JP2020080311A - 電池モジュールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】円筒形電池における電池セルの低実装密度のために電池サイズが大きくなることがなく、また、構造的な安定性を有する電池システムの提供。【解決手段】電池は、複数の円筒状のセルを有している。３つの円筒状のセル１０２は三角形構成で配置され、電気的絶縁のスペーサ１０８は、３つの円筒状のセル間に配置されていてもよい。ケーシングは、セルの周りを包み、セルグループを形成するセルの相対移動を制限してもよい。複数のセルグループは、電気的絶縁のスペーサによって分離され、母線を介して電気的に接続され、セルモジュールを形成するように配置されてもよい。複数のセルモジュールは電池に含まれ、セルモジュールは相互モジュールコネクタを介して電気的に接続されていてもよい。【選択図】図１

Description

本出願は、円筒形の電池セルを有するマルチセル電池システムのモジュール設計に関するものである。

多数の電池は、直列及び並列に組立られた円筒形電池を利用し、その電池の電流及び／又は電圧要求に合わせている。電池セルは、積重ねられ、母線を介して相互に電気的に接続されていてもよい。そのような円筒形電池は、推進力のために、ハイブリッド自動車（ＨＥＶｓ）及び完全電気自動車において用いられてもよい。

しかしながら、発明者は、ここで、円筒形マルチセル電池が持つ、潜在的な問題を認識した。一例として、円筒形電池における電池セルの低実装密度のために、電池が大きくなるかもしれない。そのように、自動車の実装サイズが、電池のサイズに対して適応されるように、増加するかもしれない。また、電池の構造的な安定性が、少なくとも一部に円筒形電池セルの形状のために、長方形の電池と比較して、低下するかもしれない。さらに、そのような円筒形電池は、複雑な電子回路を有しており、サブアセンブリレベルでその診断及び修正問題が多くの時間を要することとなる。

一例において、上記説明した問題は、三角形の構成で配置された３つの円筒状の電池セルと、前記３つの円筒状の電池セル間に配置され、前記電池セルの端間に延在する電気的絶縁のスペーサと、前記電池セルの周りを包み、前記電池セル及びスペーサの相対移動を制限するケーシングと、と有するセルグループと、前記セルグループを保持するハウジングと、を備える、電池組立体によって、処理されてもよい。

他の例において、電池システムは、複数の円筒状セルと、前記複数の円筒状セルのうち３つを一緒に束ねてセルグループを形成する第１の被覆と、２又はそれ以上のセルグループを束ねる第２の被覆と、前記第２の被覆および２又はそれ以上のセルグループを有する電池セルモジュールと、前記電池セルモジュールを含むハウジングと、を備えていてもよい。

他の例において、車両電池は、３つの円筒状の電池セルと、前記電池セルの周りを包む第１の被覆と、を有する２又はそれ以上のセルグループと、前記２又はそれ以上のセルグループ間に配置された２又はそれ以上の電気的絶縁のスペーサと、前記２又はそれ以上のセルグループの周りを包む第２の被覆と、前記２又はそれ以上のセルグループの円筒状の電池セルを電気的に接続する母線と、前記円筒状の電池セルの電圧を監視するために、前記母線に電気的に接続された電圧監視タブと、を有する２又はそれ以上の電池セルモジュールと、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを電気的に接続するための相互モジュールコネクタと、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを保持するためのハウジングと、を備えていてもよい。

このように、円筒状電池の実装密度は、被覆によって３つのグループで電池セルを包むことで、増加されてもよい。また、その実装密度は、そのグループを積み重ね電池セルモジュールを形成し、母線を介して電池セルモジュールを電気的に接続することで、増加されてもよい。３つのグループで電池セルを包み、それらを物理的に束ねることで、電池セルモジュールの剛性が増加されてもよい。上記他の方法で、相互の円筒状の電池セルの相対移動は低減されてもよい。

上記要約は、詳細な説明に更に記載された概念を簡易に選択するのに導入されているということを理解すべきである。請求項の主題の必須あるいは本質的な特徴を明らかにするという意味ではなく、その特徴の範囲は、詳細な説明に続く請求項によって、独自に定義される。さらに、請求項の主題は、上記あるいはこの開示のいずれかの部分に記載されたいずれかの不利益を解決する実施に限定されるものではない。

円筒形電池セルのセルグループの分解側透視図である。 組立られた図１のセルグループの側透視図である。 マルチセルグループを含む電池モジュールの分解側透視図である。 組立られた図３の電池モジュールの側透視図である。 図３の電池モジュールの側透視図である。 図３の電池モジュールの側透視図である。 マルチ電池セルモジュールを含む電池の分解側透視図である。 組立られた図７の電池の側透視図である。 これら図の夫々は、大凡のスケールで描写されており、相互に対して構成要素の相対的な大きさ及び位置を示している。仮に望めば、他の実施形態において、異なる相対的な大きさ及び／又は位置が用いられてもよい。

次の記載は、円筒形セル電池のモジュール設計に関するものである。図１及び２に示すように、円筒形セルは、３つのグループで一緒に束ねられ、例えば、正確に３つの個別の円筒形セルで夫々グループにされていてもよい。マルチセルグループは、積み重ねられ、相互に固定され、図３及び４に示すような電池セルモジュールのようなより大きな部品を形成してもよい。セルは、母線を介して、電気的に直列及び並列で結合されてもよい。母線ターミナルは、図５及び６の例に示すように、電気的にワイヤハーネスに接続され、異なるセルモジュールのワイヤハーネスは、図７及び８に示すように、コネクタを介して相互に電気的に結合されてもよい。このように、いくつかのセルモジュールは、単一の電池に含まれてもよい。モジュール設計は、円筒形セルのより厳しい実装密度を供給し、電池効率を向上させ、電池の大量生産能力を向上させ、サブアセンブリレベルでの故障構成要素を診断し修正する能力を向上させるかもしれない。特に、組立後の円筒形セルの相対移動がより厳しく制限され、電池セル組立部品の構造は強固に維持され、特有な構成が維持されるかもしれない。このように電池セル組立部品の構造的な安定性は向上し、円筒形セルを用いて作用させたときに重要な設計チャレンジとなるかもしれない。

図１−８は、電池の構成例を示しており、そのような電池システム７０１は、電池の様々な構成要素の相対位置で、図７及び８を参照して以下に示されている。仮に、そのような構成要素が直接的に相互に接触し、あるいは、直接的に結合されている場合、それぞれ、直接的に接触しあるいは直接的に結合されているとして、少なくとも１つの例において記述されていてもよい。同様に、相互に接触あるいは隣接して示された構成要素は、少なくとも１つの例において、それぞれ、相互に接触しあるいは隣接していてもよい。一例として、相互に面共有で接触している構成要素は、相互に面共有で接触あるいは物理的に接触して、記述されていてもよい。他の例として、少なくとも１つの例において、その間のスペースだけで他の要素が無い、相互に離れた位置にある要素は、そのように記述されていてもよい。他の例として、相互に上／下、相互に反対側、または、相互に左／右に示された要素は、相互に対して、そのように記述されてもよい。また、図に示すように、少なくとも１つの例において、要素の最上の要素または点は、その構成要素の最上として記述され、要素の最下の要素または点は、その構成要素の最下として記述されてもよい。ここで用いられるように、頂上／底、上部／下部、上側／下側は、図の垂直軸に関するものであり、相互に関連して図の要素の位置を記載するのに用いられてもよい。他の要素の上に示された要素は、一例において、その他の要素の上に垂直に位置している。他の例として、図で記載された要素の形状は、その形状を有する（例えば、円、直線、平面、曲線、円形、面取り、角度などのように）ものとして記載されてもよい。また、相互に交差して示された要素は、少なくとも１つの例において、交差している要素、あるいは、相互に交差しているものとして、記述されてもよい。また、他の要素内に示された要素、あるいは、他の要素の外に示された要素は、一例において、そのように記述されてもよい。

図１は、その電池内に含まれているかもしれない、セルブロック又はグループ１０１の一実施形態の分解側透視図１００を示している。セルグループ１０１は、１又はそれ以上の円筒形電池セル１０２を有し、各電池セル１０２は、電池セル１０２の向かい合った端に配置された、アノード又は負のセルターミナル１０４およびカソード又は正のセルターミナル１０６を含む。特に、各電池セル１０２は、第１の端１０３にアノード１０４を有し、向かい合う第２の端１０５にカソード１０６を有している。第１の端１０３及び第２の端１０５は、曲面１０７で接合されている。このように、電池セル１０２の円筒形形状は、第１の端１０３及び第２の端１０５の大きさ、および、第１の端１０３及び第２の端１０５間を延びる曲面１０７の輪郭、によって定義されていてもよい。図１の例に示すように、セルグループ１０１は、３つの電池セル１０２を有していてもよい。しかしながら、他の例において、セルグループ１０１は、３より多い又は少ない電池セル１０２を有していてもよい、ことを認識すべきである。

電池セル１０２がピラミッドのようなあるいは三角形の構成で配置され、セルグループ１０１の形状を定義してもよい。このように、電池セル１０２の第１の端１０３及び第２の端１０５は、相互に同一平面上にあってもよく、電池セル１０２は、電池セル１０２のそれぞれの曲面１０７を介して相互に接続していてもよい。セルグループ１０１の電池セル１０２は、相互に関するアノード及びカソードの方向に従って、相互に平行あるいは逆平行に向いていてもよい。２又はそれ以上の電池セル１０２は、電池セル１０２のアノード及びカソードが同一方向を向いている場合、相互に平行に向いていてもよい。また、２又はそれ以上の電池セル１０２は、電池セル１０２のアノード及びカソードが反対方向を向いている場合、相互に逆平行に向き、どの２つの逆平行の電池セル１０２に対しても、各電池セル１０２の第１の端１０３が、他の電池セル１０２の第２の端１０５と直線上にあってもよい。図１に示す例のように、セルグループ１０１が３つの電池セル１０２を含む例において、２つの電池セル１０２は、相互に平行に向き、電池セル１０２のアノード及びカソードは、同一方向を指し、セルグループ１０１における第３のセルは、反対方向を向いていてもよい。同一方向を向く２つのセルは、電池セル１０２の並行対１１０として記述されてもよい。反対方向を向いた、あるいは並行対１１０に逆平行な第３のセルは、逆セル１１２として記述されてもよい。このように、並行対１１０及び逆セル１１２は、セルグループ１０１が３つの電池セル１０２を含む例において、セルグループ１０１を有していてもよい。

上記他の方法で、積み重ねられたとき、セルターミナル１０４及び１０６が、極性が相互に接触するような合った方向で、あるいは、反対の極性が相互に接触するような交互の構成で並べられるように、隣接する電池セル１０２は配置されていてもよい。上記他の方法で、隣接する電池セル１０２のアノード及びカソードは、相互に関して同一又は反対の位置で向けられていてもよい。このように、電池セル１０２のうちの１つの負のセルターミナル１０４は、合う方向で隣接する電池セルの負のセルターミナル１０４と並べられていてもよく、あるいは、電池セル１０２のうちの１つの負のセルターミナル１０４は、交互の構成で、電池セル１０２のうちの他の１つの負のセルターミナル１０６と並べられていてもよい。図１の例に示すような、電池セル１０２が３つのグループにおいて、相互に結合されている例において、セルグループ１０１における３つの電池セル１０２のうちの２つは、合う方向で向けられていてもよい。

セルグループ１０１は、さらに、セルグループ１０１内において、電池セル１０２間に位置する非導電性の誘電性スペーサ１０８を有していてもよい。特に、スペーサ１０８は、セルグループ１０１において各電池セル１０２の中心軸Ｘ‐Ｘ′から等距離に位置していてもよい。スペーサ１０８は、例えば、電池セル１０２間のスペースを確保し、衝撃吸収を行うため、エラストマーの押出材で形成されていてもよい。スペーサ１０８は、三角形形状で、電池セル１０２の形状に適合する幾何学形状を有するものであってもよい。また、スペーサ１０８は、電池セル１０２の第１の端１０３及び第２の端１０５間に延在していてもよい。スペーサ１０８は、凹状面１０９を有していてもよい。各凹状面１０９は、セルグループ１０１において、各電池セル１０２の１つの曲面１０７に物理的に接触していてもよい。このように、スペーサ１０８は、セルグループ１０１において、電池セル１０２を物理的かつ電気的に離間してもよい。そのように、電池セル１０２は、セルグループ１０１内において、相互に物理的に接触せず、代わりに、スペーサ１０８とだけ接触していてもよい。特に、各電池セル１０２の曲面１０７は、セルグループ１０１内において、スペーサ１０８と物理的に接触していてもよく、セルグループ１０１内において、他の電池セル１０２のいずれの曲面１０７と物理的に接触していなくてもよい。そのように、電池セル１０２は、セルグループ１０１において、相互に物理的に離間され、スペーサ１０８はセルグループ１０１内において各電池セル１０２間に位置していてもよい。しかしながら、他の例では、電池セル１０２は、セルグループ１０１において、スペーサ１０８に接触し、さらに相互に接触していてもよい。スペーサ１０８は、電気的に絶縁性の材料から生成され、電池セル１０２間を流れる電流を低減及び／又は阻止してもよい。上記他の方法で、スペーサ１０８は、電池セル１０２間の最適な間隔を確保し、電気的な絶縁ギャップを維持してもよい。図２を参照して以下に示すように、セルグループ１０１内の電池セル１０２は、組立られたときに、一緒に、巻き付けられ、拘束されてもよい。

完全に組立られたときの、セルブロックまたはグループ１０１の一実施形態の側透視図２００を示している図２を参照する。図１を参照して上記既に記載され、図２において同様に符号が付されたセルグループ１０１の構成要素は、図２の説明で再度、紹介されあるいは説明されなくてもよい。このように、セルグループ１０１の図２００は、組立られたセルグループ１０１を示しており、電池セル１０２が第１の被覆内に包まれていてもよい。第１の被覆２０４は、したがって、電池セル１０２及びスペーサ１０８を含むセルグループ１０１の構成要素を融合し及び／又は結束してもよい。第１の被覆２０４は、物理的に、各電池セル１０２の表面１０７と接触してもよい。しかしながら、第１の被覆２０４は、物理的に、電池セル１０２の第１の端１０３及び第２の端１０５に接触しなくてもよい。第１の端１０３及び第２の端１０５、正及び負のセルターミナル１０６及び１０４は、夫々、第１の被覆２０４によって、覆われていなくてもよく、露出されていてもよい。第１の被覆２０４は、収縮する包装材料、ポリマープラスチックあるいは他の最適な媒体であり、セルグループ１０１の形状を保持してもよい。このように、第１の被覆２０４は、加熱されたときに収縮しセルグループ１０１内の各電池セル１０２の表面１０７に適合する材料を有し、電池セル１０２の相対的な移動を制限する堅い構造を生成してもよい。第１の被覆２０４がセルグループ１０１の電池セル１０２の周りで収縮したとき、セルグループ１０１は、一連の頂点２０６及び凹状尾根２０８を有していてもよい。図２に示す例では、セルグループ１０１は、３つの頂点２０６と、３つの凹状尾根２０８とを有していてもよい。しかしながら、頂点２０６及び尾根２０８の数は、セルグループ１０１に含まれる電池セル１０２の数に応じて、３よりも多くあるいは少なくてもよいことを、認識すべきである。

このように、第１の被覆２０４は、セルグループ１０１の電池セル１０２及びスペーサ１０８の相対移動を、低減及び／又は防止してもよい。上記他の方法で、第１の被覆２０４は、セルグループ１０１上で内側への圧縮力を供給し、セルグループ１０１の形状を維持してもよい。組立てられたセルグループ１０１は、第１の被覆２０４を有し、第２の端２０５の反対に第１の端２０３を有していてもよい。第１の端２０３は、電池セル１０２のうちの１つのアノード１０４を有していてもよく、図２に示す例において、それは逆セル１１２である。第２の端２０５は、逆セル１１２のカソード１０６を有していてもよい。したがって、第１の端２０３は、カソードおよび並行対１１０の各電池セル１０２の第２の端１０５を有し、第２の端２０３は、アノードおよび並行対１１０の各電池セル１０２の第１の端１０３を有する、ということになる。電池セル１０２のうちの２つのアノード、および、電池セル１０２のうちの１つのカソードは、第２の端２０５に含まれてもよく、電池セル１０２のうちの２つのカソード、および、電池セル１０２のうちの１つのアノードは、セルグループ１０１の第１の端２０３に含まれてもよい。図３を参照して以下に示すように、セルグループ１０１は、他のセルグループと共に含まれ、電池に含まれるセルモジュールを形成してもよい。

他のセルグループ１０１と結合し、電池セルモジュール３０２を形成するように配置されたセルグループ１０１の側透視図３００を示す図３を参照する。図１及び２を参照して上記既に記載され、図３において同様に符号が付されたセルグループ１０１の構成要素は、図３の説明で再度、紹介されあるいは説明されなくてもよい。電池セルモジュール３０２は、したがって、２若しくはそれ以上のセルグループ１０１を有し、電池セルモジュール３０２における各セルグループ１０１は、セルグループ１０１と同一若しくは類似していてもよい。セルグループ１０１の複数のコピーが電池セルモジュール３０２に含まれていてもよいことを、認識すべきである。図３に示す例では、例えば、電池セルモジュール３０２は、セルグループ１０１の４つのコピーを有していてもよい。しかしながら、他の例において、セルグループ１０１の４つより多いあるいは少ないコピーが電池セルモジュール３０２に含まれていてもよいことを認識すべきである。電池セルモジュール３０２に含まれるセルグループ１０１の数、および／又は、相互に関するセルグループ１０１の向きは、電池セルモジュール３０２が含まれる電池の仕様に応じて、異なってもよい。

軸システム３１５が図３に示されており、電池セルモジュール３０２の各構成要素の相対的な位置を示している。軸システム３１５は、垂直軸３１９および水平軸３１７を含んでいる。垂直軸３１９は、図３において上下を指し、水平軸３１７は図３において左右を指している。相互に関して“水平に配置された”と述べられる電池セルモジュール３０２の各構成要素は、水平軸３１７に沿って相互に関して配置されてもよい。同様に、相互に関して“垂直に配置された”と述べられる電池セルモジュール３０２の各構成要素は、垂直軸３１９に沿って相互に関して配置されてもよい。電池セルモジュール３０２の各構成要素の大きさ及び／又は位置は、軸システム３１５に相対的に記載されてもよい。

誘電性のスペーサ１０８は、セルグループ１０１の隣接するコピー間に配置されていてもよい。誘電性のスペーサ１０８は、電池セルモジュール３０２において、各セルグループ１０１間を通る電流を低減及び／又は阻止してもよい。上記他の方法で、スペーサ１０８は、セルグループ１０１間の適切な間隔を確保し、電気的な絶縁ギャップを維持してもよい。各セルグループ１０１は、電池セルモジュール３０２において、スペーサ１０８だけに接触し、他のセルグループ１０１に接触しなくてもよい。しかしながら、他の例において、セルグループ１０１は、誘電性のスペーサ１０８及び他のセルグループ１０１の両方に物理的に接触してもよい。特に、各セルグループ１０１の第１の被覆２０４は、誘電性のスペーサ１０８の凹状面１０９の１つと物理的に接触していてもよい。

付加的あるいは選択的に、各セルグループ１０１の第１の被覆２０４は、１又はそれ以上の他のセルグループ１０１の第１の被覆２０４と物理的に接触していてもよい。このように、図３の例に示すように、４つのセルグループ１０１が電池セルモジュール３０２に含まれており、誘電性のスペーサ１０８の２つのコピーが電池セルモジュール３０２においてセルグループ１０１間に含まれていてもよい。上記他の方法で、電池セルモジュール３０２は、２つの誘電性のスペーサ１０８を含んでいてもよい。全体で、誘電性のスペーサ１０８の６つのコピーが電池セルモジュール３０２に含まれていてもよい。それは、４つのセルグループ１０１内に４つ（各セルグループ１０１に１つ）、そして、各セルグループ１０１間に含まれる２つである。しかしながら、誘電性のスペーサ１０８の６以上あるいは以下のコピーは、電池セルモジュール３０２に含まれるセルグループ１０１のコピーの数に応じて、電池セルモジュール３０２に含まれていてもよい、ことを認識すべきである。

セルグループ１０１は、各セルグループ１０１の頂点２０６の１つが、２つの他のセルグループ１０１の隣接する凹状尾根２０８間に合うように、向けられてもよい。このように、誘電性のスペーサ１０８は、セルグループ１０１間に配置されてときに、電池セルモジュール３０２において、セルグループ１０１の頂点２０６の１つと、２つの他のセルグループ１０１の凹状尾根２０８と、の間に位置していてもよい。組立てられたときに、図４を参照して以下に示すように、各セルグループ１０１の逆セル１１２は、隣接するセルグループ１０１の逆セル１１２と隣接し、及び／又は、実質的に一線上に並んでいてもよい。隣接するセルグループ１０１の逆セル１１２は、各セルグループ１０１の並行対１１０に対し実質的に平行であってもよい。また、電池セル１０２は、並行対１１０が相互に平行となるように、電池セルモジュール３０２において、向けられていてもよい。

また、電池セルモジュール３０２に含まれるセルグループ１０１のうちの半分が、相互に平行、および、セルグループ１０１の他の半分と逆平行に向けられていてもよい。図３に示す例において、４つのセルグループ１０１が電池セルモジュール３０２に含まれており、２つのセルグループ１０１が同一方向を向き、各平行なセルグループ１０１の第１の端２０３がそろっていてもよい。上記他の方法で、２対の並行なセルグループ１０１は、各対が相互に逆平行で、電池セルモジュール３０２に含まれていてもよい。６つのアノード及び６つのカソードは、電池セルモジュール３０２の各端で、そろっていてもよい。

この方法で、軸システム３１５の垂直軸３１９に沿って進んだとき、電池セルターミナル（例えば、アノード１０４及びカソード１０６）の極性は、交互に変わってもよい。アノード１０４は、カソード１０６の上に、あるいは、カソード１０６の下に積み重ねられてもよい。同様に、カソード１０６は、アノード１０４の上及びアノード１０４の下の両方に積み重ねられてもよい。しかし、軸システム３１５の水平軸３１７に沿って進んだときに、交互に変わる同一極性の対のターミナルが存在するように、電池セル１０２が配置されてもよい。２つのカソードは、図３の例に示すように、２つのアノードに続いてもよい。このように、電池セル１０２がセルの列を形成し、各列が相互及び水平軸３１７に平行となるように、電池セル１０２は積み重ねられていてもよい。

図４は、電池に含まれる、組立てられたときの、電池セルモジュール３０２の一実施形態の側透視図４００を示す。図１−３を参照して上記既に記載され、図３において同様に符号が付された電池セルモジュール３０２の構成要素は、図４の説明で再度、紹介されあるいは説明されなくてもよい。電池セルモジュール３０２の図４００は、組立られた電池セルモジュール３０２を示しており、セルグループ１０１は、第２の被覆４１０で包まれていてもよい。第２の被覆４１０は、したがって、セルグループ１０１および誘電性のスペーサ１０８を含む電池セルモジュール３０２の各構成要素を融合してもよい。第２の被覆４１０は、電池セルモジュール３０２において、セルグループ１０１の第１の被覆２０４と物理的に接触してもよい。しかしながら、第２の被覆４１０は、電池セル１０２の第１の端１０３及び第２の端１０５と物理的に接触しなくてもよい。第１の端１０３及び第２の端１０５は、第２の被覆４１０によって覆われず、露出していてもよい。第２の被覆４１０は、収縮する包装材料、ポリマープラスチックあるいは他の最適な媒体であり、セルグループ１０１の形状を保持してもよい。このように、第２の被覆４１０は、加熱されたときに収縮し電池セルモジュール３０２の各セルグループ１０１の第１の被覆２０４に適合する材料を有し、電池セルモジュール３０２の形状を定義してもよい。第２の被覆４１０は、したがって、電池セルモジュール３０２のセルグループ１０１を包み、セルグループ１０１の相対的な移動を制限する堅い構造を生成してもよい。いくつかの例では、第２の被覆４１０は、第１の被覆２０４と同一の材料から生成されていてもよい。しかしながら、他の例では、第２の被覆４１０は、第１の被覆２０４と異なる材料から生成されてもよい。一度、第２の被覆４１０で包まれると、電池セルモジュール３０２は、堅い組立体になってもよい。第２の被覆４１０は、電池セルモジュール３０２を構造的に安定させ、相互に対し電池セルモジュール３０２の各構成要素の相対移動を制限し及び／又は禁止してもよい。上記他の方法で、第２の被覆４１０は、内側に圧縮力を供給し、電池セルグループ３０２の、セルグループ１０１、誘電性のスペーサ１０８および他の構成要素、の相対的位置を維持してもよい。

各アノード１０４およびカソード１０６は、いかなる従来の接続技術を用いて電気的に接続されてもよい。図４に示す例において、溶接された母線４０４は、電池セル１０２の電気ターミナル（例えば、アノード１０４およびカソード１０６）に接続され、それらの間で電気的な伝達が行われてもよい。特に、母線４０４は、並列で隣接する電池セル１０２を電気的に接続してもよい。例えば、図４に示すように、並行対１１０は、母線４０４を介して、並列で電気的に接続されてもよい。また、セルグループ１０１の逆セル１１２は、母線４０４を介して、隣接するセルグループ１０１の逆セル１１２と、並列で電気的に接続されてもよい。このように、母線４０４は、同一の極性の隣接するセルターミナル１０４、１０６を電気的に接続し、並列対４１２を形成する。並列対４１２は、したがって、相互に並列で電気的に接続された２つの隣接する電池セル１０２を有していてもよい。並行対４１２のアノードは、母線４０４を介して相互に電気的に接続されていてもよい。並行対４１２のカソードは、母線４０４を介して相互に電気的に接続されていてもよい。そのように、母線４０４は、相互に並列で２つの隣接する電池セル１０２のアノードを電気的に接続してもよい。同様に、母線４０４は、相互に並列で２つの隣接する電池セル１０２のカソードを電気的に接続してもよい。

上記他の方法で、電池セル１０２は、母線４０４によって、並列であって直列で相互に電気的に接続されてもよい。同一又は異なるセルグループ１０１からの２つの電池セル１０２は、並列で電気的に接続され、並列対４１２を形成してもよい。図４に示す例では、電池セルモジュール３０２は、６つの並列対４１２を有していてもよい。各並列対４１２は、母線４０４によって、相互に直列で配置されていてもよい。

図４の例では、電池セルモジュール３０２は、１２つの電池セル１０２を含んで示され、電池セル１０２は、母線４０４を介して相互に電気的に接続され、６つの並列対を形成してもよい。しかしながら、６つ以上もしくは以下の並列対４１２が、電池セルモジュール３０２に含まれる電池セル１０２の数に応じて形成されてもよい。各母線４０４は、実質的に物理的に、相互に並列であってもよく、相互に直列で並列対４１２を電気的に接続してもよい。

母線４０４は、さらに、母線４０４を電池セルモジュール３０２の出力に電気的に接続するターミナルを含んでいてもよい。特に、母線４０４は、電流転送又は相互接続ターミナル４０８および電圧監視ターミナル４０６を有していてもよい。相互接続ターミナル４０８は、電池セルモジュール３０２から出力される電流を供給してもよい。図７及び８を参照して、以下により詳細に説明するように、マルチ電池モジュールは、電気コネクタを介して、相互接続ターミナル４０８で相互に電気的に接続されてもよい。図５−８を参照して以下により詳細に説明するように、電圧監視ターミナル４０６は、セル電圧を監視する電池管理システムに電気的に接続されてもよい。

図５−６は、それぞれ、異なる側透視図５００及び６００を示しており、一端を電圧監視ターミナル４０６に、および、他端をワイヤハーネス５０４に、電気的に接続された電圧コネクタ５０２を有する電池セルモジュール３０２が描かれている。したがって、図５及び６は、ここの記述において、一緒に記載されていてもよい。図１−４を参照して上記既に記載され、図５及び６において同様に符号が付された電池セルモジュール３０２の構成要素は、図４及び５の説明で再度、紹介されあるいは説明されなくてもよい。特に、図５は、電池セルモジュール３０２の前側透視図５００を示し、電池セルモジュール３０２の前側５０３が表示され、電池セルモジュール３０２の後側５０５は隠れている。図６は、電池セルモジュール３０２の後側透視図６００を示し、後側５０５を示している。図６は、図５に示す図５００に対して約１８０°反転させた電池セルモジュール３０２を示している。

ワイヤハーネス５０４は、電圧コネクタ５０２および電池管理コネクタ５０６に接続され、それら間の電気伝達を行ってもよい。さらに、電圧コネクタ５０２およびワイヤハーネス５０４は、電池管理システム（不図示）に電気的に接続された、電圧監視ターミナル４０６と電池管理コネクタ５０６との間を電気的に接続してもよい。さらに、サーミスタ５０８は、ワイヤハーネス５０４に電気的に接続され、電池セル１０２の温度を計測及び監視してもよい。サーミスタ５０８からの出力は、電池セル１０２の温度を推測するために用いられてもよい。

図７−８は、それぞれ、概略図７００及び８００を示しており、ハウジング７０８に組込まれ、相互モジュールコネクタ７０２を介して相互に電気的に接続され、電池を形成する、マルチ電池セルモジュールを描いている。図７及び８は、ここでの記述において、一緒に記載されていてもよい。特に、図７は、モジュール電池又は組立体７０１の分解側透視図７００を示している。図８は、組立てられたときの、電池システム７０１の側透視図８００を示している。

電池モジュール３０２のマルチコピーは、相互に電気的に接続され、電池システム７０１に含まれる、電池モジュール配列７０３を形成してもよい。図１−６を参照して上記既に記載され、図７及び８において同様に符号が付された電池セルモジュール３０２の構成要素は、図７及び８の説明で再度、紹介されあるいは説明されなくてもよい。図７及び８に示す例において、電池セルモジュール３０２の４つのコピーは、電池システム７０１に含まれていてもよい。しかしながら、他の例において、４つ以上もしくは以下の電池セルモジュール３０２が電池モジュール配列７０３及び電池システム７０１に含まれていてもよいことを認識すべきである。電池セルモジュール３０２は、相互に並列で配置され、異なる電池セルモジュール３０２のセルターミナル１０４及び１０６は、相互に向き合っている。また、各電池セルモジュール３０２の電池管理コネクタ５０６は、電池モジュール配列７０３の同一側でそろっていてもよい。

相互モジュールコネクタ７０２は、いずれかの端上で、異なる電池セルモジュール３０２の相互接続ターミナル４０８に電気的に接続されていてもよい。相互モジュールコネクタ７０２は、隣接する電池セルモジュール３０２の相互接続ターミナル４０８に電気的に接続してもよい。上記他の方法で、相互に隣接して配置された電池セルモジュール３０２の２つのコピーは、相互モジュールコネクタ７０２を介して直列で相互に電気的に接続され、各相互接続ターミナル４０８に接続されてもよい。図７及び８に示す例では、電池システム７０１は電池セルモジュール３０２の４つのコピーを含み、３つの相互モジュールコネクタ７０２は、電池システム７０１に含まれ、直列でその電池セルモジュール３０２を一緒に電気的に接続してもよい。しかし、３以上または以下の相互モジュールコネクタ７０２が、電池システム７０１に含まれる電池セルモジュール３０２の数に応じて、用いられてもよい、ことを認識すべきである。相互モジュールコネクタ７０２の数は、電池システム７０１に含まれる電池セルモジュール３０２の数よりも少ない数と同等であってもよい。

負のセルコネクタ７０４は、電池システム７０１の負の第１ターミナル端７０５に電気的に接続されていてもよい。特に、セルコネクタ７０４の第１の端７０５は、電池システム７０１の負の第１ターミナル端７０５に最も近い位置の電池セルモジュール３０２の相互接続ターミナル４０８の１つに接続されていてもよい。セルコネクタ７０４の反対の第２の端７１４は、電池システム７０１の負のターミナルを形成してもよく、及び／又は電池システム７０１の負のターミナルに接続されてもよい。負のセルコネクタ７０４は、電池システム７０１の負のターミナルの一部もしくは全部を形成してもよい。正のセルコネクタ７０６は、電池システム７０１の反対の正の第２ターミナル端７０７に電気的に接続されていてもよい。特に、正のセルコネクタ７０６の第１の端７１６は、電池システム７０１の正の第２ターミナル端７０７に最も近い位置の電池セルモジュール３０２の相互接続ターミナル４０８の１つに接続されていてもよい。セルコネクタ７０７の反対の第２の端７１８は、電池システム７０１の正のターミナルを形成してもよく、及び／又は電池システム７０１の正のターミナルに接続されてもよい。正のセルコネクタ７０６は、電池システム７０１の正のターミナルの一部もしくは全部を形成してもよい。この方法で、負のセルコネクタ７０４および正のセルコネクタ７０６の第２の端７１４及び７１８は、それぞれ、各電池管理コネクタ５０６と同様の電池モジュール配列７０３の側に、そろえられていてもよい。

ハウジング７０８は、電池セルモジュール３０２を保持するような大きさで構成された凹部７１０を有していてもよい。ハウジング７０８は、堅い構造であり、電池セルモジュール３０２の相対移動を制限し、ハウジング７０８内にその構成要素を制限してもよい。ハウジング７０８、電池セルモジュール３０２の列７０１、及びコネクタ７０２、７０４、７０６は、電池システム７０１を形成してもよい。電池システム７０１は、４つの電池セルモジュール３０２を含み、各電池セルモジュール３０２は４つのセルグループ１０１を有し、および、各セルグループ１０１は３つの筒状の電池セル１０２を有していてもよい。電池システム７０１は、１６つの電池セルグループ１０１、したがって、４８つの電池セル１０２を含んでいてもよい。

この方法で、電池組立体は、三角形の構成で配置された３つの円筒状の電池セルと、前記３つの円筒状の電池セル間に配置され、前記電池セルの端間に延在する電気的絶縁のスペーサと、前記電池セルの周りを包み、前記電池セル及びスペーサの相対移動を制限するケーシングと、と有するセルグループと、前記セルグループを保持するハウジングと、を備えていてもよい。電池組立体の上記例において、前記３つの円筒状の電池セルのうちの２つは、同一の平行の方向で、前記３つの円筒状の電池セルの３つ目の逆平行と反対に、向けられ、前記スペーサは、前記３つの円筒状の電池セルの夫々の中心軸から等距離にあってもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかが、２又はそれ以上の電池セルモジュールを更に備え、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールは、それぞれ、前記セルグループを有していてもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかにおいて、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールは、それぞれ、３つの付加的セルグループをさらに有し、前記３つの付加的セルグループは、前記３つの付加的セルグループおよび前記セルグループの周りを包む第２のケーシングを介して、前記セルグループに物理的に連結され、前記３つの付加的セルグループおよびセルグループの相対移動を制限してもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかにおいて、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールは、それぞれ、前記３つの付加的セルグループと前記セルグループとの間に配置された２つの第２の電気的絶縁のスペーサを、更に有していてもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかにおいて、前記３つの付加的セルグループのうちの２つは、前記セルグループに対し逆平行に向けられていてもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかが、前記３つの付加的セルグループの円筒状のセルと、前記セルグループとを電気的に接続する母線を更に備え、前記母線は、電圧監視ターミナルと、電流転送ターミナルと、を更に有していてもよい。上記電池組立体又は上記電池組立体の組合せのいずれかが、前記電圧監視ターミナルを、前記電池セルの電圧の表示を行うための電圧管理コネクタに電気的に接続するワイヤハーネスを更に備えていてもよい。

他の表現において、電池システムは、複数の円筒状セルと、前記複数の円筒状セルのうち３つを一緒に束ねてセルグループを形成する第１の被覆と、２又はそれ以上のセルグループを束ねる第２の被覆と、前記第２の被覆および２又はそれ以上のセルグループを有する電池セルモジュールと、前記電池セルモジュールを含むハウジングと、を備えていてもよい。上記電池システムにおいて、前記複数の円筒状セルのうちの３つは、三角形構成で配置され、前記第１の被覆は、前記複数の円筒状セルのうちの３つの夫々の曲面の周りを包んでいてもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記セルグループは、非導電性の電気的絶縁のスペーサを有し、前記スペーサは、前記複数の円筒状セルのうちの３つ間に配置され、前記複数の円筒状セルの３つの間における電流の流れを制限してもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記電池セルモジュールは、前記２又はそれ以上のセルグループ間に配置された２つの電気的絶縁のスペーサを更に有していてもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記第１の被覆は、加熱されたときに、収縮し前記複数の円筒状セルのうちの３つの形状に適合するプラスチックポリマーからなり、前記複数の円筒状セルのうちの３つ周りに堅い構造を生成してもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記複数の円筒状セルは、正のターミナルと負のターミナルと、を有し、前記複数の円筒状セルの３つうちの２つは、同じ向きにそろえられており、前記セルグループの第１の端は、２つの負のターミナルを有し、前記セルグループの第２の端は、２つの正のターミナルを有していてもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記電池セルモジュールは、母線を更に有し、前記母線は、直列又は並列で、前記複数の円筒状セルを電気的に接続し、前記母線は、電圧監視ターミナルと、相互接続ターミナルと、を有していてもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかにおいて、前記電池セルモジュールは、前記複数の電池セルの電圧の表示を行うための、電圧管理コネクタを更に有し、前記電圧管理コネクタは、前記電圧監視ターミナルに電気的に接続されていてもよい。上記電池システム又は電池システムの組合せのいずれかは、前記相互接続ターミナルの１つに電気的に接続された相互モジュールコネクタを更に備え、電池に含まれる前記電池セルモジュールと隣接する電池セルモジュールとの間の電気伝達を行い、その間で電流を流してもよい。

他の表現において、車両電池は、３つの円筒状の電池セルと、前記電池セルの周りを包む第１の被覆と、を有する２又はそれ以上のセルグループと、前記２又はそれ以上のセルグループ間に配置された２又はそれ以上の電気的絶縁のスペーサと、前記２又はそれ以上のセルグループの周りを包む第２の被覆と、前記２又はそれ以上のセルグループの円筒状の電池セルを電気的に接続する母線と、前記円筒状の電池セルの電圧を監視するために、前記母線に電気的に接続された電圧監視タブと、を有する２又はそれ以上の電池セルモジュールと、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを電気的に接続するための相互モジュールコネクタと、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを保持するためのハウジングと、を備えていてもよい。車両電池は、さらに、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを電気的に接続する相互モジュールコネクタと、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを保持するハウジングと、を有していてもよい。上記車両電池において、前記第１の被覆および第２の被覆は、プラスチックポリマーからなっていてもよい。上記車両電池又は車両電池の組合せのいずれかにおいて、前記２又はそれ以上の電池セルモジュールは、相互に並列に並べられていてもよい。

このように、円筒状電池セルの実装密度を増加させる技術的効果は、３つのグループで電池セルを包み、電池セルモジュール内にそのグループを積み重ね、コネクタを介して電池セルモジュールを電気的に接続することで、達成される。３つのグループで電池セルを包み、収縮する包装材または他の可能なケーシングでそれらを束ねることで、電池セルモジュールの剛性が増加されてもよい。上記他の方法で、相互の電池セルの相対移動は低減されてもよい。電池システムの構造的な一体性は、さらに、２つのセルグループを２つの他のセルグループの上に積み重ね、収縮する包装材又は他の可能なケーシングで４つのセルグループを包み及び束ね、電池セルモジュールを形成することで、増加させてもよい。

例示的な実施形態が上記説明されているが、これら実施形態は本発明の全ての可能な形式を述べているという意図ではない。明細書中で使用される単語は、限定というよりも説明の単語であり、様々な変更を開示の精神及び範囲を逸脱することなく、行うことができるということが理解できる。前に説明したように、様々な実施形態の特徴は、組み合わされ、明確に説明あるいは描写されていない本発明の実施形態を更に形成することができる。

様々な実施形態は、利点を与えるものとして、他の実施形態より好まれるものとして、あるいは、１又はそれ以上の望ましい特性に関して従来技術の実施として、説明される、一方で、当業者は、１またはそれ以上の特徴又は特性が、望ましい全システム特質を達成するために妥協され、特別なアプリケーションや実施に依存し得るということを認識する。これらの特質は、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外観、包装、大きさ、有用性、重さ、製造性、組立容易さなどを含むが、これらに限定されない。１又はそれ以上の特性に関して、他の実施形態あるいは従来技術の実施よりも望まれないものとして説明された実施形態は、開示の範囲外ではなく、特別なアプリケーションとして望まれ得る。

本出願は、２０１４年１２月１５日に提出された米国仮出願６２／０９２、１６８から優先権を主張するもので、その開示の全てを全目的に対してここに取り込む。

Claims (12)

1. 複数の円筒状セルと、
   前記複数の円筒状セルのうち３つを一緒に束ねてセルグループを形成する第１の被覆と、
   ２又はそれ以上のセルグループを束ねる第２の被覆と、
   前記第２の被覆および２又はそれ以上のセルグループを有する電池セルモジュールと、
   前記電池セルモジュールを含むハウジングと、
   を備える、
   電池システム。
2. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記複数の円筒状セルのうちの３つは、三角形構成で配置され、
   前記第１の被覆は、前記複数の円筒状セルのうちの３つの夫々の曲面の周りを包んでいる、
   電池システム。
3. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記セルグループは、非導電性の電気的絶縁のスペーサを有し、
   前記スペーサは、前記複数の円筒状セルのうちの３つ間に配置され、前記複数の円筒状セルの３つの間における電流の流れを制限する、
   電池システム。
4. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記電池セルモジュールは、前記２又はそれ以上のセルグループ間に配置された２つの電気的絶縁のスペーサを更に有する、
   電池システム。
5. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記第１の被覆は、
   加熱されたときに、収縮し前記複数の円筒状セルのうちの３つの形状に適合するプラスチックポリマーからなり、前記複数の円筒状セルのうちの３つ周りに堅い構造を生成する、
   電池システム。
6. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記複数の円筒状セルは、正のターミナルと負のターミナルと、を有し、
   前記複数の円筒状セルの３つうちの２つは、同じ向きにそろえられており、
   前記セルグループの第１の端は、２つの負のターミナルを有し、
   前記セルグループの第２の端は、２つの正のターミナルを有している、
   電池システム。
7. 請求項１記載の電池システムであって、
   前記電池セルモジュールは、母線を更に有し、
   前記母線は、直列又は並列で、前記複数の円筒状セルを電気的に接続し、
   前記母線は、電圧監視ターミナルと、相互接続ターミナルと、を有する、
   電池システム。
8. 請求項７記載の電池システムであって、
   前記電池セルモジュールは、前記複数の電池セルの電圧の表示を行うための、電圧管理コネクタを更に有し、
   前記電圧管理コネクタは、前記電圧監視ターミナルに電気的に接続されている、
   電池システム。
9. 請求項７記載の電池システムであって、
   前記相互接続ターミナルの１つに電気的に接続された相互モジュールコネクタを更に備え、電池に含まれる前記電池セルモジュールと隣接する電池セルモジュールとの間の電気伝達を行い、その間で電流を流す、
   電池システム。
10. ３つの円筒状の電池セルと、前記電池セルの周りを包む第１の被覆と、を有する２又はそれ以上のセルグループと、
    前記２又はそれ以上のセルグループ間に配置された２又はそれ以上の電気的絶縁のスペーサと、
    前記２又はそれ以上のセルグループの周りを包む第２の被覆と、
    前記２又はそれ以上のセルグループの円筒状の電池セルを電気的に接続する母線と、
    前記円筒状の電池セルの電圧を監視するために、前記母線に電気的に接続された電圧監視タブと、
    を有する２又はそれ以上の電池セルモジュールと、
    前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを電気的に接続するための相互モジュールコネクタと、
    前記２又はそれ以上の電池セルモジュールを保持するためのハウジングと、
    を備える、
    車両電池。
11. 請求項１０記載の車両電池であって、
    前記第１の被覆および第２の被覆は、プラスチックポリマーからなる、
    車両電池。
12. 請求項１０記載の車両電池であって、
    前記２又はそれ以上の電池セルモジュールは、相互に並列に並べられている、
    車両電池。

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