JP2017168412A - 電池モジュールの製造方法、及び、電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】伝熱プレートの位置ズレを抑制可能な電池モジュールの製造方法、及び、電池モジュールを提供する。【解決手段】電池モジュール1の製造方法は、電池セル10と伝熱プレート30とを第1方向に沿って交互に配列することにより配列体2を構成する配列工程と、第1方向に沿って配列体2を拘束しながら電池セル10及び伝熱プレート30を一体化する一体化工程と、一体化工程の後に、伝熱プレート30同士の溶接を行う溶接工程と、を備える。電池セル10は、第1方向に交差する第1側面12aと第1方向に沿って延びる第2側面12bとを含む。伝熱プレート30は、第1側面12a上に位置する第1部分31と第2側面12b上に位置する第2部分32とを含む。溶接工程においては、第1方向に沿って互いに隣接する伝熱プレート30の第2部分32同士を溶接する。【選択図】図7
Description
本発明は、電池モジュールの製造方法、及び、電池モジュールに関する。
特許文献1には、燃料電池支持機構が記載されている。この燃料電池支持機構は、複数のセルを含む積層部品を積層してなる燃料電池スタックと、燃料電池スタックにおける積層部品の変位を拘束するための板状の外部拘束部材と、を備える。
特許文献1に記載された燃料電池支持機構においては、燃料電池スタックが外部からの荷重を受けると判定された場合、板状の外部拘束部材を燃料電池スタックの側面に接触させることにより、積層部品の積層方向に交差する方向への変位を一括して拘束する。これにより、積層部品の当該方向への位置ずれの抑制が図られる。
ところで、上記の燃料電池スタックといった電池モジュールを製造する際には、電池セル等の積層部品の位置ズレを防止するために、所定の基準面を利用して積層部品を位置決めしながら配列して一体化することが考えられる。この方法によれば、少なくとも電池モジュールの製造時には、積層部品の位置ずれが抑制され得る。しかしながら、電池モジュールを搬送したり車両等に組み付けたりする際に、積層部品に新たな位置ずれが発生し得る。
特に、電池モジュールには、その積層部品として、電池セルの伝熱経路を形成する伝熱プレートを有するものがある。伝熱プレートは、放熱対象となる部品に確実に接触する必要がある。このため、伝熱プレートを有する電池モジュールにあっては、伝熱プレートの位置ズレを抑制することが重要である。
そこで、本発明は、伝熱プレートの位置ズレを抑制可能な電池モジュールの製造方法、及び、電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る電池モジュールの製造方法は、複数の電池セル及び複数の伝熱プレートを含む電池モジュールの製造方法であって、電池セルと伝熱プレートとを第1方向に沿って交互に配列することにより配列体を構成する配列工程と、第1方向に沿って配列体を拘束しながら電池セル及び伝熱プレートを一体化する一体化工程と、一体化工程の後に、少なくとも伝熱プレート同士の溶接を行う溶接工程と、を備え、電池セルは、第1方向に交差する第1側面と、第1側面から第1方向に沿って延びる第2側面と、を含み、伝熱プレートは、第1側面上に位置する第1部分と、第1部分から第1方向に延びて第2側面上に位置する第2部分と、を含み、配列工程においては、第2部分における第2側面と反対側の表面が基準面に沿うように伝熱プレートを位置合わせしながら、電池セル及び伝熱プレートを配列し、溶接工程においては、第1方向に沿って互いに隣接する伝熱プレートの第2部分同士を溶接する。
この方法においては、電池セルと伝熱プレートとを第1方向に沿って交互に配列して配列体を構成する。このとき、伝熱プレートの表面が基準面に沿うように伝熱プレートを位置合わせしながら、電池セル及び伝熱プレートを配列する。その後、第1方向に沿って配列体を拘束しながら電池セル及び伝熱プレートを一体化する。したがって、一体化された時点において、伝熱プレートに位置ズレが生じることが抑制される。特に、この方法にあっては、電池セル及び伝熱プレートを一体化した後に、互いに隣接する伝熱プレート同士を溶接する。したがって、製造後の取り扱い時にも、伝熱プレートの位置ズレが抑制される。
本発明に係る電池モジュールの製造方法においては、一体化工程においては、第1方向に沿って配列体を挟むように一対のエンドプレートを配置すると共に、エンドプレート同士を締結することにより電池セル及び前記伝熱プレートを一体化し、溶接工程においては、少なくとも一方のエンドプレートと第2部分とをさらに溶接してもよい。この場合、エンドプレートと伝熱プレートとの位置関係にズレが生じることが抑制される。
本発明に係る電池モジュールの製造方法においては、溶接工程においては、レーザ溶接により溶接を行ってもよい。この場合、例えば抵抗溶接等に比べて、電池セルに対する溶接時の熱の悪影響が低減される。
本発明に係る電池モジュールの製造方法においては、溶接工程においては、溶融部が第2部分における表面から表面の反対側の裏面に達しないように溶接を行ってもよい。この場、電池セルに対する溶接時の熱の悪影響が確実に低減される。
本発明に係る電池モジュールは、複数の電池セル及び複数の伝熱プレートを含む配列体を備え、電池セルと伝熱プレートとは、第1方向に沿って交互に配列されて一体化されることにより配列体を構成しており、電池セルは、第1方向に交差する第1側面と、第1側面から第1方向に沿って延びる第2側面と、を含み、伝熱プレートは、第1側面上に位置する第1部分と、第1部分から第1方向に延びて第2側面上に位置する第2部分と、を含み、第1方向に沿って互いに隣接する伝熱プレートの第2部分同士は、互いに溶接されている。
この電池モジュールにおいては、電池セルと伝熱プレートとが交互に配列されて一体化され、配列体が構成されている。そして、互いに隣接する伝熱プレート同士が、互いに溶接されている。したがって、電池モジュールの取り扱い時の伝熱プレートの位置ズレが抑制される。
本発明によれば、伝熱プレートの位置ズレを抑制可能な電池モジュールの製造方法、及び、電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明に係る電池モジュールの製造方法、及び電池モジュールの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
図1は、本実施形態に係る電池モジュールの模式的な断面図である。図2は、図1に示された電池モジュールの部分的な分解斜視図である。図1,2に示されるように、電池モジュール1は、配列体2と、一対のエンドプレート3と、を備えている。配列体2は、複数の電池セル10と、複数のセルホルダ20と、複数の伝熱プレート30と、を有する。電池セル10及び伝熱プレート30は、第1方向に沿って交互に配列され、エンドプレート3により拘束されて一体化されている。
電池セル10は、例えば、リチウムイン二次電池等の非水電解質二次電池である。電池セル10は、電極組立体(不図示)と、電極組立体を収容するケース12と、電極組立体の電極(正極及び負極のそれぞれ)に電気的に接続され、ケース12から突出する一対の端子13と、を有している。電極組立体は、複数の正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を含む。正極及び負極は、セパレータを介して交互に積層されている。一例として、正極及び負極の積層方向は、第1方向である。
ケース12は、直方体状を呈している。ケース12は、第1方向に交差する一対の第1側面12aと、第1側面12aから第1方向に沿って延びる一対の第2側面12bと、第1側面12a同士及び第2側面12b同士を互いに接続する上面12cと、を含む。第1側面12aは、第1方向に沿って互いに隣接する電池セル10間において、互いに対向する面である。端子13は、上面12cに設けられる。
セルホルダ20は、1つの電池セル10を保持している。セルホルダ20は、互いに対向する一対の側壁21と、側壁21同士を接続する上壁22及び底壁23と、を有している。セルホルダ20においては、側壁21と上壁22及び底壁23とによって規定される空間に電池セル10が嵌め合されて保持されている。側壁21は、セルホルダ20が電池セル10を保持している状態において、電池セル10の第2側面12bに対向する。
伝熱プレート30は、例えば、金属により形成されている。伝熱プレート30は、例えば、長方形板状の第1部分31と長方形板状の第2部分32とを有している。第1部分31は、電池セル10の第1側面12a上に位置している。第2部分32は、第1部分31から第1方向に沿って延び、電池セル10の第2側面12b上に位置している。伝熱プレート30は、第1部分31と第2部分32とによってL字板状に形成されている。
第1部分31と第1側面12aとの間には、絶縁性及び接着性を有するフィルム33が介在されている。フィルム33は、例えば絶縁性の両面テープである。第2部分32は、セルホルダ20の側壁21を介して第2側面12b上に位置している。
伝熱プレート30は、第1部分31において電池セル10の第1側面12aに(フィルム33を介して)接触すると共に、第2部分32の第2側面12bと反対側の表面32sにおいて(シートBを介して)外部部品Hに接触している。これにより、伝熱プレート30は、電池セル10と外部部品Hとの間の伝熱経路を形成している。したがって、伝熱プレート30の表面32sは、外部部品Hと熱的に接続された伝熱面である。
なお、外部部品Hは、ここでは、複数の電池モジュール1を備える電池パックの筐体の一部である。また、シートBは、表面32sと外部部品Hとの間に介在された熱伝導部材(TIM:Thermal Interface Material)である。
エンドプレート3は、第1方向に沿って配列体2を挟むように配列体2の両端に配置されている。エンドプレート3は、電池セル10の第1側面12a上に位置する拘束部3aと、第1方向に沿って拘束部3aから外側に延びる固定部3bと、を含む。エンドプレート3は、拘束部3aと固定部3bとによってL字板状に形成されている。エンドプレート3は、拘束部3a同士がボルト及びナット等の締結部材4によって互いに締結されることにより、電池セル10及び伝熱プレート30を拘束して一体化している。
また、エンドプレート3は、固定部3bの底面を外部部品Hに接触させた状態において、固定部3bと外部部品Hとをボルト等の締結部材5によって互いに締結することにより、電池モジュール1を外部部品Hに固定している。なお、ここでは、拘束部3aと固定部3bとが一体的に形成されているが、拘束部3aと固定部3bとを別体に構成してもよい。
図3は、図1に示された電池モジュールの底面側からの断面図である。図3に示されるように、ここでは、伝熱プレート30同士、及び、伝熱プレート30とエンドプレートとは、互いに溶接されている。より具体的には、第1方向(配列方向)に沿って互いに隣接する伝熱プレート30の第2部分32同士が、複数の溶接部Mによって互いに溶接されている。溶接部Mは、スポット状に形成されている。一対の伝熱プレート30に着目すると、一例として3つの溶接部Mが、第1方向に交差する第2方向に沿って互いに離間して配列されている。
また、各エンドプレート3と、各エンドプレート3に隣接する伝熱プレート30の第2部分32とが、溶接部Mによって互いに溶接されている。エンドプレート3と伝熱プレート30との対に着目すると、3つの溶接部Mが、第2方向に沿って互いに離間して配列されている。溶接部Mは、電池モジュール1の全体としては、第1方向に沿って等間隔に配列されており、且つ、第2方向に沿って等間隔に配列されている。
引き続いて、上記の電池モジュール1の製造方法について説明する。図4〜7は、電池モジュールの製造方法の主要な工程を説明するための図である。この製造方法においては、まず、組付け治具50を用意する。そして、組付け治具50上において電池セル10と伝熱プレート30とを第1方向に沿って交互に配列することにより、配列体2を構成する(配列工程)。なお、ここでは、1つの電池セル10と1つのセルホルダ20と1つの伝熱プレート30とが互いに一体化されユニット化されている。
配列工程においては、その電池ユニットを順に配列することにより、電池セル10と伝熱プレート30とを交互に配列する。その後、配列体2の両端側からエンドプレート3を用いて配列体2を拘束しながら、電池セル10及び伝熱プレート30を一体化する(一体化工程)。そして、少なくとも伝熱プレート30同士の溶接を行う(溶接工程)。
以下、各工程について具体的に説明する。図4の(a)に示されるように、組付け治具50は、本体51と押圧部材52とを備えている。本体51は、底壁53と一対の側壁54a,54bとを有している。底壁53は、第1方向に沿って延在する長方形板状を呈している。側壁54aは、底壁53の短手方向の一端に立設されている。側壁54bは、底壁53の短手方向の他端に立設されている。側壁54a,54bは、底壁53の長手方向に沿って延在する長方形板状を呈している。側壁54a,54bは、底壁53に対して略垂直とされている。
本体51には、底壁53と側壁54a,54bとによって、直方体状の空間部SPが形成されている。底壁53は、底壁53の長手方向(所定の方向)に沿って延在する長方形状の載置面53sを含む。載置面53sは、空間部SPに臨む面である。側壁54aは、対向面54sを含む。対向面54sは、載置面53sの長手方向に沿って延在する長方形状を呈している。対向面54sは、空間部SPに臨む面である。対向面54sは、載置面53sに載置された伝熱プレート30の表面32sに対向する。対向面54sには、対向面54sと略平行な基準面Psを含む板部材Pが設けられている。基準面Psは、空間部SPに臨む面である。
なお、本体51は、長手方向の一端51a側及び他端51b側において開放されている。本体51の側壁54aには、一端51aにおいて当該開放部分を開閉可能なように、ヒンジ55aを介して扉部材55bが取り付けられている。そして、扉部材55bにおける空間部SPに臨む面には支持部材56が設けられている。
押圧部材52は、載置面53s上に載置された複数の電池ユニットを一括して対向面54s及び基準面Ps側に押圧する。そのために、押圧部材52は、押圧部58と操作部59とを含む。押圧部58は、側壁54bに設けられ、空間部SP内に位置している。押圧部58は、ここでは、対向面54sの長手方向に沿って延在する直方体状を呈している。
押圧部58は、対向面54sに交差する方向に沿って移動可能に保持されている。操作部59は、押圧部58に接続されると共に、側壁54bを貫通して本体51の外側に至っている。押圧部材52においては、操作部59を操作することにより、押圧部58を対向面14sに接近する方向又は対向面54sから離間する方向に移動させることができる。
組付け治具50の本体51には、1つのエンドプレート3が配置されている。その状態において、配列工程が行われる。すなわち、複数の電池ユニット100(すなわち、複数組の電池セル10、セルホルダ20、及び伝熱プレート30)を載置面53sの長手方向(第1方向)に沿って載置面53s上に載置する。このとき、伝熱プレート30の表面32sが基準面Psに対向するようにする。
すなわち、図4の(b)に示されるように、まず、本体51の一端51aに保持されたエンドプレート3に当接するように、1つの電池ユニット100を載置面53s上に載置する。その後、図5の(a)に示されるように、複数の電池ユニット100を載置面53s上に順次載置して配列することにより、載置面53s上において配列体2を構成する。
続いて、図5の(b)に示されるように、押圧部材52によって、載置面53s上に載置された複数の電池ユニット100を、一括して対向面54s及び基準面Ps側に押圧する。より具体的には、操作部59の操作によって、押圧部58を図中A方向に移動させることによりそれぞれの電池ユニット100に接触させ、電池ユニット100を押圧する。これにより、伝熱プレート30の表面32sを基準面Psに密着させることができる。すなわち、配列工程においては、伝熱プレート30の表面32sが基準面Psに沿うように伝熱プレート30を位置合わせしながら、電池セル10及び伝熱プレート30を配列する。
続いて、一体化工程においては、図6の(a)に示されるように、本体51の他端51b側において配列体2の端部を構成する電池ユニット100の外側に、2つめのエンドプレート3を配置する。これにより、第1方向に沿って配列体2を挟むようにエンドプレート3が配置される。なお、他端51b側のエンドプレート3は、側壁54aの対向面54sに当接される。そして、締結部材4によりエンドプレート3同士を締結することにより、配列体2の両側から電池セル10及び伝熱プレート30に拘束荷重を付加する。これにより電池セル10及び伝熱プレート30が一体化される。これにより、電池モジュール1Aが製造される。なお、ここでは、押圧部材52による押圧を維持している。
続く工程においては、押圧部材52の押圧を解除した後に、扉部材55bを開いて電池モジュール1Aを組付け治具50から取り出す。その後、溶接工程を行う。図7は、溶接工程を説明するための図である。図7に示されるように、ここでは、組付け治具50から取り出した電池モジュール1Aを、レーザ溶接のための溶接装置の載置台Sに載置する。その後、第1方向(電池セル10及び伝熱プレート30の配列方向)に沿って互いに隣接する伝熱プレート30の第2部分32同士を溶接する。
より具体的には、互いに隣接する伝熱プレート30の表面32sをレーザ光Lの入射面として、第2部分同士の接続部分にレーザ光Lを集光することにより、第2部分32同士の接触部分を溶融させて溶接部Mを形成する。また、ここでは、第2部分32とエンドプレート3との接続部分にも溶接部Mを形成する。このとき、溶融部が第2部分32における表面32sから表面32sの反対側の裏面32rに達しないように溶接を行う。
また、一例として、図7の(b)に示されるように、エンドプレート3と一端側の第2部分32との接続部分に沿って順に溶接して溶接部Mを形成した後に、次の第2部分32同士の接続部分に沿って順に溶接して溶接部Mを形成する。そして、全ての第2部分32同士の接続部分、及び、第2部分32とエンドプレート3との接続部分に沿った溶接が完了することにより、電池モジュール1が製造される。
以上説明したように、この電池モジュール1の製造方法においては、電池セル10と伝熱プレート30とを第1方向に沿って交互に配列して配列体2を構成する。このとき、伝熱プレート30の表面32sが基準面Psに沿うように伝熱プレート30を位置合わせしながら、電池セル10及び伝熱プレート30を配列する。その後、第1方向に沿って配列体2を拘束しながら電池セル10及び伝熱プレート30を一体化する。したがって、一体化された時点において、伝熱プレート30に位置ズレが生じることが抑制される。特に、この方法にあっては、電池セル10及び伝熱プレート30を一体化した後に、互いに隣接する伝熱プレート30同士を溶接する。したがって、製造後の取り扱い時にも、伝熱プレート30の位置ズレが抑制される。
また、この製造方法において、一体化工程においては、第1方向に沿って配列体2を挟むように一対のエンドプレート3を配置すると共に、エンドプレート3同士を締結することにより電池セル10及び伝熱プレート30を一体化する。そして、溶接工程においては、エンドプレート3と伝熱プレート30の第2部分32とをさらに溶接する。このため、エンドプレート3と伝熱プレート30との位置関係にズレが生じることが抑制される。
また、この製造方法において、溶接工程においては、レーザ溶接により溶接を行う。このため、例えば抵抗溶接等に比べて、電池セル10に対する溶接時の熱の悪影響が低減される。
また、この製造方法において、溶接工程においては、溶融部が第2部分32における表面32sから表面32sの反対側の裏面32rに達しないように溶接を行う。このため、電池セル10に対する溶接時の熱の悪影響が確実に低減される。また、セルホルダ20が溶融したり変形したりすることが避けられる。
さらに、電池モジュール1においては、電池セル10と伝熱プレート30とが交互に配列されて一体化され、配列体2が構成されている。そして、互いに隣接する伝熱プレート30同士が、互いに溶接されている。したがって、電池モジュール1の取り扱い時の伝熱プレート30の位置ズレが抑制される。
以上の実施形態は、本発明の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明は、上述したものに限定されない。本発明は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述したものを任意に変形可能である。
例えば、電池モジュール1は、電池セル10及び伝熱プレート30と共に拘束される弾性部材をさらに備えることができる。この場合、配列体2と一方のエンドプレート3との間に弾性部材を介在させることができる。これにより、電池セル10の使用や経年に伴う膨張を弾性部材の圧縮により許容し、エンドプレート3や締結部材4の損傷を抑制することができる。
この場合には、互いに溶接される伝熱プレート30にも、図8に示されるように、電池セル10の膨張に伴う第1方向に沿った変位を許容するための構造を付加することが望ましい。すなわち、図8の(a)に示されるように、変形例に係る伝熱プレート30Aにおいては、第1部分31が電池セル10の第2側面12bを越えて一方向に延在することにより、第2部分32の裏面32rが、電池セル10の第2側面12b(及びセルホルダ20の側壁21)から離間している。この場合、第1部分31の延在部31pが、第1方向に沿って可撓性を有することにより、電池セル10の膨張に伴う第1方向に沿った変位を許容可能である。
また、図8の(b)に示されるように、別の変形例に係る伝熱プレート30Bにおいては、第1部分31が電池セル10の第2側面12bを越えて屈曲しながら延在することにより、第2部分32の裏面32rが、電池セル10の第2側面12b(及びセルホルダ20の側壁21)から離間している。この場合にも、第1部分31の延在部31pが、例えば屈曲部分を起点として第1方向に沿って可撓性を有することにより、電池セル10の膨張に伴う第1方向に沿った変位を許容可能である。
なお、このように配列体2と一方のエンドプレート3との間に弾性部材を介在させる場合には、伝熱プレート30と当該一方のエンドプレート3とは互いに溶接されない。つまり、電池モジュール1においては、少なくとも一方のエンドプレート3と伝熱プレート30の第2部分32とを溶接すればよい。また、溶接方法はレーザ溶接に限定されないし、スポット溶接でなくてもよい。さらに、溶融部が裏面32rに達してもよい。
1…電池モジュール、2…配列体、3…エンドプレート、10…電池セル、12a…第1側面、12b…第2側面、30…伝熱プレート、31…第1部分、32…第2部分、32s…表面、32r…裏面、Ps…基準面。
Claims (5)
- 複数の電池セル及び複数の伝熱プレートを含む電池モジュールの製造方法であって、
前記電池セルと前記伝熱プレートとを第1方向に沿って交互に配列することにより配列体を構成する配列工程と、
前記第1方向に沿って前記配列体を拘束しながら前記電池セル及び前記伝熱プレートを一体化する一体化工程と、
前記一体化工程の後に、少なくとも前記伝熱プレート同士の溶接を行う溶接工程と、
を備え、
前記電池セルは、前記第1方向に交差する第1側面と、前記第1側面から前記第1方向に沿って延びる第2側面と、を含み、
前記伝熱プレートは、前記第1側面上に位置する第1部分と、前記第1部分から前記第1方向に延びて前記第2側面上に位置する第2部分と、を含み、
前記配列工程においては、前記第2部分における前記第2側面と反対側の表面が基準面に沿うように前記伝熱プレートを位置合わせしながら、前記電池セル及び前記伝熱プレートを配列し、
前記溶接工程においては、前記第1方向に沿って互いに隣接する前記伝熱プレートの前記第2部分同士を溶接する、
電池モジュールの製造方法。 - 前記一体化工程においては、前記第1方向に沿って前記配列体を挟むように一対のエンドプレートを配置すると共に、前記エンドプレート同士を締結することにより前記電池セル及び前記伝熱プレートを一体化し、
前記溶接工程においては、少なくとも一方の前記エンドプレートと前記第2部分とをさらに溶接する、
請求項1に記載の電池モジュールの製造方法。 - 前記溶接工程においては、レーザ溶接により前記溶接を行う、
請求項1又は2に記載の電池モジュールの製造方法。 - 前記溶接工程においては、溶融部が前記第2部分における前記表面から前記表面の反対側の裏面に達しないように前記溶接を行う、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。 - 複数の電池セル及び複数の伝熱プレートを含む配列体を備え、
前記電池セルと前記伝熱プレートとは、第1方向に沿って交互に配列されて一体化されることにより前記配列体を構成しており、
前記電池セルは、前記第1方向に交差する第1側面と、前記第1側面から前記第1方向に沿って延びる第2側面と、を含み、
前記伝熱プレートは、前記第1側面上に位置する第1部分と、前記第1部分から前記第1方向に延びて前記第2側面上に位置する第2部分と、を含み、
前記第1方向に沿って互いに隣接する前記伝熱プレートの前記第2部分同士は、互いに溶接されている、
電池モジュール。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11069933B2 (en) | 2018-05-11 | 2021-07-20 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle battery packs with improved thermal interface material distribution |
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2016
- 2016-03-18 JP JP2016055418A patent/JP2017168412A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11069933B2 (en) | 2018-05-11 | 2021-07-20 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle battery packs with improved thermal interface material distribution |
US11721853B2 (en) | 2018-05-11 | 2023-08-08 | Ford Global Technologies, Llc | Electrified vehicle battery packs with improved thermal interface material distribution |
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