特表 2024-521414 バッテリーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-31

(54)【発明の名称】バッテリーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6554 20140101AFI20240524BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240524BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240524BHJP

   H01M 10/659 20140101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6554

H01M10/613

H01M10/6556

H01M10/659

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023575810

(86)(22)【出願日】2022-12-08

(85)【翻訳文提出日】2023-12-08

(86)【国際出願番号】 EP2022085041

(87)【国際公開番号】W WO2023110637

(87)【国際公開日】2023-06-22

(31)【優先権主張番号】102021006208.6

(32)【優先日】2021-12-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】598051819

【氏名又は名称】メルセデス・ベンツ グループ アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓ－Ｂｅｎｚ Ｇｒｏｕｐ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｍｅｒｃｅｄｅｓｓｔｒａｓｓｅ １２０，７０３７２ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100090583

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 清

(74)【代理人】

【識別番号】100098110

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 みどり

(72)【発明者】

【氏名】マルクス・フランケンハウザー

【テーマコード（参考）】

5H031

【Ｆターム（参考）】

5H031KK02

5H031KK08

(57)【要約】

本発明は、バッテリーモジュール（１）に関し、対向する２つの側面の間にバッテリーシングルセル（３）用の収容開口部（６）を有するモジュールハウジング（２）と、収容開口部（６）の中に取り付けられるバッテリーシングルセル（３）とを備え、モジュールハウジング（２）の収容開口部（６）の周りに、冷媒が通流可能な領域（９）が配置されている。本発明は、モジュールハウジング（２）の１つの側面にプレート（４）が配置されており、プレート（４）は、バッテリーシングルセル（３）の寸法に対応する孔部（５）を有するものであり、収容開口部（６）は、少なくとも部分的に孔部（５）よりも大きな断面を有し、バッテリーシングルセル（３）は、収容開口部（６）の先細り部分との、および／またはプレート（４）との接触用のストッパー（７）を有していることを特徴とする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュール（１）であって、対向する２つの側面の間にバッテリーシングルセル（３）用の収容開口部（６）を有するモジュールハウジング（２）と、前記収容開口部（６）の中に取り付けられるバッテリーシングルセル（３）とを備え、前記モジュールハウジング（２）の前記収容開口部（６）の周りに、冷媒が通流可能な領域（９）が配置されている、前記バッテリーモジュール（１）において、
前記モジュールハウジング（２）の１つの側面にプレート（４）が配置されており、前記プレート（４）は、前記バッテリーシングルセル（３）の寸法に対応する孔部（５）を有するものであり、前記収容開口部（６）は、少なくとも部分的に前記孔部（５）よりも大きな断面を有し、前記バッテリーシングルセル（３）は、前記収容開口部（６）の先細り部分との、および／または前記プレート（４）との接触用のストッパー（７）を有していることを特徴とする、前記バッテリーモジュール（１）。

【請求項2】

前記ストッパー（７）は、自己粘着性の材料によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項3】

前記自己粘着性の材料は、粘着テープとして、特に発泡粘着テープとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項4】

前記プレート（４）は、冷却プレート（４）として、特に冷却ベースプレート（４）として構成されてい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モジュール（１）。

【請求項5】

前記収容開口部（６）は、前記プレート（４）の方向に円錐形に先細りし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モジュール（１）。

【請求項6】

前記収容開口部（６）は、一定の断面を有し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モジュール（１）。

【請求項7】

前記バッテリーシングルセル（３）は、熱伝導性接着剤（８）によって前記収容開口部（６）内に固定されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項8】

前記バッテリーシングルセル（３）は、前記プレート（４）の反対側にある前記モジュールハウジング（２）の側面に鋳造コンパウンド（１０）により鋳固められていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項9】

前記鋳造コンパウンド（１０）は、潜熱蓄熱材料を有しているか、またはそのような材料からなることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項10】

前記バッテリーシングルセル（３）は、円筒形を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に詳しく定義されている形式の、バッテリーシングルセル用の収容開口部を備えるモジュールハウジング付きバッテリーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリーシングルセルを収容するためのモジュールハウジング付きバッテリーモジュールは、先行技術から公知である。例えば、特許文献１から、基本的に、対向する２つの面の間に収容開口部が取り付けられているバッテリーハウジングまたはモジュールハウジングからなるバッテリーを参照することができる。この収容開口部に、バッテリーシングルセル、ここでは円筒形バッテリーシングルセルを挿入することができる。バッテリーシングルセルは、モジュールハウジング内で適宜冷却されており、このことはジャケット冷却とも呼ばれる。

【特許文献1】ＤＥ１０２２３７８２Ｂ４

【0003】

これに対し、特許文献２から、個々のシングルセルがホルダーなしで冷却プレート上に置かれ、この冷却プレートによって冷却される構造が公知である。この種の構造における問題点は、各バッテリーシングルセルの領域における冷却が１つの面でしか行われないため、冷却が比較的不均質になることである。バッテリーシングルセルを充電する場合、特に高速充電する場合、そのような高速充電では比較的高い熱損失がバッテリーシングルセルで発生する。それらのバッテリーシングルセルが均質かつ同等に冷却されないと、シングルセルの早期の劣化が促進され、シングルセルの性能に悪影響を及ぼすことがある。

【特許文献2】ＣＮ１０８２８１５８８Ａ

【0004】

最後に、特許文献３は、さらに、バッテリーシングルセルがプレートを介して接触および保持されているバッテリーを記載しており、これらのバッテリーシングルセルでは、プレート下部の空きスペースを冷媒が循環できるようになっている。

【特許文献3】ＤＥ１０２０１６２１９３０２Ａ１

【0005】

３種類のすべての構造において、取付けの際に、プレートに対して高い位置でバッテリーの配置を維持することが非常に難しいため、ここでは仕方なく大きな公差を受け入れるか、または非常に大きな労力をかけてそのような公差を回避するしかない。しかし、実際には、この範囲の公差はしばしば危険なものとして分類する必要のあるものである。というのも、例えば車両ボディにおける基本的な寸法は、調整ゾーンのために必要なものであり、あるいはセルが故障した場合に流出するガスのための排出チャネルとして必要なものであり、規定された最小断面積を要するからである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、一方ではバッテリーシングルセルの極めて均質な冷却を保証し、他方では単純かつ効率的な構造の可能性を提供する、モジュールハウジングとバッテリーシングルセルを備える改善されたバッテリーモジュールを創出することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に基づき、この課題は、請求項１の特徴、およびここでは特に請求項１の特徴部に記載の特徴を持つバッテリーモジュールによって解決される。本発明に基づくバッテリーモジュールの有利な実施形態および発展形態は、これに従属する従属請求項から明らかである。

【0008】

本発明に基づくバッテリーモジュールでは、モジュールハウジングが、対向する２つの側面の間にバッテリーシングルセル用の収容開口部を有しており、モジュールハウジングのこれらの収容開口部の周りに、冷媒が通流する領域が配置されているため、少なくとも部分的にバッテリーシングルセルのジャケット冷却を行うことができるようになっている。本発明に基づき、モジュールハウジングの１つの側面には、例えばベースプレートを形成することができるプレートが配置されている。このベースプレートは、バッテリーシングルセルの寸法に対応する孔部を有しており、これに対して収容開口部は、少なくとも部分的にそれらの孔部よりも大きな断面を有しているため、バッテリーシングルセルはこれらの収容開口部の中に緩く挿入可能である。このとき、バッテリーシングルセル自体は、収容開口部の先細り部分との、および／またはプレートとの接触用のストッパーを有している。これにより、シングルセルを極めて簡単かつ効率的にそれぞれの収容開口部に挿入することができ、ストッパーが所定の領域に接触するまで、収容開口部およびベースプレートなどのプレートに設けられた孔部を介してシングルセルが押し込まれる。従って、常に、労力のかかる措置を講じることなく、モジュールハウジングまたはプレートを基準にするバッテリーシングルセルの正確な位置決めを行えるようになっている。プレートが例えばベースプレートとして構成されている場合、バッテリーシングルセルは、ストッパーによって設定可能な部分だけプレートの孔部から突出するため、プレートの下部にあるスペース内に希望する形で簡単かつ正確に断面を維持することができる。

【0009】

本発明に基づくバッテリーモジュールの非常に有利な発展形態によれば、この場合、ストッパーが自己粘着性の材料によって形成されている。ストッパーは、特に、バッテリーシングルセルを製造する際に、バッテリーシングルセルの外側に直接接着されるため、取り付ける際、接着されたストッパーまでバッテリーシングルセルをモジュールハウジングの中に挿入することができる。ここでの非常に有利な発展形態では、ストッパーが粘着テープ、特に発泡粘着テープの形態で構成されているようになっている。

【0010】

電気的エネルギーアキュムレーターの代替の実施形態では、バッテリーシングルセルのストッパーを省略することができ、ハウジングまたはジャケット冷却のベースプレートを基準にする正確な位置決めは、プレートの下部において、この場合ストッパーとして用いられる、高さ調整可能な支持プレート上でバッテリーシングルセルを支持することによって達成される。バッテリーシングルセルを接着剤または熱伝導性接着剤によって冷却／保持装置に固定した後は、支持プレートを再び取り外すことができる。

【0011】

本発明に基づくバッテリーモジュールの非常に有利な発展形態によれば、プレート自体は冷却プレートとして、特に冷却ベースプレートとして構成されていてよい。すなわち、基本的にバッテリーまたはバッテリーモジュールの従来の構造から知られているような冷却プレートを、ここでも使用することができる。ジャケット冷却に加えて、エンドプレート冷却も使用することで、さらにより均質なバッテリーシングルセルの温度調整を行うことができる。このことにより、この種のバッテリーモジュールの高速充電性能が顕著に向上する。

【0012】

本発明に基づくバッテリーモジュールの非常に有利な発展形態によれば、収容開口部自体が、プレートの方向に円錐形に先細りするように構成されていてよい。これにより、バッテリーシングルセルを特に簡単かつ効率的に収容開口部の中に挿入することができる。これに対する代替として、この収容開口部は一定の断面を有することもでき、この断面は、高さ全体にわたって、好ましくはプレートに接するストッパーが収容開口部の領域に適合するように、それぞれ対応する孔部よりも大きく形成されている。

【0013】

バッテリーシングルセルは、それらが円錐形であるか、一定の断面で形成されているかとは無関係に、熱伝導性接着剤によって収容開口部内に固定されていてよい。この熱伝導性接着剤は、一方ではバッテリーシングルセルを確実に所定位置に固定し、他方ではその熱伝導特性により、モジュールハウジング内で冷媒が通流可能な領域にわたってバッテリーシングルセルのジャケット冷却を可能にする。

【0014】

本発明に基づくバッテリーモジュールの極めて有利なさらなる実施形態では、このとき、バッテリーシングルセルが、プレートの反対側にあるモジュールハウジングの側面に鋳造コンパウンドにより鋳固められているようにすることもできる。そのような鋳造コンパウンドは、エレクトロニクスの領域においては一般的に用いられており、一方ではより確実な固定を提供し、他方では構造の電気的絶縁を提供する。鋳造コンパウンドは、例えばバッテリーカバーとともに閉鎖し、これと一緒に直接鋳固めることができる。鋳造コンパウンド領域には、さらに、電子回路を一緒に配置し、鋳込むこともできる。

【0015】

本発明に基づくバッテリーモジュールのさらなる極めて有利な実施形態では、鋳造コンパウンドを使用する場合、この鋳造コンパウンドが潜熱蓄熱材料を有しているか、またはそのような材料からなるようにされている。従って、鋳造コンパウンドは潜熱蓄熱器を形成し、特定の温度まで熱を非常に良く吸収し、それを比較的長い時間にわたって保つことができる。このことは、冷却のさらなる改善と、それに伴い、特に、例えば高速充電プロセス時のようにバッテリーシングルセルが強く加熱される場合に、温度の均質化を提供する。バッテリーシングルセルにおける温度の均質化の改善、すなわち温度分布の改善により、比較的高い充電性能が可能になり、このことはバッテリーのフル充電までの時間を顕著に短縮することができる。

【0016】

原則的に、説明した１つまたは複数の実施形態におけるバッテリーモジュールの本発明に基づく構造は、あらゆる種類のバッテリーシングルセルに適合するものである。すなわち、バッテリーシングルセルは、例えばフォイルバッグに入った角柱型バッテリーシングルセル、いわゆるパウチ電池、またはハードケースに入った角柱型バッテリーシングルセルであってもよい。しかし、好ましくは、本発明に基づくバッテリーモジュール内のバッテリーシングルセルは、その非常に有利な発展形態によれば、円筒形を有するように設けられている。そのような円筒形の電池は、この種のバッテリーモジュールの中に簡単かつ効率的に配置することができる。円筒形および／または円錐形の収容開口部と孔部はどちらも簡単に製造することができるので、バッテリーモジュールの構造を非常に低コストで実現することが可能である。モジュールハウジング自体は、特に射出成形部品としてプラスチック材料から製造することができ、この材料は、該当する添加剤によって熱伝導率を高めることができる。プレートまたはベースプレートは、好ましくは金属材料から製造されてよい。

【0017】

本発明に基づくバッテリーモジュールのさらなる有利な実施形態は、以下に図を使って詳しく示されている２つの実施例からも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に基づくバッテリーモジュールの一部の概略断面図である。

【図2】代替の実施形態における図１と同様の図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１に示されているバッテリーモジュール１の一部は、２個のバッテリーシングルセル３が適宜取り付けられているモジュールハウジング２を示している。モジュールハウジング２は、ここではその下側に、符号４が付けられたプレートまたはベースプレートを有しており、このプレートは、バッテリーシングルセル３をそれらの形状に対応する孔部５内に収容している。さらに、モジュールハウジング２の収容開口部６がある。これらの収容開口部６は、孔部５よりも大きな断面を有し、円筒形のバッテリーシングルセル３の場合は、より大きな直径を有している。図１の実施例においては、収容開口部６が円錐形になっているため、その断面はプレート５の方向に徐々に小さくなっている。

【0020】

バッテリーシングルセル３には、発泡テープの形でストッパー７が取り付けられており、この発泡テープはストッパー７として作用するため、ここでの円錐形の収容開口部６には設定された深さまでしかバッテリーシングルセルを押し込むことはできない。従って、モジュールハウジング２の内部および最終的にはバッテリーモジュール１の内部におけるバッテリーシングルセル３の位置は、その取り付け高さに関して、これらのストッパー７によってあらかじめ固定されている。このとき、図１では、バッテリーシングルセル３の下部に空洞部があり、この空洞部は、例えば、１つまたは複数のバッテリーシングルセル３が熱暴走して、ガスが噴き出した場合にガス抜きを行うために用いられる。ストッパー７によって規定されているバッテリーシングルセル３の取付け高さにより、このスペースにおける通流可能な断面を常に確保することができる。

【0021】

バッテリーシングルセル３を収容開口部５の中に挿入する場合、これらのバッテリーシングルセル３は、熱伝導性接着剤８でモジュールハウジング２に接着される。これにより、冷媒が通流可能なモジュールハウジングの領域９を介して、ジャケット領域でバッテリーシングルセルを冷却することが可能になる。ここでは、ベースプレート４による冷却を補足するこのジャケット冷却により、例えば高速充電時に発生するような高い熱入力においても、バッテリーシングルセル３の非常に均質な温度調整を行うことができる。

【0022】

モジュールハウジング２の上部には、ここに図示されている実施例においては、不規則な斜交平行線で示されている鋳造コンパウンド１０がある。これによってバッテリーの端部を鋳固めた後に、カバープレート１１が取り付けられる。このとき、鋳造コンパウンド１０自体は、潜熱蓄熱器として形成されていてよく、または潜熱蓄熱材料を有していてもよい。従って、鋳造コンパウンド１０は、追加的にバッテリーモジュール１の均質な温度調整に用いられる。プレート４の下部にあるすでに言及した空洞部は、さらなるプレート型カバーによって閉じられ、これは、例えばバッテリーモジュール１のハウジング下面であってよい。このとき、車両の底面領域にバッテリーを取り付ける場合、このプレート型カバー１２は同時に車両のアンダーガードであってもよい。

【0023】

この非常に効率的なバッテリーモジュール１の構造は、さらに変形させることができる。図２には代替の実施形態が示されており、そこでは、収容開口部６が円錐形ではなく、例えば円筒形のバッテリーシングルセル３の場合には同様に円筒形に形成されている。従って、ストッパー７は、収容開口部６の規定された場所で、モジュールハウジング２ではなく、直接ベースプレート４に接触する。さらに、ここでも収容開口部６の領域におけるモジュールハウジング２とバッテリーシングルセル３との間のすき間に熱伝導性接着剤８が充填され、好ましくは潜熱蓄熱器として形成されている鋳造コンパウンド１０によって構造が閉じられる。

【0024】

それ以外では、図１による実施形態ですでに説明したことが図２による実施形態にも当てはまる。この場合、同一の構成部品には、同一の符号が付けられている。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュール（１）であって、対向する２つの側面の間にバッテリーシングルセル（３）用の収容開口部（６）を有するモジュールハウジング（２）と、前記収容開口部（６）の中に取り付けられるバッテリーシングルセル（３）とを備え、前記モジュールハウジング（２）の前記収容開口部（６）の周りに、冷媒が通流可能な領域（９）が配置されている、前記バッテリーモジュール（１）において、
前記モジュールハウジング（２）の１つの側面にプレート（４）が配置されており、前記プレート（４）は、前記バッテリーシングルセル（３）の寸法に対応する孔部（５）を有するものであり、前記収容開口部（６）は、少なくとも部分的に前記孔部（５）よりも大きな断面を有し、前記バッテリーシングルセル（３）は、前記収容開口部（６）の先細り部分との、および／または前記プレート（４）との接触用のストッパー（７）を有していることを特徴とする、前記バッテリーモジュール（１）。

【請求項2】

前記ストッパー（７）は、自己粘着性の材料によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項3】

前記自己粘着性の材料は、粘着テープとして、特に発泡粘着テープとして構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項4】

前記プレート（４）は、冷却プレート（４）として、特に冷却ベースプレート（４）として構成されてい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モジュール（１）。

【請求項5】

前記収容開口部（６）は、前記プレート（４）の方向に円錐形に先細りしてい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モジュール（１）。

【請求項6】

前記収容開口部（６）は、一定の断面を有してい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モジュール（１）。

【請求項7】

前記バッテリーシングルセル（３）は、熱伝導性接着剤（８）によって前記収容開口部（６）内に固定されてい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モジュール（１）。

【請求項8】

前記バッテリーシングルセル（３）は、前記プレート（４）の反対側にある前記モジュールハウジング（２）の側面に鋳造コンパウンド（１０）により鋳固められてい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モジュール（１）。

【請求項9】

前記鋳造コンパウンド（１０）は、潜熱蓄熱材料を有しているか、またはそのような材料からなることを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーモジュール（１）。

【請求項10】

前記バッテリーシングルセル（３）は、円筒形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モジュール（１）。

【国際調査報告】