JP2016516273A - バッテリーパック用バスバー - Google Patents

Abstract

バッテリーパックが一端部に位置するバスバーを含み、バッテリーパックの他端部は、冷却装置又は他の装置用に自由になっている。複数個のバッテリーセルは、バッテリーセルの第１の端部のところに位置するバッテリーセルの第１の端子を有する。バッテリーセルの第２の端子の複数個の部分がバッテリーセルの第１の端部のところに位置している。バッテリーセルの第１の端部は、同一平面上に配置された状態にある。複数個のバスバーがバッテリーセルの第１の端部の近くに組み立てられている。バスバーは、バッテリーセルを直列接続、並列接続、又は直列及び並列接続のうちの１つの接続状態に配置するようバッテリーセルの第１の端部のところに位置するバッテリーセルの第１の端子及び第２の端子に結合されている。

Description

本発明は、バッテリーパック用バスバーの技術分野に関する。

バスバーは、電気を導く金属ストリップ又はバーであり、配電のために用いられる。バッテリーセルは、バッテリーパックを形成するためにバスバーに接続される場合がある。円筒形セルを用いたバッテリーパックの中には、セルの頂部及び底部への電気的接続部を作るものがある。セルを直列に接続する場合、バスバーと大電流相互接続部は、１つのセル又はセルの並列群の正の端子を次のセル又は次のセル並列群の負の端子に連接する。

しかしながら、セルの底部への接続部は、セルにより生じる熱を除くために利用される冷却機構体からの空気流又は液体の流れを妨害する。加うるに、セルの底部からセルの長さよりも幾分長い電線の形態をしているのがよいバスバーへの大電流相互接続部は、僅かな量の抵抗を導入し、かかる抵抗は、大電流レベルでの電圧降下を生じさせる。バスバー又はバッテリの底部へのこの電線の組み付けにより、バッテリーパックのコストが嵩むと共に信頼性に関する問題が生じる場合がある。

本発明の実施形態が提供されるのは、このような内容の範囲内においてである。

バッテリーパックの一実施形態は、複数個のバッテリーセル及び複数個のバスバーを含む。バッテリーセルは、バッテリーセルの第１の端部のところにバッテリーセルの第１の端子を有する。バッテリーセルは、バッテリーセルの第１の端部のところにバッテリーセルの第２の端子の複数個の部分を有する。バッテリーセルの第１の端部は、同一平面上に配置された状態にある。複数個のバスバーは、バッテリーセルの第１の端部の近くに設けられている。複数個のバスバーは、複数個のバッテリーセルを直列接続、並列接続、又は直列及び並列接続のうちの１つの接続状態に配置するようバッテリーセルの第１の端部のところに位置するバッテリーセルの第１の端子及び第２の端子の複数個の部分に結合されている。

バッテリーパックの別の実施形態は、セルホルダと、複数個のバスバーと、複数個のバッテリーセルとを含む。複数個のバスバーは、セルホルダの第１の端部のところに配置されている。複数個のバッテリーセルは、セルホルダ内に配置されている。バッテリーセルの各々は、複数個のバスバーの近くに位置する第１の端子を有する。バッテリーセルの各々は、複数個のバスバーの近くに位置する第２の端子の一部分を有する。第１の端子と第２の端子の一部分は、バッテリーセルの第１の端部のところで複数個のバスバーに電気的に結合されている。バッテリーセルは、並列接続、直列接続、又は並列及び直列接続のうちの１つの接続状態をなしている。

バッテリーパックを組み立てる方法が提供される。この方法は、複数個のバッテリーセルの第１の端部が同一平面上に位置するよう複数個のバッテリーセルを配置するステップを含む。バッテリーセルの各々は、バッテリーセルの第１の端部のところに位置する第１の極性の第１の端子及びバッテリーセルの第１の端部のところに位置する第２の極性の第２の端子の一部分を有する。本方法は、複数個のバスバーを複数個のバッテリーセルの同一平面上に位置する第１の端部に近接して配置するステップを含む。本方法には、複数個のバスバーを複数個のバッテリーセルの第１の端部のところで複数個のバッテリーセルの第１の端子及び第２の端子に結合するステップが含まれる。結合は、バッテリーセルの第１の端部のところで行われ、それにより反対側の端部が除熱を行うことができるようになっている。複数個のバッテリーセルを直列接続、並列接続、又は直列及び並列接続のうちの１つの接続状態をなして互いに結合することができる。

本発明の他の観点及び他の利点は、一例として上述の実施形態の原理を示した添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと明らかになろう。

上述の実施形態及びこれら実施形態の利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと最も良く理解できる。これら図面は、説明する実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって説明する実施形態に対して行うことができる形態及び細部の変更を何ら制限するものではない。

バスバーがバッテリーセルの上下に設けられているバッテリーパックの略図である。 一実施形態に従ってバスバーがバッテリーセルの正の端子に隣接して位置したバッテリーパックの略図である。 図２Ａのバッテリーパックの実施形態における成層スタック中のバスバーの断面図である。 一実施形態としてのセルホルダの斜視図である。 一実施形態に従ってバスバー層がバッテリーパックの一端部のところに位置したバッテリーパックの斜視図である。 図４のバッテリーパックの斜視図であり、絶縁体層がバスバー層の頂部上に位置した状態を示す図である。 図５のバッテリーパックの斜視図であり、別のバスバー層が絶縁体層の頂部上に位置した状態を示す図である。 一実施形態に従って交互に配列されたフィンガを備えるバスバーを示す図である。 一実施形態に従ってバスバーをバッテリーセルの一端部のところでバッテリーセルの端子に結合したボンドワイヤの斜視図である。 一実施形態に従ってバッテリーセルの単一の端部のところに位置したバスバーを含むバッテリーパックを製作する方法の流れ図である。

バスバーがバッテリ端子の一端部の近くに配置されていて反対側の端部がヒートシンクに接近可能であるようにしているバッテリーパックの詳細な例示の実施形態が本明細書に提供されている。しかしながら、本明細書において開示する特定の機能上の細部は、実施形態の説明の目的上例示であるに過ぎない。しかしながら、実施形態は、多くの変形形態で具体化でき、これら実施形態は、本明細書において説明する実施形態にのみ限定されるものと解されてはならない。

第１、第２などのような用語が種々のステップ又は計算を説明するために本明細書において用いられている場合があるが、これらステップ又は計算は、これら用語によって限定されるべきではないということは理解されるべきである。これら用語は、１つのステップ又は計算を別のステップ又は計算から区別するために用いられているに過ぎない。例えば、第１の計算は、第２の計算と称される場合があり、同様に、第２のステップは、第１のステップと称される場合があり、このことは、本発明の範囲から逸脱しない。本明細書に用いられる「及び／又は」という用語並びに「／」という記号は、列挙された関連のアイテムのうちの１つ又は２つ以上の任意の組み合わせ及びあらゆる組み合わせを含む。

英文明細書で用いられる単数形“ａ”、“ａｎ”及び“ｔｈｅ”は、別段の明示の指定がなければ、複数形をも含むものである。さらに理解されるように、“comprises ”（「〜を有する」と訳されている場合が多い）、“comprising”、“includes”（「〜を含む」と訳されている場合が多い）及び／又は“including ”は、本明細書で用いられる場合、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を指定しているが、１つ又は２つ以上の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又はこれらの群の存在又は追加を排除するものではない。したがって、本明細書で用いられている用語は、特定の実施形態を説明する目的のためであるに過ぎず、本発明を限定するものではない。

また、注目されるべきこととして、幾つかの変形具体化例では、注目する機能／行為は、図に記載されている順序を外れて起こっても良い。例えば、連続して示されている２つの機能／行為は、事実、実質的に同時に実行されても良く、或いは、場合によっては、関与する機能／行為に応じて逆の順序で実施されても良い。

図１に概略的な形態で示されているバッテリーパックの一形式は、バッテリーセルを並列的に、直列的に又は直列‐並列的に接続するためにバッテリーセルの上下に設けられたバスバーを用いており、これらバスバーは、バッテリーパックのセルにより生じる熱を奪い又は除く能力を制限する。これとは対照的に、図２Ａ及び図４〜図７のバッテリーパックの実施形態は、以下に更に説明する種々の構成例において、バッテリーセル又はセルホルダの一端部のところにのみバスバーを有する。本明細書において説明するバッテリーパックは、リチウム‐イオンバッテリーセル又は他形式の充電式バッテリーセルに利用でき、しかも電気車両、ハイブリッド車及び他の用途に利用できる。電気車両及びハイブリッド車は、陸上自動車並びに空中乗り物、例えば飛行機、ヘリコプター、ロケット、宇宙船等及び水用車両、例えば船舶、潜水艦等を含む。実施形態は又、非充電式バッテリーセルと一体化できることは理解されるべきである。

図１は、バッテリーパック１００を示しており、このバッテリーパック１００は、並列接続状態にあるバッテリーセル１０２，１０４の第１の群、並列接続状態にあるバッテリーセル１０６，１０８の第２の群、及び並列接続状態にあるバッテリーセル１１０，１１２の第３の群を含む。第１の群、第２の群及び第３の群は、互いに直列接続状態に結合されている。バスバー１１４，１１６，１１８，１２０，１２２，１２４がバッテリーセルをこの並列及び直列結合方式で接続するために用いられている。バスバーの各々は、１本又は２本以上の電線によりそれぞれのバッテリーセルに結合されている。比較的太い電線は、第２のバスバー１１４、第３のバスバー１２２に結合しており、それによりバッテリーセルの第１の群及び第２の群のための直列接続部が作られている。別の比較的太い電線が第２のバスバー１１６を第５のバスバー１２４に結合しており、それによりバッテリーセルの第２の群及び第３の群のための直列接続が行われており、その結果、第６のバスバーは、バッテリーパック１００のための正の端子である。

図２Ａは、バッテリーパック２００を示しており、このバッテリーパック２００は、バッテリーパックの一端部からの効率的な熱除去を可能にするバスバー構成を備えている。というのは、バスバーの全てがバッテリーパックの他端部の近くに位置しているからである。この実施形態では、バスバー２１４，２１６，２２２，２１８は、バッテリーセルの一端部の近くで組み立てられており、それにより図１のバッテリーパックの場合よりも少ない数のバスバーの使用が可能になっている。上側のバスバーから下側のバスバーへの比較的太い電線は、図２Ａの実施形態ではなくされている。バッテリーパック２００は、バスバーをセルの頂端部の近くに位置した電線により正及び負の端子に結合することによってセルの一端部のところ、例えば、セルの頂端部のところの正の端子と負の端子の両方への接近を利用している。理解されるべきこととして、図２Ａの実施形態は、バッテリーセルのうちの任意のものよりも長さが短い電線の使用を可能にしている。図２Ａに示されているように、バッテリーセル１０２，１０４の第１の群は、並列接続状態にあり、バッテリーセル１０６，１０８の第２の群は、並列接続状態にあり、バッテリーセル１１０，１１２の第３の群は、並列接続状態にある。第１の群、第２の群及び第３の群は、互いに直列接続状態にある。バスバー２１４，２１６，２１８，２２２は、次のようにバッテリーセルをこの並列及び直列結合状態に結合するために用いられている。バッテリーパック２００の負の端子で始まって、第１のバスバー２１４がバッテリーセルの各々の頂端部１３８のところでバッテリーセル１０２，１０４の第１の群の負の端子に接続されている。第２のバスバー２２２は、バッテリーセルの各々の頂端部１３８のところでバッテリーセル１０２，１０４の第１の群の正の端子に接続されている。第１及び第２のバスバー２１４，２２２は、バッテリーセル１０２，１０４の第１の群を並列状態に結合している。第２のバスバー２２２及び第３のバスバー２１６は、バッテリーセル１０６，１０８の第２の群を並列状態に結合している。第３のバスバー２１６及び第４のバスバー２１８は、バッテリーセル１１０，１１２の第３の群を並列状態に結合している。直列接続部がバスバーによって形成されている。第２のバスバー２２２は、バッテリーセル１０２，１０４の第１の群の正の端子をバッテリーセル１０６，１０８の第２の群の負の端子に接続している。第３のバスバー２１６は、バッテリーセル１０６，１０８の第２の群の正の端子をバッテリーセル１１０，１１２の第３の群の負の端子に接続している。第４のバスバー２１８は、バッテリーパック２００の正の端子である。バスバー及び並列接続、直列接続、又は並列及び直列接続に関する他の構成例が変形例として容易に想定される。他の極性のバッテリーセルをこれらの変形例において用いることができる。理解されるべきこととして、バッテリーセルとバスバーの接続部は、図２Ｂを参照して以下に説明するように、成層スタックを貫通して設けられた孔を通って延びる電線によって形成されるのが良い。

バスバーは、成層スタック２５０内に配置されるのが良く、或いは、他の構成例については後で説明する。成層スタック２５０内において、第１のバスバー２１４及び第３のバスバー２１６は、第１の層２３０内に配置され、これらバスバーは、短絡することがないよう隙間によって互いに隔てられている。隙間は、幾つかの実施形態では絶縁体で満たされるのが良いが、これは、オプションである。絶縁体が第２の層２３２として設けられている。第２のバスバー２２２及び第１のバスバー２１４は、第３の層２３４内に配置され、これらバスバーは、短絡しないよう隙間又は絶縁体によって互いに隔てられている。第３の層２３４は、第２の層２３２、即ち、絶縁体によって第１の層２３０から隔てられており、その結果、互いに異なる層のバスバーは、短絡しないようになっている。理解されるべきこととして、成層スタックの変形形態が可能である。というのは、図２Ａは、一例であり、本発明を限定するものではないからである。例えば、成層スタックは、４つ以上の層を含んでも良く、各バスバー層は、単一のバスバーを有しても良く、或いは単一の同一平面上に位置する層内に設けられた２つ又は３つ以上のバスバーを有しても良い。

バッテリーセル１０２〜１１２は、セルの頂端部のところに正の端子として突出ナブを有している。バッテリーセル１０２〜１１２は、セルの負の端子として缶又はケーシングを有している。ケーシングは、セルの底端部のところに位置する比較的平坦な表面、円筒形側部、及びセルの頂端部のところに位置する負の端子の一部分を有している。バッテリーセルの幾つかの形式では、ケーシングは、セルの頂端部のところにクリンプを有し、このクリンプは、ケーシングがバッテリーセルの内容物周りに封着されたときに形成される。セルの頂端部のところのこのクリンプ又は負の端子の他の部分は、頂端部のところでのバッテリーセルの負の端子への物理的且つ電気的アクセスとなる。クリンプは、絶縁体で満たされても良く又は満たされなくても良い隙間により突出ナブの周辺側部から離隔されている。

理解されるべきこととして、バスバーをバッテリーセルの両端部のところ、即ち、頂部と底部に設けることにより、ヒートシンクを効率的な熱除去が得られるようバッテリーセルの頂面又は底面と熱的連絡関係をなすよう取り付けることができる領域が残されないようになる。加うるに、比較的太い電線を上側バスバーから下側バスバーにはんだ付けし又は違ったやり方で接続するには組み立て作業が必要であり、これによりバッテリーパックの製造費が増大する。この比較的太い電線は、バッテリーセルのうちの任意のものの長さよりも長く、かかる電線は、電流経路中に寄生抵抗をもたらす場合があり、それにより大電流ドレン条件下において電圧降下をもたらす場合がある。比較的太い電線は又、破断を生じやすくしかもセルのうちの１つ又は２つ以上の接近を生じ、そしてそれに付随する短絡、開回路又は他の信頼性の問題を生じる場合がある。

一実施形態では、成層スタックは、回路板の層を用いて形成されている。例えば、バスバーは、銅層又は別の適当な導電性金属で作られるのが良く（又は銅層又は別の適当な導電性金属上に作られるのが良く）、絶縁体は、樹脂含浸ガラス繊維又は他の適当な絶縁材料で作られるのが良い。変形例では、バスバーは、アルミニウム又は他の金属で作られても良く、種々の材料を絶縁体として利用することができる。一実施形態では、ヒートシンク２５２がバッテリーセル１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２の底端部１４０に組み付けられ、このヒートシンクは、底端部１４０に熱的に結合されている。ヒートシンクは、空気又は液体による冷却のためのフィン又は通路を有するのが良い。ファンが幾つかの実施形態ではヒートシンク２５２の表面を横切って空気流を供給するのが良い。一変形例では、ヒートシンクは、バッテリーセルホルダ、例えば図３のバッテリーセルホルダの底部に取り付けられ又は固定される。バッテリーセルの同一平面上配置により、ヒートシンクを取り付けるための比較的平坦な表面が提供され、幾つかの実施形態では、バッテリーセルは、セル、例えば１８６５０リチウムイオン電池の底部を介して効果的に冷えるよう設計される。

バスバーをバッテリーセル端子に接続するワイヤを引き回す一手法が図２Ｂに示されている。これら電線は、図２Ａ及び図２Ｂに示されているように、バッテリーセルの長さよりも短いのが良く、かくして、図１に示されているようにオーバーヘッドバスバーからバッテリーセルの底部まで接続している電線よりも短くしかも抵抗が低い。図２Ｂでは、成層スタック中の材料の各々は、孔を有し、かかる孔のサイズは、ボンドワイヤ２３６又は他の電線がバスバーのうちの１つに短絡する見込みが低いように設定されている。図示の実施例では、成層スタックの第１の層２３０上のバスバーは、ボンドワイヤ２３６を挿通させることができる孔２３８を有している。成層スタックの第２の層２３２上の絶縁体は、ボンドワイヤ２３６を挿通させることができる小さな孔２４０を有している。成層スタックの第３の層２３４上のバスバーは、ボンドワイヤ２３６を挿通させることができる大きな孔２４２を有している。絶縁体、即ち第２の層２３２の小さな孔２４０は、ボンドワイヤ２３６が大きな孔２４２又は孔２３８の縁に接触する可能性が低いようにボンドワイヤ２３６の動きを拘束する。換言すると、ボンドワイヤ２３６は、孔の互い違いのサイズの結果として、第３の層２３４又は第１の層上のバスバーに接触する可能性が低い。ボンドワイヤ２３６は、第１の層２３０上のバスバーをバッテリーセルの頂部のところでバッテリーセルの表面１３４、例えば、正のナブ端子又は負の端子に結合する。バッテリーセルの第１の端部の近くに位置する下側バスバーの孔は、絶縁体の孔よりも大きい。幾つかの実施形態では、孔は、円形であり、孔２４０の直径は、絶縁体層の上下に位置するバスバーの孔の直径よりも小さい。加うるに、理解されるべきこととして、１つの層の孔は、成層スタックを介して接近が可能であるよう別の層の孔と整列している。さらに理解されるべきこととして、孔は、任意の幾何学的形態のものであって良く、円形には限定されない。例えば、バスバーの別の表面に結合され若しくは取り付けられ又は別の仕方で取り付けられたワイヤを受け入れるために孔の他の構成が容易に想定される。積み重ね状態のバスバーの実施形態は、特定の用途、例えばハイブリッド又は電気車両内に用いられるようハウジング内に封入されるのが良い。

図３は、バッテリーセルホルダ３００を示している。図示の実施形態では、バッテリーセルホルダ３００は、プラスチック材料で作られている。バッテリーセルホルダ３００の変形例は、他の材料で作られても良く、そして成形され、注型され又はそれどころか３Ｄプリンターを用いて作られても良い。バッテリーセル３０８は、ハウジング３０２内に挿入され、蓋３０４が例えば１本又は２本以上の締結具３０６又は他の手段によってハウジング３０２に取り付けられている。バッテリーセルホルダ３００は、バッテリーセルを密集状態に実装され又は高密度状態に実装された互い違いの列又は六角形配置状態に保持する。実施形態は、六角形配置状態には限定されないので他の構成例は容易に想定される。図示のように、バッテリーセルホルダ３００は、部分的に実装されているに過ぎず、かかるバッテリーセルホルダ３００にバッテリーセルを容易に詰め込むことができる。これらは、市販のバッテリーセル、例えばリチウムイオン電池又は別の充電可能な又は充電できない技術のセルであって良い。他の実施形態では、バッテリーセルは、特に特定のバッテリーパック用に作られた独自の（所有権によって保護されている）バッテリーセルであって良い。バッテリーセルホルダ３００は、バスバーなしで示されており、これらバスバーは、図４〜図６に示されているように容易に付け加えられる。

図４は、バッテリーパック４００、例えばバッテリーセルを完全に実装した図３のバッテリーセルホルダ又はその変形例を示している。ハウジング４０２の一端部のところ、例えばハウジング４０２の頂端部のところに、バスバー層が追加されている。バスバー層は、第１のバスバー４０４及び第２のバスバー４０６を有している。第１のバスバー４０４は、バッテリーセルの第１の群をバッテリーセルの第２の群に直列に結合し、第２のバスバー４０６は、バッテリーセルの第３の群をバッテリーセルの第４の群に直列に接続している。隙間が第１のバスバー４０４と第２のバスバー４０６を隔てており（図２Ａに示されている構成とほぼ同様に）、その結果、これらバスバーは、互いに短絡しないようになっている。第１のバスバー４０４及び第２のバスバー４０６は、この実施形態では、ハウジング４０２の頂面全体にわたって延びている。第１のバスバー４０４及び第２のバスバー４０６は、バッテリーセル及び対応のバスバーとの電気的接続部を形成するようボンドワイヤ又は他の電線を挿通させることができる孔を有している。

図５は、絶縁体層５０２がバスバー層の頂部上に追加されたバッテリーパック４００を示している。絶縁体層５０２は、図４の第１のバスバー４０４及び第２のバスバー４０６の頂面を覆っており、この絶縁体層は、バッテリーセルとの電気的接続部を形成するようボンドワイヤ又は他の電線を挿通させることができる孔を有するのが良い。図示のように、絶縁体層５０２の孔は、図４のバスバー層の対応の孔と整列している。図６は、バスバー層が図５の絶縁体層５０２の頂部上に位置したバッテリーパック４００を示している。図６では、追加されたバスバー層は、第３のバスバー６０２、第４のバスバー６０４、及び第５のバスバー６０６を含む。第３のバスバー６０２は、バッテリーセルの第１の群を例えば隣りのバッテリーパック内のバッテリーセルの別のブロック又は群に接続している。第４のバスバー６０４は、バッテリーセルの第２の群をバッテリーセルの第３の群に接続している。第５のバスバー６０６は、バッテリーセルの第４の群を例えば第２の隣りのバッテリーパック内のバッテリーセルの別のブロック又は群に接続している。バスバー６０２〜６０４は、表面を貫通して設けられた孔を有し、これら孔は、図５の絶縁体層の孔及び図６の第１のバスバー層の孔と整列している。かくして、各層の対応の孔は実質的に互いに整列した状態で、図２Ｂを参照すると示されているようにバッテリーセルから各バスバー層への電線又はリード線に関するアクセスが可能である。

図４〜図６を参照すると、バッテリーセルの第１の群は、かくして、第１のバスバー４０４及び第３のバスバー６０２によって並列接続されている。バッテリーセルの第２の群は、第１のバスバー４０４及び第４のバスバー６０４によって並列接続されている。バッテリーセルの第３の群は、第４のバスバー６０４及び第２のバスバー４０６によって並列接続されている。バッテリーセルの第４の群は、第５のバスバー６０６及び第２のバスバー４０６によって並列接続されている。並列及び直列接続の他のグループ化は、変形例において容易に想定されるバスバーの他の構成及び接続方式によって形成できる。加うるに、バスバー及び絶縁体層のそれ以上に多くのスタックを本明細書において説明する実施形態に組み込むことができる。

図７は、バッテリーパックの単一の端部のところ、即ちバッテリーセルの各々の一端部のところにバスバーを配置する別の技術を示している。２つのバスバー７０２，７０４は、同一平面上配置状態にあり、これらバスバーは、交互に配列されたバスバー構造７００の状態で交互に配列されたフィンガ７０６，７１０を有している。即ち、第１のバスバー７０２のフィンガ７０６は、第２のバスバー７０４のフィンガ７１０と同一平面上に位置した状態で交互に配列されている。第１のバスバーのフィンガ７０６は、バッテリーセルの第１の群７２０の負の端子７０８に結合されている。第２のバスバー７０４のフィンガ７１０は、バッテリーセルの第１の群７２０の正の端子７１２に結合されている。この実施例では、バスバーからバッテリーセルの正及び負の端子への結合は、バッテリーセルの頂端部のところに取り付けられたボンドワイヤを介して行われる。第１のバスバー７０２及び第２のバスバー７０４は、バッテリーセルの第１の群７２０を並列接続している。第２のバスバー７０４の追加のフィンガがバッテリーセルの第２の群７２２の負の端子に接続されている。第３のバスバー７２４のフィンガは、バッテリーセルの第２の群７２２の正の端子に接続されている。第２のバスバー７０４及び第３のバスバー７２４は、バッテリーセルの第２の群７２２を並列接続している。かくして、第２のバスバー７０４は、バッテリーセルの第１の群７２０と第２の群７２２を直列接続している。バッテリーセルの追加の群を関連構成例において交互に配列されたフィンガを備えた追加のバスバーによって直列接続することができる。

図８は、バスとセルの配線構造８００においてバスバー８０８をバッテリーセル８０２の負の端子８０６に結合し又は電気的に接続したボンドワイヤ８１０を示している。バッテリーセル８０２は、正の端子としてナブ８０４を有し、ナブ８０４は、後でバスバーの別のものに接続される。ボンドワイヤ８１０は、一実施例では、ボンドワイヤの近位端部のところでバスバー８０８に超音波溶接されると共にボンドワイヤの遠位端部のところでバッテリーセルの負の端子８０６に超音波溶接されている。ボンドワイヤは、アルミニウムであって良く銅であって良く銀であって良く若しくは他の導電性金属又はこれらの組み合わせであって良い。バスバーとバッテリ端子との電気的接続部の他の形式、例えばスポット溶接、はんだ付け、ばね接点等を想定できる。理解されるべきこととして、正及び負の電気的接続部は、製造効率を一段と高めるためにこれら実施形態では同一の機械又は工具を利用して作られるのが良い。

図９は、バッテリーパックを組み立てる方法９００の流れ図を示している。これらよりも少ない操作、追加の操作を用い、操作の順序を変更する等して方法９００の変形例が容易に想定される。操作９０２では、バッテリーセルをセルホルダ又はバッテリーセルのための何らかの適当な支持構造体中に挿入する。例えば、図３に示されているセルホルダ３００及びバッテリーセルを使用するのが良い。操作９０４では、バッテリーセルを第１の端部が互いに同一の平面上に位置した状態で配置する。操作９０６では、バスバーをバッテリーセルの第１の端部の近くに配置する。バスバーを順番に積み重ね構成でバッテリーセルの一端部を覆って配置し、反対側の端部からの効率的な熱除去を可能にする。操作９０８では、一実施形態では、第１のバスバー及び第２のバスバーを成層スタックの第１の層上に置く。操作９１０では、絶縁体を第２の層として成層スタックの第１の層を覆って置く。操作９１２では、第３のバスバーを成層スタックの第３の層上に配置する。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示されている成層スタックを図２Ｂに示されているような孔を備えた状態で用いるのが良い。かくして、バスバーの全てをセルの頂部沿いに単一平面に沿って組み立てて熱管理のためにセルの底部のところの領域を空ける。加うるに、以下に説明する正の電気的接続部と負の電気的接続部の両方を組立体の単一の端部から作るのが良く、それにより組立体を再位置決めする必要なく、大電流接続部の完成が可能になる。

一実施形態では、操作９１６において、ボンドワイヤを成層スタックの孔に通す。操作９１８において、バスバーをバッテリーセルの第１の端部のところでバッテリーセルの第１の端子及び第２の端子に結合する。例えば、操作９２０において、第１のバスバーをバッテリーセルの第１の群の第２の端子に結合する。操作９２２において、第３のバスバーをバッテリーセルの第１の群の第１の端子に結合する。操作９２４において、第３のバスバーをバッテリーセルの第２の群の第２の端子に結合する。操作９２６では、第２のバスバーをバッテリーセルの第２の群の第１の端子に結合する。第１、第２及び第３のバスバーをバッテリーセルの第１及び第２の群の端子に結合する操作９２０，９２２，９２４，９２６の結果として、バッテリーセルの第１の群の並列接続及びバッテリーセルの第２の群の並列接続が行われ、第１及び第２の群が直列接続される。方法９００の変形例によりバッテリーセルの他の構成が提供される。操作９２８において、一実施形態では、ヒートシンクをセルホルダの底部に取り付ける。ヒートシンクは、別の冷却機構体、例えばファン又は液体ポンプによってヒートシンクの表面上に差し向けられる空気流又は液体流を有するのが良い。空気流又は液体流のための管路又は配管、ファン又は液体ポンプの取り付け、及びファン又は液体ポンプのための電気配線が容易に想定される。

上述の実施形態を念頭において、これら実施形態は、コンピュータシステムに記憶されたデータを含む種々のコンピュータ実施化操作を採用しても良いことは理解されるべきである。これら操作は、物理的量の物理的操作を必要とする操作である。通常、これら量は、記憶可能であり、伝送可能であり、組み合わせ可能であり、比較可能であり、しかも違ったやり方で操作可能な電気又は磁気信号の形態を取るが、必ずしもそうである必要はない。さらに、行われる操作は、例えば生成、識別、決定又は比較という用語で呼ばれる場合が多い。実施形態の一部をなす本明細書において説明した操作はどれも、有用な機械作業である。これら実施形態は又、これら操作を実行する器具又は装置に関する。この装置は、所要の目的に合わせて特別に構成でき又はこの装置は、コンピュータに記憶されているコンピュータプログラムによって選択的に起動され又は構成される汎用コンピュータであっても良い。特に、種々の汎用機械を本明細書の教示に従って書き込まれたコンピュータプログラムと共に用いることができ又は所要の操作を実行するようより特殊な装置を構成することが好都合である場合がある。

方法操作を特定の順序で説明したが、理解されるべきこととして、他の操作を記載した操作相互間で実施することができ、記載した操作を調節してこれらが僅かに異なる時刻で起こるようにしても良く、或いは、記載した操作を処理と関連した種々の間隔で処理操作の発生を可能にするシステム中に分散させても良い。

上述の説明は、説明目的で特定の実施形態を参照して行われた。しかしながら、上述の例示の説明は、網羅的ではなく、或いは、本発明を開示した形態そのものに限定するものではない。上述の教示を考慮して多くの改造及び変形が可能である。実施形態は、本発明の原理及びその実用的用途を最も良く説明するために選択されると共に説明されており、それにより当業者が計画した特定の用途に合うようにこれら実施形態及び種々の改造例を最も良く利用できることができるようにする。したがって、上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく例示として考えられるべきであり、本発明は、本明細書において与えられた細部には限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び均等範囲内での改造が可能である。

Claims (20)

1. バッテリーパックであって、
   複数個のバッテリーセルを含み、この複数個のバッテリーセルは、当該複数個のバッテリーセルの第１の端部のところに前記バッテリーセルの第１の端子を有すると共に当該複数個のバッテリーセルの前記第１の端部のところに前記バッテリーセルの第２の端子の複数個の部分を有し、前記複数個のバッテリーセルの前記第１の端部は、同一平面上配置状態にあり、
   前記複数個のバッテリーセルの前記第１の端部の近くに設けられると共に前記複数個のバッテリーセルを直列接続、並列接続、又は直列及び並列接続のうちの１つの接続状態に配置するよう前記複数個のバッテリーセルの前記第１の端子及び前記第２の端子の前記部分に結合された複数個のバスバーを含む、バッテリーパック。
2. 前記複数個のバッテリーセルの各々は、
   第１の端子としての正の端子と、
   第２の端子としての円筒形缶とを有する、請求項１記載のバッテリーパック。
3. 前記複数個のバスバーは、同一平面上の交互に配列されたフィンガとして配置されている、請求項１記載のバッテリーパック。
4. 前記複数個のバスバーは、絶縁体によって互いに隔てられた積み重ね状態の互いに平行なプレートから成る、請求項１記載のバッテリーパック。
5. 多数のバスバーは、前記積み重ね状態の互いに平行なプレートのうちの１つの層上に設けられている、請求項４記載のバッテリーパック。
6. 前記複数個のバッテリーセルの第２の端部に結合されたヒートシンクを更に含み、前記第２の端部は、前記第１の端部と反対側に位置し、前記第２の端部が、同一平面上配置状態を有し、前記複数個のバッテリーセルは、充電式バッテリーセルである、請求項１記載のバッテリーパック。
7. バッテリーパックであって、
   セルホルダと、
   前記セルホルダの第１の端部のところに配置された複数個のバスバーと、
   前記セルホルダ内に配置された複数個のバッテリーセルと、を含み、この複数個のバッテリーセルの各々は、前記複数個のバスバーの近くに位置する第１の端子及び前記複数個のバスバーの近くに位置する第２の端子の一部分を有し、前記第１の端子と前記第２の端子の前記一部分は、前記バッテリーセルの第１の端部のところで前記複数個のバスバーに電気的に結合されていて、それにより、前記複数個のバッテリーセルは、並列接続、直列接続、又は並列及び直列接続のうちの１つの接続状態をなすようになっている、バッテリーパック。
8. 前記複数個のバスバーは、第１のバスバー、絶縁体層及び第２のバスバーを積み重ね平行配置状態で含む、請求項７記載のバッテリーパック。
9. 前記第１のバスバーは、孔を有し、前記絶縁体層は、孔を有し、前記第２のバスバーは、孔を有し、前記第１のバスバーの前記孔と前記絶縁体層の前記孔と前記第２のバスバーの前記孔は、互いに整列しており、電線が各孔を通って前記第２のバスバーを前記第１の端子又は前記第２の端子の前記一部分のうちの１つ又は２つ以上に結合しており、前記第１のバスバーの前記孔及び前記第２のバスバーの前記孔は、前記絶縁体層の前記孔よりも大きい、請求項８記載のバッテリーパック。
10. 前記複数個のバスバーは、第１のフィンガを備えた第１のバスバー及び第２のフィンガを備えた同一の平面上に位置する第２のバスバーを含み、前記第１のフィンガと前記第２のフィンガは、平面上配置状態で交互に配列されている、請求項７記載のバッテリーパック。
11. 前記複数個のバスバーを前記バッテリーセルの前記第１の端子又は前記第２の端子の前記一部分に電気的に結合している各電線は、各バッテリーセルの長さよりも短い長さを有する、請求項７記載のバッテリーパック。
12. 前記複数個のバスバーは、
    前記第１の端子のうちの第１のものに接合された第１のバスバーを含み、
    前記第１のバスバーと同一平面上に位置した第２のバスバーを含み、この第２のバスバーは、前記第２の端子のうちの第１のもの及び前記第１の端子のうちの第２のものに結合され、
    前記第２の端子のうちの第２のものに結合された第３のバスバーを含み、この第３のバスバーは、絶縁体層を覆って設けられ、前記絶縁体層は、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーを覆って設けられ、前記第３のバスバーは、前記第１のバスバー、前記絶縁体層及び前記第３のバスバーの互いに整列した孔を貫通して延びるワイヤによって前記第２の端子の前記第２のものに結合されている、請求項７記載のバッテリーパック。
13. 前記バッテリーパックは、充電式車両内に組み込まれている、請求項７記載のバッテリーパック。
14. 前記セルホルダの反対側の第２の端部に取り付けられたヒートシンクを更に含む、請求項７記載のバッテリーパック。
15. 前記複数個のバッテリーセルは、並列に結合されたバッテリーセルの第１の群を含むと共に並列に結合されたバッテリーセルの第２の群を含み、前記第２の群は、前記第１の群と直列である、請求項７記載のバッテリーパック。
16. バッテリーパックを組み立てる方法であって、
    複数個のバッテリーセルの第１の端部が同一平面上に位置するよう前記複数個のバッテリーセルを配置するステップを含み、この複数個のバッテリーセルの各々は、前記バッテリーセルの前記第１の端部のところに位置する一方の極性の第１の端子及び前記バッテリーセルの前記第１の端部のところに位置する逆の極性の第２の端子の一部分を有し、
    複数個のバスバーを前記複数個のバッテリーセルの同一平面上に位置する前記第１の端部に隣接して配置するステップを含み、
    前記複数個のバスバーを前記複数個のバッテリーセルの前記第１の端部のところで前記複数個のバッテリーセルの前記第１の端子及び前記第２の端子に結合するステップを含み、このステップは、前記複数個のバッテリーセルが直列接続、並列接続、又は直列及び並列接続のうちの１つの接続状態をなして互いに結合されるようにする、方法。
17. 前記複数個のバッテリーセルの第２の端部に熱的に結合するようにヒートシンクを取り付けるステップと、
    前記ヒートシンクの表面を横切って空気を流すステップと、を更に含む、請求項１６記載の方法。
18. 前記結合するステップは、
    前記バスバーのうちの第１のものを第１のボンドワイヤを介して前記バッテリーセルの第１の群の前記第２の端子に結合するステップと、
    前記バスバーのうちの第２のものを第２のボンドワイヤを介して前記バッテリーセルの前記第１の群の前記第１の端子に結合するステップと、
    前記バスバーの前記第２のものを第３のボンドワイヤを介して前記バッテリーセルの第２の群の前記第２の端子に結合するステップと、
    前記バスバーの第３のものを第４のボンドワイヤを介して前記バッテリーセルの前記第２の群の前記第１の端子に結合するステップと、を含む、請求項１６記載の方法。
19. 前記ボンドワイヤの各々は、前記複数個のバッテリーセルのうちのどのバッテリーセルの長さよりも短い長さを有する、請求項１８記載の方法。
20. 前記第１のボンドワイヤ又は前記第３のボンドワイヤを前記バスバーのうちの前記第２のものの孔中に通すステップを更に含む、請求項１８記載の方法。

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