(57)【要約】  バッテリモジュールが開示される。バッテリモジュールは、改善された熱伝達および放熱特性を示すカプセル材料を含む。１つの例示的な実施形態で、バッテリモジュールは、セルの「スタック」を含む。セルの少なくともいくつか、および場合によっては、各セルは、金属プレートまたはタブ形状のヒートシンク層によって分離されない。その代りに、セルは、カプセル材料によって実質的に取り囲まれ、互いに直接積み重ねられている。【選択図】図１Ａ
2019514160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出ハウジング内に収容されたプリズムスタック内に配置された複数の電気化学セルと、
前記ハウジング内に配置され、前記プリズムスタックのエッジを取り囲むカプセル材料と、を含むことを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項２】
前記プリズムスタックは、相互に面接触する前記セルの複数のポーチを含み、前記セル間に金属タブヒートシンクを有さない請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
前記カプセル材料は、前記ハウジングの内壁およびセルエッジに直接接触し、
前記セルエッジは、前記ハウジングの内側壁に直接接触せず、
整列したスタックの全てのエッジは、前記カプセル材料によって前記ハウジングの前記内側壁から離間している請求項１または２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
プリズムスタックに配置される複数の電気化学セルと、
モジュールから離れて過剰な熱を向けるように構成された前記複数の電気化学セルを収容する押出ハウジングと、
前記押出ハウジング内に配置され、前記モジュールから前記過剰の熱を受けるように構成されたシリコーンカプセル材料と、
前記押出ハウジングに取り外し可能に結合されたフロントカバーパネルと、を含み、
前記シリコーンカプセル材料は、前記電気化学セルの前記プリズムスタックを実質的に取り囲むことを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項５】
前記複数の電気化学セルは、その間に配置されるヒートシンクコンポーネントを含まない請求項４に記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲の誘電率を有する請求項４または５に記載のバッテリモジュール。
【請求項７】
前記押出ハウジングは、前記押出ハウジングの上面及び各側面に沿って、複数の放熱突出部を含む請求項４ないし６のいずれかに記載のバッテリモジュール。
【請求項８】
固体金属のアルミニウム外部筐体と、
前記固体外部筐体内に配置された複数のプリズム電気化学セルと、
１つ以上のプリズム電気化学セルに通信可能に結合された電子回路基板と、
前記固体外部筐体の内部に配置され、バッテリモジュール内から熱を受け取り、消散するように構成されたシリコーンカプセル材料と、
前記固体外部筐体に取り外し可能に結合されたフロントカバーパネルと、を含むことを特徴とするバッテリモジュール。
【請求項９】
前記１つ以上のプリズム電気化学セルは、ヒートシンクコンポーネントを含まない請求項８に記載のバッテリモジュール。
【請求項１０】
前記シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲の誘電率を有する請求項８または９に記載のバッテリモジュール。
【請求項１１】
前記固体外部筐体は、前記固体外部筐体の上面および各側面に沿って、複数の放熱突出部を含む請求項８ないし１０のいずれかに記載のバッテリモジュール。
【請求項１２】
１つ以上のバッテリモジュールと、
前記１つ以上のバッテリモジュールを十分に取り囲むように構成されたハウジングと、
バッテリパック内から電気機器に電荷を供給するように構成された１つ以上の外部配置の電気接続ポートと、を含むバッテリパックであって、
前記１つ以上のバッテリモジュールは、
プリズムスタックに配置された複数の電気化学セルと、
前記モジュールから離れて過剰な熱を向けるように構成された前記複数の電気化学セルを収容する押出ハウジングと、
前記モジュールから前記過剰な熱を受け取り、押出ハウジング内に配置されたシリコーンカプセル材料と、
前記押出ハウジングに取り外し可能に結合されたフロントカバーパネルと、を含み
前記シリコーンカプセル材料は、前記電気化学セルの前記プリズムスタックを実質的に取り囲むことを特徴とするバッテリパック。
【請求項１３】
前記複数の電気化学セルは、その間に配置されたヒートシンクコンポーネントを含まない、請求項１２に記載のバッテリパック。
【請求項１４】
前記シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲の誘電率を有する請求項１３に記載のバッテリパック。
【請求項１５】
前記押出ハウジングは、前記押出部ハウジングの上面および各側面に沿って、複数の放熱突出を含む請求項１４に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１６年４月１日に出願された、「熱放散カプセル材料を有するバッテリモジュールおよびそのための方法」と題された米国仮特許出願第６２／３１７，３７０号の優先権を主張する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
【技術分野】
【０００２】
本出願は、一般に、バッテリモジュールおよびバッテリモジュールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
リチウムイオン（Ｌｉ−イオン）バッテリは、電気化学反応からエネルギーを生成する二次（再充電可能）電池の一種である。リチウムイオンバッテリは、正極と、負極と、イオン電解液と、多孔質セパレータ膜とを有するバッテリ電池（セル）を含む。そのイオン電解液は、２つの電極間で、イオンの往復移動を容易にする。多孔質セパレータ膜は、電極間のイオン移動を可能し、２つの電極が互いに接触しないことを保証する。
【０００４】
バッテリの性能は、温度によって影響を受ける。そのため、一部のバッテリモジュールは、熱を放散するためにさまざまなヒートシンクを含む。例えば、ともに積み重ねられた複数のセルを含むモジュールでは、金属タブは、各セルの間に配置され、外部ハウジングに接触する端部を有する。これにより、ハウジングに熱を伝達させ、したがって、ハウジングの環境に熱を伝達させる。例えば、ヒートシンク材料は、セルが互いに直接接触しないように、プリズム（prismatic）セルの間に配置される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、上記の構成に関する問題を認識した。その構成はプロセスを複雑にし、および／または、セルを分離する金属タブが、それぞれセルから十分に熱を引き出すことを確実にするための設計が必要とされる。さらに、各タブがハウジングに十分に接触することを確実にすることは、等しく複雑になる。その結果、熱伝導性の導電路は、モジュールから離れて十分な熱を伝達するために、各タブからハウジングに提供される。これらの従来のヒートシンク設計は、Ｌ字型構成を含む。ヒートシンクコンポーネントは、プリズムセルと、モジュールの外側シースまたはハウジングとの両方と面対面で接触する。そして、Ｌ字型ヒートシンクと、モジュールとの間の密接な接触が保証されない限り、温度の影響は、バッテリ性能の損失を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一例として、上記欠点は、モジュール内からの熱をより良く放散するために、熱伝導性カプセル材料を利用するバッテリモジュールを提供することにより対処される。こうして、セル間のヒートシンクデバイスの削減および／または排除を可能にする。
【発明の効果】
【０００７】
上述した説明は、詳細な説明でさらに説明される概念の選択を簡略化した形で導入するために提供されることが理解される。それは、特許請求の範囲に記載された発明の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意味するものではなく、その範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって一義的に定義される。さらに、特許請求の範囲に記載された発明は、上記のいずれかの不利益を解決する実施形態または本開示の任意の部分に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、バッテリモジュールの例示的な実施形態の平面図を示す。
【０００９】
【図１Ｂ】図１Ｂは、例示的なバッテリモジュールの実施形態の等角側面図を示す。
【００１０】
【図２Ａ】図２Ａは、例示的なバッテリモジュールの実施形態の正面図を示す。
【００１１】
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示的なバッテリモジュールの実施形態の側面図を示す。
【００１２】
【図３】図３は、透明ハウジングを有する例示的なバッテリモジュールの実施形態の等角側面図を示す。
【００１３】
【図４】図４は、透明ハウジングを有する例示的なバッテリモジュールの実施形態の上向き等角図を示す。
【００１４】
【図５】図５は、透明ハウジングを有するバッテリモジュールの一実施形態の側面図を示す。
【００１５】
【図６】図６は、透明ハウジングを有するバッテリモジュールの一実施形態の正面図を示す。
【００１６】
【図７】図７は、透明ハウジングを有するバッテリモジュールの実施形態を示す。
【００１７】
【図８】図８は、透明ハウジングを有する第２の例示的なバッテリの実施形態の等角図を示す。
【００１８】
【図９】図９は、第２の例示的なバッテリモジュールの正面図を示す。
【００１９】
【図１０】図１０は、第２の例示的なバッテリモジュールの側断面図を示す。
【００２０】
【図１１】図１１は、第２の例示的なバッテリモジュールの上向き等角図を示す。
【００２１】
【図１２Ａ】図１２Ａは、液体カプセル剤のハウジングへの導入を示す。
【００２２】
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、モジュールハウジング内への複数のプリズムセルの配置を示す。
【００２３】
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、カプセル剤を含むバッテリモジュールの実施形態の内部断面の一部切り取り図を示す。
【００２４】
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、カプセル剤によって囲まれたセルスタックの拡大図を提供する。
【００２５】
【図１３】図１３は、例示的なバッテリモジュールの実施形態の正面断面図を示す。
【００２６】
【図１４Ａ】図１４Ａは、ハウジング内に配置されたセルのスタックを示す写真である。
【００２７】
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ハウジング内に配置されたセルのスタックを取り囲む硬化したカプセル材料を示す写真である。図１〜１１、１２Ａ、１２Ｂ、１３〜１４は、他の相対的な寸法が使用されてもよいが、縮尺通りに描かれている。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本開示は、本発明の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照して、本明細書においてさらに詳細に記載される。特定の実施形態は、事実上単に例示的なものであり、本発明、その用途または使用の範囲を限定するものではなく、それらは変更し得る。本明細書に開示された実施形態は、本明細書に含まれる非限定的な定義および用語に関連して説明される。これらの定義および用語は、本発明の範囲または実施の制限として機能することを意図したものではなく、単に例示的および説明的な目的のために提示される。プロセスおよび／または組成物は、個々の工程の順序として、または特定の材料を使用して記載される。一方、工程または材料は、交換可能であることが理解される。その結果、本明細書の開示の記載は、多くの異なる方法で配置された複数の部分または工程を含む。
【００２９】
１つ以上の実施形態において実質的に同じであるコンポーネント、プロセスの工程、および他の要素は、協調的に識別され、最小限の反復で記載される。しかし、協調的に特定された要素もある程度異なっていてもよいことに留意されたい。
【００３０】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」および「the」は、その内容が明らかにそうでないことを示さない限り、「少なくとも１つ」を含む複数形を含むことが意図される。「または」は、「および／または」を指す。本明細書で使用されるように、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意のおよびすべての組み合わせを含む。本明細書で使用される場合、用語「含む（comprises）」および／または「含む（comprising）」、または、「含む（includes）」および／または「含む（including）」は、記載された特徴、領域、整数、工程、操作、要素および／またはたのコンポーネントの存在を特定する。しかし、それは、１つまたは複数の他の特徴、領域、整数、工程、操作、要素、コンポーネントおよび／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではない。用語「それらの組み合わせ」または「その混合物」は、少なくとも１つの前述の要素を含む組合せを意味する。
【００３１】
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術用語および科学用語を含む）は、開示が属する少なくとも当業者の一人によって、一般的に理解されるのと同じ意味を有する。一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連する技術および本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、明確に定義されていない限り、理想化されたまたは過度に正式な意味に解釈されない。
【００３２】
本開示は、一連の積み重ねられた電極シート（a series of stacked electrode sheet）型バッテリセルを含む高充電容量および高放電容量のバッテリモジュールを提供する。一実施形態では、バッテリモジュールまたは複数のバッテリモジュールは、少なくとも１つのバッテリモジュールを含むより大きなバッテリパックの内部に設置される。そのようなバッテリパックアセンブリは、地域（terrain）、海洋、航空車両、または他のそのような車両（高充電および放電が可能なバッテリを必要とする）に設置される。そのようなバッテリは、様々な高出力電気負荷をさらに含む。例えば、コンポーネント（例えば、車両推進または他の何らかの形態の機械的作動に使用されるコンピュータ制御されたパワーインバータまたは電子モータ）は、バッテリパックの実質的な出力能力を必要とする。したがって、その中にバッテリモジュールを必要とする。
【００３３】
例えば、複数のバッテリモジュールは、電力会社によってさらに使用され、地方の配電ネットワークの最悪の場合の供給変動事象の均一化に貢献する。この実施例では、モジュールは、大きく、剛性で、固定された、耐候性の押出部（extrusion）または筐体を含む「バッテリステーション」内に設置される。その押出部または筐体は、ある種の土台に固定される。モジュールは、ドックを備えたラックを介して取り付けられ、電気的に接続される。その結果、任意のモジュールは、必要に応じて、迅速に接続または切断される。例えば、バッテリステーションがサービスを必要とする場合、ステーションを開ける。そして、ステーション全体が移動を必要としないように、１つまたは複数のバッテリモジュールを除去または交換する。
【００３４】
バッテリパックおよびバッテリステーションは、上記で簡単に触れたように、完全な最終品バッテリパックを車両製造業者に供給するか、最終品バッテリステーションを電気事業会社に供給するために、二次サブアセンブリおよびそこに設置される他のコンポーネント（例えば、電子センサモジュール、電子制御モジュール、充電モジュール、電気インタフェースコネクタ、電気ヒューズ、電気配線ハーネス、および／または、熱管理要素（例えば、ヒートシンク））を含む。
【００３５】
本明細書では、改善された熱伝達および放熱特性を示すカプセル材料（encapsulant material）を含むバッテリモジュールが開示される。１つの例示的な実施形態では、バッテリモジュールは、セルの「スタック（stack）」をさらに備える。各セルは、ヒートシンク材料層（例えば、平板状の金属タブ）によって分離されない。例えば、バッテリモジュール内の積層（stacked）プリズムセルにおいて、各別個のセル要素は、ヒートシンク材料によって分離される。そのヒートシンク材料は、セルと、押出要素またはハウジング要素との両方と十分に接触する。このようにして、開示されたバッテリモジュールの全体的なサイズは、縮小される。ヒートシンク材料の配置に起因する潜在的な複雑さが、回避または低減される。例えば、複数の積層プリズムセルを含むバッテリモジュールを製造するいくつかの方法では、Ｌ字型のヒートシンクプレートまたはタブは、各積層セルの間に挿入される。その結果、ヒートシンク材料は、セルと実質的に接触し、外側の押出ハウジングと実質的に接触する。いくつかの例では、ヒートシンク材料の配置は、例えば、製造時または仕上げ工程中に、バッテリモジュール内で変更またはシフトされる。
【００３６】
したがって、媒体間で改善された熱伝達を提供するカプセル材料を使用すると、同様のプリズムセルモジュールを構成する材料が直面する問題を排除または低減する。
【００３７】
説明を明確にするために、「プリズム」という用語は、本開示で使用されるバッテリセルの物理的形状を指す。これは、円筒形セルを含む他のモジュールとこのモジュールを区別する。プリズムセルは、互いに平行に配置された２つの大きな平面を有する。セルの形状は、モジュールハウジング内の機械的保持および熱管理の方法としてさらに使用される。セルの電気端子は、典型的には、他の４つの小さな表面のいずれかから突出する。その４つの表面は、主な２つの表面に対して垂直に配置されている。
【００３８】
ここで図１Ａを参照すると、図１Ａは、本開示によるリチウムイオンバッテリモジュールを示す。バッテリモジュール１００は、本明細書ではハウジングまたは筐体として呼ばれる押出部１０２を含む。少なくとも１つの実施形態における押出部１０２は、アルミニウム構造を含み、複数の熱放散突出部（protrusions）１１６をさらに含む。その熱放散突出部１１６は、上面および左右側面のそれぞれに沿って、押出部１０２の外面に沿って配置される。突出部１１６は、少なくとも１つの実施形態において、押出部１０２と一体的に形成される。このようにして、バッテリモジュール内で発生した熱は、外側の押出部１０２に伝達される。突出部１１６（外部雰囲気と接触する）は、バッテリモジュールから離れて、バッテリモジュールの外に熱を向ける。
【００３９】
さらに、バッテリモジュール１００は、モジュールを実質的に封止し、内部に積み重ねられたセルを保護するフロントカバーパネル１０４を含む。少なくとも１つの実施形態では、電池端子１０６、１０８は、フロントカバーパネル１０４の上部外面に配置されている。このようにして、バッテリモジュールは、電気機器（loads）に直接接続され、たとえば、より大きなバッテリパック内の他のバッテリモジュールに接続される。さらに、正面外側のベントポート１１０は、フロントカバーパネル１０４の正面外側の面に沿って配置されている。ベントポート１１０は、複数の機能を果たすように設けられる。例えば、提供されたベントポート１１０は、バッテリモジュールの内側内および前記バッテリモジュールを含むバッテリパック内の潜在的な結露の蓄積から保護するために、換気を提供するベントとしての役割を果たす。加えて、ベントポート１１０は、過充電事象状態から生じる潜在的なガス用の出口ポートとして機能するように構成されている。このようにして、バッテリモジュールの安全性および１つまたは複数のバッテリモジュールを含むバッテリパックの安全性を改善する。
【００４０】
図１Ｂに関して、図１Ｂは、図１Ａに設けられたバッテリモジュール１００の等角図を提供する。この図では、このような適切な用途において、バッテリモジュールの配置および／または接続をさらに助ける追加のコンポーネントを視認することができる。フロントカバーパネル１０４は、いくつかの実施形態では、下部位置決め要素１１４をさらに含む。その下部位置決め要素１１４は、バッテリモジュールと、他の要素（例えば、より大きなバッテリパックの内部）との間、または、バッテリステーション内に十分な接続を可能にするために設けられる。
【００４１】
図２Ａには、バッテリモジュールの実施形態の正面図が示される。この図において、電池端子１０６、１０８は、フロントカバーパネル１０４の正面に沿って、互い違いに配置されていることがわかる。このようにして、各端末の接続は、２つの端末間の接続が提供されないように、隔離され、分離される。こうすることにより、バッテリモジュールの短絡の可能性を低減する。さらに、位置決め凹部または溝２０２は、フロントカバーパネル１０４の正面外側の面に沿って配置されている。いくつかの実施形態では、位置決め溝２０２は、バッテリモジュールに追加の結合能力を提供する。例えば、いくつかのバッテリパックまたはバッテリステーションでは、内面に突出部（protrusion）を含む。本実施例の突出部は、バッテリモジュールがバッテリパックまたはバッテリステーション内にしっかりと保持されるように、提供された溝２０２の形状と一致する。さらに、位置決め溝２０２は、提供された長方形以外の形状を含む。その結果、溝２０２は、バッテリモジュールを実質的に固定する方法で、突出部または他のそのような位置決め要素と一致する。
【００４２】
図２Ｂは、図２Ｂに設けられたバッテリモジュールの実施形態の側面図を示す。この図では、端子１０６、１０８は、フロントカバーパネル１０４の上面よりも上に出ないように、配置されているということがわかる。さらに、フロントカバーパネル１０４は、１つまたは複数の位置決め要素または固定要素（例えば、ベントポート１１０および位置決め要素１１４）を含む。上述したように、このような位置決め要素または固定要素は、追加の取り付け能力を可能にし、および／または、多種多様な使用のためのバッテリモジュールの利用可能性を変更するために提供される。
【００４３】
ここで、図３を参照すると、本開示による完全に構築されたバッテリモジュールが提供される。モジュールの押出部１０２は、透明である。これにより、バッテリモジュール３００の様々な内部コンポーネントをよりはっきりと視認することができる。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、複数の個々のセルをさらに含むリチウムイオン電池３０２のスタックと、両側のエンドプレート３０４とを含む。そのエンドプレート３０４は、セルスタックをモジュールの押出部１０２内にしっかりと保持する。さらに、モジュールは、電子回路基板（electronics board）３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、１つ以上の絶縁コンポーネント３１２とを含む。その絶縁コンポーネント３１２は、モジュールのハウジングを画定するモジュールの押出部１０２の内部セクション内に配置されている。少なくとも１つの実施形態では、他の電圧がここで考えられるが、リレー３１０は、４８Ｖリレーを含む。リチウムイオン電池が開示されているが、必要に応じて、他の電池化合物（例えば、ニッケル金属水素化物）が使用される。
【００４４】
提供されたセルスタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、さらに、エンドプレート３０４を含むことによって、安全な位置に保持される。エンドプレート３０４は、セルスタックの２つの最も長尺のサイド（側）のそれぞれに沿って配置されている。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触（direct face-sharing contact）している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さは、低減される。このようなヒートシンク材料は、各セルの間に典型的に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。したがって、以下に開示されるカプセル材料は、各セル間にヒートシンク層を含まなくても、セルに熱伝達能力を提供する。
【００４５】
図４は、バッテリモジュールの一実施形態の等角側面図を提供する。図３と同様に、本開示による完全に構成されたバッテリモジュールが提供される。モジュールの押出部１０２は、透明である。これにより、バッテリモジュール３００の様々な内部コンポーネントをよりはっきりと視認することができる。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、複数の個々のセルをさらに含むセルのスタック３０２と、いずれかの側にエンドプレート３０４とを含む。そのエンドプレート３０４は、セルスタックをモジュールの押出部１０２内にしっかりと保持する。加えて、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、１つ以上の絶縁コンポーネント３１２とを含む。絶縁コンポーネント３１２は、モジュールのハウジングを画定するモジュール押出部１０２の内部セクション内に配置される。
【００４６】
提供されたセルスタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、さらに、エンドプレート３０４を含むことによって、安全な位置に保持される。エンドプレート３０４は、セルスタックの２つの最も長尺の側のそれぞれに沿って配置されている。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さは、低減される。このようなヒートシンク材料は、各セルの間に典型的に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。この理由のため、優れた熱伝達特性を有するカプセル材料は、そのようなバッテリモジュール用途に有用である。
【００４７】
図５に示される図は、本開示によるバッテリモジュールの一実施形態の側面図を示す。図３および図４と同様に、本開示による完全に構成されたバッテリモジュールが提供される。モジュールの押出部１０２は、透明である。これにより、バッテリモジュール３００の様々な内部コンポーネントをよりはっきりと視認することができる。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、複数の個々のセルをさらに含むセルのスタック３０２と、いずれかの側にエンドプレート３０４とを含む。そのエンドプレート３０４は、セルスタックをモジュールの押出部１０２内にしっかりと保持する。加えて、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、１つ以上の絶縁コンポーネント３１２とを含む。絶縁コンポーネント３１２は、モジュールのハウジングを画定するモジュール押出部１０２の内部セクション内に配置される。
【００４８】
提供されたセルスタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、さらに、エンドプレート３０４を含むことによって、安全な位置に保持される。エンドプレート３０４は、セルスタックの２つの最も長尺の側のそれぞれに沿って配置されている。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さは、低減される。このようなヒートシンク材料は、各セルの間に典型的に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。この理由のため、優れた熱伝達特性を有するカプセル材料は、そのようなバッテリモジュール用途に有用である。
【００４９】
図６に、例示的なバッテリモジュールの実施形態の正面図が示される。ここでもまた、モジュールのハウジングまたは押出部１０２は、モジュールの内部コンポーネントの視覚化のために透明に設けられている。この図では、バッテリモジュールの正面に沿って配置された追加の外部コンポーネントが見える。モジュールは、電子回路基板３０６と、少なくとも１つのヒューズ３０８と、４８Ｖリレーまたは別の電圧リレーを含むリレー３１０と、２つのバッテリ端子１０６、１０８と、電気接続部材１１２とを含む。
【００５０】
いくつかの実施形態では、電気接続部材１１２は、バッテリモジュールと、電気機器との間の接続、および／または、１つまたは複数の追加のバッテリモジュール（例えば、バッテリパックの場合）間の接続を可能にするために設けられる。さらに他の例では、電気接続部材１１２は、バッテリ用の車両通信チャネルとして機能する。さらに、接続部材１１２は、バッテリモジュールのリレーに電力を供給するために、電気通信を提供する。このようにして、バッテリモジュールの利用可能性は広がる。したがって、本開示による１つまたは複数のバッテリモジュールを含むバッテリパックの利用可能性も広がる。
【００５１】
完全に構築されたバッテリモジュールの一実施形態を図７に示す。この図では、フロントカバーパネル１０４は、カバーパネル１０４によって収容された特定のコンポーネントの視覚化のために、透明な態様で示されている。フロントカバーパネル１０４は、モジュールの押出部の正面の外部境界（perimeter）に沿って配置された１つ以上のネジ７０２によって、モジュールの押出部１０４に固定される。
【００５２】
図８に関して、本開示によるバッテリモジュールの第２の実施形態が提供される。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、モジュールの押出部１０２内に複数の個別のセルをさらに含むリチウムイオン電池のスタックと、電気接続部材１１２と、１つ以上の電池端子１０６、１０８とを含む。さらに、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、リレー接続８０２とを含む。少なくとも１つの実施形態では、リレー３１０は、４８Ｖリレーを含む。しかし、他の電圧がここで考えられる。リチウムイオン電池が開示されているが、必要に応じて、他の電池化合物（例えば、ニッケル金属水素化物）が使用される。
【００５３】
提供されたセルスタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、シリコーンカプセル材料によって完全に取り囲まれ、カプセル化される。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さを低減する。このようなヒートシンク材料は、各セルの間に典型的に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。したがって、以下に開示されるカプセル材料は、各セル間にヒートシンク層を含まなくても、セルに熱伝達能力を提供する。
【００５４】
図９に提供される図は、本開示によるバッテリモジュールの第２の実施形態の正面図を示す。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、モジュールの押出部１０２内に複数の個別のセルをさらに含むリチウムイオン電池のスタックと、電気接続部材１１２と、１つ以上の電池端子１０６、１０８とを含む。さらに、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、リレー接続８０２とを含む。少なくとも１つの実施形態では、リレー３１０は、４８Ｖリレーを含む。しかし、ここでは他の電圧が考えられる。リチウムイオン電池が開示されているが、必要に応じて、ニッケル金属水素化物のような他の電池化学物質を用いてもよい。
【００５５】
提供される電池スタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、シリコーンカプセル材料によって完全に取り囲まれ、カプセル化される。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さを低減する。このようなヒートシンク材料は、典型的には、各セルの間に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。したがって、以下に開示されるカプセル材料は、各セル間にヒートシンク層を含まなくても、セルに熱伝達能力を提供する。
【００５６】
図１０には、第２の例示的なバッテリモジュールの実施形態の部分側断面図が示される。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、モジュールの押出部１０２内に複数の個別のセルをさらに含むリチウムイオン電池のスタックと、電気接続部材１１２と、１つ以上の電池端子１０６、１０８とを含む。さらに、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、リレー接続８０２とを含む。少なくとも１つの実施形態では、リレー３１０は、４８Ｖリレーを含む。しかし、ここでは他の電圧が考えられる。リチウムイオン電池が開示されているが、必要に応じて、ニッケル金属水素化物のような他の電池化学物質を用いてもよい。
【００５７】
提供されるセルスタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、シリコーンカプセル材料によって完全に取り囲まれ、カプセル化される。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さを低減する。このようなヒートシンク材料は、典型的には、各セルの間に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。したがって、以下に開示されるカプセル材料は、各セル間にヒートシンク層を含まなくても、セルに熱伝達能力を提供する。
【００５８】
図１１は、本開示によるバッテリモジュールの第２の例示的な実施形態の追加の図を示す。少なくとも１つの実施形態では、バッテリモジュールは、モジュールの押出部１０２内に複数の個別のセルをさらに含むリチウムイオン電池のスタックと、電気接続部材１１２と、１つ以上の電池端子１０６、１０８とを含む。さらに、モジュールは、電子回路基板３０６と、ヒューズ３０８と、リレーアセンブリ３１０と、リレー接続８０２とを含む。少なくとも１つの実施形態では、リレー３１０は、４８Ｖリレーを含む。しかし、ここでは他の電圧が考えられる。リチウムイオン電池が開示されているが、必要に応じて、ニッケル金属水素化物のような他の電池化学物質を用いてもよい。
【００５９】
提供される電池スタック３０２は、セルの押出部１０２の内部に配置され、シリコーンカプセル材料によって完全に取り囲まれ、カプセル化される。さらに、セルスタック内の各セルは、少なくとも１つの例示的な実施形態において、互いに直接的に面接触している。このようにして、ヒートシンク材料を含むことから生じる追加の厚さを低減させる。このようなヒートシンク材料は、典型的には、各セルの間に配置される。しかし、そうすることで、セル内からの熱放散の需要が増加する。したがって、以下に開示されるカプセル材料は、各セル間にヒートシンク層を含まなくても、セルに熱伝達能力を提供する。
【００６０】
次に、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、及び図１２Ｄに戻って、これらの図は、開示されたバッテリモジュールの構成を詳述する例示的な例を提供する。
【００６１】
まず、図１２Ａは、カプセル材料が挿入されるバッテリモジュールの押出部１０２のコンポーネントを示す。一実施形態では、カプセル材料は液体を含み、さらにシリコーン材料を含む。１つの例示的な実施形態において、シリコーンカプセル材料は、ＬＯＲＤ熱硬化性ＳＣ−３０９材料または他の適切な材料（例えば、シリコーン材料）である。他の適切な材料は、優れた熱伝達特性または改善された熱伝達特性を示す。他の例では、改善された熱伝達特性を示す他の材料を代替のカプセル材料として使用する。
【００６２】
カプセル材料は、材料が硬化する際に、モジュール内に配置された他のコンポーネントに小さい収縮および応力を発揮させるために特に選択される。これにより、他の高熱伝導性材料と比較して、コンポーネントのカプセル化を容易にするために、低粘度を維持し、優れた耐熱衝撃性を提供し、優れた難燃性を発揮する。
【００６３】
他の熱伝導性シリコーンカプセル材料が、本明細書で開示されるバッテリモジュールの様々な用途に応じて、選択されることが理解される。
【００６４】
このような熱伝導性シリコーンカプセル材料の調製は、混合工程と、塗布工程とを含む。例えば、ＬＯＲＤ 熱硬化性ＳＣ−３０９材料をカプセル材料として使用する場合、材料の各成分は完全に混合される。具体的に、ＳＣ−３０９樹脂（２５℃で３５００ｃｐｓの粘度を有する灰色の液体であり、１．６６の比重を発揮する）は、ＳＣ−３０９硬化剤（２５℃で３５００ｃｐｓの粘度を有する白色の液体であり、１：１の重量比または体積比で１．６６の比重を発揮する）と混合される。混合すると、熱硬化性ＳＣ−３０９カプセル材料は、２５℃で３６００ｃｐｓの粘度および１．６６の比重を有する薄灰色の液体の形態をとる。いくつかの例では、自動計量混合機器が使用される。しかし、他の混合方法が本明細書で企図される。
【００６５】
シリコーンカプセル材料の調製において、空気の量を最小限にするために、非常に注意が必要であることに留意することが重要である。したがって、混合中または混合物を触媒するときのいずれかで、カプセル系に導入される気泡の量を最小限にするために、非常に注意が必要であることに留意することが重要である。シリコーンカプセル材料の電気的性質は、カプセル材料内に閉じ込められた気泡が減少した場合に、容易に明らかであり、最も良好である。したがって、非常に高電圧または他のそのような重要な用途で、真空の適用が適切である。
【００６６】
混合物が完全に混合されると、カプセル材料の混合物は、バッテリモジュールの押出部の内部領域に供給される。積層された電極コンポーネントは、カプセル材料が電池を完全に取り囲むように、押出部に導入される。電池が押出部中に挿入されると、混合物は次に硬化工程に進む。１つの例示的な実施形態では、カプセル材料を室温で２４時間硬化させた。別の実施形態では、混合物を１００℃で１５分間硬化させた。さらに別の実施形態では、混合物を１２０℃で１０分間硬化させた。
【００６７】
一度硬化されると、シリコーンカプセル材料は、２５℃で４．３×１０１３Ω／ｃｍの体積抵抗率、１．０Ｗ／ｍｋの熱伝導率、１９０ｐｐｍ／℃の線熱膨張係数、０．３４ＭＰａの引張強度、０．５％未満の吸湿率、６００Ｖ／ミルの絶縁耐力、２５℃で４．０の誘電率、および２５℃で０．００４％の散逸率を発揮する。そのような材料（例えば、シリコーンカプセル材料）を使用することにより、従来のヒートシンクコンポーネントを提供することはもはや得策ではない。
【００６８】
図１２Ａに示されているように、一旦カプセル材料で充填すると、セルスタック３０２は、モジュールの突出部１０２内に挿入される。その結果、その内部に配置されたカプセル材料は、図１２Ｂにされるように、セルを完全に取り囲み、効果的にカプセル化する。このようにして、優れた熱伝達特性を示すカプセル材料は、モジュール内の熱間隙を考慮しない従来のヒートシンクコンポーネントの代わとして提供される。
【００６９】
図１２Ｃは、例示的なバッテリモジュールの実施形態の断面図を提供し、セル３０２と、カプセル材料１２０４と、押出部１０２との間の内部関係を示す。この図において、カプセル材料１２０４が隙間（gaps）またはモジュール内部内の凹部を完全に取り囲むということは、視覚的に明らかである。このようにして、熱伝導率は、バッテリモジュール全体にわたって確立される。さらに、熱間パッドまたはコンプライアンスパッド１２０２は、モジュールの押出部１０２から電池を隔離するためにいくつかの実施形態で設けられるとともに、電池内からの熱放散用の別の経路を提供する。セル３０２は、少なくとも１つの集電タブ１２０６をさらに含む。この集電タブ１２０６は、セル／モジュールの外へ、および、電気負荷を必要とするデバイスまたは装置の中に、供給された電流を伝達する。
【００７０】
図１２Ｄは、各セル１２１２の間に配置された別個のヒートシンクタブまたはプレートの欠如を示す拡大図を提供する。しかしながら、インターフェース１２０８は、セルスタックを含む各別個のセル１２１２の親密な面接触によって形成される。さらに、図１２Ｄにおいて視覚的に明らかなように、カプセル材料は、セルおよび／またはセルスタックを完全に取り囲む。具体的には、カプセル材料は、セルコンポーネントの４つの側面のそれぞれに沿って配置されている。このようにして、カプセル材料の熱伝導率は、バッテリモジュール全体にわたって完全に利用される。
【００７１】
本開示によるバッテリモジュールの一実施形態のさらなる図は、図１３に提供される。ここで、本開示によるバッテリモジュールの例示的な図が提供される。この図で、セルのスタック３０２は、バッテリモジュールの押出部１０２部内に配置される。さらに、セル３０２は、１つまたは複数の熱間隙パッド１２０２を含むことによって、押出部１０２からさらに分離される。そのパッド１２０２は、モジュールの外部からセルをさらに分離する。上述したように、カプセル材料１２０４は、セルスタックの全体がカプセル材料によって完全に囲まれるように、モジュールの押出部１０２内に配置される。しかし、いくつかの例では、カプセル材料は、バッテリセルの２つのより短いサイドのそれぞれに沿ってのみ配置されてもよい。このようにして、バッテリモジュールの柔軟な構成を提供する。
【００７２】
図１３では、セルスタックを含む各個別セルの集電タブ１２０６が見える。セルスタックを構成する各セルに延長された集電タブ１２０６を設けると、バッテリモジュール内に保持された電荷を外部電気機器に完全に伝達することができる。本明細書で使用されるシリコーンカプセル材料は、少なくとも１つの実施形態において、集電タブを実質的に取り囲むことをさらに理解されたい。別の実施形態では、集電タブは、追加の接続可能性を提供するために、カプセル材料から少なくとも部分的に分離されている。
【００７３】
再び、ここで使用されるように、電極スタックで構成されるセルスタックは、その間に配置されたヒートシンクを含まないことにさらに留意されたい。具体的には、本明細書に開示された少なくとも１つの実施形態では、各セルは、コンポーネント間の空間が低減されるように、互いに直接的に面接触している。
【００７４】
最後に、図１４Ａおよび図１４Ｂは、本開示によるバッテリモジュールの実施形態のさらなる図を提供する。積み重ねられたセル３０２は、上述したように押出部１０２の内部領域内に配置される。カプセル材料は、その中で硬化される。カプセル材料は、図１４Ａおよび１４Ｂで容易には視認できないが、各セルの間に配置されたヒートシンクコンポーネントはない。
【００７５】
シリコーンカプセル材料を使用する例示的な技術的効果は、本開示に従って、バッテリモジュール（例えば、ヒートシンク）内から、従来の放熱方法を排除または低減することである。
【００７６】
一例として、バッテリモジュールは、複数の電気化学セルを含む。この電気化学セルは、プリズムスタックに配置されている。複数の電気化学セルを収容する押出部は、モジュールから離れて過剰な熱を向けるように構成されている。シリコーンカプセル材料は、押出しハウジング内に配置され、モジュールから過剰な熱を受けるように構成されている。シリコーンカプセル材料は、電気化学セルのプリズムスタックと、フロントカバーパネルとを実質的に取り囲む。フロントカバーパネルは、押出部に着脱可能に結合される。別の実施形態は、上記の例を任意に含み、複数の電気化学セルをさらに含む。複数の電気化学セルは、それらの間に配置されたヒートシンクコンポーネントを含まない。第３の例示的な実施形態は、第１〜第２の例のいずれかを任意に含み、バッテリモジュールをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲内の誘電率を有する。第４の例は、第１〜第３の例のいずれかを任意に含み、バッテリモジュールをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、ＬＯＲＤ熱硬化性ＳＣ−３０９を含む。このバッテリモジュールの別の例は、第１〜第４の例のいずれかを任意に含み、押出部をさらに含む。押出部は、押出部の上面および各側面に沿って、複数の放熱突出部を含む。
【００７７】
別の例として、バッテリモジュールが提供される。このバッテリモジュールは、固体外部筐体（solid external enclosure）と、固体外部筐体内に配置された１つ以上のプリズム電気化学セルと、１つ以上のプリズム電気化学セルに通信可能に結合された電子回路基板と、バッテリモジュール内から熱を受け、放散するように構成された、固体外部筐体の内部に配置されたシリコーンカプセル材料と、固体外部筐体に取り外し可能に結合されたフロントパネルカバーとを含む。上述のバッテリモジュールの第２の例は、第１の例のコンポーネントを含み、モジュールをさらに含む。１つ以上のプリズム電気化学セルは、ヒートシンクを含まない。第３の例示的な実施形態は、第１〜第２の例のいずれかを任意に含み、モジュールをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲内の誘電率を有する。第４の例は、第１〜第３の例のいずれかを任意に含み、モジュールをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、ＬＯＲＤ熱硬化性ＳＣ−３０９を含む。別の例示的な実施形態は、第１〜第４の例のいずれかを任意に含み、固体外部筐体をさらに含む。固体外部筐体は、固体外部筐体の上面および各側面に沿って、複数の放熱突出部を含む。
【００７８】
さらに、バッテリパックは、１つまたは複数のバッテリモジュールを含む。そのバッテリモジュールは、プリズムスタックに配置された複数の電気化学セルと、モジュールから離れて過剰な熱を向けるように構成された複数の電気化学セルを収容する押出部と、押出ハウジング内に配置され、モジュールから過剰な熱を受けるように構成されたシリコーンカプセル材料とを含む。シリコーンカプセル材料は、電気化学セルのプリズムスタックと、押出部に取り外し可能に結合されたフロントカバーパネルとを実質的に取り囲む。バッテリモジュールは、さらに、１つ以上のバッテリモジュールを完全に囲むように構成されたハウジングと、モジュールと、電池パック内から電気機器に電荷を供給するように構成された１つ以上の外部配置の電気接続ポートとを含む。バッテリパックの第２の例は、第１の例を含み、パックをさらに含む。複数の電気化学セルは、その間に配置されたヒートシンクコンポーネントを含まない。第３の例は、第１〜第２の例のいずれかを任意に含み、バッテリパックをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、３．０〜５．０の範囲内の誘電率を有する。第４の例は、第１〜第３の例のいずれかを任意に含み、パックをさらに含む。シリコーンカプセル材料は、ＬＯＲＤ ＳＣ−３０９を含む。別の例示的な実施形態は、第１〜第４の例のいずれかを任意に含み、パックをさらに含む。押出部は、押出部の上面および各側面に沿って、複数の放熱突出部を含む。
【００７９】
本明細書に示され、説明されたものに加えて、本開示の様々な変更は、上記の説明の当業者には明らかであろう。そのような改変も、添付の特許請求の範囲に含まれる。
【００８０】
すべての試薬は、特に明記しない限り、当該分野で公知の供給源によって得ることができることが理解される。
【００８１】
本明細書で言及した特許、文献および出願は、本発明が関係する当業者のレベルを示す。これらの特許、文献および出願は、各個別の特許、文献または出願が参照により本明細書に具体的かつ個別に組み込まれているのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【００８２】
前述の説明は、本発明の特定の実施形態の例示であるが、その実施を限定することを意味するものではない。
【００８３】
上記の議論は、例示的なものとして理解されるべきであり、いかなる意味でも限定的であるとみなされるべきではない。本発明は、その好ましい実施形態を参照して特に示され、記載されているが、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細な様々な変更が可能であることは、当業者に理解される。
【００８４】
図は、様々なコンポーネントの相対的な位置決めを有する例示的な構成を示す。互いに直接接触しているか、または直接結合していることを示す場合に、そのような要素（エレメント）は、少なくとも１つの例では、それぞれ、直接的に接触しているか、または直接的に結合されていると言うことができる。同様に、互いに近接してまたは隣接して示された要素は、少なくとも１つの例では、それぞれ互いに近接しているか、または互いに隣接している。一例として、互いに面接触しているコンポーネントは、面接触と呼ばれる。別の例として、要素間の空間のみ有し、他のコンポーネントを有さない、互いに離間して配置された要素は、少なくとも１つの例では、そのように参照される。さらに別の例として、互いに対して上下に、互いに対して反対側に、または互いに対して左右に示されている要素は、互いに対してそのように言及される。さらに、図に示されるように、最上部の要素または要素のポイントは、少なくとも１つの例において、コンポーネントの「上部」と呼ばれる。最下部の要素または要素のポイントは、少なくとも１つの例において、コンポーネントの「底部」と呼ばれる。本明細書で使用されるように、上部／底部、上方／下方、上／下は、図の垂直軸に対して相対的であり、互いに対して図の要素の位置決めを説明するために使用される。このように、他の要素の上に示される要素は、一例では、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例として、図面内に示された要素の形状は、それらの形状（例えば、円形状、直線状、平面状、湾曲状、丸みを帯びた形状、面取りされた形状、角度付けられた形状など）を有すると言及される。さらに、互いに交差して示された要素は、少なくとも１つの例では、交差要素または互いに交差していると言及される。さらにまた、別の要素内に示された要素、または別の要素の外側に示された要素は、一例では、そのように呼ばれる。
【００８５】
以下の特許請求の範囲における全ての手段または工程プラス機能要素の、対応する構造、材料、動作および等価物は、具体的に請求されるように、他の請求される要素と組み合わせて、機能を実行するための任意の構造、材料または動作を含むことを意図される。
【００８６】
最後に、上述された物品、システムおよび方法は、本開示の実施形態であり、多くの変形および拡張が同様に企図される非限定的な実施例であることを理解されたい。したがって、本開示は、本明細書に開示された物品、システム、および方法のすべての新規で非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーション、ならびに、その任意の等価物および全ての等価物を含む。
【図１Ａ】
2019514160.tif 000003
【図１Ｂ】
2019514160.tif 000004
【図２Ａ】
2019514160.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019514160.tif 000009
【図６】
2019514160.tif 000010
【図７】
2019514160.tif 000011
【図８】
2019514160.tif 000012
【図９】
2019514160.tif 000013
【図１０】
2019514160.tif 000014
【図１１】
2019514160.tif 000015
【図１２Ａ】
2019514160.tif 000016
【図１２Ｂ】
2019514160.tif 000017
【図１２Ｃ】
2019514160.tif 000018
【図１２Ｄ】
2019514160.tif 000019
【図１３】
2019514160.tif 000020
【図１４Ａ】
2019514160.tif 000021
【図１４Ｂ】
2019514160.tif 000022
【国際調査報告】
2019514160.tif 000023
2019514160.tif 000024
2019514160.tif 000025