JP6169166B2

JP6169166B2 - 最適化モジュール抑制システム

Info

Publication number: JP6169166B2
Application number: JP2015509071A
Authority: JP
Inventors: ニズヴィッキ，マーク・エイ; カルディツァ，ニック
Original assignee: ロバート・ボッシュ・バッテリー・システムズ・エルエルシー
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: EP2842181B1; EP2842181A1; US9362536B2; US20130288105A1; JP2015518258A; WO2013163138A1

Description

関連出願

関連出願の相互参照
[0001]本特許出願は、２０１２年７月６日に出願された米国実用特許出願番号１３／５４２，８０４号の優先権を主張し、２０１２年４月２５日に出願された米国仮特許出願番号６１／６３８，１４４号の利益を主張する。上記特許出願の開示は、それらの全体が参照によりここに組み込まれる。

[0002]本開示は、車両のためのバッテリに関し、より具体的には、複数の電気化学セルを保持するための構造を含むバッテリモジュールに関する。

[0003]ここに提供されるバックグラウンドの記載は、概して本開示の背景を提供することを目的とする。この背景技術の項に記載される範囲で、そうでなければ出願時における従来技術としてみなされ得るものではない記載と同様に、現在指名される発明者の業績は、明示又は黙示を問わず本開示に対する従来技術として認められるものではない。

[0004]電気自動車（ＥＶｓ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶｓ）、及びプラグインＨＥＶｓは、原動力を提供するために多数の推進システムを使用する。推進システムは、バッテリパックから電力を受ける電気システムを含む。バッテリパックは、一以上のバッテリモジュールを含み、一のバッテリモジュールは、リチウムイオンセル等の複数の高電圧セル（又はバッテリ）を含む。セルは、互いに電気的に接続され、且つ共に機械的に関連付けられて自立アセンブリを形成する。

[0005]ステンレススチールのエンドプレート及びサイドプレートを含むバッテリモジュールが発展してきている。エンドプレート及びサイドプレートは、複数のセルの周囲に配置され、セルを共にまとめるために互いにレーザ溶接される。しかしながら、ステンレススチールのコストと質量は、相対的に高く、モジュールは、エンドプレートとサイドプレートが共に溶接されると修理不可能である。さらに、破壊試験なしにエンドプレートとサイドプレートとの間のレーザ溶接の質を検査することは困難である。

[0006]本開示の原理によるバッテリモジュールは、複数のバッテリセルと、一対のサイドプレートと、一対のエンドプレートを含む。サイドプレートは、複数のバッテリセルの両側に配置され、エンドプレートは、バッテリモジュールの両端に配置される。サイドプレートは、第１一致部分を含み、エンドプレートは、締りばめを提供するために第１一致部分と係合する第２一致部分を含む。締りばめは、サイドプレートとエンドプレートとを共に接合し、且つサイドプレートとエンドプレートとの間の複数のセルを共にまとめる。

[0007]本開示の適用のさらなる領域は、以降に提供される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び特定の例は、例示の目的を意図し、開示の範囲を制限することを意図するものではないことが理解されるべきである。

[0008]本開示は、詳細な説明及び添付の図面からより十分に理解される。

[0009]図１は、バッテリモジュールの端子カバーがバッテリモジュールの残りから分解された状態のバッテリモジュールの斜視図である。 [0010]図２は、図１に示される円２内の図１のバッテリモジュールの部分の斜視図である。 [0011]図３は、図１のバッテリモジュールの分解斜視図である。 [0012]図４は、端と端を接して整列され、ベーストレイに固定された２つのバッテリモジュールの斜視図である。 [0013]図５は、ともに入れ子になるバッテリモジュールのエンドプレート内のリブを示すために回転された図４のバッテリモジュールの部分の斜視図である。 [0014]図５Ａは、図４に示される線５Ａ−５Ａに沿った図４のバッテリモジュールの断面図である。 [0015]図６は、サイドプレートから延在する保持機構を示すためにバッテリモジュールのサイドプレートの部分が取り除かれた状態のバッテリモジュールの斜視図である。

[0016]本開示の原理によるバッテリモジュールは、高強度スチールエンドプレート及びプラスチックサイドプレートを含み得る。エンドプレート及びサイドプレートは、エンドプレートとサイドプレートとが共に留まることを許容するスナップ機構を含み得る。それにより、留め具又は機械接合プロセスの必要性を除外する。スナップ機構は、戻り止め、留め具、又は止め具と称され得、サイドプレートにモールド成形される傾斜突起部を含み得る。エンドプレートは、サイドプレートを包み込むフランジを含み得、フランジは傾斜突起部を受け入れるスロットを画定し得る。

[0017]バッテリモジュールが組み立てられると、作業者は、治具を用いて高電圧セルの両側にサイドプレートを配置し得る。作業者は、続いてサイドプレート上にエンドプレートをスライドし得る。作業者がサイドプレートの傾斜突起部上にエンドプレートをスライドすると、傾斜突起部がフランジ内のスロットに受け入れられるまでエンドプレートのフランジが外側に反れる。その時点で、フランジはそれらの元の位置に戻って留まり、エンドプレートを所定位置に固定する。スナップ機構が係合すると、セルは圧縮及び滑り摩擦力により所定位置に保持される。

[0018]高強度スチールエンドプレート及びプラスチックサイドプレートのコストと質量は、ステンレススチールのエンドプレート及びサイドプレートのコストと質量よりも小さい。さらに、エンドプレートをサイドプレートにレーザ溶接する代わりにスナップ機構を使用してエンドプレートとサイドプレートとを接合することは、ロボット及びレーザ等の器具を必要としないより簡素なプロセスである。さらにコストを低減するために、共通のエンドプレート（前後）及び共通のサイドプレート（左右）が使用され得る。全体的に、バッテリモジュールのコストと質量は、共にレーザ溶接されるステンレススチールのエンドプレート及びサイドプレートを含むバッテリモジュールのコストと質量よりもおよそ４０％小さくなり得る。

[0019]図１ないし図３を参照すると、バッテリモジュール１０は、複数のセル１２と、サイドプレート１４と、サイドプレートインサート１６と、エンドプレート１８と、相互接続アセンブリ２０と、端子カバー２２とを含む。セル１２は、リチウムイオンセル等の高電圧セル（又はバッテリ）であり得る。セル１２は、第１端子２４と第２端子２６とを含み得る。第１端子２４は正極であり第２端子２６は負極であり得、又は第１端子２４が負極であり第２端子２６が正極であり得る。バッテリモジュール１０は１２個のセル１２を含むように描かれているが、バッテリモジュール１０は付加的なセル又はより少ないセルを含み得る。

[0020]セル１２は、サイドプレート１４とエンドプレート１８を使用して共に圧縮され且つまとめられる。サイドプレート１４は、プラスチックから形成（例えばモールド成形）され得る。インサート１６とエンドプレート１８は、金属（例えば高強度スチール）から形成（例えば型打ち）され得る。サイドプレート１４は硬化リブ２８を含み、エンドプレート１８は硬化リブ３０を含む。インサート１６は、隣接する対のリブ２８の間に位置される。リブ２８，３０及びインサート１６により、サイドプレート１４とエンドプレート１８は、供給の間セル１２の膨張又は湾曲を抑制することができる。

[0021]サイドプレート１４は、さらに、傾斜ベース３２と、リップ３４と、傾斜突起部３６と、を含む。傾斜ベース３２は、バッテリモジュール１０を垂直方向に固定するために使用され得る。図１に示されるように、バッテリモジュール１０が車両に設置されたとき、バッテリモジュール１０はベーストレイ３８に配置され得、クランプバー４０が傾斜ベース３２上に配置されてベーストレイ３８に固定され得る。クランプバー４０は、留め具４２を使用してベーストレイ３８に固定され得る。サイドプレート１４上のリップ３４は、セルの上部に渡って延在し、衝撃又は振動が発生した間にセル１２が垂直に移動することを防止する。

[0022]冷却プレート（図示せず）が、ベーストレイ３８の代わりに使用され得る。冷却プレートは、電気的に冷却され得、又は冷却液を用いて冷却され得る。さらに、熱グリース等の熱伝導材料が、熱伝達を改善するために、冷却プレートとセル１２との間に挿入され得る。

[0023]エンドプレート１８は、エンドプレート１８がサイドプレート１４に組み立てられたときにサイドプレート１４を包み込む角フランジ４４を含む。フランジ４４は、エンドプレート１８の残部から垂直に延在し得る。フランジ４４は、サイドプレート１４の傾斜突起部３６を受け入れるスロット４６を画定する。エンドプレート１８は、電気泳動析出を使用して電気絶縁材料で被覆され得る。

[0024]組立の間、作業者は、治具を使用してサイドプレート１４をセル１２の両側に配置し得る。作業者は、続いて、エンドプレート１８をサイドプレート１４上にスライドさせ得る。作業者がエンドプレート１８をサイドプレート１４の傾斜突起部３６上にスライドさせると、傾斜突起部３６がフランジ４４内のスロット４６に受け入れられるまでエンドプレート１８のフランジ４４が外側に反れる。その時点で、フランジ４４はそれらの元の位置に戻って留まり、エンドプレートを所定位置１８に固定する。

[0025]図２に最もよく示されるように、インサート１６は、インサート１６がサイドプレート及びエンドプレート１８に組み立てられたときにエンドプレート１８内のスロット４６を通じて延在する角タブ４７を含む。タブ４７は、インサート１６の残部から垂直に延在し得る。タブ４７は、サイドプレート１４の傾斜突起部３６とエンドプレート１８のスロット４６との間に保持される。したがって、インサート１６は、セル１２が充電及び／又は経年劣化のために膨張したときにサイドプレート１４に加わり得る張力に対抗する。さらに、リブ２８、傾斜突起部３６、及びスロット４６はインサート１６と係合し、インサート１６を所定の位置に保持する。

[0026]相互接続アセンブリ２０は、第１端子２４と第２端子２６とを互いに電気的に接続する。相互接続アセンブリ２０は、バスバー４８と、バスバーキャリア５０と、配線用ハーネス５２と、端子ナット５４とを含む。配線用ハーネス５２は、主コネクタ５６と、端子コネクタ５８とを含む。

[0027]組立の間、バスバーキャリア５０は、第１端子２４と第２端子２６との周囲のセル１２の上部に位置される。バスバー４８は、第１端子２４と第２端子２６の上方に配置され、配線用ハーネス５２の端子コネクタ５８がバスバー４８の上方に配置される。端子ナット５４は、バスバー４８及び端子コネクタ５８を第１端子２４及び第２端子２６に固定するために、第１端子２４及び第２端子２６に留められる。端子カバー２２は、第１端子２４及び第２端子２６上に配置され、第１端子２４と第２端子２６を電気的に絶縁する。

[0028]図４，５，及び５Ａを参照すると、バッテリモジュール１０と類似のバッテリモジュール１０´と端と端を接して位置されるバッテリモジュール１０が示される。ベーストレイ３８とクランプバー４０は、端と端を接して位置される２つのバッテリモジュールを固定するようにサイズ決めされたベーストレイ３８´とクランプバー４０´とに置き換えられる。２つのバッテリモジュールが示されるが、車両用のバッテリパックは、１つのみのバッテリモジュールを含み得るし、端と端を接して位置される２以上のバッテリモジュールをも含み得る。

[0029]図５及び５Ａに最もよく示されるように、バッテリモジュール１０，１０´のリブ３０，３０´は、バッテリモジュール１０，１０´がリブ３０，３０´のためのスペースを失うことなく端と端を接して位置されることを許容するように構成される。バッテリモジュール１０，１０´が端と端を接して位置されるときに図５Ａに示されるようにエンドプレート１８，１８´のリブ３０，３０´が共に入れ子になるように、エンドプレート１８のリブ３０は、エンドプレート１８のリブ３０´からずれる。リブ３０，３０´が図５Ａに示されるように互いに相対的にずれない場合、エンドプレート１８，１８´の一つは、図示のようにリブ３０，３０´をずらすために、バッテリモジュール１０の長手方向軸Ｘ周りに１８０°、矢印Ａの方向に回転され得る。

[0030]図６を参照すると、サイドプレート１４は、高電圧ケーブル、配線用ハーネス、セル監視回路（ＣｅｌｌＳｐｅｒｖｉｓｏｒｙＣｉｒｃｕｉｔ；ＣＳＣ）及び／又は冷却チューブ又はホース等の補助的な部品を保持する一以上の保持機構を含み得る。図６は、ＣＳＣ６４を固定するためにサイドプレート１４の一つから内側に延在する壁６２を含む保持機構６０を示す。ＣＳＣ６４は、セル１２の各々の開路電圧を測定し、その内部にプリント回路基板（ＰＣＢ）６８を収納する筐体を含む。

[0031]上記の説明は、実際上単なる例示であり、本開示、その適用、又は使用を制限する意図は全くない。本開示の幅広い教示が、様々な形態において実装され得る。したがって、本開示が特定の例を含む一方、他の変形形態が図面、明細書、及び以下の特許請求の範囲を検討することにより明らかになるので、本開示の正確な範囲は限定されるべきではない。明確にすることを目的として、類似の要素を特定するために同一の参照符号が図面に使用される。ここで使用されるように、Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも一つというフレーズは、非排他的な論理演算子ＯＲを使用して、論理的な（ＡｏｒＢｏｒＣ）として理解されるべきである。
以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
［形態１］
バッテリモジュールであって、
複数のバッテリセルと、
前記複数のバッテリセルの両側に配置される一対のサイドプレートであって、第１一致部分を含む、サイドプレートと、
前記バッテリモジュールの両端に配置される一対のエンドプレートであって、前記エンドプレートは、前記サイドプレートと前記エンドプレートとを共に接合し且つ前記サイドプレートと前記エンドプレートとの間の前記複数のセルを共にまとめる締りばめを提供するための第１一致部分と係合する第２一致部分を含む、エンドプレートと、を有する、バッテリモジュール。
［形態２］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートと前記エンドプレートは、前記第１一致部分と前記第２一致部分との間の前記締りばめのみによって共に接合される、バッテリモジュール。
［形態３］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートの前記第１一致部分は、傾斜突起部を含み、前記エンドプレートの前記第２一致部分は、前記傾斜突起部を受け入れるスロットを画定するフランジを含む、バッテリモジュール。
［形態４］
形態３に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記傾斜突起部が前記フランジ内の前記スロットに受け入れられるまで前記フランジが前記サイドプレートの前記傾斜突起部上を滑るとき、前記エンドプレートの前記フランジは、外側に反れるように構成される、バッテリモジュール。
［形態５］
形態３に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、プラスチックから形成され、前記エンドプレートは、金属から形成される、バッテリモジュール。
［形態６］
形態３に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、硬化リブを含む、バッテリモジュール。
［形態７］
形態６に記載されたバッテリモジュールにおいて、
隣接した一対の前記リブの間に配置されるインサートをさらに有し、
前記インサートの第１端部は、前記エンドプレートの一つに接続され、前記インサートの第２端部は、前記エンドプレートの他の一つに接続される、バッテリモジュール。
［形態８］
形態７に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、前記サイドプレートの前記傾斜突起部と前記エンドプレートの前記フランジ内の前記スロットとの間に保持される角タブを含む、バッテリモジュール。
［形態９］
形態７に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、隣接する対の前記リブ間に配置される複数のインサートを含む、バッテリモジュール。
［形態１０］
形態７に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、金属から形成される、バッテリモジュール。
［形態１１］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記エンドプレートは、硬化リブを含む、バッテリモジュール。
［形態１２］
形態１１に記載された少なくとも２つのバッテリモジュールを有するバッテリシステムであって、
前記エンドプレートのうちの隣接する前記エンドプレートの前記リブは、前記バッテリモジュールが端と端を接して位置されたときに共に入れ子になるように構成される、バッテリシステム。
［形態１３］
形態１２に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記エンドプレートのうちの隣接する前記エンドプレートの前記リブは、互いにずれる、バッテリモジュール。
［形態１４］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、補助的な部品を保持する保持機構を含む、バッテリモジュール。
［形態１５］
形態１４に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記補助的な部品は、前記複数のセルの開路電圧を測定するセル監視回路である、バッテリモジュール。
［形態１６］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、前記複数のセルを垂直方向に保持するための前記複数のセルの上面に係合するリップを含む、バッテリモジュール。
［形態１７］
形態１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、傾斜ベースを含む、バッテリモジュール。
［形態１８］
バッテリシステムであって、
形態１７に記載された前記バッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールが配置されるベーストレイと、
前記サイドプレートの前記傾斜ベース上に配置され、前記ベーストレイに固定されるクランプバーと、を有する、バッテリシステム。
［形態１９］
バッテリモジュールであって、
複数のバッテリセルと、
前記複数のバッテリセルの両側に配置される一対のサイドプレートであって、傾斜突起部を含む、サイドプレートと、
前記バッテリモジュールの両端に配置される一対のエンドプレートであって、前記エンドプレートは、前記エンドプレートを前記サイドプレートに接合し且つ前記サイドプレートと前記エンドプレートとの間の前記複数のセルを共にまとめるために、前記サイドプレートの前記傾斜突起部と係合するスロットを画定するフランジを含む、エンドプレートと、を有する、バッテリモジュール。
［形態２０］
バッテリモジュールであって、
複数のバッテリセルと、
前記複数のバッテリセルの両側に配置される一対のサイドプレートであって、傾斜突起部と、硬化リブと、を含む、サイドプレートと、
前記バッテリモジュールの両端に配置される一対のエンドプレートであって、前記エンドプレートは、前記エンドプレートを前記サイドプレートに接合し且つ前記サイドプレートと前記エンドプレートとの間の前記複数のセルを共にまとめるために、前記サイドプレートの前記傾斜突起部を受け入れるスロットを画定するフランジを含む、エンドプレートと、
隣接する対の前記リブの間に配置される複数のインサートであって、前記複数のインサートの各々は第１端部と第２端部とを有し、前記第１端部は、前記サイドプレートの一つの前記傾斜突起部と、前記エンドプレートの一つの前記フランジ内の前記スロットとの間に保持され、前記第２端部は、前記サイドプレートの他の一つの前記傾斜突起部と、前記エンドプレートの他の一つの前記フランジ内の前記スロットとの間に保持される、インサートと、有する、バッテリモジュール。

Claims

バッテリモジュールであって、
複数のバッテリセルと、
前記複数のバッテリセルの両側に配置される一対のサイドプレートであって、第１一致部分を含む、サイドプレートと、
前記バッテリモジュールの両端に配置される一対のエンドプレートであって、前記エンドプレートは、前記サイドプレートと前記エンドプレートとを共に接合し且つ前記サイドプレートと前記エンドプレートとの間の前記複数のセルを共にまとめる締りばめを提供するための第１一致部分と係合する第２一致部分を含む、エンドプレートと、を有し、
前記サイドプレートの前記第１一致部分は、傾斜突起部を含み、前記エンドプレートの前記第２一致部分は、前記傾斜突起部を受け入れるスロットを画定するフランジを含み、
前記サイドプレートは、プラスチックから形成され、前記エンドプレートは、金属から形成される、バッテリモジュール。
請求項１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートと前記エンドプレートは、前記第１一致部分と前記第２一致部分との間の前記締りばめのみによって共に接合される、バッテリモジュール。
請求項１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記傾斜突起部が前記フランジ内の前記スロットに受け入れられるまで前記フランジが前記サイドプレートの前記傾斜突起部上を滑るとき、前記エンドプレートの前記フランジは、外側に反れるように構成される、バッテリモジュール。
請求項１に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記サイドプレートは、硬化リブを含む、バッテリモジュール。
請求項４に記載されたバッテリモジュールにおいて、
隣接した一対の前記リブの間に配置されるインサートをさらに有し、
前記インサートの第１端部は、前記エンドプレートの一つに接続され、前記インサートの第２端部は、前記エンドプレートの他の一つに接続される、バッテリモジュール。
請求項５に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、前記サイドプレートの前記傾斜突起部と前記エンドプレートの前記フランジ内の前記スロットとの間に保持される角タブを含む、バッテリモジュール。
請求項５に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、隣接する対の前記リブ間に配置される複数のインサートを含む、バッテリモジュール。
請求項５に記載されたバッテリモジュールにおいて、
前記インサートは、金属から形成される、バッテリモジュール。