JP6874076B2 - 電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電池技術分野に関し、特に電池モジュールに関する。

電池モジュールを新エネルギ車の電池パックに応用するとき、通常、電池モジュールにおける電池の温度を採集する必要がある。現在、よく用いられる電池温度採集手法としては、接続シート（電池の上方に位置し、隣接する２つの電池の電極端子を接続する）にサーミスタ（例えば、ＮＴＣ）を配置する。電池モジュールが大電流作動状態にあるとき、接続シートの過電流が大きいため、このような採集手法によれば、採集された温度と電池の実温度との偏差が大きくて、電池パックの電池システムが早まって電力を規制したり、誤警報したりなどしてしまう。

背景技術に存在している課題に鑑みて、本発明の目的は、サーミスタで採集された温度と電池の実温度との間の偏差を大幅に低減し、サンプリングの正確性を向上する電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、縦方向に沿って並列配置された複数の電池と各電池の温度を収集するためのサーミスタとを含む電池モジュールを提供する。各電池は、トップカバープレートと、正極電極端子と、負極電極端子と、防爆バルブとを含み、正極電極端子と負極電極端子とは、間隔をおいてトップカバープレートに設けられ、防爆バルブは、トップカバープレートに設けられ、正極電極端子と負極電極端子との間に位置する。トップカバープレートは、横方向において、正極電極端子から離間する第１境界を有し、防爆バルブは、横方向において、正極電極端子に近接する第３境界を有する。サーミスタは、トップカバープレートに設けられ、トップカバープレートの第１境界と防爆バルブの第３境界との間に位置する。

負極電極端子は、横方向において防爆バルブから離間する第５境界を有し、サーミスタは、負極電極端子の第５境界と防爆バルブの第３境界との間に位置する。

負極電極端子は、横方向において防爆バルブに近接する第６境界をさらに有し、サーミスタは、負極電極端子の第６境界と防爆バルブの第３境界との間に位置する。

サーミスタは、負極電極端子の第５境界と第６境界との間に位置する。

防爆バルブは、正極電極端子から離間する第４境界をさらに有し、サーミスタは、防爆バルブの第４境界と第３境界との間に位置する。

電池モジュールは、前記複数の電池のトップカバープレートの上方に設けられ、正極電極端子と負極電極端子との間に位置する回路基板をさらに含む。サーミスタは、回路基板に電気的に接続されている。

電池モジュールは、一方端が回路基板に接続され、他方端がサーミスタに接続される導線をさらに含む。

各電池は、本体と本体から張り出される正極タブおよび負極タブとを有する電極ユニットと、トップカバープレートと共に電極ユニットをカプセル化するためのケースと、電極ユニットの正極タブおよび正極電極端子に接続される第１連結シートと、電極ユニットの負極タブおよび負極電極端子に接続される第２連結シートとをさらに含む。

第１連結シートは、弱化領域を有する。

サーミスと電池のトップカバープレートとの間には、熱伝導パッドまたは熱伝導接着剤が設けられている。

本発明の有益な効果は下記の通りである。正極電極端子の材質の融点が負極電極端子材質の融点よりも高く（すなわち、同等の電流で、正極電極端子の温度の上昇が速く、発生熱が多い）、正極電極端子に電気的に接続される第１連結シートには弱化領域が形成されており（過電流断面が小いため、その電気抵抗が大く、発生熱が多い）、弱化領域で発生する熱が正極電極端子およびその近傍にも伝導されるため、正極電極端子およびその近傍の温度が高くなる。したがって、サーミスタをトップカバープレートの第１境界と防爆バルブの第３境界との間に設けて温度を採集するとき、サーミスタの採集温度と電池の実温度との間の偏差を大幅に低減して、温度サンプリングの正確性を向上する。

本発明の一実施例における電池モジュールの斜視図である。 本発明の別の実施例における電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールにおける単電池の分解図である。 電池モジュールにおける単電池の平面図である。 図４の変形例である。 シミュレーション試験過程におけるサンプリング点位置分布模式図であり、文字ａ〜ｑがサンプリング点の番号を表す。 異なるサンプリング点のシミュレーション試験結果であり、明瞭のため、背景技術における接続シートで温度を採集した結果を示している。

本発明の目的、解決手段及び長所をより明瞭で明白するために、以下では、図面及び実施例を組み合わせて本願をさらに詳細に説明する。ここで説明される具体的な実施例は、単に本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するためのものではない。

本発明の説明において、別の明確な規定及び限定がない限り、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」、「第５」、「第６」という用語は、説明の目的のみに使用され、相対的な重要性を示すまたは暗示するものと理解されてはならない。「複数」という用語は、２つのまたは２つの以上を指す。別の規定または説明がない限り、「接続」、「固定」という用語は、何れも広く理解されるべきであり、例えば、「接続」は、固定接続であってもよく、脱着可能な接続、または一体的な接続、または電気的な接続、または信号接続であってもよい。「接続」は、直接接続であってもよく、中間媒介を介する間接接続であってもよい。当業者にとって、本発明における上記用語の具体的な意味は、具体的な場合に応じて理解され得る。

本発明の説明において、本発明の実施例に記述する「上」、「下」などの方位の言葉は、図面に示す角度で記述されると理解されるべきであり、本発明の実施例に対する限定と理解されてはならない。なお、コンテキストでは、ある素子が別の素子の「上」または「下」に接続されると言及するとき、別の素子の「上」または「下」に直接接続できるだけでなく、中間素子を介して別の素子の「上」または「下」に間接接続されてもよいとさらに理解されるべきである。以下、具体的な実施例により図面を組み合わせて本発明をさらに詳細に説明する。

図１及び図２を参照すると、本発明の電池モジュールは、複数の電池１と、サーミスタ２と、回路基板３と、導線４とを含む。

図３を参照すると、前記複数の電池１は、縦方向Ｙに沿って並列配置され、各電池１は、トップカバープレート１１と、正極電極端子１２と、負極電極端子１３と、防爆バルブ１４と、電極ユニット１５と、ケース１６と、第１連結シート１７と、第２連結シート１８と、ケース１６にカプセル化される電解液とを含む。

図４〜図６を参照すると、トップカバープレート１１は、横方向Ｘにおいて正極電極端子１２から離間する第１境界１１１と、正極電極端子１２に近接する第２境界１１２とを有する。トップカバープレート１１は、金属材料で作製されてもよい。

正極電極端子１２と負極電極端子１３とは、間隔をおいてトップカバープレート１１に設けられる。各電池１において、正極の電位が負極の電位よりも高いので、電解液が負極電極端子１３を電気化学的に腐食するのを防止するために、負極電極端子１３としては、融点が正極電極端子１２の材質より高い材質を選択する必要がある。具体的に、正極電極端子１２の材質は、アルミニウムであってもよく、負極電極端子１３の材質は、銅であってもよい。図４〜図６を参照すると、負極電極端子１３は、横方向Ｘにおいて防爆バルブ１４から離間する第５境界１３１と、防爆バルブ１４に近接する第６境界１３２とを有する。

防爆バルブ１４は、トップカバープレート１１に設けられ、正極電極端子１２と負極電極端子１３との間に位置する。図４〜図６を参照すると、防爆バルブ１４は、横方向Ｘにおいて正極電極端子１２に近接する第３境界１４１と、正極電極端子１２から離間する第４境界１４２とを有する。

図３を参照すると、電極ユニット１５は、本体１５１と、本体１５１から張り出される正極タブ１５２および負極タブ１５３とを有する。本体１５１は、正極シートと、負極シートと、セパレータとを含み、セパレータは、正極シートと負極シートとの間に設けられる。電極ユニット１５の本体１５１（すなわち、巻回式電極ユニット）を形成するように、正極シートとセパレータと負極シートとは、順に積み重ねてゼリーロール状に巻回されてもよい。当然、電極ユニット１５の本体１５１（すなわち、積層式電極ユニット）を形成するように、正極シートとセパレータと負極シートとは、順に多層構造として積層されてもよい。

正極シートは、正極集電体（例えば、アルミニウム箔）と、正極集電体の表面に塗布される正極活性材料（例えば、コバルト酸リチウム）とを含み、負極シートは、負極集電体（例えば、銅箔）と、負極集電体の表面に塗布される負極活性材料（例えば、シリコン）とを含む。正極集電体のエッジは、正極活性材料によって覆われていない空白領域を有してもよく、正極タブ１５２は、直接に正極集電体の空白領域を切断することにより形成してもよい。対応的に、負極タブ１５３は、直接に負極集電体の空白領域を切断することにより形成してもよい。言い換えれば、正極タブ１５２の材質は、アルミニウム箔であってもよく、負極タブ１５３の材質は、銅箔であってもよい。

図３を参照すると、ケース１６の内部は、収容キャビティを形成して電極ユニット１５と電解液とを収容する。ケース１６は、一端に開口が形成されており、電極ユニット１５は、前記開口を介してケース１５の収容キャビティに置かれることができる。トップカバープレート１１は、ケース１６の開口を覆ってケース１６に固定接続する（例えば、溶接）ことで、電極ユニット１５と電解液とをケース１６内にカプセル化する。ケース２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの導電金属材料で作製してもよく、プラスチックなどの絶縁材料で作製してもよい。

図３を参照すると、第１連結シート１７と第２連結シート１８とは、電極ユニット１５と正極電極端子１２および負極電極端子１３との間の接続を実現するために使用される。ただし、第１連結シート１７は、電極ユニット１５の正極タブ１５２および正極電極端子１２に接続され、第２連結シート１８は、電極ユニット１５の負極タブ１５３および負極電極端子１３に接続される。回路を過負荷から保護するために、第１連結シート１７には弱化領域１７１（すなわち、ヒューズのような構造）が形成されており、回路における電流が過大であるとき、弱化領域１７１が先に溶断されて回路を遮断する。

回路基板３は、前記複数の電池１のトップカバープレート１１の上方に設けられており、正極電極端子１２と負極電極端子１３との間でのトップカバープレート１１の部分には他の電気的接続部品が設けられていないため、回路基板３は、正極電極端子１２と負極電極端子１３との間に位置する。具体的に、回路基板３は、フレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＣと略する）であってもよい。

サーミスタ２は、電池１の温度を採集するために、電池１のトップカバープレート１１に設けられ、回路基板３に接続される。サーミスタ２は直接にトップカバープレート１１に位置してもよく、トップカバープレート１１とサーミスタ２との間に熱伝導パッドまたは熱伝導接着剤が増設されてもよい。

正極電極端子１２の材質の融点が負極電極端子１３の材質の融点よりも低く（すなわち、同等の電流で、正極電極端子１２の温度の上昇が速く、発生熱が多い）、正極電極端子１２に電気的に接続される第１連結シート１７には弱化領域１７１が形成されており（過電流断面が小いため、その電気抵抗が大く、発生熱が多い）、弱化領域１７１で発生する熱が正極電極端子１２およびその近傍にも伝導されるため、正極電極端子１２およびその近傍の温度が高くなる。したがって、サーミスタ２をトップカバープレート１１に設けてトップカバープレート１１の第１境界１１１と防爆バルブ１４の第３境界１４１との間に位置して温度を採集するとき、サーミスタ２の採集温度と電池１の実温度（すなわち、電池１の内部温度）との間の偏差を大幅に低減して、温度サンプリングの正確性を向上する。

トップカバープレート１１の第１境界１１１から負極電極端子１３の第５境界１３１までの部分が電池１の外部に近接するため、当該部分は、外部環境の影響を大きく受け、一部の場合に電池１の実温度から外れる可能性がある。したがって、好ましくは、サーミスタ２は、負極電極端子１３の第５境界１３１と防爆バルブ１４の第３境界１４１との間に位置する。

一実施例では、図１を参照すると、サーミスタ２は、負極電極端子１３の第６境界１３２と防爆バルブ１４の第３境界１４１との間に位置し、回路基板３は、サーミスタ２の上方に敷設されている（すなわち、サーミスタ２は、回路基板３とトップカバープレート１１との間に位置する）。

別の実施例では、図２を参照すると、サーミスタ２は、負極電極端子１３の第５境界１３１と第６境界１３２との間に位置し、このとき、サーミスタ２は、横方向Ｘにおいて回路基板３側に位置する。負極電極端子１３上の他の電気的接続部品を干渉せず、正確なサンプリングを実現するために、回路基板３は、導線４を介してサーミスタ２に接続される（すなわち、導線４の一方端が回路基板３に接続され、他方端がサーミスタ２に接続される）。

なお、上述した「境界」は何れも、対応する部品の外輪郭の横方向Ｘにおける最大包絡位置を指す（すなわち、自体の境界線であってもよく、最大包絡位置によって作られる横方向Ｘに垂直な延在線であってもよい）。

本発明の電池モジュールで採集する電池１の温度の正確性をさらに説明するために、本発明では、電池１のトップカバープレート１１上の異なる位置をサンプリング点として選択して（サンプリング点に対して順に番号ａ〜ｑを付ける）シミュレーション試験が行い（接続シート上の位置をサンプリング点とする場合を含む）、シミュレーション試験の結果を図７に示す。ここで、横軸は、サンプリング点番号であり、縦軸は、採集温度と電池１の実温度との差分である。

図７から分かるように、サーミスタ２が接続シート（すなわち、ｂｕｓｂａｒ）に設けられたとき、得られた採集温度と電池１の実温度との間の差分は、最大であり、１０℃以上を超える。サーミスタ２がサンプリング点ａ〜ｈに設けられたとき、得られた採集温度と電池１の実温度との間の差分は、何れも２℃以上である。サーミスタ２がサンプリング点ｏ〜ｑに設けられたとき、得られた採集温度と電池１の実温度との間の差分は１℃未満であるが、実際の応用時、電池モジュールを筐体に置く必要があり、サンプリング点ｏ〜ｑは電池１のエッジに位置し、筐体の温度の影響を受けやすく、採集温度が電池１の実温度から外れる可能性があるため、一部の場合に温度サンプリング点としては適さない。サーミスタ２がサンプリング点ｉ〜ｎに設けられたとき、得られた採集温度と電池１の実温度との間の差分は、何れも２℃以下であり、外部環境からの影響が小さい（無視できる）。したがって、好ましくは、サーミスタ２は、負極電極端子１３の第５境界１３１と防爆バルブ１４の第３境界１４１との間に位置する。

１ 電池
１１ トップカバープレート
１１１ 第１境界
１１２ 第２境界
１２ 正極電極端子
１３ 負極電極端子
１３１ 第５境界
１３２ 第６境界
１４ 防爆バルブ
１４１ 第３境界
１４２ 第４境界
１５ 電極ユニット
１５１ 本体
１５２ 正極タブ
１５３ 負極タブ
１６ ケース
１７ 第１連結シート
１７１ 弱化領域
１８ 第２連結シート
２ サーミスタ
３ 回路基板
４ 導線
Ｘ 横方向
Ｙ 縦方向
Ｚ 上下方向

Claims (5)

1. 電池モジュールであって、
   縦方向（Ｙ）に沿って並列配置された複数の電池（１）と、各電池（１）の温度を収集するためのサーミスタ（２）とを含み、
   各電池（１）は、トップカバープレート（１１）と、正極電極端子（１２）と、負極電極端子（１３）と、防爆バルブ（１４）と、本体（１５１）と本体（１５１）から張り出される正極タブ（１５２）および負極タブ（１５３）とを有する電極ユニット（１５）と、トップカバープレート（１１）と共に電極ユニット（１５）をカプセル化するケース（１６）と、電極ユニット（１５）の正極タブ（１５２）および正極電極端子（１２）に接続され、弱化領域（１７１）を有する第１連結シート（１７）と、電極ユニット（１５）の負極タブ（１５３）および負極電極端子（１３）に接続される第２連結シート（１８）とを含み、正極電極端子（１２）と負極電極端子（１３）とは、横方向（Ｘ）に間隔をおいてトップカバープレート（１１）に設けられ、防爆バルブ（１４）は、トップカバープレート（１１）に設けられ、正極電極端子（１２）と負極電極端子（１３）との間に位置し、
   負極電極端子（１３）は、横方向（Ｘ）において、防爆バルブ（１４）に近接する第６境界（１３２）と、第６境界（１３２）よりも防爆バルブ（１４）から離間する第５境界（１３１）とを有し、
   前記サーミスタ（２）は、トップカバープレート（１１）に設けられ、負極電極端子（１３）の第５境界（１３１）と第６境界（１３２）との間に位置する、電池モジュール。
2. 電池モジュールであって、
   縦方向（Ｙ）に沿って並列配置された複数の電池（１）と、各電池（１）の温度を収集するためのサーミスタ（２）とを含み、
   各電池（１）は、トップカバープレート（１１）と、正極電極端子（１２）と、負極電極端子（１３）と、防爆バルブ（１４）と、本体（１５１）と本体（１５１）から張り出される正極タブ（１５２）および負極タブ（１５３）とを有する電極ユニット（１５）と、トップカバープレート（１１）と共に電極ユニット（１５）をカプセル化するケース（１６）と、電極ユニット（１５）の正極タブ（１５２）および正極電極端子（１２）に接続され、弱化領域（１７１）を有する第１連結シート（１７）と、電極ユニット（１５）の負極タブ（１５３）および負極電極端子（１３）に接続される第２連結シート（１８）とを含み、正極電極端子（１２）と負極電極端子（１３）とは、横方向（Ｘ）に間隔をおいてトップカバープレート（１１）に設けられ、防爆バルブ（１４）は、トップカバープレート（１１）に設けられ、正極電極端子（１２）と負極電極端子（１３）との間に位置し、
   防爆バルブ（１４）は、横方向（Ｘ）において、正極電極端子（１２）に近接する第３境界（１４１）と、第３境界（１４１）よりも正極電極端子（１２）から離間する第４境界（１４２）とを有し、
   前記サーミスタ（２）は、トップカバープレート（１１）に設けられ、防爆バルブ（１４）の第４境界（１４２）と第３境界（１４１）との間に位置する、電池モジュール。
3. 電池モジュールは、前記複数の電池（１）のトップカバープレート（１１）の上方に設けられて正極電極端子（１２）と負極電極端子（１３）との間に位置する回路基板（３）をさらに含み、
   サーミスタ（２）は、回路基板（３）に電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 一方端が回路基板（３）に接続され、他方端がサーミスタ（２）に接続される導線（４）をさらに含む、ことを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
5. サーミスタ（２）と電池（１）のトップカバープレート（１１）との間には、熱伝導パッドまたは熱伝導接着剤が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池モジュール。

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