(57)【要約】  本発明の電池モジュールは、自動車に使用される重畳電池セルパッケージング構成および垂直積層電池セルパッケージング構成を含むがそれに限定されない種々の構成に適応されうる。電池モジュールは、複数の電池ヒートシンクアセンブリを有し、セルは電池ヒートシンクアセンブリの間に配置される。ヒートシンクアセンブリおよび互いに電池モジュールを形成するセルを固定するため、複数のロッド（１１０）は各ヒートシンクアセンブリを貫通する。【選択図】図１
2010507198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池の温度に影響する流体を導入するための装置を有する、自動車用の組電池であって、少なくとも１つの電池パックを有する前記組電池は、
側縁部を有する複数の角柱状セルと、
前記角柱状セルの間に伸張する複数の熱伝達要素であって、各熱伝達要素は端子端部と熱伝達縁部とを有し、前記熱伝達縁部の少なくとも１つは前記角柱状セルの縁部の向こう側に伸び、ヒートシンクおよび前記角柱状セルは脱着可能であって相互接続され、それにより前記角柱状セルに圧力をかける、複数の熱伝達要素と、
前記角柱状セルのそれぞれの前記側縁部の一つから伸びる第１の屈曲部と、前記第１の屈曲部から反対方向に前記角柱状セルのそれぞれの反対側の側縁部から伸びる第２の屈曲部とによって定められる、前記角柱状セルと前記熱伝達要素との間の機械的な連結部であって、前記角柱状セルのそれぞれの前記第１の屈曲部は前記熱伝達要素のうちの一つの端子端部の一つに係合し、前記角柱状セルのそれぞれの前記第２の屈曲部は別の前記熱伝達要素の端子端部に係合し、前記第１の屈曲部のそれぞれは互いに接続し、前記第２の屈曲部のそれぞれは互いに接続する、機械的な連結部と、
を備える組電池。
【請求項２】
前記機械的な連結部は、前記角柱状セルの負極端子を有する前記第１の屈曲部と前記角柱状セルの正極端子を有する前記第２の屈曲部によりさらに定められ、前記角柱状セルはリチウムイオンセルである、請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記熱伝達要素のそれぞれは、少なくとも１つの熱伝導性材料から形成される平板を有するヒートシンクアセンブリによりさらに定められ、前記平板は前記熱伝達縁部と前記端子端部を定める、請求項１に記載の組電池。
【請求項４】
前記平板のそれぞれは、切込部と前記切込部に係合するスペーサを定める、請求項１に記載の組電池。
【請求項５】
ブラケットの一方はそこから伸びる少なくとも１つのピンを含み、前記ブラケットの他方は前記角柱状セルの温度を感知するセンサを収容するための少なくとも１つの凹部を含む、請求項１に記載の組電池。
【請求項６】
前記角柱状セルが前記スペーサを用いて組み立てられるように、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部はそれぞれ、少なくとも９０度の角度と、前記ブラケットから伸びる少なくとも１つのピンを受けるために定められる円形開口部および半円開口部のうち少なくとも１つとを定めるＬ形構成である、請求項１に記載の組電池。
【請求項７】
前記平板のそれぞれは、複数の穴と、前記平板の間に配置される前記角柱状セルに前記ヒートシンクアセンブリを相互接続するように該穴を貫通して延びる複数のロッドとを含み、これにより前記角柱状セルに圧力をかけかつ前記平板の間の前記角柱状セルを保持する、請求項１に記載の組電池。
【請求項８】
前記平板それぞれの前記端子縁部の少なくとも１つは波形構成である、請求項１に記載の組電池。
【請求項９】
前記平板それぞれの前記端子縁部の少なくとも１つはフックである、請求項１に記載の組電池。
【請求項１０】
前記平板それぞれの前記端子縁部の少なくとも１つは、前記平板の向こう側に曲げられる複数のタブであり、これにより複数のＵ形ゲートを形成する、請求項１に記載の組電池。
【請求項１１】
前記平板それぞれの前記端子縁部の少なくとも１つは、その中に形成される複数の穴を有する、請求項１に記載の組電池。
【請求項１２】
前記組電池は、前記電池パックを互いに接続する少なくとも１つの部材を含み、前記少なくとも１つの部材は、自動車が始動するときに前記電池パックの応力を低減するための応力除去要素を有する、請求項１に記載の組電池。
【請求項１３】
前記電池パックを形成するために前記スペーサの間に配置される前記角柱状セルに前記スペーサを係合する一対の端子板を含む、請求項１に記載の組電池。
【請求項１４】
前記負極端子と前記正極端子のそれぞれに接続されかつ正極端および負極端に伸張する、電源回路バスを含む、請求項１３に記載の組電池。
【請求項１５】
前記電源回路バスを前記正極端子および前記負極端子に押し付けるための前記ブラケットから伸張する、前記ピンに接続される複数のセグメントを含む、請求項１に記載の組電池。
【請求項１６】
前記電池パックを支持するための第１の部分と前記電池パックを封入するための第２の部分を有するハウジングを含む、請求項１に記載の組電池。
【請求項１７】
前記ハウジング内部に配置される発泡体を含み、前記発泡体は、前記発泡体の向こう側に前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つを露出するように前記電池パックを覆い、かつ冷却流体および加熱流体のうち少なくとも１つを受けるために前記ハウジングによって露出され、これにより前記角柱状セルを加熱および冷却する、請求項１に記載の組電池。
【請求項１８】
少なくとも１つの電流センサと、パワーコントラクタと、一対のパワーバスバーとを含む組電池であって、各パワーバスバーは、前記電池パックと電池電子制御装置とパワーコントラクタと短絡保護装置とプリチャージ回路とに接続される、請求項１に記載の組電池。
【請求項１９】
前記ハウジングおよび前記ブラケットは重合体材料から形成される、請求項１に記載の組電池。
【請求項２０】
自動車用の複数の電池パックを備え、組電池の温度に影響を及ぼす流体を導入するための装置を有する、組電池を形成する方法であって、前記方法は、
角柱状セルの間に伸びる複数の熱伝達要素の間に側縁部を有する複数の前記角柱状セルを配置するステップであって、各熱伝達要素は端子縁部と端子側部を有し、前記端子縁部の少なくとも一つは前記セルの縁部の向こう側に延びる、ステップと、
前記電池パックの大きさを少なくとも増減し、かつ前記角柱状セルに圧力を加えるために、前記熱伝達要素および前記角柱状セルを取り外し可能に互いを接続するステップと、
各角柱状セルの前記側縁部の一方から第１の屈曲部を伸張し、ならびに各角柱状セルの別の側縁部から第２の屈曲部を前記第１の屈曲部とは反対方向に伸張することにより、前記角柱状セルと前記熱伝達要素との間に機械的な連結を形成するステップと、
各角柱状セルの前記第１の屈曲部を一つの前記熱伝達要素の端子端部の一方に係合し、かつ、各角柱状セルの前記第２の屈曲部を別の熱伝達要素の端子端部に係合するステップと、
を備える、組電池を形成する方法。
【請求項２１】
熱絶縁材および熱吸収材の少なくとも一方から平板形状の各熱伝達要素を形成するステップを含む方法であって、前記平板は前記端子縁部と前記端子側部を定める、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記平板の各端子端部に切込部を形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
ブラケットを各前記切込部に接続するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記ブラケットの１つから一対のピンを伸張するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記角柱状セルの温度を感知するためのセンサを受けるために別の前記ブラケットに少なくとも１つの凹部を形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部を伸張するステップは、少なくとも９０度の角度を定めるＬ形構成に前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部を形成し、かつ、前記ブラケットから伸張する少なくとも１つのピンを受けるために前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部のそれぞれに円形開口部および半円開口部の少なくとも一方を形成することによりさらに定義される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記角柱状セルに相互接続するように複数のロッドを挿入するため前記熱伝達要素のそれぞれに共通する複数の穴を形成するステップを含む方法であって、前記角柱状セルに圧力をかけるためおよび前記熱伝達要素間の前記角柱状セルを保持するために、前記角柱状セルは前記熱伝達要素の間に配置される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
波形、鉤形、タブ形、平板形構成のうち少なくとも１つの構成の各熱伝達要素の少なくとも１つの前記端子縁部を形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
少なくとも１つの部材を前記電池パックに接続するステップを含む方法であって、前記少なくとも１つの部材は、自動車を始動するときに前記電池パックの応力を低減するため応力除去要素を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記電池パックを形成するために一対の端子板の間に配置される前記角柱状セルに、前記熱伝達要素を係合するため該一対の端子板を接続するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
回路バスを、負極端子および正極端子のそれぞれに接続しかつ正極端および負極端に伸張するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
前記回路バスを前記正極端子および前記負極端子に押し付けるために、前記ブラケットから伸張する前記ピンに複数のセグメントを接続するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも１つの前記電池パックを支持する第１の部分と少なくとも１つの前記電池パックを封入する第２の部分とを有するハウジングを形成するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
前記ハウジング内に発泡体を注入して、前記発泡体の向こう側に前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つを露出するように前記電池パックを覆い、かつ冷却流体および加熱流体のうち少なくとも１つを受けるために前記ハウジングによって露出され、これにより前記角柱状セルを加熱および冷却するステップを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
前記電池パックに、少なくとも１つの電流センサと、パワーコントラクタと、一対のパワーバスバーとを接続するステップを含む方法であって、各パワーバスバーは、前記電池パックと電池電子制御装置とパワーコントラクタと短絡保護装置とプリチャージ回路とに接続される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３６】
組電池の温度に影響を及ぼす流体を導入するための装置を有する、自動車用の組電池であって、
一対の電池パックそれぞれは側縁部を有する複数の角柱状セルと前記角柱状セルの間に伸張する複数のスペーサを保持し、各スペーサは端子縁部と端子側部を有し、前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つは前記角柱状セルの前記側縁部の向こう側に伸び、前記スペーサおよび前記角柱状セルは取り外し可能でかつ機械的に相互連結され、それにより前記セルに圧力をかける、一対の電池パックと、
前記電池パックを互いに接続し、自動車が始動するときに前記電池パックの応力を低減するための応力除去要素を有する、少なくとも１つの部材と、
を備える組電池。
【請求項３７】
前記組電池は、前記電池パックを互いに電気的に接続するバス部材によりさらに定められる少なくとも１つの部材を含み、前記少なくとも１つの部材は自動車が始動するときに前記電池パックの応力を低減するための応力除去要素を有する、請求項３６に記載の組電池。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの部材は、前記電池パックに接続して配置される前記応力除去要素を含む平面部材である請求項３６に記載の組電池。
【請求項３９】
少なくとも２つの前記平面部材を含む請求項３６に記載の組電池。
【請求項４０】
前記平面部材は、金属および非金属のうち少なくとも１つから形成される請求項３６に記載の組電池。
【請求項４１】
前記機械的な連結は、前記角柱状セルの負極端子である前記第１の屈曲部と、前記角柱状セルの正極端子である前記第２の屈曲部とによりさらに定められ、前記角柱状セルはリチウムイオンセルであり、前記スペーサそれぞれは、熱絶縁材および熱吸収材のうち少なくとも１つからなる平板によってさらに定められ、前記平板は前記端子縁部と前記端子側部とを定め、前記スペーサの各端子端部は切込部と前記切込部に係合する前記ブラケットによりさらに定められ、前記ブラケットの一方はそこから伸張する少なくとも１つのピンを含み、前記ブラケットの他方は前記角柱状セルの温度を感知するためのセンサを受けるための少なくとも１つの凹部を含む、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４２】
前記角柱状セルが前記スペーサを用いて組み立てられるように、前記第１の屈曲部と前記第２の屈曲部はそれぞれ、少なくとも９０度の角度と、前記ブラケットから伸びる少なくとも１つのピンを受けるために定められる円形開口部および半円開口部のうち少なくとも１つとを定めるＬ形構成である、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４３】
前記スペーサのそれぞれは、複数の穴と、複数のロッドとを含み、前記複数のロッドは前記スペーサの間に配置される前記角柱状セルに前記スペーサを相互接続するように該穴を貫通し、これにより前記角柱状セルに圧力をかけかつ前記スペーサの間に前記角柱状セルを保持する、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４４】
前記負極端子と前記正極端子のそれぞれに接続されかつ正極先端および負極先端に伸張する、回路バスを含む、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４５】
前記電池パックを支持するための第１の部分と、前記電池パックを封入するための第２の部分と、発泡体とを有するハウジングを含む組電池であって、該発泡体は、前記発泡体の向こう側に前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つを露出するように前記電池パックを覆い、かつ冷却流体および加熱流体のうち少なくとも１つを受けるために前記ハウジングによって露出され、これにより前記角柱状セルを加熱および冷却する、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４６】
少なくとも１つの電流センサと、パワーコントラクタと、一対のパワーバスバーとを含む組電池であって、各パワーバスバーは、前記電池パックと電池電子制御装置とパワーコントラクタと短絡保護装置とプリチャージ回路とに接続される、請求項３６に記載の組電池。
【請求項４７】
組電池の温度に影響を及ぼす流体を導入するための装置を有する、自動車用の組電池であって、
反対向きの電流の端子縁部を有する複数の角柱状セルおよび前記角柱状セルの間に伸びる複数のスペーサであって、各スペーサは端子縁部を有し、前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つは前記角柱状セルの前記縁部の向こう側に伸び、前記スペーサおよび前記角柱状セルは取り外し可能に相互接続され、これにより前記角柱状セルに圧力をかける、複数の角柱状セルおよび複数のスペーサと、
前記角柱状セルおよび前記スペーサを封入するハウジングと、
前記端子縁部によって支持されかつ前記端子縁部にわたって前記ハウジングに略平行関係で連続的に伸張し、それにより前記角柱状セルの温度を選択的に増減する、温度に影響を与える要素と、
を備える組電池。
【請求項４８】
前記温度に影響を与える要素は、前記端子縁部にわたって連続的に伸張する一対のヒータブランケットをさらに定める請求項４７に記載の組電池。
【請求項４９】
前記ヒータブランケットは水ジャケットによりさらに限定される請求項４７に記載の組電池。
【請求項５０】
前記ヒータブランケットは熱を生成するための電気抵抗器によりさらに限定される請求項４７に記載の組電池。
【請求項５１】
前記スペーサのそれぞれは、熱絶縁材および熱吸収材のうちの少なくとも１つからなる平板によってさらに定められ、前記平板は、少なくとも９０度の角度を有するＬ形構成を有する屈曲部として形成される前記端子縁部を定め、少なくとも１つの全体的に連続な面を形成するため互いに整合し、前記ヒータブランケットは前記少なくとも１つの全体的に連続な面により支持されかつ前記少なくとも１つの全体的に連続な面にわたって連続的に伸張する、請求項４７に記載の組電池。
【請求項５２】
前記組電池を形成するため前記スペーサの間に配置される前記角柱状セルに前記スペーサを係合する一対の端子板を含む請求項４７に記載の組電池。
【請求項５３】
前記角柱状セルそれぞれの前記端子縁部それぞれに接続される回路バスを含む請求項４７に記載の組電池。
【請求項５４】
前記ハウジング内に配置される発泡体を含む請求項４７に記載の組電池。
【請求項５５】
１つの電流センサ、パワーコントラクタ、一対のパワーバスバーのうち少なくとも１つを含む組電池であって、各パワーバスバーは、前記電池パックと電池電子制御装置とパワーコントラクタと短絡保護装置とプリチャージ回路とに接続される、請求項４７に記載の組電池。
【請求項５６】
組電池の温度に影響を及ぼす流体を導入するための装置を有する、自動車用の組電池であって、
少なくとも１つの電池パックと、
前記少なくとも１つの電池パックの複数の角柱状リチウムセルであって、側縁部と第１および第２の屈曲部とを有する各角柱状リチウムセルは少なくとも９０度の角度を定めかつ前記側縁部から反対方向に伸びるＬ形構成であり、円形開口部および半円形開口部のうち少なくとも１つは前記第１の屈曲部および前記第２の屈曲部のそれぞれに定められる、前記少なくとも１つの電池パックの複数の角柱状リチウムセルと、
前記角柱状リチウムセルの間に伸張する複数のスペーサであって、各スペーサは端子端部と端子縁部を有し、前記スペーサの前記端子縁部のうち少なくとも１つは前記角柱状リチウムセルの前記側縁部の向こう側に伸張し、前記スペーサおよび前記角柱状リチウムセルは取り外し可能に相互接続され、これにより前記角柱状リチウムセルに圧力をかける、複数のスペーサと、
熱絶縁材と熱吸収材のうち少なくとも１つから形成される平板によって定められる各前記スペーサであって、前記平板は前記端子縁部と前記端子側部を定め、前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つは波形構成を示し、前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つは鉤形を示す、各前記スペーサと、
前記スペーサの各端子端部に定められる切込部と、
各前記スペーサの前記切込部に係合する一対のブラケットであって、前記ブラケットの一方はそこから伸張する少なくとも１つのピンを含み、前記ブラケットの他方は前記角柱状リチウムセルの温度を感知するためのセンサを受けるため少なくとも１つの凹部を含む、一対のブラケットと、
複数の穴と、前記スペーサを相互接続するため該穴を通って伸張する複数のロッドとを含む各前記スペーサであって、前記角柱状セルは前記スペーサの間に配置され、これにより前記角柱状セルに圧力をかけかつ前記スペーサの間に前記角柱状セルを保持する、各前記スペーサと、
前記ブラケットの少なくとも１つを係合するため前記ブラケットの少なくとも１つから伸張する少なくとも１つのピンであって、前記角柱状リチウムセルは前記スペーサによって組み立てられるとき、前記少なくとも１つのピンは、前記第１および前記第２の屈曲部の中にそれぞれ定められた前記円形開口部および半円形開口部のうちの少なくとも１つを受け、前記屈曲部の一方は前記角柱状リチウムセルそれぞれの前記側縁部の一つから伸張し、他方の屈曲部は前記角柱状リチウムセルそれぞれの他方の側縁部から反対方向に伸張し、前記角柱状リチウムセルそれぞれの前記屈曲部は前記スペーサの一方の前記端子端部の１つに係合し、前記角柱状リチウムセルそれぞれの前記他方の屈曲部は他方の前記スペーサの端子端部に係合する、少なくとも１つのピンと、
前記電池パックを互いに接続し、自動車が始動するときに前記電池パックの応力を低減するための応力除去要素を有する、少なくとも１つの部材と、
前記スペーサを、前記電池パックを形成するためそれらの間に配置される前記角柱状セルに係合する一対の端子板と、
前記負極端子および前記正極端子のそれぞれに接続しかつ正極先端および負極先端に伸張する回路バスと、
前記回路バスを前記正極端子および前記負極端子に押し付けるため前記ブラケットから伸張する前記ピンに接続される複数のセグメントと、
重合体材料から形成されるハウジングであって、前記電池パックを支持するための第１の部分と前記電池パックを封入するための第２の部分を有する前記ハウジングと、
前記ハウジング内に配置される発泡体であって、該発泡体は、前記発泡体は、前記発泡体の向こう側に前記スペーサの前記端子縁部の少なくとも１つを露出するように前記電池パックを覆い、かつ冷却流体および加熱流体のうち少なくとも１つを受けるために前記ハウジングによって露出され、これにより前記角柱状セルを加熱および冷却する、発泡体と、
電流センサ、パワーコントラクタ、一対のパワーバスバーのうち少なくとも１つであって、各パワーバスバーは、前記電池パックと電池電子制御装置とパワーコントラクタと短絡保護装置とプリチャージ回路とに接続され、電流センサ、パワーコントラクタ、一対のパワーバスバーのうち少なくとも１つは、互いにならびに前記角柱状セルおよび前記スペーサと作用伝達できるように接続される、電流センサ、パワーコントラクタ、一対のパワーバスバーのうち少なくとも１つと、
を備える組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、セルを有する組電池、より詳細には、組電池内のセルを冷却するための冷却システムまたは加熱システムを有する電気自動車／ハイブリッド自動車用の組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハイブリッド自動車のような自動車は、動力を供給するために複数の推進力システムを用いる。これは、最も一般的には、ガソリン電気ハイブリッド車において、内燃機関（ＩＣＥ）に動力を供給するためにガソリンを使用し、電気モータに電力を供給するために電池を使用することを意味する。それらのハイブリッド車は、回生制動を介して運動エネルギを捕捉することにより、それらの電池を再充電する。運転している時またはアイドリングをしている時に、内燃機関の出力の一部が、発電機（発電機モードにおいて動く単なる電気モータ）に供給され、発電機は電池を充電するため電気を生成する。これは、配電網のような外部電源によって充電される電池を用いるすべての電気自動車、またはフルトレーラにまで拡大する機種とは異なる。またディーゼルオイルや、エタノールまたは植物を元にしたオイルのような他の燃料も時折使用が見られるものの、ほとんどすべてのハイブリッド車は、それらの唯一の燃料源としてガソリンをいまだに必要としている。
【０００３】
電池およびセルは、その技術分野でよく知られている重要なエネルギ蓄積装置である。電池とセルは、通常、電極およびそれら電極の間に配置されるイオン伝導性電解液からなる。リチウムイオン電池を含む組電池は、再充電可能でありかつメモリ効果が生じないので、自動車応用分野および種々の商用電子装置に次第に普及してきている。最適な作動温度においてリチウムイオン電池を貯蔵しかつ動作させることは、電池が１回の充電を長期間維持するためには大変重要である。
【０００４】
リチウムイオン電池の特性のために、組電池は、−２０℃ないし６０℃の周囲温度の範囲内において作動する。しかしながら、この温度範囲内で作動するときでさえ、もし周囲温度が０℃未満になった場合、組電池は、充電または放電のためのその機能または容量を失い始めるかもしれない。周囲温度しだいで、温度が０℃から逸脱するにつれて、電池のライフサイクル能力または充／放電能力は大きく低減しうる。それでも、周囲温度が温度範囲から外れる状態でのリチウムイオン電池の使用は不可避かもしれない。
【０００５】
前記に暗に示すとおり、セル間で大きな温度変化が生じうるが、これは組電池の性能に好ましくない。組電池全体の長寿命を向上させるために、セルは所望の閾値温度未満でなければならない。組電池の性能を向上させるために、組電池内におけるセル間の温度差は最小化されるべきである。しかしながら、周囲への熱通路しだいで、個々のセルは別々の温度になる。さらに、同じ理由で、個々のセルは、充電処理のあいだに別々の温度になる。したがって、もしあるセルが別のセルと比較して高い温度の状態であれば、その充電または放電の効率は異なり、したがってあるセルは、別のセルよりも早く充電または放電するかもしれない。これは、組電池全体の性能を低下させるであろう。
【０００６】
先行技術には、冷却システムを有する組電池に係る種々の設計技術が満載されている。ジョーンズ等による特許文献１は、並行関係に配置される複数の円形セルモジュールからなる円形構成の外部圧力容器を含む金属酸化物−水素電池を教示する。隣り合うセルモジュールは、セルモジュールから外部容器に熱を伝達する円形の熱伝達部材によって分離される。各熱伝達材は、隣り合うセルモジュールの間に配置される略扁平体またはフィンを内蔵している。外周フランジは、圧力容器の内表面に接触した状態に置かれる。各セルモジュールの幅はフランジの長さよりも長いので、各熱伝達部材のフランジは、隣接する熱伝達部材と接触することはない。フランジは、圧力容器に対して外側向きの半径方向力を作用させるように構成されかつ配置される。連結棒は、セルモジュールと熱伝達部材とを、圧力容器内に挿入される積層体の形態に締め付ける役目を持つ。
【０００７】
ジョーンズ等による特許文献１に示される金属酸化物−水素電池は、円筒型電池用に設計され、容器に直接接触する熱伝達部材を示すが、その結果容器と熱伝達部材との間に、セルを冷却もしくは加熱するための冷却剤または加熱剤を導入するのに用いられうる間隙を形成できない。
【０００８】
アール等による特許文献２は、階層状の仕切り室を含む外側圧力容器を有する円筒型ニッケル水素蓄電池の一般的な圧力容器を示す。各仕切り室は、少なくとも１つの電池セルと、熱伝達部材と、隣り合う仕切り室の間に比較的に一定の間隔を保つためのセルスペーサとを含む。熱伝達部材は、電池セルと熱接触状態にあるフィン部と、フィン部から長手方向に伸び圧力容器の内側壁と密な熱接触状態にあるフランジ部とを含む。熱伝達部材は、電池セルから生成される熱を径方向に圧力容器に伝達する役目を持つ。
【０００９】
ジョーンズ等による特許文献１に示される金属酸化物−水素電池と同様に、アール等による特許文献２に示される蓄電池は、円筒型蓄電池用に設計される。この金属酸化物−水素電池は、熱伝達部材が容器に直接接触状態にあり、それにより容器と熱伝達部材との間に、セルを冷却もしくは加熱するための冷却剤または加熱剤を導入するのに用いられうる間隙を生成することができない。
【００１０】
ホフマン等による特許文献３は、電気化学的エネルギー蓄積装置用の熱導体を示す。熱導体は、電気化学的セルの正極または負極の接点のうち一方または両方に取り付けられる。導体と格納容器の隣接壁構造体との間の接触を維持するために、導体の弾性部は、導体と壁構造との間の相対運動に呼応して、高さまたは位置が変わる。熱導体は、電気化学的セルの内外に電流を伝え、電気化学的セルと、導体と壁構造との間に配置される熱伝導性電気抵抗材料との間に熱エネルギを伝える。ホフマン等による特許文献３により示される熱導体は、セル同士の間ではなく、セルの正極と負極の接点のうちの一方または両方に取り付けられる。
【００１１】
オガタ等による特許文献４は、ニッケル金属水素電池によって構成され、互いに並列に配置される複数の角柱状平坦電池モジュールを有する組電池を示す。各電池モジュールは、短い側面と長い側面とを有する複数の角柱状電池ケースを相互一体的に連結することによって形成される一体型のケースからなる。短い側面は隣接する電池ケースとの間に仕切を構成し、共用される。電池のモジュール間に冷却通路を設けるために、交互に突出する溝またはリッジがそれぞれ電池のモジュールの反対側の長い側面に接触するように、複数のスペーサは、反対方向に曲げられた薄片からつくられる。オガタ等による特許文献４に示される組電池は、間隙、すなわち、セル間の冷却通路を定め、それにより組電池のパッケージング特性を減ずる。
【００１２】
ヒントン等による特許文献５は、電池セルを冷却するための装置を示す。ヒントン等による特許文献５の図１に示されるとおり、冷却フィンは、冷却フィンを保持するためのレールを有する電池セルに接続される。各冷却フィンはレール間を滑動し、レールは各組電池内に冷却フィンをはめ込み、それにより前述装置を形成する。電池セルへの冷却フィンの係合は、冷却フィンが電池セルを超えて延びないようになされる。このように、冷却剤は、装置の側面から導入される場合にのみ、その意図された当該目的にかなう。例えば、冷却剤が装置の正面に施されるならば、最初の電池セルのみが冷却剤にさらされ、その結果他の電池セルの効果的冷却を妨げることになる。
【００１３】
上記に暗に示すとおり、ヒントン等による特許文献５に係る図７は、装置を示し、該装置内において、電池セルを圧縮状態に保持するため、装置を形成する複数の電池セルとフィンをともに接続するように、冷却フィンから延びる耳部を介してストラップが挿入される。図７に示されるとおり、ストラップは電池セルを変形させ、それにより各電池セルの正極、と負極、及び電解液間の化学反応に悪影響を与え、セルの寿命を縮める結果となる。
【００１４】
特許文献６は、組電池の設計と組電池を形成する方法を示している。該方法の目的は、間隙を通り抜ける冷気のためのセル間の間隙およびセルを冷却するためのセル間の間隙を形成することである。前述のオガタ等による特許文献４と同様に、特許文献６に示される組電池は、セル間の間隙の範囲を定めるように意図しているものであるが、その結果組電池のパッケージング特性を減じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第５，０７１，６５２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３５４，６３０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１１７，５８４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７０９，７８３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，８２１，６７１号明細書
【特許文献６】特開２００１−２２９８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
それゆえ、リチウム電池が動作する周囲温度範囲を拡大し、かつ、改良されたパッケージング特性を有する新規の組電池を提供するために、従来技術のリチウム電池のパックに関して改良の余地が残されている。
【００１７】
また、最長予想寿命、定格容量、および公称充放電率を高めるために、組電池を最適動作温度に維持する余地が残されている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の電池のモジュールまたは組電池は、自動車に使用される水平方向または垂直方向に積層された電池セルのパッケージング構成を含むがそれに限定されない種々の構成に使用されうる。組電池は、複数の電池のモジュールを有し、各電池のモジュールは、例えば、フラットストックアルミニウム合金箔等のような熱伝導性部材から形成される個別のヒートシンクによってそれぞれ挟持される多数のセルを有するが、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１９】
好適には、各セルは、第１の集電部と、第１の集電部に隣接する第１の電極と、第２の集電部と、第１の集電部とは反対の極性でかつ第２の集電部に隣接する第２の電極とを有するリチウムイオンセルである。セパレータ層は、第１の電極と第２の電極との間に配置され、第１の電極と第２の電極はそれらの間にある電解液を導通する。複数の第１の電極および第２の電極は、セルを形成するために電気絶縁性の包装部材の中に積層されかつパッケージングされる。セルのパッケージングは、側縁部と端子端部を含む。一方の端子端部は、そこから、第１の方向に延びる第１の屈曲部を含む。他方の端子端部は、そこから、第１の方向とは反対方向の第２の方向に延びる第２の屈曲部を含む。
【００２０】
ヒートシンクは、端子端部と、上面および底面の熱伝達縁部を含む。上面および底面の熱伝達縁部は、一体化されかつヒートシンクから延びる複数のフィンを含んでよい。フィンは、用途に応じて、冷間成形されてもよく、セルにまたはセルから熱を伝えるように設計される。一対の電気絶縁スペーサ部または耳部は、ヒートシンクの各側部に機械的に取り付けられる。複数の植込みボルトがヒートシンクの一方の側部のスペーサ中に型成形され、当該スペーサから延びる。一方、複数の植込みボルトはないがセンサ用の逃げ部を有するスペーサが反対側を占め、ヒートシンクアセンブリを形成する。セルの端子は、電気的直列構成または電気的並列構成で植込みボルトの上に折り返される。セルは、ヒートシンクアセンブリの間に配置される。
【００２１】
複数のフレキシブル回路が、直列接続ごとに電圧を感知するために植込みボルトにわたって配置される。一体型のセンサは、温度感知を備えるようフレキシブル回路上に配置される。電気伝導性および機械的保持のために各植込みボルトにトルクを与えるように、一体型ばね座金付きナットが貫き通される。２つの端板または圧縮板は、互いに整列されたヒートシンクアセンブリに取り付けられ、セルはその間に配置される。
【００２２】
セル内部のイオン伝導のためのより短い経路長と、ヒートシンクへまたはヒートシンクからのいずれかの改良された熱伝達を促すために、少なくとも４つの連結棒が、各ヒートシンクアセンブリおよび圧縮板を貫いて周辺部に延び、それにより電池のモジュール全体を圧縮状態に置く。
【００２３】
電池のモジュールとこれに対応するセルとを少なくとも部分的にまたはすべて内部に封入するため、例えば、ポリウレタン、ポリウレタンフォーム、シリコーンまたはエポキシのような注封材料は、ケース内に配置される電池のモジュール内に注入され、それによりセルとケースとの間の空隙ギャップを解消する。また、注封材料は、衝撃や振動にさらされているあいだにセルパッケージ材料内部において電極層が移動するのを防ぐ役割を果たす。さらに、注封材料は、セルパッケージングが長きにわたりゆるんできて電解液がセルパッケージの基体に沈降し、その結果セルの電気容量を減少させることを防止する。さらにまた、注封材料または内部封入材料は、組電池ケース内部で電池のモジュールが動くことも防止する。
【００２４】
本発明の利点は、非常に高いエネルギー密度特性を有する電池のモジュールを提供することにあり、高エネルギー密度は、セル、パワー＆データバス装置、制御装置、冷却装置、保持構成装置を小さな空間容量内で組み合わせることにより達成され、それによりパッケージング特性を改善し、小型製品を提供する。
【００２５】
本発明の別の利点は、セルを囲繞しかつ固定する卓越した保持特性を有する電池のモジュールを提供することである。
【００２６】
本発明のさらに別の利点は、ずれないようにセル包装部材内の電極層を囲み、かつ固定する卓越した保持特性を有する電池のモジュールを提供することである。
【００２７】
本発明のまたさらなる別の利点は、組電池内への液体の浸透可能性または電池のモジュール内部から組電池の外部への漏れを大きく減ずる注封材料により内部に封入される電池のモジュールを提供することである。これにより、電池のモジュールの製品寿命の短縮または早期故障を防ぐ。
【００２８】
本発明のさらなる別の利点は、組電池の軽量設計を提供することであり、可能性のある保持部としてポリウレタンフォームを含む。この組電池はシリコーンまたはエポキシ接着剤のような従来の保持方法による組電池に比べて非常に競争力がある。
【００２９】
本発明のまたさらなる別の利点は、封入剤により充填されるテーパを含むモジュールを収納するケースを使用するパッケージング方法を提供することである。テーパはモジュールを所定の位置に固定し、パックがいかなる向きにも取り付けられることを可能にする。
【００３０】
本発明のさらなる別の利点は、簡素化した組立方法により製造コストを低減する組電池を提供することである。
【００３１】
本発明のまたさらなる別の利点は、平衡熱管理システムを有する組電池を提供することであり、このシステムでは組電池の各セルは加熱又は除熱を促進する熱管理媒体の流入を受け、ほぼ同じ温度となる。
【００３２】
本発明のさらなる別の利点は、急速充電または放電パルスのあいだに、組電池の性能や寿命に悪影響を与えるかもしれない不要な熱を効率的に除去することによって組電池の高速の、すなわち高いＣ−レートの放充電を可能にする冷却システムを提供することである。
【００３３】
本発明のまたさらなる別の利点は、セルの化学的性質の最適動作範囲以下の温度にさらされるときに組電池が作動することを可能にする加熱システムを提供することである。
【００３４】
本発明のさらなる別の利点は、設計が単純で低質量を有するパックを提供することである。
【発明の効果】
【００３５】
本願発明は、組電池が動作できる周囲温度範囲を拡大させることによって、従来技術の組電池を超える種々の利点を提供する。また、本願発明は、組電池の寿命を伸ばしかつ組電池の安全性を上げるために、組電池を最適動作温度で維持するのを補助する。
【００３６】
付属の図と合わせて考慮されるならば、前述の内容が下記の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるようになるのと同様に、本発明の他の利点はたやすく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】複数のモジュールを含む組電池の斜視図であって、各モジュールは複数のセルを有し、各セルは互いに電池モジュール内で相互接続され、組電池の制御電子回路および外部接続がさらに示されている図である。
【図２】図１の組電池の別の斜視図であって、２つの電池モジュールを示し、各電池モジュールは、ヒートシンクアセンブリによって挟持されるセルを有し、各電池モジュールはハウジングの基体によって支持されている図である。
【図３】図２の組電池の別の斜視図であって、上述の２つの電池モジュールと電池モジュール上に配置される応力除去部材を有する一対のバス装置を示し、これらが相互接続されている図である。
【図４】応力除去部材を有するバス装置によって相互接続される電池モジュールの断片図であって、応力除去部材は電池モジュールの間に応力除去要素を有する、電池モジュールを示す断片図である。
【図５】組電池のヒートシンクアセンブリを示す図である。
【図６】ヒートシンクアセンブリの別の実施形態を示す図である。
【図７】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図８】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図９】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図１０】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図１１】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図１２】熱伝達縁部の代替可能な構成を示す断片図である。
【図１３】異なる方向に延びる一組の端子屈曲部を有するセルを示す図である。
【図１４】ヒートシンクアセンブリのセンサ領域と係合するセルの部分図かつ斜視図である。
【図１５】ヒートシンクアセンブリの端子端部と係合するセルの部分図かつ斜視図である。
【図１６】ヒートシンクアセンブリの側面とそこから延びるヒートシンク熱伝達端部を示す電池モジュールの斜視図かつ部分図であって、ヒートシンクアセンブリの側面部を係合するセルの屈曲部をさらに示し、ヒートシンクアセンブリは、複数の圧縮板と、ヒートシンクアセンブリを貫通して延びるロッドによって加圧され、それによりセルに圧力を加える、電池モジュールの斜視図かつ部分図である。
【図１７】電池モジュールの代替の実施形態を示す斜視図かつ部分図である。
【図１８】セルの屈曲部にわたりかつ圧縮板の間に延び、図１に最適に示される制御装置に相互接続をさせるために端子尾部に延びる、フレキシブル回路を有する電池モジュールを示す斜視図である。
【図１９】正面の圧縮板アセンブリを示す斜視図である。
【図２０】図１に示される電池モジュールの代替の実施形態であって、複数の加熱装置を示す図である。
【図２１】ハウジング内に配置される、図２０の電池モジュールを示す側面図である。
【図２２】ハウジング内に配置される、図２０の電池モジュールを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図を参照すると、似たような符号は同等または対応する部品を意味するところ、本発明の電池のユニットまたは組電池は、種々の構成に利用できる。この種々の構成は自動車の用途に使用される水平または垂直に積層される電池セルパッケージング構成を含むが、これに限定されない。組電池または電池パックは、全体的には図１における符号１０で示される。組電池１０は、複数の電池モジュールを含み、各電池モジュールは図２および図３における符号１２で全体的に示される。
【００３９】
各電池モジュール１２は、複数のセルを含み、図１３における符号１４で全体的に示される。好適には、各セル１４は、リチウムイオンセルであるが、本発明の範囲を限定しない。電池の技術分野における当業者にとって、他のセルが本発明に使用されうることは正しく理解できるであろう。各セル１４は、リチウム電池の技術分野における当業者に公知のセル間の電解液により相互間で協働する複数の（示されない）電池構成部品を含む。第１の電極は第１の集電部に隣接し、第１の電極と反対の極性の第２の電極は第２の集電部に隣接する。セパレータ層は第１と第２の電極との間に配置される。第１および第２の電極は、それらの間に電解液を有している。複数の第１の電極および第２の電極は、セルを形成するために電気絶縁包装部材内に積層されパッケージされる。
【００４０】
上記に示唆するとおり、セル１４は側縁部１６、１８を有する。第１の屈曲部２０は正極端子を示し、第２の屈曲部２２は負極端子を示す。各屈曲部２０、２２は、少なくとも９０度および９０度までの所定の角度を有する。各屈曲部２０、２２は、一対の半円形の開口部２４を有する。一方、各屈曲部２０、２２は（示されない）別の開口部を有してもよい。図１３ないし図１５に最適に示されるとおり、第１の屈曲部２０は第２の屈曲部２２から反対方向に延びる。すなわち第１の屈曲部２０の開口部２４は、第２の屈曲部２２の開口部２４とは反対の方向に向く。
【００４１】
図２に最適に示されるとおり、電池モジュール１２は、複数のヒートシンクアセンブリを含み、全体的には図５における符号３０で示される。各ヒートシンクアセンブリ３０は、アルミニウムや銅などのような熱伝導性材料から形成されるが、それは本発明の範囲を限定しない。平板、薄板、または箔からつくられる各ヒートシンクアセンブリ３０は、上面および底面の熱伝達縁部３４、３６と、角部４２によって相互接続される端子端部３８、３９を定める熱伝達面３２を有する。非導電性重合体または非導電性材料から形成されるスペーサ４８、５０を受けるため、端子端部３８、３９は切込部４４、４６を定めるが、それは本発明の範囲を限定しない。各屈曲部２０、２２のセル端子の開口部２４を受けるため、一方のスペーサ４８は、それから伸びる少なくとも２つの植込みボルト５２、５４を含む。セル１４の温度を計測するための（示されない）センサを受けるために、第２のスペーサ５０は、第１のスペーサの反対側に、少なくとも一対の凹面構造体５６、５８を含む。図６は、全体的には符号３０で示されるヒートシンクアセンブリの代替の実施形態を示す。
【００４２】
上記に暗に示すとおり、熱伝導性の平板、薄板または箔の少なくとも一方の縁部３４は、全体的には図５における符号６０で示される波形構成６０のフィン部で終端する。図６および図１７は、タブ６２を有するフィン部６０を示し、タブ６２は、上縁部から見ると平板３２の向こう側に広がる扉形状に折り曲げられている。図７ないし図１２は、フィン部６０の代替の実施形態に係る断片図を示す。図７は、ひだ６４形状であるフィン部６０を示す。図８は、平面６６であるフィン部６０を示す。図９は、複数のスロットまたは穴６８を有するフィン部６０を示す。図１０は、外付けの加熱装置または冷却装置のための熱インタフェース面を提供するための屈曲７０の形状のフィン部６０を示す。加熱装置または冷却装置は、ヒータブランケットおよび／または冷却ジャケットを含むが、それに限定されない。図１１は、鉤型７２の形状のフィン部６０を示す。図１２は、図６のタブ６２に類似するタブ７４を有するフィン部６０を示すが、上部から見ると平板３２の向こう側に広がる凹面７６を有する扉形状に折り曲げられている。液体、固体、又は気体などの冷却媒体または加熱媒体に対してより好適な面領域を提供するために、フィン部６０の多くの別の形状が使用でき、それらの形状が電池モジュール１２のセル１４の冷却または加熱のいずれかのため各熱伝導性の平板、薄板、または箔３２のフィン部６０に導入されること、これらが本発明の範囲を限定しないことを当業者は正しく理解できるであろう。
【００４３】
上記に暗に示しかつ図１４ないし図１６に最適に示されるとおり、セル１４とヒートシンクアセンブリ３０との間の機械的な連結が全体的に示されている。電池モジュール１２が組み立てられるとき、ヒートシンクアセンブリ３０は、ヒートシンクアセンブリ３０が互い違いになるように配置される。換言すると、図１６に最適に示されるとおり、一方のヒートシンクアセンブリ３０のスペーサ４８は、他方のヒートシンクアセンブリ３０のスペーサ５０と互い違いになっている。こうして、セル１４の一つの屈曲部２０は、別のセル１４の屈曲部２２に、それぞれの半円形の開口部２４を貫通する植込みボルト５２、５４で接続される。セル１４の屈曲部２０、２２は、電気的に直列または並列の構成で植込みボルトに折り返される。したがって、電池モジュール１２は、組み立てられるとき、全体的には符号８２で示される正極側と、全体的には符号８４で示される負極側とを定める。
【００４４】
図１８に示されるとおり、相互に接続されるセル端子屈曲部２０、２２の向こう側に均一の圧力をかけるため、および、モジュール１２の両面のまわりに取り付けられるフレキシブル回路８８、９０を固定するために、山部のあるまたは弓なりの構成を有する複数の圧縮バー８６が、スペーサ４８に接続される。各フレキシブル回路８８、９０は、電池電子制御装置１００、１０２にはめ合わせるために接続ポート９６、９８に終端する尾部９２、９４に延びる。
【００４５】
図４、図１５、および図１９に最適に示されるとおり、符号１０４、１０６で全体的には示される一対の圧縮板が、各電池モジュール１２の端子壁を形成するように設計される。圧縮板１０４、１０６およびヒートシンクアセンブリ３０を貫通して延びるロッド１１０を受けるため、一組の間隔を空けた穴１０８が、圧縮板１０４、１０６ならびにヒートシンクアセンブリ３０内に定められ、これを留め具１１２によって固定して、セル１４に圧力をかけ、電池モジュール１２全体を圧縮状態にし、セル１４内部のイオン伝導のための経路長をより短くして、ヒートシンクアセンブリ３０への熱移動を改善する。一方、圧縮板１０４、１０６のそれぞれは、隣接するヒートシンクアセンブリ３０を連結しかつ保持する（示されない）雄と雌の構造体を示す。図５に最適に示されるとおり、一組の円錐形／皿穴の構造体４０が、組立調整を助けるため、熱伝導性の平板、薄板、または箔３２から延びる。
【００４６】
図３および図４に最適に示されるとおり、組電池１０は、電池モジュール１２を相互に電気接続する一対の導電部材１２０、１２２を含む。各導電部材１２０、１２２は、扁平なストラップまたはバーの形を有し、（示されない）自動車が始動するときに組電池１０の応力を軽減するため、各導電部材１２０、１２２上に配置されるＳ形状構成の応力除去要素１２４を有する。導電部材１２０、１２２の数量は、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４７】
図１ないし図３に最適に示されるとおり、組電池１０は組み立てられ、つぎに符号１３０で全体的に示される筐体またはハウジング内に設置される。ハウジング１３０は、モジュール１２を支持するための基部１３２と、モジュール１２を収めるケース１３４とを含む。ハウジング１３０は、重合体材料もしくは非重合体材料またはこれらの化合物から形成されるが、これは本発明の範囲を限定するものではない。ケース１３４は、図１において符号１３６で１個だけが示されている一対の一定間隔で配置された窓を定める。この窓１３６を介してフィン部６０に導入される冷却および／または加熱媒体にフィン部６０を曝す。
【００４８】
一方、例えば図１０に示されるような異なるフィン構成と、対応する熱媒体すなわち水ジャケットを使用すれば、筐体１３０に開口部１３６は必要とされないであろう。図１に最適に示されるとおり、符号１４０で部分的に示されるモジュール保持構造は、例えば、モジュール１２とハウジング１３０との間に注入される発泡体のような重合体材料から形成される。ポリウレタン封入剤１４２は、組電池１０内にセル１４や上述のコンポーネントを固定するために使用される。発泡体または封入剤の種類は、本発明の範囲を限定することはない。
【００４９】
例えば、混合二液型封入剤の層流が、組電池１０に注入される。内部コンポーネントへの封入剤１４２の十分な表面領域接触および優れた接着特性は、ＲＴＶのような従来方法に対して保持について著しい機械的な優位性を与える。また、封入剤１４２の膨張により、衝撃、振動および破砕加重に関して、組電池１０の構造的完全性をかなり高める。封入剤１４２は、各セル１４を封入するため、各セル１４とヒートシンクアセンブリ３０との間に広がり、これによりセル１４とヒートシンクアセンブリ３０との間の空隙を解消する。
【００５０】
熱伝達係数は、無効な空隙によって形成される付随した熱絶縁層を除去することにより改善される。封入剤１４２の注入量は、図１ないし図３に示されるような空冷用途用のヒートシンクフィン配置を越えて上昇しないように制御されるであろう。また、封入剤１４２は、衝撃や振動に曝されているあいだ、セルのパッケージング部材の内部で電極積層がずれるのを防止するようにはたらく。さらに、セルの外装が徐々にゆるみ、セル１４の外装の基部に電解液を沈殿させ、よってセル１４の電気容量が低減されることを、封入剤１４２は防止する。
【００５１】
図１を再度参照する。組電池１０は、プリチャージ回路１５０、短絡保護部１５４、電流センサ１５２、電源コネクタ１５６、一対のパワーコンタクタ１６０、各モジュール１２から延びかつ個別のパワーコンタクタ１６０に接続される一対のパワーバスバー１６４を含む。
【００５２】
上記に暗に示すとおり、さらに、組電池１０は、セル１４の温度を感知するための、ハウジング１３０内に配置される（示されない）温度センサを含む。温度センサから温度を受信し、データを電池制御装置回路１００、１０２に伝送するフレキシブル回路８８、９０に、温度センサは電気的に接続される。温度が所定の安全限界値を超えるならば、電池制御装置は、組電池１０全体をシャットダウンするであろう。
【００５３】
当業者にとって、組電池１０が複数の温度センサおよび複数の制御回路を含みうることは正しく理解できるであろう。また、セル１４、冷却装置、加熱器、必要であれば温度センサや制御回路の配置は、図や明細書に示されるものと異なってもよい。さらに、１つの温度センサは複数の制御装置を用いて使用されてもよいし、または各制御回路はそれぞれの温度センサを有してもよい。各温度センサは、一つの制御回路によって制御されもよいし、または各加熱装置は、必要であれば、別々の制御回路によって制御されてもよい。
【００５４】
上記に暗に示すとおり、図２０ないし図２２は、符号２０１で全体的に示される少なくとも１つの組電池を有する本発明に係る別の代替的な実施形態を、符号２００で全体的に示すものである。各ヒートシンクアセンブリ２０４の熱伝達縁部から延びるフィン部２０４は、図２１および先の図１０に最適に示されるとおり、熱エネルギーの効率的な移動のための、符号２０８で全体的に示される共通平面インターフェース面を形成するため、略９０度の角度を定めるＬ形構成を有する。各共通平面２０８は、少なくとも１つのヒータブランケットまたは加熱装置２１０を支持し、ヒータブランケットまたは加熱装置２１０は、ヒートシンクアセンブリ２０４を加熱するための（示されない）加熱要素を有し、同様にシートシンクアセンブリ２０４がセル１４を加熱する。加熱装置２１０は、電池モジュール２００のセル１４を最適動作温度まで加熱するように使用されうる。
【００５５】
当業者にとって、リチウムイオン電池が理想的な温度範囲内でのみ最適に作動することは自明であろう。周囲温度が０℃より低いとき、セル１４の性能は大きく低減する。それゆえ、加熱装置２１０は、周囲温度が０℃より低いとき、電池モジュール２００が使用されうる最適動作温度まで電池モジュール２００を加熱する。たとえば、加熱装置２１０により、電池モジュール２００は、−４０℃ぐらいの周囲温度において使用されうる。当業者にとって、参照された温度が単に例として与えられていることは自明であろう。一方、例えば、液体、気体、固体などの冷却剤をヒートシンクアセンブリ２０６に導入するために、加熱装置２１０は、共通平面インターフェース面２０８冷却用の（示されない）水ジャケット装置に差し替えてもよい。これによりセル１４は冷却される。
【００５６】
さまざまな種類の加熱装置２１０が公知であり、それらは本願発明の主題の範囲内にある。好適な実施形態において、加熱装置２１０は、筐体またはハウジング２１２に熱を放散する抵抗器であってよい。
【００５７】
図２０ないし図２２に示されるとおり、山部のあるまたは弓なり構成を有する複数の圧縮バー８６は、相互に接続するセル１４の（示されない）屈曲部にわたって均一の圧力をかけかつ一対のフレキシブル回路２２４、２２６を固定するために、スペーサ２０５、２０６に接続される。少なくとも１つの電池の電子制御装置２３６と通信するために、各フレキシブル回路２２４、２２６は、接続部２３２、２３４で終結する尾部２２８、２３０に延びる。
【００５８】
上記に暗に示すとおり、電池モジュール２００は、セル１４の温度を感知するための、筐体２１２に配置される（示されない）温度センサをさらに含む。温度センサは、温度センサから温度を受信し電池の電子制御装置２３６にデータを送信するフレキシブル回路２２４、２２６に電気的に接続される。温度が所定の安全範囲を超えるならば、電池制御装置は、電池をシャットダウンするであろう。また、電池制御装置は、（示されない）第１のコンパレータを使用して当該温度と所定の最低温度を比較する。筐体２１２内の温度が所定の最低温度よりも低いとき、加熱装置を使用可能にする（示されない）トランジスタを導通状態にするように、（示されない）第２のコンパレータが使用される。筐体２１２が所定の設定温度まで加熱された後、加熱装置はオフにされ、筐体２１２の加熱を停止する。
【００５９】
上記に暗に示すとおり、本発明の別の利点が示される。本発明に係る組電池１０、２００は、非常に高いエネルギー密度特性を有する。高エネルギー密度は、小容積のスペース内にセル１４、パワー及びデータバス装置、制御装置、熱管理および保持構造を組み立てることにより達成され、これによりパッケージング特性を改善しならびに小型製品を提供する。組電池１０、２００は、セル１４を囲繞しかつ固定する優れた保持方法を提供し、電池モジュール１２のコスト効率のよい設計を提供する。本発明のさらに別の利点は、電池モジュール内への液体の浸透可能性、または組電池１０、２００の内側から、組電池１０、２００の外側への漏れを大きく低減する注封材料によって封入される組電池１０、２００を提供することである。これにより、製品寿命の低減または組電池１０、２００の浸透による故障を防止する。
【００６０】
本発明に係る発明概念は、先行技術を超える他の利点を提供する。組電池１０、２００は、効率的なパッケージング特性を有し、このパッケージング特性はセル１４およびセル１４内の内部電極積層を囲繞しかつ保持する優れた保持方法を提供する。本発明の第２の利点は、電池セル１４とヒートシンクアセンブリ３０との間の改良された接着性および表面領域接触性を有する組電池１０、２００と、それらの間に据えられる封入剤と、材料密度とに係る独特の設計である。これにより、従来の保持方法を使用する先行技術の組電池よりも優れた構造的完全性を有する組電池１０、２００が提供される。本発明のさらに別の利点は、化学的耐性のある設計を有する組電池１０、２００を提供することである。組電池１０、２００の内部コンポーネントは、組電池１０内の液体の浸透可能性、または組電池１０、２００の内側から組電池１０、２００の外側への漏れを大きく低減する注封材料によって封入される。これにより、製品寿命の低下または組電池１０、２００の浸透による故障を防止する。
【００６１】
本発明は例示的な実施形態として記述されているが、本発明の範囲からはずれることがない限り、種々の変更がなされてよいし、構成要素に対して均等物が代替されてもよいことは、当業者に理解されるであろう。また、本発明の本質的な範囲からはずれることがなければ、本発明の教示に対して個別の状況または材料を適合させるために多くの変更をしてもよい。それゆえ、本発明は、本発明を実施するために意図された最良の実施形態として開示される個別の実施形態に限定されず、本発明は付随の請求項の範囲内にあるすべての実施形態を含むことが意図されている。
【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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【国際調査報告】
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