JP2017536658A - 冷却及び安全機能を有する車両電池モジュール - Google Patents

冷却及び安全機能を有する車両電池モジュール Download PDF

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Abstract

電池本体及び装置と冷却剤との間の接触表面積を増加させることによって、電池本体及び装置から冷却剤への熱伝達を改善し、熱暴走の可能性を低減する電池パック装置が開示される。爆発事故が発生した場合、自動車において、地面に向かって破片、破片及び他の粒子を駆動するために、シェイプチャージの原理を利用して、運転者、乗員及び自動車に危害を与える可能性を低減する。火炎阻止カートリッジは、発火及び偶発の災害を人及び自動車から阻止するために適切に埋め込まれている。

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2014年12月16日に出願された米国仮特許出願第62/124,408号の明細書に基づいて優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、2015年7月9日に出願された米国特許出願第14/795,411号の明細書に基づいて優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、全体として自動車電池パック装置に関し、具体的には、電池パックアセンブリの熱暴走に対する耐性を改善し、事故が発生した場合に人に対する潜在的な損害を低減する方法及び装置に関する。
従来、自動車用の好ましい燃料及びエンジンは、それぞれガソリン及び内燃エンジンであるが、新型自動車は、自動車内に配置された電池パックアセンブリから得られるパワーによって、電気でエンジンを作動させる能力を備えている。電気自動車は、騒音が低く、同等のガソリン車に比べ空気に対する汚染が少ない。
電気自動車の重要な特徴の1つは、電気自動車が備える電池パック装置である。重要な設計パラメータは、キロワット時(KWH)あたりの電池のコストと、再充電なしで自動車を駆動できるマイル数と、電池の熱暴走又は爆発から運転者を守る安全性と、電池パック用の冷却システムのコスト及び効率とを含む。非効率的な冷却により動作温度が上昇すればするほど、熱及び上昇温度、並びに電池セルの寿命に耐性及び信頼性を持たせるために、自動車コンポーネントを製造するための設計費用及び労力が多く要求されるため、冷却システムの効率は、KWHあたりのコストにも影響を与える。
従来、電気自動車用の電池モジュールは、列状に配置された電池セルと、電池セルの各列に対して配置されたストレート(直線的)な冷却剤配管とを有する。電池セルは、一般に、円筒形であって、円形の断面を有する。結果的に、冷却剤配管と各電池セルとの接触面積が非常に小さく、ほぼ一点(すなわち、円が接線に接する点)であるため、電池セルから冷却剤への熱伝導は限られている。その後、冷却剤配管を電池セルの外形によりよく適合させるために、各セルに当たる局所において曲線のあるように冷却剤配管を作製することによって、電池モジュールの設計がわずかに改良された。これにより、接触面積が増大し、電池セルから冷却剤配管への熱伝導が増加した。しかしながら、配管と各セルとの間の接触角は、約15度程度にとどまるため、電池セルから冷却剤配管への熱伝導は、依然として限られている。さらに、配管の端部の冷却剤は、配管の入り口においてより高い温度であり、その結果、最初と最後の電池セルの間に温度差が生じる。
熱伝導が不十分のため、電池セルは、発火又は爆発の原因となる温度の上昇に対して脆弱性を有する。更に、最も一般的であり、先進的な電気自動車であっても、偶発的な衝突を排除することができないため、電気自動車及び乗員は、衝突により電池パックの発火又は爆発に起因した危険に曝されることになる。電池セルのエネルギー密度は、数年ごとに2倍になると予想され、現在の10倍のエネルギー密度が大学の研究所で開発されている。エネルギー密度が高ければ高いほど、車両の安全性及び電池セルの寿命の両方のために電池セルの温度を制御する冷却システムが一層重要になる。
図1は、冷却装置と線接触している電池モジュール装置の一実施形態を示しており、冷却剤は、電池装置と接触するときに概ねストレートな配管内で流れている。 図2は、装置から周囲への熱伝導を改善するために、冷却装置と角度接点を有する電池モジュール装置の一実施形態を示しており、角度接点が、電池装置の曲線に沿って冷却剤配管を曲げることによって実現されている。 図3は、電池モジュールへのタンクアプローチを示し、電池セルは、冷却剤が充填されたタンク内に浸漬されている。 図4Aは、図3に示されたアプローチに従い、冷却剤タンクと複数の浸漬された電池ロッドとを備えている電池モジュール装置に係る実施形態を示す。 図4Bは、図4Aの実施形態の分解図を示す。 図5は、図4A及び図4Bの実施形態に係る電池モジュール装置の一部の側面断面図であり、冷却剤の流入及び流出と、よりよい熱伝導のために冷却剤で360°に囲まれた円筒形電池装置と、冷却剤を介して電池装置から周囲への熱の排出とを示している。 図6は、図4及び図5の実施形態に係る電池モジュール装置の上面断面図である。 図7は、冷却剤タンクの斜視図である。 図8は、電池の取り付け方法を示す冷却剤タンクの斜視図である。 図9は、冷却剤タンクの直交する上面図、正面図、及び側面図である。 図10は、冷却剤タンクの部分断面図である。 図11は、冷却剤タンク及び回路基板アセンブリの直交する上面図及び側面図である。 図12Aは、アブレーティブエラストマー被覆物を有しない冷却剤タンク及び回路基板アセンブリの部分断面図である。 図12Bは、アブレーティブエラストマー被覆物を有しない冷却剤タンク及び回路基板アセンブリの部分断面図である。 図13は、アブレーティブエラストマー被覆物を有する冷却剤タンク及び回路基板アセンブリの部分断面図である。 図14は、完成した電池モジュールの直交する上面図及び側面図である。 図15は、アブレーティブエラストマー被覆物を有しない完成した電池モジュールの一縁部を通過する部分断面図である。 図16は、アブレーティブエラストマー被覆物を有する完成した電池モジュールの一縁部を通過する部分断面図である。
本明細書では、従来の車両電池モジュールよりも効率的な冷却特性を有し、それによって発火又は爆発の可能性を低減する車両電池モジュール及びそのような電池モジュールを組み立てるシステム、装置及び方法が開示される。より具体的には、ここで開示される技術は、各電池セルと冷却剤との間の接触表面積を増加させることによって電池パックの熱性能を改善する。前記電池モジュールは、更に、発火又は爆発が発生した場合に車両及び乗員に対する損傷を緩和する設計を有する。いくつかの実施形態において、電池モジュールの設計は、爆発が発生した場合に、頂部側よりも(頂部側の代わりに)容易に崩壊する底部側を有し、粒子、破片、及び熱の飛散を車両の乗員、乗員室、及び車台から遠ざかるように誘導することによって損傷を緩和する。ここで開示される技術は、主に自動車利用をターゲットとしているが、自動車に限定されるものではなく、オートバイ、スクーター、航空機等を含む他のタイプの車両及び利用に実装される可能性もある。
図1は、車両電池パックの電池モジュールに用いられる従来の冷却機構を概略的に示す。冷却液は、入口2で冷却剤配管5に流入し、出口3で配管5から流出することによってアセンブリを通過して流れる。冷却剤が流れて通している配管5のほとんどは直線状であり、有効長さを減少するためのみに、且つ電池セル4と接触していない位置のみで湾曲している。金属シールド及び絶縁体で遮蔽されている個々の電池セル4は、冷却剤配管と接点6で線接触している。冷却剤配管5と電池セル6との間の接触面積が非常に限られているため、熱伝導量及び周囲へ排出される熱量は限られている。
図2は、図1の従来の冷却機構の改良版を示す。冷却剤は、入口22から流入し、冷却剤配管25を通して流れ、出口23で冷却剤配管25から流出する。金属シールド及び絶縁体を有する電池セル24が湾曲領域26において冷却剤配管25に接触することによって、電池セル24と冷却剤との接触表面積を増加させる。接触表面積は、角度27で計測することができる。角度27は、典型的に僅か15度であるが、当該設計は図1の設計よりも改善されている。
図3は、本明細書で開示される技術により、図1及び図2の設計を改善する電池モジュール設計へのアプローチを示す。電池モジュール31において、冷却剤は、配管を通して流れる代わりに、流入32及び流出33を有するタンク36内に収容されている。各電池セルのシールドが点又は小さな湾曲領域のみにおいて冷却剤配管に接触する代わりに、このアプローチでは、各電池セル34は、金属電池シールド(シェルとも呼ばれる)35に内蔵され、タンク36内に集められた冷却液に浸漬される。各電池セル34は、例えば、円筒形であってもよい。他の実施形態において、電池セル34は、断面が矩形又は他の形状であってもよい。冷却剤は、セルの長軸、すなわちZ軸におけるセルの長さの少なくとも一部に沿って、X−Y面において各セル34を完全に囲んでいる。(又は、より正確には、シールド35を完全に囲んでいる)。いくつかの実施形態において、冷却剤は、実質的にZ軸の電池セルの全長に沿ってX−Y平面において電池セル34を完全に囲む。各セル41の終端のみ、各終端に隣接するセルのわずかな部分が空気に曝されたままである。従って、流れている冷却剤のタンク内に浸漬されることによって、前述した従来の設計に比べ、熱伝導の接触表面積は、何倍も増加している。以下に説明するように、当該タンク構造は、他の利点ももたらす。
図4A及び図4Bは、図3の概念による電池モジュールの実施例を示す。具体的には、図4Aは、電池モジュール40の通常の斜視図を示し、図4Bは、電池モジュール40の分解図を示す。いくつかの実施形態において、本明細書で説明されるように、冷却剤タンクは金属、例えばアルミニウムで作製され、一層以上のエラストマー被覆物材料、例えばシリコーンゴムでコーティングされる。他の特性のうち、エラストマー被覆物材料は、電池セル41と冷却液との間の熱伝導層として機能し、電池セルを電気的に絶縁し、且つ熱暴走事故が発生した場合に火炎及び/又は起爆性の破片の飛散を防止する。また、エラストマー被覆物材料は、冷却剤タンク用のシーラント(例えば、密封シーラント)として機能するとともに、冷却剤タンクをフレームに取り付けるための衝撃吸収材及び振動吸収材としても機能する。いくつかの実施形態において、電池セル41は、従来の円筒形で、3400mAh、3.7V、再充電可能なリチウムイオン電池セルであり、約18.5mmの断面直径及び約65.3mmの長さを有する。他の実施形態において、電池セル41は、他のタイプ、サイズ、及び/又は形状のエネルギー電池であってもよく、又はそれらを含んでもよい。
図示された実施形態において、冷却剤タンクは、4つのタンク側壁48と、上部タンクカバー45と、下部タンクカバー44(図4A及び図4Bには図示せず、上部タンクカバーに対向する)と、電池シールド(シェル)42とによって、合わせて定義される。これらの全ては、最初は別個の部材として形成され、その後一体に接合されてもよい(例えば、溶接、ろう接、又は任意の他の適切な接合プロセスによって)。これらの部材は、好ましくは、剛性材料、例えば、アルミニウムで作製される。組立において、電池シールド42の中空の内部を含む冷却剤タンクの全体は、エラストマー被覆物43(例えば、シリコーンゴム)でコーティングされる。いくつかの実施形態において、エラストマー被覆物43は、以下の特性/機能を有する。1)冷却液と電池セルとの間の熱伝導、2)電池セル(指定端子を除く)の電気絶縁、3)アブレーション(不燃)及び防火壁としての機能、4)内部の内容物及び外部環境の火炎阻止、5)湿気や水の出入りを防止するためのシーラント、及び6)移動中の車両において衝撃及び振動に対する耐性。
被覆適用プロセスは、例えば、射出成形によって実施することができる。次いで、電池セル41は、コーティングされた各シールド42に配置され、次に、コーティングされたタンク及び電池セル41は、冷却液に浸漬される。
頂部キャップ47及び底部キャップ49は、それぞれ電池モジュール40の頂部及び底部を画定する。車両の車台の積み荷及び運転者は、電池モジュール40の上方に位置することになる。電池モジュール40の頂部を強化するために、例えば、シリコーンゴムの層で頂部キャップ47を補強することができる。一方、発火や爆発の際に電池モジュールの底部を構造的に妥協させるため、底部キャップ49は、頂部キャップ47の厚さよりも薄いシリコーンゴム材料の層で補強することができる。冷却剤の入口及び出口は、(図4A及び4Bには図示せず)タンク側壁48に組み込まれている。
底部をより薄くする代わりに、又はそれに加えて、爆発の際の故障の態様を制御するために、底部カバー44及び底部キャップ49は、例えば、V字形切り込み線の形状のような圧力集中点又は線を有してもよい。爆発の際に、爆発の瞬間に先立って、冷却剤タンクが圧力を受け、圧力点/線を有する下部タンクカバー44及び底部キャップ49は、上部タンクカバー45及び頂部キャップ47よりも先に崩壊し、底部を通じてタンクの内容物を排出させる。
従来の冷却管の設計に比べ、ここで開示される冷却剤タンクの他の利点は、冷却管が電池セルを順次に冷却するのに対し、冷却剤タンクが電池セルを一括して冷却することにある。冷却管の設計において、第1の電池セルが最初に冷却液を得て、最後の電池が最後に冷却液を得る。冷却液は、冷却管の終端付近の電池セルに到達するときに熱くなっている可能性がある。従って、入り口の冷却剤と出口の冷却剤との間に温度差が存在する。冷却剤タンクの設計における最初の列の電池と最後の列の電池との間の距離が、タンクの幅又は長さのみであるに対し、冷却管の設計における最初の電池セルと最後の電池セルとの間の距離が、冷却管の全長である。冷却剤タンクの設計により、冷却剤は、一方の側から他方の側へ、又は頂部から底部へ流れることが可能であり、電池セルの全てを同時に浸漬させて冷却することができるため、瞬間的な冷却が必要とされる非常に高いエネルギー密度の電池セルが使用される実施形態に有利である。
図5は、図4A及び図4Bの電池モジュール40の一部の側面断面図(x−z面)を示す。各電池セル41は、電池セル41の形状に適合している被覆物43(例えば、シリコーンゴム)でコーティングされた金属シールド42(冷却剤タンクの一部である)内に収容されている。シールド42は、電池41の形状に適合している。シールド42の直径及び被覆物43の厚さは、各電池セル41がコーティングされたシールド42内にぴったり嵌め込まれ、被覆物43と直接の物理的な接触をするように構成されている。いくつかの実施形態において、電池セル41は円筒形である。他の実施形態において、電池セル41は、長方形又は他の形状であってもよい。
各シールド42は、少なくともz軸に沿ったセルの長さの一部が、x−y面においてシールド42を完全に囲む(図6に良く示されているように)冷却液(例えば、水ベース又はシリコーンオイルベースのもの)によって冷却される。いくつかの実施形態において、冷却剤は、z軸(セルの長軸)に沿ったシールドの全長を通して各シールド42を完全に囲む。タンクの内部において、冷却剤は、シールド42の間のギャップを通って流れる。このアプローチは、各電池セル41が最適な温度で動作することを可能にする。
被覆物43は、熱伝達媒体として機能するが、電池セルの電気絶縁材として、及び火炎阻止層としても機能することができる。欠陥セルが熱暴走になった場合、被覆物43は、防火壁として機能し、その存在は、電池モジュール40内の温度センサ(図示せず)が車両の運転者に警告を出すための時間を提供する。
図5に示されている装置の一実施形態では、1つの欠陥セルが爆発又は燃えた場合、冷却液54は、事故が隣接する電池セルへの広がりを防止するために、全ての側面(全角360度)から押し寄せる。いくつかの実施形態において、複数の電池セルが故障、発火、又は爆発した場合、比較的薄い冷却剤タンクカバー45が崩壊するように設計されている。いくつかの実施形態において、冷却剤タンクの頂部キャップ47及び側壁48は、底部キャップ49よりも厚い材料(例えば、金属と被覆物43との両方)を有する。いくつかの実施形態において、頂部キャップ47及び側壁48は、底部キャップ9に比べ、比較的厚いアブレーティブシリコーンゴム表面層で覆われている。この構造は、隣接するモジュールからの発火から電池モジュール40を保護し、かつ爆発の際に電池モジュール40の底部キャップ49が最初に崩壊することを可能にする。
いくつかの実施形態において、図4B及び図5に示されているように、消火要素、例えば二酸化炭素、又はハロンガス、又は重炭酸ナトリウム粉末を収容したカートリッジ10が頂部キャップ47に貯蔵されている。いくつかの実施形態において、例えば、重炭酸ナトリウム粉末カートリッジは、崩壊するとともに開き、粉体を二酸化炭素に分解するように設計されている。ハロン又は二酸化炭素も同様に作用することができる。いくつかの実施形態において、この内蔵消火要素が設けられていなく、冷却剤タンクの底部及び底部キャップ49(比較的薄い材料、又はストレスライン或いは点の設計されているため)が崩壊し、内容物、粒子、及び破片を、運転者から離れた方向へ落下させる。
いくつかの実施形態において、前方又は後方からの衝突によって破壊されることを回避するために、電池モジュール40は、車体の中央、運転者の下に配置される。車両の衝突が発生した場合、頂部カバー及び壁の上のより厚いシリコーンゴムが発火及び爆発を阻止し、抵抗するため、電池モジュール40は、底部キャップ49を開いて崩壊し、内容物を流出させることができる。崩壊した底部冷却剤タンクカバー及び底部エンドキャップ49は、火炎及び内容物が落下して電池モジュール40の上方に座っている運転者又は乗客から離れることを可能にする。
図6は、電池モジュール40の一部の上面断面図(x−y面)を示す。金属シールド42及び被覆物43内の電池セル41は、冷却剤タンクに浸漬されている円柱の円形の基部で示されている。タンクの側壁48は、冷却液54の入口65を有する。バッフルプレート66は、様々な方向における車両の運動の影響を電池モジュール40から隔離する。バッフルプレート66は、シェル42を冷却液の流入から部分的に隔離するが、入口64(図7参照)からシェル42の間の空間への調整された冷却液の流れを可能にするために、その長さに沿った異なる位置に散在する穴67を有する。同様のバッフルプレート(図示せず)が冷却剤タンクの反対側にも設けられ、シェル42の間の空間から流出65への冷却液54の流れを調整する。
複数の電池セル41が冷却液54に浸漬される(冷却液54とは直接の物理的な接触をしていないが)ことによって、電池セル41の故障の影響は、連鎖反応を引き起こすことなく、局所に止まる。複数の故障又は発火及び/又は爆発が発生した場合、タンク構造は、運転者及び乗員室と車台との大部分を保護するために底部側で妥協することを提供する。
図7は、いくつかの実施形態に係る冷却剤タンクの斜視図を示す。1つの側壁48内に組み込まれた冷却剤タンク60は、冷却液がタンクへの流入及びタンクからの流出のそれぞれを可能にする入口64及び出口65を有する。冷却剤タンク60は、その外周に設けられ、冷却剤タンク60の頂部カバー45及び底部カバー44を越えて突出する複数のスペーサポスト61を更に含む。スペーサポスト61は、頂部カバー45と頂部キャップ47との間、及び底部カバー44と底部キャップ49との間において、電気コンタクトボード(図7には図示せず、後述する)を取り付けるための空間を提供する。複数のブラケット62は、長手の側壁48に設けられ、完成した電池モジュール43を車両に取り付けることを可能にする。
図8は、冷却剤タンク60の他の斜視図を示し、電池41がどのように冷却剤タンク60に取り付けられるかを示している。いくつかの電池41が既にそれらのシェル42に挿入されているように示されており、他のものは、それらのそれぞれのシェルの上に懸架されている。図9は、冷却剤タンク60の上面図、正面図、及び側面図を示している。
図10は、冷却剤タンク60のA−A面の断面図を示し、その断面は、図9に示されている。頂部キャップ47及び底部キャップ49を冷却剤タンク60に固定することを可能にするため、各スペーサポスト61は、その頂部及び底部の端部に設けられたネジ穴を有する。図示を簡潔化するために、エラストマー被覆物43は、図10〜12Bには示されていない。
いくつかの実施形態において、回路基板は、電池41と電気接触して、冷却剤タンク60の頂部及び底部に取り付けられる。図11は、直交する上面図及び側面図でこのような実施形態の一例を示す。タンク及び回路基板アセンブリ100は、冷却剤タンク60の頂部及び底部のそれぞれに取り付けられた頂部回路基板101及び底部回路基板12を含む。いくつかの実施形態において、回路基板101及び102は、電池と直接の物理的な接触がなく、その代わりに、断面図12A(断面C−C)及び断面図12B(断面D−D)に示されているように、内部の頂部回路基板111及び底部回路基板112は、それぞれ電池と接触して導電する。内部の回路基板111、112は、電池41の頂部及び底部の電気端子のそれぞれに物理的に接触する金属リード121、122を有する。回路基板101、102は、それぞれ回路基板111、112の上に取り付けられ、回路基板111、112に電気接触することによって、電池モジュールから車両に電力を供給する外部コネクタ(図示せず)との間で電流を伝達する。
図13は、図12Aに類似し、より詳細な断面図を示している。しかしながら、図13は、異なる面、すなわち、いくつかの電池41の中心を通過する面の断面図である。更に、エラストマー被覆物43の層は、図13に示されている。
図14は、いくつかの実施形態に係る完成した電池モジュール40の直交する上面図及び側面図を示す。頂部キャップ47及び底部キャップ47は、回路基板が露出しないように、それぞれ回路基板101及び102の上に嵌合している。頂部キャップ47及び底部キャップ49は、スペーサポスト61の対応する穴にねじ141をねじ込むことによって固定される。図15は、完成した電池モジュール40の1つの縁部を通過する断面(D−D)を示す。図示を簡潔化するために、エラストマー被覆物43の層は、図15には示されていない。図16は、図12Aに類似し、より詳細な断面図を示している。しかしながら、図16は、異なる面、すなわち、いくつかの電池41の中心を通過する面の断面図である。更に、エラストマー被覆物43の層は、図16に示されている。
次に、冷却剤タンクの製造プロセスの一例について説明する。本実施例において、冷却剤タンクは、アルミニウムを用いてシート成形及び溶接によって作製される。電池シールド42(「シェル」又は「チューブ」とも呼ばれる)は、アルミニウム製でもよく、押し出し成形及びロール成形によって形成される。各シールド42は、その端部に冷却剤タンクの底部及び頂部プレート44,45のそれぞれを位置決めするために設けられた、止め具として機能する小さなバルジを備えている。
多数のチューブをろう付けする場合、本明細書において「シートまたはブランケットろう付け」と呼ばれるろう付け方法を利用することができる。この技術では、同様な直径及びシールド42と同様なパターンに形成された穿孔を有するろう付け材料のシート(ろう付けシート、すなわち、フィラー及びフラックス)が作製される。次に、当該ろう付けシートは、冷却剤タンクの頂部側及び底部側に配置される。次いで、バッキングシートとして機能する他の薄いアルミニウムシートは、前記ろう付けシートの上に配置される。必要なろう付け温度に加熱された加熱プレートを、前記頂部及び底部シートに接触させることによって、冷却剤タンクの一側の頂部又は底部プレートと、他側のアルミニウムシートと、中央のろう付けシートとが「サンドイッチ」を形成する。加熱プレートは、ろう付け材料を溶融させ、次にろう付け材料は、チューブ42とタンクの底部プレート44と頂部プレート45とのそれぞれの間のフィレット及びギャップを充填する。チューブ42がろう付けられた後に、アセンブリを鋳型内に入れ、鋳型内でシリコーンゴム被覆物43を溶かし、当該アセンブリの全ての外部表面を被覆する。ろう付けシートの代替物は、アルミニウムバッキングプレートに付着するろう付けリング又は部分リングである。次いで、当該合成バッキングプレートは、加熱プレートによってろう付けするためにタンクの頂部及び底部側に配置される。

ここで開示された技術に係るいくつかの実施形態を、以下の番号を付した例に要約する。
1.複数の電池セルと、冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、前記冷却剤タンクは、複数の硬質のシェルを有し、各前記電池セルは、別個の前記シェル内に配置され、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、前記電池セルの軸に垂直な平面において各前記電池セルを完全に囲む、電池モジュール。
2.前記軸は、前記電池セルの長軸である、例1に記載の電池モジュール。
3.各前記シェルは、前記電池セルの形状に一致する形状を有する、例1又は2に記載の電池モジュール。
4.前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、例1〜3のいずれか1つに記載の電池モジュール。
5.冷却液は、前記冷却剤タンク内に存在するとき、前記シェルの間のギャップ内に流れるように構成された、例1〜4のいずれか1つに記載の電池モジュール。
6.各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つを収容するために中空部分を有し、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液が直接に前記電池セルに接触しないように、各前記シェルの中空部分の表面は、前記冷却剤タンクの外部表面の一部を形成する、例1〜5のいずれか1つに記載の電池モジュール。
7.前記シェルの表面に配置されたエラストマー被覆物を更に備え、各前記シェル内において、対応する電池セルは、前記エラストマー被覆物と物理的に接触するように構成された、例1〜6のいずれか1つに記載の電池モジュール。
8.前記エラストマー被覆物は、シリコーンゴムを含む、例1〜7のいずれか1つに記載の電池モジュール。
9.前記エラストマー被覆物は、射出成形プロセスによって前記冷却剤タンクの表面に配置された、例1〜8のいずれか1つに記載の電池モジュール。
10.前記冷却剤タンクは、入口と出口とを更に備え、冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、且つ冷却液は、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出するように構成された、例1〜9のいずれか1つに記載の電池モジュール。
11.前記冷却剤タンクの頂部を覆うように配置される頂部キャップと、冷却剤タンクの底部を覆うように配置される底部キャップとを備え、前記頂部キャップは、第1厚さを有し、前記底部キャップは、前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する、例1〜10のいずれか1つに記載の電池モジュール。
12.前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー被覆物でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、例1〜11のいずれか1つに記載の電池モジュール。
13.難燃性材料が収容されているカートリッジを更に備える、例1〜12のいずれか1つに記載の電池モジュール。
14.複数の電池セルと、前記電池セルから熱を伝達排出するための冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、前記冷却剤タンクは、前記冷却剤タンクの第1外部表面と前記冷却剤タンクの第2外部表面との間の前記冷却剤タンクを通る複数の中空のチャネルを画定する複数のシェルを備え、各前記シェルは、1つの前記電池セルを収容し、且つ前記冷却剤タンクの外部表面を形成する内部表面を有し、各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つから前記冷却剤タンク内の冷却液へ熱を伝達するように配置された、電池モジュール。
15.冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、前記電池セルの軸に垂直な平面において各前記電池セルを完全に囲む、例14に記載の電池モジュール。
16.前記軸は、前記電池セルの長軸である、例14又は15に記載の電池モジュール。
17.前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、例14〜16のいずれか1つに記載の電池モジュール。
18.冷却液は、前記冷却剤タンク内に存在するとき、前記シェルの間のギャップ内に流れるように構成された、例14〜17のいずれか1つに記載の電池モジュール。
19.前記シェルの表面に配置されたエラストマー被覆物を更に備え、各前記シェル内において、対応する電池セルは、前記エラストマー被覆物と物理的に接触するように構成された、例14〜18のいずれか1つに記載の電池モジュール。
20.前記エラストマー被覆物は、シリコーンゴムを含む、例14〜19のいずれか1つに記載の電池モジュール。
21.前記エラストマー被覆物は、射出成形プロセスによって前記冷却剤タンクの表面に配置された、例14〜20のいずれか1つに記載の電池モジュール。
22.前記冷却剤タンクは、入口と出口とを更に備え、冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、且つ冷却液は、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出するように構成された、例14〜21のいずれか1つに記載の電池モジュール。
23.前記冷却剤タンクの頂部を覆うように配置される頂部キャップと、前記冷却剤タンクの底部を覆うように配置される底部キャップとを備え、前記頂部キャップは、第1厚さを有し、前記底部キャップは、前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する、例14〜22のいずれか1つに記載の電池モジュール。
24.前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー被覆物でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、例14〜23のいずれか1つに記載の電池モジュール。
25.難燃性材料が収容されているカートリッジを更に備える、例14〜24のいずれか1つに記載の電池モジュール。
26.車両の電池冷却剤循環システムに接続されたときの車両の中で使用される電池モジュールであって、当該電池モジュールは、
複数の電池セルと、前記電池セルから熱を伝達排出するための冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、
前記冷却剤タンクは、離間して固定配置された複数の硬質のシェルと、前記シェルの表面に配置されたエラストマー材料の被覆物と、入口と、出口と、頂部キャップと、底部キャップと、を備え、
各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つを収容するために中空部分を有し、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液が直接に前記電池セルに接触しないように、各前記シェルの中空部分の表面は、前記冷却剤タンクの外部表面の一部を形成し、
各前記シェル内において、前記電池セルの対応する1つがエラストマー材料と物理的に接触して保持され、
冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、電池セルの長軸に垂直な平面において各前記シェルを完全に囲むように、前記シェルの間のギャップ内に流れ、
冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出し、
前記頂部キャップは、第1厚さを有し、前記底部キャップは、前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する、
電池モジュール。
27.前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー材料でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、例26に記載の電池モジュール。
28.前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、例26又は27に記載の電池モジュール。
29.前記エラストマー被覆物は、シリコーンゴムを含む、例26〜28のいずれか1つに記載の電池モジュール。
30.難燃性材料が収容されているカートリッジを更に備える、例26〜29のいずれか1つに記載の電池モジュール。
31.前記電池モジュールの頂部キャップと、前記電池モジュールの底部キャップと、前記冷却剤タンクの上部タンクカバーと、前記冷却剤タンクの下部タンクカバーと、を更に備え、前記冷却剤タンク内で爆発が発生したとき、前記頂部キャップ及び前記上部タンクカバーが破損する代わりに、又はそれらが破損する前に、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーが優先的に破損するように、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーの少なくとも1つは、設計された圧力集中機能を有するように構成された、例1〜30のいずれか1つに記載の電池モジュール。
本発明の好ましい実施形態に関連して、本発明を説明したが、ここで請求される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの他の可能な修正及び変形が可能であることを理解されるべきである。
図1は、車両電池パックの電池モジュールに用いられる従来の冷却機構を概略的に示す。冷却液は、入口2で冷却剤配管5に流入し、出口3で配管5から流出することによってアセンブリを通過して流れる。冷却剤が流れて通している配管5のほとんどは直線状であり、有効長さを減少するためのみに、且つ電池セル4と接触していない位置のみで湾曲している。金属シールド及び絶縁体で遮蔽されている個々の電池セル4は、冷却剤配管と接点6で線接触している。冷却剤配管5と電池セルとの間の接触面積が非常に限られているため、熱伝導量及び周囲へ排出される熱量は限られている。
図5に示されている装置の一実施形態では、1つの欠陥セルが爆発又は燃えた場合、冷却液54は、事故が隣接する電池セルへの広がりを防止するために、全ての側面(全角360度)から押し寄せる。いくつかの実施形態において、複数の電池セルが故障、発火、又は爆発した場合、比較的薄い冷却剤タンクカバー45が崩壊するように設計されている。いくつかの実施形態において、冷却剤タンクの頂部キャップ47及び側壁48は、底部キャップ49よりも厚い材料(例えば、金属と被覆物43との両方)を有する。いくつかの実施形態において、頂部キャップ47及び側壁48は、底部キャップ49に比べ、比較的厚いアブレーティブシリコーンゴム表面層で覆われている。この構造は、隣接するモジュールからの発火から電池モジュール40を保護し、かつ爆発の際に電池モジュール40の底部キャップ49が最初に崩壊することを可能にする。
図6は、電池モジュール40の一部の上面断面図(x−y面)を示す。金属シールド42及び被覆物43内の電池セル41は、冷却剤タンクに浸漬されている円柱の円形の基部で示されている。タンクの側壁48は、冷却液54の流出65を有する。バッフルプレート66は、様々な方向における車両の運動の影響を電池モジュール40から隔離する。バッフルプレート66は、シェル42を冷却液の流入から部分的に隔離するが、入口64(図7参照)からシェル42の間の空間への調整された冷却液の流れを可能にするために、その長さに沿った異なる位置に散在する穴67を有する。同様のバッフルプレート(図示せず)が冷却剤タンクの反対側にも設けられ、シェル42の間の空間から流出65への冷却液54の流れを調整する。
図7は、いくつかの実施形態に係る冷却剤タンクの斜視図を示す。1つの側壁48内に組み込まれた冷却剤タンク60は、冷却液がタンクへの流入及びタンクからの流出のそれぞれを可能にする入口64及び出口65を有する。冷却剤タンク60は、その外周に設けられ、冷却剤タンク60の頂部カバー45及び底部カバー44を越えて突出する複数のスペーサポスト61を更に含む。スペーサポスト61は、頂部カバー45と頂部キャップ47との間、及び底部カバー44と底部キャップ49との間において、電気コンタクトボード(図7には図示せず、後述する)を取り付けるための空間を提供する。複数のブラケット62は、長手の側壁48に設けられ、完成した電池モジュール40を車両に取り付けることを可能にする。
いくつかの実施形態において、回路基板は、電池41と電気接触して、冷却剤タンク60の頂部及び底部に取り付けられる。図11は、直交する上面図及び側面図でこのような実施形態の一例を示す。タンク及び回路基板アセンブリ100は、冷却剤タンク60の頂部及び底部のそれぞれに取り付けられた頂部回路基板101及び底部回路基板112を含む。いくつかの実施形態において、回路基板101及び102は、電池と直接の物理的な接触がなく、その代わりに、断面図12A(断面C−C)及び断面図12B(断面B−B)に示されているように、内部の頂部回路基板111及び底部回路基板112は、それぞれ電池と接触して導電する。内部の回路基板111、112は、電池41の頂部及び底部の電気端子のそれぞれに物理的に接触する金属リード121、122を有する。回路基板101、102は、それぞれ回路基板111、112の上に取り付けられ、回路基板111、112に電気接触することによって、電池モジュールから車両に電力を供給する外部コネクタ(図示せず)との間で電流を伝達する。
図14は、いくつかの実施形態に係る完成した電池モジュール40の直交する上面図及び側面図を示す。頂部キャップ47及び底部キャップ49は、回路基板が露出しないように、それぞれ回路基板101及び102の上に嵌合している。頂部キャップ47及び底部キャップ49は、スペーサポスト61の対応する穴にねじ141をねじ込むことによって固定される。図15は、完成した電池モジュール40の1つの縁部を通過する断面(D−D)を示す。図示を簡潔化するために、エラストマー被覆物43の層は、図15には示されていない。図16は、図12Aに類似し、より詳細な断面図を示している。しかしながら、図16は、異なる面、すなわち、いくつかの電池41の中心を通過する面の断面図である。更に、エラストマー被覆物43の層は、図16に示されている。
次に、冷却剤タンクの製造プロセスの一例について説明する。本実施例において、冷却剤タンクは、アルミニウムを用いてシート成形及び溶接によって作製される。電池シールド42(「シェル」又は「チューブ」とも呼ばれる)は、アルミニウム製でもよく、押し出し成形及びロール成形によって形成される。各シールド42は、その端部に冷却剤タンクの底部プレート44と頂部プレート45とのそれぞれを位置決めするために設けられた、止め具として機能する小さなバルジを備えている。
16.前記軸は、前記電池セルの長軸である、例15に記載の電池モジュール。



図5に示されている装置の一実施形態では、1つの欠陥セルが爆発又は燃えた場合、冷却液54は、事故が隣接する電池セルへの広がりを防止するために、全ての側面(全角360度)から押し寄せる。いくつかの実施形態において、複数の電池セルが故障、発火、又は爆発した場合、比較的薄い冷却剤タンクカバー45が崩壊するように設計されている。いくつかの実施形態において、頂部キャップ47及び冷却剤タンクの側壁48は、底部キャップ49よりも厚い材料(例えば、金属と被覆物43との両方)を有する。いくつかの実施形態において、頂部キャップ47及び側壁48は、底部キャップ9に比べ、比較的厚いアブレーティブシリコーンゴム表面層で覆われている。この構造は、隣接するモジュールからの発火から電池モジュール40を保護し、かつ爆発の際に電池モジュール40の底部キャップ49が最初に崩壊することを可能にする。
26.車両の電池冷却剤循環システムに接続されたときの車両の中で使用される電池モジュールであって、当該電池モジュールは、複数の電池セルと、前記電池セルから熱を伝達排出するための冷却液を集める冷却剤タンクと、頂部キャップと、底部キャップと、を備え、
前記冷却剤タンクは、離間して固定配置された複数の硬質のシェルと、前記シェルの表面に配置されたエラストマー材料の被覆物と、入口と、出口と、を備え、
各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つを収容するために中空部分を有し、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液が直接に前記電池セルに接触しないように、各前記シェルの中空部分の表面は、前記冷却剤タンクの外部表面の一部を形成し、
各前記シェル内において、前記電池セルの対応する1つがエラストマー材料と物理的に接触して保持され、
冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、電池セルの長軸に垂直な平面において各前記シェルを完全に囲むように、前記シェルの間のギャップ内に流れ、
冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出し、
前記頂部キャップは、第1厚さを有し、前記底部キャップは、前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する、
電池モジュール。


Claims (30)

  1. 複数の電池セルと、冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、
    前記冷却剤タンクは、複数の硬質のシェルを有し、各前記電池セルは、別個の前記シェル内に配置され、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、前記電池セルの軸に垂直な平面において各前記電池セルを完全に囲む、
    電池モジュール。
  2. 前記軸は、前記電池セルの長軸である、請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 各前記シェルは、前記電池セルの形状に一致する形状を有する、請求項1に記載の電池モジュール。
  4. 前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、請求項3に記載の電池モジュール。
  5. 冷却液は、前記冷却剤タンク内に存在するとき、前記シェルの間のギャップ内に流れるように構成された、請求項1に記載の電池モジュール。
  6. 各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つを収容するために中空部分を有し、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液が直接に前記電池セルに接触しないように、各前記シェルの中空部分の表面は、前記冷却剤タンクの外部表面の一部を形成する、請求項1に記載の電池モジュール。
  7. 前記シェルの表面に配置されたエラストマー被覆物を更に備え、
    各前記シェル内において、対応する電池セルは、前記エラストマー被覆物と物理的に接触するように構成された、
    請求項1に記載の電池モジュール。
  8. 前記エラストマー被覆物は、シリコーンゴムを含む、請求項7に記載の電池モジュール。
  9. 前記エラストマー被覆物は、射出成形プロセスによって前記冷却剤タンクの表面に配置された、請求項7に記載の電池モジュール。
  10. 前記冷却剤タンクは、入口と出口とを更に備え、
    冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、且つ冷却液は、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出するように構成された、
    請求項1に記載の電池モジュール。
  11. 第1厚さを有する頂部キャップと、
    前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する底部キャップと、
    を更に備える、請求項1に記載の電池モジュール。
  12. 前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー被覆物でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、請求項11に記載の電池モジュール。
  13. 前記電池モジュールの頂部キャップと、前記電池モジュールの底部キャップと、前記冷却剤タンクの上部タンクカバーと、前記冷却剤タンクの下部タンクカバーと、を更に備え、
    前記冷却剤タンク内で爆発が発生したとき、前記頂部キャップ及び前記上部タンクカバーが破損する代わりに、又はそれらが破損する前に、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーが優先的に破損するように、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーの少なくとも1つは、設計された圧力集中機能を有するように構成された、請求項1に記載の電池モジュール。
  14. 難燃性材料が収容されているカートリッジを更に備える、請求項1に記載の電池モジュール。
  15. 複数の電池セルと、前記電池セルから熱を伝達排出するための冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、
    前記冷却剤タンクは、前記冷却剤タンクの第1外部表面と前記冷却剤タンクの第2外部表面との間の前記冷却剤タンクを通る複数の中空のチャネルを画定する複数のシェルを備え、
    各前記シェルは、1つの前記電池セルを収容し、且つ前記冷却剤タンクの外部表面を形成する内部表面を有し、
    各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つから前記冷却剤タンク内の冷却液へ熱を伝達するように配置された、
    電池モジュール。
  16. 冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液は、前記電池セルの軸に垂直な平面において各前記電池セルを完全に囲む、請求項15に記載の電池モジュール。
  17. 前記軸は、前記電池セルの長軸である、請求項15に記載の電池モジュール。
  18. 前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、請求項17に記載の電池モジュール。
  19. 冷却液は、前記冷却剤タンク内に存在するとき、前記シェルの間のギャップ内に流れるように構成された、請求項15に記載の電池モジュール。
  20. 前記シェルの表面に配置されたエラストマー被覆物を更に備え、各前記シェル内において、対応する電池セルは、前記エラストマー被覆物と物理的に接触するように構成された、請求項15に記載の電池モジュール。
  21. 前記エラストマー被覆物は、シリコーンゴムを含む、請求項20に記載の電池モジュール。
  22. 前記エラストマー被覆物は、射出成形プロセスによって前記冷却剤タンクの表面に配置された、請求項20に記載の電池モジュール。
  23. 前記冷却剤タンクは、入口と出口とを更に備え、
    冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、且つ冷却液は、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出するように構成された、
    請求項15に記載の電池モジュール。
  24. 第1厚さを有する頂部キャップと、
    前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する底部キャップと、
    を更に備える、請求項15に記載の電池モジュール。
  25. 前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー被覆物でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、請求項24に記載の電池モジュール。
  26. 前記電池モジュールの頂部キャップと、前記電池モジュールの底部キャップと、前記冷却剤タンクの上部タンクカバーと、前記冷却剤タンクの下部タンクカバーと、を更に備え、
    前記冷却剤タンク内で爆発が発生したとき、前記頂部キャップ及び前記上部タンクカバーが破損する代わりに、又はそれらが破損する前に、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーが優先的に破損するように、前記底部キャップ又は前記下部タンクカバーの少なくとも1つは、設計された圧力集中機能を有するように構成された、請求項15に記載の電池モジュール。
  27. 難燃性材料が収容されているカートリッジを更に備える、請求項15に記載の電池モジュール。
  28. 車両の電池冷却剤循環システムに接続されたときの車両の中で使用される電池モジュールであって、当該電池モジュールは、
    複数の電池セルと、前記電池セルから熱を伝達排出するための冷却液を集める冷却剤タンクとを備え、
    前記冷却剤タンクは、離間して固定配置された複数の硬質のシェルと、前記シェルの表面に配置されたエラストマー材料の被覆物と、入口と、出口と、頂部キャップと、底部キャップと、を備え、
    各前記シェルは、前記電池セルの対応する1つを収容するために中空部分を有し、冷却液が前記冷却剤タンク内に存在するとき、冷却液が直接に前記電池セルに接触しないように、各前記シェルの中空部分の表面は、前記冷却剤タンクの外部表面の一部を形成し、
    各前記シェル内において、前記電池セルの対応する1つがエラストマー材料と物理的に接触して保持され、
    冷却液は、前記冷却剤タンク内に存在するとき、電池セルの長軸に垂直な平面において各前記シェルを完全に囲むように、前記シェルの間のギャップ内に流れ、
    前記冷却液は、前記入口を通して電池冷却剤循環システムの第1冷却導管から前記冷却剤タンクに流入し、前記出口を通して前記冷却剤タンクから前記電池冷却剤循環システムの第2冷却導管へ流出し、
    前記頂部キャップは、第1厚さを有し、
    前記底部キャップは、前記第1厚さよりも小さい第2厚さを有する、
    電池モジュール。
  29. 前記頂部キャップ及び前記底部キャップは、それぞれエラストマー材料でコーティングされ、前記頂部キャップは、第1厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記底部キャップは、第2厚さのエラストマー被覆物でコーティングされ、前記第2厚さのエラストマー被覆物は、前記第1厚さのエラストマー被覆物よりも小さい、請求項28に記載の電池モジュール。
  30. 前記電池セル及び前記シェルは円筒形である、請求項28に記載の電池モジュール。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022149964A1 (ko) * 2021-01-11 2022-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9853267B2 (en) 2014-02-03 2017-12-26 Ursatech Ltd. Intumescent battery housing
CN105990536B (zh) * 2015-01-29 2019-04-19 南京德朔实业有限公司 电池包
EP3062381B1 (en) * 2015-02-26 2018-04-11 Magneti Marelli S.p.A. Cooling circuit with cooling fluid for lithium batteries, and a vehicle comprising said cooling circuit
US11108100B2 (en) 2015-06-30 2021-08-31 Faraday & Future Inc. Battery module for vehicle energy-storage systems
US11258104B2 (en) 2015-06-30 2022-02-22 Faraday & Future Inc. Vehicle energy-storage systems
US9692095B2 (en) 2015-06-30 2017-06-27 Faraday&Future Inc. Fully-submerged battery cells for vehicle energy-storage systems
US10505163B2 (en) 2015-06-30 2019-12-10 Faraday & Future Inc. Heat exchanger for vehicle energy-storage systems
US20170005303A1 (en) 2015-06-30 2017-01-05 Faraday&Future Inc. Vehicle Energy-Storage System
US9692096B2 (en) * 2015-06-30 2017-06-27 Faraday&Future Inc. Partially-submerged battery cells for vehicle energy-storage systems
US10826042B2 (en) 2015-06-30 2020-11-03 Faraday & Future Inc. Current carrier for vehicle energy-storage systems
US9995535B2 (en) 2015-06-30 2018-06-12 Faraday&Future Inc. Heat pipe for vehicle energy-storage systems
WO2017015826A1 (zh) * 2015-07-27 2017-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组热管理组件
DE202015009624U1 (de) * 2015-10-18 2018-09-11 Sasr Alpha Zehnte Betelligungsverwaltung Gmbh Temperiereinrichtung für ein Batteriesystem
US10147986B2 (en) * 2015-11-03 2018-12-04 Ford Global Technologies, Llc Traction battery assembly
US10741891B2 (en) 2015-11-03 2020-08-11 Ford Global Technologies, Llc Traction battery assembly
US9865905B2 (en) * 2015-12-30 2018-01-09 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery coolant loop pad for electric vehicles
CN106181082B (zh) * 2016-07-10 2019-07-09 安徽新能科技有限公司 一种用于新能源电动汽车中冷却箱的焊接方法
US10700335B2 (en) * 2016-09-07 2020-06-30 Thunder Power New Energy Vehicle Development Company Limited Battery system housing with internal busbar
US10008752B1 (en) 2016-12-23 2018-06-26 Anhui Xinen Technology Co., Ltd. Safety feature for energy storage device
CN106935758A (zh) 2017-05-16 2017-07-07 惠州亿纬锂能股份有限公司 高性能热管理动力电池模组及电池组
CN107275718A (zh) * 2017-08-04 2017-10-20 湖州蓝光新能源科技有限公司 一种柱状锂离子电池散热装置
KR102441813B1 (ko) * 2017-09-18 2022-09-08 주식회사 엘지에너지솔루션 지그 그레이딩을 포함하는 파우치형 전지셀 제조방법
KR102258178B1 (ko) * 2017-10-27 2021-06-03 주식회사 엘지에너지솔루션 냉각 및 조립 구조를 단순화시킨 배터리 모듈 및 그 제조방법
DE102017128878A1 (de) 2017-12-05 2019-06-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Batteriemodul und Modulgehäuse
DE102018201666A1 (de) * 2018-02-05 2019-08-08 Ford Global Technologies, Llc Speicheranordnung für ein Hybridfahrzeug
CN108390124B (zh) * 2018-02-11 2019-11-26 长乐致远技术开发有限公司 新能源汽车电池散热装置
US20190280354A1 (en) * 2018-03-06 2019-09-12 International Business Machines Corporation Blast tubing for packaging battery cells
CN108736098B (zh) * 2018-05-03 2024-01-12 安徽新能科技有限公司 一种高能量密度的底部液冷电池模组
CN108832170A (zh) * 2018-06-11 2018-11-16 上海游侠汽车有限公司 一种新能源汽车用动力电池模组
KR102512119B1 (ko) * 2018-08-16 2023-03-22 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지
GB2577257B (en) * 2018-09-18 2023-02-01 Mclaren Automotive Ltd Battery module fixing
GB2577259B (en) * 2018-09-18 2023-02-01 Mclaren Automotive Ltd Battery module coolant channels
DE102018124790A1 (de) * 2018-10-08 2020-04-09 Lilium GmbH Batteriebaugruppe mit Zellengehäuse
DE102018218405A1 (de) * 2018-10-26 2020-04-30 Elringklinger Ag Batterietemperiervorrichtung, Fahrzeug und Verfahren zum Herstellen einer Batterietemperiervorrichtung
AT521251B1 (de) * 2018-11-15 2019-12-15 Raiffeisenlandesbank Oberoesterreich Ag Kühlvorrichtung für zu einem Modul zusammengesetzte Batteriezellen
CN109665122A (zh) * 2018-12-21 2019-04-23 吉林省大千电子科技有限公司 卫星通信电源信号综合电磁保护壳
EP3909091A1 (en) * 2019-01-07 2021-11-17 Canoo Technologies Inc. Methods and systems for battery pack thermal management
US11329329B2 (en) * 2019-01-09 2022-05-10 Chongqing Jinkang Powertrain New Energy Co., Ltd. Systems and methods for cooling battery cells
JP7183811B2 (ja) 2019-01-24 2022-12-06 Tdk株式会社 電池パック
FR3097373B1 (fr) * 2019-06-11 2023-01-06 Hutchinson Ensemble à boîtier thermiquement controle, pour cellules électriques
JP2022537933A (ja) * 2019-06-12 2022-08-31 ザ ルブリゾル コーポレイション 有機熱伝達システム、方法、および流体
CN110556606B (zh) * 2019-09-05 2023-09-19 吉林大学 一种电池包内部喷射应急冷却控制结构及方法
CN112331990B (zh) 2019-09-26 2021-09-14 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池包、车辆及缓解电池包热失控蔓延的控制方法
DE102019215335A1 (de) * 2019-10-07 2021-04-08 Robert Bosch Gmbh Zellgehäuse zur Anordnung von Batteriezellen
US11563247B2 (en) 2019-10-15 2023-01-24 Ford Global Technologies, Llc Cold ambient battery cooling utilizing the climate cabin heating system
FR3107146B1 (fr) * 2020-02-12 2022-08-05 Valeo Systemes Thermiques Dispositif de stockage d’énergie électrique pour un véhicule automobile
WO2021214794A1 (en) * 2020-04-24 2021-10-28 Tvs Motor Company Limited Battery module with a cell holder assembly
EP3940859A1 (en) 2020-07-16 2022-01-19 ABB Schweiz AG Battery module
EP3940860A1 (en) 2020-07-16 2022-01-19 ABB Schweiz AG Battery module
DE102021200009A1 (de) 2021-01-04 2022-07-07 Hanon Systems Kühler für mehrere zylindrische Batterien
CN112787024B (zh) * 2021-01-21 2021-11-19 西安交通大学 可再充电的锌空气电池
US11088401B1 (en) * 2021-02-15 2021-08-10 Ahmed Tarfaoui Tubular battery pack and integral tubular battery with thermal management and safety relief system
US11437662B1 (en) * 2021-07-23 2022-09-06 Beta Air, Llc Battery assembly for use in an electric aircraft
US20230113945A1 (en) * 2021-10-12 2023-04-13 Lg Energy Solution, Ltd. Battery pack and vehicle including the same
TWI797874B (zh) * 2021-12-07 2023-04-01 淡江大學學校財團法人淡江大學 電池散熱、剛性與阻燃一體化熱管理模組
CN217158320U (zh) * 2022-02-14 2022-08-09 湖北亿纬动力有限公司 一种冷却组件及电池模组
EP4383407A1 (en) * 2022-12-06 2024-06-12 Rimac Technology LLC Semi-submerged module cooling
CN117239296B (zh) * 2023-11-14 2024-02-13 山东京瓷光能科技有限公司 一种直接液冷电池***及其制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040012159A1 (en) * 1999-04-27 2004-01-22 Kazuhisa Senda Gasket
JP2005534143A (ja) * 2002-05-29 2005-11-10 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト 少なくとも1つの電気化学的蓄電池および冷却装置を備えたバッテリー
US20080003491A1 (en) * 2003-10-03 2008-01-03 Yahnker Christopher R Thermal management systems for battery packs
US20090220850A1 (en) * 2005-04-15 2009-09-03 Daimlerchrysler Ag Liquid-Cooled Battery and Method for Operating Such a Battery
US20100134940A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-03 Ise Corporation Hybrid Vehicle Propulsion Energy Storage System
US20100273034A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Tesla Motors, Inc. Battery pack enclosure with controlled thermal runaway release system
JP2010277948A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Honda Motor Co Ltd 組電池装置
US8309240B1 (en) * 2009-02-28 2012-11-13 Hrl Laboratories, Llc Encapsulated fire-retardant materials to improve battery safety
WO2013018331A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 パナソニック株式会社 電池収納ブロック及び電池モジュール

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5331450B2 (ja) * 2008-11-07 2013-10-30 株式会社日立製作所 蓄電モジュール、蓄電装置、電動機駆動システムおよび車両
JP5257220B2 (ja) * 2009-04-23 2013-08-07 株式会社デンソー 電池システム
US8563154B2 (en) * 2009-05-06 2013-10-22 GM Global Technology Operations LLC Battery assembly with immersed cell temperature regulating
US9093726B2 (en) * 2009-09-12 2015-07-28 Tesla Motors, Inc. Active thermal runaway mitigation system for use within a battery pack
TWI445233B (zh) * 2009-10-27 2014-07-11 Ind Tech Res Inst 具有導熱膠之電池組
DE102011017375B4 (de) * 2010-07-24 2024-05-08 Samsung Sdi Co., Ltd. Elektrische Batterieeinheit und Batteriepack
CN203491315U (zh) * 2010-10-01 2014-03-19 格拉弗技术国际控股有限公司 电池组
FR2977378B1 (fr) * 2011-06-28 2013-06-28 Mecaplast Sa Dispositif de stockage pour cellules de batterie
WO2013131588A2 (en) * 2012-03-05 2013-09-12 Husqvarna Ab Battery pack system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040012159A1 (en) * 1999-04-27 2004-01-22 Kazuhisa Senda Gasket
JP2005534143A (ja) * 2002-05-29 2005-11-10 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト 少なくとも1つの電気化学的蓄電池および冷却装置を備えたバッテリー
US20080003491A1 (en) * 2003-10-03 2008-01-03 Yahnker Christopher R Thermal management systems for battery packs
US20090220850A1 (en) * 2005-04-15 2009-09-03 Daimlerchrysler Ag Liquid-Cooled Battery and Method for Operating Such a Battery
US20100134940A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-03 Ise Corporation Hybrid Vehicle Propulsion Energy Storage System
US8309240B1 (en) * 2009-02-28 2012-11-13 Hrl Laboratories, Llc Encapsulated fire-retardant materials to improve battery safety
US20100273034A1 (en) * 2009-04-22 2010-10-28 Tesla Motors, Inc. Battery pack enclosure with controlled thermal runaway release system
JP2010277948A (ja) * 2009-06-01 2010-12-09 Honda Motor Co Ltd 組電池装置
WO2013018331A1 (ja) * 2011-07-29 2013-02-07 パナソニック株式会社 電池収納ブロック及び電池モジュール

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022149964A1 (ko) * 2021-01-11 2022-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩 및 이를 포함하는 자동차

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