JP2018521447A - バッテリ圧潰保護システム - Google Patents

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Abstract

以下の説明は、車両用バッテリのシステム及び方法に関する。車両バッテリは、リチウムイオンバッテリであってもよく、複数の角柱形状のバッテリセルを備えていてもよく、保護ケーシング又は保護ケーシングの各バッテリセルグループを囲んでいてもよい。保護ケーシング、又は保護ケーシングのコンポーネントセグメントは並んだリッジ及び嵌合溝によって互いに結合されていてもよい。あるいは保護ケーシングは複数の区画されたチャンバを有するモノリシックな構造の突出部を備えていてもよい。保護ケーシングは、バッテリセルグループを変形させることのない閾値の圧縮力を吸収するように構成されてもよい。【選択図】図1

Description

本出願は、2015年5月6日に出願された米国特許仮出願第62/157,880号(発明の名称:バッテリ圧潰保護システム)の優先権を主張し、その全体がすべての目的のためにここに組み込まれる。本出願は、角型バッテリセルを含む多セル型バッテリシステムに関する。
多くの輸送機関用バッテリは、車両の電流及び/又は電圧の要件を満たすために、直列及び並列に組み立てられた角形バッテリセルを利用している。本願の発明者らは、このような輸送機関用バッテリに関する潜在的な問題を見出した。
車両の衝突又は衝突の間に発生する力は、輸送機関用バッテリの機能を損なう及び/又は低下させるほどに大きい場合がある。より具体的には、本願の発明者らは、リチウムイオンバッテリの使用量が増加するにつれて、このようなバッテリがより強い圧縮力に耐えられる必要があると考えている。
本発明は、圧潰からセル(cells)を保護するとともにセルを拘束しさらに保持することのできる部材を使用することによって、バッテリ内のセル(cells)及びセルグループ(groups of cells)を組み上げるとともにこれらを固定するための新しい手段を提供するものである。
一例として、バッテリは、一つ以上のバッテリモジュールを含み、各バッテリモジュールは、一つ以上のバッテリセルグループを含み、各バッテリセルグループは、三角形状に配置された3つの円筒バッテリセルのみを備える。さらに、バッテリは、少なくとも一つのバッテリモジュールを含む容器(enclosure)を備える。かかるモジュラー設計手法により、組み立ての作業性が改善し、量産性が高まり、組み立て部品レベルで問題を突き止めるとともに修正することができるようになる。別の例では、バッテリは保護ケーシングを備えていてもよく、保護ケーシングはモジュール設計であってもよく、あるいはモジュール設計でなくてもよく、モジュール設計は一つの内部容器か、内部仕切りによって分割された二つ以上の内部容器を有するものでもよい。また、これらの内部仕切りは、保護ケーシングがより強い圧縮力に耐えることができるようにするものでもよい。
上記の発明の概要は、発明の詳細な説明でさらに説明されるコンセプトの内の一つの選択を簡略化した形で示すものである。請求項に記載した事項の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意味するものではなく、その範囲は、発明の詳細な説明の後に記載される請求項によって一義的に定義される。さらに、請求項に記載の主題は、上記の課題を解決し得る部分又は本開示の任意の部分に限定されない。
バッテリの模式図。
図1に記載のバッテリの組み立て断面図。
バッテリセルグループの模式図。
図3に示すバッテリセルグループの側面の斜視図。
図1に示すバッテリの一部分の側面の斜視図。
図5に示すバッテリの一部分の断面図。
図3に示すバッテリグループを収容するケーシングの模式図。
バッテリセルグループを収容するために使用されるケーシンググループの分解図。
図8のケーシンググループの斜視図。
図1に示すバッテリの平面図。
図1に示すバッテリの側面の斜視図。
バッテリセルグループを収容するために使用されるケーシングの斜視図。
図12に示すケーシングの構成要素の斜視図。
バッテリセルグループを収容するために使用されるケーシングの断面図。
図14のバッテリケーシングの詳細な断面図。
バッテリケーシングを連結するために使用可能な溝の断面図。
バッテリケーシングを連結するために使用可能なリッジの断面図。
上記の各図は、おおよそ縮尺通りに描かれていることから、各構成要素間の相対的な大きさ及び位置が示されている。他の実施形態において必要あれば、相対的な大きさ及び/又は位置を変更することができる。
以下の説明は、輸送機関用バッテリの組立及び製造に関するものであり、いくつかの実施例では輸送機関用バッテリをリチウムイオンバッテリとすることができる。輸送機関用バッテリは、アレイを形成するように積み重ねられた複数の角形又は円筒形のセルを含み、バッテリに対する要求を満たすのに十分な電圧及び電流を供給するように直列及び/又は並列に構成される。バッテリセルはグループで配置されてもよく、各グループ内のセルは互いに電気的に並列に接続されてもよい。さらに、セルのグループは、互いに直列に配置され電気的に結合されてもよい。各セルグループは、保護ケーシングで包まれてもよく、又は複数のチャンバを含む保護ケーシングのチャンバ内に収容されてもよい。保護ケーシングは金属であってもよく、これによりバッテリに対する圧縮力が増加しても変形することなく耐えることができる。
さらに、保護ケーシングは、バッテリセルを固定して保持することができるものであり、バッテリ内でセルが動くことを制限することができる。したがって、この手法により、バッテリセルアセンブリの一体性を改善してもよい。具体的には、バッテリセルアセンブリの構造により、機械的な構造及び耐久性を向上させてもよい。
図1は、車両バッテリ10の実施形態の一例の概略図100である。この図は、縮尺通りに描かれているが、寸法及び相対的な縮尺は他のものが使用されてもよい。バッテリ10は、リチウムイオンバッテリでもよく、他の任意の充電式バッテリ(例えば、ニッケル−カドミウム(NiCd)、鉛−酸、ニッケル−金属−水素化物(NiMH)、ニッケル−亜鉛(NiZn)であって電気エネルギーを貯蔵するのに適したものでもよい。バッテリ10は、バッテリケース102を有する。図1に示すように、バッテリケース102は、バッテリ10の内部部品を収容する中空の角張った柱体であってもよい。別の実施形態では、このトレイといえるものは円筒形であってもよい。バッテリケース102は、バッテリケース102の表面から立ち上がるリッジを有していてもよく、またこれは格子を形成するものでもよく、これによりバッテリケース102を支え、またバッテリケース102に強度を与え、その剛性を向上させてもよい。また、バッテリケース102はプラスチックで作製してもよく、これによりバッテリ10の内部構成要素を電気的にまた環境的に隔離するための保護バリアとしてもよい。バッテリケース102は、バッテリ10の内部構成要素を収容する。さらにバッテリケース102内に直接に入れられており、またその内面に物理的に結合されているのが保護ケーシング106である。保護ケーシング106は、アルミニウムのような金属からなるものであってもよい。その他に例えば、保護ケーシング106を、鋼、ナイロンなどのプラスチック、複合プラスチック、又は他の構造複合材などの他の金属で構成することができる。また例えばバッテリ10が、保護ケーシング106を1個のみを備えるものとしてもよい。その他に例えばバッテリ10は、二つ以上の保護ケーシング106を備えるものとしてもよい。また例えば、バッテリセルグループ104は、バッテリセルを1個のみを備えるものとしてもよい。その他に例えば、バッテリセルグループ104は、1個よりも多いバッテリセルを備えるものとしてもよい。各保護ケーシング106は、電池セル群104を収容してもよい。また、各保護ケーシング106は、バッテリセルグループ104を取り囲む4つの壁を備えるものでもよい。さらに、保護ケーシング106は、バッテリセルグループ104に対して圧縮しようとする力をかけてもよく、これにより保護ケーシング中でバッテリセルグループ104が相対的に動くことを制限できる。一実施形態では、バスバー108及び110は、セル104の正の端子及び/又は負の端子のうちの一部若しくは全部、又は選別して配置された端子(a configured selection of terminals)に対して電気的に接触するように、バッテリ10内に配置されてもよい。一例では、バスバー108は、バッテリ10の正端子に電気的に接続される正端子として機能し、さらにバスバー110は、負端子として機能するか、バッテリ10の負端子に電気的に接続され得る。バスバー108はセル104の正端子と電気的に接続されるように配置及び/又は構成されてもよく、あるいは、特定のセル104の正端子及び/又は負端子から選択したものに対して選択的に接続されてもよく、ここでバスバー108はバスバー108及び110を介して直列か並列に接続されたセル104を有するバッテリ10の正端子と電気的に等価なものであってもよい。同様に、バスバー110は、セル104の負端子と電気的に接続されるように配置及び/又は構成されていてもよく、又は特定のセル104の正端子及び/又は負端子から選択したものに対して選択的に接続されてもよく、ここでバスバー110はバスバー110を介して直列か並列に接続されたセル10を有するバッテリ10の負端子と電気的に等価なものであってもよい。切断プレーン110は、図2に示すバッテリ10の断面を表す。
図2に移ると、図1を参照しつつ上記の通り説明した切断プレーン110に沿って切断されたバッテリ10の断面図である概略図200が示されている。図1で先に紹介した構成要素は、図2においても同様の番号が付されているので、改めて紹介しない。概略図200は、バッテリ10の内部を示す。3つの保護ケーシング106の間に配置された3つのバッテリセルグループ104が示されている。第4のバッテリセルグループ104が、バッテリ10に組み込まれる前の状態が示されている。各バッテリセルグループ104の構造は、以下で図3を参照しつつ詳細に説明する。
次に図3を参照すると、図1及び図2を参照しつつ上記の通り示したバッテリ10のバッテリセルグループ104の概略図300が示されている。図1で先に紹介した構成要素には、図3においても同様の番号が付されているので、改めて紹介しない。セルグループ104は、一つ又は複数のバッテリセル304、一つ又は複数のコンプライアントパッド306、及び一つ又は複数のエンドプレート302を備える。コンプライアントパッド306は、各バッテリセルグループ104のバッテリセル304のそれぞれの間に配置されていてもよく、オープンセルフォーム若しくはクローズドセルフォーム又はそれらの組み合わせで作ってもよく、また弾力性を含め特性を持たせてもよい。エンドプレート302は、図1を参照しつつ上記の通り説明したバッテリセル304と保護ケーシング106との間における電流伝達を低減するような大きさの誘電体であってもよい。図3に示すように、セルグループ104は、3つのバッテリセル304を備えていてもよい。一方、他の例では、セルグループ104は、より多いか又は少ないバッテリセル304を備えていてもよい。
次に図4を参照すると、図1−3を参照しつつ上述したバッテリ10のバッテリセルグループ104の側面を表す斜視図が示されている。図1−3で先に紹介した構成要素には図4において同様に番号が付されているので改めて紹介しない。バッテリセルグループ104は、セルグループ104の反対側の端部に配置された二つのエンドプレート302を備えるものでもよい。エンドプレート302、バッテリセル304及びコンプライアントパッド306は交互に配置されていてもよく、これによりバッテリセル304がコンプライアントパッド306のすぐ後ろに配置されるようにしてもよい。これにより、コンプライアントパッド306は、各バッテリセル304の間に配置される。さらに、コンプライアントパッド306は、各エンドプレート302とエンドプレート302に隣接するバッテリセル304との間に配置されてもよい。
各バッテリセル304は、正端子305及び負端子307を備えるものでもよい。バッテリセル304は、パウチ型の角形セルであってもよい。このように、図4に示す例では、バッテリセル304を並列に配置してもよい。したがって、いくつかの例として、セルグループ104内のバッテリセル304のすべてを、バッテリに要求される電流の条件を満たすように並列に配置することができる。しかしながら、他の例では、バッテリセル304を直列に配置してもよい。
保護ケース106の壁面は図5に示すように側壁506の内壁面としてもよいが、一実施形態では、エンドプレート302の壁面と面を共有するように接触していてもよい。壁面は、側壁506などの壁や、エンドプレート302のようなバッテリセルの構成要素であって概ね平坦な形状を有するものにおける主要面又は大きい面と解してもよい。端面は、一般に平坦な構成要素における小さい面にあたるような壁面とは区別されてもよく、ここで端面は、側壁506の上端若しくは下端、又は隣接する壁面と接触していないエンドプレート302であってもよい。一実施形態では、第1のエンドプレート302の壁面は保護ケーシングの内壁面、例えば(図5に表されている)側壁506又は保護ケーシングの隔壁の内壁面と面を共有するように接触していてもよい。第1のエンドプレートの反対側の壁面は、第1のコンプライアントパッド306の壁面と面を共有するように接触していてもよく、さらに第1のコンプライアントパッド306の反対側の壁面が、第1のセル304の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第1のセル304の壁面の反対側の壁面は、第2のコンプライアントパッド306の壁面と面を共有するように接触していてもよく、さらに第2のコンプライアントパッド306の反対側の壁面は、第2のセル304の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第2のセル304の反対側の壁面は、第3のコンプライアントパッド306の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第3のコンプライアントパッド306の反対側の壁面は、第3のセル304の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第3のセル30の反対側の壁面は、第4のコンプライアントパッド306の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第4のコンプライアントパッド306の反対側の壁面は、第2のエンドプレート302の壁面と面を共有するように接触していてもよい。第2のエンドプレート302の反対側の壁面は、保護ケーシングの第2の壁面又は第2の側壁506などの保護ケーシングの隔壁の第2の壁面と面を共有するように接触していてもよい。バッテリセルグループは、保護ケーシングのチャンバ又はポケット内に収容されていてもよく、保護ケーシングの任意の他のチャンバ内の任意の他のセルグループから電気的に絶縁されていてもよい。そのかわり、この絶縁されたセルグループは、バスバー108及び/又はバスバー110などのバスバーを介して保護ケーシングの他のチャンバ内のセルグループに対して電気的に接続されていてもよいが、他の電気的接続を介することはない。
次に図5を参照すると、保護ケーシング内に配置されたバッテリセルグループの略図500が示されている。具体的には、図5は、図1〜図4を参照して説明したバッテリセルグループ104を示しており、保護ケーシング106で囲まれている。先に図1〜図4で紹介した構成要素には図5でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。バッテリセルグループ104が保護ケーシング106内に囲まれているのが示されている。保護ケーシングは、4つの壁、二つの側壁506、及び二つの末端壁504を備える。切断プレーン502は、図6に示す断面を画定する。
次に図6を参照すると、図5に示すように切断プレーン502に沿って切断された保護ケーシング106の断面の概略図600が示されている。先に図1〜図5で紹介した構成要素には図6でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。バッテリセルグループ104は、保護ケーシング106の二つの側壁506の間に保持される。バッテリセル304、コンプライアントパッド206及びエンドプレート302は、保護ケーシング106の二つの側壁の間で一緒にプレスされる。このように保護ケーシング106は圧縮力を付与することで、セルグループ104の構成要素(例えば、バッテリセル304、コンプライアンスパッド306、及びエンドプレート302)の相対的に見て横方向、水平方向の動きを低減する。さらにコンプライアントパッド306は、それらの弾力特性及び接着特性によってセルグループ104の構成要素間の相対的な移動を制限することができる。さらに、パッド306は、セルグループ104を保護ケーシング106内に挿入する前において、セルグループの圧縮を容易にするための主要な手段としての役割を果たしてもよい。パッド306はまた、基準となる動作及び基準から外れた動作におけるセル304の膨張及び収縮を吸収してもよい。さらに、パッド306は、構造的に束縛するためにセル304間の機械的な相互接続を付与してもよく、外部で発生し動作中のセル304に伝達される振動及び衝撃荷重を減衰させてもよい。
また、保護ケーシング106はアルミニウム等の金属製であってもよい。さらに、保護ケーシング106は、変形することなく閾値の圧縮力に耐えられるように製造してもよい。したがって、保護ケーシング106は、セルグループ104の劣化を引き起こさないようにしつつ、閾値の圧縮力を吸収するように設計してもよい。いくつかの例では、保護ケーシング106が変形することなく耐えることができる閾値の圧縮力は150kNである。さらに他の例において、閾値の圧縮力は、約50kN〜250kNの範囲であってもよい。
次に図7を参照すると、二つの保護ケーシング106の結合の概略図700又は斜視図が示されている。先に図1〜図6で紹介した構成要素には図7でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。図7に示すように、エンドプレート302は、一方の面で保護ケーシング106の側壁506と物理的に接触していてもよく、他方の面でセル群104と物理的に接触していてもよい。さらに図7に示すように保護ケーシング106は舌部(tongue)及び溝(groove)の形式で互いに結合されていてもよい。したがって、保護ケーシングの各側壁506は、舌部又はリッジ702及び溝又はスロット704が並んだものを備えていてもよい。別の実施形態では、保護ケーシングユニットの縁部又は角部に舌部又はリッジ702及び溝又はスロット704が存在していてもよい。一つの保護ケーシング106の各リッジ702がスライドして、隣接する保護ケーシング106の嵌合溝704に入るようにしてもよい。このように、二つの保護ケーシング106は、リッジ及び嵌合溝704が交互に並んだものを介して互いに結合されてもよい。一態様において、第1の側壁506は、舌部702及び溝704が交互になったものを備えていてもよく、これに加えて第2の側壁506は、舌部702及び溝704が交互になったものをさらに備えていてもよい。別の態様では、第1の側壁506は舌部702の並んだものを備えていてもよく、またこれと嵌合する第2の側壁506は溝704の並んだものを備えていてもよい。側壁506は、舌部702及び/又は溝704の間に空間708をさらに備えていてもよく、ここには舌部、溝又は連結部は存在しない。舌部と溝によるジョイントは、側壁506上で離間して配置されていてもよく、その間にはより大きな空間708が設けられていてもよい。舌部と溝によるジョイントは、より狭い空間708を挟んで互いにより密接して配置されていてもよく、実質的にその間に隙間がなくてもよい。舌部702又はスロット704と代替となるようなインターロック型の端部ジョイント712のような他の接続部材との間に他の空間710が存在してもよい。また舌部と溝との間の様々なスペース、又は代替となるようなインターロック型の部材を必要とするような構造であってもよい。
保護ケーシング106の各末端壁504は、末端壁504から延びる突出部706を備えていてもよい。ここで突出部706は、末端壁504の表面から持ち上がったリッジであってもよい。突出部706は、末端壁504の表面積を増加させるものでもよく、これにより図1に示すケース102に対する接着力を増加させるものでもよい。突出部706は、任意に適切な押出プロセスを使用して製造することができる。他の態様において、保護ケーシング106は平滑な壁を備えていてもよい。
図8に移ると、複数の保護ケーシング106を図1に示すバッテリ10内でどのように組み立てるのかを説明する概略800が示されている。先に図1〜図7で紹介した構成要素には図8でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。具体的に言えば、図8には、バッテリ10内に配置された複数の保護ケーシング106の分解図が示されている。ケーシング106は、それらの側壁506が互いに面を共有するように接触するように配置されてもよい。さらに、エンドプレート802は、保護ケーシングのグループの端に結合されてもよい。エンドプレート802は、上述の通り図7を参照して示されたリッジ及び溝の特徴を備えていてもよく、これにより、エンドプレート802は、保護ケーシング106が互いに結合されるのと同じ方法で保護ケーシング106に物理的に結合されてもよい。
次に図9を参照すると、エンドプレート802が物理的に結合された4つの保護ケーシング106の組み立て図の概略900が示されている。図9に示す例では、4つの保護ケーシング106が直列に結合されている。しかしながら、他の実施例では、4つより多い又は少ない保護ケーシング106が、両端の端部プレート802と一緒に直列に結合されてもよい。
次に図10を参照すると、バッテリ10の平面図である概略1000が示されている。バッテリケース102は、保護ケーシング106を保持しながら取り囲んでいる。ポケット1002は、保護ケーシング106の壁の間に形成された空洞である。図1を参照しつつ説明したバッテリセルグループ104の各々は、ポケット1002内に挿入されていてもよい。したがって、いくつかの実施例において、一つのバッテリセルグループ104を各ポケット1002に挿入してもよい。他の方法において、各保護ケーシング106は中空であってもよい。
次に図11を参照すると、バッテリ10の側面の斜視図の概略1100が示されており、図1に示したバッテリグループ104が除かれている。保護ケーシング106は、バッテリケース102内に保持されている。
上記の例では、スタックされたセルのグループを複数備えるバッテリの構造であって保護ケーシング又は直列となったインターロック型保護ケーシング内に収容されたものについて記載した。以下の例では、保護ケーシングの構造とその構成要素の変形例又はインターロックの特徴の変形例を示す他の態様を説明する。
図12を移ると、バッテリ10に使用することができる保護ケーシングの代替例の側面の斜視図の概略1200が示されている。先に図1〜図11で紹介した構成要素には図12でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。保護ケーシング1202が示されており、これには複数のコンポーネントセグメント1204が備わっていてもよい。複数のセグメント1204は、相互に連結され又は物理的に結合されることで、保護ケーシング1202が組み立てられてもよい。一実施形態において、セグメント1204は、リッジ1209によって物理的に結合されているか又は連結されていてもよく、かかるリッジが溝1210に嵌合していてもよい。図12に示す例では、4つのセグメント1204が互いに結合されている。他の例では、4つより少ない又多いセグメントを一緒に結合することができる。保護ケーシング1202は、エンドプレート1206をさらに備えていてもよく、かかるエンドプレートは、少なくとも一つ若しくは複数のリッジ1209及び/又は一つ若しくは複数の溝1210を備える平坦な隔壁の形態を有していてもよく、またかかるエンドプレートがセグメント1204と噛み合うことでチャンバ又はポケット1002を保護ケーシング1202の端部に設けることができる。保護ケーシング1202は追加的なエンドプレート(図示せず)を備えていてもよく、係るエンドプレートはエンドプレート1206に追加してもよく、保護ケーシング1202の端部のエンドプレート1206又は隔壁1208に隣接するように配置されていてもよく、バッテリケース102などのバッテリケースとの結合又は接着のための界面又は表面としてもよい。一例では、追加のエンドプレートにより突出部1212と同様の突出部を有する表面を設けてもよく、これによりバッテリケース102の接着のために表面積を増やしてもよい。別の例では、追加的なエンドプレートは平滑であってもよく、あるいは保護ケーシング1202の外面をより平らにしてもよく、さらに/又はこれにより保護ケーシング1202の外面上で突起を支えてもよい。
保護ケーシング1202は、図10に示すポケット1002と機能的に類似した複数のポケット1002を備えていてもよい。バッテリセルグループ104(図示せず)などのバッテリセルグループは、各ポケット1002内に収容されていてもよい。バッテリは、保護ケーシング1202を取り囲むバッテリケース102(図示せず)などのバッテリケースを有してもよい。保護ケーシング1202は任意にエンドプレート1206を含むものであってもよく、角柱状に配置された4つの外壁を備えていてもよく、その中にセルグループを収容してもよい。保護ケーシング1202は、隔壁1208をさらに備えてもよく、これにより保護ケーシング1202の内部領域を多数のポケット1002に分割してもよい。いくつかの例において、隔壁は、それぞれ、コンポーネントセグメント1204の一部であってもよい。図12に示す一実施形態では、3つの隔壁1208と4つのポケット1002があってもよい。他の例において、3つより少ない又は多い数の隔壁1208が存在してもよいし、4つよりも少ない又は多い数のポケット1002を有してもよい。保護ケーシング1202の外面には、保護ケーシング1202の外壁から延びた突出部1212が備わっていてもよい。突出部1212は、保護ケーシング1202の表面から立ち上がったリッジであってもよく、これにより保護ケーシング外部の表面積を増加させることでバッテリケース102への接着性を高めてもよい。また突出部1212により、保護ケース1202、及び/若しくはリッジ1209、溝1210、又はそれらの間の結合に強度、支持力及び剛性を与えてもよい。区画壁1208は、少なくとも一つのボアホール又はコネクタホール1214を有してもよく、これらは仕切り壁の上面の穴であってもよく、仕切り壁の内部のある程度の距離まで延在しているものであってもよい。コネクタホール1214は、隔壁1208の肉を部分的に又は完全に貫通して延在してもよい。別の例において、コネクタホールは、保護ケーシングの外壁の上面又は底面にあってもよい。コネクタホール1214は、内部に嵌合するバッテリケースの突起を受け入れるか、又はこれと嵌合してもよい。コネクタホール1214は、バッテリケース又はバッテリケースの一部の位置を案内したり、固定したりしてもよく、バッテリケース102の一部であってもよい。コネクタホール1214はまた、ネジ穴であってもよく、ねじ山又は内部で固定するための幾何形状を備えていてもよく、又は他の形態の締結具を受け入れるものであってもよい。
図13を参照すると、保護ケーシングのコンポーネントセグメント1204の側面の斜視図の概略1300が示されている。先に図1〜図12で紹介した構成要素には図13でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。図12に示すように、複数のセグメント1204を互いにかみ合わせるか、又は互いに物理的に結合することで保護ケーシング1202を組み立てることができる。図13に例示する態様のように、セグメント1204は、角柱の3辺からなる形状を有してもよく、3個の壁で形成された「C」字形状のブラケットを形成してもよい。セグメント1204は金属製でもよく、例えばアルミニウム又は鋼であってもよい。セグメント1204は、ナイロンのようなプラスチック、複合プラスチック、又は構造複合材料でさらに構成することができる。セグメント1204の中央壁は、保護ケーシング1202の構成要素として組み込まれた場合に仕切り1208を形成するものであってもよい。コンポーネントセグメント1204は、仕切り1208の各端部において、これに垂直な端壁1302をさらに備えていてもよい。またリッジ1209も示されており、複数のセグメント1204が接合されているときに溝1210と噛み合っていてもよい。さらに突出部1212が示されている。
次に図14を参照すると、バッテリ10のさらに他の実施形態の側面の斜視図の概略1400が示されている。先に図1〜図13で紹介した構成要素には図14でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。以下の実施形態においてバッテリ10はモノリシックな構造の保護ケーシング1402を備えていてもよく、内部仕切り1404及び保護ケーシング1402の外壁は、押し出し材の単一片で作られていてもよい。他の実施形態では、保護ケーシング1402は、押出成形されていない材料の単一片で作られていてもよく、例えば鋳造されたものでもよい。さらに他の態様において保護ケーシング1402は、セクション又は小片がまとめられて溶接、融合、又は接着されたもの構成されていてもよい。保護ケーシング1402は隆起したリッジ1410を有してもよく、かかるリッジにより保護ケーシング1402の外壁、隔壁1404、又はこれらの間の接合部を支持し、またこれに強度を与え、またこれの剛性を高めるものでもよい。ボアホール又はコネクタホール1214が、隔壁1404又は外壁の上面又は底面に設けられていてもよい。バッテリ10は、他の実施形態で説明したバッテリケース102と同様のバッテリケース102をさらに備えていてもよい。バッテリケース102は、バッテリケース102の表面から持ち上がったリッジ1408を有し、これによりバッテリケース102の支持性、強度、及び剛性を高めることができる。保護ケーシング1402を組み込んだバッテリ10の実施形態では、バッテリグループ104(図示せず)を、他の実施形態で説明したのと同様の方法で、保護ケーシング1402の中空の空間内に収容してもよい。バッテリ10はさらにケースフロア1405を備えていてもよく、かかるケースフロアはノッチ1406に支持されていてもよく、かかるノッチで保護ケーシング1402の位置をガイドするとともに固定してもよい。一例において、側壁1404の位置をノッチ1406で固定することができる。
図14aを参照すると、図14のバッテリケーシングの詳細の断面図1401が示されている。先に図1〜図14で紹介した構成要素には図14aでも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。一実施形態において、バッテリケースフロア1405はノッチ1406を支持するものでもよく、かかるノッチはバッテリケーシング1402の隔壁1404の位置をガイドして固定するものでよい。他の実施形態において、ノッチ1406は、保護ケーシング106又は保護ケーシング1202といった保護ケーシングを支持するものでもよい。仕切り壁1404は、溝1414のような溝の内側に置かれてもよい。他の例においては、保護ケースの外壁又は他の構成要素が溝1414に載っていてもよい。溝1414は深さ1416を有してもよく、かかる深さはノッチ1406の立ち上がりの高さであってもよい。仕切り壁1404は溝1414の幅と同じくらいか、かかる幅よりも僅かに小さい厚さ1412を有していてもよく、結果として、仕切り壁1404が溝1414内にしっかりとしっかりと嵌合するものであってもよい。ケースフロア1405はさらに、厚さ1418を有することものでもよい。
図15には、溝1210の断面図1500の模式図が示されている。先に図1〜図14で紹介した構成要素には図15でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。溝1210は、保護ケーシング106などの保護ケーシング内の凹状領域、又はセグメント1204などの保護ケーシングの構成要素である。溝1210は、溝704の実施態様を表すものであってもよい。溝1210は、リッジ1209若しくはリッジ702のような舌部又はリッジを受け止めるために使用してもよく、これらが溝1210内にスライドすると噛み合うようになっていてもよい。溝1210の凹状領域の断面は円形又は楕円形でもよく、あるいは他の例において多角形でもよい。溝1210は、半径1512で表される半径を有していてもよく、必要に応じて半径1514で表される第二の半径を有していてもよい。半径1512及び1514の大きさは、均一であってもよく、あるいは互いに異なっていてもよく、いくつかの例において溝1210の凹部の断面は円形の断面形状であってもよく、他の例において、楕円形又は不規則な曲線又は円弧形状であってもよい。溝1210の凹状領域の断面は円形又は楕円形の断面形状を有していてもよく、その中に類似の断面形状を有するリッジが配置されることで部分的に取り囲むようにしてもよく、このようにリッジ1209又はリッジ702リッジといったリッジに取り付けられた構造物が溝1210から抜け出ないようにしてもよい。外側コーナー1516は所定の半径で湾曲するように仕上げてもよい。溝1210の凹状領域は偏心1518を有するものであってもよく、凹所の深さの方向に対して垂直な角度で保護ケーシングの肉の中に延在するものであってもよい。溝1210は、幅1520の外部開口部を備えていてもよい。開口部に隣接してノッチ1522があってもよく、かかるノッチは選択的に半径方向の断面輪郭を有するものでもよく、またかかるノッチはリッジ1209のようなインターロックされたリッジの空間及び支持構造物が保護ケース1202の外壁の外縁と同一面になるようにしてもよく、構成部分1204の末端壁1302であってもよい。溝1210の外縁は、幅1526及び深さ1528からなるレール1524を有していてもよく、溝1210の外側部分を支持して剛性を与える役割を果たすものでもよい。レール1524の一つ以上のコーナーは、丸い又は斜めになった縁を有してもよい。柵1524は、隔壁1208と交差点1532で交差する面に隣接していてもよいし、かかる面を有していてもよい。交点1532には、丸みを帯びた、又は傾斜した縁を持たせてもよい。区画壁1208は幅1534を有していてもよく、一例において、かかる幅は溝1210の凹状領域の幅を超えていてもよい。溝1210の凹状領域の幅は、半径1514の2倍であってもよい。内部レール1530があってもよく、かかるレールは溝1210に強度及び剛性を加えるものであってもよい。平面に対するいずれのコーナー及び交点も、湾曲したエッジ又は丸みを帯びたエッジを有するものとして説明できるが、あるいは所定の角度の鋭角の断面形状であってもよく、あるいは斜め又は面取りされたエッジ形状であってもよい。
図16を参照すると、リッジ1209の断面図の概要1600が示されている。先に図1〜図15で紹介した構成要素には図16でも同様に番号が振られているので改めて紹介しない。リッジ1209は、保護ケーシング106又はコンポーネントセグメント1204上に突出した舌部である。リッジ1209をリッジ702の実施形態としてもよい。リッジ1209は、溝1210内に向かってスライドすること及び/又は嵌合することができる。リッジ1209の主な突出部は、円形又は楕円形の断面領域を有するものでもよく又は不規則に湾曲した又は多角形の形状であってもよい。リッジ1209の主たる突出部は、端壁1302の表面から立ち上がりの高さ1616を有するものでもよい。リッジ1209の主たる突出部の断面は半径1602を有するものでもよく、任意に第2の半径1604を有するものであってもよい。

リッジ1209の形状は溝1210の断面形状を反映したものでもよく、これによりリッジ1209が溝1210内にスライドしてスナッグジョイントを形成できるようにしてもよい。リッジ1209の主たる突出部は、偏心1606を有するものでもよい。リッジ1209の主突出部の断面はネック1610を有するものでもよく、かかるネックはリッジ1209が構成部品セクション1204の端壁1302に結合される領域であってもよい。この「ネック」は幅1608を有するものでもよく、リッジ1209に対してより多くの支持及び剛性を与えるためにより広くしてもよく、あるいはリッジ1209がさらに突出するように狭くしてもよく、あるいは溝1210がより確実なジョイントを形成するようにリッジ1209をより完全に囲めるようにしてもよい。ネック1610は丸みのある又は斜めのエッジを有していてもよい。リッジ1610に隣接して、丸みを帯びた又は鋭角の縁部を有する突起1612を用いてもよい。突出部1612はノッチ1522に嵌合していてもよく、この時、保護ケーシング1202の外壁が隣接するコンポーネントケーシング1204の端壁1302を越えて面一になっていてもよい。端壁1302は厚さ1614を有していてもよい。平面に対するいずれのコーナー及び交点も、湾曲したエッジ又は丸みを帯びたエッジを有するものとして説明できるが、あるいは所定の角度の鋭角の断面形状であってもよく、あるいは斜め又は面取りされたエッジ形状であってもよい。
本明細書に記載された例示的な実施形態では、バッテリ10の保護ケーシングは、並んだ保護ケーシングコンポーネントセグメントでできた単一の保護ケーシングと考えてもよい。いくつかの実施形態では、これらのコンポーネントセグメントは4つの壁を有し、各個別コンポーネントセグメント自体が保護ケーシングであってもよく、及び/又は複数のチャンバ、キャビティ又はポケットを有するより大きな保護ケーシングの構成要素であってもよい。これらのポケットは、均一なサイズ及び形状であってもよく、又は様々なサイズ及び/又は形状を有してもよい。他の実施形態では、保護ケーシングのコンポーネントセグメントは三面を有する構造であってバッテリセルグループを個別に収容しないものであってもよいが、コンポーネントセグメントが結合されている時はセルグループを収容するためのキャビティ、チャンバ、又はポケットを備える保護ケーシングをとなるものであってもよい。さらに他の実施形態では、バッテリ10の保護ケーシングは、セルグループを収容するためのキャビティ、チャンバ、又はポケットを備える単一のモノリシックな突出部を備えていてもよく、ここで、かかるモノリシックな構造は剛性構造を有し、またインターロックされたコンポーネントセグメントから成っているものではない。あるいはモノリシックな保護ケーシングは部品から組み立ててもよく、これの部品をモノリシックな構造を形成するために溶接、溶融、又は接着してもよい。このようにして、バッテリセルグループを収容するための一つ以上のキャビティ又はチャンバを備える保護ケーシングでは、押出技術で製造できるのなら当該実施形態において押出成形品を用いることには柔軟でもよく、例えば保護ケーシングが単一のモノリシックな構造として押し出すには大き過ぎる場合には、より小さいコンポーネントセグメントで保護ケーシングを構成してもよい。
本明細書に記載の例では、保護ケーシングたる組立構造物又モノリシックな構造は一つ以上の内部チャンバ、空洞、又はポケットを伴った4つの壁を備えていてもよく、これらの内部チャンバ等は保護ケーシングの内部にまたがる少なくとも一つの隔壁によって分離されていてもよい。隔壁は、隣接する保護ケーシングにインターロックされた保護ケーシングの側壁であってもよく、あるいは、他の例では、保護ケーシングを組み立てるために使用される、三面を有するコンポーネントセグメントの一部であってもよい。さらなる例では、隔壁はモノリシックな構造の保護ケーシングの一部であってもよい。内部隔壁を特徴とする保護ケーシングの実施形態において、保護ケーシングを構造的に特徴ある形態を備えるものとすることで機械的強度を与えてもよく、これにより保護ケーシングは、相当量の圧縮力又は衝撃に対して変形することなく耐えることができるものとしてもよい。
別の例では、バッテリは複数の角形バッテリセルを備えていてもよく、一つながりになったバッテリセルグループ(a series of battery cell groups)を形成するように配置され重ねられてもよく、係るグループが電気的に結合されて単一のバッテリ正負電源を形成するが、グループは、バッテリセルを共有しない別個のグループである。全てのバッテリセルは、完全にハウジング内に配置されていてもよい。バッテリは、各バッテリセルグループを別々に包囲する押出した保護ケーシングをさらに備えてもよく、ケーシングは、ハウジングの壁によって囲まれた外側側壁を有していてもよい。ハウジングの壁は、全体的に平面であってもよくまたケーシングの壁と面を共有するように接触していてもよく、かかる壁も同様に全体的に平面であってもよい。保護ケーシングは複数の内部ポケットを備えてもよく、かかる内部ポケットは別個のバッテリセルグループをそれぞれ囲んでいてもよく、かかるポケットであってケーシングの内部仕切り壁によって形成されたものを伴っていてもよい。内壁はまた全体的に平面であってもよく、一例において、ハウジングの壁の内面と面で接触する面にそれらの主たる表面を有さない。いくつかの例では、ケーシングは、一般的な押出しによってモノリシックな構造として形成することができる。他の例では、ケーシングは、複数の別々のモノリシックな構造の押出材を、スライドジョイントを介して結合することで形成してもよく、一体化された別々のモノリシックな構造の押出材のうち少なくとも二つが同一の押出形状を有する。
別の例では、車両システムのバッテリとして提供してもよく、車両システムには内燃機関が含まれる、又は内燃機関を持たず電動モータを有する電動パワートレインが含まれる。バッテリには、複数のバッテリセルグループを形成するように配置され重ねられた複数の角型バッテリセルが含まれていてもよく;また保護ケーシングが含まれていてもよく、保護ケーシングが複数の内部ポケットを備えており、内部ポケットが別個のバッテリセルグループをそれぞれ囲んでおり、複数の内部ポケットは、少なくとも一つの隔壁によって分離されており、ここで保護ケーシングの外部が電池の外部を取り囲む環境に曝露されていない。保護ケーシングはスライドフィット型の結合によって形成されてもよく、この時、保護ケーシングを形成する構成要素間で他の接続がなされていなくともよい。これに換えてケーシングはモノリシックな構造として形成してもよく、保護ケーシングの結合部分で結合させなくてもよい。保護ケーシングは、ケーシングの壁の端部の穴に係合するコネクタを介してハウジングに結合されていてもよい。
また、図1−16は、さまざまなコンポーネントの相対的な配置による構成の例を示している。互いに直接接触しているか、又は直接結合されていることが示されている場合、そのような要素は、少なくとも一つの例では、それぞれ直接的に接触しているか、又は直接的に結合していると言うことができる。同様に、互いに隣接して又は隣接して示された要素は、少なくとも一つの例では、それぞれ連続しているか、又は互いに隣接していてもよい。一例として、互いに面を共有して接触しているコンポーネントは、面を共有する接触と呼ばれることがある。別の例として、少なくとも一つの例では、互いに離れて配置された要素と、他の要素との間の空間のみで離れて配置されている要素であってもよい。さらに別の例として、互いに対して上下に、互いに反対側に、又は互いに左右に示されている要素は、互いに対してそのようになっていてもよい。さらに、図に示すように、少なくとも一つの例において要素の最上部の要素又は点は、構成要素の「上部」と呼ばれてもよく、要素の最下部の要素又は点は、構成要素の「底部」であってもよい。本明細書で使用する上/下、上/下、上/下は、図の垂直軸に対して相対的であり、図の要素の互いに対する位置決めを説明するために使用される。このように、他の要素の上に示される要素は、一例では、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例として、図面内に示された要素の形状は、それらの形状(例えば、円形、直線状、平面状、湾曲状、丸みを帯びた、面取りされた、角度付きなど)を有するものとしてもよい。さらに、互いに交差して示された要素は、少なくとも一つの例では、交差している要素としてもよいし、互いに交差していてもよい。さらに、ある例では、別の要素内に示された要素又は別の要素の外側に示された要素は、そのように解釈してもよい。
本明細書で開示される構成及びルーチンは本質的に例示的であり、これらの特定の実施形態は、多くの変形が可能であるため、限定的な意味で考慮されるべきではないことが理解されよう。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが理解される。前述のように、様々な実施形態の特徴は、明示的に記載又は図示されない本発明のさらなる実施形態を形成するために組み合わせることができる。本開示の主題は、本明細書に開示される様々なシステム及び構成、ならびに他の特徴、機能、及び/又は特性のすべての新規で明白でない組み合わせ及びサブの組合せを含む。
様々な実施形態が、利点を提供するものとして、又は一つ又は複数の所望の特性に関する他の実施形態又は従来技術の実施形態よりも好ましいと説明してきたが、当業者であれば、所望の全体的なシステム属性を達成するために、一つ又は複数の特徴又は特性が損なわれる可能性があることを認識するし、応用と実施の態様に依存するものである。これらの属性には、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外見、パッケージング、サイズ、サービス性、重量、製造性、組み立ての容易性などが含まれるが、これらに限定されない。このように、一つ又は複数の特性に関する他の実施形態又は従来技術の実施形態よりも望ましくないとして説明される実施形態であっても本開示の範囲外ではなく、特定の用途に望ましい場合がある。
以下の特許請求の範囲は、新規かつ非自明と見なされる特定の組み合わせ及び部分組合せを特に指摘するものである。これらの請求項は、「an」要素又は「第1の」要素又はその等価物を指すものであってもよい。そのような請求項は、そのような要素の一つ又は複数を組み込むことを含み、そのような要素を二つ以上必要としないことも排除するものでもないと理解すべきである。開示された特徴、機能、要素、及び/又は特性の他の組合せ及び部分的な組み合わせは、本請求の範囲の修正によって、又は本明細書又は関連する出願における新規の請求の提示を通して、請求され得る。そのような請求項は、より広い、より狭い、等しい、又は原クレームの範囲内であるかどうかにかかわらず、本開示の主題内に含まれるとみなされる。

Claims (20)

  1. 一つながりになったバッテリセルグループを形成するように配置され積層された複数の角形バッテリセルと、
    別個のバッテリセルグループをそれぞれ囲む複数の内部ポケットを有する保護ケーシングと、を備え、
    前期複数の内部ポケットは、少なくとも一つの隔壁によって分離されている、
    バッテリ。
  2. 前記保護ケーシングは、前記バッテリセルの変形を引き起こすことのない閾値の圧縮力まで耐えることができる、
    請求項1に記載のバッテリ。
  3. 前記バッテリセルグループは、一つ以上のバッテリセル、コンプライアントパッド、及びエンドプレートを備える、
    請求項1に記載のバッテリ。
  4. 前記エンドプレートは、誘電材料を含んでおり、また隣接するセルグループ間の電流の流れを制限する、
    請求項3に記載のバッテリ。
  5. 前記エンドプレートの各々は、前記保護ケーシングの側壁とコンプライアントパッドとの間に配置される、
    請求項4に記載のバッテリ。
  6. 前記コンプライアントパッドは、前記バッテリセルの各々の中間に配置される、
    請求項5に記載のバッテリ。
  7. 前記保護ケーシングが前記バッテリセルグループに対して圧縮力を付与することで前記セルグループ内の前記バッテリセル、コンプライアントパッド、及びエンドプレートの相対的な移動を制限する、
    請求項1に記載のバッテリ。
  8. 前記保護ケーシングが、アルミニウム、鋼、複合プラスチック、又は構造複合材から選択される材料で構成されている、
    請求項1に記載のバッテリ。
  9. 前記保護ケーシング及び前記バッテリセルグループを収容するバッテリケースをさらに備える、
    請求項1に記載のバッテリ。
  10. 前記保護ケーシングの末端壁は突出したリッジを含み、前記末端壁が前記バッテリケースに対して物理的に結合されている、
    請求項1に記載のバッテリ。
  11. 前記保護ケーシングを収容する前記バッテリケースがプラスチックからなることを特徴とする、
    請求項10に記載のバッテリ。
  12. 前記バッテリが4つの内部ポケットを備え、各ポケットが一つのバッテリセルグループを有している、
    請求項1に記載のバッテリ。
  13. 前記保護ケーシングは、結合されたコンポーネントセグメントが一つながりになったものを含み、前記コンポーネントセグメントは、相互に係合するためのリッジ及び嵌合溝で互いに結合される、
    請求項1に記載のバッテリ。
  14. 前記結合されたコンポーネントセグメントは角柱形状を有しており、また前記リッジ及び嵌合溝は前記保護ケーシングのコンポーネントセグメントの側壁に配置される、
    請求項13に記載のバッテリ。
  15. 前記結合セクションコンポーネントがC型ブラケットの形状を有しており、また前記リッジ及び嵌合溝が前記コンポーネントのコーナーで接合される、
    請求項13に記載のバッテリ。
  16. 前記バッテリは、前記バッテリケースの内壁と前記保護ケーシングのコンポーネントセグメントの一つ以上の側壁とに結合されており、またこれらの間に配置されている、二つの端部カバーをさらに備える、
    請求項13に記載のバッテリ。
  17. 前記保護ケーシングは、押出された材料からなるモノリシックな構造のピースによって実質的に構成されている、
    請求項1に記載のバッテリ。
  18. 前記バッテリがリチウムイオンバッテリである、
    請求項1に記載のバッテリ。
  19. バッテリセルグループが互いに直列に配置され電気的に結合されている、
    請求項1に記載のバッテリ。
  20. 各バッテリセルグループ内のバッテリセルが、互いに並列に配置され電気的に結合されている、
    請求項1に記載のバッテリ。
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