(57)【要約】      （修正有）【課題】給電エレメント群の直列接続および／または並列接続により、高電圧および高容量を発生させ、かつ電解質系を分解することもない、水平複合給電エレメントの提供。【解決手段】水平複合給電エレメント１０は、第１絶縁層１２と、第２絶縁層１４と、第１導電パターン層１６と、第２導電パターン層１８と、複数の給電エレメント群２０とを備える。第１導電パターン層は、第１絶縁層上に配置される。第２導電パターン層は、第２絶縁層上に配置される。複数の給電エレメント群は、第１絶縁層と上記第２絶縁層との間に配置され、上記第１導電パターン層と第２導電パターン層とを介して直列および／または並列に接続される。給電エレメント群は、１つ以上の独立した給電エレメントを、それらの電解質系を循環させずに直列に接続することによって形成される。【選択図】図３
2020024921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁層と、
前記第１絶縁層に対向して配置された第２絶縁層と、
前記第１絶縁層の第１表面上に配置された第１導電パターン層と、
前記第２絶縁層の第２表面上に配置され、前記第１導電パターン層に対向している第２導電パターン層と、
複数の給電エレメント群とを備える水平複合給電エレメント群であって、
前記複数の給電エレメント群は、並んで、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に挟まれて配置され、前記第１導電パターン層と前記第２導電パターン層とを介して電気的に接続され、直列接続および／または並列接続を内部で形成している、水平複合給電エレメント群。
【請求項２】
前記給電エレメント群は、１つ以上の給電エレメントで形成され、
それぞれの前記給電エレメントは独立した完全なモジュールであり、
前記給電エレメントの電解質系は互いに循環せず、
隣接する給電エレメント間では、電荷移動を除く化学反応は発生しない、請求項１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項３】
それぞれの前記給電エレメントが、
第１集電層と、
第２集電層と、
密閉空間を形成するために、前記第１集電層と前記第２集電層との間に配置されたパッケージ層と、
前記密閉空間に配置され、前記第１集電層に電気的に接続されている第１活物質層と、
前記密閉空間に配置され、前記第２集電層に電気的に接続されている第２活物質層と、
前記密閉空間に配置され、前記第１活物質層と前記第２活物質層との間に挟まれた分離層と、
前記第１活物質層と前記第２活物質層とに配置された前記電解質系とを備える、請求項２に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項４】
前記複数の給電エレメントのうち前記給電エレメント群の最外部側にある２つの給電エレメントの前記第１集電層または前記第２集電層は、前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層に直接接触して電気接続を形成する、請求項３に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項５】
第１導電性リードと第２導電性リードとをさらに備え、
前記第１導電性リードと前記第２導電性リードとが前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層に電気的に接続されている、または前記第１導電パターン層と前記第２導電パターン層とにそれぞれ電気的に接続されている、請求項１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項６】
前記第１導電性リードと前記第２導電性リードは、それらと電気的に接続された前記第１の導電パターン層または前記第２導電パターン層と一体的に形成されている、または、それらと電気的に接続された前記第１導電パターン層と前記第２導電パターン層とそれぞれ一体に形成されている、請求項５に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項７】
前記水平複合給電エレメント群が複数形成される場合、前記複数の水平複合給電エレメント群は、前記第１導電性リードおよび前記第２導電性リードを用いて、外部で直列および／または並列に接続される、請求項５に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項８】
隣接する給電エレメント群の間に配置された複数の放熱チャネルをさらに備える、請求項１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項９】
前記給電エレメントに対向する前記第１絶縁層および／または前記第２絶縁層の表面に、複数の位置決め部材が形成され、
前記給電エレメント群の位置を制限するために、前記複数の位置決め部材が前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層の外側に露出している、請求項１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１０】
前記電解質系が、ゲル状態、液体状態、擬似固体状態、固体状態、およびそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１１】
前記給電エレメント群内の前記給電エレメントのそれぞれの前記第１集電層または前記第２集電層は、隣接する給電エレメントの前記第２集電層または前記第１集電層に直接接触して電気接続を形成する、請求項２に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１２】
前記複数の給電エレメントは、互いに接触する、異なる極性を有する前記第１集電層と前記第２集電層とを介して直列接続を形成している、請求項１１に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１３】
前記給電エレメントの前記パッケージ層が、シリコーン層と、前記シリコーン層の両側にある２つの変成シリコーン層とを含む、請求項３に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１４】
前記放熱チャネルに流体が加えられる、請求項８に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１５】
前記流体が気体または液体である、請求項１４に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１６】
前記第１導電性リードおよび前記第２導電性リードは、物理的接続または化学的接続によって前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層に接続されている、または前記物理的または化学的接続によって前記第１導電パターン層および前記第２導電パターン層にそれぞれ接続されている、請求項５に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１７】
前記第１導電性リードおよび前記第２導電性リードは、はんだ付け、溶融、導電性接着剤、または導電性布によって前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層に接続されている、または、はんだ付け、溶融、導電性接着剤、または導電性布によって前記第１導電パターン層および前記第２導電パターン層にそれぞれ接続されている、請求項５に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１８】
前記給電エレメントのうち前記給電エレメント群の最外部側にある２つの給電エレメントの前記第１集電層または前記第２集電層は、はんだ付け、溶融、導電性接着剤、または導電性クロスによって、前記第１導電パターン層または前記第２導電パターン層に接続されている、請求項４に記載の水平複合給電エレメント群。
【請求項１９】
前記給電エレメントが複数の給電エレメントによって形成されている場合、任意の前記給電エレメント群における前記複数の給電エレメントは、並列および／または直列に電気的に接続される、請求項３に記載の水平複合給電エレメント群。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、給電エレメント群に関する。本開示は特に、高電圧、高容量、そして３次元化された水平複合給電エレメント群に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油化学燃料の枯渇や環境保全への意識の広がりにより、石油化学燃料を動力源として利用して大量の温室効果ガスを排出するものについて、人々は生活の利便性と環境保全とのバランスを考え直さざるを得なくなっている。重要な輸送車両としての自動車は、主な点検すべき対象の１つになっている。そのため、世界的な省エネルギー化および炭素削減への動向の下、世界中の多くの国が、二酸化炭素削減の重要な目標として自動車の電化を設定した。残念ながら、電気自動車は、実用化において多くの問題に直面している。例えば、バッテリのような給電エレメントの容量が、耐久性を制限する。その結果、容量を増やして走行距離を延ばすために、より多くのバッテリを直列または並列に接続しなければならなくなる。
【０００３】
走行距離を延ばすために車の重量を減らす目的において、リチウムイオン二次電池のような高エネルギー密度を有する軽量の二次電池は、電気自動車の電池として最良の選択肢となる。それでもなお、安全かつ安定した電源を形成するために複数のリチウムイオン二次電池をどのように組み立てるかは、人々にとって緊急課題となっている。
【０００４】
まず、一般的な方法を示す図１Ａおよび図１Ｂを参照されたい。複数の電池エレメント７１から成る組を複数並列に接続した後、電池セル７３を封止して形成するためにハウジング７２が使用される。そして、十分な電圧に達するように、複数の電池セル７３のハウジング７２から突き出た導電性リード７４を外部で直列に接続する。これにより、車両用電池モジュール７５が作られる。別の方法では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、複数の電池エレメント７１を覆うために、単一のハウジング７２が採用される。すなわち、電池セル７６の電圧を増加させるために、内部直列接続が採用されている。次いで、自動車用の電池モジュール７７を形成するのに十分な容量に達するように、複数の電池セル７６が並列に外部で接続される。残念ながら、現在の電解質は、約５ボルトにしか耐えられない。さらに、内部構造の問題に起因して、電解質の閉鎖系を形成することは困難である。電解質の耐えうる範囲を電圧がいったん超えてしまうと、電解質は分解し、電池モジュール７７を故障させる。さらに悪いことに、電池が爆発することもある。したがって、このような製品は市場には存在しない。
【０００５】
米国特許出願第２００４／００９１７７１号によれば、隣接する電池モジュールは、共通の集電層を共用する。この方法を用いることにより、上述の電解質が分解する問題を解決することができる。残念ながら、上記共通の集電層への直列接続に起因して、設計の柔軟性は低くなる。内部直列接続のみが採用可能となる。電池モジュールを形成するために、複数の電池セルの外部並列接続を採用する必要が依然として存在する。
【０００６】
さらに、台湾特許出願第１０６１３６０７１号の複合給電エレメント群において、高電圧かつ高単位容量の電池セルを提供するために、給電エレメント群を直接に電池セル内で直列接続および並列接続することができ、これにより、従来技術における外部接続に起因する低性能および容量密度低下の欠点を解決できる。この技術では、直列接続および／または並列接続のために多大な数の給電エレメントを縦に積み重ねることによって、給電エレメントが高容量および高電圧を達成する。
【０００７】
しかしながら、金属物体が刺さると、穴が開くことで引き起こされる高電圧の降下は、避けられず、完全固体、擬似固体（固体／液体）、または液体の電解質系にとって極めて危険である。これは、特に、多大な数の給電エレメントを内部で縦に積み重ねて直列接続することによって形成された給電エレメント群にとって危険である。
【０００８】
上記欠点に対して、本開示は、金属物体が電池エレメントに刺さることで引き起こされる安全上の懸念を回避するための新規な水平複合給電エレメント群を提供する。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の目的は、縦に積み重ねられる給電エレメントの数を減らし、金属物体が電池エレメントに刺さることによって引き起こされる安全上の問題を回避する目的で、複数の給電エレメント群を電気的に接続するために水平方向の直列接続および／または並列接続を採用する水平複合給電エレメント群を提供することである。
【００１０】
本開示の他の目的は、水平複合給電エレメント群を提供することにある。第１絶縁層と第２絶縁層とは、それぞれ上部と下部とに配置される。前記第１絶縁層と第２絶縁層との間には、水平方向に延び、直列および／または並列に接続された複数の給電エレメント群が配置されている。前記第１絶縁層と第２絶縁層とを用いることにより、外部の金属物体が給電エレメントに刺さることによって引き起こされる潜在的な損傷を防止することができる。
【００１１】
本開示の他の目的は、水平複合給電エレメント群を提供することにある。隣接する給電エレメント間に電荷移動を除く電気化学反応は発生しない。その結果、給電エレメントは、電解質が許容する最大電圧の制限なく、直列および／または並列に接続し得る。これにより、容量密度および電圧を向上することができる。
【００１２】
本開示のさらに他の目的は、水平複合給電エレメント群を提供することにある。隣接する給電エレメント群の間には、放熱用経路として機能する複数のチャネルが形成されている。
【００１３】
本開示のさらなる目的は、水平複合給電エレメント群を提供することである。隣接する給電エレメント間の集電層は直接接触する。接触領域は、従来技術に係るニッケル板はんだ付けによる接触領域よりもはるかに広い。これにより、給電エレメント群の内部抵抗を大幅に低減することができる。また、給電エレメント群によって形成されるパワーモジュールの性能はほとんど低下しない。さらに、抵抗の低減により、充放電速度が大幅に早くなり、加熱の問題が大幅に低減される。その結果、パワーモジュールの冷却系を簡略化することができ、管理および制御が容易になる。これにより、複合給電エレメント群全体の信頼性および安全性を高めることができる。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本開示は、第１絶縁層と、第２絶縁層と、第１導電パターン層と、第２導電パターン層と、複数の給電エレメント群とを備える水平複合給電エレメント群を提供する。前記第２絶縁層は、前記第１絶縁層に対向して配置される。前記第１導電パターン層は、前記第１絶縁層の第１表面上に配置される。前記第２導電パターン層は、前記第２絶縁層の第２表面上に配置される。前記第１導電パターン層は、前記第２導電パターン層に対向している。前記複数の給電エレメント群は、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間に配置され、前記第１導電パターン層と前記第２導電パターン層とを介して直列および／または並列に接続される。各給電エレメントは、分離層と、２つの活物質層と、２つの集電層と、電解質系と、パッケージ層とを備える。前記２つの活物質層は、分離層の両側にそれぞれ配置される。前記２つの集電層は、前記２つの活物質層の外側にそれぞれ配置されている。前記電解質系は、前記２つの活物質層内に配置される。前記パッケージ層は、前記２つの集電層を接着し、前記２つの集電層の間に電解質系を封入する目的で、前記２つの集電層の周囲に配置される。換言すれば、各給電エレメントは、独立したモジュールである。前記電解質系は互いに循環しない。隣接する給電エレメント間に電荷移動を除く電気化学反応は発生しない。その結果、給電エレメントは、電解質が許容する最大電圧値に制限されないだけでなく、直列および／または並列に同時に接続することができる。
【００１５】
本開示が提供する目的、技術、特徴および効果の理解のために、具体的な実施形態を以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】従来技術の第１の実施形態に係る電池セルおよび電池モジュールの概略図である。
【図１Ｂ】従来技術の第１の実施形態に係る電池セルおよび電池モジュールの概略図である。
【図２Ａ】従来技術の第２の実施形態に係る電池セルおよび電池モジュールの概略図である。
【図２Ｂ】従来技術の第２の実施形態に係る電池セルおよび電池モジュールの概略図である。
【図３】本開示の第１の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図である。
【図４Ａ】本開示に係る給電エレメントの構造概略図である。
【図４Ｂ】本開示に係る給電エレメントの別の構造概略図である。
【図５Ａ】水平複合給電エレメント群の給電エレメント群が複数の給電エレメントを直列に接続することによって形成される、図３の実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａの領域Ａの部分拡大図である。
【図６】本開示の一実施形態に係る水平複合給電エレメント群の複数の給電エレメントの内部並列接続を示す概略図である。
【図７】本開示の別の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図である。
【図８Ａ】本開示の一実施形態に係る複数の水平複合給電エレメント群の外部直列接続を示す概略図である。
【図８Ｂ】本開示の一実施形態に係る、複数の水平複合給電エレメント群の外部並列接続を示す概略図である。
【図９】本開示の別の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図である。
【図１０】本開示の他の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図である。
【図１１】本開示の他の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図である。
【図１２】本開示に係る給電エレメント群における複数の給電エレメントの直列および／または並列電気接続図である。
【図１３】本開示に係る給電エレメント群における複数の給電エレメントの直列および／または並列電気接続図である。
【図１４】本開示に係る給電エレメント群における複数の給電エレメントの直列および／または並列電気接続図である。
【図１５】本開示に係る電気化学系エレメントの集電層上に形成されたタブの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
高電圧および高容量の需要に対応して、複数の給電エレメントが、縦に積み重ねられ、直列／並列に接続される。これら複数の給電エレメントに金属の鋭利な物体が刺さることで引き起こされる安全上の問題を考慮して、本開示は、穴が開くことによる問題を解決するための新規な水平複合給電エレメント群を提供する。上記の複合給電ユニットはエネルギーを貯蔵することができる供給エレメント、および電池またはコンデンサなどの外部供給デバイスであり得る。
【００１８】
本開示は主に、複数の給電エレメント群を備える水平複合給電エレメント群を開示する。上記給電エレメント群は、縦方向に直列および／または並列に接続された１つ以上の給電エレメントを備える。そして、第１導電パターン層および第２導電パターン層を介して給電エレメント群を水平方向に直列または並列に接続した後、第１端子および第２端子を給電エレメント群に接続して、複合給電エレメント群を形成する。すなわち、複合給電エレメント群の内部では、直列接続と並列接続とを同時に実施することができる。本開示に係る給電エレメント群を形成する給電エレメントは、独立した完全な給電モジュールである。それらの給電エレメントは電解質系を共有しない。さらなる説明のために図面を用いる。なお、説明のための以下の実施形態では、説明の便宜上、リチウム電池を採用している。以下の実施形態が本開示の範囲を限定するために用いられるものではないことは当業者に周知である。
【００１９】
まず、図３を参照されたい。図３は、本開示の第１の実施形態に係る水平複合給電エレメント群の概略図を示す。図３に示すように、本開示に係る水平複合給電エレメント群１０は主に、第１絶縁層１２と、第２絶縁層１４と、第１パターン導電層１６（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）と、第２パターン導電層１８（１８ａ、１８ｂ）と、複数の給電エレメント群２０とを備えている。第２絶縁層１４は、第１絶縁層１２と水平方向に対向している。第１導電パターン層１６は、第１絶縁層１２の内側で水平方向に延在する第１表面１２ｓ上に配置される。第２導電パターン層１８は、第２絶縁層１４の内側で水平方向に延在する第２表面１４ｓ上に配置される。第１導電パターン層１６は、第２導電パターン層１８に対向している。第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８の材料は、金属および任意の導電性材料からなる群より選択され得る。複数の給電エレメント群２０は、並んで、第１絶縁層１２と第２絶縁層１４とに挟まれて配置され、直列接続を形成するために第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して異なる極性に電気的に接続される。なお、「並んで」とは、複数の給電エレメント群２０が単一のＺ軸に沿って縦方向に積まれていないことを意味する。複数の給電エレメント群２０は、代わりに、水平方向に配置されている。
【００２０】
このような給電エレメント群２０は、１つ以上の給電エレメント２２によって形成されている。例えば、図３において、水平複合給電エレメント群１０は、４つの給電エレメント群２０を直列に接続して形成されている。これらの給電エレメント群２０は、いずれも給電エレメント２２によって形成されている。上記給電エレメント２２の構造を図４Ａに示す。いずれの電池セル２２も、第１集電層２２２と、第２集電層２２３と、パッケージ層２２４と、第１活物質層２２５と、分離層２２６と、第２活物質層２２７とを備える。パッケージ層２２４は、第１集電層２２２と第２集電層２２３との間に挟まれている。第１集電層２２２、第２集電層２２３、およびパッケージ層２２４は、外部の水分および酸素から隔離された密閉空間を形成する。第１活物質層２２５、分離層２２６、および第２活物質層２２７は、上記密閉空間内に順に堆積される。上記電解質系は、第１活物質層２２５および第２活物質層２２７に配置される。第１活物質層２２５は第１集電層２２２に接続され、第２活物質層２２７は第２集電層２２３に接続される。
【００２１】
イオンが通過できる微小孔を有する分離層２２６の材料は、ポリマー材料、セラミック材料、およびガラス繊維材料からなる群より選択され得る。上記微小孔は、貫通孔または非線形孔であってもよい。あるいは、上記微小孔は、多孔質材料で作られていてもよい。さらに、基板の微小孔の内側に多孔質セラミック絶縁材料を配置することができる。このセラミック絶縁材料は、マイクロメートルグレードまたはナノメートルグレードの二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、またはアルキル化セラミック粒子などの材料によって形成され得る。上記セラミック絶縁材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフロリド‐ｃｏ‐ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ‐ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリル酸接着剤、エポキシ、ポリエチレン・オキシド（ＰＥＯ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、またはポリイミド（ＰＩ）などの高分子接着剤を更に含んでいてもよい。
【００２２】
上記電解質系は、第１活物質層２２５および第２活物質層２２７内に配置される。電解質系の形態は、液体状態、擬似固体状態、ゲル状態、固体状態、およびそれらの組み合わせからなる群より選択され得る。活物質層２２５、２２７の活物質は、利用（給電）のために化学エネルギーを電気エネルギーに変換したり、貯蔵（充電）のために電気エネルギーを化学エネルギーに変換したりすることができる。また、活物質層２２５、２２７の活物質は、イオン伝導と輸送とを同時に行うこともできる。第１集電層２２２および第２集電層２２３を介して、発生した電子を外部に導くことができる。第１集電層２２２および第２集電層２２３用の共通の材料は、銅およびアルミニウムを含む。あるいは、それら共通の材料は、ニッケル、スズ、銀および金などの他の金属、金属合金またはステンレス鋼を含むことができる。
【００２３】
パッケージ層２２４の材料は、エポキシ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、熱可塑性ポリイミド、シリコーン、アクリル樹脂、または紫外線硬化接着剤を含むことができる。上記パッケージ層２２４の材料は、２つの集電層２２２、２２３の周囲に配置される。これは、２つの集電層２２２、２２３を接着し、他の給電エレメント２２の電解質系との循環および電解質の漏れを回避する目的で２つの集電層２２２、２２３の間に電解質系を密封するためである。これにより、給電エレメント２２は、独立した完全な給電モジュールとなる。
【００２４】
パッケージ層２２４の封止効果を向上するために、パッケージ層２２４が３つの層を有するように設計することができる。図４Ｂを参照されたい。最上層２２４ａおよび最下層２２４ｂは変成シリコーンであり、中間層はシリコーン層２２４ｃである。両側の変成シリコーン層２２４ａ、２２４ｂは、不均一材料を接着するための付加型および縮合型シリコーンの比率を調節することによって改質されている。この設計を使用することによって、界面における結合性（コヒージョン）が増大する。同時に、全体的な外観がより完全になり、生産歩留まりが向上する。さらに、この設計は、水分の浸透を阻止できる。内部では、主構造として機能するシリコーン層２２４ｃが極性溶媒およびプラスチック剤によって引き起こされる損傷を阻止できる。その結果、封止構造全体をより完全なものとすることができる。
【００２５】
また、説明および識別を容易にするために、水平複合給電エレメント群を説明するための図中の給電エレメント２２には、図４Ａおよび図４Ｂに示した給電エレメント２２の詳細な構成要素を示す代わりに、正負の電気極性を明確にする単純な正負の符号を用いる。当業者は、正負の極性の意味を分かっている。そのため、詳細な説明は繰り返さない。
【００２６】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、給電エレメント群２０は、複数の給電エレメント２２を直列に接続することによって形成される。給電エレメント２２の最外部側は、第１集電層２２２および第２集電層２２３である。したがって、隣接する給電エレメント２２の第１集電層２２２および第２集電層２２３は、直接接触することによって相互に接続されて、直列電気接続を形成することができる。例えば、図示するように、第１集電層２２２は正であり、第２集電層２２３は負である。上部の給電エレメント２２の第２集電層２２３は、隣接する（下部の）給電エレメント２２の第１集電層２２２と接触できる。後者の給電エレメント２２の負端子の第２集電層２２３は、隣接する給電エレメント２２の正端子の第１集電層２２２と接触できる。このように順に積み重ねることにより、直列接続された給電エレメント群２０を形成することができる。各給電エレメント２２は、独立した給電モジュールであるので、それらの電解質系は循環しない。その結果、隣接する給電エレメント２２の第１集電層２２２と第２集電層２２３との間に電荷移動を除く電気化学反応は発生しない（すなわち、イオンは移動も伝導もしない）。したがって、複数の給電エレメント２２が高電圧を生じるように直列に接続されている場合でも、個々の給電エレメント２２の電解質系は影響を受けない。内部電圧は、単一の給電エレメント２２の電圧のままで維持される。その結果、電解質系の最大電圧（一般に約５ボルト）に限定されず、複数の給電エレメント２２を直列に積み重ねることにより、高電圧を有する給電エレメント群２０を形成することができる。
【００２７】
給電エレメント群２０の最上部の給電エレメント２２の上面電極（第１集電層２２２）は、第１導電パターン層１６に直接接触して電気接続を形成する。給電エレメント群２０の最下部の給電エレメント２２の底面電極（第２集電層２２３）は、第２導電パターン層１８に接触して電気接続を形成する。上述の直接接触の方法は、物理的接触または化学的接触であり得る。より具体的には、はんだ材料の使用有無にかかわらずはんだ付けによって直接接触を生じることができる、または溶融法によって直接接触を生じることができる。あるいは、導電性銀製接着剤または導電性布を採用することができる。
【００２８】
本開示に係る水平複合給電エレメント群１０はさらに、第１導電性リード２４と、第２導電性リード２６とを備えている。図３において、第１導電性リード２４および第２導電性リード２６は第１導電パターン層１６に同時に電気的に接続される、あるいは、第２導電パターン層１８に同時に電気的に接続される。無論、第１導電性リード２４と第２導電性リード２６とをそれぞれ異なる金属層に接続することもできる。例えば、図６に示すように、第１導電性リード２４が第１導電パターン層１６に電気的に接続され、第２導電性リード２６は第２導電パターン層１８に電気的に接続される。
【００２９】
さらに、第１導電性リード２４および第２導電性リード２６は、それらと電気的に接続された第１導電パターン層１６または第２導電パターン層２６と一体的に形成することができる。すなわち、パターニングプロセスの間に、第１導電性リード２４のパターンおよび第２導電性リード２６のパターンが確保される。上記の一体的に形成する方法を採用せずに、第１導電性リード２４および第２導電性リード２６が形成される場合、第１導電性リード２４および第２導電性リード２６の材料は、第１導電パターン層１６および／または第２導電パターン層１８の材料とは異なり得る。さらに、直接接触は、はんだ材料の使用有無にかかわらずはんだ付けによって、または溶融法によって形成され得る。あるいは、導電性銀製接着剤または導電性布を採用することができる。
【００３０】
図７を参照されたい。図７において、第１導電パターン層１６ａの一部は第１絶縁層１２の外側に延在し、第１導電性リード２４として機能する。また、第１導電パターン層１６ｃの一部は第１絶縁層１２の外側に延在し、第２導電性リード２６として機能する。そして、図７中、複数の給電エレメント群２２（図７中、１つの給電エレメント群は１つの給電エレメント２２で形成されている）は、第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して全て逆極性に接続されている。これにより、複数の給電エレメント群２２を直列に接続させる。
【００３１】
本開示に係る水平複合給電エレメント群のアーキテクチャの下で、電池モジュールの総容量または総電圧を増加させるために唯一すべきことは、第１導電性リード２４および第２導電性リード２６を使用することによって、複数の水平複合給電エレメント群１０の外部直列／並列接続を実施することである。これにより、電池モジュールの総容量または総電圧を増加させることができる。例えば、図８Ａに示すように、複数の水平複合給電エレメント群１０を外部で直列に接続することにより、総電圧を増加させることができる。図８Ｂに示すように、複数の水平複合給電エレメント群１０を外部で並列に接続することにより、総容量を増加させることができる。
【００３２】
単一の水平複合給電エレメント群の電圧を高くするには、単に給電エレメント群を追加すればよい。例えば、図９に示すように、図３に対して２つの給電エレメント群２０を追加し、第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して直列に接続する。
【００３３】
図６を参照されたい。この水平複合給電エレメント群１０は、２つの給電エレメント群２０を使用して、第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して同じ極性を並列に接続することによって、新しいエレメント群セット２８を形成する。そして、新しいエレメント群セット２８をエレメントとして用いる。第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して上記エレメントの逆極性を接続することにより、直列接続が形成する。さらに、図６に示す給電エレメント群２０は、より大きな電圧を供給するために、複数の給電エレメントを直列に接続して形成することができる。さらに、新しいエレメント群セット２８は給電エレメントに統合することができるが、新しいエレメント群セット２８が分離されていれば隙間３０の数を増加させることができる。
【００３４】
図１０を参照されたい。接続された給電エレメント群２０間の隙間は、水平複合給電エレメント群１０用の放熱チャネルとして機能できる。給電エレメント群２０と対向する第１絶縁層１２および／または第２絶縁層１４の表面には、複数の位置決め部材３２が形成されている。位置決め部材３２は、給電エレメント群２０の位置を制限するために、第１導電パターン層１６または第２導電パターン層１８の外側に露出される。例えば、給電エレメント２２が集電層を備えるので、位置決め部材３２の存在は、１つ以上の給電エレメント２２によって形成される給電エレメント群２０を正しい位置に固定するのに役立つ。さらに、放熱効果を増大させるために、気体または液体などの流体を上記隙間に加えることができる。
【００３５】
本開示の利点をさらに説明する。例えば、台湾特許出願第１０６１３６０７１号の複合給電エレメント群によれば、２４個の給電エレメントが縦方向に直列に接続され、２４×４．２ボルトの電圧値を生じる。本開示に係る水平複合給電エレメント群を採用することによって、同じ電圧値および同数の給電エレメントであれば、第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して、図９に示す水平方向に延長した状態として２４個の個々の給電エレメントを水平方向に逆極性に接続することができる。あるいは、図１１に示すように、第１導電パターン層１６および第２導電パターン層１８を介して、１２組の直列に積み重ねられた給電エレメントを水平方向に逆極性に接続することができる。あるいは、別の数の積み重ねられた給電エレメントを採用することもできる。このアーキテクチャの下で、縦に積み重ねられた２４個の給電エレメントの代わりに、上記水平複合給電エレメント群に鋭利な金属物体３４が外側から刺さった場合、刺されるものは、ほんの数個の積み重ねられたものである。これにより、直列に積み重ねられた多大な数の給電エレメントに穴が開くリスクを効果的に回避することができる。
【００３６】
さらに、穴が開くことを効果的に阻止することに加えて、複数の電池セル１０が外部で直列および／または並列に接続された場合に、本開示に係る第１絶縁層１２および第２絶縁層１４は、第１導電パターン層と第２導電パターン層との間の電気的接触に対する阻止層として機能することができる。
【００３７】
次に、給電エレメント群２０が２つ以上の給電エレメント２２で形成される場合の複数の給電エレメント２２の直列および／または並列の構成について説明する。
【００３８】
図５Ａを参照されたい。図５Ａにおいて、給電エレメント群２０の複数の給電エレメント２２は、電気的に直列かつ逆極性に接続されている。図１２を参照すると、給電エレメント群２０の複数の給電エレメント２２は、電気的に並列かつ同極性に接続されている。図１３を参照すると、給電エレメント群２０の複数の給電エレメント２２は、まず並列に接続され、次に直列に接続されることにより混合法で接続されている。図１４を参照すると、給電エレメント群２０の複数の給電エレメント２２は、まず直列に接続され、次に並列に接続されることにより混合法で接続されている。このような混合接続法では、給電エレメント２２の正負電極（集電層）は、適切な配線を介して、対応する導電パターン層に接続される。また、配線と給電エレメント２２の集電層とを簡便に接続するために、図１５に示すように、集電層にタブ７９を配置することができる。
【００３９】
要約すると、本開示は、並んで配置された複数の給電エレメント群を備える水平複合給電エレメント群を提供する。前記給電エレメント群は、所定の電圧および容量に到達するように、第１導電パターン層および第２導電パターン層を介して、水平拡張法で直列および／または並列に内部で接続される。さらに、複数の水平複合給電エレメント群の外部での直列接続および／または並列接続は、水平複合給電エレメント群の第１導電性リードおよび第２導電性リードを介して実施できる。さらに、本開示に係る水平複合給電エレメント群は、上部および下部に第１絶縁層および第２絶縁層を備える。前記第１絶縁層および第２絶縁層は、電池セル間の第１導電パターン層と第２導電パターン層との電気的接触に対する阻止層として機能するとともに、金属物体が刺さることで引き起こされうる潜在的な損傷を効果的に防止する。
【００４０】
したがって、本開示はその新規性、非自明性、および有用性により、法的要件に適合する。しかし、前述の説明は、本開示の実施形態に過ぎず、本開示の範囲および幅を限定するために用いられるものではない。本開示の特許請求の範囲に記載された形状、構造、特徴、または精神に従ってなされた同等の変更または修正は、本開示に添付の特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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