JP5663579B2 - その上に設けられた温度センサーを有するバッテリーモジュール、及び該バッテリーモジュールを備えた中型又は大型バッテリーパック - Google Patents

Description

本願発明は、温度センサーを有するバッテリーモジュール及び該バッテリーモジュールを含むバッテリーパックに関し、より具体的には、２つ以上のバッテリーセルを含んでいるバッテリーモジュールであって、前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーセルの少なくとも１つの温度を測定するセンサー（温度センサー）が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触する対応部材との間に配置されており、前記対応部材には、前記温度センサーに対応する形状で形成された溝が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触するその領域に設けられており、前記温度センサーが前記溝内に取り付けられる状態で、前記温度センサーが前記バッテリーセルの前記少なくとも１つの外側と接触して配置される構造で構成されるバッテリーモジュール、及び前記バッテリーモジュールを含んでいる中型又は大型のバッテリーパックに関する。

近年、充電されることができ、且つ放電されることができる二次電池は、ワイヤレス携帯装置のための電源として幅広く使用されている。同様に、該二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（プラグインＨＥＶ）のための電源として非常に注目を集めており、それらの電気自動車は、化石燃料を使用する既存のガソリン自動車及びディーゼル自動車によって引き起こされる空気汚染などの問題を解決するために開発されている。

小型の携帯装置は、各装置のための１つ又は複数のバッテリーセルを使用する。一方、自動車などの中型又は大型の装置は、高電力及び大容量が中型又は大型の装置のために必要とされるので、互いに電気的に接続された複数のバッテリーセルを有する中型又は大型のバッテリーモジュールを使用する。

好ましくは、中間又は大型のバッテリーモジュールは、可能な限り小型で軽量になるように製造される。この理由のために、角形バッテリー（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ｂａｔｔｅｒｙ）又はパウチ型バッテリーは、高い一体性で積み重ねられることができ、小さな容量に対する重量比を有し、中型又は大型のバッテリーモジュールのバッテリーセル（ユニットセル）として一般的に使用される。特に、多くの興味は、アルミニウムラミネートシートを被覆部材として使用するパウチ型バッテリーに集まっている。その理由は、パウチ型バッテリーが軽量であり、パウチ型バッテリーの製造コストが低く、パウチ型バッテリーの形状を変更することが容易とされるからである。

そのような中型又は大型のバッテリーモジュールを構成するバッテリーセルは、充電されることができ、且つ放電されることができる二次電池である。その結果、大量の熱は、バッテリーの充電中及び放電中に、高電力で、大容量の二次電池から発生する。特に、バッテリーモジュールに幅広く使用された各パウチ型バッテリーのラミネートシートは、その表面に被覆された低い熱伝導率を示すポリマー材料を有しており、その結果、複数のバッテリーセルの全体の温度を効果的低下させることは難しい。

すなわち、バッテリーモジュールの充電中及び放電中にバッテリーモジュールから発生した熱が、バッテリーモジュールから効果的に取り除かれないので、熱はバッテリーモジュール内に蓄積され、その結果、バッテリーモジュールの劣化を促進させる。状況によっては、バッテリーモジュールは、発火する場合があり、又は爆発する場合がある。この理由のために、冷却システムは、バッテリーパック内に取り付けられたバッテリーセルを冷却するために、高電力で、大容量のバッテリーである自動車のためのバッテリーパック内に必要とされる。

同様に、そのような冷却システムにおいて、複数のバッテリーセルの温度は、冷却効率を制御するように測定されており、それ故に、複数の温度センサーは必要である。

中型又は大型のバッテリーパック内に取り付けられた各バッテリーモジュールは、高い一体性で複数のバッテリーセルを積み重ねることによって一般的に製造される。この場合において、複数のバッテリーセルは、複数のバッテリーセルが所定の間隔で配置される状態で積み重ねられ、それによって、複数のバッテリーセルの充電中及び放電中に発生した熱が、取り除かれる。例えば、複数のバッテリーセルは、複数のバッテリーセルが付加的な部材を使用することなく所定の間隔で配置される状態で連続的に積み重ねられてもよい。代替的には、複数のバッテリーセルが低い機械的強度を有する場合において、１つ又は複数のバッテリーセルは、バッテリーカートリッジ内に取り付けられ、複数のバッテリーカートリッジはバッテリーモジュールを構成するために積み重ねられる。冷媒チャンネルは、積み重ねられたバッテリーセルの間に、又は積み重ねられたバッテリーモジュールの間に画定されることができ、それによって、温度センサーは、積み重ねられたバッテリーセルの間に、又は積み重ねられたバッテリーモジュールの間に容易に配置され、それ故に、積み重ねられたバッテリーセルの間に、又は積み重ねられたバッテリーモジュールの間に蓄積された熱が効果的に取り除かれる。

この構造において、しかしながら、複数のバッテリーセルの数に対応する複数の冷媒チャンネルを提供することが、必要であり、その結果、バッテリーモジュールの全体の寸法は増大する。

同様に、複数のバッテリーセルが積み重ねられる場合において、複数の冷媒チャンネルの間隔は、バッテリーモジュールの寸法を考慮すると比較的狭くなる。その結果、冷却構造の設計は複雑になる。すなわち、高い圧力損失は、冷媒入口ポートより狭い間隔で配置された冷媒チャンネルによって引き起こされ、その結果、冷媒入口ポート及び冷媒出口ポートの形状及び位置を設計することは、難しい。同様に、ファンは、そのような圧力損失を防止するためにさらに設けられる場合があり、それ故に設計は、消費電力、ファン騒音、空間又は同様のものに起因して制限される場合がある。

その結果、複数の放熱部材が複数のバッテリーセルの間の２つ以上の接合面に配置されるバッテリーモジュールの構造は、単純でコンパクトな構造で、高電力及び大容量を提供するバッテリーモジュールを製造するように考慮される場合がある。

この構造において、しかしながら、複数の温度センサーが複数のバッテリーセルと複数の放熱部材との間に位置するとともに、複数のバッテリーセルの側部に直接的に取り付けられる場合に、複数のバッテリーセルと複数の放熱部材との間の直接的な接触は、困難とされる場合があり、その結果、冷却効率は低下される場合がある。

同様に、複数の温度センサーが取り付けられる上記の構造において、負荷は、外力がバッテリーモジュールに作用される場合に、複数の温度センサーが取り付けられる位置に集中し、その結果、複数の温度センサーは、変形し、又は損傷を受ける場合があり、それ故に、複数のバッテリーセルの温度を正確に測定することが不可能になる場合がある。

その結果、単純でコンパクトな構造で製造されることができ、優れた冷却効率を示し、複数の温度センサーが変形せず、又は損傷せず、優れた寿命及び安全性を示す、高電力及び大容量を提供するバッテリーモジュールの高い必要性が存在する。

それ故に、本願発明は、上記の問題及び、まだ解決されていない他の技術的問題を解決するように行われる。

特に、温度センサーが、バッテリーセルに対応する対応部材で形成された溝内に取り付ける構造で構成されたバッテリーモジュールを提供ことが、本願発明の目的である。それによって、温度センサーが取り付けられる位置に負荷が集中することを妨げるとともに、バッテリーセルと対応部材との間の接触面積を維持し、それによって、温度センサーが変形し、且つ損傷を受けることを防止する。

本願発明の一の態様によれば、上記の目的及び他の目的は、２つ以上のバッテリーセルを含んでいるバッテリーモジュールであって、前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーセルの少なくとも１つの温度を測定するセンサー（温度センサー）が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触する対応部材との間に配置されており、前記対応部材には、前記温度センサーに対応する形状で形成された溝が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触するその領域に設けられており、前記温度センサーは、前記温度センサーが前記溝内に取り付けられる状態で、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つの外側と接触して配置される構造で構成されるバッテリーモジュールの提供によって達成されることができる。

本願発明によるバッテリーモジュールにおいて、温度センサーは、温度センサーに対応する形状でバッテリーセルと接触する対応部材の領域に形成された溝内に取り付けられる。その結果、対応部材の溝内に温度センサーを安定して取り付け、且つ該温度センサーが取り付けられる位置に負荷が集中するのを妨げることが可能であり、それによって、温度センサーが、外力によって変形され、且つ損傷を与えられることを効果的に防止する。

同様に、温度センサーがバッテリーセルの外側と接触する状態で、温度センサーが対応部材の溝内に取り付けられる構造において、バッテリーセルと対応部材との間の直接的な接触面積を増大させることが可能であり、それ故に、温度センサーが、バッテリーセルと対応部材との間に画定された空間内に取り付けられる従来の構造と比較して、バッテリーセルの温度を正確に測定することが、可能である。

対応部材に形成された溝の構造は、該溝が温度センサーに対応する形状で形成される限り、特に制限されない。例えば、溝は、温度センサーが、バッテリーセルと接触する対応部材の領域でのみ露出される凹型の構造で構成されてもよく、又は温度センサーが、バッテリーセルと接触する対応部材の領域と同様に、バッテリーセルに対して反対側の対応部材の領域で露出される貫通型の構造で構成されてよい。

同様に、温度センサーは、様々な方法で溝内に取り付けられてもよい。例えば、温度センサーは該溝内に完全に受容されてもよく、それによって、該温度センサーは、バッテリーセルによって押圧されない。代替的には、温度センサーは、温度センサーの一部が溝から突出する状態で、溝内に取り付けられてもよく、それによって、該温度センサーがバッテリーセルによって押圧される場合でさえ、温度センサーは、変形しない。

好ましい例において、対応部材は、対応する複数のバッテリーセルの間の接合面に取り付けられた放熱部材を含んでもよい。温度センサーがバッテリーセルと対応部材との間に画定された空間内に取り付けられた従来の構造と比較すると、バッテリーセルと対応部材との間の接触面積を増大させることが可能であり、それ故に、バッテリーセルの温度を正確に測定することが可能であり、それによってバッテリーモジュールの冷却効率を最大化させる。

その間に、放熱部材の構造は、放熱が放熱部材によって容易に達成される限り、特に制限されない。好ましくは、放熱部材は、冷却フィン構造で構成される。

同様に、放熱部材のための材料は、放熱部材が熱伝導材料から形成される限り、特に制限されない。例えば、放熱部材は、高い熱伝導率を示す金属シートから形成されてもよい。該複数の放熱部材は、複数のバッテリーセルの間の接合面の全てに配置されてもよく、又は複数のバッテリーセルの間の接合面のいくつかに配置されてもよい。例えば、複数の放熱部材が複数のバッテリーセルの間の接合面の全てに配置される場合において、各バッテリーセルは、その両側で異なる放熱部材と接触状態になってもよい。一方、複数の放熱部材が複数のバッテリーセルの間の接合面のいくつかに配置される場合において、複数のバッテリーセルのいくつかは、その一方の側のみで放熱部材と接触状態になってもよい。

温度センサーは、温度センサーがバッテリーセルの温度を測定する限り、バッテリーセルの任意の領域に位置してもよい。バッテリーセルの全体的な温度状態を考慮して、その中央領域でのバッテリーセルの温度を平均的な値に設定することは、容易とされる場合がある。好ましくは、それ故に、該溝は、対応部材に形成されており、それによって、複数のバッテリーセルの少なくとも１つの中央領域に位置される。

温度センサーは、温度センサーから得られた温度情報に基づいて、バッテリーモジュールの温度を制御するために、コントローラー（例えば、バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ））に接続される。温度センサーがその中に取り付けられる該溝は、そのような電気的接続のための部材、例えばワイヤが溝延長部内に取り付けられるように延在してもよい。

好ましくは、溝延長部は、熱伝導方向に対して反対側の長手方向において形成される。

すなわち、溝延長部が熱伝導方向を横断するように形成される場合において、熱伝導率が低下し、それ故に、放熱効果が低下する。好ましくは、それ故に、溝延長部は、熱伝導方向に対して反対側の長手方向において形成される。

好ましくは、放熱部材は、放熱部材の少なくとも１部が積み重ねられた複数のバッテリーセルから外側に露出される状態で、対応する複数のバッテリーセルの間の接合面で配置されており、該放熱部材の外側に露出した部分は、複数のバッテリーセルの少なくとも１つの一の側に向けて折り曲げられる。

上記の構造において、放熱部材の外側に露出した部分は、放熱部材を接続する複数のバッテリーセルのそれぞれに向けて折り曲げられてもよい。

すなわち、バッテリーセルから発生した熱は、複数のバッテリーセルの間に配置された放熱部材に伝導されており、大きな接触面積を有する折り曲げ部分を通じて熱交換部材に容易に伝導され、それによってバッテリーセルから熱を効果的に散逸する。

状況によっては、バッテリーモジュールは、熱交換部材が放熱部材の折り曲げ部分に取り付けられる構造で構成されてもよい。該放熱部材は、溶着または機械的結合などの様々な方法で放熱部材に取り付けられてよい。その結果、バッテリーセルから発生した熱は、複数のバッテリーセルの間に配置された放熱部材に伝達され、バッテリーセルの積み重ねの一の側に取り付けられた熱交換部材によって効果的に取り除かれる。

熱交換部材のための材料は、熱交換部材が高い熱伝導率を示す材料から形成される限り、特に制限されない。好ましくは、熱交換部材は、他の材料より高い熱伝導率及び機械的強度を示す金属材料から形成される。放熱部材及び熱交換部材は、効果的な熱伝達を達成するために互いに接続されてもよい。

一般的に、バッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルが積み重ねられるとともに、冷媒チャンネルを形成するように所定の間隔をおいて配置される構造で構成されており、それによって、空気は、各バッテリーセルの間に画定された空間内において（空冷式で）流れており、複数のバッテリーセルの温度を測定するために、複数の温度センサーが各バッテリーセルの間で画定された複数の空間に取り付けられる状態で、複数のバッテリーセルの過熱を防止する。しかしながら、この種のバッテリーモジュールは、十分な放熱効果を提供しない。

複数の放熱部材が複数のバッテリーセルの間で２つ以上の接合面に配置されるとともに、放熱部材を一体的に相互接続する熱交換部材が、バッテリーセルの積み重ねの一の側に取り付けられるバッテリーモジュールにおいて、一方、各バッテリーセル間の空間を提供することなく、又は小さな空間が各バッテリーセルの間に提供されるけれども、従来の冷却システムより高い冷却効率でバッテリーセルの積み重ねを冷却することは可能であり、それ故に、バッテリーモジュールの放熱効果を最大化させることを可能にし、且つ高い一体性で複数のバッテリーセルを積み重ねることを可能にする。

好ましい例において、複数のバッテリーセルのそれぞれは、ラミネートシートから形成されたバッテリーケース内に取り付けられた電極アセンブリを含んでいる軽量なパウチ型バッテリーとされてもよい。該ラミネートシートは、熱溶着可能である内側樹脂層と、絶縁性金属層と、優れた耐久性を示す外側樹脂層と、を含んでいる。

好ましくは、バッテリーセルのそれぞれは、フレーム構造に構成されたバッテリーカートリッジ内に取り付けられる。この構造は好ましくは、熱溶着によってバッテリーの縁部に形成されたシール部分を有しているバッテリーに適用される。

上記の構造において、バッテリーカートリッジは、複数のバッテリーセルのうちの対応するバッテリーセルの少なくとも１つの広い表面が露出された状態で、複数のバッテリーセルのうちの対応するバッテリーセルの縁部を固定するように、少なくとも一対のプレート状フレームを含む。さらに、複数のフレームのそれぞれには、密接方法で、複数のバッテリーセルのうちの対応するバッテリーセルの露出した広い表面に複数の放熱部材のうちの対応する放熱部材を固定するために、弾性押圧部材がその外側に設けられる。

それ故に、複数のバッテリーセルがその内部に取り付けられた複数のバッテリーカートリッジが積み重ねられるとともに、複数の放熱部材がそれぞれのバッテリーカートリッジの間に配置される場合において、フレームの外側に設けられた弾性押圧部材は、バッテリーカートリッジの積み重ねの構造的な安定性を増加させ、且つ複数の放熱部材がバッテリーカートリッジの積み重ねに効果的に固定されることを可能にする。

バッテリーカートリッジのそれぞれが少なくとも１対のプレート状フレームを含むので、１つのバッテリーセルだけはなく２つ以上のバッテリーセルは、バッテリーカートリッジのそれぞれに取り付けられてもよい。例えば、２つのバッテリーセルがバッテリーカートリッジのそれぞれに取り付けられる構造において、中間フレームは、バッテリーセルの間に設けられており、それによって、一方のバッテリーセルが上部フレームと中間フレームとの間に配置され、且つ他方のバッテリーセルが、中間フレームと下部フレームとの間に配置される。この構造においてでさえ、複数の放熱部材は各バッテリーセルの外側に密接方法で配置されており、それ故に、熱伝導を通じて放熱効果を提供することが可能である。

弾性押圧部材の構造は、弾性押圧部材が、バッテリーモジュールを組み立てるときに放熱部材を固定するためにフレームに取り付けられる限り、特に制限されない。例えば、弾性押圧部材は、フレームの上端及び下端及び／又は左側及び右側に設けられてもよい。

その結果、複数の放熱部材は、複数の放熱部材が複数のフレームに固定される程度を増大させるように、密接方法で複数のフレームの外側に取り付けられた弾性押圧部材によって、複数のフレームに対して効果的に押圧されており、その結果、複数の放熱部材を固定するために付加的な部材を使用する必要がない。

状況によっては、複数の弾性押圧部材は、複数のバッテリーセルのシール部分と接触状態になる複数のフレームの内側にさらに取り付けられてもよい。

好ましい例において、複数のバッテリーセルのそれぞれは、複数のバッテリーセルのそれぞれの露出した広い表面が複数のフレームの対応するフレームから外側に突出する状態で、複数のフレームの間に取り付けられてもよく、複数の弾性押圧部材が、その露出した広い表面で複数のバッテリーセルのそれぞれの突出している高さより高い高さを有する状態で、複数の弾性押圧部材は、フレームの外側に設けられてもよい。

すなわち、複数のバッテリーセルの高さより低く形成された複数のフレームは、複数のバッテリーセルの縁部のみを固定する。それ故に、複数のバッテリーセルの突出している露出した広い表面を通じて、効果的な放熱を達成されることが可能である。同様に、複数の放熱部材の適用時に、複数のバッテリーセルの突出している露出した広い表面で、複数のバッテリーセルの高さより高く取り付けられた複数の弾性押圧部材は、密接方法でバッテリーセルの露出した広い表面に対して複数の放熱部材を効果的に押圧し、且つそれ故に、複数の放熱部材を使用してバッテリーモジュールの寸法を増加させることなく、バッテリーモジュールの全体の機械的強度を増大させることは可能である。

複数のフレームの外側に取り付けられた複数の弾性押圧部材のための材料は、複数の弾性押圧部材が、複数の弾性押圧部材が押圧される場合に高い弾性押圧力を示す限り、特に制限されない。好ましくは、複数の弾性押圧部材のそれぞれは、弾性ポリマー樹脂から形成される。そのようなポリマー樹脂は、高い弾性力を示すことを可能にする材料とされてもよく、又は、高い弾性力を示すことを可能にする構造又は形状を有してもよい。前者の代替例は、ゴムとされてもよく、後者の代替例は、発泡されたポリマー樹脂とされてもよい。

複数の弾性押圧部材は、様々な方法で複数のフレームに取り付けられてもよい。複数の弾性押圧部材を該複数のフレームにより効果的に取り付けるために、複数のフレームには、複数の溝がその外側に設けられる場合があり、該複数の溝内に、複数の弾性押圧部材が取り付けられてもよい。

複数の弾性押圧部材のそれぞれは、複数のフレームのそれぞれの幅の１０％以上に等しい幅を有してもよい。複数の弾性押圧部材のそれぞれの幅が、複数のフレームのそれぞれの幅と比較して非常に小さい場合に、複数の弾性押圧部材を複数のフレームに取り付けることによって得られた効果は、示されていない場合がある。一方、複数の弾性押圧部材のそれぞれの幅が、複数のフレームのそれぞれの幅と比較して非常に大きい場合に、複数の弾性押圧部材が押圧される場合に弾性的に変形される複数の弾性押圧部材は、複数の放熱部材の大部分をカバーし、その結果、放熱効果が低下する場合がある。さらに、複数の弾性押圧部材は、複数の弾性押圧部材が押圧される場合に複数のフレームから外側へ突出する場合があり、それは好ましくない。当然ながら、それ故に、複数の弾性押圧部材のそれぞれの幅は、上記の問題が引き起こされない限り、上記に定義した範囲を超える場合がある。

好ましくは、熱交換部材は、少なくとも１つの冷媒チャンネルを有しており、該少なくとも１つの冷媒チャンネルを通じて冷媒が流れる。例えば、水などの冷媒が流れる冷媒チャンネルは、熱交換部材に形成されてよく、それによって、従来の空冷型の冷却構造と比較して、高い信頼で優れた冷却効果を達成することができる。

上記の構造の例として、熱交換部材は、その底面で前記熱交換部材が密接方法で配置される底部と、前記底部に接続された対向する側部であって、長手方向において、前記熱交換部材に形成された冷媒チャンネルを有する対向する側部と、前記底部から上方に延在するように、前記対向する側部の間に配置された複数の放熱フィンと、を含んでいる構造で構成されてもよい。

その結果、複数のバッテリーセルから複数の放熱部材へ移動した熱は、熱交換部材の底部の底面に伝導されており、熱交換部材の対向する側部に形成された複数の冷媒チャンネルを通じて流れている冷媒に伝達され、すなわち水冷式で伝達され、且つ熱交換部材の複数の放熱フィンに伝達され、すなわち空冷式で伝達され、それによって、複数のバッテリーセルから熱の散逸を効果的に達成する。

熱交換部材の構造は、複数のバッテリーセルから発生した熱を容易に取り除くように、複数の熱交換部材が複数のバッテリーセルの積み重ねの一方の側に取り付けられる限り、特に制約されていない。好ましくは、熱交換部材は、モジュールケースの上部に取り付けられる。その結果として、複数のバッテリーセルから発生した熱をモジュールケースの外側へ高い効率で散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｅ）させることは、可能である。

状況によっては、該モジュールケースには、熱交換部材を受容するのに十分な寸法を有する凹部がその上部に設けられてもよく、前記凹部内に取り付けられた前記熱交換部材は、前記モジュールケースの上部の高さと等しい、又は前記高さより低い高さを有してもよい。この構造において、複数のバテッリーモジュールが、熱交換部材が取り付けられた方向において積み重ねられる場合においてでさえ、熱交換部材に起因してバッテリーモジュールを積み重ねる困難性が存在せず、それ故に、上記の構造は、高電力及び大容量を有する中型又は大型のバッテリーパックを製造するのに好ましいとされる場合がある。

その間に、中型又は大型のバッテリーパックは、高電力及び大容量を提供するために、複数のバッテリーセルを使用する。そのようなバッテリーパックを構成するバッテリーモジュールにおいて、より高い放熱効率は、バッテリーパックの安全性を確保するために必要とされる。

本願発明の他の態様によれば、所望された電力及び容量に基づいて２つ以上のバッテリーモジュールを組み合わせることによって製造される中型又は大型のバッテリーパックは、提供される。

本願発明によるバッテリーパックは、高電力及び大容量を提供するために、複数のバッテリーセルを含む。その結果、本願発明によるバッテリーパックは好ましくは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車のための電源として使用されており、それらの電気自動車において、バッテリーセルの充電中及び放電中に発生した高温の熱が深刻な安全性に対する懸念とされる。

上記の目的及び特徴、並びに他の目的及び特徴、さらに本願発明の他の利点は、添付した図面と併せて、以下の詳細な説明から明確に理解されるであろう。

従来の放熱部材を含んでいるバッテリーモジュールを典型的に図示している部分垂直断面図である。 本願発明の一の実施形態による放熱部材を含んでいるバッテリーモジュールを典型的に図示している部分垂直断面図である。 プレート状のバッテリーセルを図示している概略図である。 バッテリーカートリッジを図示している概略的な平面図である。 方向Ａで見た場合の図４のバッテリーカートリッジを図示している垂直断面図である。 ２つのバッテリーセルを含んでいるバッテリーカートリッジを図示している分解図である。 図６のバッテリーカートリッジを図示している概略的な平面図である。 本願発明の他の実施形態による放熱部材を図示している概略図である。 本願発明の他の実施形態による放熱部材を図示している概略図である。 図９の放熱部材がバッテリーカートリッジの間に配置されている構造を図示している概略図である。 方向Ａから見た場合の図１０の概略的な断面図である。 放熱部材が、その１つが図４に示される複数のバッテリーカートリッジの間に配置されるバッテリーモジュールを図示している斜視図である。 本願発明の他の実施形態による熱交換部材が取り付けられたバッテリーモジュールを図示している斜視図である。 図１３の熱交換部材を図示している概略的な拡大図である。

次に、本願発明の好ましい実施形態は、添付した図面を参照して詳細に記載されるであろう。しかしながら、本願発明の技術的範囲が図示された実施形態によって制限されないことに留意されるべきである。

図１は、従来の放熱部材を含んでいるバッテリーモジュールを典型的に図示している部分垂直断面図である。

図１を参照すると、バッテリーモジュールは、バッテリーセル１０と、該バッテリーセル１０の反対側に配置された放熱部材５０と、温度センサー７０と、を含む。

該温度センサー７０は、バッテリーセル１０と放熱部材５０との間に配置される。同様に、温度センサー７０は、バッテリーセル１０の一方の側に直接的に取り付けられる。その結果として、デッドスペースＳは、バッテリーセル１０と放熱部材５０との間に設けられる。バッテリーセル１０と放熱部材５０との間の直接的な接触は、そのようなデッドスペースＳに起因して難しく、その結果、冷却効率が非常に低下する。同様に、外力がバッテリーモジュールに作用される場合に、負荷が温度センサー７０上に集中し、その結果、温度センサー７０が部分的に変形される場合があり、又は部分的に損傷する場合がある。

図２には、本願発明の実施形態による放熱部材を含んでいるバッテリーモジュールを典型的に図示している部分垂直断面図である。

図２を参照すると、バッテリーセル１０の温度を測定する温度センサー７０は、図１と同じ方法で、バッテリーセル１０と該バッテリーセル１０と接触して配置された放熱部材５０ａとの間に配置される。

しかしながら、この実施形態において、温度センサー７０に対応する形状を有する溝７２は、バッテリーセル１０と接触する放熱部材５０ａの領域に形成されており、該温度センサー７０は、温度センサー７０が溝７２内に配置される状態で、バッテリーセル１０の外側と接触して配置される。

図２のバッテリーモジュールにおいて、それ故に、デッドスペースＳが図１のバッテリーモジュールと比較して設けられていない。さらに、バッテリーセル１０と放熱部材５０ａとの間の直接的な接触面積は、図１のバッテリーセル１０と放熱部材５０との間の直接的な接触面積より大きい。その結果、バッテリーセル１０の冷却効率は改善され、外力がバッテリーモジュールに作用される場合に、温度センサー７０が変形すること又は損傷することを防止する。

図３は、プレート状バッテリーセルを図示している概略図である。

図３を参照すると、プレート状バッテリーセルであるバッテリーセル１００は、樹脂層と金属層とを含んでいるラミネートから形成されたバッテリーケース１００内に、カソード／セパレーター／アノードの構造の電極アセンブリ（図示せず）を含む。カソード端子１２０及びアノード端子１３０はそれぞれ、電極アセンブリに電気的に接続されており、且つバッテリーケース１１０の上端及び下端から外側に突出している。図示を単純にするために、熱溶着によってバッテリーケース１１０の縁部に形成されたシール部分は、示していない。

バッテリーケース１１０が樹脂層を含むので、バッテリーセルからの熱の散逸は、金属ケースと比較して容易ではない。特に、複数の積み重ねられたバッテリーセル１００を含んでいるバッテリーモジュールにおいて、バッテリーモジュールの性能及び安全性は、低い放熱に起因して低下する場合がある。

図４は、本願発明の一の実施形態によるバッテリーカートリッジを図示している概略的な平面図であり、図５は、方向Ａから見た場合の、図４のバッテリーカートリッジを典型的に図示している垂直断面図である。

それらの図面を参照すると、バッテリーカートリッジ２００は、プレート状バッテリーセル１００がバッテリーカートリッジ２００内に取り付けられる構造で構成されており、バッテリーセル１００の電極端子１２０及び１３０は、バッテリーカートリッジ２００から外側に突出している。

バッテリーカートリッジ２００は一対のプレート状フレーム３００及び３００’を含み、該一対のプレート状フレーム３００及び３００’は、バッテリーセル１００の対向する広い表面が露出される状態で、その縁部でバッテリーセル１００の両側を固定するように構成される。

それぞれのフレーム３００及び３００’には、弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’がその外側の左側側部及び右側側部で設けられており、該弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’は、それぞれのフレーム３００及び３００’の長手方向に平行に延在している。

同様に、バッテリーセル１００は、バッテリーセル１００の露出された広い表面がそれぞれのフレーム３００及び３００’から突出している状態で、それぞれのフレーム３００及び３００’の間に取り付けられる。複数の弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’は、該複数の弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’がその露出された広い表面でバッテリーセル１００の突出している高さｌより大きな高さＬを有する状態で、それぞれのフレーム３００及び３００’の外側に取り付けられている。複数の放熱部材（図示せず）の適用時に、それ故に、複数の弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’が複数の放熱部材（図示せず）に対して弾性押圧力を提供することは、可能である。同様に、適用された複数の放熱部材（図示せず）は、複数の弾性押圧部材３１０、３２０、３１０’、及び３２０’によって、密接方法（ａ ｔｉｇｈｔ ｃｏｎｔａｃｔ ｍａｎｎｅｒ）でバッテリーセル１００の露出された広い表面に対して効果的に押圧され、それ故に、複数の放熱部材を使用して、バッテリーモジュールの寸法を増大させることなく、効果的な放熱を達成することは可能である。

図６は、２つのバッテリーセルを含んでいるバッテリーカートリッジを典型的に図示している分解図であり、図７は、図６のバッテリーカートリッジを図示している概略的な平面図である。

それらの図面を参照すると、バッテリーカートリッジ２００’は、２つのプレート状バッテリーセル１００及び１００’がバッテリーカートリッジ２００’内に積み重ねられた状態で取り付けられており、且つ中間フレーム３０１がバッテリーセル１００及び１００’の間にさらに設けられていることを除いて、図４のバッテリーカートリッジと等しく、それ故に、その詳細な説明は付与されていないであろう。

この構造において、複数の放熱部材（図示せず）がバッテリーセル１００及び１００’の広い表面で設けられる場合においてでさえ、熱伝導を通じて優れた放熱効果を達成することは、可能である。図４の構造と比較して、それ故に、複数の放熱部材は、一対のフレーム３００及び３００’及び中間フレーム３０１に設けられた複数の弾性押圧部材３１０及び３２０によって、密接方法でバッテリーセル１００及び１００’の広い表面に対して押圧されており、それ故に、バッテリーモジュールの寸法の増加を最小限にするとともに、効果的な放熱を達成することは、可能である。

図８及び図９は、本願発明の他の実施形態による放熱部材を図示している概略図である。

図８を参照すると、放熱部材５００には、温度センサーに対応する形状で形成された溝５１０がその一方の側に設けられる。それによって、該温度センサーは、該溝５１０内に取り付けられており、外側に露出した部分５２０は、放熱部材５００の一方の側に向けて折り曲げられる。

該溝５１０は、バッテリーセル（図示せず）の中央領域に対応する位置に形成される。同様に、溝５１０内に取り付けられた温度センサー（図示せず）をコントローラー（図示せず）に電気的に接続するワイヤが取り付けられる溝延長部５１２は、溝５１０が形成された位置で、放熱部材５００の一方の側に形成される。

熱が（矢印によって示された方向に）放熱部材５００の外側に露出した部分５２０に向けて伝導される場合に、溝延長部５１２は、反対側の長手方向に形成される。この構造において、熱伝導率は、熱伝導方向を横断するように形成された溝延長部５１２’と比較すると、低下しない。

図９の放熱部材５００ａは、外側に露出した部分５２０ａが放熱部材５００ａの両側に向けて折り曲げられている点で、図８の放熱部材５００と異なる。しかしながら、図９の放熱部材５００ａは、温度センサーがその中に取り付けられる溝５１０ａが、温度センサーに対応する形状で放熱部材５００ａの一方の側で形成される点で、図８の放熱部材５００に等しい。

図１０は、図９の放熱部材がバッテリーカートリッジの間に配置される構造を図示している概略図であり、図１１は、方向Ａから見た場合に、図１０の概略的な垂直断面図である。

それらの図面を参照すると、バッテリーカートリッジ２００は、放熱部材５００ａの両側に配置されており、複数のバッテリーセル１００は、放熱部材５００ａと密接して配置され、それによって、バッテリーセル１００は、熱伝導を通じて冷却される。溝７２０は、放熱部材５００ａの下部分に形成されており、それによって、溝７２０は、熱伝導方向と反対側の長手方向に延在している。さらに、温度センサー７００は、溝７２０内に取り付けられる。その結果として、放熱部材５００ａとバッテリーモジュール１００との間の密接の程度及び接触面積は、増大する。

温度センサー７００がその中に取り付けられる溝が、図１に示されるような放熱部材５００ａに形成されない場合に、温度センサー７００の厚さに対応するデッドスペースは、バッテリーセル１００と放熱部材５００ａとの間に設けられ、その結果、バッテリーセル１００の冷却効率は低下する。

図１２は、放熱部材が、その１つが図４に示されるバッテリーカートリッジの間に配置されるバッテリーモジュールを図示している斜視図である。

図１２を参照すると、バッテリーモジュール４００は、連続して積み重ねられた８つのバッテリーカートリッジ２００を含み、４つの放熱部材５００ａは、バッテリーカートリッジ２００の間のいくつかの接合面で配置され、それによってバッテリーカートリッジ２００から発生した熱（特に、各バッテリーカートリッジ内に取り付けられたバッテリーセルから発生した熱）は、高い放熱効果を達成するために、複数の放熱部材５００ａに伝導される。

８つのバッテリーカートリッジ２００の複数のフレーム３００の外側に設けられた弾性押圧部材３１０及び３２０は、複数の放熱部材５００ａが、複数のフレーム３００に安定的に取り付けられ、且つ複数のフレーム３００に固定されるのを補助する。

その間、各放熱部材５００ａは、高い熱伝導率を示す金属シートから製造される。複数の放熱部材５００ａの外側に露出した部分は、各バッテリーカートリッジ５００の両側に向けて折り曲げられる。

その結果、複数のバッテリーセル１００の充電中及び放電中に複数のバッテリーセル１００から発生した熱は、各バッテリーカートリッジ２００の間に配置された複数の放熱部材５００ａに移動し、次いで複数の放熱部材５００ａの外側に露出した部分に配置された熱交換部材（図示せず）を通じて外側に放出され、それによって、高い放熱効率を達成するとともに、バッテリーモジュールがコンパクトな構造で構成される。

図１３は、本願発明の他の実施形態による熱交換部材が取り付けられるバッテリーモジュールを典型的に図示している斜視図であり、図１４は、図１３の熱交換部材を図示している概略的な拡大図である。

図１２とともにそれらの図面を参照すると、バッテリーケース４１０内に取り付けられたバッテリーモジュール４００は、熱交換部材６００が、複数のバッテリーカートリッジ２００を連続的に積み重ねることによって構成されたバッテリーカートリッジの積み重ねの上部に取り付けられる構造で構成される。

熱交換部材６００は、モジュールケース４１０の上部に取り付けられ、それによって放熱部材５００ａが密接方法で底部６１０の底面に配置される底部６１０と、該底部６１０に接続され、且つ長手方向にそれを通じて形成される冷媒チャンネル６２１及び６２２を有する対向する側部６２０及び６２０’と、対向する側部６２０及び６２０’の間に配置された複数の放熱フィン６３０であって、該底部６１０から上方に延在する複数の放熱フィン６３０と、を含む。

すなわち、水などの冷媒は、冷媒チャンネル６２１及び６２２を通じて流れ、複数の放熱フィン６３０は、空気が各放熱フィン６３０の間に流れるように、所定の間隔Ｄで配置される。その結果、複数の放熱部材５００ａから移動した熱は、高い信頼性とともに優れた冷却効率で効果的に取り除かれる。

本願発明の好ましい実施形態が図示の目的で開示されているけれども、当業者は、添付した特許請求の範囲内に開示された発明の技術的範囲及びその精神から逸脱することなく、様々な変更、追加、及び置換が可能であることを理解するであろう。

上記の説明から明らかであるように、本願発明によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルからの熱の散逸を促進させるために、バッテリーセルと接触する対応部材に、溝が形成され、且つ温度センサーが該溝内に取り付けられる構造で構成される。その結果、バッテリーセルと対応部材との間の密接の程度を増大させること、及び負荷が、温度センサーが取り付けられる位置に集中することを防止し、それによって、温度センサーが変形される、又は損傷されることを防止することは、可能である。

同様に、水冷型の冷却構造は、熱交換部材に形成され、それ故に、高い信頼性とともに、バッテリーセルの熱の放散をさらに改善させることは可能である。バッテリーセルの内部温度は、そのような高い放熱効果に基づいて均一に制御され、それによってバッテリーセルの寿命及び安全性を大幅に改善する。

１０ バッテリーセル
５０ 放熱部材
５０ａ 放熱部材
７０ 温度センサー
７２ 溝
１００ バッテリーセル
１１０ バッテリーケース
１２０ カソード端子
１３０ アノード端子
２００ バッテリーカートリッジ
３００ プレート状フレーム
３００’プレート状フレーム
３０１ 中間フレーム
３１０、３１０’ 弾性押圧部材
３２０、３２０’ 弾性押圧部材
５００、５００ａ 放熱部材
５１０，５１０ａ 溝
５１２、５１２’ 溝延長部
５２０、５２０ａ 外側に露出した部分
６００ 放熱部材
６１０ 底部
６２０、６２０’ 側部
６２１、６２１’ 冷媒チャンネル
６３０ 放熱フィン
７００ 温度センサー
７２０ 溝
Ａ 方向
Ｄ 所定の間隔
Ｌ 高さ
Ｓ デッドスペース

Claims (14)

1. ２つ以上のバッテリーセルを備えているバッテリーモジュールであって、
   前記バッテリーモジュールは、前記バッテリーセルの少なくとも１つの温度を測定するセンサー（温度センサー）が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触する放熱部材との間に配置される構造で構成され、
   前記放熱部材には、前記温度センサーに対応する形状で形成された溝が、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つと接触するその領域に設けられており、
   前記温度センサーは、前記温度センサーが前記溝内に取り付けられる状態で、前記バッテリーセルの前記少なくとも１つの外側と接触して配置されており、かつ、
   前記放熱部材は、バッテリーセル同士の間の接合面に取り付けられていることを特徴とするバッテリーモジュール。
2. 前記放熱部材は、冷却フィン構造で構成され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。
3. 前記放熱部材は、金属シートから形成され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。
4. 前記溝は前記放熱部材に形成され、それによって、前記温度センサーが、前記少なくとも１つのバッテリーセルの中央領域に位置す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。
5. 前記放熱部材は、前記バッテリーセル同士の間に配置される一端と、バッテリーセルの外側に配置される他端とを有しており、前記溝は、前記バッテリーセル同士の間に配置される一端において長手方向に延在し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。
6. 前記放熱部材は、前記放熱部材の少なくとも１部が、積み重ねられたバッテリーセルから外側に露出される構造で、バッテリーセル同士の間の接合面に配置されており、前記放熱部材の外側に露出した部分は、前記放熱部材の取付け方向に直交する方向に折り曲げられ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。
7. 前記放熱部材の前記外側に露出した部分は、前記放熱部材と接続する前記バッテリーセルのそれぞれに向けて折り曲げられることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
8. 前記バッテリーモジュールは、熱交換部材が前記放熱部材の折り曲げられた部分に取り付けられる構造で構成されることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーモジュール。
9. 前記熱交換部材は、冷媒が流れる少なくとも１つの冷媒チャンネルを有す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。
10. 前記熱交換部材は、
    その底面で前記熱交換部材が密接方法で配置される底部と、
    前記底部に接続された対向する側部であって、長手方向において該熱交換部材に形成された冷媒チャンネルを有する対向する側部と、前記底部から上方に延在するように、前記対向する側部の間に配置された複数の放熱フィンと、を備えることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーモジュール。
11. 前記熱交換部材は、モジュールケースの上部に取り付けられ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。
12. 前記モジュールケースには、前記熱交換部材を受容するのに十分な寸法を有する凹部がその上部に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを２つ以上備えるバッテリーパックであって、前記バッテリーモジュールの数が、前記バッテリーパックの電力及び容量に基づいて設定されることを特徴とするバッテリーパック。
14. 前記バッテリーパックが、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、又はプラグインハイブリッド電気自動車の電源として使用されることを特徴とする請求項１３に記載のバッテリーパック。

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