JP2019516219A - 薄型センサ及び薄型センサを有する電気化学的セル - Google Patents

薄型センサ及び薄型センサを有する電気化学的セル Download PDF

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Abstract

電気化学的セルは、装置がバッテリセル状況を検出しかつセル制御機能を能動的に行うことを可能にする、共通の支持材料における固体装置又は一連の固体装置を有するフレキシブルな薄型センサ装置を有する。センサ装置の少なくとも一部は、セルの外側にある。スタックに配置されたときに、センサを有するセルは、自動的に通信ネットワークを形成する。

Description

分野
本開示は、概して、共通の支持材料上に固体装置又は一連の固体装置を有し、かつ、バッテリセル状態を検出しかつセル制御機能を能動的に行う薄型センサを有する電気化学的セルに関する。
背景
バッテリパックは、可搬式電子機器から、更新可能な電力システム、及び、環境に優しい車両にまで至る様々な技術のための電力を提供する。例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、燃料効率を高めるために燃焼機関に関連してバッテリパック及び電気モータを使用する。バッテリパックは、複数のバッテリモジュールから形成されており、各バッテリモジュールは、複数の電気化学的セルを有する。バッテリモジュール内において、セルは、二次元又は三次元の配列で配置されており、直列又は並列に電気的に接続されている。同様に、バッテリパック内のバッテリモジュールは、直列又は並列に電気的に接続されている。
概要
いくつかの態様において、薄型センサ装置は、共通のキャリヤに配置された固体装置又は一連の固体装置を有する。固体装置は、センサ装置が、電圧及び温度などのバッテリセル状態を検出することを可能にし、また、バッテリセルの直列ストリングにおける充電状態バランシングを可能にするために、ドレインバッテリセルエネルギなどの機能を能動的に行う能力を提供する。いくつかの実施の形態において、センサ装置は、少なくとも部分的にセルに埋め込まれているものとしてもよい。他の実施の形態において、センサ装置は、セルの外面に配置されている。
いくつかの態様において、単一電極対電気化学的セルは、内方へ面した側にペーストされた第１の活性材料を有するアノード箔基板と、内方へ面した側にペーストされた第２の活性材料を有するカソード箔基板と、アノードとカソードとの間に配置されたセパレータシートと、箔の周縁部に沿って配置された、ホットメルトシーラント又は感圧接着剤などのシーリング材料と、シーリング材料によって基板の間にシールされた電解質とを有する。基板は、不透過性の層、エンクロージャ及び電極として作用する。したがって、本明細書において用いられるとき、“基板”及び“電極”という用語は置き換えることができる。電極の間のシーリング材料層は、電極を所定の位置に固定し、かつ、電極の間の電気的短絡を防止するために、電極の周囲に沿って延在している。単一電極対電気化学的セルは、極めて薄く、したがって、セルをバッテリマネジメントシステム（ＢＭＳ）に接続するために、検出リード及び個別装置をどのようにして実際に取り付けるかという問題を生じる。これは、いくつかの慣用的な検出リードが、単一電極対電気化学的セルよりも大幅に嵩高であり、セル状況を検出することを困難にしているからである。
いくつかの実施の形態において、この困難性を解決するセンサ装置は、少なくとも１つの半導体と、フレキシブルな回路基板とを有する。これらは、バッテリセルセンシングエレクトロニクスを、小さな薄型回路基板に外部に取り付けるために使用される。小さな薄型回路基板は、電子装置と通信するための従来の通信システム及び方法も維持する。加えて、通信ネットワークは、外部配線を加えることなく、組立てプロセス中に自動的に形成される。
いくつかの実施の形態において、この困難性を解決するセンサ装置は、共通のキャリヤに配置された固体装置又は一連の固体装置を含む。固体装置は、センサ装置が、電圧及び温度などのバッテリセル状態を検出することを可能にし、また、バッテリセルの直列ストリングにおける充電状態バランシングを可能にするために、ドレインバッテリセルエネルギなどの機能を能動的に行う能力を提供する。
いくつかの実施の形態において、この困難性を解決するセンサ装置は、少なくとも１つの半導体と、フレキシブルな回路基板とを有する。これらは、バッテリセルセンシングエレクトロニクスを、小さな薄型回路基板に取り付けるために使用される。小さな薄型回路基板は、電子装置と通信するための従来の通信システム及び方法も維持する。特に、センサ装置のセンサ部分は、ＢＭＳへの個別の又は直接的な配線を実施する必要なく、超薄バッテリセル内へ直接的に配置されている。いくつかの実施の形態において、センサ部分は、電極の間に存在するために、電極を接合するために使用されるシーリング材料内に埋め込まれている。
いくつかの態様において、電気化学的セルは、セルの外面の第１の部分を形成し、かつ、正のセル端子を提供する単一の正極と、セルの外面の第２の部分を形成し、かつ、負のセル端子を提供する単一の負極とを有する。電気化学的セルは、正極と負極との間に配置されたセパレータを有し、正極と負極とセパレータとは、積層された構成に配置されている。電気化学的セルは、正極の周縁部と負極の周縁部とを接続し、かつ、正極の周縁部と負極の周縁部との間にシールを形成するシーリング材料層と、センサ装置とを有し、センサ装置は、回路基板と、回路基板に支持された電子装置とを有し、電子装置は、センサと、通信装置とを有する。センサ装置は、正極及び負極のうちの一方と物理的に接触しており、かつ、正極及び負極のうちの一方に電気的に接続されており、センサ装置の少なくとも第１の部分は、セルの外側に配置されている。
電気化学的セルは、以下の特徴のうちの１つ又は複数を有しているものとしてもよい。センサ装置は、センサに電気的に接続された導電性センサ接触パッドを有する第２の部分を有し、センサ装置の第２の部分は、セルの外面に配置されている。センサ装置の第１の部分は、通信装置に電気的に接続された導電性接触パッドを有する。センサ接触パッドは、全体がセル内に配置されている。センサ接触パッドは、シーリング材料層に埋め込まれている。センサ装置は、センサに電気的に接続された導電性センサ接触パッドを有する第２の部分を有し、センサ装置の第２の部分は、正極と負極との間に配置されており、かつ、正極及び負極の両方に物理的に接触している。センサ接触パッドは、正極に電気的に接続された第１のセンサ接触パッドと、負極に接続された第２のセンサ接触パッドとを有する。センサ装置の第１の部分は、送信機に電気的に接続された導電性送信機接触パッドと、受信機に電気的に接続された導電性受信機接触パッドとを有する。回路基板はフレキシブルである。電子装置は、バッテリセル監視機能及びバッテリセル制御機能のうちの少なくとも一方を行うように構成された集積回路である。
いくつかの態様において、バッテリモジュールは、積層された構成により配置された電気化学的セルと、センサ装置とを有する。各センサ装置は、電気化学的セルのいずれか１つに電気的に接続されており、各センサ装置は、通信ネットワークを自動的に形成するために、隣接する電気化学的セルのセンサ装置と物理的に接触し、かつ、隣接する電気化学的セルのセンサ装置との電気接続を形成している。
バッテリモジュールは、以下の特徴のうちの１つ又は複数を有しているものとしてもよい。各センサ装置は、回路基板と、回路基板の第１の側に支持された通信装置とを有し、通信装置は、送信器及び受信機のうちの少なくとも一方を有し、各センサ装置は、回路基板の第１の側に配置された導電性の第１の接触パッドと、回路基板の第２の側に配置された導電性の第２の接触パッドとを有し、第１の接触パッドは、通信装置に電気的に接続されており、第１の接触パッド及び第２の接触パッドは、第１の側から第２の側まで回路基板を貫通したバイアによって電気的に接続されており、１つの電気化学的セルの第１及び第２の接触パッドのうちの一方は、隣接する電気化学的セルの第１及び第２の接触パッドのうちの１つに物理的に接触しかつ電気的に接続されており、通信ネットワークの少なくとも一部が自動的に形成されている。
バッテリモジュールは、また、以下の特徴のうちの１つ又は複数を有しているものとしてもよい。各センサ装置は、センサ装置が接続された電気化学的セルのいずれか１つによって電力を供給される。各センサ装置は、隣接するセンサ装置の間の直列接続の形成により電力を供給されるように構成されている。各電気化学的セルは、セルの外面の第１の部分を形成し、かつ、正のセル端子を提供する単一の正極と、セルの外面の第２の部分を形成し、かつ、負のセル端子を提供する単一の負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとを有し、正極、負極及びセパレータは、積層された構成により配置されている。各電気化学的セルは、正極の周縁部と負極の周縁部とを接続し、かつ、正極の周縁部と負極の周縁部との間にシールを形成するシーリング材料層を有し、各センサ装置は、回路基板と、回路基板に支持されたセンサとを有する。センサ装置は、正極及び負極のうちの一方に物理的に接触しかつ電気的に接続されており、センサ装置の少なくとも第１の部分は、セルの外側に配置されている。
バッテリモジュールは、また、以下の特徴のうちの１つ又は複数を有しているものとしてもよい。電気化学的セルのうちの所定の１つのセンサ装置は、電気化学的セルのうちの所定の単一の正極及び負極のうちの一方の外面に配置されており、かつ、正極及び負極のうちの一方と物理的に接触しており、電気化学的セルのうちの所定の１つのセンサ装置は、隣接する電気化学的セルの正極及び負極のうちの他方に物理的に接触しており、装置は、電気化学的セルのうちの任意の独特の１つ及び隣接する電気化学的セルによって電力を供給される。電気化学的セルのうちの任意の独特の１つのセンサ装置の一部分は、正極と負極との間に配置されており、かつ、正極及び負極の両方と接触しており、装置は、センサ装置が接続された電気化学的セルのうちの所定の１つによって電力を供給される。バッテリモジュールは、モジュールハウジングを有し、電気化学的セルは、モジュールハウジング内に配置されている。
バッテリモジュールを有するバッテリパックの概略的な断面図であり、各バッテリモジュールは、４つの単一電極対セルを有する。 単一電極対セルの断面図である。 センサ装置の平面図である。 図３のセンサ装置の下面図である。 セルと組み立てられた、図３のセンサ装置の概略的な断面図である。 セルスタックの一部の分解された断面図であり、セルスタックの各セルは図３のセンサ装置を有し、センサ装置は、隣接するセルのセンサ装置が互いに接触するように配置されており、接触位置は点線で表されている。 センシング装置が互いに上下に配置されたときに自動的に形成される通信ネットワークの図である。 代替的な実施の形態のセンサ装置の平面図である。 図８のセンサ装置の下面図である。 セルと組み立てられた、図８のセンサ装置の概略的な断面図である。 セルスタックの一部の分解された断面図であり、セルスタックの各セルは図８のセンサ装置を有し、センサ装置は、隣接するセルのセンサ装置が互いに接触するように配置されており、接触位置は点線で表されている。
詳細な説明
図１及び図２を参照すると、バッテリモジュール６は、電気的に相互接続され、かつ、バッテリモジュールハウジング８内に組織化された形式で格納された電気化学的セル２０を有する発電及び記憶装置である。例えば、セル２０は、セルスタック１０を形成するために互いに上下に配置されているものとしてもよい。セル２０は、バッテリモジュールハウジング８内において直列又は並列に電気的に接続されているものとしてもよいが、積層された配列自体が、スタック１０のセル２０の間の直列電気接続を形成する。複数のバッテリモジュール６が、バッテリパック２を形成するようにバッテリパックハウジング４に配置されているものとしてもよく、バッテリパックハウジング８内において、バッテリモジュール６は、直列又は並列に電気的に接続されている。モジュールのセル２０の間及び／又はセル２０と他の装置との間の通信ネットワークを形成するために使用することができるフレキシブルなセンサ装置４０が、各セル２０に固定されている。フレキシブルなセンサ装置４０は、後で詳細に説明する。
単層セル２０は、成層化された導体−セパレータ−導体構成により配置された、単一の正極２２と、単一のセパレータ３０と、単一の負極２６とを有するリチウムイオンセルである。正極２２は、第１の導電性材料から形成され、かつ、内方へ面した側に配置された第１の活性材料層２４を有する第１の箔基板を有する。例えば、正極２２は、銅箔から形成されているものとしてもよく、内方へ面した側に配置されたグラファイト活性材料層２４を有する。負極２６は、第２の導電性材料から形成され、かつ、内方へ面した側に配置された第２の活性材料層２８を有する第２の箔基板を有する。例えば、負極２６は、アルミニウム箔から形成されているものとしてもよく、内方へ面した側に配置されたリチウム化金属酸化物活性材料層２８を有しているものとしてもよい。
セル２０は、正極２２及び負極２６の間に配置されたセパレータ３０を有する。セパレータ３０は、電解質に提供されたイオン電荷キャリヤの通過も許容しながら電気的短絡を防止するために正極２２及び負極２６を離隔しておくために機能し、かつ、セル２０内の電流の通過の間に回路を閉じるために必要とされる、透過性の膜である。セパレータ３０は、例えば、３層ポリプロピレン−ポリエチレン−ポリプロピレン膜などの電気的に絶縁性の材料から形成されている。
ホットメルトシーラント又は感圧接着剤などのシーリング材料層３６が、正極２２及び負極２６の周縁部２３，２７に沿って配置されており、電解質は、シーリング材料によって正極２２と負極２６との間にシールされている。シーリング材料層３６は、基板を所定の位置に固定し、かつ、基板の間の電気的短絡を防止するために、周縁部に沿って、正極２２及び負極２６を形成する基板の間に配置されている。
セル２０は、正極２２及び負極２６と、セパレータ３０との積層された配列により形成されているので、セル２０は、いくつかの慣用的なセルに対して極めて薄い。セル厚さの非制限的な例として、いくつかの実施の形態において、セル２０は、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍの範囲の、正極外面と負極外面との間の距離に対応する厚さを有しているものとしてもよい。他の実施の形態において、セル２０は、０．２ｍｍ乃至０．５ｍｍの範囲の厚さを有しているものとしてもよい。
例示された実施の形態においては、４つのセル２０が、積層された構成によりモジュールハウジング８内に配置されている。しかしながら、セルスタック１０は、特定の用途によって要求されるように、より多数又はより少数のセルを有しているものとしてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、セルスタック１０は、約１００個以上のセル２０を有しているものとしてもよい。モジュールハウジング８は、正（＋）のバスバー５２及び負（−）のバスバー５４を有する。
図３乃至図５を参照すると、センサ装置４０は、モジュール６のセル２０のうちの少なくとも１つに接続されている。センサ装置４０は、電圧及び温度などのバッテリセル状態の検出を可能にし、かつ、また、バッテリセルの直列ストリングにおけるチャージバランシングの状態を可能にするために、バッテリセルエネルギのドレイニングなどの機能を能動的に行う能力を提供するフレキシブルな薄型装置である。加えて、センサ装置４０は、複数のセル２０が積層された構成により配置されたときに、それぞれのセンサ装置４０が、手作業による接続、溶接などを必要とせずに自動的に通信ネットワークを形成するように構成されている。これらの特徴及びその他の特徴は、後で詳細に説明される。
センサ装置４０は、フレキシブル回路基板４４の形式のキャリヤと、回路基板４４に支持された電子装置４２とを有する。電子装置４２は、１つ又は複数の集積回路（ＩＣ）又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含んでもよいが、これらに限定されない。例示された実施の形態においては、ＩＣの形式の１つの電子装置４２が設けられている。電子装置４２は、温度、バッテリ電圧等を検出するように構成された１つ又は複数のセンサと、センサによって生ぜしめられた情報を、バッテリモニタリングシステム（ＢＭＳ）（図示せず）などの外部装置へ送信する送信機と、ＢＭＳからの命令を含む情報を受信する受信機とを有する。
例示された実施の形態においては、回路基板４４は、薄い、フレキシブルな、電気的に絶縁性の材料から形成されている。加えて、回路基板４４は、平面図で見たとき概して矩形である。回路基板４４は、層状構造を有しているものとしてもよく、少なくとも２つの層から形成されているものとしてもよい。
センサ、送信機及び受信機はそれぞれ、回路基板４４の互いに反対の側４７，４８のそれぞれにおいて、対応する電気的接触パッド６０，６２，６４を有する。電気的接触パッド６０，６２，６４は、銅などの導電性材料から形成されており、回路基板４４の最も外側の層の、外方へ面した面に設けられている。
センサ接触パッド６０は、センサ装置４０が電圧センシング及び／又は温度センシングを行うことを可能にする。加えて、センサ接触パッド６０が、センサ装置４０がセルからエネルギを引き出すことを可能にし、これにより、ＩＣ４２に電力を供給する及び／又はＩＣ４２を放電することによってセル２０をバランスさせる。特に、センサは、回路基板４４の第１の面４７に配置された第１のセンサ接触パッド６０（１）と、回路基板４４の第２の面４８に配置された第２のセンサ接触パッド６０（２）とを有する。第１のセンサ接触パッド６０（１）は、回路基板４４を貫通したバイア６１によって第２のセンサ接触パッド６０（２）に電気的に接続されている。第１及び第２のセンサ接触パッド６０（１），６０（２）は、後でさらに説明するように、正極２４及び負極２６のうちの一方の基板への電気接続可能にする。第１のセンサ接触パッド６０（１）は、回路基板４４の第１の面４７に設けられた導電性の第１のトレース５１によって電子装置４２に電気的に接続されている。
送信機接触パッド６２及び受信機接触パッド６４は、センサ装置４０が、セルスタック１０の他のセンサ装置及びＢＭＳなどの主制御装置とシリアル通信することを可能にする。加えて、送信機接触パッド６２及び受信機接触パッド６４は、セルスタック１０内の通信ネットワークの形成を可能にする。
送信機は、回路基板の第１の面４７に配置された第１の送信機接触パッド６２（１）と、回路基板の第２の面４８に配置された第２の送信機接触パッド６２（２）とを有する。第１のセンサ送信機接触パッド６２（１）は、回路基板４４を貫通したバイア６３によって第２の送信機接触パッド６２（２）に電気的に接続されている。第１及び第２の送信機接触パッド６２（１），６２（２）は、セルスタック１０における上側及び／又は下側のセルなどの隣接するセル２０に取り付けられた同じセンサ装置４０の送信機への電気接続及びその送信機との通信を可能にする。第１の送信機接触パッド６２（１）は、回路基板４４の第１の面４７に設けられた導電性の第２のトレース５３によって電子装置４２に電気的に接続されている。
同様に、受信機は、回路基板の第１の面４７に配置された第１の受信機接触パッド６４（１）と、回路基板の第２の面４８に配置された第２の受信機接触パッド６４（２）とを有する。第１の受信機接触パッド６４（１）は、回路基板４４を貫通したバイア６５によって第２の受信機接触パッド６４（２）に電気的に接続されている。第１及び第２の受信機接触パッド６４（１），６４（２）は、セルスタック１０における上側のセル及び／又は下側のセルなどの隣接するセル２０に取り付けられた同じセンサ装置４０の受信機への電気接続及びその受信機との通信を可能にする。第１の受信機接触パッド６４（１）は、回路基板４４の第１の面４７に設けられた導電性の第３のトレース５５によって電子装置４２に電気的に接続されている。
センサ装置４０は、第１のセンサ接触パッド６０（１）と電子装置４２との間において、回路基板の第１の面４７に配置された正極６６を有する。正極６６は、例えば、回路基板の第１の面４７に形成された導電性の第４のトレース５７によって、第１のセンサ接触パッド６０（１）に電気的に接続されている。加えて、センサ装置４０は、第２のセンサ接触パッド６０（２）と電子装置４２との間において、回路基板の第２の面４８に配置された負極６８を有する。負極６８は、例えば、回路基板の第２の面４８に形成された導電性の第５のトレース５８と、バイア５９とによって、電子装置４２に電気的に接続されている。フレキシブルな回路基板４４は、回路基板の第１の面４７に配置された正極６６を、回路基板の第２の面４８に配置された負極６８から電気的に隔離している。
加えて、電子装置４２及び接触パッド６０，６２，６４は全て、薄型エレメントであり、これにより、センサ装置４０は、全体として薄い。任意の電子装置４２の接触パッド、例えば、受信機６４の接触パッド６４（１），６４（２）の接触面の間の距離に対応するセンサ装置厚さｔｓは、比較的小さい。例えば、いくつかの実施の形態において、センサ装置厚さｔｓは、単一電極対セル２０の厚さの２倍未満である。例えば、他の実施の形態において、センサ装置厚さｔｓは、単一電極対セル２０の厚さ以下である。例えば、さらに別の実施の形態において、センサ装置厚さｔｓは、シーリング材料層３６の厚さ未満である。
例えば、いくつかの実施の形態において、センサ装置４０の厚さは、セル２０の厚さ以下であり、セル２０自体は、その単一電極対構造により薄い。
接触パッド６０，６２，６４は、回路基板４４の第１の端部４５における接触パッド（例えば、送信機及び受信機の接触パッド６２（１），６２（２），６４（１），６４（２））が通信のために構成され、回路基板４４の反対側の第２の端部４６における接触パッド（例えば、センサ接触パッド６０（１），６０（２））が、セル電圧センシング及び温度センシングなどのセンシング機能並びに送電のために構成されるように、回路基板４４に配置されている。
図５を参照すると、センサ装置４０は、センサ装置４０全体がセル２０の外側にあるように、セル２０に接続されている。特に、センサ接触パッド６０（１），６０（２）を含むセンサ装置４０の部分は、セル周縁部２３に沿ってセル２０の上に位置しており、第２のセンサ接触パッド６０（２）は、セル２０の、外方へ面した面に電気的に接続されている。例示された実施の形態において、第２のセンサ接触パッド６０（２）は、正極２２に電気的に接続されている。なぜならば、セル２０は、正極２２が最も上になる向きで積層されているからである。端子６６，６８と、電子装置４２と、送信機及び受信機の接触パッド６２（１），６２（２），６４（１），６４（２）とに対応する部分を含むセンサ装置４０の残余部分は、セル２０の上に位置せず、代わりに、セル２０の側方に配置されている。
図６を参照すると、バッテリセル２０の間に直列電気接続を形成するために、セル２０は互いに上下に積層され、これにより、センシング装置４０は、通信目的のために互いに電気接触を形成することができる。例えば、第１のセル２０ａ及び第２のセル２０ｂが、第１のセル２０ａが第２のセル２０ｂの上に位置し、かつ、第２のセル２０ｂに隣接するように直列に積層された場合、対応するセンシング装置（例えば、第１のセンサ装置４０ａ及び第２のセンサ装置４０ｂ）は自動的に整列する。
整列した構成において、第１のセンサ装置４０ａの第１のセンサ接触パッド６０（１）は、隣接する、上に位置するセル２０ｃの電極、例えば、負極２６に接触するのに対して、第１のセンサ装置４０ａの第２のセンサ接触パッド６０（２）は、第１のセル２０ａの電極、例えば、正極２２に接触する。第２のセンサ装置４０ｂの第１のセンサ接触パッド６０（１）は、第１のセル２０ａの電極、例えば、負極２６に接触するのに対して、第２のセンサ装置４０ｂの第２のセンサ接触パッド６０（２）は、隣接する、下に位置するセル２０ｄの電極、例えば、正極２２に接触する。
対応するセンサ装置４０を有するセル２０が直列に積層されると、セル２０の間に配置され、かつ、センサ接触パッド６０（１），６０（２）によってセル２０に接続されたセンシング装置４０は、セル２０から電力を引き出すことができる。これにより、バッテリセル直列接続は、センサ装置４０に電力を供給するために使用されてもよく、センサ装置４０が、センシング機能と、充電状態（ＳＯＣ）をバランスさせるためにバッテリセルの制御された電気的ドレイニングなどの制御機能とを行うことを可能にする。
整列した構成において、第１のセンサ装置４０ａの第１の送信器接触パッド６２（１）は、隣接する、上に位置するセル２０ｃのセンサ装置４０ｃの第２の送信器接触パッド６２（２）と接触するのに対して、第１のセンサ装置４０ａの第２の送信器接触パッド６２（２）は、第２のセンサ装置４０ｂの第１の送信器接触パッド６２（１）と接触する。加えて、第２のセンサ装置４０ｂの第２の送信器接触パッド６２（２）は、隣接する、下に位置するセル２０ｄのセンサ装置４０ｄの第１の送信器接触パッド６２（１）と接触する。
同様に、第１のセンサ装置４０ａの第１の受信機接触パッド６４（１）は、隣接する、上に位置するセル２０ｃのセンサ装置４０ｃの第２の受信機接触パッド６４（２）と接触するのに対して、第１のセンサ装置４０ａの第２の受信機接触パッド６４（２）は、第２のセンサ装置４０ｂの第１の受信機接触パッド６４（１）と接触する。加えて、第２のセンサ装置４０ｂの第２の受信機接触パッド６４（２）は、隣接する、下に位置するセル２０ｄのセンサ装置４０ｄの第１の受信機接触パッド６４（１）と接触する。
図７を参照すると、セル２０が積層された構成になっているときに、通信ネットワークが自動的に形成され、その結果、センシング装置４０が、整列した構成において互いに上下に配置される。整列した構成において、隣接したセンサ装置４０ａ，４０ｂの送信機接触パッド６２が電気的接触を形成し、センサ装置を互いに通信させ、直列ネットワークを形成することができる。同様に、隣接したセンサ装置４０ａ，４０ｂの受信機接触パッド６４が電気的接触を形成し、センサ装置を互いに通信させ、直列ネットワークを形成することができる。いくつかの実施の形態において、送信機及び受信機は、センサ装置４０がネットワークノードである、１つのコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）９０により接続される。セルスタック１０の隣接するセンサ装置４０の間の電気的接続は、通信ネットワーク９０及びセンサ装置４０のための個々のスタブを自動的に形成する。有利には、通信ネットワーク９０は、外部配線を加えることなく、組立てプロセス中に自動的に形成される。通信ネットワーク９０は、セルの間の通信及びＢＭＳ８０を含む他の装置との通信を可能にする。
図８及び図９を参照すると、代替的な実施の形態のセンサ装置１４０は、電圧及び温度などのバッテリセル状態の検出を可能にし、かつ、また、バッテリセル２０の直列ストリングにおける充電状態バランシングを可能にするために、バッテリセルエネルギのドレイニングなどの機能を能動的に行う能力を提供するフレキシブルな薄型装置である。加えて、センサ装置１４０は、複数のセル２０が積層された構成により配置されたときに、それぞれのセンサ装置１４０が、手作業による接続、溶接などを必要とせずに自動的に通信ネットワークを形成するように構成されている。これらの特徴及びその他の特徴は、後で詳細に説明される。
図８及び図９に示されたセンサ装置１４０は、図３及び図４に関して上記で説明したセンサ装置４０と共通の多くの要素を含み、共通の要素は共通の参照符号を有する。図８乃至図１０の代替的な実施の形態のセンサ装置１４０は、正極６６及び負極６８と、対応するトレース５７，５８とが省略されており、センサ接触パッド６０（１），６０（２）と電子装置４２との間の電気的トレースの配置が変更されている点において、前述のセンサ装置４０と異なる。特に、センサ装置１４０は、回路基板の第１の面４７に配置され、かつ、第１のセンサ接触パッド６０（１）を電子装置４２に接続した第１のトレース５１を有する。加えて、センサ装置１４０は、回路基板の第１の面４７に配置され、かつ、第１のセンサ接触パッド６０（１）を電子装置４２に電気的に接続した第６のトレース６７と、回路基板の第２の面４８に配置され、かつ、第２のセンサ接触パッド６０（２）をバイア５９によって電子装置４２に電気的に接続した第７のトレース６９とを有する。
図１０を参照すると、図８及び図９のセンサ装置１４０は、さらに、図８乃至図１０のセンサ装置１４０が、センサ装置１４０の一部がセル２０内にあるのに対し、センサ装置１４０の残余部分がセル２０の外側へ突出するように、セル２０に接続されているという点で、前述のセンサ装置４０と異なる。特に、第１及び第２のセンサ接触パッド６０（１），６０（２）を含むセンサ装置４０の部分が、セル周縁部２３に隣接するようにセル内にある。第１のセンサ接触パッド６０（１）は、電極のうちの一方、例えば正極２２の、内方へ面した面に接触しかつ電気的に接続されている。加えて、第２のセンサ接触パッド６０（２）は、他方の電極、例えば負極２６の、内方へ面した面に接触しかつ電気的に接続されている。これにより、センサ装置１４０は、センサ装置１４０が接続されたセル２０によって直接的に電力を供給される。この構成において、センサ装置１４０は、１つのセル２０、例えば、センサ装置１４０が取り付けられたセルからその電力の全てを引き出す。なぜならば、センサ接触パッド６０（１），６０（２）が、セル基板２２，２６の間に位置し、かつ、セル基板２２，２６と直接的に接触しているからである。
いくつかの実施の形態において、第１及び第２のセンサ接触パッド６０（１），６０（２）は、シーリング材料層３６内に埋め込まれている。特に、第１及び第２のセンサ接触パッド６０（１），６０（２）は、シーリング材料層３６によってセル２０内の電解質から隔離されている。
図１０及び図１１を参照すると、電子装置４２に対応する部分と、送信機及び受信機の接触パッド６２（１），６２（２），６４（１），６４（２）とを含むセンサ装置１４０の残余部分は、セル２０の外側に位置し、セル２０の側方に配置されている。この構成は、図６及び図７に関して上述したように、各セル２０がセンサ装置１４０を有し、かつ、積層された構成に配置されたとき、通信ネットワークの自動的な形成を可能にする。任意のセル２０ａのセンサ装置１４０ａと、隣接するセル２０ｂのセンサ装置１４０ｂとの間の物理的接触のみが、通信ネットワーク９０を提供する。
いくつかの実施の形態において、隣接するセル２０の間の良好な接触を保証するために、積層方向でセルスタックに外力が加えられる。
上述の実施の形態は、例として示されており、これらの実施の形態が様々な変更及び代替的形式を有しているものとしてもよいことが理解されるべきである。さらに、請求項は、開示された特定の形式に限定されることは意図されておらず、むしろ、この開示の思想及び範囲に含まれる全ての変更、均等物及び代替物をカバーすることが意図されていることが理解されるべきである。

Claims (18)

  1. 電気化学的セルであって、
    セルの外面の第１の部分を形成し、かつ、正のセル端子を提供する単一の正極と、
    前記セルの外面の第２の部分を形成し、かつ、負のセル端子を提供する単一の負極と、
    前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータであって、前記正極と前記負極と前記セパレータとが、積層された構成により配置されている、セパレータと、
    前記正極の周縁部と前記負極の周縁部とを接続し、かつ、前記正極の周縁部と前記負極の周縁部との間にシールを形成したシーリング材料層と、
    回路基板と、前記回路基板上に支持された電子装置とを有するセンサ装置であって、センサと通信装置とを有する、センサ装置と、
    を備え、
    前記センサ装置は、前記正極及び前記負極のうちの一方と物理的に接触しておりかつ電気的に接続されており、
    前記センサ装置の少なくとも第１の部分は、前記セルの外側に配置されている、
    電気化学的セル。
  2. 前記センサ装置は、前記センサに電気的に接続された導電性センサ接触パッドを有する第２の部分を有し、
    前記センサ装置の前記第２の部分は、前記セルの外面に配置されている、
    請求項１に記載の電気化学的セル。
  3. 前記センサ装置の前記第１の部分は、前記通信装置に電気的に接続された導電性接触パッドを有する、
    請求項２に記載の電気化学的セル。
  4. 前記センサ接触パッドは、全体が前記セル内に配置されている、
    請求項２に記載の電気化学的セル。
  5. 前記センサ接触パッドは、前記シーリング材料層に埋め込まれている、
    請求項２に記載の電気化学的セル。
  6. 前記センサ装置は、前記センサに電気的に接続された導電性センサ接触パッドを有する第２の部分を有し、
    前記センサ装置の前記第２の部分は、前記正極と前記負極との間に配置されており、かつ、前記正極及び前記負極の両方に物理的に接触している、
    請求項１に記載の電気化学的セル。
  7. 前記センサ接触パッドは、前記正極に電気的に接続された第１のセンサ接触パッドと、前記負極に接続された第２のセンサ接触パッドとを有する、
    請求項６に記載の電気化学的セル。
  8. 前記センサ装置の前記第１の部分は、送信機に電気的に接続された導電性送信機接触パッドと、受信機に電気的に接続された導電性受信機接触パッドとを有する、
    請求項１に記載の電気化学的セル。
  9. 前記回路基板は、フレキシブルである、
    請求項１に記載の電気化学的セル。
  10. 前記電子装置は、バッテリセル監視機能及びバッテリセル制御機能のうちの少なくとも一方を行うように構成された集積回路である、
    請求項１に記載の電気化学的セル。
  11. バッテリモジュールであって、
    積層された構成に配置された電気化学的セルと、
    センサ装置であって、各センサ装置は、前記電気化学的セルうちの所定の１つに電気的に接続されており、各センサ装置は、通信ネットワークを自動的に形成するために、隣接する電気化学的セルのセンサ装置と物理的に接触し、かつ、隣接する電気化学的セルのセンサ装置と電気接続を形成する、センサ装置と、
    を備える、バッテリモジュール。
  12. 各センサ装置は、回路基板と、前記回路基板の第１の側に支持された通信装置とを有し、前記通信装置は、送信器及び受信機のうちの少なくとも一方を有し、
    各センサ装置は、前記回路基板の前記第１の側に配置された導電性の第１の接触パッドと、前記回路基板の第２の側に配置された導電性の第２の接触パッドとを有し、
    前記第１の接触パッドは、前記通信装置に電気的に接続されており、
    前記第１の接触パッド及び前記第２の接触パッドは、前記第１の側から前記第２の側まで前記回路基板を貫通したバイアによって電気的に接続されており、
    １つの電気化学的セルの前記第１及び第２の接触パッドのうちの一方は、隣接する電気化学的セルの前記第１及び第２の接触パッドのうちの１つに物理的に接触しかつ電気的に接続されており、通信ネットワークの少なくとも一部が自動的に形成されている、
    請求項１１に記載のバッテリモジュール。
  13. 各センサ装置は、前記センサ装置が接続された前記電気化学的セルのうちの所定の１つによって電力を供給される、
    請求項１１に記載のバッテリモジュール。
  14. 各センサ装置は、隣接するセンサ装置の間の直列接続の形成により電力を供給されるように構成されている、
    請求項１１に記載のバッテリモジュール。
  15. 各電気化学的セルは、
    セルの外面の第１の部分を形成し、かつ、正のセル端子を提供する単一の正極と、
    前記セルの外面の第２の部分を形成し、かつ、負のセル端子を提供する単一の負極と、
    前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータであって、前記正極と前記負極と前記セパレータとが、積層された構成により配置されている、セパレータと、
    前記正極の周縁部と前記負極の周縁部とを接続し、かつ、前記正極の周縁部と前記負極の周縁部との間にシールを形成したシーリング材料層と、
    を備え、
    各センサ装置は、回路基板と、前記回路基板上に支持されたセンサとを有し、
    前記センサ装置は、前記正極及び前記負極のうちの一方と物理的に接触しておりかつ電気的に接続されており、
    前記センサ装置の少なくとも第１の部分は、前記セルの外側に配置されている、
    請求項１１に記載のバッテリモジュール。
  16. 前記電気化学的セルのうちの所定の１つの前記センサ装置は、前記電気化学的セルのうちの前記所定の１つの前記正極及び前記負極のうちの一方の外面に配置されており、かつ、前記正極及び前記負極のうちの一方と物理的に接触しており、
    前記電気化学的セルのうちの前記所定の１つの前記センサ装置は、隣接する電気化学的セルの前記正極及び前記負極のうちの他方に物理的に接触しており、
    前記センサ装置は、前記電気化学的セルのうちの前記所定の１つ及び前記隣接する電気化学的セルによって電力を供給される、
    請求項１５に記載のバッテリモジュール。
  17. 前記電気化学的セルのうちの所定の１つのセンサ装置の一部分は、前記正極と前記負極との間に配置されており、かつ、前記正極及び前記負極の両方と接触しており、前記センサ装置は、前記センサ装置が接続された前記電気化学的セルのうちの前記所定の１つによって電力を供給される、請求項１５に記載のバッテリモジュール。
  18. 前記バッテリモジュールは、モジュールハウジングを有し、前記電気化学的セルは、前記モジュールハウジング内に配置されている、
    請求項１５に記載のバッテリモジュール。
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