特許 6798982 バッテリーシステム及び自動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6798982

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】バッテリーシステム及び自動車

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20201130BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/643 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

   H01M2/10 F

   H01M10/613

   H01M10/643

   H01M10/625

   H01M10/6556

   H01M10/6567

【請求項の数】7

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-516747(P2017-516747)

(86)(22)【出願日】2015年9月22日

(65)【公表番号】特表2017-533546(P2017-533546A)

(43)【公表日】2017年11月9日

(86)【国際出願番号】EP2015071632

(87)【国際公開番号】WO2016046147

(87)【国際公開日】20160331

【審査請求日】2018年8月21日

(31)【優先権主張番号】102014114020.6

(32)【優先日】2014年9月26日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515239892

【氏名又は名称】オブリスト テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(72)【発明者】

【氏名】フランク オブリスト

(72)【発明者】

【氏名】マルティン グラーツ

(72)【発明者】

【氏名】ヨアヒム ゲオルク ロート

【審査官】 結城 佐織

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２４２４２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１１６３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１９１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３８３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８６９８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０８６９９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１２０６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００９／１１９０３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７４３３７９４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平１０−２７００９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７０００６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６４３

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体接続セグメント（１２）と、エネルギー貯蔵セグメント（１３）と、電気／電子セグメント（１４）と、を有するハウジング（１１）を備えたバッテリーシステム（１０）であって、前記エネルギー貯蔵セグメント（１３）は、少なくとも２つの貫流可能な冷却エレメント（１５）と、少なくとも１つのセルブロック（１６）と、を有しており、前記セルブロックはそれぞれコンタクトプレート（１５）によって電気的及び機械的に接続された複数のバッテリーセル（１７）から形成されており、前記セルブロック（１６）は２つの冷却エレメント（１５）の間に配置されており、
前記エネルギー貯蔵セグメント（１３）は、前記流体接続セグメント（１２）と電気／電子セグメント（１４）との間に配置されており、前記ハウジング（１１）の全内容積の少なくとも０．５倍に相当する直方体容積を有し、
前記エネルギー貯蔵セグメント（１３）は、少なくとも１つの下部冷却エレメント（１５ａ）、下部セルブロック（１６ａ）、中間冷却エレメント（１５ｂ）、上部セルブロック（１６ｂ）、及び上部冷却エレメント（１５ｃ）を有することを特徴とするバッテリーシステム（１０）。

【請求項2】

前記直方体容積は、前記ハウジング（１１）の全内容積の少なくとも０．５５倍に相当することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーシステム（１０）。

【請求項3】

前記バッテリーセル（１７）は、円筒セルによって形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリーシステム（１０）。

【請求項4】

前記ハウジング（１１）は、最高で２００ｍｍの全高を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーシステム（１０）。

【請求項5】

すべての取外し可能な電気接続（２１）及び／又はすべての取外し可能な流体接続（２０）は、前記ハウジング（１１）の外部に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリーシステム（１０）。

【請求項6】

前記セルブロック（１６）に沿って側方に、前記エネルギー貯蔵セグメント（１３）に割当てられる、バッテリー監視システムのための電子基板が配置されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリーシステム（１０）。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーシステム（１０）を備えた自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部に記載された、特にハイブリッド駆動のためのバッテリーシステム並びに斯かるバッテリーシステムを備えた自動車に関する。斯かるバッテリーシステムは、例えば同一出願人に帰する欧州特許出願公開第２７４４０３４（Ａ１）号明細書により知られている。

【背景技術】

【0002】

既知のバッテリーシステムでは、ハウジング内に、冷却エレメントによって互いに分離された、セルブロックが配置されている。セルブロックの端側には流体接続が設けられており、個々のセルブロックの相互の配線が流体接続の間に配置されている。この点でハウジングは複数のセグメントに分割され、エネルギー貯蔵セグメントと、電気／電子セグメントと、少なくとも１つの流体接続セグメントと、が区別される。

【0003】

具体的には欧州特許出願公開第２７４４０３４（Ａ１）号明細書によるバッテリーシステムでは２つの流体接続セグメントが設けられており、それら間に電気／電子セグメントが延びている。流体接続セグメント及び電気／電子セグメントはエネルギー貯蔵セグメントの同じ端側に配置されている。流体接続セグメントには複数の流体路をまとめて案内するための接続配管が設けられているが、これらは比較的大きい構成スペースを占め、これが既知のバッテリーシステムの外寸に関して不利であることが明らかとなった。更に、電気／電子セグメントと流体接続セグメントが空間的に近いことは懸念すべきであることが分かった。

【発明の概要】

【0004】

従って本発明の課題は、冒頭で述べた形式のバッテリーシステムを、サイズがコンパクトで運転安全性が高められるように改良することである。更に本発明の課題は、斯かるバッテリーシステムを有する車両を提供することである。

【0005】

本発明によりこの課題は特許請求項１の対象によって解決される。

【0006】

これにより、流体接続セグメントと、エネルギー貯蔵セグメントと、電気／電子セグメントと、を有するハウジングを備えた、特にハイブリッド駆動のためのバッテリーシステムが提案される。エネルギー貯蔵セグメントは、少なくとも２つの貫流可能な冷却エレメントと、１つのセルブロックと、を有している。セルブロックは、コンタクトプレートによって電気的に接続された複数のバッテリーセルから形成される。この場合、セルブロックは２つの冷却エレメントの間に配置されている。本発明によれば、エネルギー貯蔵セグメントは流体接続セグメントと電気／電子セグメントとの間に配置される。

【0007】

バッテリーシステムを本発明に従って構成することにより、一方では流体接続セグメントと電気／電子セグメントとがエネルギー貯蔵セグメントによって互いに分離されているので運転安全性が高められる。特に流体接続セグメントはハウジングの一方の端側に配置され、電気／電子セグメントは反対の端側に配置でき、その結果として構造的な分離がもたらされて熱事象に伴う短絡の危険が低減される。

【0008】

更に、本発明においてエネルギー貯蔵セグメントは、ハウジングの全内容積の少なくとも０．５倍に相当する直方体容積を有するようにされている。これにより特に高いパッケージ密度がもたらされ、その結果としてバッテリーシステム、特にハウジングの外寸は既知のバッテリーに対して縮小されている。これによりバッテリーシステムをハイブリッド駆動に統合する別の可能性が開かれると同時に、高い貯蔵容量が提供される。このバッテリーシステムを車両に使用すると、バッテリーシステムのコンパクトな寸法にもかかわらず車両の航続距離を高めることができる。

【0009】

本発明の特に好適な実施形態において、エネルギー貯蔵セグメントは少なくとも３つの貫流可能な冷却エレメントと、少なくとも２つの互いに上下に配置されたセルブロックと、を有しており、２つの冷却エレメントの間にそれぞれ１つのセルブロックが配置されている。

【0010】

小さい外寸で貯蔵密度を更に高めるために、若しくは等しい貯蔵密度で外寸を更に縮小するために、本発明の特に好適な変形例において直方体容積は、ハウジングの全内容積の少なくとも０．５５倍、特に少なくとも０．６倍、特に少なくとも０．６２倍、特に少なくとも０．６５倍に相当するようにされている。これに関連して注記すると、直方体容積は、個々のセグメントの各辺の長さを測定することによって求められる。

【0011】

バッテリーシステムのバッテリーセルは、特にタイプ１８６５０の、特に円筒セルによって形成されてよい。斯かる円筒セルは安い単価で大量に入手できるので、バッテリーシステムを廉価に生産することが可能である。

【0012】

バッテリーシステムのコンパクトな外寸に関して、ハウジングは、最高で２００ｍｍ、特に最高で１９０ｍｍ、特に最高で１８０ｍｍ、特に最高で１７０ｍｍ、特に最高で１６０ｍｍの全高を有すると好都合である。

【0013】

本発明の好適な変形例においてすべての取外し可能な電気接続及び／又はすべての取外し可能な流体接続はハウジングの外部に配置されている。このことはバッテリーシステムの運転安全性の向上に寄与する。なぜなら取外し可能な流体接続に漏れが生じてもハウジングの内部に液体が溜まらないからである。むしろ電流を帯びている部材との有利な分離が生み出されている。

【0014】

セルブロックに沿って側方に、エネルギー貯蔵セグメントに割当てられる、バッテリー監視システムのための電子基板を配置できる。電子基板は個々のバッテリーセルの電圧及び／又は温度を監視するために使用でき、有利にはセルブロックと連結されて、バッテリーシステムに内蔵することによりエネルギー貯蔵セグメントの直方体容積は最大限でも僅かしか変化せず、好ましくは変化しないままであるように構成されている。

【0015】

本発明は付帯的な側面の枠内で更に、上記のバッテリーシステムを備えた自動車、特にハイブリッド車に関する。バッテリーシステムの外寸が小さいと同時に貯蔵密度が高いためにバッテリーシステムは簡単且つ省スペースで車両に統合できる。

【0016】

以下に本発明を実施例に基づき、添付の模式的な図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明によるバッテリーシステムのハウジングの縦断面図である。

【図2】ハウジング１の縦断面の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

バッテリーシステムは、流体接続セグメント１２と、エネルギー貯蔵セグメント１３と、電気／電子セグメント１４と、に区分されるハウジング１１を有している。この機能区分は、エネルギー貯蔵セグメント１３が実質的に直方体容積を有しており、その中に少なくとも２つの互いに上下に配置されたセルブロック１６が配置され、それぞれ２つの貫流可能な冷却エレメント１５の間に配置されている構造を反映している。

【0019】

エネルギー貯蔵セグメント１３は、直方体の外縁によって画定され、少なくとも１つの下部冷却エレメント１５ａと、下部セルブロック１６ａと、中間冷却エレメント１５ｂと、上部セルブロック１６ｂと、上部冷却エレメント１５ｃと、を有する。セルブロック１６はそれぞれ複数のバッテリーセル１７から形成され、コンタクトプレートによって互いに電気的及び機械的に接続されている。従って全体として直方体容積の高さは、冷却エレメント１５とセルブロック１６とからなる層構造より計算され、セルブロック１６の高さはバッテリーセル１７の高さにコンタクトプレートの厚さの２倍を加えたものに相当する。

【0020】

好ましくはエネルギー貯蔵セグメントに対して少なくとも全内容積の０．５倍に相当する直方体容積が生成される。特にハウジングは直方体形の内容積を有するようにされている。具体的な実施形態において直方体容積はまた、ハウジング１１の全内容積の少なくとも０．５５倍、特に少なくとも０．６倍、好ましくは少なくとも０．６２倍、特に有利には少なくとも０．６５倍に相当してよい。

【0021】

具体的な構造においてハウジング１１の内容積は約５４リットルであり、セルブロック１６の直方体容積は約３６リットルである。

【0022】

バッテリーセルは、円筒セルによって形成されている。円筒セルは例えばそれぞれ断面直径１８ｍｍ及び高さ６５ｍｍを有することができる。円筒セルはタイプ１８６５０のリチウムイオン電池であることが好ましい。この場合、バッテリーセル１７は直列に列配置され、バッテリーセル１７の互いに並置された複数の列がセルブロック１６にまとめられるようにすることができる。それぞれ隣接する列は互いにずらして配置でき、特にそれぞれセル直径約半分ずらすとセルブロック１６の内部で特に高いパッケージ密度が達成される。これはバッテリーシステムの全体寸法に肯定的な影響を与える。換言すれば、ハウジング１１の大きさは変わらずに高められたエネルギー貯蔵器密度を達成できる。

【0023】

バッテリーシステム１０の図に示された実施例では、セルブロック１６当り合計７６８つのバッテリーセル１７が設けられている。バッテリーセル１７の数は多いにもかかわらず、ハウジング１１は、好ましくは１６０ｍｍ〜１８０ｍｍ、特に約１７０ｍｍの全高を有する。

【0024】

冷却エレメント１５は、フレキシブルな外壁を有する冷却袋若しくは冷却バッグとして形成されてよい。いずれの場合も冷却エレメント１５は冷媒が貫流でき、そのために冷却エレメント１５はそれぞれ流体接続２０を含んでいる。流体接続２０は各々の冷却エレメント１５の接続端に配置されており、エネルギー貯蔵セグメント１３から出て流体接続セグメント１２内に延びている。流体接続セグメント１２はハウジング１１の後端壁１９によって制限されている。冷却エレメント１５と一体的に、従って取外しできないように結合されている流体接続２０は、後端壁１９を貫通して延び、後端壁１９内で固定されシールされている。

【0025】

流体接続セグメント１２とは反対のエネルギー貯蔵セグメント１３の側には電気／電子セグメント１４が配置されている。電気／電子セグメント１４は、ハウジング１１の前端壁１８でセルブロック１６を電気接続２１と接続するために必要なすべての電気配線及び電子部材を含んでいる。電気接続２１は電流接続も信号及び／又はデータ接続も含むことができる。

【0026】

電気接続２１は前端壁１８の外側に配置されて、前端壁１８に固定され、前端壁１８に対してシールされている。電気接続２１及び流体接続２０は、ハイブリッド駆動のバッテリーシステムと統合するためにレセプタクルを提供する。図に示された実施例では好適にはすべての取外し可能な電気接続２１及びすべての取外し可能な流体接続２０は、ハウジング１１の外部に配置されている。これによりバッテリーシステム１０の運転安全性が高められる。しかしながらパッケージ密度を増すために、流体接続２０又は電気接続２１のいずれかをハウジングの外部に配置することも考えられる。

【0027】

完全を期して言えば、バッテリー監視を提供するために、エネルギー貯蔵セグメント１３は追加的にセルブロック１６と直接機械的及び電気的に接続された１つ以上の電子基板を有することができる。電子基板は実質的に個々のバッテリーセル１７の個々の列を通して電圧を取り出すことを可能にする。同時に電子基板を個々のセルブロック１６の温度測定に利用することができる。実質的に電子基板はセルブロック１６に沿った側面に同一平面で配置されて、電子基板が完全にエネルギー貯蔵セグメントの直方体容積内に完全に入るようになっている。斯かる電子基板は、各セルブロック１６に好ましくはそれぞれ１つのみ配置されており、直方体容積を計算する際には電気／電子セグメント１４ではなくエネルギー貯蔵セグメント１３ｂに加算される。この場合、電子基板は好ましくはセルブロック１６のコンタクトプレートの間に密に同一平面で統合されており、直方体容積の計算にはほとんど影響しない。

【符号の説明】

【0028】

１０ バッテリーシステム
１１ ハウジング
１２ 流体接続セグメント
１３ エネルギー貯蔵セグメント
１４ 電気／電子セグメント
１５ 冷却エレメント
１５ａ 下部冷却エレメント
１５ｂ 中間冷却エレメント
１５ｃ 上部冷却エレメント
１６ セルブロック
１６ａ 下部セルブロック
１６ｂ 上部セルブロック
１７ バッテリーセル
１８ 前端壁
１９ 後端壁
２０ 流体接続
２１ 電気接続

【図1】

【図2】