JP7495946B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、接合軸に対して平行に配置された個々の電池セルを収容するための基体を備え、この基体が、接合軸に対して横に延在する、直接的に電池セルのセル外周に給送される調温流体用の流路を構成する電池モジュールに関する。

従来技術から、直接的に個々の電池セルに調温流体が給送される電池モジュールが知られている（国際公開第２０１７０６７９２３号パンフレット）。但し、個々の電池セルに損傷が生じた場合、特に熱暴走が生じた場合、これら電池セルが、その外周に沿って破裂するとの問題がある。この場合、調温流体による直接的な給送及び流体流路内で電池セルが直接的に隣接することに基づいて、連鎖反応のリスクが更に増幅される。

直接的に給送されない電池セルにおける連鎖反応を回避するため、ここのセルを耐圧性のスリーブによって取り巻き、これにより、セル極の領域での破裂を強制することが既に提案されている（中国特許第１０８５７４０７３号明細書）。但し、これの欠点は、スリーブによって電池セルの緩慢な温度制御が得られ、これにより、電池モジュール内の短期の負荷ピーク又は熱的アンバランスに全く又は遅延してしか反応することができず、これが、目前の作業に対する電池セルの損傷のリスクを高めることである。

国際公開第２０１７０６７９２３号パンフレット 中国特許第１０８５７４０７３号明細書

従って、冒頭で説明した種類の電池モジュールから出発して、本発明の課題は、ピーク負荷時の個々の電池セルへの熱的損傷の危険を低減するだけでなく、熱暴走の障害時の連鎖反応の拡大も回避することにある。

本発明は、電池セルごとに、電池セルを周囲側から遊びをもって包囲するそれぞれ１つの破裂防止スリーブが、接合軸の方向で流路の前後に支承され、流路が、電池セルの２８～６０％の高さにわたって延在し、各破裂防止スリーブが、電池セルの２０～３６％の高さにわたって延在することによって、提起した課題を解決する。驚くべきことに、セル外周の領域でのシリンダ状の電池セルの破裂は、スリーブがセル外周高さ全体にわたって延在する場合だけでなく、電池セルの高さの２０～３６％の２つの極側の部分が破裂防止スリーブによって包囲される場合でも、そのために設けられた極側の弁を介したガス放出のために、防止できることがわかった。特に好ましい実施形態では、破裂防止スリーブは、それぞれ、電池セルの高さの２８～３０％の部分を包囲することができる。この場合、破裂防止スリーブが直接的にセル極に接続することは、必要ない。この措置により、調温流体の流路のために利用可能な領域は、電池セルの２８～６０％、好ましくは４０～４４％の高さに低減されるが、調温流体（これは、例えば空気又は液体であり得る）の間の縮小された直接的接触面は、より高い容積流によって補償することができる。更に、動的制御挙動が改善されるが、それは、貫流すべき全容積が低減されるからである。電池セルの製造交差を考慮するだけでなく、故障の場合でも、機械的冗長性を、従って流路のシール作用の破壊を回避するため、本発明によれば、破裂防止スリーブが、遊びをもって、即ち、破裂防止スリーブと包囲される電池セルの外周との間に空隙が残っているように、電池セルを包囲することが提案される。この空隙の領域内での電池セルの可能な膨張は、熱暴走時の機械的挙動に有利であるが、それは、電池セルの問題のない膨張が可能なままであり、破裂防止スリーブへの、更には電池モジュール全体への損傷を未だ生じさせないからである。

本発明による装置の製造を容易化し、流路のシール作用を改善するため、一群の破裂防止スリーブが、基体とは別個の破裂防止装置を構成すること、が提案される。この場合、破裂防止スリーブは、支持構造を介して破裂防止装置を構成するように結合することができるか、破裂防止装置は、例えば、個々の破裂防止スリーブを形成する貫通孔の形態で形成することができる。これらの措置は、個々の電池セルを最初に基体に挿入することができ、流路のシール作用が、機械的過負荷によっても、破裂防止スリーブによるシールの損傷によっても妨害されないとの利点を有する。以下のステップで初めて、破裂防止スリーブは、基体とは別個の破裂防止装置として基体から突出する電池セルの終端部分上に装着することができる。

本発明により設けられる破裂防止スリーブと電池セルの間の空隙が、均等に形成され、基体とは別個の破裂防止装置の場合には基体と破裂防止装置の互いの相対位置を設定することができるように、破裂防止スリーブ内に、破裂防止スリーブ内で電池セルの位置調整をするための２つの、好ましくは３つの調心ノーズを設けることができる。そのような調心ノーズは、更に、電池モジュールもしくは個々の電池セルへの機械的負荷を、電池セルに当接する基体のシールを介してではなく、機械的により安定した調心ノーズを介して吸収することができるとの利点を提供する。これは、特に、破裂防止スリーブが基体と一体的に形成されているか、破裂防止装置及び基体がその互いの相対位置に固定されている場合がそうである。

個々の電池セルのその極接触に依存しない省スペースの並列接続は、基体と、接合軸に対して基体の一方の側に位置する破裂防止スリーブとの間に、電池セルを並列接続するための導電性の並列プレートが設けられている場合に、簡単に可能にすることができる。このような並列プレート（電池セルの接合軸に沿ったその正確な位置決めが、本発明の実施形態に応じて異なり得る）は、個々の電池セルを並列接続するための電気接点を形成するだけでなく、更に、機械的に安定化させる課題も満足する。それにもかかわらず、破裂防止スリーブ内の空隙により、個々の電池セルは、その極の領域内で、接合軸に対して横に限定的な範囲内で自由に可動のままであるので、複数の電池モジュールの接触及び機械的結合を容易化することができる。

個々の電池セルの電気的接触は異なる形式で行なうことができるが、特に有利な条件は、並列プレートが、少なくとも１つの破裂防止スリーブの空隙内に突出する、破裂防止スリーブによって包囲された電池セルを摩擦係合式に接触させるための接点舌部を備える場合に得られる。この場合、空隙内に突出する弾性的に形成された接点舌部は、接触力を改善し、これにより電気的接触を改善しつつ破裂防止スリーブに支持されるだけでなく、同時に破裂防止スリーブ内での電池セルの位置調整も可能にするので、少なくとも並列プレートの側で、破裂防止スリーブ内の調心ノーズを省略することができる。

電池セルの機械的に柔軟な接触（この接触は、脱ガスによる個々の電池セルの故障の拡大を同時に防止する）は、個々の電池セルを電気的に接触させるための極アタッチメントが設けられ、これら極アタッチメントが、それぞれ、電池セル極の領域に接続する、電池セルから流出する高温ガスを導出するための高温ガス通路を備えること、によって得られる。破裂防止スリーブと極アタッチメントの本発明による相互作用により、熱暴走又は同様の効果が生じた場合に生じる高温ガスは、極側で、即ち、このために設けられた脱ガス弁の領域で、損傷を受けた電池セルから排出され、これにより、周囲の電池セルは、セル外周の領域内に損傷を受けることはない。即ち、流路内への高温ガスの流入は、流路と破裂防止スリーブの間のシール作用によって防止されるだけでなく、脱ガス前に外周側で膨張する電池セルが、周囲の破裂防止スリーブに対する空隙を埋め、これによりシールすることによっても防止される。ガスを放出する電池セルの極に対向する隣の電池セルへの給送を防止するため、高温ガス通路は、約９０°の分だけ曲げて形成することができ、これにより、高温ガスは、横方向に、即ち電池セルの接合方向に対して横に転向されて導出される。

損傷を受けた電池セルからの大量の高温ガスの導出以外に、電池モジュールからのこの高温ガス量の排出も安全にとって重要であり、特に、圧力ピークは、電池モジュールの構造的損傷を生じさせることがある。従って、個々の極アタッチメントが、共通の導出通路を構成し、この導出通路に、高温ガス通路が、電池セル極に対向するその終端部分でもって接続すること、が提案される。これら措置により、全ての極アタッチメントにわたって延在する、比較的大きい横断面を備えた導出通路が、局所的な圧力ピークの発生を防止でき、導出通路に接続するより小さい横断面の個々の高温ガス通路は、損傷を受けてない電池セルへの給送のこの危険を低減する。この危険を更に低減するため、個々の高温ガス通路は、耐火手段によって導出通路に対してシールすることができるが、この耐火手段は、故障時にガスを放出する電池セルの場合にのみ圧力に起因して破損させられる。

電池モジュール内での電池セルの支承は、電池セルの製造交差及び形成に基づいてある程度の変化の支配下にあるが、これら変化は、遊びを備えた電池セルのエンクロージャによって補償される。しかしながら、これは、極接触時に、直列に接続された電池セルの機械的に柔軟な結合を必要とする。これは、極アタッチメントが、それぞれ、直列に接触させるべき２つの電池セルを収容するための２つの凹部を備えること、によって実現することができる。この場合、電池モジュール及びスタックに対して相対的な電池セルの相対運動が生じる場合でも、一定の電気的な接続が保証を維持されるが、それは、破裂防止スリーブの空隙内で電池セルが傾いている場合でも、極アタッチメントによって接触が維持されたままだからである。

極アタッチメントと破裂防止スリーブの組立ては、破裂防止スリーブが、極アタッチメントを収容するための凹部を形成する場合に、確実に実施することができる。これにより、電池モジュールの機械的な安定性が向上させられるだけでなく、直列に接続される２つの電池セルの間の電気的接続の解離（相対運動に惹起される）も予防される。

図面には、本発明の対象が、例えば図示されている。

本発明による電池モジュールの斜視図 良好な説明のために１つの電池セルが取り外された、図１の線ＩＩ－ＩＩに沿った断面の拡大図

本発明による電池モジュールは、基体１を有し、この基体は、それぞれ１つの接合軸２に対して対向する貫通穴３を備え、これら貫通穴は、接合軸２に対して平行に配置された個々の電池セル４によって貫通される。基体１は、貫通穴３の領域でＯリング５を介して電池セル４に対してシールされているので、閉じた流路６が形成され、この流路内で、電池セル４のセル外周には、直接的に、即ち調温流体を直に給送することができる。

接合軸２に対して、基体１（その流路６が電池セル４の高さの２８～６０％の高さにわたって、好ましくは図２に図示したように電池セル４の高さの４０～４４％の高さにわたって延在する）には、両側に破裂防止スリーブ７，８が接続する。これら破裂防止スリーブ７，８は、電池セル４の高さの２０～３６％の高さにわたって、好ましくは電池セル４の高さの２８～３０％の高さにわたって延在する。これは必ずしも必要ではないが、破裂防止スリーブ７は、接合軸２に対して基体１からセル極９にまで延在する。破裂防止スリーブ７，８と電池セル４の間には、通常の作動状態で、それぞれ１つの空隙１０が形成され、この空隙が、通常の作動中での電池セル４の少しの膨張を可能にする。

この空隙１０があるにもかかわらず電池セル４を破裂防止スリーブ７，８に対して所定の位置に位置調整できるように、破裂防止スリーブ７，８ごとに、２つの、好ましくは３つの調心ノーズ１１を設けることができる。

特に有利な構成条件は、少なくとも一群の破裂防止スリーブ７，８が、基体１に対して別個の部品として形成された共通の破裂防止装置１２を構成する場合に得られる。

図示した実施形態において電池セルの特に省スペースの並列接触を行なうことができるように、基体１と破裂防止装置１２の少なくとも一方との間に設けられた並列プレート１３を設けることができる。並列プレート１３と電池セル４を電気的に接触させ、破裂防止スリーブ８内で電池セル４を調心するため、並列プレート１３は、摩擦係合式に接触させるための接点舌部１４を備えることができる。これにより、前で説明したような破裂防止スリーブ８における調心ノーズ１１は省略することができる。

本発明による形成により得られる電池セル４の支承は、接合軸２に対して横に限定的に自由なセル極９の可動性を可能にする。直列に接続された複数の電池モジュールの範囲内でのこの利点を利用することができるように、直列に接触させるべき２つの電池セル４を収容するための２つの凹部１６をそれぞれ備える極アタッチメント１５が提案される。

これら極アタッチメント１５は、セル極９の領域に位置するガス放出弁から流出する高温ガスを導出するために、特に好ましい実施形態では共通の導出通路１８に接続する高温ガス通路１７を備えることができる。

破裂防止スリーブ７，８に対する極アタッチメント１５の予備位置調整を行なうことができるように、破裂防止スリーブ７，８は、極アタッチメント１５を収容するための凹部１９を備えることができる。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下も包含し得る。
１．
接合軸（２）に対して平行に配置された個々の電池セル（４）を収容するための基体（１）を備え、この基体が、接合軸（２）に対して横に延在する、直接的に電池セル（４）のセル外周に給送される調温流体用の流路（６）を構成する電池モジュールにおいて、
電池セル（４）ごとに、電池セル（４）を周囲側から遊びをもって空隙（１０）を形成しつつ包囲するそれぞれ１つの破裂防止スリーブ（７，８）が、接合軸（２）の方向で流路（６）の前後に支承され、流路（６）が、電池セル（４）の２８～６０％の高さにわたって延在し、各破裂防止スリーブ（７，８）が、電池セル（４）の２０～３６％の高さにわたって延在すること、を特徴とする電池モジュール。
２．
一群の破裂防止スリーブ（７，８）が、基体（１）とは別個の破裂防止装置（１２）を構成すること、を特徴とする上記１に記載の電池モジュール。
３．
破裂防止スリーブ（７，８）内に、破裂防止スリーブ（７，８）内で電池セル（４）の位置調整をするための２つの調心ノーズ（１１）が設けられていること、を特徴とする上記１又は２に記載の電池モジュール。
４．
基体（１）と、接合軸（２）に対して基体（１）の一方の側に位置する破裂防止スリーブ（７，８）との間に、電池セル（４）を並列接続するための導電性の並列プレート（１３）が設けられていること、を特徴とする上記１～３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
５．
並列プレート（１３）が、少なくとも１つの破裂防止スリーブ（７，８）の空隙（１０）内に突出する、破裂防止スリーブ（７，８）によって包囲された電池セル（４）を摩擦係合式に接触させるための接点舌部（１４）を備えること、を特徴とする上記４に記載の電池モジュール。
６．
個々の電池セル（４）を電気的に接触させるための極アタッチメント（１５）が設けられ、これら極アタッチメントが、それぞれ、電池セル極（９）の領域に接続する、電池セル（４）から流出する高温ガスを導出するための高温ガス通路（１７）を備えること、を特徴とする上記１～５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
７．
個々の極アタッチメント（１５）が、共通の導出通路（１８）を構成し、この導出通路に、高温ガス通路（１７）が、電池セル極（９）に対向するその終端部分でもって接続すること、を特徴とする上記６に記載の電池モジュール。
８．
極アタッチメント（１５）が、それぞれ、直列に接触させるべき２つの電池セル（１９）を収容するための２つの凹部を備えること、を特徴とする上記６又は７に記載の電池モジュール。
９．
破裂防止スリーブ（７，８）が、極アタッチメントを収容するための凹部（１９）を備えていること、を特徴とする上記６～８のいずれか１項に記載の電池モジュール。

Claims (9)

1. 接合軸（２）に対して平行に配置された個々の電池セル（４）を収容するための基体（１）を備え、この基体が、接合軸（２）に対して横に延在する、直接的に電池セル（４）のセル外周に給送される調温流体用の流路（６）を構成する電池モジュールにおいて、
   電池セル（４）が、基体（１）と電池セル（４）の間に配置されたシールによって基体（１）に保持されていること、及び、電池セル（４）ごとに、電池セル（４）を周囲側から遊びをもって空隙（１０）を形成しつつ包囲するそれぞれ１つの破裂防止スリーブ（７，８）が、接合軸（２）の方向で流路（６）の前後に支承され、流路（６）が、電池セル（４）の２８～６０％の高さにわたって延在し、各破裂防止スリーブ（７，８）が、電池セル（４）の２０～３６％の高さにわたって延在すること、を特徴とする電池モジュール。
2. 一群の破裂防止スリーブ（７，８）が、基体（１）とは別個の破裂防止装置（１２）を構成すること、を特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 破裂防止スリーブ（７，８）内に、破裂防止スリーブ（７，８）内で電池セル（４）の位置調整をするための２つの調心ノーズ（１１）が設けられていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の電池モジュール。
4. 基体（１）と、接合軸（２）に対して基体（１）の一方の側に位置する破裂防止スリーブ（７，８）との間に、電池セル（４）を並列接続するための導電性の並列プレート（１３）が設けられていること、を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の電池モジュール。
5. 並列プレート（１３）が、少なくとも１つの破裂防止スリーブ（７，８）の空隙（１０）内に突出する、破裂防止スリーブ（７，８）によって包囲された電池セル（４）を摩擦係合式に接触させるための接点舌部（１４）を備えること、を特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
6. 個々の電池セル（４）を電気的に接触させるための極アタッチメント（１５）が設けられ、これら極アタッチメントが、それぞれ、電池セル極（９）の領域に接続する、電池セル（４）から流出する高温ガスを導出するための高温ガス通路（１７）を備えること、を特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の電池モジュール。
7. 個々の極アタッチメント（１５）が、共通の導出通路（１８）を構成し、この導出通路に、高温ガス通路（１７）が、電池セル極（９）に対向するその終端部分でもって接続すること、を特徴とする請求項６に記載の電池モジュール。
8. 極アタッチメント（１５）が、それぞれ、直列に接触させるべき２つの電池セル（１９）を収容するための２つの凹部を備えること、を特徴とする請求項６又は７に記載の電池モジュール。
9. 破裂防止スリーブ（７，８）が、極アタッチメントを収容するための凹部（１９）を備えていること、を特徴とする請求項６～８のいずれか１項に記載の電池モジュール。

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