(57)【要約】バッテリモジュールが提供される。バッテリモジュールは、第１の端部カバーと第２の端部カバーとの間にはさまれている複数の密閉された電気化学セルを含むバッテリセルスタックを含み得、第１の端部カバーは、バンド係合区画を含む。バッテリモジュールはさらに、バッテリセルスタック、第１の端部カバー、および第２の端部カバーを周回する保定バンドを含み得、保定バンドは、重複している部分で継合され、バンド係合区画と嵌合される係合端部を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリモジュールであって、
第１の端部カバーと第２の端部カバーとの間にはさまれている複数の密閉された電気化学セルを含むバッテリセルスタックであって、前記第１の端部カバーは、バンド係合区画を含む、バッテリセルスタックと、
前記バッテリセルスタック、第１の端部カバー、および第２の端部カバーを周回する保定バンドと
を備え、
前記保定バンドは、前記バンドの重複する部分で継合され、前記バンド係合区画と嵌合される係合端部を含む、バッテリモジュール。
【請求項２】
前記係合端部は、前記バンド係合区画内に含まれる陥凹と嵌合するように構成されている少なくとも１つの突起を含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項３】
前記突起は、９０度未満の角度において前記保定バンドから延在する、請求項２に記載のバッテリモジュール。
【請求項４】
前記係合端部は、前記バンド係合区画内に含まれる陥凹と嵌合するように構成されている屈曲部分を含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項５】
前記第１および第２の端部カバーは、前記保定バンドが位置付けられている陥凹付き結束チャネルを含む、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項６】
前記保定バンドは、前記重複する区画において一緒に溶接されている、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項７】
前記バッテリは、車両内に連結されている、請求項１に記載のバッテリモジュール。
【請求項８】
バッテリセルスタックをはさむ第１の端部カバーおよび第２の端部カバーを含むバッテリモジュールを組み立てる方法であって、前記方法は、
保定バンドの係合端部を前記第１の端部カバー内に含まれるバンド係合区画内に嵌合させることと、
前記バッテリモジュールの周縁を前記保定バンドによって周回することと、
前記保定バンドを所望のレベルまで緊張することと、
前記保定バンドの第１の部分を前記保定バンドの第２の部分に継合することと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記バッテリモジュールの周縁は、前記第１および第２の端部カバーと、前記バッテリセルスタックとを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッテリモジュールを周回することは、前記保定バンドを前記第２の端部カバーの周囲に巻くことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記保定バンドの前記第１の部分と前記第２の部分とは、重複している、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記保定バンドは、金属であり、前記保定バンドの前記重複している部分を継合することは、前記保定バンドの前記重複している部分を一緒に溶接することを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、バッテリモジュールおよびバッテリパックの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリセル内の過剰な熱および／または電圧は、セル内の液体電解質をガス状に変化させ得る。その結果、増加した圧力がセル内に蓄積し、セルの包装を膨張させ得る。膨張したセルは、バッテリモジュールのサイズを増加させ、および／またはバッテリ動作を劣化させ得る。
【０００３】
いくつかのバッテリモジュールは、剛体筐体を使用し、バッテリセル拡張を低減させる。他のバッテリモジュールは、張力バックルと嵌着されたバンドを使用して、セル拡張を低減させる。
【０００４】
しかしながら、本願の発明者らは、前述のアプローチの種々の欠点を認識する。例えば、バックルは、バッテリモジュールのコストならびに外形を増加させ、それによって、追加の包装空間を要求し得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、種々の例示的システムおよびアプローチが本明細書に説明され、種々の例示的システムおよびアプローチは、第１および第２の端部カバー間にはさまれている複数の密閉された電気化学セルを含むバッテリセルスタックを有するバッテリモジュールを含み、第１の端部カバーは、バンド係合区画を含む。バッテリモジュールはさらに、バッテリセルスタック、第１の端部カバー、および第２の端部カバーを周回する保定バンドを含み得、保定バンドは、重複する部分で継合され、バンド係合区画と嵌合される係合端部を含む。バンドの係合端部は、クリンプツールを用いるなどし、バンドの未修正端部にクリンプ作用を介して形成され得る。クリンプ作用は、第１の端部カバーのバンド係合区画内の対応する陥凹と嵌合するように成形される、種々の突起を形成し得る。このように、標準化された結束材料が種々の長さで切断され、種々のサイズのスタックを継合するために使用され得る一方、依然として、一実施例における任意のバックルを伴わない等、削減されたコストにおいて、確実な結束および張力を達成する。
【０００６】
さらに、バッテリセルスタックをはさむ第１および第２の端部カバーを含む、バッテリモジュールを組み立てる方法が提供される。方法は、第１の端部カバー内に含まれるバンド係合区画内に、保定バンドの係合端部を嵌合させることと、バッテリモジュールの周縁を保定バンドで周回することと、保定バンドを所望のレベルまで緊張することと、保定バンドの第１の部分を保定バンドの第２の部分に継合することとを含み得る。
【０００７】
このように、バッテリモジュールの動作中、薄型保定バンドが、セル拡張を低減するために使用され、それによって、バッテリモジュールの性能を向上させ得る。加えて、嵌合されたバンド係合区画および係合端部は、据え付け中に、所望のレベルの張力が保定バンドに提供されることを可能にする。
【０００８】
前述の利点および他の利点、ならびに本説明の特徴は、単独で、または付随の図面と併せて、以下の発明を実施するための形態から容易に明白となるであろう。
【０００９】
前述の発明の開示は、発明を実施するための形態にさらに説明される一連の概念を簡略化された形態で導入するために提供されることを理解されたい。請求される主題の重要または不可欠な特徴を識別することを意味するものではなく、その範囲は、発明を実施するための形態に続く特許請求の範囲によって、一意的に定義される。さらに、請求される主題は、前述または本開示の任意の部分における任意の不利点を解決する、実装に制限されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、バッテリセルスタックを含む、バッテリモジュールを例証する。
【図２】図２は、図１に示されるバッテリセルスタック１の一部の分解図を示す。
【図３】図３〜５は、保定バンドの係合端部の複数の図を示す。
【図４】図３〜５は、保定バンドの係合端部の複数の図を示す。
【図５】図３〜５は、保定バンドの係合端部の複数の図を示す。
【図６】図６は、図１に示されるバッテリモジュール内に含まれ得る、端部カバーの側面図を示す。
【図７】図７〜１１は、バッテリモジュールのための組立プロセスを示す。
【図８】図７〜１１は、バッテリモジュールのための組立プロセスを示す。
【図９】図７〜１１は、バッテリモジュールのための組立プロセスを示す。
【図１０】図７〜１１は、バッテリモジュールのための組立プロセスを示す。
【図１１】図７〜１１は、バッテリモジュールのための組立プロセスを示す。
【図１２】図１２は、バッテリモジュールの組立の方法を示す。
【図１３】図１３は、図１に示されるバッテリモジュールが使用され得る、車両の例証を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、第１の端部カバー１２と第２の端部カバー１４との間にはさまれているバッテリセルスタック１０を含むバッテリモジュール１を示す。バッテリセルスタックは、複数の積み重ねられ、密閉された電気化学セルを含み得る。積み重ねられた配列は、図２に関して本明細書でより詳細に説明される、バッテリモジュール内にバッテリセルが高密度に包装されることを可能にする。
【００１２】
保定バンド１６が、バッテリモジュール１の外部を周回し得る。描写されるように、保定バンドは、バッテリセルスタックの両側を縦方向に延在し、第１および第２の端部カバーの周囲に垂直方向に巻く。しかしながら、他の保定バンド配列も可能であることを理解されるであろう。例えば、保定バンドは、端部カバーの周囲に横方向に巻き、バッテリセルスタックの両側を縦方向に延在し得る。さらに、代替数の保定バンドが他の実施形態では使用され得ることを理解されるであろう。例えば、単一の保定バンドが使用され得る。
【００１３】
保定バンドは、バッテリモジュールに対向する圧縮力を付与し、セルスタックを一緒に維持し得、さらに、バッテリセルが高温および／または高電圧条件のため、膨張される場合、パックの形状を維持するように動作し得る。保定バンドは、バッテリモジュール内のセルの拡張を制限し、ある場合には、実質的に、阻止し、それによって、バッテリモジュールの効率を改善し得る。
【００１４】
対向する圧縮力は、縦方向内横方向に、端部カバーに付与され得ることを理解されるであろう。このように、圧縮力が端部カバーを介してバッテリセルスタックに分散され、端部カバーは、圧縮力がバッテリセルスタックに均一に分散することを可能にし得る。加えて、対向する圧縮力は、垂直内横方向にも、バッテリセルスタックに付与され得る。さらに、対向する圧縮力は、セルが圧力上昇を経験していない間に、端部カバーをバッテリセルスタックに固着するためにもバッテリモジュールに付与され得る。図７−１１に関して本明細書でより詳細に説明されるように、所望の量の圧縮力は、バッテリモジュールの組立中に保定バンドが一緒に継合されるときに印加され得る。
【００１５】
保定バンドは、重複する部分１７において、一緒に溶接され得る。しかしながら、接着剤接合等、他の技法を使用して、保定バンドを継合し得る。溶接された保定バンドは、バックル等の他の連結デバイスと比較して、薄型を有し、バッテリモジュールの小型化を増進させることを理解されるであろう。
【００１６】
各保定バンドの係合端部は、第１および第２の端部カバーの一方および／または両方における対応するバンド係合区画と嵌合され得る。この取り付け形成は、保定バンドが、据え付けおよび緊張中に、第１の端部カバーに連結され、それによって保定されることを可能にする。具体的には、保定バンドの第１の端部カバーとの嵌合は、緊張中の保定バンドの滑動を低減させ得る。保定バンドおよび対応する据え付けプロセスは、図３−１１に関して、本明細書でより詳細に論じられる。
【００１７】
図１を継続して参照すると、バッテリモジュールはさらに、端子１８を含み、端子１８は、エネルギーまたは電流がバッテリモジュール１に提供され、かつそこから抽出されることを可能にし得る。このように、バッテリモジュールは、放電および再充電され得る。
【００１８】
任意の単一バッテリパックが所与の数のセルを有するが、異なる用途に対して、異なるパックが異なる数のセルを有し得る。例えば、電荷容量の増加を要求するシステムは、低容量を伴うシステムより多くの数の端部カバー間にはさまれたセルを有し得る。しかしながら、本明細書に説明される取り付け構造により、バンドの長さは、用途毎に変動し得、単に、結束材料の単一ロールから、種々の長さを切断することが可能である。
【００１９】
図２は、例示的バッテリセルスタック２００の一部の分解図を示す。示されるように、バッテリセルスタックは、筐体放熱板２１０、バッテリセル２１２、コンプライアントパッド２１４、バッテリセル２１６等の順番で組み立てられる。しかしながら、他の配列も可能であることを理解されるであろう。例えば、バッテリセルスタックは、筐体放熱板、バッテリセル、筐体放熱板等の順番で構築され得る。さらに、いくつかの実施例では、筐体放熱板は、バッテリセル内に統合され得る。
【００２０】
バッテリセル２１２は、バス（図示せず）に接続するカソード２１８およびアノード２２０を含む。バスは、複数のバッテリプレートからバッテリモジュールの端子に電荷を送り、バスバー支持２２２に連結される。バッテリセル２１２はさらに、リチウムイオン化合物等の電解化合物を含む角柱セル２２４を含む。角柱セル２２４は、セル放熱板２２６に連結される。セル放熱板２２６は、フランジ縁を形成するように、１つ以上の辺で９０度折り曲げられた縁を伴う金属板から形成され得る。図２の実施例では、２つの対向する辺がフランジ縁を含む。しかしながら、他の幾何学形状も可能である。バッテリセル２１２は、実質的に、バッテリセル２１６と同じである。したがって、類似部品は、相応して標識される。バッテリセル２１２および２１６は、その端子が整列され、露出された状態で配列される。コンプライアントパッド２１４は、バッテリセル２１２とバッテリセル２１６との間にはさまれている。しかしながら、他の実施例では、コンプライアントパッドは、バッテリセルスタック内に含まれないことがある。
【００２１】
筐体放熱板２１０は、フランジ縁を形成するように、１つ以上の辺で９０度折り曲げられた縁を伴う基部２２８を有する金属板によって形成され得る。図２では、縦方向に整列された縁２３０および垂直に整列された縁２３２が折り曲げられたフランジ縁である。しかしながら、他の配列も可能であることを理解されるであろう。描写されるように、筐体放熱板は、１つ以上のバッテリセルを受け取るようなサイズを有する。言い換えると、１つ以上のバッテリセルは、基部２２８内に位置付けられ得る。したがって、バッテリセルのフランジ縁は、筐体放熱板と接触し得、バッテリセル２１２の下側２２９は、筐体放熱板の基部と接触し、熱伝達を促進し得る。しかしながら、他の実施形態では、他の配列も可能であることを理解されるであろう。
【００２２】
筐体放熱板２１０の縦方向に整列された縁２３２のうちの１つは、図１に示されるように、バッテリモジュール１の上面側２３４の一部を形成し得る。同様に、縦方向に整列された縁２３２のうちの１つは、バッテリモジュールの底面側の一部を形成し得る。しかしながら、他の実施形態では、他の配列も可能であることを理解されるであろう。さらに、筐体放熱板は、他の実施例では、バッテリセルスタック内に含まれないことがある。
【００２３】
図３−５は、保定バンド３００の係合端部３１０の種々の図を示す。係合端部は、本明細書に説明されるように、クリンププロセスを介して、成形される。保定バンド３００は、図１に示される、保定バンド１６のうちの１つであり得ることを理解されるであろう。特に、図３は、保定バンドの係合端部３１０の側面図を示し、図４は、保定バンドの係合端部の上面図を示し、図５は、保定バンドの正面図を示す。図３−６は、略正確な縮尺で描かれているが、係合端部の代替相対寸法が所望に応じて使用され得る。
【００２４】
保定バンドは、金属出荷用バンド、プラスチックバンド等の出荷用バンドから形成され得る。したがって、保定バンドは、単純ロールから切断され、複数のバッテリモジュールを組み立てる場合の生産効率および長さの多様性を増加させ、それによって、製造コストを削減することを可能にし得る。しかしながら、他の実施形態では、保定バンドは、組立に先立って、切断および形成され得る。係合端部は、図６に示される、第１の端部カバー内に含まれる、バンド係合区画と嵌合するように構成され得る。図３−５を継続して参照すると、係合端部は、突出する屈曲端部を含む、スロット係合部分３１２と、２つの外側縁突起３１６を含むポケット係合部分とを含み得る。２つの外側縁突起の各々は、細片自体の切断および屈曲部分から形成される。図３は、その幅より長い各突起を示すが、各突起の形状は、調節することができる。また、図３は、２つの突起を示すが、細片の片側に、または中心に、１つ、すなわち、単一突起が使用され得る。さらに、図３は、各々が、縦方向に整列して位置付けられた突起を示すが、突起は、縦方向に、１つが別の背後に位置付けられ得、かつ、随意に、細片の両側に、したがって、対角線上に位置付けられ得る。さらに、３つ以上の突起が所望に応じて、使用され得る。
【００２５】
図３に示されるように、突起３１６は、９０度未満である、保定バンドとの角度３１８を形成する。一実施例では、角度は、３０から６０度、より具体的には、４０から５０度であり得る。角度付けられた突起は、端部カバーのバンド係合区画と連結された場合に、保定バンドが定位置に留まり、端部カバーによって保持される一方、保定バンドが、本明細書でより詳細に論じられるように、組立中に、緊張され、スタックの周囲に巻かれることを可能にする。
【００２６】
いくつかの実施例では、係合端部は、バンドの端部を切断および変形させ、本明細書に例証される係合端部を形成するクリンプツールを使用して形成され得る。
【００２７】
図６は、例示的第１の端部カバー１２を示す。示されるように、端部カバーは、図３−５に示される、保定バンドの係合端部と嵌合するように構成されているバンド係合区画６００を含む。図６を継続して参照すると、描写される実施形態では、バンド係合区画は、スロット陥凹６０２および２つのポケット陥凹６０４を含む。示されるように、スロット陥凹は、横方向スロットである一方、ポケット陥凹は、垂直スロットである。ポケット陥凹およびスロット陥凹は、それぞれ、突起および屈曲端部に対応するように、成形および位置付けられている。例えば、２つの対角線上に位置付けられている突起が提供される場合、２つの対角線上に位置付けられているポケット陥凹が、端部カバー内に提供される。
【００２８】
示されるように、端部カバーは、結束トラック６０６を含み、バッテリモジュールの組立中、保定バンドが所望の位置に留まることを可能にし得る。結束トラックは、保定バンドを受け入れるように陥凹を設けられ、サイズ決めされることを理解されるであろう。陥凹を設けられたトラックは、バッテリモジュールの小型化を増進させる。
【００２９】
図７−１１は、保定バンドをバッテリモジュール内に据え付けるための組立プロセスを示す。バッテリモジュールの断面図は、第１の端部カバー１２のバンド係合区画６００を示すように、図８−１１に示される。単一保定バンドが示されるが、組立プロセスは、複数の保定バンドに対して行われ得ることを理解されるであろう。
【００３０】
図７は、保持固定具７００に固着されるバッテリモジュール１を示す。保持固定具は、バッテリモジュールのサイズおよび形状に及ぼす緊張プロセスの影響が減少され得るように、バッテリモジュールを所望の位置に固定させる。
【００３１】
図８は、第１の端部カバー１２のバンド係合区画６００と嵌合される、保定バンド３００の係合端部３１０を示す。示されるように、突起３１６は、ポケット陥凹６０４と嵌合され、スロット係合部分３１２は、スロット陥凹６０２と嵌合される。このように、保定バンドの端部は、保定バンドの据え付け中、バッテリモジュールに固着され、カバーに対する滑動に抵抗し、バンド内に所望のレベルの張力をもたらし得る。突起３１６は、部分的に、張力の方向における方向に角度付けられるので、バンド内の張力が大きくなるほど、突起がポケット陥凹の壁にさらに押し付けられるという点において、自己係止作用によって、端部カバーと係合されるように押し付けられる。したがって、バンドは、それによって、緊張中、端部カバーによって、保定されることができる。
【００３２】
保定バンドがバッテリモジュールに取り付けられた後、保定バンドは、図９に示されるように、バッテリモジュールの周囲に巻かれ得る。次いで、保定バンドは、張力ツールを介して、所望のレベルまで緊張され得る。前述のように、保定バンド３００の係合端部３１０とバンド係合区画６００の嵌合は、緊張中、カバーに対して、保定バンドのすべりを低減させる。
【００３３】
次に、保定バンドの重複する部分１７が図１０に示されるように、所望の張力が維持されている間に、一緒に溶接される。他の実施形態では、保定バンドは、接着剤等の別の好適な技法を介して、一緒に継合され得ることを理解されるであろう。続いて、保定バンドは、図１１に示されるように、所望の長さに切断され、過剰な材料を除去し得る。
【００３４】
図７−１１に描写されるプロセスは、低コスト材料によって、迅速かつ効率的に実装され、それによって、結束バックルまたは他の連結デバイスを利用して、バンドをバッテリモジュールに取り付け、緊張し得る他の結束システムと比較して、バッテリモジュールの生産コストを削減し得ることを理解されるであろう。
【００３５】
図１２は、バッテリセルスタックを保定する第１および第２の端部カバーを含む、図８−１１に例証されるようなバッテリモジュールの組立の方法１２００を示す。方法１２００は、前述のシステムおよび構成要素を介して実装され得る。
【００３６】
最初に、１２０２では、方法は、保定バンドの係合端部を形成することを含む。次に、１２０４では、方法は、バッテリモジュールを定位置に固着することを含む。１２０６では、方法は、保定バンドの係合端部を第１の端部カバー内に含まれるバンド係合区画と嵌合することを含む。１２０８では、方法は、バッテリモジュールの周縁を保定バンドで周回することを含む。バッテリモジュールの周縁を保定バンドで周回することは、保定バンドを第１および第２の端部カバーの周囲に巻くことを含み得る。次に、１２１０では、方法は、保定バンドを所望のレベルまで緊張することを含む。所望のレベルは、予測される動作温度範囲、バッテリセル内で使用される電解材料、およびバッテリモジュール内に含まれるセルの数パラメータのうちの１つ以上に基づいて、選択され得ることを理解されるであろう。例えば、セルの数の増加に伴って、増加した張力がバンド内に提供され得る。
【００３７】
１２１２では、方法は、保定バンドの第１の部分を保定バンドの第２の部分に継合することを含む。いくつかの実施例では、第１の部分および第２の部分は、重複し得る。次に、１２１４では、方法は、保定バンドを所望の長さに切断することを含み得る。
【００３８】
次に、図１３を参照すると、バッテリモジュールの非限定的用途の概略図が示される。特に、バッテリモジュール１は、電気モータ１３０２によって、車両１３００を推進するためのエネルギーを供給する目的のために、車両１３００内に据え付けられる。車両コントローラ１３０４が、バッテリモジュール１とモータ１３０２との間の連絡を促進し得る。一実施形態では、車両１３００は、電気モータ１３０２のみによって推進され得る。別の実施形態では、車両１３００は、電気モータおよび内燃エンジンによって推進され得るハイブリッド車両であり得る。バッテリモジュールは、商業用または住宅用エネルギー貯蔵システム、産業用途、ポータブル電子デバイス等におけるいくつかの他の環境において使用され得ることを理解されるであろう。
【００３９】
本開示の主題は、本明細書に開示される種々のシステムおよび構成、および他の特徴、機能、および／または特性の全ての新規および進歩的な組み合わせおよび部分的組み合わせを含む。
【００４０】
以下の請求項は、特に、新規的かつ進歩的と見なされる、ある組み合わせおよび部分的組み合わせを指摘する。これらの請求項は、「ある」要素、または「第１」の要素、またはそれらの均等物を参照し得る。そのような請求項は、２つ以上のそのような要素を要求も除外もしない、１つ以上のそのような要素の組み込みを含むものと理解されたい。開示される特徴、機能、要素、および／または特性の他の組み合わせおよび部分的組み合わせが本請求項の修正を通して、あるいは本出願または関連用途における新しい請求項の提示を通して、請求され得る。そのような請求項もまた、もとの請求項より広義、または狭義、同等、または異なる範囲であるかどうかに関わらず、本開示の主題内に含まれると見なされる。
【図１】
2013530506.tif 000003
【図２】
2013530506.tif 000004
【図３−５】
2013530506.tif 000005
【図６】
2013530506.tif 000006
【図７】
2013530506.tif 000007
【図８】
2013530506.tif 000008
【図９】
2013530506.tif 000009
【図１０】
2013530506.tif 000010
【図１１】
2013530506.tif 000011
【図１２】
2013530506.tif 000012
【図１３】
2013530506.tif 000013
【国際調査報告】
2013530506.tif 000014
2013530506.tif 000015