JP2012104467A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】充電と放電を繰り返す間に２次電池の体積が膨張してもモジュールケースが破損することのない、強度が向上した電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の２次電池、および前記複数の２次電池が内蔵されるモジュールケース、を含み、前記モジュールケースの少なくとも一面の一部は、前記複数の２次電池の配列方向に形成された強化繊維３８を含む。強化繊維３８が衝撃を吸収してモジュールケースの強度が向上するため、電池モジュール１０１の安全性が向上する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

２次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池である。低容量の２次電池は、携帯電話機やノートパソコンおよびビデオカメラのように携帯が可能な小型電子機器に使用され、大容量電池は、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として幅広く使用されている。

最近、高エネルギー密度の非水電解液を利用した高出力２次電池が開発されており、前記高出力２次電池は、大電力を必要とする機器、例えば、電気自動車などのモータ駆動に使用され得るように複数の２次電池を直列に連結して大容量の２次電池で構成される。また、大容量電池モジュールは、通常直列に連結される複数の２次電池で構成され、２次電池は、円筒型と角型などで構成され得る。

充電と放電を繰り返す間に２次電池の体積が膨張するスウェリング現象が発生することがある。スウェリング現象が発生すれば、２次電池が電池モジュールの外形をなすモジュールケースを加圧してモジュールケースが破損することがある。

しかし、モジュールケースの強度を増大させるためにモジュールケースの厚さを増加させる場合、電池モジュールの重量が過度に増加して電池モジュールが装着される機器の性能を低下させる問題が発生する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、新規かつ改良された強度が向上した電池モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数の２次電池、および
前記複数の２次電池が内蔵されるモジュールケース、を含み、前記モジュールケースの少なくとも一面の一部は、前記複数の２次電池の配列方向に形成された強化繊維を含む、電池モジュールが提供される。

前記モジュールケースは、前記複数の２次電池が内蔵される収納部と、収納部に結合される蓋とを含んでもよい。

前記収納部は、強化繊維を有してもよい。

前記収納部は、フロアと、前記フロアで突出し、前記複数の２次電池の配列方向に形成された第１側壁、および前記フロアで突出し、前記第１側壁の端部に連結された第２側壁を含んでもよい。

前記フロアと前記第１側壁は、強化繊維を有してもよい。

前記フロアと前記第１側壁には、前記複数の２次電池の配列方向に延長した補強リブが形成されてもよい。

前記補強リブは、前記複数の２次電池の配列方向に延長した強化繊維を有してもよい。

前記第２側壁は、前記モジュールケースの幅方向に延長した強化繊維を有してもよい。

前記第２側壁には、前記モジュールケースの幅方向に延長した補強リブが形成されてもよい。

前記蓋は、前記複数の２次電池の配列方向に延長した強化繊維を有してもよい。

前記モジュールケースはエンジニアリングプラスチックからなり、前記強化繊維は前記エンジニアリングプラスチックの内部に挿入設置されてもよい。

前記エンジニアリングプラスチックは、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートからなる群より選択されるいずれか一つの物質を含んでもよい。

前記モジュールケースは強化繊維層を含み、前記強化繊維は前記強化繊維層に位置してもよい。

前記強化繊維層は、前記モジュールケースの外面に形成されてもよい。

前記強化繊維層は、前記モジュールケースの内面に形成されてもよい。

前記強化繊維は、ガラス繊維からなってもよい。

前記強化繊維は、炭素繊維からなってもよい。

前記強化繊維は、前記複数の２次電池の配列方向に沿って延長して形成されてもよい。

以上説明したように本発明によれば、モジュールケースが２次電池の配列方向に形成された強化繊維を備えるため、モジュールケースの強度を向上させることができる。

本発明の第１実施例による電池モジュールを示した斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。 本発明の第１実施例による電池モジュールを下方から見た斜視図である。 本発明の第２実施例による電池モジュールを示した斜視図である。 本発明の第３実施例による電池モジュールのモジュールケースを示した分解斜視図である。 本発明の第４実施例による電池モジュールの断面図である。 本発明の第５実施例による電池モジュールの断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように本発明の実施例を詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様な異なる形態で具現することができ、以下で説明する実施例に限定されない。そして、本明細書および図面において同一の符号は同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の第１実施例による電池モジュールを示した斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。

図１および図２を参照して説明すれば、第１実施例による電池モジュール１０１は、複数の２次電池２０と、２次電池２０が内蔵されるモジュールケース３０とを含む。

モジュールケース３０内に複数の２次電池２０が設置されるが、２次電池２０はリチウムイオン２次電池であって角型であるものを例に挙げて説明する。ただし、本発明がこれに制限されるのではなく、本発明はリチウムポリマー電池または円筒型電池など多様な形態の電池に適用することが可能である。

２次電池２０は、正極端子２１と負極端子２２、および設定された圧力で開放されてガスを排出する排気部材２７を含む。排気部材２７は、２次電池内部の圧力が増加する時、設定された圧力で開放されて２次電池２０内部のガスを外部に排出する通路を提供する。
複数の２次電池２０は、バスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）２５により直列に連結されてモジュールケース３０内に設置される。

図２および図３に示されているように、モジュールケース３０は、ほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する収納部３１と収納部３１の開口に結合される蓋３２とを含む。収納部３１は、フロア３１ｃとフロア３１ｃで突出した側壁３１ａ、３１ｂとを有し、フロア３１ｃは四角板形状からなり、側壁３１ａ、３１ｂはフロア３１ｃの側端で上部に向かって突出形成されている。

第１側壁３１ａは、２次電池２０の配列方向（図３でｘ軸方向）に延長して形成され、２つの第１側壁３１ａの端部に２つの第２側壁３１ｂが連結形成される。

収納部３１は、エンジニアリングプラスチック（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）の内部に強化繊維３８が挿入された構造からなる。

第１側壁３１ａは、強化繊維３８を有し、強化繊維３８は線状からなり、第１側壁３１ａの内部に位置する。強化繊維３８は、本実施例のように第１側壁３１ａ全体に分布しても良く、第１側壁３１ａの一部にのみ部分的に分布しても良い。

第１側壁３１ａにおいて強化繊維３８は２次電池２０の配列方向（図３でｘ軸方向）に延長して形成されており、複数の強化繊維３８が設定された間隔で離隔配置される。また、フロア３１ｃも強化繊維３８を有し、強化繊維３８はフロア３１ｃの内部に位置し、２次電池２０の配列方向に延長して形成されている。

エンジニアリングプラスチックは、ポリアミド（ＰＡ；Ｐｏｌｙ Ａｍｉｄｅ）、ポリアセタール（ＰＯＬＹ ＡＣＥＴＡＬ）、ポリカーボネート（ＰＣ；Ｐｏｌｙ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などからなっても良い。また、強化繊維３８は、ガラス繊維、炭素繊維などエンジニアリングプラスチックよりも強度が大きい素材からなっても良い。特に炭素繊維は熱伝導性に優れているため、モジュールケースの特定部位で発生した熱を迅速に分散させて２次電池を均一に冷却することができるばかりか、モジュールケースで発生した熱を外部に容易に排出することができる。

強化繊維３８は線状からなり、第１側壁３１ａ、およびフロア３１ｃの一端から他端まで延長して形成されてもよいし、フィラメント形態の複数の切れからなる強化繊維３８が分かれて配置されても良い。このような強化繊維３８の配列は収納部３１の成形過程で強化繊維を供給する方法を改善することによって形成されても良い。

本実施例のように強化繊維３８が２次電池２０の配列方向に延長して形成される場合、充電と放電を繰り返す間に２次電池２０が膨張する時、モジュールケース３０に加えられる加圧力を安定的に支持することができる。２次電池２０が膨張すれば２次電池２０の配列方向に変位が累積するため、非常に大きい応力が作用してモジュールケース３０が破損することがある。しかしながら、本実施例によれば、強化繊維３８がこれを安定的に支持することができる。

また、本実施例によれば、外部で伝達される衝撃に対する耐久性が向上する。特に、電池モジュール１０１が電気自動車または電気スクーターなどに適用された場合、交通事故が発生して外部の衝撃が伝達されるとモジュールケース３０が破損する問題が発生することがある。モジュールケース３０が破損されると短絡の発生により火災の発生や、感電事故などの危険がある。しかしながら、本実施例によれば、強化繊維３８が衝撃を吸収してモジュールケース３０の強度が向上するため、電池モジュール１０１の安全性が向上する。

また、厚さに比べてモジュールケース３０の強度が向上するため、モジュールケース３０の厚さを減少させると共に適正な強度を維持することができるため、電池モジュール１０１の重量を減少させることができる。

図４は、本発明の第２実施例による電池モジュールを示した斜視図である。

図４を参照して説明すれば、第２実施例による電池モジュール１０２は、複数の２次電池と２次電池が内蔵されるモジュールケース５０とを含む。

本実施例による電池モジュール１０２は、モジュールケース５０の構造を除いては前記第１実施例による電池モジュールと同一の構造からなるため、同一の構造に対する重複説明は省略する。

モジュールケース５０は、ほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する収納部５１と収納部５１の開口に結合される蓋５２とを含む。モジュールケース５０は密閉された構造からなり、モジュールケース５０の冷却を通じて２次電池が冷却される。

収納部５１は、フロア５１ｃとフロア５１ｃで突出した側壁５１ａ、５１ｂとを有し、フロア５１ｃは四角板形状からなり、側壁５１ａ、５１ｂはフロア５１ｃの側端で上部に向かって突出形成されている。第１側壁５１ａは、２次電池の配列方向に延長して形成され、２つの第１側壁５１ａの端部に２つの第２側壁５１ｂが連結形成される。

収納部５１には、強度向上のための補強リブ（ｒｉｂ）５３、５４、５５が形成され、第１側壁５１ａ、第２側壁５１ｂとフロア５１ｃには突出した補強リブ５３、５４、５５が形成される。第１側壁５１ａに形成された補強リブ５３は、第１側壁５１ａの外面で垂直方向（ｙ軸方向）に突出形成され、２次電池の配列方向（ｘ軸方向）に延長して形成される。第２側壁５１ｂに形成された補強リブ５４は、モジュールケース５０の第２側壁５１ｂの外面で垂直方向（ｘ軸方向）に突出形成され、てモジュールケース５０の幅方向（ｙ軸方向）に延長して形成される。また、補強リブ５３、５４は線状で延長して形成され、第１側壁５１ａに形成された補強リブ５３と第２側壁５１ｂに形成された補強リブ５４とは連結されている。一方、フロア５１ｃに形成された補強リブ５５は、フロアで下方（ｚ軸方向）に突出形成され、２次電池の配列方向に延長して形成される。

また、収納部５１は、エンジニアリングプラスチック（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）の内部に強化繊維５８が挿入された構造からなる。強化繊維は線状からなり、 第１側壁５１ａ、フロア５１ｃ、および補強リブ５３、５４、５５の内部に位置する。

第１側壁５１ａにおいて強化繊維５８は２次電池の配列方向に延長して形成されており、複数の強化繊維５８が設定された間隔で離隔配置される。フロア５１ｃの内部にも強化繊維が挿入設置され、強化繊維５８は２次電池の配列方向に延長して形成されている。また、補強リブ５３、５５は強化繊維５８を有し、強化繊維５８は補強リブ５３、５５の内部にも挿入されて２次電池の配列方向に延長して形成されている。一方、第２側壁５１ｂに形成された補強リブ５４も強化繊維を有し、補強リブ５４の強化繊維５８はモジュールケース５０の幅方向に延長して形成される。

エンジニアリングプラスチックは、ポリアミド（ＰＡ；Ｐｏｌｙ Ａｍｉｄｅ）、ポリアセタール（ＰＯＬＹ ＡＣＥＴＡＬ）、ポリカーボネート（ＰＣ；Ｐｏｌｙ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などからなっても良い。また、強化繊維５８は、ガラス繊維、炭素繊維などエンジニアリングプラスチックよりも強度が大きい素材からなっても良い。特に炭素繊維は熱伝導性に優れているため、モジュールケース５０の特定部位で発生した熱を迅速に分散させて２次電池を均一に冷却することができるばかりか、モジュールケースで発生した熱を外部に容易に排出することができる。

強化繊維５８は線状からなり、第１側壁５１ａ、およびフロア５１ｃの一端から他端まで延長して形成されたり、複数の切れからなるフィラメント形態の強化繊維５８が分かれて配置されても良い。このような強化繊維５８の配列は収納部の成形過程で強化繊維を供給する方法を改善することによって形成されても良い。

前記のように本実施例によれば、収納部５１に形成された補強リブ５３、５４、５５が２次電池の配列方向に沿って延長して形成され、強化繊維５８が２次電池の配列方向に沿って延長して配置されるため、充電と放電を繰り返す間に２次電池が膨張する時、モジュールケース５０に加えられる加圧力を安定的に支持することができる。２次電池が膨張すれば２次電池の配列方向に変位が累積するため、非常に大きい力が作用してモジュールケース５０が破損することがある。しかしながら、本実施例によれば、強化繊維５８がこれを安定的に支持することができる。また、本実施例によれば、補強リブ５３、５４、５５が形成され、強化繊維５８が設置されるため、外部で伝達される衝撃に対する耐久性が向上し、補強リブ５３、５４、５５を通じてモジュールケース５０に伝達された熱を迅速に放出することができる。

図５は、本発明の第３実施例による電池モジュールのモジュールケースを示した分解斜視図である。図５を参照して説明すれば、第３実施例による電池モジュールは、複数の２次電池と２次電池が内蔵されるモジュールケース６０とを含む。

本実施例による電池モジュールは、モジュールケース６０の構造を除いては前記第１実施例による電池モジュールと同一の構造からなるため、同一の構造に対する重複説明は省略する。

モジュールケース６０は、ほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する収納部６１と収納部６１の開口に結合される蓋６２とを含む。

収納部６１は、フロア６１ｃとフロア６１ｃで突出した側壁６１ａ、６１ｂとを有し、フロア６１ｃは四角板形状からなり、側壁６１ａ、６１ｂはフロア６１ｃの側端で上部に向かって突出形成されている。第１側壁６１ａは２次電池の配列方向に延長して形成され、２つの第１側壁６１ａの端部に２つの第２側壁６１ｂが連結形成される。

収納部６１は、エンジニアリングプラスチック（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）の内部に強化繊維６８が挿入された構造からなる。強化繊維６８は線状からなり、第１側壁６１ａ、第２側壁６１ｂ、およびフロア６１ｃは強化繊維６８を有する。

強化繊維６８は第１側壁６１ａとフロア６１ｃで２次電池の配列方向（ｘ軸方向）に延長して形成されており、複数の強化繊維６８が設定された間隔で離隔配置される。一方、第２側壁６１ｂでは強化繊維６８がモジュールケース６０の幅方向（ｙ軸方向）に延長して形成されて第２側壁６１ｂが第１側壁６１ａを支持する。

また、蓋６２も強化繊維６８を有し、蓋６２はエンジニアリングプラスチックの内部に強化繊維６８が挿入された構造からなる。強化繊維６８は蓋６２で２次電池の配列方向に延長して形成されている。

エンジニアリングプラスチックは、ポリアミド（ＰＡ；Ｐｏｌｙ Ａｍｉｄｅ）、ポリアセタール（ＰＯＬＹ ＡＣＥＴＡＬ）、ポリカーボネート（ＰＣ；Ｐｏｌｙ ｃａｒｂｏｎａｔｅ）などからなっても良い。また、強化繊維６８は、ガラス繊維、炭素繊維などエンジニアリングプラスチックよりも強度が大きい素材からなっても良い。強化繊維６８は線状からなり、第１側壁６１ａ、およびフロア６１ｃの一端から他端まで延長して形成されたり、複数の切れの強化繊維６８が分かれて配置されても良い。このような強化繊維６８の配列は収納部６１の成形過程で強化繊維６８を供給する方法を改善することによって形成されても良い。

前記のように本実施例によれば、収納部６１および蓋６２が２次電池の配列方向に沿って延長して形成された強化繊維６８を含むため、充電と放電を繰り返す間に２次電池が膨張する時、モジュールケース６０に加えられる加圧力を安定的に支持することができる。

図６は、本発明の第４実施例による電池モジュールの断面図である。図６を参照して説明すれば、第４実施例による電池モジュール１０３は、複数の２次電池２０と２次電池２０が内蔵されるモジュールケース７０とを含む。

本実施例による電池モジュール１０３は、モジュールケース７０の構造を除いては前記第１実施例による電池モジュールと同一の構造からなるため、同一の構造に対する重複説明は省略する。

モジュールケース７０は、ほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する収納部７１と収納部７１の開口に結合される蓋７２、および外面に形成された強化繊維層７５を含む。

収納部７１と蓋７２は、エンジニアリングプラスチック（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）からなる。強化繊維層７５は収納部７１と蓋７２の外面に固定形成されており、密集した強化繊維７８とこれらを固定する合成樹脂からなる。強化繊維７８は２次電池２０の配列方向に延長して形成されている。

合成樹脂は、エンジニアリングプラスチックからなっても良いばかりか、多様な種類の合成樹脂からなっても良い。強化繊維層７５は収納部７１と蓋７２に融着されたりコーティングされても良い。

本実施例のようにモジュールケース７０の外面に強化繊維層７５が形成される場合、モジュールケース７０の強度を向上させることができ、強化繊維７８を有するモジュールケースを容易に製作することができる。

図７は、本発明の第５実施例による電池モジュールの断面図である。図７を参照して説明すれば、第５実施例による電池モジュール１０４は、複数の２次電池２０と２次電池２０が内蔵されるモジュールケース８０とを含む。

本実施例による電池モジュール１０４は、モジュールケース８０の構造を除いては前記第１実施例による電池モジュールと同一の構造からなるため、同一の構造に対する重複説明は省略する。

モジュールケース８０は、ほぼ直六面体形状からなり、内部空間を有する収納部８１と収納部８１の開口に結合される蓋８２、および内面に形成された強化繊維層８５を含む。

収納部８１と蓋８２は、エンジニアリングプラスチック（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ）からなる。強化繊維層８５は収納部８１と蓋８２の内面に固定形成されており、密集した強化繊維８８とこれらを固定する合成樹脂からなる。強化繊維８８は２次電池２０の配列方向に延長して形成されている。

合成樹脂はエンジニアリングプラスチックからなっても良いばかりか、多様な種類の合成樹脂からなっても良い。強化繊維層８５は収納部８１と蓋８２に融着されたりコーティングされても良い。

本実施例のように、モジュールケース８０の内面に強化繊維層８５が形成される場合、モジュールケース８０の強度を向上させることができ、強化繊維８８を有するモジュールケース８０を容易に製作することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０１、１０２、１０３…電池モジュール
２０…２次電池
２１…正極端子
２２…負極端子
２７…排気部材
３０、５０、６０、７０、８０…モジュールケース
３１、５１、６１、７１、８１…収納部
３２、５２、６２、７２、８２…蓋
３１ａ、５１ａ、６１ａ…第１側壁
３１ｂ、５１ｂ、６１ｂ…第２側壁
３１ｃ、５１ｃ、６１ｃ…フロア
３８、５８、６８、７８、８８…強化繊維
５３、５４、５５…補強リブ
７５、８５…強化繊維層

Claims (18)

1. 複数の２次電池；および
   前記複数の２次電池が内蔵されるモジュールケース；
   を含み、
   前記モジュールケースの少なくとも一面の一部は、前記複数の２次電池の配列方向に形成された強化繊維を含む、電池モジュール。
2. 前記モジュールケースは、前記複数の２次電池が内蔵される収納部と、収納部に結合される蓋とを含む、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記収納部は、強化繊維を有する、請求項２に記載の電池モジュール。
4. 前記収納部は、フロアと、前記フロアで突出し、前記複数の２次電池の配列方向に形成された第１側壁、および前記フロアで突出し、前記第１側壁の端部に連結された第２側壁を含む、請求項２に記載の電池モジュール。
5. 前記フロアと前記第１側壁は、強化繊維を有する、請求項４に記載の電池モジュール。
6. 前記フロアと前記第１側壁には、前記複数の２次電池の配列方向に延長した補強リブが形成された、請求項４または請求項５に記載の電池モジュール。
7. 前記補強リブは、前記複数の２次電池の配列方向に延長した強化繊維を有する、請求項６に記載の電池モジュール。
8. 前記第２側壁は、前記モジュールケースの幅方向に延長した強化繊維を有する、請求項４〜７のいずれか一項に記載の電池モジュール。
9. 前記第２側壁には、前記モジュールケースの幅方向に延長した補強リブが形成された、請求項４〜９のいずれか一項に記載の電池モジュール。
10. 前記蓋は、前記複数の２次電池の配列方向に延長した強化繊維を有する、請求項２に記載の電池モジュール。
11. 前記モジュールケースはエンジニアリングプラスチックからなり、前記強化繊維は前記エンジニアリングプラスチックの内部に挿入設置された、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電池モジュール。
12. 前記エンジニアリングプラスチックは、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネートからなる群より選択されるいずれか一つの物質を含む、請求項１１に記載の電池モジュール。
13. 前記モジュールケースは強化繊維層を含み、前記強化繊維は前記強化繊維層に位置する、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の電池モジュール。
14. 前記強化繊維層は、前記モジュールケースの外面に形成された、請求項１３に記載の電池モジュール。
15. 前記強化繊維層は、前記モジュールケースの内面に形成された、請求項１３に記載の電池モジュール。
16. 前記強化繊維は、ガラス繊維からなる、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
17. 前記強化繊維は、炭素繊維からなる、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載の電池モジュール。
18. 前記強化繊維は、前記複数の２次電池の配列方向に沿って延長して形成された、請求項１に記載の電池モジュール。

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