(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する一体型のフレームと、
前記取付け面に配置された取付け特徴部、および、前記フレームの対称面について前記取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置された相補形取付け特徴部と、を含み、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定し、
前記取付け特徴部および前記相補形取付け特徴部の一方が、前記開口部に対して内側に突き出ているＬ字形アームを含み、前記取付け特徴部および前記相補形取付け特徴部の他方が、前記開口部に対して外側に突き出ているＬ字形アームを含む、バッテリセルを収納するためのフレーム部材。
【請求項２】
前記取付け特徴部が、前記取付け面に配置された複数の取付け特徴部を含み、前記相補形取付け特徴部が、前記取付け面に配置された対応する複数の相補形取付け特徴部を含み、前記複数の取付け特徴部のそれぞれが、前記対称面について対称に対向している前記相補形取付け特徴部のうちの対応する相補形取付け特徴部を有する、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項３】
前記複数の取付け特徴部の少なくとも２つが、前記周囲壁に沿って互いに概ね対向しており、前記対称面について対称に対向している対応する少なくとも２つの相補形取付け部材も、前記周囲壁に沿って互いに概ね対向している、請求項２に記載のフレーム部材。
【請求項４】
前記取付け表面からの突起および対合用の窪みをさらに含み、前記突起および前記窪みが前記対称面について対称に対向している、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項５】
前記突起が前記取付け表面および複数の対合用窪みからの複数の突起を含み、前記突起および前記窪みが前記対称面について対称に対向している、請求項４に記載のフレーム部材。
【請求項６】
前記取付け表面からの複数の突起および対合用窪みをさらに含み、前記複数の突起のそれぞれが、前記対称面について対称に対向している前記複数の窪みのうちの対応する窪みを有する、請求項２に記載のフレーム部材。
【請求項７】
前記周囲壁に形成された少なくとも２つの電極溝をさらに含む、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項８】
２つの電極溝が対称軸について対称に対向している、請求項７に記載のフレーム部材。
【請求項９】
前記フレームがエンジニアリングプラスチックを含む、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項１０】
エンジニアリングプラスチックが熱硬化性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーを含む、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項１１】
前記周囲壁が、正多面体、円、半円、楕円、半楕円、弦、または他の不規則に曲がっており閉じている形状の形を含む形を有する、請求項１に記載のフレーム部材。
【請求項１２】
前記フレームの形状が長方形を含む正多面体である、請求項１１に記載のフレーム部材。
【請求項１３】
前記周囲壁が、第１の側壁および対向している第２の側壁、前記第１の側壁と前記第２の側壁のそれぞれの上部端の間に延在している上部壁、前記第１の側壁と前記第２の側壁のそれぞれの下部端の間に延在している下部壁を含む、請求項１２に記載のフレーム部材。
【請求項１４】
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第１の一体型フレームであって、取付け特徴部が前記取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、前記フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置されており、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、第１の一体型フレームと、
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第２の一体型フレームであって、取付け特徴部が前記取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、前記フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置されており、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、第２の一体型フレームと、
第１の面および第２の面を有する冷却部材であって、前記第１の面が第１のフレームの前記取付け面に取り付けられて第１の開口部を覆っており、前記第２の面が第２のフレームの前記取付け面に取り付けられて第２の開口部を覆っている、冷却部材と、
を含み、前記取付け特徴部が、前記開口部に対して外側に突き出ているＬ字形アームを含み、かつ前記相補形取付け特徴部が、前記開口部に対して内側に突き出ているＬ字形アームを含む、バッテリセルを収納するためのフレームアセンブリ。
【請求項１５】
前記冷却部材が、前記第１のフレームと前記第２のフレームの間に広がる冷却流体を受け入れるように構成された吸入口と、前記第１のフレームと前記第２のフレームの間に広がる前記冷却流体を排出するように構成された排出口とを有する、請求項１４に記載のフレームアセンブリ。
【請求項１６】
前記冷却部材が、金属またはエンジニアリングプラスチックの波形シートを含み、前記冷却流体が液体または気体である、請求項１５に記載のフレームアセンブリ。
【請求項１７】
前記冷却部材が、前記吸入口および前記排出口に流動可能に結合した通路を有する、金属またはエンジニアリングプラスチックの薄壁ハウジングを含む、請求項１５に記載のフレームアセンブリ。
【請求項１８】
前記冷却部材が、前記第１のフレームの周囲壁および前記第２のフレームの周囲壁の外側に延びている少なくとも１つの伝導性フィンを有する熱伝導性プレートを含む、請求項１４に記載のフレームアセンブリ。
【請求項１９】
前記熱伝導性プレートが、金属もしくは熱伝導性ポリマー、またはそれらの組合せを含む、請求項１８に記載のフレームアセンブリ。
【請求項２０】
前記第１のフレームの開口部に配置された第１のバッテリセルと、
前記第２のフレームの開口部に配置された第２のバッテリセルと、
をさらに含む、請求項１４に記載のフレームアセンブリ。
【請求項２１】
第１のフレーム／バッテリセルアセンブリを構成し、
前記第１のフレーム／バッテリセルアセンブリと同一の第２のフレーム／バッテリセルアセンブリをさらに含み、第１のフレームアセンブリの第２のフレームが、前記第２のフレーム／バッテリセルアセンブリの第１のフレーム／バッテリセルに取り付けられており、前記第１のフレーム／バッテリセルアセンブリの第２のフレームの取付け特徴部が、前記第２のフレーム／バッテリセルアセンブリの第１のフレームの相補形取付け特徴部に取付け可能に係合しており、第１のフレームアセンブリの第２のフレームの相補形取付け特徴部が、前記第２のフレーム／バッテリセルアセンブリの第１のフレームの取付け特徴部に取付け可能に係合しており、前記第１のフレーム／バッテリセルアセンブリの第２のバッテリセルと、前記第２のフレーム／バッテリセルアセンブリの第１のバッテリセルとが、それによって取り込まれてバッテリモジュールを構成している、請求項２０に記載のフレームアセンブリ。
【請求項２２】
前記第１のフレーム／バッテリセルアセンブリと同一のさらなる複数のフレーム／バッテリセルアセンブリをさらに構成し、前記フレーム／バッテリセルアセンブリのうちの対応するフレーム／バッテリセルアセンブリのそれぞれが、前記対応するフレーム／バッテリセルアセンブリのうちの１つの第１のフレームに取り付けられた、前の方にある対応するフレーム／バッテリセルアセンブリのうちの１つを有しており、前記前の方にある対応するアセンブリのうちの１つの第２のフレームの取付け特徴部が、前記対応するアセンブリのうちの１つの第１のフレームの相補形取付け特徴部と取付け可能に係合しており、前記前の方にある対応するアセンブリのうちの１つの第２のフレームの相補形取付け特徴部が、前記対応するアセンブリのうちの１つの第１のフレームの取付け特徴部と取付け可能に係合しており、前記複数のフレーム／バッテリセルアセンブリと、前記複数のフレーム／バッテリセルアセンブリの間に取り込まれているバッテリセルとが、前記バッテリモジュールを定めている、請求項２１に記載のフレームアセンブリ。
【請求項２３】
最初のフレーム／バッテリセルアセンブリの第１のバッテリセルと、前記複数のフレーム／バッテリセルアセンブリのうちの対応する最後のフレーム／バッテリセルアセンブリの第２のバッテリセルとが省かれている、請求項２２に記載のバッテリモジュール。
【請求項２４】
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が前記取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、前記フレームの対称面について前記取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置されており、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップを含み、
前記取付け特徴部が、前記開口部に対して外側に突き出ているＬ字形アームを含み、かつ前記相補形取付け特徴部が、前記開口部に対して内側に突き出ているＬ字形アームを含む、バッテリセルを収納するためのフレーム部材を作製する方法。
【請求項２５】
形成ステップが、前記一体型フレームを形成するためにエンジニアリングプラスチックを射出成形するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第１の一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が前記取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、前記フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置されており、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップと、
取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第２の一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が前記取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、前記フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している前記取付け面に配置されており、前記周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップと、
第１の面および第２の面を有する冷却部材を形成するステップと、
前記冷却部材の前記第１の面を第１のフレームの前記取付け面に取り付け、それによって第１の開口部を覆うステップと、前記冷却部材の前記第２の面を第２のフレームの前記取付け面に取り付け、それによって第２の開口部を覆うステップと、
を含み、
前記取付け特徴部が、前記開口部に対して外側に突き出ているＬ字形アームを含み、かつ前記相補形取付け特徴部が、前記開口部に対して内側に突き出ているＬ字形アームを含む、バッテリセルを収納するためのフレームアセンブリを作製する方法。
【請求項２７】
前記冷却部材の前記第１の面を取り付けるステップ、および前記冷却部材の前記第２の面を取り付けるステップの一方が、超音波溶接、サーモソニック溶接、熱板溶接、もしくは接着剤接合、またはこれらの組合せを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
複数のフレームアセンブリを作製するステップと、前記複数のフレームアセンブリのうちの第１のフレームアセンブリと第２のフレームアセンブリの間に少なくとも１つのバッテリセルを挿入するステップであって、前記少なくとも１つのバッテリセルがフレーム開口部の少なくとも一方の中に配置される、ステップと、
前記フレームアセンブリのうちの第１の対応するフレームアセンブリの第２のフレームの取付け特徴部を、前記フレームアセンブリのうちの第２の対応するフレームアセンブリの第１のフレームの相補形取付け特徴部に取付け可能に係合させ、前記フレームアセンブリのうちの前記第１の対応するフレームアセンブリの前記第２のフレームの相補形取付け特徴部を、前記フレームアセンブリのうちの前記第２の対応するフレームアセンブリの前記第１のフレームの取付け特徴部に取付け可能に係合させるステップと、
をさらに含み、前記フレームアセンブリのうちの第１の対応するフレームアセンブリと第２の対応するフレームアセンブリとの間に前記少なくとも１つのバッテリセルが取り込まれており、前記フレームアセンブリの前記冷却部材の少なくとも１つに前記バッテリセルが熱的に結合しており、前記フレームアセンブリのうちの前記第１のフレームアセンブリおよび前記第２のフレームアセンブリならびに前記少なくとも１つのバッテリセルがバッテリモジュールを含む、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、バッテリセルフレーム部材、バッテリセルフレーム部材から作製されるフレームアセンブリおよびバッテリセルアセンブリ、ならびにこれらを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、組立ておよびサービス用に複数のバッテリセル保持フレームを積み重ねて位置合わせすることに関する課題と、様々な冷却方法を用いるための柔軟性に関する課題との2つの課題を解決する。
【０００３】
ガソリン-電気ハイブリッド自動車およびディーゼル-電気ハイブリッド自動車ならびにプラグイン電気自動車における自動車用途などの様々な車両用途を含む様々な比較的新しい用途に向けた、リチウムポリマー(LiPo)バッテリなどの高エネルギー密度バッテリの利用の広がりによって、バッテリ技術、特にこれらのバッテリの実装技術に対する要求が増大している。これらの用途で用いる場合にはバッテリモジュールの状態で使用するために、比較的大型の比較的多数のバッテリセルを同時に実装する必要があるため、これらのバッテリモジュールの大量生産および大量組立てに特に適した低コスト実装技術の開発は、この技術の実用化に成功するために非常に重要である。
【０００４】
従来の実装技術は、バッテリセルをバッテリモジュールに組み立てるのに多くの部品を必要とし、比較的複雑であった。これらには、セルを取り込むために用いられるいくつかの異なるプラスチックフレームおよび支持部品、ならびに、これらの部品を含む複数のパッケージ化セルのさらなるアセンブリが含まれ、プラスチックフレームおよびフレーム関連部品の組立てに関係する多くの留め具が使用される。また、これらの部品は、バッテリモジュールに用いられる各セルの縁の周りもしくは表面全体にわたる成形プラスチックフランジまたは他の特徴部を含んでいる。こうした成形の工程は、バッテリセルを破損する可能性、ならびにこのような特徴部の成形、試験、および検査に伴う高い材料費ならびに人件費のため、一般には望ましくない。
【０００５】
従来は、組立てプロセスを支援するために、フレームおよび関連部品に位置合わせ特徴部を組み込むことが利用されてきたが、これは、特にバッテリフレームおよびバッテリモジュールを形成してそれらを組み立てるのに利用される部品数の点で、これらの部品の組込みが面倒な場合があることによって制約されている。
【０００６】
また従来は、アセンブリに含まれる多数の部品およびそれによってアセンブリに加えられる複雑、ならびにこれらの複雑なアセンブリ内で必要とされる熱結合をも提供しながらアセンブリの冷却を維持し冷却剤の漏れを最小限にする必要のために、冷却機能をバッテリモジュールに組み込む要求も困難であった。従来の冷却方式に関係する複雑さのために、用いられる冷却装置と冷却方法の変更を含む冷却システムの変更によって、バッテリモジュールの大幅な再設計が必要となる。したがって、モジュールの冷却負荷が予想より大きいと冷却システムを変更することは困難となり、大幅な設備変更、冷却システムの再認定などが一般に必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そのため、アセンブリに対する所望のコスト、所望の構造的、機械的、熱的、および他の特性を提供しながらも、より簡単な組立てと、結果的に得られるモジュールを冷却するためのより高い自由度とを可能にする設計および材料を有する、バッテリモジュールをパッケージングするための改良部品を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概して、本発明は、バッテリセルを収納するためのフレーム部材を提供する。このフレーム部材は、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する一体型フレームを含む。このフレーム部材はまた、取付け面に配置された取付け特徴部、および、フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置された相補形取付け特徴部を含み、周囲壁は、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している。
【０００９】
さらに、本発明はまた、バッテリセルを収納するためのフレームアセンブリを提供する。このフレームアセンブリは、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第1の一体型フレームであって、取付け特徴部が取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、フレームの対称面について第1の取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置されており、周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、第1の一体型フレームを含む。このフレームアセンブリはまた、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第2の一体型フレームであって、取付け特徴部が取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、フレームの対称面について第1の取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置されており、周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、第2の一体型フレームを含む。このフレームアセンブリはまた、第1の面および第2の面を有する冷却部材であって、第1の面が第1のフレームの取付け面に取り付けられて第1の開口部を覆っており、第2の面が第2のフレームの取付け面に取り付けられて第2の開口部を覆っている、冷却部材を含む。
【００１０】
その上さらに、本発明はまた、バッテリセルを収納するためのフレーム部材を作製する方法を含む。この方法は、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、フレームの対称面について取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置されており、周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップを含む。
【００１１】
その上さらに、本発明はまた、バッテリセルを収納するためのフレームアセンブリを作製する方法を含む。この方法は、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第1の一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、フレームの対称面について第1の取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置されており、周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップを含む。この方法はまた、取付け面および反対側の冷却面をもつ周囲壁を有する第2の一体型フレームを形成するステップであって、取付け特徴部が取付け面に配置されており、相補形取付け特徴部が、フレームの対称面について第1の取付け特徴部と対称に対向している取付け面に配置されており、周囲壁が、バッテリセルを対合によって内部に受け入れるように構成された開口部を画定している、ステップを含む。この方法はまた、第1の面および第2の面を有する冷却部材を形成するステップを含む。この方法はまた、冷却部材の第1の面を第1のフレームの取付け面に取り付け、それによって第1の開口部を覆うステップと、冷却部材の第2の面を第2のフレームの取付け面に取り付け、それによって第2の開口部を覆うステップとを含む。
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、好ましい実施形態の詳細な説明から当業者にはより明白となろう。詳細な説明に付随する図面を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本明細書で開示されるフレーム部材の例示的実施形態の斜視図である。
【図２】図1の切断面2-2における断面図である。
【図３】図1の切断面3-3における断面図である。
【図４】図1の切断面4-4における断面図である。
【図５】図1の切断面5-5における断面図である。
【図６】図1の切断面6-6における断面図である。
【図７】図1の切断面7-7における断面図である。
【図８】図1の部分8の拡大斜視図である。
【図９】図1の部分9の拡大斜視図である。
【図１０】本明細書で開示される冷却部材の第1の例示的実施形態の斜視図である。
【図１１】本明細書で開示されるフレームアセンブリの例示的実施形態の正面図である。
【図１２】図11のフレームアセンブリの斜視図である。
【図１３】取付け可能な係合の前に位置合わせされている取付け特徴部と相補形取付け特徴部をそれぞれ有する、図1に示されているタイプの一対のフレーム部材の上面図である。
【図１４】本明細書で開示されるバッテリセルの例示的実施形態である。
【図１５】本明細書で開示されるフレーム/バッテリセルアセンブリおよびバッテリモジュールの例示的実施形態の分解斜視図である。
【図１６】本明細書で開示されるフレーム/バッテリセルアセンブリおよびバッテリモジュールの第2の例示的実施形態の斜視図である。
【図１７】図16の切断面17-17における断面斜視図である。
【図１８】図17の部分18の拡大断面斜視図である。
【図１９】本明細書で開示される冷却部材の第2の例示的実施形態の斜視図である。
【図２０】本明細書で開示されるフレームアセンブリの第2の例示的実施形態の斜視図である。
【図２１】本明細書で開示される冷却部材の第3の例示的実施形態の斜視図である。
【図２２】本明細書で開示されるフレームアセンブリの第3の例示的実施形態の斜視図である。
【図２３】図19の切断面23-23における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図1〜図18、特に図1を参照すると、バッテリセル100(図14〜図18参照)を収納するためのフレーム部材10が開示されている。フレーム部材10は、一体型フレーム12、取付け特徴部14、および相補形取付け特徴部16を含む。一体型フレーム12は、フレームを囲っている周囲壁18を含む。周囲壁18は、取付け面20および反対側の冷却面22を含む。反対側の冷却面22および取付け面20は、周囲壁18の両面を定めている。また周囲壁18は、バッテリセルを受け入れるように適合したサイズおよび形状を有することによってバッテリセル100を内部に受け入れるように構成された開口部を含む。開口部24およびバッテリセル100の少なくとも一方は、対合して係合するように構成されている。例えば、開口部24の全てまたはその一部の周りにリム26を設けることがこれに含まれ得る。また、バッテリセル100の周囲の周りの1つもしくは複数のセルフランジ(cell flange)102、または1つもしくは複数の中央突起部分104、またはそれらの組合せを含むこともできる。
【００１５】
また、一体型フレーム12は、突起つまみ31の形状である突起30などの1つまたは複数の位置合わせ特徴部28を含むことができる。位置合わせ特徴部28と共に、一体型フレーム12は、窪みスロット35の形状である窪み34などの、複数の位置合わせ特徴部28に対応する1つまたは複数の相補形位置合わせ特徴部32をさらに含むことができる。突起30は、取付け面20の隣接部分の上方に延びている。同様に、窪み34は、取付け面20の隣接部分に対して窪んでいる。本明細書で説明するように、突起つまみ31の形状である突起30などの位置合わせ特徴部28は、フレーム部材10の組立てに関連する隣接するフレーム部材10の位置合わせを行うために、窪みスロット35の形状である窪み34などの相補形位置合わせ特徴部32と共に機能するように構成されている。取付け特徴部14および相補形取付け特徴部16、ならびに位置合わせ特徴部28および相補形位置合わせ特徴部32の両方は、取付け面20の上に位置しており、それぞれの取付け特徴部と相補形取付け特徴部が対称面36の両側で互いに対称に対向するように、対称面36について対称に配置されている。この構成は、本明細書でさらに説明するように、取付け特徴部と相補形取付け特徴部のそれぞれの好適な選択と対称配置によって、複数の同じフレーム部材10を互いに揃えて互いに対して取り付けることができるため、特に有利である。単一のフレーム部材10の使用は、本明細書において説明する方法でフレーム部材10を利用するフレームアセンブリ、フレーム/バッテリセルアセンブリ、およびバッテリモジュールの組立てに必要な様々な部品の数の低減を伴い、フレーム部材10の設計および製造および使用を簡単にするため有利である。
【００１６】
例示的実施形態では、一体型フレーム12は、周囲壁18に沿って取付け面20に配置される電極溝(electrode channel)38をさらに含んでもよい。この電極溝は、開口部24から外側に取付け面20を通って一体化フレーム12の外面まで延びている。電極溝38は、バッテリセル100(図14〜図18参照)の電極106を受け入れるのに十分な、深さを含むサイズと形状(例えば、幅と長さ)で構成されている。バッテリセル100の典型的な構成では、逆の極性を有する106+および106-などの2つの電極106が含まれるため、図14〜図18に示されている例示的実施形態は、2つの電極溝38を含むことができる。あるいは、単一の溝で2つの電極106を受け入れるように、特に電極の幅を基準にして単一の電極溝を構成することもできる。さらに、異なる方向に外側に延びている電極106を有する複数のバッテリセル100を含む、複数のバッテリセル100を受け入れるようにフレーム部材100を構成することができるため、取付け面20は、任意の所望数の電極溝38を含む、対応する複数の電極溝38を含むことができる。例示的実施形態では、一体型フレーム12が単一の拡張した電極溝38を含む場合でも複数の電極溝38を含む場合でも、取付け特徴部および位置合わせ特徴部について上記で説明した相補的関係と同様に、少なくとも2つの電極溝を対称面36について互いに対向して対称に配置することができ、それによって、2つの隣接するフレーム部材10が互いに対して取り付けられる場合は、一方のフレーム部材10の溝38と他方のフレーム部材10の相補形の溝38とが揃えられ、それによって溝38の厚さが2倍となる。
【００１７】
フレーム部材10は、正多面体もしくは不規則多面体の形、円、半円、弦、楕円、半楕円、または、他の曲がっており閉じている形を含む任意の好適な閉じた形を周囲壁18が有するように、任意の形状を有することができる。製造の容易さ、実装密度、複数のフレーム部材の実装、およびフレーム部材の動的安定性に関して特に有用な形は、正多面体、特に長方形である。図1に示されているように、周囲壁18は、第1の側壁40および対向する第2の側壁42、ならびに、第1の側壁40の上部端46と第2の側壁42の上部端48との間に延在している上部壁44を含む。さらに周囲壁18は、第1の側壁40の下部端52と第2の側壁42の下部端54との間に延在している下部壁50を含む。留意されるように、周囲壁18と、第1の側壁40、第2の側壁42、上部壁44、および下部壁50は、それぞれ一体化しており、言い換えれば、連続して形成されている。一体型周囲壁18は、様々な種類の成形を含む任意の好適な形成方法によって形成することができる。様々なコポリマー、充填ポリマーなどを含む熱硬化性ポリマーもしくは熱可塑性ポリマー、またはそれらの組合せを含むエンジニアリングプラスチックを用いることができる。好適な成形方法は射出成形である。好適なエンジニアリングプラスチックの例は、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)である。
【００１８】
図1〜図9を参照すると、フレーム部材10の形状に応じて、取付け特徴部14および相補形取付け特徴部16の様々な構成が使用され得る。図1に示されているように、取付け特徴部14は、開口部24の外周の周りに延びており、上部壁44の第1の部分56に沿って面36から離れて第1の側壁40まで延び、次いで第1の側壁40に沿って下方に下部壁50の第1の部分58まで延び、次いで下部壁50の第1の部分58に沿って面36に向かって延びている。同様に、相補形取付け特徴部16は、上部壁44の(取付け特徴部14に対して)対向する第2の部分60に沿って面36から離れて延び、次いで第2の側壁42に沿って下方に下部壁50の第2の部分62まで延び、次いで下部壁50の第2の部分62に沿って面36に向かって延びている。取付け特徴部14の部分(例えば、第1の部分56)は、周囲壁18に沿う取付け部分14の別の部分(例えば、第2の部分58)に実質的に対向して、かつ、開口部24をまたいで互いに実質的に対向して配置されることが望ましい。この構成が、隣接するフレーム部材10の壁18の外周に沿う封止部分の少なくとも2つの対向点をもたらすことが図1〜図9、図13、および図15〜図18から理解される。フレーム部材10の互いに対する安定した取付け、およびフレーム部材の間の1つまたは複数のバッテリセル100の取込みを確実なものとするために、これらの図に示されている別の望ましい構成は、ほぼ半分であるような、開口部24の外周の第1の部分の周りを延びている1つまたは複数の取付け特徴部14と、ほぼ残りの半分であるような、開口部24の外周の第2の部分を延びている1つまたは複数の相補形取付け特徴部16とを設けることである。このような構成によって、電極溝38、1つまたは複数の位置合わせ特徴部28、および1つまたは複数の相補形位置合わせ特徴部32と関連する部分を除いて、開口部24のほぼ全ての外周に沿う隣接する両フレーム部材10の間の封止が実現される。取付け特徴部14および相補形取付け特徴部16は、隣接する両フレーム部材10の取付け可能な係合と、安定した取付けとを可能にする任意の好適な構成を有することができる。これには、突起部分が、結合用の雌部分すなわち相補形雌部分と取付け可能に係合され得る雄/雌取付け特徴部のあらゆる方法が含まれる。図1〜図9、図12、図13、および図15〜図18、特に図1〜図9に示されているように、取付け特徴部14は、(開口部24に対して)外側に突き出ているL字形アーム15を有することができ、また相補形取付け特徴部16は、(開口部24に対して)内側に突き出ているL字形アーム17を含むことができ、取付け特徴部14および相補形取付け特徴部16を互いに隣接して配置し(図13参照)、それらを第1の方向指示矢印56および第2の方向指示矢印58が示す方向に同時に押し付けるように隣接する両フレーム部材10が位置決めされるときに、それぞれのL字形アーム15、17は、部分的に重なってロックする構成で互いに係合するように構成されている(図13参照)。取付け特徴部14、16のそれぞれの相補的なL字形アーム15、17は、状況に応じて外側および内側に曲がり、外側および内側に延びるアームが互いに重なってそれらが関係しているフレーム部材10を係合させてロックするよう互いの上に乗るように構成されている。
【００１９】
バッテリモジュール400の構造においてフレーム部材10を用いるためには、冷却を行う部品をモジュール内に含むことも必要である。図10〜図18を参照すると、バッテリモジュール400の冷却は、冷却部材70の組込みによって行うことができる。特に図10を参照すると、冷却部材70は、熱伝導性波形シート72を含み得る。波形シート72は、波形シートの幅(w)の端から端まで延在している複数の溝74を有する。冷却溝74は、バッテリセル100およびフレーム部材10を含む、バッテリモジュール400の他の部品と共に機能して、本明細書で説明するように、バッテリモジュール400を冷却するために、バッテリモジュール400を通じて空気などの冷却流体を循環させるための、対応する複数の冷却管および関連する流れの経路をもたらす。
【００２０】
冷却部材70は、アルミニウムなどの様々な金属および金属合金、ならびに様々な熱伝導性ポリマーまたは金属ポリマー複合材料などの他の熱伝導性材料を含む任意の好適な伝導性材料で形成することができる。冷却部材70は、任意の好適な方法によって形成することができる。冷却部材70が金属または金属合金を含む場合、冷却溝74を含む冷却部材70を形成するために金属スタンピングを用いることができる。冷却部材70は、開口部24の少なくとも一部を封止するのに十分なサイズおよび形状を有することになる。一実施形態では、冷却部材70は、図11、図12、図15、および図16〜図18に示されているように、開口部24を完全に封止するのに十分なサイズおよび形状を有する。図16〜図18に示されているように、冷却部材70は、フレーム12の冷却面22に取り付けられるように構成されている。冷却部材70は、冷却部材70と冷却面22の間に継手を形成することによって、冷却面22に取り付けることができる。溶接継手、接着継手などを含む任意の好適な継手を用いることができる。これらの継手は、超音波溶接、サーモソニック溶接、熱板溶接、レーザ溶接、もしくは接着剤接合、またはこれらの組合せによって形成することができる。フレーム部材10および冷却部材70を取り付けるために個別の留め具を使用することも可能であり、本明細書で意図されている継手の範囲に含まれる。冷却部材70は、冷却部材70と冷却面22の間の継手、および、冷却部材70の両端部における取付けフランジ78を形成することによって、上部壁44および下部壁50の所で冷却面22に接合することができる。また、冷却部材70およびフレーム部材10は、冷却溝74および冷却面22の接触点の所に継手を形成することによって、第1の側壁40および第2の側壁42に沿って接合することもできる。
【００２１】
冷却部材70の第1の表面73に第1のフレーム部材10を取り付けることに続き、冷却部材70の反対側の第2の表面75に第2のフレーム部材10を接合することができる。用いられる継手と接合方法は、第1のフレーム部材10と冷却部材70を接合するために用いたものと同じでもよく、また異なる継手と接合方法が用いられてもよい。説明した方法で接合された第1のフレーム部材10、冷却部材70、および第2のフレーム部材10によって、フレームアセンブリ200がもたらされる。第1のフレーム部材10および第2のフレーム部材10の向きは、両方の部材が、冷却部材70の同じ端部に取り付けられた両方の部材それぞれの上部壁44を有するような向きが特に望ましいが、それは、フレームアセンブリ200の上部端202に全ての電極溝38が配置される構成が提供されるためである。しかし、フレーム部材10の対称性のため、第1のフレーム部材10の上部壁44が冷却部材70の一方の端部に取り付けられた状態で第1のフレーム部材10が取り付けられており、冷却部材70の反対側の端部に取り付けられた上部壁を第2のフレーム部材10が有する他の構成(図示せず)も可能であり、それによって、それぞれのフレーム部材10の電極溝38は、冷却部材70の両端部にそれぞれ配置される。
【００２２】
図15〜図18を参照すると、少なくとも1つのバッテリセル100と共に第1のフレームアセンブリ200および第2のフレームアセンブリ200を用いて、フレーム/バッテリセルアセンブリ300を提供し、同時に、図15〜図18に示されているように、バッテリモジュール400の基本要素を定めることができる。特に有用な構成では、第1のフレームアセンブリ200、第2のフレームアセンブリ200が含まれ、第1のフレームアセンブリ200と第2のフレームアセンブリ200の間には2つのバッテリセルが配置され、同じ極性の電極がフレームアセンブリ200の対向面に向いている。バッテリセルは、バッテリセルの周囲フランジ102がリム26に隣接して配置されるように配置される。さらに、第1のフレームアセンブリ200および第2のフレームアセンブリ200は、それらのそれぞれの取付け特徴部14および相補形取付け特徴部16が本明細書で説明した方法で互いに係合して第1のフレームアセンブリ200と第2のフレームアセンブリ200を互いに固定するように、同時に押し付けられ、それによって一対のバッテリセル100が第1のフレームアセンブリ200と第2のフレームアセンブリ200の間に取り込まれる。例示的実施形態では、フレーム部材10と、リム26と、バッテリセル100と、バッテリセル100のそれぞれの周囲フランジ102とは、互いにプレス係合の状態にあり、それによってリム26は、バッテリセル100をフレーム部材10の中に取り込んで固定するために、周囲フランジ102に圧縮力を与える。さらに、バッテリセル100の突起部分104は、フレーム部材10の開口部24の中に配置される。セル表面108が冷却部材70に熱的に結合し、バッテリモジュール400の動作中にバッテリセル100の冷却を促進するためにセル表面108と冷却部材70が隣接するように、突起部分104の表面108は、冷却部材70のそれぞれの表面、特に冷却溝74のベース部分とプレス係合している。バッテリセル100と冷却部材70の有利な熱結合によって、空気などの冷却流体が、冷却溝74を通過してバッテリモジュール400の熱伝達の向上と冷却をもたらすことができる。
【００２３】
フレーム/バッテリセルアセンブリ300を形成するフレームアセンブリ200を使用することによってバッテリモジュール400のモジュール構造がもたらされ、それによって、本明細書で説明した方法で任意の数のフレームアセンブリ200とバッテリセル100を組み合わせて、複数の任意の所望数のフレーム/バッテリセルアセンブリ300を含むバッテリモジュール400を作製することができる。この高レベルのモジュール性によって、任意の数のセルがバッテリモジュールに組み立てられて所望の電力出力(kW)およびエネルギー出力(kW/hr)をもたらすことが可能となる。このモジュール性によって、バッテリモジュール400の製造に関連する設備変更を基本的にせずに、任意の所望の電力出力およびエネルギー出力のバッテリモジュール400の構造が可能となることは特に有利である。様々なモジュール構成のための好適な相互接続部分の提供、または、様々なサイズおよび形状のバッテリモジュールに冷却流体を提供するために必要な関連構造の変更などの、最小限の設備変更および部品変更だけが必要である。
【００２４】
図15〜図18から理解されるように、バッテリモジュール400の端部402および404にモジュールカバー406を組み込むことが望ましい場合がある。モジュールカバーは、本明細書で説明した方法によって単一のフレーム部材10を冷却部材70に取り付けることによって形成することができる。本明細書で説明したように、一対のバッテリセル100を取り込むために一対のフレームアセンブリ200を使用することについて本明細書で説明したのと同じ方法で、モジュールカバー406の使用によって、フレームアセンブリ200とカバー406の間に一対のバッテリセルを取り込むことが可能になる。隣接するフレームアセンブリ200と共にカバー406を使用することによって、一対のフレームアセンブリ200とバッテリセル100について本明細書で説明したのと同じ冷却機能が得られるが、それによって、バッテリモジュール400の端部にフレームアセンブリ200が用いられる場合のように、バッテリモジュール400の端部でフレーム部材100を無駄にすることが避けられる。図19、図20、および図23を参照すると、冷却部材80の第2の例示的実施形態が開示されている。冷却部材80は、金属シートなどのシート形状の第1の面81、および反対側の面82を含む。面81および面82は、ハウジング83と、面81と面82の間で延びている流路84とを画定するように接合されている。流路84は、吸入口85から排出口86に延びている。面81、面82、またはそれらの両方は、流路84ならびに吸入口85および排出口86の形状を画定するために、金属スタンピングなどによって形成することができる。流路84は、蛇行形を含む任意の好適な形状を有することができる。冷却部材80は、本明細書で説明した方法でバッテリセル100の冷却を促進するために、流路84に沿う吸入口85から排出口86までの冷却流体の移動に適合している。好適な冷却流体には、水、または様々な水溶液などの様々な液体が含まれ得る。冷却部材80は、フレームアセンブリ200'を形成するために、冷却部材70に関して本明細書で説明した方法でフレーム部材10に接合することができる。本明細書で説明した方法で複数のフレームアセンブリ200'をバッテリセル100と共に利用して、フレーム/バッテリセルアセンブリ300およびバッテリモジュール400に関して本明細書で説明した方法で、フレーム/バッテリセルアセンブリ300'およびバッテリモジュール400'を形成することができる。
【００２５】
図21および図22を参照すると、冷却部材90である第3の例示的実施形態が開示されている。冷却部材90は、金属、金属合金、もしくは熱伝導性ポリマー、またはそれらの組合せなどの熱伝導性シートを含む。また冷却部材90は、冷却部材90の1つまたは複数の側面94から外側に突き出ている1つまたは複数の冷却フィン92を含むこともできる。冷却フィン92は、任意の好適なサイズまたは形状を有することができる。特に好適なサイズおよび形状には、冷却用に冷却フィンを組み込んでいる同様のデバイスにおいて熱伝達を促進するのに一般に使用されるフィン構造が含まれることになる。また冷却部材90は、1つまたは複数の側面94に沿う被膜96を有することもできる。被膜96は、様々なポリマー被膜を含むことができる。本明細書で説明した方法で冷却部材90をフレーム部材10に接合して、フレームアセンブリ200''を形成することができる。冷却部材90の側面94に沿う被膜96の使用は、冷却部材90およびフレーム部材10の接合を促進するために有用である場合がある。フレーム/バッテリセルアセンブリ300およびバッテリモジュール400に関して本明細書で説明したように、複数のフレームアセンブリ200''をバッテリセル100と共に組み込んで、フレーム/バッテリセルアセンブリ300''およびバッテリモジュール400''を形成することができる。
【００２６】
例示的実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされてよく、また等価物が本発明の構成要素の代用にされてもよいことを当業者は理解するであろう。加えて、本発明の基本範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して、特定の位置または材料に適合するように多くの改変を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。また、第1、第2などの用語は、ある要素を他の要素と区別するために使用されている。さらに、「a」、「an」などの用語は、数量の限定を示すものではなく、参照要素の少なくとも1つの存在を示すものである。
【符号の説明】
【００２７】
10  フレーム部材
12  一体型フレーム
14  取付け特徴部
15  L字形アーム
16  相補形取付け特徴部
17  L字形アーム
18  周囲壁
20  取付け面
22  反対側の冷却面
24  開口部
26  リム
28  位置合わせ特徴部
30  突起
31  突起つまみ
32  相補形位置合わせ特徴部
34  窪み
35  窪みスロット
36  対称面
38  電極溝
40  第1の側壁
42  第2の側壁
44  上部壁
50  下部壁
56  上部壁の第1の部分
58  下部壁の第1の部分
60  上部壁の第2の部分
62  下部壁の第2の部分
70  冷却部材
72  熱伝導性波形シート
73  冷却部材の第1の面
74  冷却溝
75  冷却部材の反対側の第2の面
78  取付けフランジ
80  冷却部材
81  第1の面
82  反対側の面
83  ハウジング
84  流路
85  吸入口
86  排出口
90  冷却部材
92  冷却フィン
94  側面
96  被膜
100  バッテリセル
102  セルフランジ
104  中央突起部分
106  電極
106+  電極
106-  電極
108  セル表面
200  フレームアセンブリ
200'  フレームアセンブリ
200''  フレームアセンブリ
300  フレーム/バッテリセルアセンブリ
300'  フレーム/バッテリセルアセンブリ
300''  フレーム/バッテリセルアセンブリ
400  バッテリモジュール
400'  バッテリモジュール
400''  バッテリモジュール
406  モジュールカバー
【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７】
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【図８】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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