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JP7183288B2 - 一体型冷媒回路部材を有するフレームプロファイルを含む電池パック - Google Patents
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Description

本発明は、自動車用電池パックに関し、より詳細には一体型冷媒回路部材を有するフレームプロファイルを含む電池パックに関する。また、本発明はこの電池パックを含む自動車に関する。
近年、物と人々の運送手段は電力を運転の源泉として使用して開発された。このような電気自動車は充電式電池に蓄えたエネルギを使用して電気モータによって推進される自動車である。電気自動車は電池によってのみ駆動されたり、例えばガソリン発電機によって駆動されるハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）自動車の形態でありうる。また、車両は電気モータと従来の燃焼エンジンの組み合わせを含み得る。一般的に、電気自動車電池（ＥＶＢ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃ－Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ）またはトラクション電池（ｔｒａｃｔｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ）は電池電気自動車（ＢＥＶ，Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）の推進に使われる電池である。電気自動車電池は、持続時間の間電力を供給できるように設計されているので始動、照明および点火電池とは異なる。充電式または二次電池は充電および放電が繰り返されることができる点で１次電池と異なり、後者は化学物質を電気エネルギで非可逆的変換のみ提供する。低容量の充電式電池は携帯電話、ノートブックコンピュータおよびビデオカメラのような小型電子装置の電源として使われる反面、高容量の充電式電池はハイブリッド自動車などの電源として使われる。
一般的に、二次電池は陽極、陰極および前記陽極と陰極との間に介在するセパレータを含む電極組立体、前記電極組立体を収容するケース、および前記電極組立体と電気的に接続される電極端子を含む。陽極、陰極および電解質溶液の電気化学的反応により電池の充放電を可能にするために電解質溶液を前記ケースに注入する。例えば、円筒形または長方形であるケースの形状は電池の用途によって異なる。ラップトップおよび家電製品で使われるものとして広く知られているリチウムイオン（および類似のリチウムポリマー）電池は開発中の最新電気自動車グループで最も目立つ。
二次電池は高エネルギ密度を提供するために、特にハイブリッド自動車のモータ駆動のために直列および／または並列に連結された複数の単位電池セルで形成された電池モジュールとして使われることができる。すなわち、電池モジュールは必要な電力量により高出力二次電池を実現するために複数の単位電池セルの電極端子を連結することによって形成される。
電池パックはいくつかの（好ましくは同じ）電池モジュールのセットである。これらは所望する電圧、容量または電力密度を提供するために直列、並列または二つの混合方式で構成されることができる。電池パックの構成要素には個別電池モジュールと、その間に電気伝導性を提供する相互連結部が含まれる。電池が安全作動領域の外部で作動しないように保護し、その状態をモニタリングし、補助データを計算し、そのデータを報告し、その環境を制御し、これを認証したり、または均衡を合わせることなどによって電池パックを管理するように電池管理システム（ＢＭＳ，Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が提供される。
このような電池パックの機械的統合は、個々の構成要素（例：電池モジュール）間、およびこれら構成要素と車両の支持構造体との間に適切な機械的な連結を必要とする。この連結は電池システムの平均有効寿命の間持続的に機能を維持すべきであり安全でなければならない。さらに、設置空間と互換性の要求事項を充足しなければならない。このような事項は特にモバイル用アプリケーションではさらにそうである。
電池モジュールの機械的な統合は、キャリアフレームワーク（ｃａｒｒｉｅｒ ｆｒａｍｅｗａｒｋ）を提供し、このキャリアフレームワークの上に電池モジュールを配置することによって達成することができる。電池セルまたは電池モジュールの固定はフレームワークに備えられた陥没部やボルトまたはスクリューのような機械的な相互連結具によって達成することができる。代案として、電池モジュールはキャリアフレームワークの側面に側面板を固定することにより拘束される。また、カバー板は電池モジュールの上段および下段に固定することができる。
電池パックのキャリアフレームワークは車両の運搬構造物に取り付けられる。電池パックが車両の底に固定されなければならない場合、電池パックのキャリアフレームワークを介して貫く例えばボルトによって底で機械的な連結が設定され得る。フレームワークは一般的にアルミニウムまたはアルミニウム合金で作られて構造の総重量を低くする。従来技術による電池システムは任意のモジュール構造にもかかわらず、一般的に周囲環境に対して電池システムを密閉させるためのエンクロージャ（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）として作用して電池システムの構成要素の構造的な保護を提供するための電池ハウジングを含む。ハウジング型電池システムは一般的にアプリケーション環境（例：電気自動車）に全体として取り付けられる。
電池パックの熱的制御を提供するために、二次電池から発生した熱を効率的に発熱、放出および／または消散させることによって少なくとも一つの電池モジュールを安全に使うための熱管理システムが必要である。熱放熱／放出／消散が十分に行われず、各電池セルの間に温度偏差が発生して少なくとも一つの電池モジュールは所望する量の電力を生成することができなくなる。また、内部温度の増加は内部異常反応をもたらし、そのため二次電池の充電および放電機能が劣化して寿命が短縮される。したがって、セルで発生する熱を効率的に発熱、放出、消散させるためのセル冷却が求められる。
そのため熱管理システムは、液体冷却回路を含み得る。通常液体冷却回路はそれぞれ車両冷却回路である電池モジュールと熱接触する冷却板、液体冷媒を移送するためのパイプまたはホース、そして冷却板にパイプまたはホースを連結するための連結部材のような様々な構成要素を含み得る。そのため、以前の電池システム冷却回路はコストおよび信頼性の側面から打撃を与える多数の単一部品を含む。特に、製造工程の自動化の進行が遅れ得、欠陥システム部品、例えば、不良電池モジュールは電池システム冷却回路の様々な部分の分離を要求することができる。したがって、このような交換手順は負担になる。
本発明の目的は従来技術の短所の少なくとも一部を克服したり、減少させ、組み立ての労力はもちろん部品数を減らすことができる電池パックを提供することにある。
従来技術の一つ以上の短所は本発明によって回避されたり、または少なくとも減少されることができる。本発明による車両用電池パックは、それぞれ複数の二次電池セルを含む一つ以上の電池モジュールと、対向配置された第１フレームプロファイルおよび第２フレームプロファイルを含むフレームワークと、前記電池モジュールと熱接触する一つ以上の冷却プレートを含む液体冷却回路を含む。
前記第１フレームプロファイルおよび前記第２フレームプロファイルそれぞれは前記液体冷却回路の部分である一体型冷媒構造体を含む。
前記した冷却プレートの代案としてまたはこれに付加し、前記電池モジュールは、前記複数の電池セルの組み立てのためのモジュールフレームを構成する一対のモジュール側面プレートおよび一対の前面プレートを含み、少なくとも一つの前記モジュール側面プレートは、前記液体冷却回路の部分である一体型冷媒構造体を含む。すなわち、冷却媒体は冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートを介して分配され得る。
本発明の電池パックは電池モジュールを支持する金属フレームワークを含む。この金属フレームワークは相互対向する２個の側面を含む四角形状からなり、電池パックの機械的な無欠陥を提供するためのモジュールフレームを構成する。電池パックは車両冷却回路に結合できる液体冷却回路をさらに含む。電池パックの液体冷却回路は一つ以上の冷却プレート、それぞれ電池モジュールと熱接触する、すなわち、必要な場合電池モジュールを冷却または加熱できるモジュール側面プレートを含む。特に、冷却プレートは電池パックの１層（全体的にまたは部分的に）を形成することができ、電池モジュールはその上に取り付けられ得る。
本発明の重要な側面はフレームワークのフレームプロファイルに電池冷却回路の部分を統合することである。より具体的に、電池パックの冷却回路は冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートから液体冷媒をそれぞれ収容して冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートに液体冷媒を分配するための手段を含まなければならない。本発明によれば、それぞれのフレームプロファイルは一体型冷媒（分配／収集）構造を含む。すなわち、堅固なフレームプロファイルは冷媒チャネルとして使い、冷却プレートに液体冷媒を分配したり、冷却プレートに液体冷媒を収集するように設計された一体型中空を含む。すなわち、冷却回路の一部とフレームワークの一部が共通構成要素に統合される。特に、前記共通構成要素は一体型冷媒構造体を含む２個のフレームプロファイルである。ここで、統合は一つのピース（ｐｉｅｃｅ）からなるか、またはフレームプロファイルに取り付けまたは付着する代わりにフレームプロファイルに直接一体化すると理解される。したがって、一体型冷却構造体およびフレームプロファイルの他の部分は例えば、互いに分離することはできない。一体型冷却回路の進歩した部分は電池パックの全体重量を増加させず、かつ卓越した堅固性を提供する。また、その製造工程は構成部品の数が非常に減少するので非常に単純化される。
一体型冷媒構造体は、第１フレームプロファイルの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネルおよび第１チャネルと冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートの各連結ポイントと流体連通する一つ以上の連結ポイントを含む。
前述した実施形態によれば、冷媒構造体はフレームプロファイルの長手方向に延長する、例えば、フレームプロファイルの下部面に平行に置かれる冷媒チャネルを構成することによってフレームプロファイル内に簡単に設定することができる。フレームプロファイルの外側面の所定位置に、冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートそれぞれの連結ポイントと結合される連結ポイントが提供される。したがって、冷媒分配／収集構造体は、二つの構成要素の接続ポイントの間に配置され得るガスケットの他に冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートに直接隣接することができる。
一体型冷媒分配構造体は、フレームプロファイルの狭い側面で車両冷媒回路のための一つ以上の連結ポイントを含み得る。入口／出口連結ポイントの位置は電池パックを車両に取り付ける過程で容易に接近できる位置が良い。
第１実施形態によれば、第１および／または第２フレームプロファイルの一体型冷媒分配構造体は、第１、２フレームプロファイルの長手方向に沿って延びて構成要素セクションを介して第１チャネルと流体連通する冷媒通路用の第２チャネルをさらに含む。そのため、第２チャネルは基本的に第１チャネルと平行に延長するか、冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートに対して連結ポイントと流体連通しない。すなわち、第２チャネルの提供は第１チャネルに冷媒を流入するポイント、第１チャネルから第２チャネルに冷媒を流出するポイントを採択することができる。したがって、電池モジュールの全体的な冷却を最適化することができる。
構成セクションは、フレームプロファイルの終端方向の延長で連結ポイントの位置の幾何平均から１０ｃｍまでまたはその範囲内に位置する。第１チャネルに流入する冷媒が中央領域にある場合、電池パックのすべての関連部品内の冷媒温度がより同一になって非効率的な冷却による単一電池モジュールの過熱を避けることができる。
前述した第１実施形態の代案である第２実施形態によれば、前記第１および第２フレームプロファイルそれぞれの前記一体型冷媒構造体は、前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネルと、前記第１チャネルと前記冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートの各連結ポイントと流体連通する一つ以上の連結ポイントと、前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びて前記第１チャネルとは流体連通しない冷媒通路用の第２チャネル、および前記第２チャネルと前記冷却プレートおよび／またはモジュール側面プレートの各連結ポイントと流体連通する一つ以上の連結ポイントを含む。
したがって、第２実施形態は、逆方向に冷却プレートを介して２個の冷媒流動を独立して設定するために使われ得る。これによって電池パックのすべての関連部品で冷却が同一になって単一電池モジュールの過熱を防止することができる。
他の好ましい設計オプションによれば、第１フレームプロファイルの下部面に整列される第１、２チャネルの一つ以上の連結ポイントおよび冷却プレートの上部面に整列される冷却プレートの一つ以上の連結ポイントを含む。
一般的に、電池パックは車両の支持構造体に取り付けられる。車両の構成方法により、車体は、例えば車体フレーム、自己支持（ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）車体またはスペースフレームタイプの車体でありうる。車体は車体部品で構成され、正常作動中および衝突状況で荷重収容（パワー吸入）のために構成される。一般的に電池パックは車両支持構造体の底に固定される。すなわち、フレームプロファイルの上部側は車両支持構造に面する。フレームプロファイルの下部側に連結ポイントを提供する本発明の概念は、欠陥がある場合、冷却プレートが簡単に分離され得、例えば単一電池モジュールが全体電池パックを分離せずとも交換できる利点を有する。好ましくは、フレームプロファイルの下部側にアレスタ（ａｒｒｅｓｔｅｒ）部材が提供されて冷却プレートとフレームプロファイルの一体型冷媒の分配構造体が流体連通状態にあるとき、冷却プレートはアレスタ部材に支持される。そのため、フレームプロファイルの接続ポイントとこれと対応する冷却プレート接続ポイントの正確な位置を常に保障することができる。
第１、２フレームプロファイルは（押出成形された）アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られることが好ましい。押出成形アルミニウムまたはアルミニウム合金（ａｌｌｏｙまたはｓｈｅａｔｈ）は十分な熱伝導性および機械的特性を示す。また、アルミニウムは重量が少なく製造コストが低い。したがって、一体型冷媒構造体およびフレームプロファイルの他のすべての部分は同じ材料で製造される。
電池モジュールは複数の電池セルを組み立てるためのモジュールフレームを構成するための一対のモジュール側面プレートと一対のモジュール前面プレートを含む。少なくとも一つのモジュール側面プレートは液体冷媒回路の部分である一体型冷媒構造体を含む。そのためモジュールフレームの側面プレートも冷却流体の分配および液体冷却回路に連結された一体型冷媒構造体を含む。電池セルを底面で冷却させることだけでも電池セルの電気性能のうち温度分布を大きく向上させる。車両の液体冷却回路は、例えば上述した冷却プレートを含む第１部分とモジュール側面プレートを含む第２部分に細分することができる。冷却プレートが機械的衝撃によって損傷して冷却流体の漏出が発生する場合にも、まだモジュール側面プレートによって別途の冷却が存在する。
モジュール側面プレートの一体型冷媒構造体は、モジュール側面プレートの長手方向に延びる冷媒通路用の第１チャネルと、第１、２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体の各連結ポイントと流体連通する連結ポイントを含むことが好ましい。
前述した実施形態によれば、一体型冷媒構造体は、側面プレートの終端方向延長に従う、例えば側面プレートの下部側に平行に延びる冷媒チャネルを規定することにより側面プレート内に簡単に設定することができる。側面プレートの２個の狭い側面のあらかじめ定義された位置にはフレームプロファイルの各連結ポイントに連結するために連結ポイントが提供される。したがって、冷媒分布／収集構造体はガスケット以外にサイドフレームに直接隣接することができ、ガスケットは両部品の連結ポイントの間に位置することができる。
モジュール側面プレートの一体型冷媒構造体は、モジュール側面プレートの長手方向に延びる冷媒通路用の第２チャネルと、第１および第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体の各連結ポイントと流体連通する連結ポイントをさらに含む。
そのため、第２チャネルは、基本的にモジュール側面プレートの第１チャネルと平行に延びるが、同一に流体連通される必要はない。特に、モジュール側面プレートの第１チャネルは、第１および第２フレームプロファイルの第１チャネルと流体連通することができ、モジュール側面プレートの第２チャネルは第１および第２フレームプロファイルの第２チャネルと流体連通することができる。車両の液体冷却回路は、例えばモジュール側面プレートの第１チャネルを含む第１部分と、モジュール側面プレートの第２チャネルを含む第２部分に細分することができる。これら部品の一つが機械的衝撃によって損傷して冷却流体の漏出が発生する場合、残りの部品によって別途の冷却がまだ存在する。
モジュール側面プレートは第１および第２フレームプロファイルと同じ材料で製造することができる。
本発明の他の太陽によれば、上記の説明と定義された電池パックを含む車両が提供される。電池パックはすでに前述したようにフレームプロファイルの狭い面に提供された連結ポイントで車両冷却回路に連結されることができる。
本発明の追加的な様態は、従属請求項または以下の説明から分かる。
本発明の電池パックは、組み立ての労力はもちろん部品数を減らすことができる。
本記載の特徴は添付する図面を参照して例示的な実施形態を詳細に説明することにより通常の技術者に明白になるであろう。
電池パックを含む車両を示す図である。 一般的な電池モジュールを示す分解斜視図である。 本発明の実施形態による複数の電池モジュールを収容するためのフレームワークを示す斜視図である。 図３のフレームワークを示す平面図である。 図４のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイルの断面図である。 図４のＡ－Ａ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。 第１実施形態による冷媒の流れを説明するために示す斜視図である。 第２実施形態による冷媒の流れを説明するために示す斜視図である。 第３実施形態による冷媒の流れを説明するために示す斜視図である。 第４実施形態による冷媒の流れを説明するために示す斜視図である。 図１０のフレームワークを示す平面図である。 図１１のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイルの断面図である。 図１１のＣ－Ｃ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。 図１１のＢ－Ｂ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。 他の実施形態による電池モジュールの分解斜視図である。 図１５の電池モジュールの結合斜視図である。 図１５の電池モジュールの一部端部を部分的に拡大して示す図である。 本発明の他の実施形態のフレームプロファイルを含むフレームの一部分を示す分解斜視図である。 図１８のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイルの断面図である。
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態による効果および特徴、そしてその実現方法を説明する。図面で、同じ参照番号は同じ要素を示し、重複する説明は省略する。本明細書に使われた「および／または」という用語は、一つ以上の関連する列挙された項目の任意およびすべての組み合わせを含む。また、本発明の実施形態を記述するとき「し得る」を使う場合、「本発明の一つ以上の実施形態」を意味する。
ここで、用語「上部」および「下部」はｚ軸により定義される。例えば、上部カバーはｚ軸の上部に位置し、下部カバーはその下部に位置する。図面で、構成要素の大きさは明確性のために誇張することができる。例えば、図面で各構成要素の大きさまたは厚さは説明の目的で任意に提示することができ、したがって、本発明の実施形態はこれに限定されると解釈すべきではない。
「第１」および「第２」という用語は、多様な要素を説明するために使われるが、これらの要素はこれら用語によって制限されるべきではないことを理解するであろう。この用語は一つの要素を他の要素と区別するためにのみ使われる。例えば、第１要素は第２要素と名付けることができ、同様に、第２要素は、本発明の範囲を逸脱することなく、第１要素と名付けことができる。
電気またはハイブリッド車両で、電池パックは大きな空間を要求するので一般的に車両の下部側に位置する。特に、電池パックは車両運搬構造物の底に固定することができる。従来技術による電池パックはいかなるモジュール式構造にもかかわらず、大体外部環境に対して電池パックを密閉させるためのエンクロージャの役割をし、電池パックの構成要素を構造的に保護する電池ハウジングを含む。ハウジング型電池パックは一般的にアプリケーション環境（例：電気自動車）に全体として取り付けられる。代案として電池パックは、車両運搬構造物に構造的に一体化することができ、構造的一体化のために車両本体に連結されるように構成された付着手段を含み得る。すなわち、車両本体の部分は電池システムキャリアを含み得、車両本体に取り付けまたは付着する代わりに車両本体に直接一体化することができる。本発明は先立って説明した変形例のいずれか一つで実現することができる。図１は車両３００の運搬構造物の底に取り付けられた電池パック１０を含む車両を概略的に図示する。
図２は一般的な電池モジュール１００を示す分解斜視図である。本発明の電池パック１０は一つ以上の電池モジュール１００を含み得る。図２を参照すると、実質的に平面形状を有する複数の電池セル８０が端子２１，２２を上方へ向かうようにして積層配列される。個別電池セル８０の間に所望しない電気接触を避けるために、絶縁箔（ｆｏｉｌ、６９）が隣り合う電池セル８０の間に配置される。一対のモジュール前面プレート６３がスタックの両端に提供される。モジュール前面プレート６３は電池セル８０の複数の狭い側壁と対向する一対のモジュール側面プレート６４に機械的に結合される。また、一対の上、下部プレート６０がモジュール前面プレート６３とモジュール側面プレート６４に連結される。モジュール前面プレート６３、モジュール側面プレート６４およびモジュール上、下部プレート６０は、複数の整列された電池セル８０を組み立てるための、すなわち、電池モジュール１００に機械的な無欠陥を提供するためのモジュールフレームを構成する。図２に示すように、電池セル８０は電気的な相互連結具としてセル連結ユニット（ｃｅｌｌ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ，ＣＣＵ、６７）を用いて電気的に接続される。セル連結ユニット６７は、陰極および陽極モジュール端子６５，６６と二次電池セル８０の陽極および陰極端子２１，２２にそれぞれ連結された複数の伝導部材（図示せず）を含む。
図３は本発明の実施形態による複数の電池モジュールを収容して支持するための金属フレームワーク２００を示す斜視図である。フレームワーク２００は第１フレームプロファイル２１０と第２フレームプロファイル２２０を含む。第１フレームプロファイル２１０と第２フレームプロファイル２２０は長方形フレームワーク２００の長手方向（または長辺方向）側に配置される。他の一対のフレームプロファイル２４０，２４２は、フレームワーク２００の短辺方向（または幅方向）側に配置されて第１、２フレームプロファイル２１０，２２０を連結する。また、多数のクロスバー２５０はフレームプロファイル２１０，２２０，２４０，２４２により囲まれた内部空間を７個のセクション２６０に区分する。これらそれぞれのセクション２６０は最大８個の電池モジュール（１００，図３に図示せず）を収容することができる。図示された実施形態において、少なくとも第１フレームプロファイル２１０と第２フレームプロファイル２２０は押出成形されたアルミニウムで作られる。また、これらフレームプロファイル２１０，２２０およびクロスバー２５０は同じ材質で作られたことが好ましい。
一般的に、電池セル８０は充／放電する間多い量の熱を発生させる。発生した熱は電池セル８０に蓄積されて電池セル８０の劣化を促進する。したがって、電池パック１０は液体冷媒回路をさらに含む。電池パック１０の液体冷媒回路は電池モジュール１００と熱的に接触する冷却プレート２７０を含む。具体的には、フレームワーク２００の底部に７個の冷却プレート２７０、すなわち、それぞれのセクション２６０の支持フロアとしても機能できるそれぞれの冷却プレート２７０が提供される。冷却プレート２７０は金属材料、例えばフレームプロファイル２１０，２２０，２４０，２４２およびクロスバー２５０の製造に使われた押出成形されたアルミニウムで作られることができる。冷却プレート２７０の内部には液体冷媒のための通路が提供される。
図５は図４のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイル２１０の断面図である。図６は図４のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイル２１０と冷却プレート２７０の分解斜視図である。第１フレームプロファイル２１０は基本的に最終組み立てられた状態で車両の本体構造と対向する上部面２１１と、冷却プレート（２７０，図６参照）と対向する下部面２１２および一対の縦断面（または長手方向面、２１３，２１４）を含む四角形状からなる。図示の実施形態において、第１フレームプロファイル２１０は、両方とも下部面２１２に近接して配列されて第１フレームプロファイル２１０の長手方向と平行に延びた第１チャネル２１５と第２チャネル２１６を含む。より具体的には、第２チャネル２１６は下部面２１２の中心部に配列される反面、第１チャネル２１５はフレームワーク２００の内部空間と対向する縦断面２１４にさらに近接されて配列される。第１チャネル２１５は連結ポイント２１７と流体連通するように構成される。図示の実施形態において、流体連通するようにする構成は下部面２１２から第１チャネル２１５に延びた垂直ドリル穴によってなされる。第１チャネル２１５、第２チャネル２１６および連結ポイント２１７は電池パック１０の液体冷媒回路の一部分である一体型冷媒構造体の構成要素である。
また、アレスタ（ａｒｒｅｓｔｅｒ）部材２１８が第１フレームプロファイル２１０の下部面２１２に提供される。ここで、アレスタ部材２１８は第１フレームプロファイル２１０の中心部、すなわち、第２チャネル２１６の下へ第１フレームプロファイル２１０の長手方向に沿って延びる。図６に示すように、冷却プレート２７０と第１フレームプロファイル２１０の一体型冷媒構造体が流体連通可能な状態にあるとき、冷却プレート２７０はアレスタ部材２１８に支持される。
図面に示すように、冷媒構造体は第１フレームプロファイル２１０に全て埋め込まれ、これに一体となった部分を形成する。すなわち、図５および図６に断面状態に示されたすべての構成要素は、押出成形されたアルミニウムの単一ピース（ｐｉｅｃｅ）で作られる。より具体的には冷媒構造体の部分は第１フレームプロファイル２１０に単一部材として取り付けられない。
図６に断面状態にさらに示すように、冷却プレート２７０は冷却液のための通路２７１を含む。冷却プレート２７０の上部面２７２上には第１フレームプロファイル２１０の連結ポイント２１７の大きさと位置に対応する他の連結ポイント２７３が提供される。冷却プレート２７０と第１フレームプロファイル２１０の流体連結機密は対応する連結ポイント２１７と他の連結ポイント２７３の間に提供されたガスケット２８０により保障される。
第２フレームプロファイル２２０は、第１フレームプロファイル２１０と非常に同じ構造、すなわち、類似の一体型冷媒構造体を含み得る。したがって、冷却プレート２７０は第２フレームプロファイル２２０と対向する側に提供された連結ポイントを有する。すなわち、第２フレームプロファイル２２０の一体型冷媒構造体も第２フレームプロファイル２２０の長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネルと、この第１チャネルと冷却プレート２７０の連結ポイントが流体連通されるようにする連結ポイントを含む。
図７ないし図１０は４個の実施形態による冷媒の流れを説明するために示す図である。
具体的には図７のフレームワーク２００は図３ないし図６と関連して説明されたフレームワークと同一である。第１フレームプロファイル２１０の一体型冷媒の分配構造体は車両冷媒回路（図示せず）のための連結ポイント２２１を含む。この連結ポイント２２１は第１フレームプロファイル２１０の短辺側に設けられる。また、第２フレームプロファイル２２０は第１フレームプロファイル２１０の連結ポイント２２１のようにフレームワーク２００と同じ側面に整列した連結ポイント２２２を含む。連結ポイント２２１は液体冷媒が電池パック１０の冷媒回路に供給されるようにする入口を示し、連結ポイント２２２は出口である。図面で点線は第１、２フレームプロファイル２１０，２２０と冷却プレート２７０を介して流れる冷媒の流れを示す。
図示の第１実施形態において、連結ポイント２２１は第１チャネル２１５と直接流体連通して連結ポイント２２２は類似の方式で第２フレームプロファイル２２０に埋め込まれた第１チャネルと直接流体連通する。そのため、冷媒は第１フレームプロファイル２１０の一体型冷媒構造体によって７個の冷却プレート２７０に分配される。冷却プレート２７０を通過した冷媒は第２フレームプロファイル２２０の一体型冷媒構造体によって収集される。
第２実施形態による冷媒の流れが図８に示されている。基本的には第２実施形態は図７の第１実施形態と同一である。しかし、連結ポイント２２３は第１フレームプロファイル２１０．２の入口として使われて第２チャネル２１６に直接流体連通する。また、連結ポイント２２４は第２フレームプロファイル２２０．２の第２チャネルに直接流体連通し、これは液体冷媒の出口として使われる。第１フレームプロファイル２１０．２の第２チャネル２１６は構成要素セクション（図面に示していないが、冷媒の流れによって示されている）を介して第１チャネル２１５と流体連通する。ここで構成要素セクションは両フレームプロファイル２１０．２，２２０．２の長手方向延長により連結ポイント２１７位置の幾何平均から１０ｃｍまでまたはその内に配置される。これによって、フレームワーク２００．２の長手方向延長に対する冷媒温度分配は図７に示す実施形態に比べてより同一であり得る。
第３実施形態による冷媒の流れが図９に示されている。基本的には第３実施形態は図７の第１実施形態と同一である。冷媒は連結ポイント２２１を介して第１フレームプロファイル２１０．３の第１チャネル２１５に流入して冷却プレート２７０を通過して第２フレームプロファイル２２０．３の第１チャネルによって収集される。ただし、第２フレームプロファイル２２０．３の第１チャネルが連結ポイント２２１を対向してフレームワーク２００．３の長さ方向の側面に配列された構成要素セクションを介して第２チャネルと流体連通する。第２チャネルと流体連通した連結ポイント２２４は電池パック１０の冷却回路の冷媒出口を表す。
第４実施形態による冷媒の流れが図１０に示されている。ここで、第１フレームプロファイル２０１．４と第２フレームプロファイル２２０．４の一体型冷媒構造体は、冷媒通路用にフレームプロファイルの長手方向に延びた第１チャネル、冷却プレート２７０．１の各連結ポイントと第１チャネルに流体連通する連結ポイント２２１，２２２、冷媒通路用に第１、２フレームプロファイル２１０．４，２２０．４の長手方向に延びて第１チャネルと流体連通しない第２チャネルおよび、第２チャネルと冷却プレート２７０．１の各連結ポイントと流体連通する連結ポイント２２３，２２４を含む。
第４実施形態は電池パック１０内に逆方向（図１０で点線と実線で示す冷媒の流れを参照）に駆動され得る２個の独立的な冷媒回路がある点で前述した他の実施形態と異なる。したがって、冷媒温度はフレームワーク２００．４の各領域でより同一になり得る。さらに、一つの冷却回路に漏水が生じる場合にも、残りの冷却回路がまだ電池パックの過熱を防止することができる。
図１１は図１０のフレームワークの平面図であり、図１２は図１０のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイル２１０．４の断面図である。図１３は図１１のＣ－Ｃ線に沿ったフレームワークの分解斜視図であり、図１４は図１１のＢ－Ｂ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。
図１２に示すように、第１フレームプロファイル２１０．４は基本的に最終組み立てられた状態で車両の本体構造と対向する上部面２１１と、冷却プレート２７０．１と対向する下部面２１２および一対の縦断面（または長手方向面、２１３，２１４）を含む四角形状からなる。第１フレームプロファイル２１０．４は、両方とも下部面２１２に近接して配列されて第１フレームプロファイル２１０．４の長手方向と平行に延びた第１チャネル２１５と第２チャネル２１６を含む。第２チャネル２１６は下部面２１２の中心部に配列される反面、第１チャネル２１５はフレームワーク２００．４の内部空間と対向する縦断面２１４にさらに近接されて配列される。
アレスタ部材２１８．１が第１フレームプロファイル２１０．４の下部面２１２に提供される。アレスタ部材２１８．１は第１フレームプロファイル２１０．４の長手方向に延びる。ここで、アレスタ部材２１８．１はフレームワーク２００．４の内部空間から遠ざかる方向側の縦断面２１３に近く配置される。冷却プレート２７０．１と第１フレームプロファイル２１０．４の一体型冷媒構造体が流体連通可能な状態にあるとき、冷却プレート２７０はアレスタ部材２１８．１に支持される。
図面に示すように、冷媒構造体は第１フレームプロファイル２１０．４に完全に埋め込まれ、そのため一体的な部分を形成する。すなわち、図１２および図１３に断面状態に示すすべての構成要素は、押出成形されたアルミニウムの単一ピース（ｐｉｅｃｅ）で作られる。より具体的に冷媒構造体の部分は第１フレームプロファイル２１０．４に単一部材として取り付けられない。
図１３は図１１のＣ－Ｃ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。第２チャネル２１６は連結ポイント２１７．１と流体連通する。図示の実施形態において、流体連通するようにする構成は下部面２１２から第２チャネル２１６に延びた垂直ドリル穴によってなされる。冷却プレート２７０．１の上部面には第１フレームプロファイル２１０．４の連結ポイント２１７．１の大きさと位置に対応する第１連結ポイント２７３．１が提供される。
図１４は図１１のＢ－Ｂ線に沿ったフレームワークの分解斜視図である。第１チャネル２１５は連結ポイント２１７．２と流体連通する。図示の実施形態において、流体連通するようにする構成は下部面２１２から第１チャネル２１５に延びた垂直ドリル穴によってなされる。冷却プレート２７０．１の上部面には第１フレームプロファイル２１０．４の連結ポイント２１７．２の大きさと位置に対応する第２連結ポイント２７３．２が提供される。
第２フレームプロファイル２２０．４は、第１フレームプロファイル２１０．４と非常に同じ構造、すなわち、類似の一体型冷媒構造体を含み得る。したがって、冷却プレート２７０．１は第２フレームプロファイル２２０．４と対向する側に提供された第１および第２連結ポイント２１７．１，２１７．２を有する。冷却プレート２７０．１に対向する面に提供された第１連結ポイント２１７．１は第１冷媒通路２７１．１により流体連通する。同様に、冷却プレート２７０．１の第２連結ポイント２１７．２は第２冷媒通路２７１．２により流体連通する。第１および第２冷媒通路２７１．１，２７１．２は互いに分離される。この結果として、逆方向に駆動され得る２個の独立的な冷媒回路が作られる。
図１５および図１６は本発明の他の実施形態による電池モジュール１００．１を示している。電池モジュール１００．１の基本的な構成は図２を参照して先立って説明した電池モジュール１００と同じである。しかし、電池モジュール１００．１は整列した２個の電池セル８０スタックを含む。セルスタックはモジュール前面プレート６３．１とモジュール側面プレート６４．１により４個の側面が囲まれる。中間プレート６８は両セルスタックを分離して電池セル８０の固定を向上させる。セルスタックは通常任意の圧縮力で圧縮されて側面プレート６４．１を介して固定される。モジュール前面プレート６３．１とモジュール側面プレート６４．１のアセンブリはモジュールフレームと呼ばれる。モジュールフレームの結合は例えば、溶接によって行われる。
電池セル８０に対するモジュール側面プレート６４．１の熱的連結は熱パッド、熱ギャップフィラー、熱接着剤または相互直接接触によって行われる。熱導電性接着剤またはギャップフィラーの場合、接着剤またはギャップフィラーはモジュールフレームがセルスタックの周囲に固定された後注入されることもできる。
図１７は図１５の電池モジュール１００．１の一端部を示す拡大の部分斜視図である。両モジュール側面プレート６４．１は、第１冷却チャネル２９０と第２冷却チャネル２９１が押出工程の間作られたアルミニウム押出成形プロファイルによってなされる。第１、２冷却チャネル２９０，２９１の連結ポイント（２９４．１，２９４．２）はモジュール側面プレート６４．１の狭い面に提供される。ここで、第１、２冷却チャネル２９０，２９１はモジュール側面プレート６４．１の長手方向に平行に延びる。すなわち、第１、２冷却チャネル２９０，２９１はモジュール側面プレート６４．１の内で少なくとも流体連通されず別途の冷却回路によって使われることができる。第１、２冷却チャネル２９０，２９１を介して冷却液体、冷媒または空気が流れて電池モジュール１００．１の片方または両方の側面から電池セル８０を冷却させることができる。このような冷媒構造体はモジュール側面プレート６４．１に完全に埋め込まれてこれと一体型部品を形成する。すなわち、すべての構成要素は押出成形されたアルミニウムの単一部品で作られる。何より冷媒構造体の部分がモジュール側面プレート６４．１に別の単一部品として設置されないといえる。
図１８はフレームプロファイル２１０．５を含むフレームの一部分を示す分解斜視図であり、図１１のＣ－Ｃ線に沿った分解斜視図である。ここでフレームプロファイル２１０．５は前述した電池モジュール１００．１と組合わせて使われることができる。フレームプロファイル２１０．５は連結ポイント２９２．１，２９２．２，２９２．３，２９２．４がフレームの内側に向かうフレームプロファイル２１０．５の縦断面に提供されることを除いては、図１３に示されたフレームプロファイル２１０．４と同様である。これら連結ポイント２９２．１，２９２．２，２９２．３，２９２．４は、図１５ないし１７に示された電池モジュール１００．１のモジュール側面プレート６４．１に内蔵された第１、２冷却チャネル２９０，２９１に流体連結を設定するのに使われることができる。電池モジュール１００．１がフレーム内に位置されるとき、第１冷却チャネル２９０の下部連結ポイント２９４．２はフレームプロファイル２１０．５の下部連結ポイント２９２．２に面しており、第２冷却チャネル２９１の上部連結ポイント２９４．１はフレームプロファイル２１０．５の上部連結ポイント２９２．１に面している。モジュール側面プレート６４．１とフレームプロファイル２１０．５の流体連結気密は対応する連結ポイントの間に提供されたガスケットによって保障される。
詳細に示していないが、第２フレームプロファイル２２０も、第１フレームプロファイル２１０．５と非常に同じ構造を有することができる。すなわち、第２フレームプロファイル２２０は第１フレームプロファイル２１０．５と同様に、その縦断面にモジュール側面プレート６４．１との連結のための連結ポイント２９２．１，２９２．２，２９２．３，２９２．４を設けた一体型冷媒構造体を含む。
図１９は図１８のＡ－Ａ線に沿った第１フレームプロファイル２１０．５の断面図である。ここで第１フレームプロファイル２１０．５は第１チャネル２１５．１と第２チャネル２１６．１を含むが、これらのチャネルは互いに流体連通しない。図１９の断面図は第１フレームプロファイル２１０．５の縦断面２１４に提供された連結ポイント２９２．３，２９２．４を基準に切断して示す図である。連結ポイント２９２．４はダクト２９６を介して第１チャネル２１５．１と連結され、連結ポイント２９２．３はダクト２９７を介して第２チャネル２１６．１と連結される。前述した通り、連結ポイント２９２．４は第１フレームプロファイル２１０．５の第１チャネル２１５．１とモジュール側面プレート６４．１の第１チャネル２９０が流体連通を確立し、電池モジュール１００．１がフレーム内に位置するとき、モジュール側面プレート６４．１の連結ポイント２９４．２に面する。同じ方式で第１フレームプロファイル２１０．５の第２チャネル２１６．１とモジュール側面プレート６４．１の第２チャネル２９１の間に流体連通が確立される。これにより２個の別途の冷却回路が提供されることができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１０ 電池パック
２１ 端子
２２ 端子
６０ モジュール上、下部プレート
６３，６３．１ モジュール前面プレート
６４，６４．１ モジュール側面プレート
６５，６６ 陰極端子および陽極端子
６７ セル連結ユニット
６８ 中間プレート
６９ 絶縁箔
７０ 熱パッド
８０ 電池セル
１００，１００．１ 電池モジュール
２００ フレームワーク
２００．１…２００．４ フレームワーク
２１０ 第１フレームプロファイル
２１０．２…２１０．５ 第１フレームプロファイル
２１１ フレームプロファイルの上部面
２１２ フレームプロファイルの下部面
２１３，２１４ フレームプロファイルの縦断面
２１５，２１５．１ 第１チャネル
２１６，２１６．１ 第２チャネル
２１７ フレームプロファイルの連結ポイント
２１７．１ フレームプロファイルの連結ポイント
２１７．２ フレームプロファイルの連結ポイント
２１８，２１８．１ アレスタ部材
２２０，２２０．２…２２０．４ 第２フレームプロファイル
２２１ フレームプロファイルの狭い面に配置された車両冷媒回路のための連結ポイント
２２２ フレームプロファイルの狭い面に配置された車両冷媒回路のための連結ポイント
２２３ フレームプロファイルの狭い面に配置された車両冷媒回路のための連結ポイント
２２４ フレームプロファイルの狭い面に配置された車両冷媒回路のための連結ポイント
２４０ フレームワークの幅方向に配置されるフレームプロファイル
２４２ フレームワークの幅方向に配置されるフレームプロファイル
２５０ クロスバー
２６０ 内部空間セクション
２７０ 冷却プレート
２７０．１ 冷却プレート
２７１ 冷媒通路
２７１．１ 冷媒通路
２７１．２ 冷媒通路
２７２ 冷却プレートの上部面
２７３ 冷却プレートの連結ポイント
２７３．１ 冷却プレートの連結ポイント
２７３．２ 冷却プレートの連結ポイント
２８０ ガスケット
２９０ モジュール側面プレートの第１冷却チャネル
２９１ モジュール側面プレートの第２冷却チャネル
２９２．１ モジュール側面プレートのためのフレームプロファイルの連結ポイント
２９２．２ モジュール側面プレートのためのフレームプロファイルの連結ポイント
２９２．３ モジュール側面プレートのためのフレームプロファイルの連結ポイント
２９２．４ モジュール側面プレートのためのフレームプロファイルの連結ポイント
２９４．１ フレームプロファイルのためのモジュール側面プレートの連結ポイント
２９４．２ フレームプロファイルのためのモジュール側面プレートの連結ポイント
２９６ ダクト
２９７ ダクト
３００ 車両

Claims (13)

  1. それぞれ複数の二次電池セルを含む一つ以上の電池モジュール、
    対向配置された第１フレームプロファイルおよび第２フレームプロファイルを含むフレームワーク、および
    前記電池モジュールと熱接触する一つ以上の冷却プレートを含み、前記冷却プレートは冷媒通路を含む、液体冷却回路を含み、
    前記電池モジュールは前記複数の二次電池セルの組み立てのためのモジュールフレームを構成する一対のモジュール側面プレートおよび一対の前面プレートを含み、少なくとも一つの前記モジュール側面プレートは、前記液体冷却回路の部分である一体型冷媒構造体を含み、
    前記第１フレームプロファイルおよび前記第２フレームプロファイルそれぞれは前記液体冷却回路の部分である一体型冷媒構造体を含み、
    前記一体型冷媒構造体は、
    前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネル、および、前記第１チャネルと前記冷却プレートとが流体連通する一つ以上の連結ポイントを含み、
    前記第１フレームプロファイルおよび／または前記第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体は、前記第１および第２フレームプロファイルの長手方向に沿って延びて構成要素セクションを介して前記第１チャネルと流体連通する冷媒通路用の第２チャネルをさらに含み、
    前記構成要素セクションは、前記第１および第２フレームプロファイルの長手方向延長により前記各連結ポイントの位置から１０ｃｍまでまたはその内に配置され、
    前記冷却プレートが前記フレームワークの底部を構成する車両用電池パック。
  2. 前記第１および第２フレームプロファイルそれぞれの前記一体型冷媒構造体は、
    前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネル、
    前記第１チャネルと前記冷却プレートとが流体連通する一つ以上の連結ポイント
    前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びて前記第１チャネルとは流体連通しない冷媒通路用の第２チャネル、および
    前記第２チャネルと前記冷却プレートとが流体連通する一つ以上の連結ポイント
    を含む、請求項１に記載の車両用電池パック。
  3. 前記第１フレームプロファイルの下部面に整列される前記第１および第２チャネルの一つ以上の連結ポイント、および
    前記冷却プレートの上部面に整列される前記冷却プレートの一つ以上の連結ポイントを含む、請求項１に記載の車両用電池パック。
  4. 支持部材が前記第１および第２フレームプロファイルの下部面に提供され、前記冷却プレートと前記第１および第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体が流体連通可能な状態にあるとき、前記冷却プレートは前記支持部材に支持される、請求項３に記載の車両用電池パック。
  5. 前記一体型冷媒構造体は、前記第１および第２フレームプロファイルの短辺側に配置された車両冷媒回路用の一つ以上の連結ポイントを含む、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の車両用電池パック。
  6. 前記第１および第２フレームプロファイルは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られた、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の車両用電池パック。
  7. 前記モジュール側面プレートの一体型冷媒構造体は、
    前記モジュール側面プレートの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネル、および
    前記第１および第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体の各連結ポイントと流体連通する連結ポイントを含む、請求項１に記載の車両用電池パック。
  8. 前記モジュール側面プレートの一体型冷媒構造体は、
    前記モジュール側面プレートの長手方向に延びた冷媒通路用の第２チャネル、および
    前記第１および第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体の各連結ポイントと流体連通する連結ポイントを含む、請求項７に記載の車両用電池パック。
  9. 前記モジュール側面プレートの前記第１チャネルは、前記第１および第２フレームプロファイルの第１チャネルと流体連通し、前記モジュール側面プレートの前記第２チャネルは、前記第１および第２フレームプロファイルの第２チャネルと流体連通する、請求項８に記載の車両用電池パック。
  10. 前記モジュール側面プレートは、前記第１および第２フレームプロファイルの材質と同じ材質で作られた、請求項１に記載の車両用電池パック。
  11. 請求項１による電池パックを含む、車両。
  12. それぞれ複数の二次電池セルを含む一つ以上の電池モジュール、
    対向配置された第１フレームプロファイルおよび第２フレームプロファイルを含むフレームワーク、および
    前記電池モジュールと熱接触する一つ以上の冷却プレートを含み、前記冷却プレートは冷媒通路を含む、液体冷却回路を含み、
    前記第１フレームプロファイルおよび前記第２フレームプロファイルそれぞれは前記液体冷却回路の部分である一体型冷媒構造体を含み、
    前記一体型冷媒構造体は、
    前記第１フレームプロファイルの長手方向に延びた冷媒通路用の第１チャネル、および、前記第１チャネルと前記冷却プレートとが流体連通する一つ以上の連結ポイントを含み、
    前記第１フレームプロファイルおよび／または前記第２フレームプロファイルの一体型冷媒構造体は、前記第１および第２フレームプロファイルの長手方向に沿って延びて構成要素セクションを介して前記第１チャネルと流体連通する冷媒通路用の第２チャネルをさらに含み、
    前記構成要素セクションは、前記第１および第２フレームプロファイルの長手方向延長により前記各連結ポイントの位置から１０ｃｍまでまたはその内に配置され、
    前記冷却プレートが前記フレームワークの底部を構成する車両用電池パック。
  13. 前記フレームワークは、四角形状の金属からなる、請求項１または請求項１２に記載の車両用電池パック。
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