域（３０）が周回して配置され、さらに前記底面区域（２０）と反対を向くほうの前記壁区域（３０）の端部に、別のモジュールハウジング（１０）の対応配置領域（１２）を配置するための配置領域（３１）が配置されていることを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のモジュールハウジング（１０）。
7. 前記配置領域（３１）は別のモジュールハウジング（１０）の前記対応配置領域（１２）の対応接着区域（１３）と接着するための接着区域（３２）を有することを特徴とする、請求項６に記載のモジュールハウジング（１０）。
8. モジュールハウジング（１０）を有するバッテリスタック（１００）のためのバッテリモジュール（１）において、前記モジュールハウジング（１０）が請求項１～請求項７のいずれか一項に基づいて構成されていることを特徴とするバッテリモジュール（１）。
9. スタックされたバッテリモジュール（１）に配置された多数のバッテリユニット（２）を有するバッテリスタック（１００）において、前記バッテリモジュール（１）が請求項８に基づいて構成されていることを特徴とするバッテリスタック（１００）。

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