JP2016539456A - 電池セルアセンブリ - Google Patents

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Abstract

本発明は、電池セルアセンブリ及び冷却フィンに関し、前記電池セルはハウジング及び電極端子を含んでいる。前記冷却フィンは、前記ハウジングに対向して位置し、前記冷却フィンの縦軸に沿って延びている実質的に長方形状のプレートを含み、前記実質的に長方形状のプレートは、一面に複数の湾入部位及び複数の扁平部位を有している。前記複数の湾入部位のそれぞれは、縦軸に沿って複数の扁平部位のそれぞれの間に位置しており、前記ハウジングは、前記扁平部位と接触するように位置しているので、電池セルの体積が膨張してもこれを収容することができる電池セルアセンブリを提供する。

Description

本発明は、電池セルアセンブリ世代の電池セルであって、前記電池セルは膨張し得、前記電池セルを固定するフレーム部材に外側への圧力を形成することができる電池セルに関する。
充放電の可能な二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目を集めている。
小型モバイル機器が、デバイス１台当たり１つ、または３つか４つの電池セルが使用される一方、自動車などのような中大型デバイスは、高出力大容量の必要性により、多数の電池セルを電気的に接続した中大型電池モジュールが使用される。
一般に、電池モジュールは、多数の単位電池を直列及び／又は並列に接続するカートリッジに内蔵し、このようなカートリッジを電気的に多数個接続して作製する。場合によっては、より高い出力を提供するために、２つ以上の電池モジュールを電気的に接続した中大型電池システムとして作製することもある。
したがって、高出力大容量の動力源を作るために、単位電池、カートリッジ、及び電池モジュールの相互間の電気的接続と、これらから電力の供給を受けて外部機器に提供するための電気的接続、及び電池の作動を制御するためのシステムとの接続を効果的に行うことができる接続部材が要求される。また、高出力大容量電池は、持続的な充放電により多量の熱が発生し、電池セルが膨張するため、このような劣化を解消し、電池セルの膨張による圧力を解消するためのシステムが必須である。
したがって、本出願の発明者らは、充放電過程で蓄積された熱を効率的に除去し、電池セルの膨張を収容するように設計して、電池セルを固定するフレーム部材に加わる圧力を減少させる改善された電池セルアセンブリの必要性を確認した。
本発明は、従来技術の問題点及び従来から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
具体的には、本発明の目的は、電池セルを固定するフレーム部材に加わる圧力を減少させるように、時間の経過と共に膨張する電池セルを収容することができる、冷却フィンを含む電池セルアセンブリを提供することである。
本発明の実施例に係る電池セルアセンブリを提供する。前記電池セルアセンブリは、第１ハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）、第１電極端子及び前記第１ハウジングから延びた第２電極端子を含む第１電池セルを含んでいる。前記電池セルアセンブリは、第１電池セルの第１ハウジングに対向して位置する冷却フィンをさらに含む。前記冷却フィンは、縦軸に沿って延びている実質的に長方形状のプレート（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ−ｓｈａｐｅｄ ｐｌａｔｅ）を有している。前記実質的に長方形状のプレートは、第１面（ｓｉｄｅ）及び第２面を有するプレート部（ｐｌａｔｅ ｐｏｒｔｉｏｎ）を含んでいる。前記第１面は、複数の第１湾入部位（ｒｅｃｅｓｓｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ）及び複数の第１扁平部位（ｆｌａｔ ｒｅｇｉｏｎｓ）を有している。前記複数の第１湾入部位のそれぞれは、縦軸に沿って複数の第１扁平部位のうち２つの扁平部位の間に位置している。前記第１電池セルの第１ハウジングは、第１ハウジングが複数の第１扁平部位と接触するように第１面に対向して位置している。
一実施例に係る電池セルアセンブリの模式図である。 図１の電池セルアセンブリの分解図である。 図１の電池セルアセンブリの更に他の分解図である。 図１の電池セルアセンブリに使用される冷却フィンの模式図である。 図１の電池セルアセンブリに使用される冷却フィンの更に他の模式図である。 図４の冷却フィンの分解図である。 電池セルの一部を示した図１の電池セルアセンブリの一部、及び図４の冷却フィンの一部の拡大断面図である。 図４の冷却フィンに使用される実質的に長方形状のプレートの模式図である。 図８の実質的に長方形状のプレートの一部の拡大図である。
以下では、本発明の図面を参照して説明するが、これは、本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図１〜図３を参照すると、実施例に係る電池セルアセンブリ１０が提供される。電池セルアセンブリ１０は、長方形のリング状のフレーム部材（ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｒｉｎｇ−ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｍｅ ｍｅｍｂｅｒｓ）２０，２２、電池セル３０，３２、及び冷却フィン４０を含む。電池セルアセンブリ１０の利点は、アセンブリ１０が、電池セル３０，３２が時間の経過と共に外側に膨張し始めるにつれて、湾入部位が電池セルからフレーム部材２０，２２に加わる相当量の圧力を減少させるように、電池セル３０，３２の一部を収容することができる湾入部位（ｒｅｃｅｓｓｅｄ ｒｅｇｉｏｎｓ）を有している冷却フィン４０を使用することである。
長方形のリング状のフレーム部材２０，２２は、電池セル３０，３２と冷却フィン４０をそれらの間に固定させるために互いに結合されるように構成されている。一実施例において、長方形のリング状のフレーム部材２０，２２はプラスチックで構成される。ただし、更に他の実施例において、長方形のリング状のフレーム部材２０，２２は、本発明の属する分野における通常の知識を有する者に知られている他の材料で構成されてもよい。長方形のリング状のフレーム部材２０，２２は、互いに超音波溶接されてもよい。
図２及び図３を参照すると、電池セル３０，３２は、それぞれ作動電圧を生成させることができるように構成されている。一実施例において、それぞれの電池セル３０，３２は、実質的に長方形の外周プロファイル（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ）を有するパウチ型リチウムイオン電池セルである。もちろん、本発明の属する分野における通常の知識を有する者に知られている他のタイプの電池セルが使用されてもよい。一実施例において、電池セル３０，３２は、互いに電気的に直列接続されている。
電池セル３０は、長方形状のハウジング５０、及びハウジング５０から延びた電極端子５２，５４を含む。電池セル３０は、長方形状のフレーム部材２０と冷却フィン４０との間に位置する。
電池セル３２は、長方形状のハウジング６０、及びハウジング６０から延びた電極端子６２，６４を含む。電池セル３２は、長方形状のフレーム部材２２と冷却フィン４０との間に位置する。
図２及び図４〜図９を参照すると、冷却フィン４０は、電池セル３０，３２のハウジング５０，６０のそれぞれに対向し、それらの間に位置し、電池セル３０，３２を冷却させるために、熱エネルギーを、電池セル３０，３２から冷却フィン４０を介して流れる冷却剤又は液体に伝達するように構成されている。冷却フィン４０は、実質的に長方形状のプレート７０及びチューブ７２を含む。
実質的に長方形状のプレート７０は縦軸７４に沿って延びている。実質的に長方形状のプレート７０は、プレート部８０を含んでおり（図６に図示）、プレート部８０に結合されており、プレート部８０の周辺を取り囲んでいる外周エッジ部位（ｐｈｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｅｄｇｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）を含む。一実施例において、実質的に長方形状のプレート７０はアルミニウムで構成される。もちろん、更に他の実施例において、実質的に長方形状のフレーム部材７０は、例えば、スチール（ｓｔｅｅｌ）、ステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ）、または銅（ｃｏｐｐｅｒ）のような他の材料で構成されてもよい。
プレート部８０は、実質的に長方形状であり、第１面（ｓｉｄｅ）１００、及び第１面１００に対向して位置している第２面１０２を含む。第１面１００は、電池セル３０の実質的に長方形側の全ての面を実質的に覆うか、または包囲することができる大きさである。第２面１０２は、電池セル３２の実質的に長方形側の全ての面を実質的に覆うか、または包囲することができる大きさである。
図２、図４、図６、図８、及び図９を参照すると、第１面１００は、複数の第１湾入部位１１０及び複数の第１扁平部位１１２を有している。複数の第１湾入部位１１０のそれぞれは、縦軸７４に沿って複数の第１扁平部位１１２のうち２つの扁平部位の間に位置している。複数の湾入部位１１０のそれぞれの湾入部位の深さＤ１（図９に図示）は、プレート部８０の厚さＴの１／２よりも小さい。
図２、図５、図８、及び図９を参照すると、第２面１０２は、複数の第２湾入部位１２２及び複数の第２扁平部位１２０を有している。複数の第２湾入部位１２２のそれぞれは、縦軸７４に沿って複数の第２湾入部位１２０のうち２つの扁平部位の間に位置している。複数の湾入部位１２０のそれぞれの湾入部位の深さＤ２（図９に図示）は、プレート部８０の厚さＴの１／２よりも小さい。複数の湾入部位１２０のそれぞれは、縦軸７４に実質的に垂直に延びており、プレート部８０の幅の少なくとも２／３を横切って延びている。複数の第２湾入部位１２２は、ハウジング６０が時間の経過と共に外側に膨張するにつれて、電池セル３２のハウジング６０の部位を収容するように構成されている。複数の第２湾入部位１２２は、縦軸７４に沿って互いに離隔して位置し、実質的に互いに平行に延びた湾入部位１５０，１５２，１５４，１５６を含む。複数の第２扁平部位１２０は、縦軸７４に沿って互いに離隔して位置し、実質的に互いに平行に延びた扁平部位１６０，１６２，１６４，１６６，１６８を含む。電池セルアセンブリ１０の組立時、電池セル３２のエージング（ａｇｉｎｇ）の間、例えば、数ヶ月及び数年の持続期間に、ハウジング６０が外側に膨張する前に、ハウジング６０が複数の第２湾入部位１２０と接触することができ、複数の第２湾入部位１２２と接触しないように、電池セル３２のハウジング６０は第２面１０２に対向して位置している。
図７〜図９を参照すると、複数の第１湾入部位１１０のそれぞれは、複数の第２湾入部位１２０のそれぞれの扁平部位に対向して位置している。また、複数の第１扁平部位１１２のそれぞれは、複数の第２湾入部位１２２のそれぞれに対向して位置している。
図６を参照すると、第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｅｄｇｅ ｐｏｒｔｉｏｎｓ）８２，８４，８６，８８は、プレート部８０に結合されており、それから延びている。一実施例において、第１、第２、第３、第４外周エッジ部位８２，８４，８６，８８は、プレート部８０の第１、第２、第３、及び第４エッジから外側にそれぞれ延びる。第１外周エッジ部位８２と第３外周エッジ部位８６は、実質的に互いに平行に延びる。第２外周エッジ部位８４と第４外周エッジ部位８８は、実質的に互いに平行に延びる。第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位８２，８４，８６，８８は、チューブ７２をその上に収容するように構成されたアーチ状のグルーブ（ａｒｃｕａｔｅ−ｓｈａｐｅｄ ｇｒｏｏｖｅ）２７（図８及び図９に図示）を設定している。
図４及び図６を参照すると、チューブ７２は、第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位８２，８４，８６，８８と結合されており、チューブ７２は、内部流路（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）を設定している。チューブ７２は、熱エネルギーの少なくとも一部を、電池セル３０，３２からチューブ７２を通して流れる液体（ｌｉｑｕｉｄ）又は冷却剤（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ）に伝達するように構成されている。
チューブ７２は、互いに流体的に連通する第１チューブ部１９０、第２チューブ部１９２、第３チューブ部１９４、第４チューブ部１９６、第５チューブ部１９８、第６チューブ部２００、及び第７チューブ部２０２を含んでいる。第１及び第２チューブ部１９０，１９２は、互いに実質的に平行である。第３チューブ部１９４は、第１及び第２チューブ部１９０，１９２と実質的に垂直であり、第１チューブ部１９０と第２チューブ部１９２との間に延びる。第４及び第５チューブ部１９６，１９８は、第１及び第２チューブ部１９０，１９２からそれぞれ延び、第１及び第２チューブ部１９０，１９２と実質的にそれぞれ垂直である。第６及び第７チューブ部２００，２０２は、第４及び第５チューブ部１９６，１９８から延び、第５及び第６チューブ部１９６，１９８と実質的にそれぞれ垂直である。このように、チューブ部１９０，１９２，１９４は、第２、第３、第４外周エッジ部位８４，８６，８８とそれぞれ結合されている。また、チューブ部１９６，１９８は、いずれも、第１外周エッジ部位８２と結合されている。一実施例において、チューブ７２はアルミニウムで構成される。しかし、前記チューブ７２は、本発明の属する分野における通常の知識を有する者に知られている他の材料で構成されてもよい。
図２及び図４を参照すると、作動中、冷却剤又は液体は、ソース装置（ｓｏｕｒｃｅ ｄｅｖｉｃｅ）（図示せず）から第６チューブ部２００に投入されて第４チューブ部１９６、第１チューブ部１９０、第３チューブ部１９４、第２チューブ部１９２、第５チューブ部１９８、及び第７チューブ部２０２を通って流れ、第７チューブ部２０２から収納装置（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に排出される。電池セル３０，３２によって発生した熱エネルギーは、実質的に長方形状のプレート７０を介して伝導される。また、チューブ７２内の熱エネルギーは、チューブ７２を通って流れる冷却剤又は液体に伝導される。したがって、チューブ７２を通して流れる冷却剤又は液体は、電池セル３０，３２の温度を低下させるために電池セル３０，３２の熱エネルギーを吸収する。
電池セルアセンブリ１０は、他の電池セルアセンブリ以上の相当な利点を提供する。具体的に、電池セルアセンブリ１０は、湾入部位を有している冷却フィンを使用して、時間の経過と共に（即ち、数ヶ月又は数年）外側に膨張し始めるにつれて電池セルを収容するように構成されているので、電池セルを固定するフレーム部材に加わる圧力を減少させる技術的効果を提供する。
本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記内容に基づいて本発明の範疇内で様々な応用及び変形を行うことが可能であろう。
本発明に係る電池セルアセンブリは、時間の経過と共に膨張する電池セルを収容するように構成されている湾入部位を含む冷却フィンを使用することによって、電池セルを固定するフレーム部材に加わる圧力を減少させ、充放電過程で蓄積された熱を効率的に除去する技術的効果を提供する。
１０ 電池セルアセンブリ
２０ フレーム部材
２２ フレーム部材
３０ 電池セル
３２ 電池セル
４０ 冷却フィン
５０ ハウジング
５２ 電極端子
５４ 電極端子
６０ ハウジング
６２ 電極端子
６４ 電極端子
７０ プレート
７２ チューブ
７４ 縦軸
８０ プレート部
１００ 第１面
１０２ 第２面
１１０ 第１湾入部位
１１２ 第１扁平部位
１２０ 第２湾入部位
１２２ 第２扁平部位
１５０ 湾入部位
１５２ 湾入部位
１５４ 湾入部位
１５６ 湾入部位
１６０ 扁平部位
１６２ 扁平部位
１６４ 扁平部位
１６６ 扁平部位
１６８ 扁平部位
１９０ 第１チューブ部
１９２ 第２チューブ部
１９４ 第３チューブ部
１９６ 第４チューブ部
１９８ 第５チューブ部
２００ 第６チューブ部
２０２ 第７チューブ部

Claims (15)

  1. 第１ハウジング、第１電極端子及び前記第１ハウジングから延びた第２電極端子を含む第１電池セルと、
    前記第１電池セルの第１ハウジングに対向して位置する冷却フィンであって、前記冷却フィンが、縦軸に沿って延びている実質的に長方形状のプレートを有しており、前記実質的に長方形状のプレートが、第１面及び第２面を有するプレート部を含んでおり、前記第１面が、複数の第１湾入部位及び複数の第１扁平部位を有しており、前記複数の第１湾入部位のそれぞれが、縦軸に沿って複数の第１扁平部位のうち２つの扁平部位の間に位置しており、前記第１電池セルの第１ハウジングが、第１ハウジングが複数の第１扁平部位と接触するように第１面に対向して位置している構造の冷却フィンと、
    を含むことを特徴とする、電池セルアセンブリ。
  2. 前記複数の第１湾入部位が、第１ハウジングが時間の経過と共に外側に膨張するにつれて、第１電池セルの第１ハウジングの部位を収容するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  3. 前記複数の第１湾入部位のそれぞれの深さが、前記プレート部の厚さの１／２よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  4. 前記複数の第１湾入部位のそれぞれが、縦軸に実質的に垂直に延びており、プレート部の幅の少なくとも２／３を横切って延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  5. 第２ハウジング、並びに前記第２ハウジングから延びた第１及び第２電極端子を有する第２電池セルと、
    複数の第２湾入部位及び複数の第２扁平部位を含む第２面であって、前記複数の第２湾入部位のそれぞれが、縦軸に沿って複数の第２扁平部位のうち２つの扁平部位の間に位置しており、前記第２ハウジングが、第２ハウジングが複数の第２扁平部位と接触するように第２面に対向して位置している構造の第２面と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  6. 前記複数の第２湾入部位が、第２ハウジングが時間の経過と共に外側に膨張するにつれて、第２電池セルの第２ハウジングの部位を収容するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  7. 前記複数の第２湾入部位のそれぞれの深さが、プレート部の厚さの１／２よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  8. 前記複数の第２湾入部位のそれぞれが、縦軸に対して実質的に垂直に延びており、プレート部の幅の少なくとも２／３を横切って延びていることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  9. 前記複数の第１湾入部位のそれぞれが、複数の第２湾入部位のそれぞれの扁平部位に対向して位置していることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  10. 第１及び第２長方形のリング状のフレーム部材をさらに含んでおり、前記第１及び第２長方形のリング状のフレーム部材の間に冷却フィンと第１及び第２電池セルとが位置していることを特徴とする、請求項５に記載の電池セルアセンブリ。
  11. 前記実質的に長方形状のプレートが、プレート部に結合されており、それから延びている第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位をさらに含んでおり、前記冷却フィンが、第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位に結合されたチューブをさらに含んでおり、前記チューブが、内部流路を設定していることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  12. 前記実質的に長方形状のプレートの第１、第２、第３、及び第４外周エッジ部位が、チューブをその上に収容するように構成されたアーチ状のグルーブを設定していることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルアセンブリ。
  13. 前記チューブが、流入ポート、排出ポート、及び前記流入ポートと排出ポートとの間に位置する内部流路を含んでおり、前記冷却フィンが、流入ポートで２相冷却剤を受け入れるように構成されており、前記冷却フィンがまた、第１電池セルから熱エネルギーを受け取り、前記熱エネルギーを用いて内部流路内で２相冷却剤をガス状冷却剤に転換するようにさらに構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルアセンブリ。
  14. 前記実質的に長方形状のプレートがアルミニウムからなることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
  15. 前記実質的に長方形状のプレートのプレート部が、第１電池セルの実質的に長方形側の全ての面を実質的に覆う大きさであることを特徴とする、請求項１に記載の電池セルアセンブリ。
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