(57)【要約】  枠組リチウム電池セル集合体は、第１の枠部材（２０）と第２の枠部材（３０）を含む。枠部材は、密封縁部（１３、１６）の表面でリチウム電池セルのパック（１０）を型締めするように、互いに係止される。これにより、構造的な剛性および取扱や振動による損傷からの保護が与えられる。リチウム電池セル集合体（５０）を形成するための複数のリチウム電池セルのパックおよび枠組体を整合しかつ積み重ねることを容易にするために、枠部材（２０、３０）のそれぞれは、複数のピン（２５）およびソケット（２６）を型締面（３３）の反対側に有する。枠部材（２０、３０）のそれぞれは、所定のリチウム電池パック集合体に対してすべての端子を母線（４０）に電気的に接続するために装入された母線（４０）を有する、母線取込機構（２２、３２）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム電池セルのパックの少なくとも３つの密封縁部を覆うような大きさの、４つの面の部材を含む第１の枠部材であって、枠組みされるリチウム電池セルのパックに対して間隙を備える大きさの開口部を有する前記第１の枠部材と、
前記リチウム電池セルの前記少なくとも３つの密封縁部を覆うような大きさの、４つの面の部材を含む第２の枠部材であって、枠組みされる前記リチウム電池セルに対して間隙を備える大きさの開口部を有する前記第２の枠部材と、
を備え、
枠組みのセル集合体を形成するために、前記第１の枠部材および前記第２の枠部材は、互いにかつ隣接する枠組体に嵌合する、相互係止可能な構造体を有し、
前記第１の枠部材および前記第２の枠部材のうちの少なくとも１つは、母線取込機構および、前記母線取込機構によって固定される母線を含み、
前記母線は、前記セル集合体を構成する前記リチウム電池セルのすべての陽極およびすべての陰極のうちの少なくとも１つと電気的に接続される、
リチウム電池セルの枠組集合体。
【請求項２】
さらに、前記第１の枠部材および前記第２の枠部材のうちの少なくとも１つは、前記リチウム電池セルのパックの端子に対して端子間隙機構を備える、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項３】
前記相互係止可能な機構は、ピンおよびソケット機構を備え、前記ピンおよびソケットは、前記隣接する枠組体を整合させるように組み合わされる、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項４】
さらに前記セル集合体のうちの少なくとも１つを密封するハウジングを備え、前記ハウジングは前記セル集合体に付加的な圧縮力を加える、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項５】
前記ハウジングは、上部および底部を備え、前記上部および底部は留め具で互いに固定される、請求項４に記載の枠組集合体。
【請求項６】
さらに前記セル集合体を挟持する一対の圧縮板を備え、前記圧縮板は前記セル集合体に対して付加的な圧縮力を加えるように互いに固定される、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項７】
さらに前記セル集合体に巻き付けるため少なくとも１つの圧縮帯を備え、前記圧縮帯は前記セル集合体に対して圧縮力を加える、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項８】
前記第１の枠部材と前記第２の枠部材とは同一の大きさである、請求項１に記載の枠組集合体。
【請求項９】
多数のリチウム電池セルのパックおよび枠組体を用意するステップと、
第１の前記多数のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の極性端子タブのようなものを、第２の前記多数のリチウム電池セルのパックおよび枠組体に、電気的に接続するステップと、
を備え、
前記電気的に接続するステップは、
枠組体の中に配置される端子溝に平行な位置に、第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の端子タブを配置し、
前記リチウム電池セルのパックおよび枠組体のそれぞれに母線保持機構を形成し、
極性それぞれに対して母線を形成し、
前記母線保持機構に前記母線を装入し、
前記母線に前記端子タブを固定し、
前記第１の枠組体に隣接して第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組体を、前記母線を前記第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の前記母線保持機構に摺動させることによって積み重ねる
ことを備える、リチウム電池セルの集合体を作成する方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの前記第２の枠部材は、さらに、前記隣接した枠組体の固定整合を可能にするピンおよびソケット機構を備え、枠組体それぞれの前記ピンおよびソケット機構を整合させることにより前記隣接した枠組体の方向を合わせるステップをさらに備える、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池集合体組立に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製のケースにリチウム電池セルを実装することは、米国特許第６、４０６、８１５号において見られるような技術として知られている。これらの金属製のケースは、取扱や振動の破損からセルを保護する利点を有する。また、これらは寸法が一致していて、米国特許第６、３６８、７４３号に開示されているとおり、単一の大きなパックの中に複数のケースを集約することを可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、金属製のケースは生産コストがかかり、個別の異なる構成は、さまざまな構成部品を製造するための新たな金型と、これらの構成部品を組み立てるための新しい工具を必要とする。そこで、封体部の中にリチウム電池セルを封入することによってリチウム電池セルのパックを作る技術や材料が開発されてきた。１つの類型は、米国特許第６、７２９、９０８号に見られる。不幸にも、これらの外装は、金属製のケースと同等の、構造的な剛性または取扱や振動からの保護をほとんど備えていないし、またリチウム電池セルのパックの厚みに固有のばらつきがあるため、セルの均一の大きさの集合体に集約させることもできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
セル枠は、リチウム電池セルのパックの外装封体部を、対向する側から外周部を囲むように型締めし、リチウム電池パックおよび枠組体を形成する。もし外装封体部が折り重ね式であるならば、枠は外装封体部の３カ所の密封縁部を型締めし、外装封体部底縁部を守り保護するために第４のまたは底面の縁部に凹面機構を備えることができる。もし、外装封体部が２つの別個の部品から作られ、その結果すべての４辺において密封されるのであれば、セル枠はすべての密封縁部を型締めするように設計され得る。一定のリチウム電池パック集合体に対する端子のすべてを、機械的にかつ電気的に、母線に接続することを容易にするよう所定の位置にしっかりと母線を保持する母線取込機構を、枠の部材は有する。
【０００５】
本発明の別の観点において、２つの枠部材は同一であり得る。その結果、単一の型穴から製造可能である。
【０００６】
本発明の別の観点において、リチウム電池パック集合体を形成するため、１つまたは複数の追加のリチウム電池セルのパックおよび枠組体を嵌合させかつ整合させるために、型締面の向こう側の面にピンおよびソケット機構を有する。
【０００７】
本発明の別の観点において、少なくとも１つのセル集合体を密封するハウジングが備えられる。ハウジングはセル集合体に対して付加的な圧縮力を加える。ある実施形態において、ハウジングは上部と底部からなり、締付具で互いに固定される。代替の実施形態では、１組の圧縮板はセル集合体を挟持し、圧縮板はセル集合体に付加的な圧縮力を加えるために互いに固定される。さらに他の実施形態において、少なくとも１本の圧縮帯を備える。圧縮帯は、圧縮力を加えるようにセル集合体を包み込む。
【０００８】
簡略化の目的で、用語“セル”はここでは、単一のセル、複数のセル、または他の基本的な電池セルの構成を意味する目的で用いられる。
【０００９】
付属の図面に関して、本発明は、例として記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
始めに図１を参照する。典型的なリチウム電池セルのパックが示され、全般的に符号１０に明示される。図１は、リチウム電池セルのパックが陽極端子１１，陰極端子１２、外装封体部１５、側面密封縁部１３、上面密封縁部１６、底縁部１４を含むことを示す。実際の陽極および陰極の集合体（電池セル）は、外装封体部１５の内部に隠れており、隠線によって示される。
【００１１】
好適な実施形態において、外装封体部１５は重合体で被覆されたアルミホイルの一片からできており、セルの底縁部１４でリチウム電池セルを囲むように折り重ねられ、次いで側面密封縁部１３および上面密封縁部１６においてそれ自身に封止される。また、外装封体部は２またはそれ以上の別々の部品から作ることができ、その場合はすべての４辺で密封され得る。
【００１２】
本発明の実施形態によると、図２は、第１の枠部材２０と第２の枠部材３０を示すが、これらは、これらの間に開示されているリチウム電池セルのパック１０上に型締めされる位置にある。好ましくは、枠部材２０および３０は、例えば容易に成型できるプラスチックからできたプラスチック枠である。比較的にコストがかからず構造的に充分な、代表的で容易に成型できるプラスチックは、ＡＢＳプラスチックである。もし、耐火プラスチックに対する必要性があれば、好ましくは、アブ−イサ氏の米国特許第６、８０９、１２９号に開示されているエラストマー耐火材料のような、耐火特性を有するプラスチックが使用される。
【００１３】
第１の枠部材２０および第２の枠部材３０は互いに圧締めされ、それによってリチウム電池セルのパック１０の側面密封縁部１３および上面密封縁部１６で型締めされるので、スナップタング３１は、枠部材を互いに係止するために、タング受け器２１を用いて枠部材３０および２０の周辺部の周りを複数の箇所でそれぞれ係合し、これによって枠組体の中にリチウム電池セルのパック１０を固定する。また、周縁部のまわりにあるタング３１は、リチウムセルに対してそれがセル枠の中に装入されるような整合機構としての役割を果たす。第１の枠部材２０および第２の枠部材３０の双方は、型締面３３が端子を型締めされないように、端子１１および１２が外装封体部から突き出す枠の一部で型締面３３の間隙を可能にする端子間隙機構３７を含む。好適な実施形態において、リチウム電池セルのパック１０の底縁部１４は、２つの枠が互いに係止されるときに一つになる２つの凹面３４により形成される端子溝によって所定位置に保持される。この端子溝はリチウム電池セルのパック１０の底縁部１４を保護することに役立つ。
【００１４】
また、図２は、２つの枠部材２０および３０が互いに係止された後にあるであろう直線位置の陽極端子１１および陰極端子１２を示す。さらに、図２は、第１の枠部材２０における母線取込機構２２、および第２の枠部材３０における母線取込機構３２を示す。これらの機構の機能は図３に関連して以下に示される。
【００１５】
図３を参照する。多数の多種多様なリチウム電池セルのパックおよび枠組体は、リチウム電池セル集合体５０を形成するよう積み重ねられて示される。枠構造は、枠部材反対側の型締面３３の側でピン２５およびソケット２６を採用することにより、この集合化を容易にする。ピン２５およびソケット２６は、隣接して枠組みされたセルを互いに動かないようにする。集合体５０のリチウム電池セルのパックの数は、集合体の所望の電気特性次第で決まる。
【００１６】
図３は、さらに、図２に示される母線取込機構２２、３２に位置づけられた、陽極用および陰極用の端子母線４０を示す。好適な実施形態において、第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の端子１１、１２は、端子溝２６、３６の中に折り重ねられて、母線の所望の長さが第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組体に装入される。次に、端子１１、１２は、好ましくは超音波を使って各母線４０に溶接される。続いて、第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の端子は、端子溝２６、３６の中に折り重ねられ、第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組体は、母線４０を第２のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の母線取込機構に整合させ、かつ、第１の集合体のピン２５およびソケット２６を対応する第２の集合体のソケット２６およびピン２５に整合させるような方法で、第１のリチウム電池セルのパックおよび枠組体の上に置かれる。もちろん、ピンおよびソケット機構に対して示される形状は、限定することは意図されず、数多くの他の嵌合形状が同一の機能を果たすように使用され得る。表示される円筒形状は、単に説明目的のためのものである。上述したとおり、第２の集合体の端子１１、１２は、例えば超音波を使って母線４０それぞれに溶接される。リチウム電池セルのパックおよび枠組体の所望の数がリチウム電池セル集合体５０を形成するように相互に積み重ねられるまで、この過程は続く。
【００１７】
セルを囲繞する、本発明に係るリチウムセル枠は、取り扱いの間、セル集合体５０に保護を与えるが、いったん電池パック内に実装されると、留め金機構２５および２６または他の相互係止機構によって加えられる以上の付加的な圧縮力は、ある使用用途に対して、セルを把持するために充分な圧縮力を与えないかもしれない。端子は一般的に壊れやすいホイル厚金属で構成されているので、枠とセルの間の相対運動は、結果として破損端子を生じ得る。
【００１８】
このように、付加的な圧縮型締力は、リチウムセルを型締めするために必要であろう。充分な型締力は、枠とセルの間の相対運動を確実にほとんどまたは全くないようにする。
【００１９】
本発明は、セル集合体を構成するセルに付加的な圧縮力を加える機構を備える。ある実施形態において、セル集合体５０は、所定の場所にリチウム電池セルのパックおよび枠組体のすべてを確実に保持するような方法で、集合体を保持するために適切な大きさの外部保護ケースにその後実装されることができ、枠部材に付加的な型締力を加え、さらにリチウム電池セルのパックを固定する。あるいは、セル集合体５０は、好適な内部構造によって確実に保持され得る。
【００２０】
図４（ａ）および（ｂ）は、筐体半分４１０、４２０が分離される構造を備える外部圧縮力の分解図を示すが、図４（ｂ）は、ボルトを使用することにより、それぞれ互いに固定される筐体半分４１０および４２０を示す。電池パック筐体に使用される典型的な材料は、プラスチックである。もし、追加の強度が必要であれば、必要な物理的特性を獲得するためにプラスチックへの混和剤が利用され得る。もし、混和剤が筐体に対して充分な強度および剛性を与えないようであれば、金属とプラスチックの混合物が、追加の強度を補充するために製造され得る。
【００２１】
図４（ａ）において、（３つの）セル集合体５０が、筐体半分４２０に配置されて示される。図４（ａ）に見られるとおり、蓋が閉じられかつ圧縮力がセル階層に加えられる前に、母線が好ましくは中央母線構造体に取り付けられる。電池筐体のボルト４１２とともにボルト留め機構４１１は、枠とセル集合体５０を構成するセルとの間の相対運動を極小化しまたは除去する、所望の力を与える。ボルト４１２は、図４（ａ）および（ｂ）に示されるが、他の留め具が使用されてもよい。
【００２２】
図４（ａ）に示される電池パック筐体は、直列に接続された７段のセル階層を収容する。表示される残りの空き四半分は、例えば、保護電子機器回路、ヒューズ、コネクタ、および内蔵配線用ハーネスのような電池パック補助機器を実装するために使用され得る。また、電池パック筐体は、セル階層を囲むように嵌合を形成するための機構を収容し、さらに好ましくは、外側のセルに接続して機能する、同一のソケットおよびピン機構を含む。
【００２３】
また、セル集合体５０は、電池内部の半集合体の一部として圧縮システム金具を含むように構成され得る。図５（ａ）および（ｂ）に示される構造を与える代替力において、内部構造が圧縮力を加えるように使用される。これは、さまざまな構造体を使用して遂行され得る。図５（ａ）は、圧縮板５１０および、枠とセル集合体５０を構成するセルとの間の相対運動を極小化または除去するボルト留め機構５１１に嵌合する圧縮ボルト（図示されない）を利用する内部圧縮システムを示す。図５（ｂ）は、圧縮拘束帯５４０と併用して圧縮板５１０を利用する内部圧縮システムを示す。２つの拘束帯５４０は、図５（ｂ）に示されるが、１本の拘束帯または２本以上の拘束帯が使用され得る。
【００２４】
上述の図４（ａ）、（ｂ）および図５（ａ）、（ｂ）は、構造体に加える、いくつかの好適な圧縮力の単なる例である。通常の従来技術を有する者は、本発明の仕組みの多くの異なる種類が可能であることを理解するであろう。
【００２５】
図６（ａ）乃至（ｄ）は、４Ｖモジュールを形成するための４つのセルを有する本発明に係る例示的な枠組セルモジュール組立てにおけるステップを示す。ステップ（ａ）において、第１のセル／枠組体は、母線を覆って据えられる。好ましくは、セルの溶接タブは、超音波を使って母線に溶接される。ステップ（ｂ）乃至（ｄ）において、連続するセル／枠組体は、母線を覆って据えられ、それから４Ｖ枠組モジュールを形成するため超音波を使ってそれぞれ母線に溶接される。
【００２６】
図７（ａ）乃至（ｄ）は、例示的な組立過程におけるステップを示し、このステップは、本発明に係る複数の枠組セルの外部保護ケースへの装入を示す。図７（ａ）において、第１のセル枠階層は外枠の底部半分に装入される。図７（ｂ）は、外枠の底部半分に装入された４つの階層を示す。図７（ｃ）は、図７（ｂ）において示された４つの階層の上の中央母線板の実装後であって、かつ、母線の上に据えられた追加の３つの階層の後の、結果として生じた構造体を示す。図７（ｄ）は、すべての母線ボルトおよび最後の母線を取り付けた後の、結果として生じた電池組立体を示す。図７（ｄ）に示される組立体は、図４（ａ）に示された底枠半分に装入されたものとして示されたものと同一である。
【００２７】
ここに図示され詳細に説明された、特定の電池セルを固定するための方法および装置は、本発明の上述目的を全面的に達成することができるが、それは本発明の現在における好適な実施形態であり、それゆえ、本発明によって広範囲に思索される主要課題を代表するものであること、本発明の趣旨が、当業者に自明であるかもしれない他の実施形態を全面的に含んでいること、かつ、それゆえに本発明の趣旨が付属の請求項に限定されないこと、例えば単数の要素に関しては、はっきりとそのように言及しないかぎり、“唯一の”を意味するようには意図されておらず、むしろ１またはそれ以上であることが理解されるべきである。この技術の通常の専門家に知られまたは後に知られることとなる上述好適な実施形態における構成要素についての、すべての構造的かつ機能的な均等物は、参照によりここに明確に取り込まれ、本請求項によって含まれるように意図されている。さらに、装置または方法については、本発明によって解決されるべき個々およびすべての問題に対処するためには必要とされないが、本発明の請求項に包含される。またさらに、本発明に開示される構成要素、部品、または方法のステップは、この構成要素、部品、または方法のステップが本請求項に明示的に引用されていないかぎり、公に献辞することは意図されない。請求項中の構成要素は、構成要素が、“〜するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）”の文言を用いて明示的に説明していないかぎり、米国連邦法規類集第３５巻第１１２条第６段落の下で解釈されない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】外装封体部に密封されてリチウム電池セルのパックを形成する、従来技術のリチウム電池セルの例を示す図である。
【図２】リチウム電池セルのパックの密封縁部で型締めされる前の位置における２つの枠部材を示す図である。
【図３】陽極および陰極の母線を有する、複数のリチウム電池セルのパックの階層であって、リチウム電池セル集合体を形成する図を示す。
【図４】外部圧縮力を与える構成の分解図であり、（ａ）は筐体半分が分離された図、（ｂ）は筐体半分が後にボルトを用いて互いに固定された図である。
【図５】（ａ）は圧縮板と圧縮ボルトを使用する内部の圧縮システムを示す図であり、（ｂ）は、セル集合体に巻き付ける圧縮帯を使用する別の内部の圧縮システムを示す図である。
【図６】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る例示的な枠組セルモジュール組立におけるステップを示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｄ）は、本発明に係る複数の枠組セルの外部保護ケース内への装入を示す図である。
【図１】
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【図２】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
2008537299.tif 000014
【図７Ｂ】
2008537299.tif 000015
【図７Ｃ】
2008537299.tif 000016
【図７Ｄ】
2008537299.tif 000017
【国際調査報告】
2008537299.tif 000018