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JP2018501603A - 電池パック - Google Patents

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Abstract

冷却プレートアセンブリと電池モジュールを含む電池パックが提供される。前記冷却プレートアセンブリは、パン部材、第１及び第２波形支持部材、カバープレート、及び熱伝導層を含んでいる。前記パン部材は第１及び第２湾入プレート部を含んでいる。前記第１及び第２波形支持部材は、第１及び第２湾入プレート部上にそれぞれ位置している。前記第１及び第２波形支持部材が、カバープレートとパン部材によってそれぞれ設定された第１及び第２内部領域でカバープレートとパン部材との間に固定されるように、カバープレートはパン部材上に位置し且つ結合されている。熱伝導層はカバープレート上に位置している。電池モジュールは熱伝導層上に位置している。

Description

本出願は、２０１４年１２月０４日付けの米国特許出願第１４／５５９，９７５号に基づく優先権の利益を主張し、当該米国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電池パックに係り、より詳細には、好ましい温度範囲内で電池モジュールを維持し、改善された内部支持構成要素を有する冷却プレートアセンブリを含む電池パックに関する。
従来は、電池モジュールで発生する熱によって好ましい温度範囲内で電池モジュールを維持することができないという問題があった。しかし、電池パックに冷却プレートアセンブリを装着した場合、冷却プレートアセンブリに真空が印加されるとき、冷却プレートアセンブリが崩壊することがあるという問題があった。
したがって、本出願の発明者らは、好ましい温度範囲内で電池モジュールを維持し、改善された内部支持構成要素を有する冷却プレートアセンブリを含む電池パックの必要性を認識した。
本発明は、従来技術の問題点及び過去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。
したがって、本出願の発明者らは、鋭意研究と様々な実験を重ねた結果、冷却プレートアセンブリに真空が印加される場合、改善された内部支持構成要素を介して冷却プレートアセンブリを支持できることを確認し、本発明を完成するに至った。
本発明の一実施例に係る電池パックが提供される。前記電池パックは、パン部材（pan member）、第１及び第２波形支持部材（corrugated support members）、カバープレート（cover plate）、及び熱伝導層（thermally conductive layer）を含む冷却プレートアセンブリ（cooling plate assembly）を含んでいる。前記パン部材は、第１及び第２湾入プレート部（depressed plate portions）、中央リブ部（central rib portion）、及び外周リム部（peripheral rim portion）を含んでいる。前記中央リブ部は、第１及び第２湾入プレート部の少なくとも一部に結合され、それらの間に位置している。前記外周リム部は、第１及び第２湾入プレート部の少なくとも一部の周辺に延びている。前記中央リブ部と外周リム部は互いに実質的に同一平面上にある。前記第１及び第２波形支持部材は、パン部材の第１及び第２湾入プレート部上にそれぞれ位置している。前記第１及び第２波形支持部材が、カバープレートとパン部材によってそれぞれ設定された第１及び第２内部領域（internal regions）でカバープレートとパン部材との間に固定されるように、カバープレートはパン部材上に位置し且つ結合されている。前記熱伝導層は、カバープレート上に位置し且つ接触している。前記電池パックは、熱伝導層上に位置し且つ接触している電池モジュールをさらに含んでいる。
一実施例に係る電池パックの模式図である。 図１の電池パックの一部の模式図である。 図１の電池パックで使用される冷却プレートアセンブリの模式図である。 図３の冷却プレートアセンブリの分解模式図である。 図３の冷却プレートアセンブリで使用されるパン部材と第１及び第２波形支持部材の模式図である。 図５のパン部材の他の模式図である。 図５のパン部材の更に他の模式図である。 図３での線８−８を基準とした冷却プレートアセンブリの断面図である。 図３での線９−９を基準とした冷却プレートアセンブリの他の断面図である。 図５の第１及び第２波形支持部材の模式図である。 図１での線１１−１１を基準とした電池パックの断面図である。 図１１の電池パックの一部の拡大断面図である。
図１乃至図４を参照すると、一実施例に係る電池パック１０が示されている。電池パック１０は、支持フレーム（supporting frame）２０、冷却プレートアセンブリ２２、電池モジュール２４，２６，２８、端部支持プレート（end support plates）４０，４２、上部支持プレート（top support plates）４４，４６、及び冷媒供給システム（coolant supply system）５０を含んでいる。電池パック１０の利点は、冷却プレートアセンブリ２２が、アセンブリ２２に真空が印加されるとき、冷却プレートアセンブリ２２の崩壊を防止する第１及び第２波形支持部材８２，８４（図５参照）を含むという点である。
支持フレーム２０は、それに冷却プレートアセンブリ２２を支持するように構成されている。一実施例において、支持フレーム２０はスチール（steel）で構成されている。
図３乃至図１０を参照すると、冷却プレートアセンブリ２２は電池モジュール２４，２６，２８を冷却するように構成されている。冷却プレートアセンブリ２２は、パン部材８０、第１及び第２波形支持部材８２，８４、カバープレート８６、熱伝導層８８、及び第１及び第２管状ポート９０，９２を含んでいる。
図６乃至図９を参照すると、パン部材８０は、第１及び第２湾入プレート部１２０，１２２、中央リブ部１２４、及び外周リム部１２６を含んでいる。中央リブ部１２４は、第１及び第２湾入プレート部１２０，１２２の少なくとも一部に結合され、それらの間に位置している。外周リム部１２６は、第１及び第２湾入プレート部１２０，１２２の少なくとも一部に沿って延長及び結合されており、パン部材８０の外周縁（outer periphery）を完全に取り囲んで延長されている。中央リブ部１２４と外周リム部１２６は互いに実質的に同一平面上にある。パン部材８０は第１端部（end）１２８及び第２端部１３０を含んでいる。また、中央リブ部１２４は第１端部１４０及び第２端部１４２をさらに含んでいる。中央リブ部１２４の第１端部１４０はパン部材８０の第１端部１２８から延びており、中央リブ部１２４の第２端部１４２はパン部材８０の第２端部１３０から所定の距離に位置しているため、冷却プレートアセンブリ２２の第１内部領域３４５（図８参照）は、冷却プレートアセンブリ２２の第２内部領域３４７と流動的に連通する。一実施例において、パン部材８０はアルミニウムで構成されている。他の実施例において、パン部材８０は、例えば、スチールのような他の材料で構成されてもよい。
図５及び図８を参照すると、第１及び第２波形支持部材８２，８４は、パン部材８０の第１及び第２湾入プレート部１２０，１２２上にそれぞれ位置している。第１及び第２波形支持部材８２，８４は、アセンブリ２２の第１及び第２管状ポート９０，９２に真空が印加されるとき、アセンブリ２２の崩壊を防止するように冷却プレートアセンブリ２２に追加的な内部支持（internal suppor）を提供する。一実施例において、第１及び第２波形支持部材８２，８４のそれぞれはアルミニウムで構成されている。しかし、他の実施例において、第１及び第２波形支持部材８２，８４のそれぞれは、例えば、スチール、ステンレススチール（stainless steel）、またはプラスチックのような他の材料で構成されてもよい。また、一実施例において、第１及び第２波形支持部材８２，８４は、少なくともパン部材８０の縦の長さの少なくとも９０％の縦の長さをそれぞれ有している。
第１波形支持部材８２は、貫通する複数の流動チャネル（flow channels）１６２を設定する蛇状本体（serpentine shaped body）１６０を含んでいる。蛇状本体１６０は、下端壁部（bottom wall portions）１８０，１８２，１８４，１８６，１８８，１９０、上端壁部（top wall portions）２００，２０２，２０４，２０６，２０８、及び垂直壁部（vertical wall portions）２２０，２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２，２３４，２３６，２３８を含んでいる。
下端壁部１８０と上端壁部２００は、垂直壁部２２０の第１及び第２端部（ends）からそれぞれ延びて結合されており、実質的に互いに平行に第１方向（例えば、図８の左側に）に延びている。
下端壁部１８２と上端壁部２００は、垂直壁部２２２の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２２２から実質的に互いに平行に第１方向及び第２方向に（例えば、図８の右側に）それぞれ延びている。
下端壁部１８２と上端壁部２０２は、垂直壁部２２４の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２２４から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８４と上端壁部２０２は、垂直壁部２２６の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２２６から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８４と上端壁部２０４は、垂直壁部２２８の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２２８から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８６と上端壁部２０４は、垂直壁部２３０の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２３０から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８６と上端壁部２０６は、垂直壁部２３２の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２３２から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８８と上端壁部２０６は、垂直壁部２３４の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２３４から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１８８と上端壁部２０８は、垂直壁部２３６の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２３６から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部１９０と上端壁部２０８は、垂直壁部２３８の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部２３８から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。上端壁部２０８は、下端壁部１９０に対して実質的に平行に第２方向にさらに延びている。
第２波形支持部材８４は、複数の貫通流動チャネル２６２を設定する蛇状本体２６０を含んでいる。蛇状本体２６０は、下端壁部２８０，２８２，２８４，２８６，２８８、上端壁部３００，３０２，３０４，３０６，３０８，３１０、及び垂直壁部３２０，３２２，３２４，３２６，３２８，３３０，３３２，３３４，３３６，３３８を含んでいる。
下端壁部２８０と上端壁部３００は、垂直壁部３２０の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３２０から実質的に互いに平行に第１方向（例えば、図８左側に）にそれぞれ延びている。下端壁部２８０は、垂直壁部３２０から第２方向に（図８の右側に）さらに延びている。
下端壁部２８０と上端壁部３０２は、垂直壁部３２２の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３２２から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８２と上端壁部３０２は、垂直壁部３２４の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３２４から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８２と上端壁部３０４は、垂直壁部３２６の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３２６から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８４と上端壁部３０４は、垂直壁部３２８の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３２８から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８４と上端壁部３０６は、垂直壁部３３０の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３３０から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８６と上端壁部３０６は、垂直壁部３３２の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３３２から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８６と上端壁部３０８は、垂直壁部３３４の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３３４から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８８と上端壁部３０８は、垂直壁部３３６の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３３６から実質的に互いに平行に第２及び第１方向にそれぞれ延びている。
下端壁部２８８と上端壁部３１０は、垂直壁部３３８の第１及び第２端部からそれぞれ延びて結合されており、壁部３３８から実質的に互いに平行に第１及び第２方向にそれぞれ延びている。下端壁部２８８は、垂直壁部３３８から第２方向にさらに延びている。
図４及び図８を参照すると、第１及び第２波形支持部材８２，８４が、カバープレート８６とパン部材８０によってそれぞれ設定された第１及び第２内部領域３４５，３４７でカバープレート８６とパン部材８０との間に固定されるように、パン部材８０上に位置して結合されている。また、カバープレート８６は、外周リム部１２６、中央リブ部１２４、及び第１及び第２波形支持部材８２，８４によって直接的に接触及び支持されている。外周リム部１２６、中央リブ部１２４、及び第１及び第２波形支持部材８２，８４は、カバープレート８６の上面（top surface）に対して実質的に垂直な方向にカバープレート８６の向上された支持を提供し、アセンブリ２２の内部に真空が印加される場合、冷却プレートアセンブリ２２の崩壊を防止する。カバープレート８６は、第１及び第２管状ポート９０，９２の一部をそれぞれ貫通して収容するために、貫通延長されている開口（apertures）３６０，３６２を含んでいる。一実施例において、カバープレート８６はアルミニウムで構成されている。また、カバープレート８６はパン部材８０に溶接されている。他の実施例において、カバープレート８６は、例えば、スチール、ステンレススチール、またはプラスチックのような他の材料で構成されてもよい。
図３及び図４を参照すると、熱伝導層８８は、カバープレート８６上に位置し且つ接触している。一実施例において、熱伝導層８８は熱可塑性発泡層（thermoplastic foam layer）である。
図３、図４、及び図９を参照すると、第１及び第２管状ポート９０，９２は、カバープレート８６の開口３６０，３６２を通って少なくとも部分的にそれぞれ延びてカバープレート８６に結合されている。第１及び第２管状ポート９０，９２は、第１及び第２内部領域３４５，３４７と流動的にそれぞれ連通する。第１管状ポート９０は、管状本体（tubular body）４００、及び管状本体４００の周辺に延びた外周フランジ（peripheral flanges）４０２，４０４を含んでいる。外周フランジ４０２は、カバープレート８６の上面に対向して隣接している。第２管状ポート９２は、管状本体４１０、及び管状本体４１０の周辺に延びた外周フランジ４１２，４１４を含んでいる。外周フランジ４１２は、カバープレート８６の上面に対向して隣接している。一実施例において、第１及び第２管状ポート９０，９２はアルミニウムでそれぞれ構成されている。また、第１及び第２管状ポート９０，９２はカバープレート８６に溶接されている。他の実施例において、第１及び第２管状ポート９０，９２は、例えば、スチール、ステンレススチール、またはプラスチックのような他の材料で構成されてもよい。
図１、図８、及び図９を参照すると、第１管状ポート９０は、冷媒供給システム５０を介して第１内部領域３４５と第１波形支持部材８２の流動チャネル１６２を通過して第２内部領域３４７と第２波形支持部材８４の流動チャネル２６２に流れる冷媒を受け取るように構成されている。冷媒は、第２内部領域３４７から第２管状ポート９２にさらに流れた後、第２管状ポート９２を出て冷媒供給システム５０に戻る。
図１、図１１、及び図１２を参照すると、電池モジュール２４，２６，２８は、熱伝導層８８上に位置し且つ接触している。電池モジュール２４，２６，２８の構造は互いに同一であるので、以下では、電池モジュール２４に対してのみ詳細に説明する。
電池モジュール２４は、ハウジング４４０、電池セル４５０，４５２，４５４，４５６，４５８，４６０，４６２，４６４，４６６，４６８，４７０，４７２，４７４，４７６，４７８，４８０、及び冷却フィン５００，５０２，５０４，５０６，５０８，５１０，５１２，５１４を含んでいる。電池セル４５０〜４８０のそれぞれは、矩形状のハウジング（rectangular-shaped housing）とハウジングの上側（upper side）から延びている第１及び第２電気端子（electrical terminals）を含んでいる。
電池セル４５０〜４８０はハウジング４４０内に位置している。電池セル４５０，４５２は冷却フィン５００の両側に位置しており、電池セル４５４，４５６は冷却フィン５０２の両側に位置している。また、電池セル４５８，４６０は冷却フィン５０４の両側に位置しており、電池セル４６２，４６４は冷却フィン５０６の両側に位置している。また、電池セル４６６，４６８は冷却フィン５０８の両側に位置しており、電池セル４７０，４７２は冷却フィン５１０の両側に位置している。さらに、電池セル４７４，４７６は冷却フィン５１２の両側に位置しており、電池セル４７８，４８０は冷却フィン５１４の両側に位置している。
図１２を参照すると、冷却フィン５００〜５１４はハウジング４４０内に位置している。冷却フィン５００〜５１４は、それぞれ同じ構造を有するので、以下では、冷却フィン５００の構造のみを詳細に説明する。一実施例において、冷却フィン５００はアルミニウムで構成されている。もちろん、他の実施例において、冷却フィン５００は、例えば、スチールまたは熱伝導プラスチック（thermally conductive plastic）のような他の材料で構成されてもよい。
冷却フィン５００は第１及び第２シート部５３０，５３２を含んでいる。第２シート部５３２は、第１シート部５３０の第１端部に結合されており、第１シート部５３０に対して実質的に垂直に延びている。第２シート部５３２がハウジング４４０の下端壁の外面上に位置するように、第１シート部５３０の第１端部はハウジング４４０の下端壁の開口を通って延びている。第２シート部５３２は、熱伝導層８８上に位置し、且つ直接的に接触している。第１シート部５３０は、電池セル４５０，４５２の間に対向して位置している。
作動中に、冷却プレートアセンブリ２２を通って流れる冷媒が熱エネルギーを吸収するように、電池セル４５０，４５２からの熱エネルギーは、第１シート部５３０を介して第２シート部５３２に伝導され、冷却プレートアセンブリ２２にさらに伝導される。その結果、冷却プレートアセンブリ２２は、好ましい温度範囲内で電池モジュール２４を維持する。
図１を参照すると、端部支持プレート４０，４２は、支持フレーム２０の第１及び第２端部にそれぞれ結合されており、支持フレーム２０に対して実質的に垂直に延びている。電池モジュール２４，２６，２８は、端部支持プレート４０，４２の間に介在して位置している。
電池モジュール２４，２６，２８が、上部支持プレート４４，４６、端部支持プレート４０，４２、及び冷却プレートアセンブリ２２の間で堅固に固定されるように、上部支持プレート４４，４６は端部支持プレート４０，４２の上端部（upper ends）の間に結合されている。
前記電池パックは、他の電池パックに比べて相当な利点を提供する。特に、前記電池パックは、冷却プレートアセンブリに真空が印加されるとき、冷却プレートアセンブリの崩壊を防止する第１及び第２波形支持部材を含む冷却プレートアセンブリを使用する。
本発明が、制限された数の実施例にのみ関連して詳細に説明されたとしても、本発明がそれらの実施例に制限されないということは明らかである。また、本発明は、ここに説明されていない変形、改造、置換又は同等な配列を組み合わせて改良可能であり、それらは、本発明の思想と範囲内にある。また、本発明の様々な実施例が説明される場合、本発明は、それらの実施例を含むことができるということは明らかである。したがって、本発明は、ここで前述した説明によって制限されない。
本発明に係る電池パックは冷却プレートアセンブリを含み、前記冷却プレートアセンブリは改善された内部支持構成要素を有するので、冷却プレートアセンブリに真空が印加される場合、前記内部支持構成要素によって崩壊を防止し、好ましい温度範囲内で電池モジュールを維持する効果がある。
１０ 電池パック
２２ 冷却プレートアセンブリ
２４、２６、２８ 電池モジュール
８０ パン部材
８２ 第１波形支持部材
８４ 第２波形支持部材
８６ カバープレート
８８ 熱伝導層
１２０ 第１湾入プレート部
１２２ 第２湾入プレート部

Claims (12)

  1. パン部材（pan member）、第１及び第２波形支持部材（corrugated support members）、カバープレート（cover plate）、及び熱伝導層（thermally conductive layer）を含んでいる冷却プレートアセンブリ（cooling plate assembly）と、
    前記熱伝導層上に位置し且つ接触している電池モジュールと、
    を含んでおり、
    前記パン部材は、第１及び第２湾入プレート部（depressed plate portions）、中央リブ部（central rib portion）、及び外周リム部（peripheral rim portion）を含んでおり、前記中央リブ部は、第１及び第２湾入プレート部の少なくとも一部に結合され、それらの間に位置しており、前記外周リム部は、第１及び第２湾入プレート部の少なくとも一部まで延びており、前記中央リブ部と外周リム部は互いに実質的に同一平面上にあり、
    前記第１及び第２波形支持部材は、パン部材の第１及び第２湾入プレート部上にそれぞれ位置し、
    前記第１及び第２波形支持部材が、カバープレートとパン部材によってそれぞれ設定された第１及び第２内部領域（internal regions）でカバープレートとパン部材との間に固定されるように、パン部材上に位置し且つ結合されており、
    前記熱伝導層は、カバープレート上に位置し且つ接触していることを特徴とする、電池パック。
  2. 前記第１及び第２波形支持部材のそれぞれは、少なくともパン部材の縦の長さの少なくとも９０％の縦の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  3. 前記第１及び第２波形支持部材は、それぞれ押出アルミニウムで構成されており、それぞれの第１及び第２波形支持部材を貫通する流動チャネル（flow channels）を設定していることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  4. 前記中央リブ部は、パン部材の縦の長さの少なくとも９０％の縦の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  5. 前記中央リブ部は第１及び第２端部（ends）を含んでおり、前記中央リブ部の第１端部は外周リム部の第１端部から延びており、前記第１内部領域が第２内部領域と流動的に連通するように、中央リブ部の第２端部は、外周リム部の第２端部から所定の距離に位置することを特徴とする、請求項４に記載の電池パック。
  6. 前記熱伝導層は熱可塑性発泡層（thermoplastic foam layer）であることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  7. 前記電池パックは、カバープレートを通って延びている第１及び第２開口（apertures）を有している第１及び第２管状ポート（tubular ports）をさらに含んでおり、前記第１及び第２管状ポートは、第１及び第２開口を通って少なくとも部分的にそれぞれ延びてカバープレートに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  8. 前記第１及び第２管状ポートは、第１及び第２内部領域とそれぞれ流動的に連通することを特徴とする、請求項７に記載の電池パック。
  9. 前記第１管状ポートは、第１内部領域と第１波形支持部材の流動チャネルを通過して第２内部領域と第２波形支持部材の流動チャネルに流れた後、第２内部領域から第２管状ポートに流れた後、第２管状ポートを出る、冷媒を受け取るように構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の電池パック。
  10. 前記電池モジュールは、ハウジング（housing）、第１及び第２電池セル、及び冷却フィン（cooling fin）を含んでおり、前記第１及び第２電池セルはハウジング内に位置し、前記冷却フィンは、ハウジング内の第１電池セルと第２電池セルとの間に位置し且つ接触しており、前記冷却フィンは、ハウジングを通ってさらに延びており、熱伝導層に接触することを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
  11. 前記冷却フィンは第１及び第２シート部（sheet portions）を含んでおり、前記第２シート部は、第１シート部の端部に結合されており、第１シート部に対して実質的に垂直に延びていることを特徴とする、請求項１０に記載の電池パック。
  12. 前記第１シート部は、前記第１電池セルと第２電池セルとの間に対向して位置しており、ハウジングを通ってさらに延びており、前記第２シート部は、冷却プレートアセンブリの熱伝導層上に対向して位置することを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック。
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