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

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。