(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気的に接続された電池セル（２）であって、２つの反対向きの面（２ａ、２ｂ）および周辺エッジ（２ｃ）を有する実質的に平坦なものであり、層状構造を形成するように並んで配置される電池セル（２）と、
前記電池セル（２）を監視しかつ制御するように構成された電子装置と、
を備える電池パック（１）であって、
前記電子装置が、複数の個々の電子回路ユニット（３０）を備え、そのそれぞれが、対応する電池セル（２）と関連付けられ、
前記電子回路ユニット（３０）のそれぞれが、その対応する電池セル（２）を監視しかつ制御することが可能であるように構成され、
各電子回路ユニット（３０）が、前記対応する電池セル（２）の前記面（２ａ、２ｂ）の１つに配置される薄くかつ柔軟な回路担持シート（３）に配置されることを特徴とする電池パック（１）。
【請求項２】
前記層状構造で電池セル間の層として配置される複数の冷却板を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック（１）。
【請求項３】
前記電池パックが、複数の繰り返し電池パックユニットを備え、各電池パックユニットが、前記電池セルの１つ、前記回路担持シートの１つおよび前記冷却板の１つを備える層状構造を形成することを特徴とする、請求項２に記載の電池パック（１）。
【請求項４】
前記冷却板が、入口および出口を有する内部冷却チャンネルを備え、前記入口が、冷却媒体供給部に接続され、前記出口が、冷却媒体排出部に接続されることを特徴とする、請求項２または３に記載の電池パック（１）。
【請求項５】
各冷却板が、前記電池セルの前記周辺エッジの外側に位置決めされる複数の貫通孔を備え、接続ロッドが、前記冷却板の対応する貫通孔を通って前記電池パックの第１の端部から第２の端部まで延び、前記電池パックの第１及び第２の端部のそれぞれにあるロックデバイスが、前記接続ロッドを適所に保持しかつ前記電池パック内で前記層を一緒に押し付けるように配置されることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項６】
前記冷却板が、アルミニウムで作られることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項７】
各電池セルが、セルアノードおよびセルカソードを備え、第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブが、前記セルアノードおよびカソードにそれぞれ接続され、前記セル電力タブが、前記電池セルの前記周辺エッジにて突出することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項８】
前記第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブが、前記電池セルを電気的に互いに接続するように、折り畳まれ隣接セルに接続されることを特徴とする、請求項７に記載の電池パック（１）。
【請求項９】
各電池セルが、セルアノードおよびセルカソードを備え、前記電子回路ユニットのそれぞれが、その対応するセルの前記セルアノードおよびカソードに電気的に接続されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１０】
各電子回路ユニットが、前記対応する電池セルの電圧および温度を測定し、ならびに前記電圧および温度測定結果に基づいて前記対応するセルの動作を制御することが可能であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１１】
各電子回路ユニットが、制御ユニットおよび前記制御ユニットに接続された少なくとも１つの温度センサを備え、前記制御ユニットが、前記対応する電池セルの電圧および温度を測定し、ならびに前記電圧および温度測定結果に基づいて前記対応するセルの動作を制御することが可能であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１２】
前記回路担持シートが、前記電池セルの前記面に延在し、前記制御ユニットが、前記電池セルの前記周辺エッジの近くに配置され、一方前記温度センサが、前記電池セルの中央領域で前記制御ユニットからある距離に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の電池パック（１）。
【請求項１３】
各電子回路ユニットが、前記対応するセルを加熱することが可能な、制御可能な加熱部材を備えることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１４】
各電子回路ユニットが、抵抗性平衡回路を備え、前記電子回路ユニットが、前記対応する電池セルからの電流が前記電池セルの電圧を下げるために前記抵抗性平衡回路を介して取り出されてもよいように構成されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１５】
前記抵抗性平衡回路が、前記回路担持シートのエッジにて突出する抵抗性平衡タブに配置され、前記抵抗性平衡タブが、隣接冷却板のエッジの周りで折り畳まれることを特徴とする、請求項２から６のいずれか一項に従属する請求項１４に記載の電池パック（１）。
【請求項１６】
前記電子回路ユニットが、前記電池パックの前記電子回路ユニット間の通信を可能にするように接続されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１７】
各回路担持シートが、前記対応する電子回路ユニットに接続される第１および第２の折り畳み可能な通信タブを備え、前記通信タブが、前記回路担持シートのエッジにて突出し、前記通信タブが、折り畳まれ、隣接電子回路ユニットに接続されることを特徴とする、請求項１６に記載の電池パック（１）。
【請求項１８】
前記電子回路ユニットが、圧力センサを備えることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項１９】
各電子回路ユニットへの電力接続部が、その対応する電池セルならびに少なくとも１つの追加の電池セルの両方から配置されることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項２０】
前記回路担持シートが、その対応する電池セルと実質的に同じサイズを有することを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項２１】
前記回路担持シートが、接着手段によってその対応する電池セルに付着されることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項２２】
前記電池セルが、Ｌｉイオンタイプであることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項２３】
各電池セルが、少なくとも１Ａｈの容量を有することを特徴とする、請求項１から２２のいずれか一項に記載の電池パック（１）。
【請求項２４】
複数の電気的に接続された電池セル（２）であって、２つの反対向きの面（２ａ、２ｂ）および周辺エッジ（２ｃ）を有する実質的に平坦な電池セル（２）と、
複数の冷却板（４）と、
を備え、
前記電池セル（２）および前記冷却板（４）が層状構造を形成するように並んで配置され、
前記電池セル（２）を監視しかつ制御するように構成された電子装置をさらに備える電池パック（１）を製造するための方法であって、
複数の繰り返し電池パックユニット（１０）を形成するステップであって、各電池パックユニット（１０）が、前記電池セル（２）の１つ、前記冷却板（４）の１つおよび対応する電池セル（２）の前記面（２ａ、２ｂ）の１つに配置される薄くかつ柔軟な回路担持シート（３）を備える層状構造を形成し、前記回路担持シート（３）が、その対応する電池セル（２）を監視しかつ制御することが可能な電子回路ユニット（３０）を備えるステップと、
前記電池パック（１）を形成するように前記複数の繰り返し電池パックユニット（１０）を組み立てるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記回路担持シートを前記対応する電池セルに接着手段によって付着するステップを含むことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記電子回路ユニットおよび前記回路担持シートの一部を形成する第１および第２の電力接続タブ（３１ａ、３１ｂ）を、セルアノードおよびセルカソードにそれぞれ接続される第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブ（２１、２２）と接続することによって前記電子回路ユニットを前記対応する電池セルに接続するステップを含むことを特徴とする、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記電池パックでの前記電子回路ユニットが互いに通信することを可能にする通信配置を確立するステップを含むことを特徴とする、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記回路担持シート（３）のエッジにて突出する第１および第２の折り畳み可能な通信タブ（３２、３３）を隣接電子回路ユニット（３０）の対応する通信タブに接続するステップを含むことを特徴とする、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気またはハイブリッド車応用での電力源として使用するための再充電可能な電池パックに関する。本発明はまた、そのような電池パックを製造するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気またはハイブリッド車での電力源として使用するための効率的な再充電可能な電池パックが一般に求められている。十分な電力を供給することが可能であることの他に、そのような電池パックは、動作および再充電に関して安全でなければならず、理想的にはそれらはさらに、長期の耐久性および再充電可能性を有し、できるだけわずかのスペースを占有し、容易でかつ費用効率の高い生産を可能にするなどでなければならない。
【０００３】
典型的には、そのような電池パックは、直列および／または並列に接続された多数の電池セル、セルを監視しかつ制御するための電子装置、ならびにセルを冷却するためのシステムを含む。電子装置は典型的には、セルに接続されたＰＣＢ（印刷回路板）およびセルの平衡を保ちかつ充電状態（ＳＯＣ）を推定することが可能なＢＭＳ（電池管理システム）を含む。通常、薄くかつ平坦な（角柱状の）Ｌｉイオンタイプのセルが、使用される。
【０００４】
特許文献１は、電池パックでのセル電圧および温度の測定のための部材を対象とし、特殊形状のＰＣＢが直列接続の単位セルに、また単位セルの表面に付着された温度測定要素に電気的に接続される設計を開示する。ＰＣＢはさらに、電圧および温度測定デバイスが取り付けられる中央ＢＭＳに接続される。この設計の利点は、セルを電圧および温度測定デバイスに接続するための外部配線部材の必要性が低減されることであると述べられる。
【０００５】
特許文献２は、挟まれた平坦なセルおよび冷却フィンを含む電池パックの別の例を示し、そこでは溶接のない、フレームなしの電池スタック設計が、開示される。この設計は、電池パックの組み立ておよび分解を簡略化すると述べられる。特別な解決策は、電子装置に関して開示されない。
【０００６】
例えば電気またはハイブリッド車応用のための完全に満足できる電池パックは、まだ提示されていないと思われ、その結果、依然として改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７４７９７８６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０２７４９５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来の電池パックと比較してより小型でかつ簡単な構造を有し、効率的でかつ柔軟な製造を可能にする上記のタイプの電池パックを提供することである。この目的は、独立クレーム１に含まれる技術的特徴によって規定される電池パックによって達成される。別の目的は、電池パックを製造する改善された方法を提供することである。従属クレームは、本発明の有利な実施形態、さらなる発展および変形を含む。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の電気的に接続された電池セルであって、２つの反対向きの面および周辺エッジを有する実質的に平坦なものであり、層状構造を形成するように並んで配置される電池セルと、電池セルを監視しかつ制御するように構成された電子装置とを備える電池パックに関する。
【００１０】
本発明は、電子装置が、複数の個々の電子回路ユニットを備え、そのそれぞれが、対応する電池セルと関連付けられ、電子回路ユニットのそれぞれが、その対応する電池セルを監視しかつ制御することが可能であるように構成され、各電子回路ユニットが、対応する電池セルの面の１つに配置される薄くかつ柔軟な回路担持シートに配置されることを特徴とする。
【００１１】
本発明による電池パック設計は、いくつかの利点を有する。個々の電子回路ユニットの使用は、中央ＢＭＳを配置することならびにセンサなどをそのような中央ＢＭＳと接続するために必要とされる接続部材を配置することの必要性を解消する。さらに、各電池セルに分散されたそのような知的エレクトロニクスを使用することは、分散型ＢＭＳを形成するために、例えばバス部材を介してまたはセル間の電力接続部に重ね合わされて、個々の電子回路ユニットに互いに通信させる可能性を提供する。
【００１２】
回路担持シートは、保護層で覆われた、例えば電子回路および構成要素、端子、センサ、銅コネクタなどを備えた層を有する柔軟な膜とすることができる。「柔軟なＰＣＢ」を形成するように柔軟な膜に電子回路を配置することは、それ自体周知である。電池セルを監視しかつ制御することが可能な電子回路ユニットの作り方もまた、それ自体周知である。薄く、柔軟なシートは、粘着層を備え、単にセルの平坦な面に容易に付着され得る。電子回路ユニットの一部を含むシートの一部は、電子回路ユニットへの電気的接続を簡略化するためにセルのエッジの外側に延びることができる。好ましくは、シートは、回路ユニットの一部を形成する温度センサが、セルのほぼ真ん中に位置決めされてもよいように、またはいくつかの温度センサが、セルの面にわたって分散されてもよいように、セルの面のかなりの部分に延在する。セルの面に延在するシートはまた、さらなる構成要素が電子回路ユニットに含まれることを可能にすることもできる。
【００１３】
シートを接着手段によって付着することの他に、電子回路ユニットは、電池セルの統合部分を形成してもよく、すなわち、電子回路ユニットを含むシートは、セルの統合部分を形成してもよい。例えば、電子回路ユニットは、セル保護カバーの中に配置されてもよくまたはそのようなカバーの内部に配置されてもよい。さらなる可能性は、単にシートを２つのセルまたは電池スタックの他の構成要素の間でクランプし、シートを単に摩擦だけによって適所に保持することである。回路ユニットと対応するセルのアノードおよびカソードとの間の電気的接続は、異なる方法で配置されてもよい。ＣＰＵまたはＡＳＩＣを含む制御ユニットなどの、電子回路ユニットの繊細な部品は好ましくは、例えば繊細な電子部品の位置に対応する位置でセルまたは隣接部分の表面にくぼみを提供することによって、電池パックのその対応するセルと隣接部分との間で一緒に押し付けられる（過剰に）のを回避するような方法で位置決めされる。
【００１４】
柔軟なシートを電池セルの間に位置決めすることのさらなる利点は、それが電池パックを衝撃および振動に対してより耐性があるようにするということである。シートは、薄いので、それはなお、例えば平坦な冷却板をセル間に組み込むことによって、両側からの電池セルの冷却を可能にする。
【００１５】
上述のタイプの電子回路ユニットを各電池セルの面に配置することによって、セルから中央ＢＭＳまたは温度測定デバイスへの接続を確立するために、どんな従来の硬いＰＣＢ、ケーブルまたは他の外部電子機器もセルに据え付ける必要がないので、電池パックの製造は、簡略化される。したがって、セル面に配置された薄く、柔軟なシートに配置された個々の電子回路ユニットの使用は、小型でかつスペースを取らない電池パックの効率的な製造を提供する。さらに、その製造は、適切で、任意選択の数の電池セルユニットを選択して互いに接続することが可能であるという点で柔軟になる。
【００１６】
本発明の一実施形態では、電池パックは、層状構造で電池セル間の層として配置される複数の冷却板を備える。好ましくは、電池パックは、複数の繰り返し電池パックユニットを備え、各電池パックユニットは、電池セルの１つ、回路担持シートの１つおよび冷却板の１つを備える層状構造を形成する。そのような電池パックは、効果的に冷却されてもよく、効率的な製造を提供する。
【００１７】
本発明の一実施形態では、冷却板は、入口および出口を有する内部冷却チャンネルを備え、入口は、冷却媒体供給部に接続され、出口は、冷却媒体排出部に接続される。
【００１８】
本発明の一実施形態では、各冷却板は、電池セルの周辺エッジの外側に位置決めされる複数の貫通孔を備え、接続ロッドは、冷却板の対応する貫通孔を通って電池パックの第１の端部から第２の端部まで延び、電池パックの端部のそれぞれにあるロックデバイスは、接続ロッドを適所に保持しかつ電池パックでの層を一緒に押し付けるように配置される。この配置は、電池パックを一緒に保持し、そのパックの効率的な組み立てを提供する。
【００１９】
本発明の一実施形態では、各電池セルは、セルアノードおよびセルカソードを備え、第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブは、セルアノードおよびカソードにそれぞれ接続され、セル電力タブは、電池セルのエッジにて突出する。そのような電力タブは、電池パックの組み立ての後、容易に折り畳まれ、例えば溶接によって固定されてもよい。好ましくは、折り畳み可能なセル電力タブは、電池セルを互いに電気的に接続するように、折り畳まれ隣接セルに接続される。
【００２０】
本発明の一実施形態では、各電池セルは、セルアノードおよびセルカソードを備え、電子回路ユニットのそれぞれは、その対応するセルのセルアノードおよびカソードに電気的に接続される。各電子回路ユニットは、対応する電池セルの電圧および温度を測定し、ならびに電圧および温度測定結果に基づいて対応するセルの動作を制御することが可能である。
【００２１】
本発明の一実施形態では、各電子回路ユニットは、制御ユニットおよび制御ユニットに接続される少なくとも１つの温度センサを備え、制御ユニットは、対応する電池セルの電圧および温度を測定し、ならびに電圧および温度測定結果に基づいて対応するセルの動作を制御することが可能である。
【００２２】
本発明の一実施形態では、回路担持シートは、電池セルの面に延在し、制御ユニットは、電池セルのエッジの近くに配置され、一方温度センサは、電池セルの中央領域で制御ユニットからある距離に配置される。これは、制御ユニットへの容易なアクセスを与え、一方温度センサは、より高い温度を予期できるところに位置決めされる。
【００２３】
本発明の一実施形態では、各電子回路ユニットは、対応するセルを加熱することが可能な、制御可能な加熱部材を備える。これは、温度が低すぎるというリスクがある応用で有用である。
【００２４】
本発明の一実施形態では、各電子回路ユニットは、抵抗性平衡回路を備え、電子回路ユニットは、対応する電池セルからの電流が、セルの電圧を下げるために抵抗性平衡回路を介して取り出されてもよいように構成される。このようにして、受動的に平衡を保つことが、行われてもよい。好ましくは、抵抗性平衡回路は、回路担持シートのエッジにて突出する抵抗性平衡タブに配置され、抵抗性平衡タブは、隣接冷却板のエッジの周りに折り畳まれる。これは、抵抗性平衡回路の効果的な冷却を提供し、それは次に、効果的に平衡を保つことを提供する。
【００２５】
本発明の一実施形態では、電子回路ユニットは、電池パックの電子回路ユニット間の通信を可能にするために接続される。そのような通信を可能にすることによって、中央制御ユニットは、必要とされない。その代わりに、各電子回路ユニットは、すべての他の電子回路ユニットと通信することができ、それによってその他のセルに関する情報を受け取り、ならびにその関連するセルに関する情報をその他の電子回路ユニットに送ることができる。関連するセルを制御するための電子回路ユニットのそれぞれでの所定の動作ルーチンはしたがって、電池パックでのすべてのセルの条件に基づいてもよい。そのようなＢＭＳは、分散型ＢＭＳと表されることもある。
【００２６】
本発明の一実施形態では、各回路担持シートは、対応する電子回路ユニットに接続される第１および第２の折り畳み可能な通信タブを備え、通信タブは、回路担持シートのエッジにて突出し、通信タブは、折り畳まれ、隣接電子回路ユニットに接続される。これは、電子回路ユニット間のそのような内部通信を達成する適切な方法である。
【００２７】
本発明の一実施形態では、電子回路ユニットは、圧力センサを備える。これは、初期段階でのセル膨張および可能性のある故障を検出するために使用されてもよい。
【００２８】
本発明の一実施形態では、各電子回路ユニットへの電力接続部は、その対応する電池セルならびに少なくとも１つの追加の電池セルの両方から配置される。このようにして、特定のセルの電子回路ユニットは、たとえその関連するセルが、それに十分な電力を提供しなくても、なお機能することができる。
【００２９】
本発明の一実施形態では、回路担持シートは、その対応する電池セルと実質的に同じサイズを有する。このようにして、電子回路ユニットの様々な構成要素は、セルの面にわたって適切に分散されてもよい。
【００３０】
本発明の一実施形態では、回路担持シートは、接着手段によってその対応する電池セルに付着される。好ましくは、シートは、粘着層を備える。これは、製造を簡略化する。
【００３１】
本発明の一実施形態では、セルは、少なくとも１Ａｈの容量をそれぞれ有するＬｉイオンタイプである。
【００３２】
本発明はまた、複数の電気的に接続された電池セルであって、２つの反対向きの面および周辺エッジを有する実質的に平坦な電池セルと、複数の冷却板とを備え、電池セルおよび冷却板は、層状構造を形成するように並んで配置され、電池パックはさらに、電池セルを監視しかつ制御するように構成された電子装置を備える電池パックを製造するための方法にも関する。
【００３３】
本方法は、複数の繰り返し電池パックユニットを形成するステップであって、各電池パックユニットが、電池セルの１つ、冷却板の１つおよび対応する電池セルの面の１つに配置される薄くかつ柔軟な回路担持シートを備える層状構造を形成し、回路担持シートが、その対応する電池セルを監視しかつ制御することが可能な電子回路ユニットを備える、ステップと、電池パックを形成するように複数の繰り返し電池パックユニットを組み立てるステップとを含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明の方法の実施形態では、それは、次のステップ、
−  回路担持シートを対応する電池セルに接着手段によって付着するステップと、
−  電子回路ユニットおよび回路担持シートの一部を形成する第１および第２の電力接続タブを、セルアノードおよびセルカソードにそれぞれ接続される第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブと接続することによって電子回路ユニットを対応する電池セルに接続するステップと、
−  電池パックでの電子回路ユニットが互いに通信することを可能にする通信配置を確立するステップと、
−  回路担持シートのエッジにて突出する第１および第２の折り畳み可能な通信タブを隣接電子回路ユニットの対応する通信タブに接続するステップとのうちの１つまたはいくつかを含む。
【００３５】
以下で与えられる本発明の説明では、次の図が参照される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による電池パックの第１の実施形態の前側を斜視図で示す図である。
【図２】図１による電池パックの後側を斜視図で示す図である。
【図３】図１で示される電池パックの繰り返し電池パックユニットの一部を形成する部品を示す図である。
【図４】図３の繰り返し電池パックユニットを組み立てられた状態で示す図である。
【図５】図１の電池パックの冷却システムの構造および機能を示す図である。
【図６】図１の電池パックの一部の断面図を示す図である。
【図７Ａ】図１による電池パックを組み立てるプロセスのステップを示す図である。
【図７Ｂ】図１による電池パックを組み立てるプロセスのさらなるステップを示す図である。
【図７Ｃ】図１による電池パックを組み立てるプロセスのなおさらなるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１〜図６は、本発明による電池パック１の第１の実施形態を示し、図１は、前側斜視図を示し、図２は、後側斜視図を示し、図３は、電池パック１の繰り返し電池パックユニット１０の一部を形成する部品を示し、図４は、組み立てられた状態での繰り返し電池パックユニット１０を示し、図５は、電池パックの冷却システムの構造および機能を示し、図６は、電池パック１の一部の断面図を示す。
【００３８】
図１〜図６で分かるように、例示される電池パック１は、複数の繰り返し電池パックユニット１０を備える（図３〜図４を参照）。各電池パックユニット１０は、並んで配置される１つの電池セル２、１つの回路担持シート３および１つの冷却板４（図３）を備える層状構造を形成し、セル２は、回路担持シート３と冷却板４との中間に配置される。各電池パックユニット１０はまた、増加した厚さを有する冷却板４の周辺領域内部の適所にセル２を保持するセル２のエッジ２ｃに沿って延びる弾性密封用フレーム８も備える（図３、図４および図６）。
【００３９】
図１で示される電池パック１は、電池セル２が電気的に直列に接続される、約３０個の電池パックユニット１０の組立品である。電池パック１はまた、端部冷却板４ｂも含む。電池パック１は、主カソード（電力−負）５および主アノード（電力−正）６を有し、それらに適切な機器（図示されず）が、接続されてもよい。
【００４０】
電池セル２は、２つの反対向きの面２ａ、２ｂおよび周辺エッジ２ｃを有する実質的に平坦なものである（図３）。電池セル２は、それらの実質的に平坦な面２ａ、２ｂが互いに面する状態で並んで配置され、回路担持シート３および冷却板４と一緒に層状サンドイッチ構造を形成する。
【００４１】
各電池セル２は、セルアノードおよびセルカソードを備える。第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブ２１、２２は、セルアノードおよびカソードにそれぞれ接続され、電池セル２のエッジにて突出する。セル電力タブ２１、２２は、電池セル２を互いに電気的に、この場合は直列に接続するように、折り畳まれ、溶接によって隣接セル２の対応する電力タブに接続される。
【００４２】
電池セルを監視しかつ制御するように構成された電子装置は、回路担持シート３のそれぞれに配置された複数の個々の電子回路ユニット３０の形で実現される。電子回路ユニット３０のそれぞれはしたがって、対応する電池セル２と関連付けられ、その対応する電池セル２を監視しかつ制御することが可能であるように構成される。回路担持シート３は、薄くかつ柔軟であり、粘着層を用いて対応する電池セル２の面２ａ、２ｂの１つに固定される。
【００４３】
図３は、回路担持シート３に配置された電子回路ユニット３０の概略図を示す。図３で示されるものは、第１および第２の電力接続タブ３１ａ、３１ｂ、典型的にはＣＰＵ（中央処理装置）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を備える機能論理状態機械の形の制御ユニット３５、複数の温度センサ３６、第１および第２の折り畳み可能な通信タブ３２、３３ならびに抵抗性平衡回路／タブ３４である。電子回路ユニット３０の一部を形成してもよいさらなる構成要素は、例えば圧力センサおよび／または対応するセル２を加熱することが可能な加熱部材である。構成要素間の接続部、特に制御ユニット３５からのおよびそれへの接続部は、図示されない。図３は、概略的であり、実際には電子回路ユニット３０は、図３で表示される回路担持シートの面に見えないこともあることに留意すべきである。
【００４４】
電子回路ユニット３０のすべての構成要素および接続部は、柔軟な回路担持シート３に配置され、保護層で覆われる。回路担持シート３はこの場合、対応する電池セル２への付着のための接着層を備える。電力接続タブ３１ａ、３１ｂおよび通信タブ３２、３３の一部は、対応するセル２の第１および第２の折り畳み可能なセル電力タブ２１、２２ならびに隣接電池パックユニット１０の対応する通信タブへの電気的接続をそれぞれ簡略化するために、露出した接触面を備える。以下でさらに述べられるように、隣接電池パックユニット１０のタブは、折り畳まれて一緒に溶接される。
【００４５】
各電子回路ユニット３０は、対応する電池セル２の電圧および温度を測定し、ならびに電圧および温度測定結果に基づいて対応するセル２の動作を制御することが可能である。これは、電子回路ユニット３０が、セルアノードおよびカソード（電力接続タブ３１ａ、３１ｂおよびセル電力タブ２１、２２を介して）ならびに少なくとも１つの温度センサ３６に接続される制御ユニット３５を備え、制御ユニット３５が、それ自体周知である手段によって、対応する電池セル２の電圧および温度を測定し、ならびに電圧および温度測定結果に基づいて対応するセル２の動作を制御することが可能であるので、可能である。
【００４６】
各電子回路ユニット３０は、この場合また、電池パック１のその他の電子回路ユニット３０と（かつ／または電子回路ユニット３０に通信可能に接続される図示されないさらなる機器と）通信する能力もある。制御ユニット３５はまた、通信も制御し、電子回路ユニット３０は、対応する電子回路ユニット３０の制御ユニット３５に接続される通信タブ３２、３３を介して接続される。通信タブ３２、３３は、回路担持シート３のエッジにて突出し、通信タブ３２、３３は、折り畳まれ、隣接電子回路ユニット３０の対応する通信タブに接続される。
【００４７】
どんな通信の可能性もなければ、電子回路ユニット３０は、それらの関連する電池セル２に関係する電圧および温度、ならびに例えばそのようなセンサが含まれる場合、圧力を測定することができるだけであり、それらは、その関連するセル２のそれらの制御をこれらの局所的に決定されるデータに基づくものとすることができるだけである。これは、いくつかの応用では十分であることもあるが、特定のセルの動作が電池パックのその他のセルに関する情報に基づくことができれば、それは通常、有利である。本発明の電池パック１のセル２は、例えば特許文献１でのように、すべてのセルと通信する中央通信ユニットに接続されてもよい。しかしながら、各電子回路ユニット３０をその他のセル２と通信することが可能であるようにすることによって、そのような中央ユニットは、必要とされない。ここで述べられる本発明の実施形態では、各電子回路ユニット３０は、すべての他の電子回路ユニット３０と通信し、それによってその他のセル２に関する情報を受け取り、ならびにその関連するセル２に関する情報をその他の電子回路ユニット３０に送る。電子回路ユニット３０のそれぞれでの、すなわちコントロールユニット３５のそれぞれでの、関連するセル２を制御するための所定の動作ルーチンはしたがって、電池パック１でのすべてのセル２の条件に基づいてもよい。本発明のＢＭＳは、分散型ＢＭＳと表されることもある。
【００４８】
ＢＭＳの主機能は、セルの平衡を保つこと、すなわちセル間のエネルギー含有量を相対的に均等に保つこと、およびＳＯＣ（充電状態）を推定することである。ＳＯＣは典型的には、温度、セル電圧および電池パックを通る電流の関数であるので、電池パック１は好ましくは、電子回路ユニット３０と通信するように配置される電流センサを備える。本発明の電池パック１では、個々の電子回路ユニット３０は、互いに独立して動作することができる。別法として、電子回路ユニット３０の１つまたはいくつかは、他の電子回路ユニット３０を少なくとも部分的に制御する「マスター」ユニットとして使用されてもよい。
【００４９】
電池パック１のさらなる特徴は、各電子回路ユニット３０への、各制御ユニット３５への電力接続部が、その対応する電池セル２ならびに少なくとも１つの追加の電池セルの両方から、好ましくは３〜５個の隣接電池セルから配置されることである。このようにして、セル故障に対処することが、可能である。電力バックアップシステムがない場合、ある電池パックユニット１０の電子回路ユニット３０は、セル故障を伝える能力がない。これらの電力接続部は、通信タブ３２、３３を介して電力を伝達するいくつかの追加の接続部によって実現される。
【００５０】
図３〜図４で分かるように、回路担持シート３は、電池セルの面２ｂに延在し、この例では、回路担持シート３は、その対応する電池セル２と実質的に同じサイズを有する。制御ユニット３５は、電池セル２のエッジ２ｃの近くに配置され、一方温度センサ３６の少なくとも１つは、電池セル２の中央領域で制御ユニット３５からある距離に配置される。このようにして、制御ユニット３５は、タブ３１ａ、３１ｂ、３２、３３に近接して置かれてもよく、そのことが、制御ユニット３５への接続部を短縮し、一方温度センサ３６は、電池セル２の温度のより良い表現を与えるように置かれてもよい。この場合、いくつかの温度センサは、セル２の表面に分散され、そのことが、セル温度の改善された監視を与える。
【００５１】
制御ユニット３５の位置に対応する位置で電池セル２にくぼみを配置することによって、この相対的に敏感な構成要素が、対応するセル２と回路担持シート３のもう一方の面（図４での後側）に位置決めされる隣接電池パックユニット１０の冷却板４との間で大きな圧力を受けるようになるということを回避することができる。そのようなくぼみは、代わりに、またはさらに、隣接電池パックユニット１０の冷却板４に配置されてもよい。
【００５２】
電子回路ユニット３０は、制御ユニット３５によって制御される抵抗性平衡回路（図示されず）を備える。抵抗性平衡回路は、回路担持シート３のエッジにて突出し、効果的な冷却を提供するために隣接冷却板のエッジの周りで折り畳まれる抵抗性平衡タブ３４に配置される抵抗性銅配線を備える。電子回路ユニット３０は、対応する電池セル２からの電流が、セル２の電圧を下げるなどのために抵抗性平衡回路を介して取り出されてもよいように構成される。これは、電池セル２の平衡を受動的に保つ形である。電子回路ユニット３０はまた、能動的に平衡を保つための手段を備えてもよい。そのように平衡を保つときには、エネルギーは、通信タブ３２、３３を介して伝達される。
【００５３】
電子回路ユニット３０はまた、対応するセル２を加熱することが可能な制御可能な加熱部材を備えてもよい。これは、抵抗性平衡回路と同様の銅配線とすることができるが、しかし回路担持シート３に延在するように、したがって必要な場合、セル２を効果的に加熱するなどために対応するセル２の面２ｂに延在するように配置されてもよい。
【００５４】
電子回路ユニット３０はまた、制御ユニット３５が、例えば電池パックユニット１０が故障または誤用に起因して膨張する場合、起こり得る標準圧力からの逸脱を検出し、伝えることができるように、圧力センサを備えてもよい。
【００５５】
回路担持シート３として使用するための柔軟な膜は、それ自体周知である。また各回路担持シート３で使用される構成要素も、それ自体周知である。
【００５６】
本発明の電池パック１のさらなる特徴は、通信バス、すなわち接続される通信タブ３２、３３によって形成されるバスが、電池パック１から絶縁されるということである。内部セル通信はしたがって、電子バスを用いて実現され、その電位は、個々のセルの電位から絶縁される。このようにして、内部通信バスは、電池パックが据え付けられる車または機械の電池バスに接続されてもよい。
【００５７】
各冷却板４は、冷却板４の厚さがより大きい周辺領域で冷却板のエッジに沿って延びる内部冷却チャンネル４１を備える（図６を参照）。冷却チャンネル４１は、冷却板４のその下側のエッジに配置された突出するパイプ端部の形の入口４３および出口４２を有する。入口４３は、電池パック１の下側に沿って延びる冷却媒体供給部１６に接続され、出口４２は、電池パック１の同じ側で冷却媒体供給部１６と平行に延びる冷却媒体排出部１５に接続される。接続パイプ１７、１８、この例では湾曲した接続パイプは、入口／出口４３／４２と冷却媒体供給部／排出部１６／１７との間の接続部を形成する。適切な冷却媒体は、水である。
【００５８】
入口および出口４３、４２、接続パイプ１７、１８ならびに冷却媒体供給部／排出部１６／１５は、異なる方法で配置されてもよい。重要なことは、すべての接続部が、漏れないことであり、製造を簡略化するために、接続部を漏れなくすることは、容易でなければならない。この場合、密封は、溶接によってまたは接着剤を使用して行われる。
【００５９】
製造に関して、製造すべき電池パック１の長さに沿って延びる冷却媒体供給部／排出部１６／１７を支持および位置決めユニットとして使用することは、利点である。冷却媒体供給部／排出部１６／１７に接続される個々の電池パックユニット１０が、１つずつ適所に保持されるように、冷却用接続部およびフィッティングを設計することによって、製造は、簡略化される。この場合、これは、層状電池パック１での層に平行な方向に冷却板４のエッジから突出するパイプ端部の形の入口／出口４３、４２を使用すること、およびこれらのパイプ端部を接続パイプ１７、１８に挿入することによって達成される（図７Ａおよび図７Ｂを参照）。
【００６０】
冷却板４は、ケーシング（図示されず）に配置されるときに電池パック１を支持するために使用される突出部４８を備える。
【００６１】
各冷却板４は、電池セル２の周辺エッジ２ｃの外側に位置決めされる複数の貫通孔４６を備える。この場合、孔４６は、冷却板４の各隅部で冷却チャンネル４１の外側に位置する突出部４８の１つに置かれる。真っすぐな接続ロッド４７は、層状電池パック１での層の平面に垂直な方向に冷却板４（および端部冷却板４ｂ）の対応する貫通孔４６を通って端部冷却板４ｂでの電池パック１の第１の端部から端部冷却板４ｂと反対側の電池パックユニット１０での第２の端部まで延びる。ロックデバイス４９は、接続ロッド４７を適所に保持しかつ電池パック１での層を一緒に押し付けるために、接続ロッド４７の各端部で電池パック１の端部のそれぞれに配置される。
【００６２】
ロックデバイス４９は、コイルスプリング４９ａを圧縮し、それによって層状電池パック１を一緒に押し付けるために、接続ロッド４７の端部にはめ込まれる圧縮コイルスプリング４９ａおよび接続ロッド４７の端部に設けられたねじ山にねじ込まれるナット４９ｂを備える。このようにして、電池パック１は、一緒に保持されてもよいが、しかし同時にスプリング４９ａは、例えば温度上昇によって誘発される電池パックユニット１０のいくらかの動きおよび膨張を可能にする。
【００６３】
冷却板４のための適切な材料は、アルミニウムである。
【００６４】
本発明の電池パック１は、大部分の応用で使用されてもよいが、それは特に、電気またはハイブリッド車の電力供給などの高電力応用に有用である。そのような応用は一般に、例えばコンピュータのための小型電池パック応用と対照的に、セル２によって放出される熱の取り扱いのための特別配置を必要とする。また電池パックを製造する方法も、大きい高電力パックとより小さいパックとの間でかなり異なる。
【００６５】
電池セル２は好ましくは、Ｌｉイオンタイプであり、各電池セル２は、少なくとも１Ａｈ、典型的には少なくとも１０Ａｈの容量を有する。電池パック１は典型的には、少なくとも２００Ｗｈの容量を有し、可能性の高い出力値は、２〜５０ｋＷｈおよび１２〜４００Ｖである。
【００６６】
図７Ａ〜図７Ｃは、図１〜図６で示される電池パックを組み立てるプロセスのステップを示す。図３〜図４は、電池パック１の一部を形成する電池パックユニット１０の１つを組み立てるステップを示す。
【００６７】
図３〜図４を参照すると、繰り返し電池パックユニット１０を形成するステップは、この例では、
−  回路担持シート３を対応する電池セル２の面２ｂに接着手段によって付着するステップと、
−  弾性密封用フレーム８を冷却板４上でそのより厚い周辺領域内部に置くステップと、
−  電池セル２を密封用フレーム８の内部で冷却板４のそばに近接して置く（密封用フレーム８はこの段階で、わずかに圧縮され、セル２を適所に保持する）ステップとを含む。
【００６８】
上記のステップは、異なる順序で実行されてもよく、それらの一部またはすべては別法として、冷却板４がすでに電池パック１に配置されているときに、すなわち冷却媒体供給部／排出部１６／１５によって支持されかつ位置決めされているときに実行されてもよい。
【００６９】
図７Ａ〜図７Ｃを参照すると、電池パック１を製造するための方法は、この例では、
−  接続パイプ１７、１８を有する冷却媒体供給部および排出部１６、１５を備える冷却媒体システムを準備しかつ位置決めするステップと、
−  端部冷却板４ｂをその入口４３および出口４２を対応する接続パイプ１７、１８に接続することによって位置決めするステップと、
−  繰り返し電池パックユニット１０の第１のものを形成するステップと、
−  第１の電池パックユニット１０をその冷却板４の入口４３および出口４２を対応する接続パイプ１７、１８に接続することによって位置決めするステップと、
−  抵抗性平衡タブ３４を折り畳み、隣接冷却板４（この場合、端部冷却板４ｂ）に固定するステップと、
−  複数の電池パックユニット１０に関して前のステップを繰り返すステップと、
−  接続ロッド４７を対応する貫通孔４６を通って挿入し、ロックデバイス４９を取り付けるステップと、
−  セル電力タブ２１、２２、電力接続タブ３１ａ、３１ｂおよび通信タブ３２、３３を折り畳み、接続する（溶接によって）ステップと、を含む。
【００７０】
これは、電池パックを製造する簡単でかつ効率的な方法である。主ステップは、上述のタイプの複数の繰り返し電池パックユニット１０を形成するステップ（そのステップは、上述とは異なる方法で実行されてもよい）、および電池パック１を形成するように複数の繰り返し電池パックユニット１０を組み立てるステップであると見なされてもよい。
【００７１】
生産方法を簡略化するステップは、冷却板４または電池セルユニット１０を適所に保持し、それによって支持および位置決め機能を有する冷却媒体供給および排出システムに各冷却板４をしっかりと接続することができるステップである。
【００７２】
本製造方法のさらなる利点は主に、エレクトロニクスが回路担持シート３に配置されるということに関係する（セル２へのシート３の容易な固定、シート３の一部を形成する電力接続タブ３１ａ、３１ｂおよび通信タブ３２、３３の容易な取り扱いおよび接続）。
【００７３】
本発明は、上述の実施形態によって限定されことはなくて、クレームの範囲内で様々な方法で変更されてもよい。例えば、内部冷却チャンネルを有する冷却板を準備するまたは電池パックで循環する冷却媒体を利用する必要はない。冷却はその代わりに、冷却板の空冷に基づいてもよい。様々なタイプの冷却フィンおよび／または内部空気チャンネルが、冷却板の上／中に配置されてもよい。
【００７４】
圧力センサが、含まれる場合、これらもまた、制御ユニット３５に接続される。これは、深刻な問題を回避するのに間に合うように、初期段階での可能性のあるセル膨張を決定し、それによって可能性のある故障を識別することを可能にする。
【符号の説明】
【００７５】
１  電池パック
２  電池セル
２ａ  面
２ｂ  面
２ｃ  周辺エッジ
３  回路担持シート
４  冷却板
４ｂ  端部冷却板
５  主カソード
６  主アノード
８  弾性密封用フレーム
１０  電池パックユニット
１５  冷却媒体排出部
１６  冷却媒体供給部
１７  接続パイプ
１８  接続パイプ
２１  セル電力タブ
２２  セル電力タブ
３０  電子回路ユニット
３１ａ  電力接続タブ
３１ｂ  電力接続タブ
３２  通信タブ
３３  通信タブ
３４  抵抗性平衡回路／タブ
３５  制御ユニット
３６  温度センサ
４１  冷却チャンネル
４２  出口
４３  入口
４６  貫通孔
４７  接続ロッド
４８  突出部
４９  ロックデバイス
４９ａ  コイルスプリング
４９ｂ  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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