特許 7366175 バッテリモジュール

(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】

(24)【登録日】2023-10-12

(45)【発行日】2023-10-20

(54)【発明の名称】バッテリモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/291 20210101AFI20231013BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 50/298 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 50/569 20210101ALI20231013BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231013BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20231013BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20231013BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

H01M50/291

H01M50/293

H01M50/204 401D

H01M50/204 401H

H01M50/209

H01M50/284

H01M50/298

H01M50/569

H01M10/48 P

H01M10/48 301

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6554

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022034912

(22)【出願日】2022-03-08

(65)【公開番号】P2022140360

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2022-03-08

(31)【優先権主張番号】10 2021 105 833.3

(32)【優先日】2021-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510238096

【氏名又は名称】ドクター エンジニール ハー ツェー エフ ポルシェ アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄｒ． Ｉｎｇ． ｈ．ｃ． Ｆ． Ｐｏｒｓｃｈｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ

【住所又は居所原語表記】Ｐｏｒｓｃｈｅｐｌａｔｚ １， Ｄ－７０４３５ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100202647

【弁理士】

【氏名又は名称】寺町 健司

(72)【発明者】

【氏名】マックス フォルク

(72)【発明者】

【氏名】フィリップ ケルナー

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー フォルクマー

(72)【発明者】

【氏名】ザッシャ モストフィ

【審査官】小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７６８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１９８９５２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１７５２０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－００４６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５２３０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９６５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２０－００７８４５０（ＫＲ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５１８５９４２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０９８４３８０７（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－２９８

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５９８

Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリモジュールハウジング（１２）と、
複数のバッテリセル（１６）を備え、前記バッテリモジュールハウジング（１２）に配置されるバッテリセルパッケージ（１４）であって、少なくとも外面（６０、６２、６４、６６、６８、７０）で前記バッテリモジュールハウジング（１２）の内面（２０）に支持されるバッテリセルパッケージ（１４）と、
信号線（３２）を介して前記バッテリセル（１６）に接続されるバッテリセル監視ユニット（２２）と
を備えるバッテリモジュールにおいて、
前記バッテリセルパッケージ（１４）の外面（６８、７０）には、冷却板（４２、４４）が配置されており、
保護板（１８、１９）が、前記バッテリセルパッケージ（１４）の前記外面（６０、６２、６４、６６、６８、７０）のうち前記冷却板（４２、４４）が配置されていない外面（６０）に配置され、前記バッテリセルパッケージ（１４）に面する又は前記バッテリセルパッケージ（１４）とは反対側に面する前記保護板（１８）の面に凹部（３０）が提供され、前記凹部（３０）に前記信号線（３２）の少なくとも一部分が配置される
ことを特徴とするバッテリモジュール。

【請求項2】

前記信号線（３２）を介して前記バッテリセル監視ユニット（２２）に接続される少なくとも１つの温度センサ（５４、５６）が提供される
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。

【請求項3】

少なくとも１つのバッテリセル（１６）の電圧を検出するための少なくとも１つの電圧検出要素（５８）が提供され、前記電圧検出要素（５８）が前記信号線（３２）を介して前記バッテリセル監視ユニット（２２）に接続される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリモジュール。

【請求項4】

前記信号線（３２）がＦＰＣコネクタとして構成される
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【請求項5】

前記保護板（１８）が、平坦な内面（２６）と、前記平坦な内面（２６）に配置される少なくとも１つのスペーサ要素（３４、３６）とを有する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【請求項6】

前記スペーサ要素（３４、３６）が、前記信号線（３２）の高さ（Ｈ３）に対応する高さ（Ｈ１、Ｈ２）を有する
ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリモジュール。

【請求項7】

前記スペーサ要素（３４、３６）が、前記内面に塗布されるラッカーによって、又は前記内面に接着結合される接着ストリップによって形成される
ことを特徴とする請求項５又は６に記載のバッテリモジュール。

【請求項8】

前記保護板（１８）が、平坦な内面（２６）と、前記平坦な内面に、互いに平行に配置された少なくとも２つのスペーサ要素（３４、３６）とを有し、前記スペーサ要素（３４、３６）が、前記２つのスペーサ要素（３４、３６）の間に前記凹部（３０）が形成されるように、前記平坦な内面（２６）に離隔して配置される
ことを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【請求項9】

前記保護板（１８）が板形状であり、前記凹部を形成する溝（４６）が形成された平坦な内面（２６）を有する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【請求項10】

前記溝（４６）が、前記信号線（３２）の前記高さ（Ｈ３）に対応する深さ（Ｔ）を有する
ことを特徴とする請求項９に記載のバッテリモジュール。

【請求項11】

圧縮挿入体（４０）が、前記保護板（１８）と前記バッテリセルパッケージ（１４）との間に配置される
ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載のバッテリモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリモジュールハウジングと、複数のバッテリセルを備え、バッテリモジュールハウジングに配置されるバッテリセルパッケージであって、少なくとも外面でバッテリモジュールハウジングの内面に支持されるバッテリセルパッケージと、信号線を介してバッテリセルに接続されるバッテリセル監視ユニットとを備えるバッテリモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

先行技術には、バッテリモジュールハウジングと、電気的に相互接続された複数のバッテリセル、特にパウチセルとを備えるバッテリモジュールが開示されている。バッテリセルは、バッテリモジュールハウジング内にバッテリセルパッケージの形で配置され、通常は信号線を介してバッテリセル監視ユニットに接続され、動作中、すなわち充電及び放電プロセス中にバッテリセル監視ユニットを使用してバッテリセルを監視し、それによりバッテリセルの不良な動作を早期に認識する。

【0003】

バッテリセルは通常、適切な手段によってブレースされて、バッテリセルパッケージを形成してからバッテリモジュールハウジングに挿入される。バッテリセルパッケージが挿入された状態では、上記バッテリセルパッケージは、外面でバッテリモジュールハウジングの内面に当接し、信号線はバッテリセルパッケージの外面に配置される。信号線がバッテリセルパッケージの冷却に悪影響を及ぼし得るので、冷却デバイスに隣接する外面への信号線の配置は望ましくない。

【0004】

バッテリモジュールの動作中、バッテリセルは膨張することがあり、それにより、バッテリモジュールハウジングの内面に対するバッテリセルパッケージの外面の圧縮力が増加する。バッテリセルパッケージの外面に配置される信号線は凹凸を構成し、そのような凹凸に対するバッテリセルの当接又は押圧は、バッテリセルの老化の加速につながる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の目的は、簡単に且つ高い費用対効果で信号線をバッテリセルパッケージに配置することができるバッテリモジュールを提供することであり、狙いは、信号線の配置による冷却効果又はバッテリセルの老化への影響を防ぐことである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、本発明によれば、請求項１に記載のバッテリモジュールよって実現される。

【0007】

保護板が、バッテリモジュールの内面に支持されるバッテリセルパッケージの外面に配置され、バッテリセルパッケージに面する又はバッテリセルパッケージとは反対側に面する上記保護板の面に凹部が提供され、凹部に信号線の少なくとも一部分が配置されることにより、プロセス中に凹凸を生じることなく、したがってバッテリモジュールハウジングの内面に保護板で当接するバッテリセルの老化を加速させることなく、バッテリセルパッケージに信号線を配置することができる。保護板と、凹部に配置された信号線とは一緒に平坦面を形成し、それにより、１つ又は複数のバッテリセルが膨張するとき、バッテリセルパッケージは、バッテリモジュールハウジングの内面に広範囲にわたって当接する。さらに、信号線は、冷却デバイス、すなわち冷却板が配置されない外面に配置され、それにより、バッテリセルパッケージの冷却は信号線によって悪影響を及ぼされず、したがってバッテリセルパッケージの確実な冷却を保証することができる。

【0008】

１つの好ましい構成では、信号線を介してバッテリセル監視ユニットに接続される少なくとも１つの温度センサが提供される。信号線は、バッテリセルをバッテリセル監視ユニットに結合するための第１の信号線と、温度センサをバッテリセル監視ユニットに結合するための第２の信号線とを備える。少なくとも１つの温度センサによって、バッテリセルの温度を検出することができ、バッテリセルの過熱を防止することができる。それにより、バッテリセル及びバッテリモジュールの発火を防止することができる。好ましくは、複数の温度センサが提供され、特に、各バッテリセルはそれぞれの温度センサを割り当てられる。

【0009】

好ましくは、少なくとも１つのバッテリセルの電圧を検出するための少なくとも１つの電圧検出要素が提供され、電圧検出要素が信号線を介してバッテリセル監視ユニットに接続される。それにより、バッテリセルの電圧を検出及び監視することができ、したがって例えばバッテリセルの動作不良を早期に認識することができる。

【0010】

信号線は、好ましくは、ＦＰＣコネクタとして構成される。ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）コネクタはフレキシブルプリント回路板であって、フレキシブルプリント回路板は通常、例えばポリイミド、マイラー（Ｍｙｌａｒ）、ナイロン又はポリエステルから形成される可撓性プラスチックキャリアに構築されるプリント回路である。導体材料は通常、銅又は銀から製造される。ＦＰＣコネクタは、比較的低重量であり、厚さが薄く、機械的強度が高く、高温への耐性があり、電磁イミュニティ（ＥＭＩ）が良好である。

【0011】

保護板は、好ましくは、平坦な内面と、平坦な内面に配置される少なくとも１つのスペーサ要素とを有する。それにより、信号線のために必要な凹部を備える保護板を容易に製造することができる。この場合、一定の壁厚を有し、比較的簡単な構成の少なくとも１つの長方形のスペーサ要素が、同様に製造が比較的容易であり、一定の壁厚を有する板状要素に固定される。単一のスペーサ要素の場合、凹部は保護板の縁部に配置される。

【0012】

スペーサ要素は、好ましくは、信号線の高さに対応する高さ、すなわち壁厚を有する。その結果、バッテリセルパッケージに面するスペーサ要素と信号線との面は、共通の平面に配置され、それにより、凹凸、したがって凹凸による老化の加速を確実に防止することができる。

【0013】

１つの好ましい構成では、スペーサ要素は、内面に塗布されるラッカーによって、又は内面に接着結合される接着ストリップによって形成される。それにより、スペーサ要素を特に簡単に製造することができる。

【0014】

１つの好ましい構成では、保護板は、平坦な内面と、平坦な内面に、互いに平行に配置された少なくとも２つのスペーサ要素とを有し、スペーサ要素は、２つのスペーサ要素の間に凹部が形成されるように、平坦な内面に離隔して配置される。それにより、信号線のために必要な凹部を備える保護板を容易に製造することができる。この場合、一定の壁厚を有し、比較的簡単な構成の２つの長方形のスペーサ要素が、同様に製造が比較的容易であり、一定の壁厚を有する板状要素に固定される。スペーサ要素は、好ましくは接着結合される、又は射出成形される。

【0015】

保護板は、好ましくは板形状であり、凹部を形成する溝が形成される平坦な内面を有する。それにより、保護板は一部片で構成することができ、したがってバッテリモジュールの組立て作業が単純化される。１つの好ましい構成では、溝は、信号線の高さに対応する深さを有する。その結果、バッテリセルパッケージに面するスペーサ要素と信号線との面は、共通の平面に配置され、それにより、凹凸、したがって凹凸による老化の加速を防止することができる。

【0016】

１つの好ましい構成では、圧縮挿入体が、保護板とバッテリセルパッケージとの間に配置される。圧縮挿入体により、特に小さい残りの凹凸を補償することができ、それにより老化の加速の危険性がさらに低減される。

【0017】

そのようなバッテリモジュールは、プロセス中に凹凸を生じることなく、したがってバッテリモジュールハウジングの内面に保護板で当接するバッテリセルの老化を加速させることなく、又は冷却デバイスの冷却効果に悪影響を及ぼすことなく、バッテリセルパッケージに信号線を配置することを可能にする。

【0018】

本発明の２つの例示的実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】バッテリモジュールの分解図である。

【図2】保護板の第１の構成を備える図１のバッテリモジュールの断面図である。

【図3】保護板の第２の構成を備える図１のバッテリモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１に、電気車両のトラクションバッテリのバッテリモジュール１０を示す。トラクションバッテリは通常、そのようなバッテリモジュール１０を複数備え、バッテリモジュール１０は、相互接続されてトラクションバッテリを形成し、一体として、電気車両の電気駆動ユニットに電気エネルギーを供給する。

【0021】

バッテリモジュール１０はバッテリモジュールハウジング１２を備え、バッテリモジュールハウジング１２は、例えばアルミニウム押出形材で製造される。バッテリモジュールハウジング１２は２つの開端面を有し、バッテリモジュール１０の組み立て中、バッテリセルパッケージ１４が、２つの端面のうちの少なくとも一方を通ってバッテリモジュールハウジング１２に挿入される。バッテリセルパッケージ１４は、複数のバッテリセル１６を備え、バッテリセル１６は互いに接合されてバッテリセル積層体を形成し、バッテリセルパッケージ１４を形成する。バッテリセルパッケージ１４は、複数の外面６０、６２、６４、６６、６８、７０、具体的には２つの側面６０、６２、上面６８、底面７０、及び２つの端面６４、６６を備える。端面６４、６６にそれぞれの端板５０、５２が配置され、端板５０、５２は、バッテリセルパッケージ１４が完全に組み立てられた状態にあるとき、バッテリモジュールハウジング１２の開端側を完全に閉じ、端板５０、５２は、それらの外周面でバッテリモジュールハウジング１２の内周面に封止当接する。

【0022】

バッテリセルパッケージ１４は、その上面６８及び底面７０にそれぞれの冷却板４２、４４を有し、冷却板４２、４４は、バッテリモジュールハウジング１２の上面６８及び底面７０に完全に当接し、動作中、すなわち放電及び充電プロセス中にバッテリセル１６を冷却する。冷却板４２、４４は、冷媒回路（図示せず）に流体接続されている。バッテリセル１６の温度を監視するために、信号線３２が端面６４、６６及び側面６０に配置され、信号線３２は、ＦＰＣコネクタとして構成され、各個々のバッテリセル１６をバッテリセル監視ユニット２２に接続する。さらに、図１に概略的に示され、バッテリセル１６の温度を検出する複数の温度センサ５４、５６と、バッテリセル１６の電圧を取り出すための電圧検出要素５８とが、信号線３２を介してバッテリセル監視ユニット２２に接続されている。バッテリセル監視ユニット２２は、バッテリモジュール１０の安全な動作を保証するために使用され、特にバッテリモジュール１０の発火を防止することが意図される。

【0023】

さらに、バッテリセルパッケージ１４は、その端面６０、６２にそれぞれの保護板１８、１９を有し、保護板１８、１９は、端板５０、５２の端部に固定され、例えばバッテリモジュールハウジング１２への挿入時にバッテリセル１６又はバッテリセルパッケージ１４を損傷から保護する。バッテリモジュール１０の最終の組立て状態では、すなわちバッテリセルパッケージ１４がバッテリモジュールハウジング１２に挿入されているときには、バッテリセルパッケージ１４は、保護板１８、１９でバッテリモジュールハウジング１２の内面２０に当接する。この場合、保護板１８、１９は、それらの外面２４、２５の全体でバッテリモジュールハウジング１２の内面２０に当接する。

【0024】

本発明によれば、保護板１８は、その内面２６に凹部３０を有し、凹部３０に信号線３２が配置される、又は凹部３０を通って信号線３２が延びる。最終の組立て状態では、信号線３２は、長手方向に移動することもでき、温度変動により膨張又は収縮することもある。

【0025】

図２は、凹部３０を備える保護板１８の第１の構成を示す。保護板１８は板状要素３１を有し、板状要素３１の内面に２つのスペーサ要素３４、３６が固定される。スペーサ要素３４、３６は、２つのスペーサ要素３４、３６の間の空間が凹部３０を形成するように、互いに離隔して配置される。信号線３２が凹部３０に配置され、凹部３０は信号線３２よりもわずかに幅が広くなるように構成される。スペーサ要素３４、３６の高さＨ１、Ｈ２は、信号線３２の高さＨ３に対応する。

【0026】

スペーサ要素３４、３６は、板状要素３１の内面に固定された板状要素として、接着ストリップとして、又は板状要素３１の内面に塗布されるラッカーとして構成することができる。

【0027】

図３は、保護板１８の第２の構成を示し、保護板１８は、より大きな壁厚を有し、凹部３０は、保護板１８の内面２６に形成された溝４６によって形成される。溝４６の深さは、信号線３２の高さＨ３に対応する。

【0028】

バッテリモジュール１０の動作中、バッテリセル１６は膨張することがあり、それにより、バッテリセルパッケージ１４の外面６０、６２、６４、６６、６８、７０とバッテリモジュールハウジング１２の内面２０との間の圧縮力が増加する。特にバッテリセル１６の膨張によりバッテリセル１６の１つに刻み込まれる各凹凸は、バッテリセル１６の老化の加速を引き起こす。そのような凹凸を形成し得る信号線３２が、保護板１８に形成された凹部３０に配置されることにより、信号線３２は、プロセス中に凹凸を生じることなく、したがってバッテリセル１６の老化を加速させることなく、バッテリセルパッケージ１４に配置することができる。さらに、圧縮挿入体４０が保護板１８とバッテリセルパッケージ１４との間に配置され、圧縮挿入体４０も、特に小さな凹凸を補償するために使用することができ、バッテリセル１６の老化の加速の危険性をさらに低減するために使用することができる。

【0029】

記載した実施形態以外の構造的実施形態も可能であり、主請求項の保護範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0030】

１２ バッテリモジュールハウジング
１４ バッテリセルパッケージ
１６ バッテリセル
１８ 保護板
２０ バッテリモジュールハウジング１２の内面
２２ バッテリセル監視ユニット
２６ 平坦な内面
３０ 凹部
３２ 信号線
３４、３６ スペーサ要素
４０ 圧縮挿入体
４６ 溝
５４、５６ 温度センサ
５８ 電圧検出要素
６０、６２、６４、６６、６８、７０ バッテリセルパッケージ１４の外面
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 高さ
Ｔ 深さ

【図1】

【図2】

【図3】