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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023017755
(43)【公開日】2023-02-07
(54)【発明の名称】バッテリーモジュール
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/505 20210101AFI20230131BHJP
   H01M 50/296 20210101ALI20230131BHJP
   H01M 50/503 20210101ALI20230131BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20230131BHJP
   H01M 50/512 20210101ALI20230131BHJP
   H01M 50/509 20210101ALI20230131BHJP
   H01M 50/548 20210101ALI20230131BHJP
【FI】
H01M50/505
H01M50/296
H01M50/503
H01M50/50 101
H01M50/512
H01M50/509
H01M50/548 201
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022118725
(22)【出願日】2022-07-26
(31)【優先権主張番号】10-2021-0098040
(32)【優先日】2021-07-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】590002817
【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG SDI Co., LTD.
【住所又は居所原語表記】150-20 Gongse-ro,Giheung-gu,Yongin-si, Gyeonggi-do, 446-902 Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】韓 鐘燦
【テーマコード(参考)】
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
5H040AA00
5H040AS07
5H040AS13
5H040AS14
5H040AS15
5H040AT01
5H040DD03
5H040DD09
5H040NN03
5H043AA00
5H043AA11
5H043AA13
5H043BA11
5H043CA03
5H043CA21
5H043DA06
5H043DA08
5H043FA04
5H043FA23
5H043FA24
5H043LA21F
5H043LA22F
(57)【要約】
【課題】バッテリーセル間に電流偏差を最少化するためのバッテリーモジュールを提供する。
【解決手段】バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの外部装置と連結される第1モジュール端子および第2モジュール端子、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセルスタック、前記複数のバッテリーセルの正極端子に結合する第1接続部材、および前記複数のバッテリーセルの負極端子に結合する第2接続部材を含む。前記第1接続部材は前記第1モジュール端子が結合される第1共通ノードを含み、前記第2接続部材は前記第2モジュール端子が結合される第2共通ノードを含む。前記第1共通ノードは前記バッテリーセルスタックの最外郭に位置する第1バッテリーセルおよび第2バッテリーセルのうちの前記第1バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に位置する。前記第2共通ノードは前記第2バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に位置する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリーモジュールの外部装置と連結される第1モジュール端子および第2モジュール端子、
複数のバッテリーセルを含むバッテリーセルスタック、
前記複数のバッテリーセルの正極端子に結合する第1接続部材、および
前記複数のバッテリーセルの負極端子に結合する第2接続部材を含み、
前記第1接続部材は、前記第1モジュール端子が結合される第1共通ノードを含み、前記第2接続部材は、前記第2モジュール端子が結合される第2共通ノードを含み、
前記第1共通ノードは前記バッテリーセルスタックの最外郭に位置する第1バッテリーセルおよび第2バッテリーセルのうちの前記第1バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に位置し、
前記第2共通ノードは前記第2バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に位置する、バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記第1共通ノードおよび前記第2共通ノードは、前記バッテリーセルスタックの中心部を基準にして互いに対称になるように位置する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項3】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4番目に位置する第3バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中n/4番目に位置する第4バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項4】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中a番目に位置する第5バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中b番目に位置する第6バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記aおよび前記bはn/4に最も近い整数であり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項5】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中c番目およびd番目に位置する第7バッテリーセルおよび第8バッテリーセルの間に位置し、
前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中e番目およびf番目に位置する第9バッテリーセルおよび第10バッテリーセルの間に位置し、
前記cおよび前記eはn/4に最も近い二つの整数のうちの一つであり、前記dおよび前記fは前記二つの整数のうちの他の一つであり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項6】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間、および前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間には、少なくとも一つのバッテリーセルが位置する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項7】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数と、前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数とが同一である、請求項6に記載のバッテリーモジュール。
【請求項8】
前記第1接続部材を前記第1モジュール端子に結合するための第1共通端子、および
前記第2接続部材を前記第2モジュール端子に結合するための第2共通端子をさらに含む、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項9】
バッテリーモジュールの外部装置と連結される第1モジュール端子および第2モジュール端子、および
複数のバッテリーサブモジュールを含み、
前記複数のバッテリーサブモジュールそれぞれは、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセルスタック、前記複数のバッテリーセルの正極端子に結合する第1接続部材、および前記複数のバッテリーセルの負極端子に結合する第2接続部材を含み、
前記複数のバッテリーサブモジュールのうちの最上位電位を有する第1バッテリーサブモジュールの前記第1接続部材は、前記第1モジュール端子が結合される第1共通ノードを含み、
前記複数のバッテリーサブモジュールのうちの最下位電位を有する第2バッテリーサブモジュールの前記第2接続部材は、前記第2モジュール端子が結合される第2共通ノードを含み、
前記第1共通ノードは前記第1バッテリーサブモジュールの最外郭に位置する二つのバッテリーセルのうちの第1バッテリーセルと前記バッテリーモジュールの中心部との間に位置し、
前記第2共通ノードは前記第2バッテリーサブモジュールの最外郭に位置する二つのバッテリーセルのうちの前記第1バッテリーセルと反対方向に位置する第2バッテリーセルと前記バッテリーモジュールの中心部との間に位置する、バッテリーモジュール。
【請求項10】
前記第1共通ノードおよび前記第2共通ノードは、前記バッテリーモジュールの中心部を基準にして互いに対称になるように位置する、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【請求項11】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4番目に位置する第3バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中n/4番目に位置する第4バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【請求項12】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中a番目に位置する第5バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中b番目に位置する第6バッテリーセルに最も近接するように配置し、
前記aおよび前記bはn/4に最も近い整数であり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【請求項13】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中c番目およびd番目に位置する第7バッテリーセルおよび第8バッテリーセルの間に位置し、
前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中e番目およびf番目に位置する第9バッテリーセルおよび第10バッテリーセルの間に位置し、
前記cおよび前記eはn/4に最も近い二つの整数のうちの一つであり、前記dおよび前記fは前記二つの整数のうちの他の一つであり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【請求項14】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間、および前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間には少なくとも一つのバッテリーセルが位置する、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【請求項15】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数と、前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数が同一である、請求項14に記載のバッテリーモジュール。
【請求項16】
前記第1バッテリーサブモジュールの前記第1接続部材を前記第1モジュール端子に結合するための第1共通端子、および
前記第2バッテリーサブモジュールの前記第2接続部材を前記第2モジュール端子に結合するための第2共通端子をさらに含む、請求項9に記載のバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開始はバッテリーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
二次バッテリー(secondary battery)は充電および放電が繰り返されるという点から、化学物質の電気エネルギーへの非可逆的変換のみを提供する一次バッテリー(primary battery)と異なる。低容量の二次バッテリーは携帯電話、ノートパソコン、およびキャムコーダーのような小型電子装置の電源装置として使用され、高容量の二次バッテリーは電気車両などの電源装置として使用される。
【0003】
電気車両では走行距離の増加のために高容量のバッテリー使用が要求される。したがって、電気車両には複数のバッテリーセルを直列または並列連結して構成されたバッテリーモジュールが使用される。特に、高容量のバッテリーモジュールを構成するためには複数のバッテリーセルを並列に連結する方法が使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態を通じて解決しようとする課題は、バッテリーセル間に電流偏差を最少化するためのバッテリーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための一実施形態によるバッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの外部装置と連結される第1モジュール端子および第2モジュール端子、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセルスタック、前記複数のバッテリーセルの正極端子に結合する第1接続部材、および前記複数のバッテリーセルの負極端子に結合する第2接続部材を含むことができる。前記第1接続部材は前記第1モジュール端子が結合される第1共通ノードを含み、前記第2接続部材は前記第2モジュール端子が結合される第2共通ノードを含むことができる。前記第1共通ノードは前記バッテリーセルスタックの最外郭に位置する第1バッテリーセルおよび第2バッテリーセルのうちの前記第1バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に配置することができる。前記第2共通ノードは前記第2バッテリーセルと前記バッテリーセルスタックの中心部との間に配置することができる。
【0006】
前記第1共通ノードおよび前記第2共通ノードは、前記バッテリーセルスタックの中心部を基準にして互いに対称になるように配置することができる。
【0007】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4番目に位置する第3バッテリーセルに最も近接するように配置し、前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中n/4番目に位置する第4バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0008】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中a番目に位置する第5バッテリーセルに最も近接するように配置し、前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中b番目に位置する第6バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、前記aおよび前記bはn/4に最も近い整数であり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0009】
前記第1共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中c番目およびd番目に位置する第7バッテリーセルおよび第8バッテリーセルの間に配置し、前記第2共通ノードは、前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中e番目およびf番目に位置する第9バッテリーセルおよび第10バッテリーセルの間に配置することができる。ここで、前記cおよび前記eはn/4に最も近い二つの整数のうちの一つであり、前記dおよび前記fは前記二つの整数のうちの他の一つであり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0010】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間、および前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間には少なくとも一つのバッテリーセルが配置されてもよい。
【0011】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数と、前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数が同一であってもよい。
【0012】
前記バッテリーモジュールは、前記第1接続部材を前記第1モジュール端子に結合するための第1共通端子、および前記第2接続部材を前記第2モジュール端子に結合するための第2共通端子をさらに含むことができる。
【0013】
他の実施形態によれば、バッテリーモジュールは、バッテリーモジュールの外部装置と連結される第1モジュール端子および第2モジュール端子、および複数のバッテリーサブモジュールを含むことができる。前記複数のバッテリーサブモジュールそれぞれは、複数のバッテリーセルを含むバッテリーセルスタック、前記複数のバッテリーセルの正極端子に結合する第1接続部材、および前記複数のバッテリーセルの負極端子に結合する第2接続部材を含むことができる。前記複数のバッテリーサブモジュールのうちの最上位電位を有する第1バッテリーサブモジュールの前記第1接続部材は前記第1モジュール端子が結合される第1共通ノードを含み、前記複数のバッテリーサブモジュールのうちの最下位電位を有する第2バッテリーサブモジュールの前記第2接続部材は前記第2モジュール端子が結合される第2共通ノードを含むことができる。前記第1共通ノードは前記第1バッテリーサブモジュールの最外郭に位置する二つのバッテリーセルのうちの第1バッテリーセルと前記バッテリーモジュールの中心部との間に配置することができる。前記第2共通ノードは前記第2バッテリーサブモジュールの最外郭に位置する二つのバッテリーセルのうちの前記第1バッテリーセルと反対方向に位置する第2バッテリーセルと前記バッテリーモジュールの中心部との間に配置することができる。
【0014】
前記第1共通ノードおよび前記第2共通ノードは、前記バッテリーモジュールの中心部を基準にして互いに対称になるように配置することができる。
【0015】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4番目に位置する第3バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。
【0016】
前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中n/4番目に位置する第4バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0017】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中a番目に位置する第5バッテリーセルに最も近接するように配置し、前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中b番目に位置する第6バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、前記aおよび前記bはn/4に最も近い整数であり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0018】
前記第1共通ノードは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中c番目およびd番目に位置する第7バッテリーセルおよび第8バッテリーセルの間に配置し、前記第2共通ノードは、前記第2バッテリーサブモジュールの前記複数のバッテリーセルのうち、前記第1方向と反対の第2方向の配列順序中e番目およびf番目に位置する第9バッテリーセルおよび第10バッテリーセルの間に配置することができる。ここで、前記cおよび前記eはn/4に最も近い二つの整数のうちの一つであり、前記dおよび前記fは前記二つの整数のうちの他の一つであり、前記nは前記複数のバッテリーセルの全体個数である。
【0019】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間、および前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間には少なくとも一つのバッテリーセルが配置されてもよい。
【0020】
前記第1バッテリーセルと前記第1共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数と、前記第2バッテリーセルと前記第2共通ノードとの間に位置するバッテリーセルの個数が同一であってもよい。
【0021】
前記バッテリーモジュールは、前記第1バッテリーサブモジュールの前記第1接続部材を前記第1モジュール端子に結合するための第1共通端子、および前記第2バッテリーサブモジュールの前記第2接続部材を前記第2モジュール端子に結合するための第2共通端子をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【0022】
実施形態によれば、バッテリーセル間に電流偏差を最少化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1a】一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示す。
図1b】一実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な等価回路を示す。
図2a】他の実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示す。
図2b】他の実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な等価回路を示す。
図3】また他の実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示す。
図4a】従来の技術によるバッテリーモジュールの一例を示す。
図4b】従来の技術によるバッテリーモジュールの一例を示す。
図5】実施形態の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。以下、添付された図面を参照して実施形態の効果および特徴、そしてその実現方法を詳しく説明する。図面において、同一な参照符号は同一な構成要素を示し、それに対する重複する説明は省略される。しかし、本発明は多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されると解釈されてはならない。むしろ、これら実施形態は本開示が徹底して完全になるように例として提供され、通常の技術者に本発明の様態および特徴を十分に伝達するはずである。
【0025】
本文書で“および/または”という用語は、関連して列挙された複数の項目の全ての組み合わせまたは任意の組み合わせを含む。本発明の実施形態を記述する時“~することができる”、“~であってもよい”を使用するのは“本発明の一つ以上の実施形態”を意味する。次の本発明の実施形態に関する説明で、単数形態の用語は文脈に別に明示されない限り複数形態を含むことができる。
【0026】
本文書で“第1”、“第2”、“第3”などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明することに使用されるが、これら構成要素はこの用語によって限定されない。これら用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的のみで使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながら第2構成要素は第1構成要素と命名することができ、同様に第1構成要素も第2構成要素と命名することができる。
【0027】
また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、実施形態は必ずしも図示されたところに限定されない。図面において多様な層および領域を明確に表現するために厚さおよび領域を誇張して示すことができる。
【0028】
本文書で一つの構成要素または層が他の構成要素または層に対して“上に”、“連結された”、または“結合された”と記載される場合において、“上に”、“連結された”および“結合された”ことは直接、または一つ以上の他の構成要素または層を介して形成されることを全て含む。また、一つの構成要素または層が二つの構成要素または層“の間”にあると記載される場合、二つの構成要素または層の間の唯一の構成要素または層であるか、一つ以上の介された他の要素または層が存在すると理解されなければならない。また、二つの構成要素を電気的に連結するということは二つの構成要素を直接(directly)連結する場合だけでなく、二つの構成要素の間に他の構成要素を経て連結する場合も含む。他の構成要素は、スイッチ、抵抗、キャパシタなどを含むことができる。実施形態を説明することにおいて連結するという表現は、直接連結するという表現がない場合には、電気的に連結するということを意味する。
【0029】
図1aは一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示し、図1bは図1aのバッテリーモジュールの等価回路を概略的に示す。
【0030】
図1aおよび図1bを参照すれば、バッテリーモジュール10は、第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2、バッテリーセルスタック11、および第1接続部材12および第2接続部材13を含むことができる。図1bでは、図1aの第1接続部材12および第2接続部材13とが互いに直列に接続された複数の抵抗成分Rから構成されている。各抵抗成分Rは、第1接続部材12または第2接続部材13において任意の2つのノードを接続する部分に対応する。なお、後述する図2bおよび3においても、第1接続部材12および第2接続部材13は、それぞれ互いに直列接続される複数の抵抗成分Rから構成され、各抵抗成分Rは、第1接続部材12または第2接続部材13において、任意の2つのノードを接続する部分に対応する。
【0031】
第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2は、外部装置(例えば、充電装置または負荷)に結合して、外部装置からバッテリーモジュール10に印加される電流の入力を受けるか、バッテリーモジュール10から出力される電流を外部装置に伝達することができる。
【0032】
バッテリーセルスタック11は、所定方向(x方向)に配列された複数のバッテリーセルC1~C8を含むことができる。図1aでは説明の便宜のためにバッテリーセルスタック11が10個のバッテリーセルを含む場合を例として示す。しかし、実施形態がこれによって限定されるのではなく、バッテリーセルスタック11に含まれるバッテリーセルの個数はそれよりさらに多いかそれよりさらに少ないこともある。
【0033】
第1接続部材12は、複数のバッテリーセルC1~C8の正極端子に順次に結合して、複数のバッテリーセルC1~C8の正極端子を互いに電気的に連結することができる。第2接続部材13は、複数のバッテリーセルC1~C8の負極端子に順次に結合して、複数のバッテリーセルC1~C8の 負極端子を互いに電気的に連結することができる。これにより、複数のバッテリーセルC1~C8は、第1接続部材12および第2接続部材13の間に並列連結される。上述したように、図1bでは、第1接続部材12および第2接続部材13において、隣接するバッテリーセルの極端子を互いに接続する部分を1つの抵抗成分Rとして示している。
【0034】
第1接続部材12および第2接続部材13は、バスバー(busbar)などの伝導性導体から構成することができる。
【0035】
第1接続部材12は、第1モジュール端子T1が結合される第1共通ノードN1を含むことができる。第2接続部材13は、第2モジュール端子T2が結合される第2共通ノードN2を含むことができる。したがって、第1接続部材12および第2接続部材13と第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2の間の電流流れは第1共通ノードN1および第2共通ノードN2を通じて行われる。
【0036】
第1共通ノードN1は、第1接続部材12で、バッテリーセルスタック11の最外郭に位置するバッテリーセルC1とバッテリーセルスタック11の中心部Cの間に配置することができる。第2共通ノードN2は、第2接続部材13で、バッテリーセルスタック11の最外郭に位置するバッテリーセルC8とバッテリーセルスタック11の中心部Cの間に配置することができる。即ち、第1共通ノードN1および第2共通ノードN2は、バッテリーセルスタック11の最外郭バッテリーセルC1、C8より内側に配置し、バッテリーセルスタック11の中心部Cよりは外側に配置することができる。第1共通ノードN1および第2共通ノードN2はまた、バッテリーセルスタック11の中心部を基準にして互いに対称になるように即ち、互いに反対方向に配置することができる。
【0037】
図1aおよび図1bを参照すれば、第1共通ノードN1は、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルC1~C8のうちの第1方向(図1aのx方向)の配列順序中n/4番目バッテリーセルC2に最も近接するように配置することができる(ここで、nはバッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルの全体個数である)。また、第2共通ノードN2は、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルC1~C8のうちの第2方向(図1aのx方向の反対方向)の配列順序中n/4番目バッテリーセルC7(第1方向の配列順序中には3n/4番目である)に最も近接するように配置することができる。本文書で、第1共通ノードN1および第2共通ノードN2を特定バッテリーセルに最も近接するように配置するということは、各接続部材で当該バッテリーセルに接する地点に配置するか、または各接続部材で他のバッテリーセルより当該バッテリーセルにさらに隣接するように配置するのを意味することができる。
【0038】
バッテリーモジュール10は、第1接続部材12を第1モジュール端子T1と電気的に連結するための第1共通端子14と、第2接続部材13を第2モジュール端子T2に電気的に連結するための第2共通端子15をさらに含むことができる。第1共通端子14および第2共通端子15は、ろう付け、ねじ結合などの結合方式を使用して第1接続部材12および第2接続部材13の第1共通ノードN1および第2共通ノードN2に物理的に結合することができる。第1共通端子14および第2共通端子15は、第1接続部材12および第2接続部材13と一体形に構成することもできる。第1共通端子14および第2共通端子15は、ワイヤー(wire)、バスバーなどを通じて第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2に連結することができる。第1接続部材12および第2接続部材13に第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2が直接結合する場合、第1共通端子14および第2共通端子15は省略することもできる。
【0039】
一方、図2aおよび図2bに示されているように、バッテリーセルスタック11に含まれているバッテリーセルの個数は4の倍数でなくてもよい。
【0040】
このような場合には一例として、第1共通ノードN1は、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4に最も近い整数であるa番目バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。また、第2共通ノードN2は、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルのうち、第2方向(第1方向の反対方向)の配列順序中n/4に最も近い整数であるb番目バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、aとbは同一の数であってもよい。
【0041】
また、他の例としては、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4に最も近い二つの整数であるcおよびd番目バッテリーセルの間に第1共通ノードN1が配置されてもよい。また、バッテリーセルスタック11を構成するバッテリーセルのうち、第2方向の配列順序中n/4に最も近い二つの整数であるeおよびf番目バッテリーセルの間に第2共通ノードN2が配置されてもよい。ここで、cとeが同一の数であり、dとfが同一の数であってもよい。
【0042】
図2aおよび図2bを例として挙げれば、バッテリーセルスタック11に含まれているバッテリーセルの個数が10個であるので、n/4は2.5となる。これにより、図2aおよび図4では第1方向(x方向)で3番目バッテリーセルC3と、第2方向(x方向の反対方向)で3番目バッテリーセルC8に対応する位置に第1共通ノードN1および第2共通ノードN2が配置されてもよい。
【0043】
図1a~図2bではバッテリーモジュールが並列構造のみで構成される場合を例として挙げて示したが、所望の出力仕様によってバッテリーモジュールはバッテリーセルの直列結合と並列結合が混合された形態の直並列構造で構成されてもよい。
【0044】
図3は他の実施形態によるバッテリーモジュールの概略的な等価回路を示したものであって、直並列構造のバッテリーモジュールの一例を示す。
【0045】
図3を参照すれば、バッテリーモジュール100は、互いに電気的に直列連結される複数のバッテリーサブモジュール10A~10C、およびモジュール端子T1、T2を含むことができる。
【0046】
第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2は、外部装置(例えば、充電装置または負荷)に結合して、外部装置からバッテリーモジュール100に印加される電流の入力を受けるか、バッテリーモジュール100から出力される電流を外部装置に伝達することができる。
【0047】
各バッテリーサブモジュール10A、10B、10Cは、バッテリーセルスタック11A、11B、11C、第1接続部材12A、12B、12C、および第2接続部材13A、13B、13Cを含むことができる。バッテリーサブモジュール10A~10Cのうちの第1モジュール端子T1に最も近接して連結されるバッテリーサブモジュール10Aは最上位バッテリーサブモジュールであって、バッテリーサブモジュール10A~10Cのうち最上位電位を有することができる。また、バッテリーサブモジュール10A~10Cのうちの第2モジュール端子T2に最も近接して連結されるバッテリーサブモジュール10Cは最下位バッテリーサブモジュールであって、バッテリーサブモジュール10A~10Cのうち最下位電位を有することができる。
【0048】
各バッテリーセルスタック11A、11B、11Cは、所定方向(x方向)に配列された複数のバッテリーセルC1~C8を含むことができる。図3では説明の便宜のために各バッテリーセルスタック11A、11B、11Cが8個のバッテリーセルを含む場合を例として示す。しかし、実施形態がこれによって限定されるのではなく、バッテリーセルスタック11A、11B、11Cに含まれるバッテリーセルの個数はそれよりさらに多いかそれよりさらに少なくてもよい。
【0049】
各第1接続部材12A、12B、12Cは、対応するバッテリーサブモジュール10A、10B、10Cに含まれている複数のバッテリーセルの正極端子に順次に結合して、複数のバッテリーセルの正極端子を互いに電気的に連結することができる。各第2接続部材13A、13B、13Cは、対応するバッテリーサブモジュール10A、10B、10Cに含まれている複数のバッテリーセルの負極端子に順次に結合して、複数のバッテリーセルの負極端子を互いに電気的に連結することができる。これにより、各バッテリーサブモジュール10A、10B、10Cに含まれている複数のバッテリーセルは、対応する第1接続部材12A、12B、12Cおよび第2接続部材13A、13B、13Cの間に並列連結される。
【0050】
第1接続部材12A、12B、12Cおよび第2接続部材13A、13B、13Cは、バスバーなどの伝導性導体から構成することができる。
【0051】
バッテリーサブモジュール10A~10Cのうちの最上位電位を有する最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aは、第1モジュール端子T1が結合される第1共通ノードN11を含むことができる。バッテリーサブモジュール10A~10Cのうちの最下位電位を有する最下位バッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cは、第2モジュール端子T2が結合される第2共通ノードN12を含むことができる。したがって、バッテリーサブモジュール10A、10B、10Cと第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2の間の電流流れは、最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aに位置する第1共通ノードN11、および最下位バッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cに位置する第2共通ノードN12を通じて行われる。
【0052】
第1共通ノードN11は、最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aでバッテリーセルスタック11Aの最外郭に位置するバッテリーセルC1とバッテリーモジュール100の中心部Cの間に配置することができる。第2共通ノードN12は、最下位バッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cでバッテリーセルスタック11Cの最外郭に位置するバッテリーセルC8とバッテリーモジュール100の中心部Cの間に配置することができる。第1共通ノードN11は、バッテリーセルスタック11Aの最外郭バッテリーセルC1より内側に配置し、バッテリーセルスタック11Aの中心部Cよりは外側に配置することができる。また、第2共通ノードN12は、バッテリーセルスタック11Cの最外郭バッテリーセルC8より内側に配置し、バッテリーセルスタック11Cの中心部Cよりは外側に配置することができる。第1共通ノードN11および第2共通ノードN12はまた、バッテリーモジュール100の中心部Cを基準にして互いに対称になるように、即ち、互いに反対方向に配置することができる。
【0053】
図3を参照すれば、第1共通ノードN11は、最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aで、バッテリーセルスタック11Aを構成するバッテリーセルC1~C8のうち、第1方向(図1aのx方向)の配列順序中n/4番目バッテリーセルC2に最も近接するように配置することができる(ここで、nはバッテリーセルスタック11Aを構成するバッテリーセルの全体個数である)。また、第2共通ノードN12は、最下位バッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cで、バッテリーセルスタック11Cを構成するバッテリーセルC1~C8のうち、第2方向(図1aのx方向の反対方向)の配列順序中n/4番目バッテリーセルC7に最も隣接するように配置することができる(ここで、nはバッテリーセルスタック11Cを構成するバッテリーセルの全体個数である)。
【0054】
バッテリーモジュール100は、最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aを第1モジュール端子T1と電気的に連結するための第1共通端子(図示せず、図1aの図面符号14参照)と、最下位バッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cを第2モジュール端子T2に電気的に連結するための第2共通端子(図示せず、図1aの図面符号15参照)をさらに含むこともできる。第1共通端子および第2共通端子は、ろう付け、ねじ結合などの結合方式を使用して第1共通ノードN11および第2共通ノードN12に物理的に結合することができる。第1共通端子および第2共通端子はそれぞれ、最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aおよびバッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cと一体形に構成することもできる。第1共通端子および第2共通端子は、ワイヤー、バスバーなどを通じて第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2に連結することができる。最上位バッテリーサブモジュール10Aの第1接続部材12Aおよびバッテリーサブモジュール10Cの第2接続部材13Cに第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2が直接結合する場合、第1共通端子および第2共通端子は省略することもできる。
【0055】
一方、各バッテリーサブモジュール10A、10B、10Cのバッテリーセルスタック11A、11B、11Cに含まれているバッテリーセルの個数は4の倍数でなくてもよい。
【0056】
このような場合には一例として、第1共通ノードN11は、最上位バッテリーサブモジュールのバッテリーセルスタックを構成するバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4に最も近い整数であるa番目バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。また、第2共通ノードN12は、最下位バッテリーサブモジュールのバッテリーセルスタックを構成するバッテリーセルのうち、第2方向(第1方向の反対方向)の配列順序中n/4に最も近い整数であるb番目バッテリーセルに最も近接するように配置することができる。ここで、aとbは同一の数であってもよい。
【0057】
また、他の例としては、最上位バッテリーサブモジュールのバッテリーセルスタックを構成するバッテリーセルのうち、第1方向の配列順序中n/4に最も近い二つの整数であるcおよびd番目バッテリーセルの間に第1共通ノードN11が配置されてもよい。また、最下位バッテリーサブモジュールのバッテリーセルスタックを構成するバッテリーセルのうち、第2方向の配列順序中n/4に最も近い二つの整数であるeおよびf番目バッテリーセルの間に第2共通ノードN2が配置されてもよい。ここで、cとeが同一の数であり、dとfが同一の数であってもよい。
【0058】
図4aおよび図4bは、従来の技術によるバッテリーモジュールの一例を示す。
【0059】
図4aおよび図4bを参照すれば、従来の技術によるバッテリーモジュール5で、第1モジュール端子T1および第2モジュール端子T2が結合される第1共通ノードN21および第2共通ノードN22はそれぞれ、バッテリーセルC1~C10のうちの最外郭に位置するバッテリーセルC1、C10に最も近接するように配置することができる。
【0060】
図5は前述の実施形態の効果を説明するためのものであって、従来の技術によるバッテリーモジュールと実施形態によるバッテリーモジュールの充放電量をシミュレーションした結果を示す。図5で、従来の技術は図4aおよび図4bに示されたバッテリーモジュールを示し、実施形態は図2aおよび図2bに示されたバッテリーモジュールを示す。
【0061】
下記表1は図5のグラフを表として示したものであって、(max-min)は充放電量が最も大きいバッテリーセルの充放電量(max)から充放電量が最も小さいバッテリーセルの充放電量(min)を引いた値であり、αはバッテリーセルC1~C10の平均充放電量に対する(max-min)値の比を百分率で示したものである。
【0062】
【表1】
【0063】
図5を参照すれば、同一な構造のバッテリーモジュールを同一な充放電電流を使用して充放電する場合、実施形態によるバッテリーモジュールのバッテリーセル間の電流偏差が従来の技術によるバッテリーモジュールの電流偏差よりさらに小さいことが分かる。前述の実施形態はこのようにバッテリーセル間の電流偏差を減少させることによって、バッテリーモジュールの最大許容電流を増加させることができる。また、電流偏差によるバッテリーセル間の温度偏差だけでなく、ひいては電流および温度偏差によるバッテリーセル間の寿命偏差も減少させることができる。
【0064】
ここに説明された本発明の実施形態による電子または電気装置および/または任意の他の関連装置または構成要素は、任意の適したハードウェア、ファームウエア(例えば、特定用途向け集積回路(application-specific integrated circuit))、ソフトウェア、またはソフトウェア、ファームウエアおよびハードウェアの組み合わせを用いて実現することができる。例えば、これら装置の多様な構成要素は、一つの集積回路(IC)チップ上にまたは個別ICチップ上に形成することができる。また、これら装置の多様な構成要素は、可撓性印刷回路フィルム(flexible printed circuit film)、テープキャリアパッケージ(TCP:tape carrier package)、印刷回路基板(PCB:printed circuit board)または一つの基板上に実現することができる。本明細書に記載された電気的連結または相互連結は、例えば、PCBまたは他の種類の回路キャリア上の配線または伝導性素子によって実現することができる。伝導性素子は例えば表面金属化(surface metallizations)のような金属化、および/またはピン(pin)を含むことができ、伝導性重合体(conductive polymers)またはセラミック(ceramics)を含むことができる。また、電気エネルギーは例えば、電磁気放射または光を用いた無線接続を通じて転送される。
【0065】
また、これら装置の多様な構成要素はここに説明された多様な機能を遂行するために一つ以上のプロセッサー上で実行され、一つ以上のコンピューティング装置内で実行され、コンピュータプログラム命令を実行し他のシステム構成要素と相互作用するプロセスまたはスレッドであってもよい。コンピュータプログラム命令は例えばランダムアクセスメモリ(RAM:random access memory)のような、標準メモリ装置を使用するコンピューティング装置で実現されるメモリに保存される。コンピュータプログラム命令はまた、例えばCD-ROM、フラッシュドライブなどのような他の非一時的(non-transitory)コンピュータ読取可能媒体に保存される。
【0066】
また、当業者は多様なコンピューティング装置の機能が単一コンピューティング装置に結合されるかまたは統合されるか、または特定コンピューティング装置の機能が本発明の例示的な実施形態の範囲を逸脱しないながら一つ以上の他のコンピューティング装置にわたって分散可能であるのを認識しなければならない。
【符号の説明】
【0067】
10、100:バッテリーモジュール
10A~10C:バッテリーサブモジュール
11、11A、11B、11C:バッテリーセルスタック
12、12A、12B、12C:第1接続部材
13、13A、13B、13C:第2接続部材
14:第1共通端子
15:第2共通端子
N1、N11:第1共通ノード
N2、N12:第2共通ノード
C1~C10:バッテリーセル
T1:第1モジュール端子
T2:第2モジュール端子
図1a
図1b
図2a
図2b
図3
図4a
図4b
図5