JP2022173126A - エネルギー貯蔵装置用の積層バスバー - Google Patents

Abstract

【課題】電池からのモジュール内の角柱状電気セルのパックを相互接続するための積層バスバーを提供する。【解決手段】セルはグループ３０に構成され、各グループに同じ数のセル２２を備える。積層バスバー１００は、少なくとも１つの導電性要素１１２を備え、各導電性要素は、セルの２つの隣接するグループの電極２８を電気的に接続するように構成される、第１の導電層１１０と、第１の導電層上に積層される第１の絶縁層１３０と、セルの第１グループ３０Ａに接続するように構成される第１の電気コネクタ１１４と、を備える。積層バスバーは、第１の絶縁層上に積層され、セルの最後のグループ３０Ｂに接続するように構成される第２の電気コネクタ１４２を備える第２の導電層１４０と、第３の電気コネクタ１４４を備える。第１の絶縁層は、セルの最後のグループと第２の電気コネクタとの電気的な接続を許容するように構成された切り欠き窓１３４を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、概して、電池内の角柱状セルのパックを相互接続するための積層バスバー、及びそのようなパック及びバスバーを含む電池用のモジュールに関する。

電気エネルギー貯蔵システム、又は電池は様々な状況で使用され、電池パックはそのようなシステムの中心的な構成要素である。例えば、定置型電気貯蔵システムは、ソーラーパネルから生成されたエネルギーを貯蔵するための電池パックを含むことができる。電気貯蔵システムは、電気自動車などの移動可能なアプリケーションであっても使用することができる。電気貯蔵システムの基本単位は電気セルであり、幾つかの形状からなっている。セルには、パウチ状（ｐｏｕｃｈ）、角柱状、円筒状の３つの一般的なタイプがある。

セルは、セルの技術とサイズに応じた、所定の電圧及び電気エネルギーの貯蔵容量を持つ。したがって、多くのアプリケーションでは、単一の電池セルよりも多くの電力を貯蔵及び供給できるエネルギー貯蔵システムを構築するために、バスバーを使用して個々のセルを相互に接続する必要がある。したがって、エネルギー貯蔵システムにはモジュールが含まれ、各モジュールは、一緒に組み立てられた複数のセルを備えることでセルのパックを形成し、これは略して「パック」とも呼ばれる。異なるタイプのバスバーが、電池内のモジュールの接続、及びモジュール内の同一パックのセルの接続に使用される。

既存の様々なタイプのセルの中で、角柱状セルはその製造と取扱いの容易さから、今日では広く使用されている。各セルは角柱形状をなし、上面に２つのアクセス可能な電極が配置されている。２つの電極は、正極と負極を含む。上面は通常は長方形で、２つの短辺と２つの長辺を有し、各電極はそれぞれの短辺の隣りに配置されている。モジュール内には、通常、幾つかの角柱状セルが一緒に配置され、それらの上面がすべて同じ方向を向き、長辺に沿って積層されて、電気セルの列を形成する。

バスバーは、モジュールの設計に応じて、列のすべてのセルを直列及び並列に電気的に接続するように構成されている。

このような角柱状セル相互接続バスバーは、電池モジュールの重要な構成要素である。電池パックの世界的なコスト削減のために、バスバーは製造が容易でなければならず、また、接続すべき個々の電池セルが多数あるため、バスバーは接続が容易でなければならない。バッテリ相互接続用の従来のバスバーは、積層バスバー及び／又は非積層アセンブリの両方を採用している。

特許文献１には、導電層が絶縁層に積層された積層バスバーの幾つかの設計について説明されている。しかしながら、リターン回路を個別に配置する必要があることから、コストと時間が掛かってしまう。

したがって、角柱状電気セルの相互接続のための改良されたバスバーが必要である。

米国特許出願公開第２０１６／０７３５０６（Ａ１）号明細書

この目的のために、本発明の態様は、電池からのモジュール内の角柱状電気セルのパックを相互接続するための積層バスバーに関する。
前記積層バスバーは、主軸線に沿って正中面内を伸びる細長い平らな形状を有し、
電気セルの前記パックは、
前記電気セルは、前記主軸線に沿って一列に配置されるように構成され、
各セルは、反対の極性を持ち、前記主軸線と平行で前記正中面と直交する長手方向平面の反対側に配置される、２つの電極を備えた上面を有し、各セルの前記電極は前記正中面内に配置され、各セルの前記上面は同じ方向に向けられ、
前記セルは、少なくとも２つのグループに構成され、各グループに同じ数の電気セルを備え、第１グループのセルと最後のグループのセルは前記パックの両端に配置され、
セルの前記同一グループ内で、同じ極性を持つ前記電極が前記長手方向平面の同じ側に配置され、
セルの２つの隣接するグループでは、同じ極性を持つ前記電極は前記長手方向平面の反対側に配置され、
前記積層バスバーは、
少なくとも１つの導電性要素を備え、各導電性要素は、セルの２つの隣接するグループの前記電極を電気的に接続するように構成され、前記電極は、前記長手方向平面の同じ側に配置される、第１の導電層と、
前記第１の導電層上に積層される第１の絶縁層と、
セルの第１グループの、前記第１の導電層の導電性要素に接続されていない電極に接続するように構成される第１の電気コネクタと、を備える。

本発明によれば、
前記積層バスバーは、前記主軸線に沿って伸び、それぞれ第２の電気コネクタ及び第３の電気コネクタを備えた２つの両端部を有する第２の導電層をさらに備え、
前記第２の導電層は、第１の絶縁層上に積層され、前記第１の絶縁層によって第１の導電層から電気的に分離され、前記第１の導電層は、前記積層バスバーがセルの前記パックに接続されている場合には前記第１の絶縁層と前記電極に挟まれ、
前記第２の電気コネクタは、セルの前記最後のグループの、前記第１の導電層の導電性要素に接続されていない電極に接続するように構成され、前記第３の電気コネクタは、前記第２の電気コネクタよりも前記第１の電気コネクタに近く、
前記第１の絶縁層は、セルの前記最後のグループの対応する前記電極と前記第２の電気コネクタとの電気的な接続を許容するように構成された切り欠き窓を備える。

本発明によるバスバーは、電気セルのモジュールへのバスバーの迅速な組み立てのために最適化されるという点で有利である。電気セルのモジュールを他のモジュールに接続するために第１のコネクタと第３のコネクタをすぐに使用できるため、モジュールのセルの相互接続に必要なバスバーは１つだけであり、効率的で経済的である。積層構造によって、バスバーは電池モジュールのコスト、サイズ、及び重量の削減に貢献する。さらに、バスバーを必要な寸法に製造するだけといった、構成の簡単な変更によって様々なサイズのモジュールに合わせることができる。

有利であるが任意の態様によれば、そのようなバスバーは、単独で、又は技術的に許容される任意の組み合わせに従って、以下の機能の１つ又は複数を組み込むことができる。
前記各導電性要素は、セルのそれぞれの電極に溶接されるように構成された溶接領域をそれぞれ備える少なくとも２つの接続端子を備え、前記第１の絶縁層は、各接続端子の前記溶接領域へのアクセスを許容するように構成された開口を備え、前記第２の導電層は、前記第２の導電層が前記第１の絶縁層の前記開口へのアクセスを妨げないように配置される。

各導電性要素について、
２つの隣接する接続端子は、連結部材によって相互に連結され、
隣接する２つの接続端子については、前記導電性要素は、前記隣接する２つの接続端子の間に配置された切り込みを備え、
各切り込みは、主軸線に直交して延び、これによって、各接続端子は、隣接する接続端子から独立して、主軸線に平行な回転軸線に沿って、連結部材に対して回転が許容される。

前記連結部材は、少なくとも１つの可撓性部分をさらに備え、
各可撓性部は、主軸線に直交して延び、それぞれの切り込みと整列し、各可撓性部は、２つの隣接する連結部において前記連結部材を分離し、
各可撓性部は、弾性的に変形可能であり、これによって、各連結部は、対応する可撓性部と整列するピボット軸線に沿って、隣接する連結部に対して相対的に回転する。

前記積層バスバーは、底部絶縁層をさらに備え、
前記底部絶縁層は、前記第１の導電層に積層され、
前記底部絶縁層は、導電性要素を対応する電極に対して電気的な接続が許容されるように構成された開口を備える。

前記積層バスバーは、頂部絶縁層をさらに備え、
前記頂部絶縁層は、前記第２の導電層上に積層され、
前記頂部絶縁層は、各接続端子へのアクセスを許容するように構成された頂部開口を備える。

前記第２目の導電層は、金属シートから作られている。

前記第２の導電層は、前記第１の導電層の面の３０％を超えて、好ましくは５０％を超えて、好ましくはさらに７５％を超えて重なる面を有する。

本発明はまた、角柱状電気セルのパックを備える電池用のモジュールであって、
前記セルは、上述した請求項のいずれか一項に記載の積層バスバーによって相互接続され、
前記セルは、前記主軸線に沿って一列に配置され、
各セルは、反対の極性を持ち、長手方向平面の反対側に配置される、２つの電極を備えた上面を有し、各セルの前記電極は前記正中面内に配置され、各セルの前記上面は同じ方向に向けられ、
前記セルは、少なくとも２つのグループに構成され、各グループに同じ数のセルを備え、第１グループのセルと最後のグループのセルは、列の両端に配置され、
セルの前記同一グループ内で、同じ極性を持つ前記電極が前記長手方向平面の同じ側に配置され、
セルの２つの隣接するグループでは、同じ極性を持つ前記電極は前記長手方向平面の反対側に配置される。

有利には、
前記モジュールは、前記セルを保持するように構成された容器を備え、前記第１のコネクタと前記第３のコネクタは、前記容器の外側に、好ましくは互いに隣接して配置される。

積層バスバー及び電池モジュールの３つの実施形態についての以下の説明に照らしつつ、添付の図面を参照して非限定的な例としてのみ、本発明はより良く理解され、他の利点はより明確に示されるであろう。

図１は、本発明の第１の実施形態による積層バスバーを備えた、角柱状セルの好適なモジュールの斜視図である。 図２は、図１のモジュールの分解図である。 図３は、図２と同様の分解図であり、バスバーの幾つかの要素が隠され、バスバーの第１の導電層及び第２の導電層が示された分解図である。 図４は、２つのインサートａ）及びｂ）について、バスバーの第２の導電層及び第１の導電層のそれぞれを示す上面図である。 図５は、２つのインサートａ）及びｂ）について、第２の導電層及び第１の導電層の導電性要素の詳細をそれぞれ示す斜視図である。 図６は、図３と同様の斜視図であり、本発明の第２の実施形態によるバスバーの第１の導電層及び第２の導電層を示す斜視図である。 図７は、図４と同様の上面図であり、２つのインサートａ）及びｂ）について、第２の実施形態によるバスバーの第２の導電層及び第１の導電層のそれぞれを示す上面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態による好適な第２の導電層を示す上面図である。 図９は、本発明の第４の実施形態による好適な第２の導電層を示す上面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すために用いられる。図面は必ずしも一定の縮尺であるとは限らないことを理解されたい。

本発明の第１の実施形態を、図１から図５を参照して説明する。

電池用のモジュール１０を図１に示す。電池は、例えば、自動車用などの移動用に用いられるものであり、例えば、電気エネルギーを貯蔵し、電気自動車又はハイブリッド電気自動車の牽引モーターに電気エネルギーを供給するために用いられる。幾つかの実施形態によれば、電池は電気自動車に属するものである。電池は通常、互いに電気的に接続された幾つかのモジュール１０を備える。

モジュール１０は、混合線によって概略的に箱状に示された容器１２、角柱状電気セル２２のパック２０、及び積層バスバー１００を備える。パック２０は、セル２２を保持するように構成される容器１２内に配置され、したがって、パック２０内では、セル２２は、互いに固定された状態である。パック２０の角柱状電気セル２２は、以下に説明するように、積層バスバー１００によって相互接続されている。積層バスバー１００は、略して単に「バスバー１００」とも呼ばれ、角柱状電気セル２２は、略して単に「セル２２」とも呼ばれる。

図示された非限定的な例では、パック２０は８つのセル２２を備えるが、他の実施形態では、各パック２０内のセル２２の数は異なっていてもよい。この説明の範囲内で、特に明記しない限り、「セル２２」は、角柱状電気セル２２を指す。同じパック２０のセル２２は、同じ形状を有し、同様に機能し、好ましくは互いに同一である。セル２２のいずれかについての説明は、他のセル２２にも適用される。

モジュール１０の分解図が図２に示され、容器１２は省略されている。図３では、バスバー１００の幾つかの要素は示されず、パック２０がより見やすくなっている。

各セル２２は、セル軸線Ａ２２に沿って投影された長方形の断面を有する、長方形の角柱形状を有する。図では、セル軸線Ａ２２は水平であると想定されている。各セル２２は、２つの側面２４を有し、これらは、セル軸線Ａ２２に直交する方向に延び、互いに反対方向を向いている。

各セル２２は、上面２６及び上面２６に配置された２つの電極２８を有する。２つの電極２８は、反対の極性を有し、互いに区別される第１電極２８Ａ及び第２電極２８Ｂを含む。電極２８は、外部要素との接続、特にバスバー１００との接続のためにアクセス可能である。言い換えると、各セル２２の電極２８は、積層バスバー１００に電気的に接続されるように構成される。

パック２０内で、セル２２は、パック２０の長手方向軸線Ａ２０に沿って互いに積み重ねられる。各セル２２のセル軸線Ａ２２は、長手方向軸線Ａ２０と全体的に整列され、各セル２２の上面２６は、他のセル２２と同じ方向に向けられている。２つの隣接するセル２２について、２つのセル２２のうちの第１の側面２４は、２つのセル２２のうちの他方の側面２４に対向している。

言い換えれば、パック２０内で、セル２２は、長手方向軸線Ａ２０に沿って一列に配置され、パック２０は、第１のセル２２Ａ及び最後のセル２２Ｂを備え、第１のセル２２Ａ及び最後のセル２２Ｂは、パック２０の２つの両端部に配置される。図１から図３では、図の左端のセル２２が第１のセル２２Ａであり、図の右端のセル３３が最後のセル２２Ｂである。

パック２０の各セル２２について、２つの電極２８は、パック２０の長手方向平面Ｐ２０の反対側に配置され、長手方向平面Ｐ２０は、長手方向軸線Ａ２０に垂直かつ平行である。

電極２８は、パック２０の正中面Ｐ２１によって幾何学的に位置決めされており、正中面Ｐ２１は、長手方向軸線Ａ２０に平行であり、長手方向平面Ｐ２０に直交している。図示の例では、各セル２２の上側２６は上向きであるとされており、正中面Ｐ２１は水平である。

パック２０内で、セル２２は、セル２２の少なくとも２つのグループ３０に配置され、各グループ３０に同じ数のセル２２が配置される。図示の例では、グループ３０は、互いに直列に接続されている。本発明の第１の実施形態では、各グループ３０は、１つのセル２２のみを含む。言い換えると、パック２０は、それぞれ１つのセル２２の８つのグループ３０を含み、すべてのセル２２は、互いに直列に接続される。

第１のセル２２Ａを備えるグループ３０は、第１グループ３０Ａとも呼ばれ、最後のセル２２Ｂを含むグループ３０は、最後のグループ３０Ｂとも呼ばれる。換言すれば、第１グループ３０Ａ及び最後のグループ３０Ｂは、パック２０の両端部に位置する。図１から図３において、第１グループ３０Ａは左側に位置し、最後のグループ３０Ｂは右側に位置する。また、第１グループ３０Ａは、他の６つのグループ３０によって最後のグループ３０Ｂから分離されている。

セル２２の同じグループ３０内で、同じ極性を有する電極２８は、長手方向平面Ｐ２０の同じ側に配置されている。言い換えれば、同じグループ３０内で、第１電極２８Ａは、長手方向平面Ｐ２０の一方の側に配置され、第２電極２８Ｂは、長手方向平面Ｐ２０の反対側に配置される。

セル２２の２つの隣接するグループ３０について、同じ極性を有する電極２８は、長手方向平面Ｐ２０の反対側に配置される。換言すれば、セル２２の２つの隣接するグループ３０について、２つのグループ３０のうちの一方の第１電極２８Ａ及び２つのグループ３０の他方の第１電極２８Ａは、長手方向平面Ｐ２０の反対側に配置される。

図１から図３を参照して、積層バスバー１００について説明する。

積層バスバー１００は、主軸線Ａ１００に沿って正中面Ｐ１０１内に延びる細長い平坦な形状を有する。バスバー１００の長手方向平面Ａ１００も便宜上定義されており、長手方向平面Ａ１００は、主軸線Ａ１００に平行であり、正中面Ｐ１０１に直交している。図１に示すように、積層バスバー１００がパック２０と接続された構成にある場合、主軸線Ａ１００はパックの軸線Ａ２０に平行であり、バスバー１００の長手方向平面Ｐ１００は、長手方向平面Ｐ２０とほぼ同一平面上にあり、バスバー１００の正中面Ｐ１０１は、パック２０の正中面Ｐ２１に平行である。

積層バスバー１００は、第１の導電層１１０、第１の導電層１１０に積層された第１の絶縁層１３０、及び第１の絶縁層１３０に積層されて第１の絶縁層１３０により電気的に第１の導電層１１０から分離された第２の導電層１４０を備える。第１の導電層１１０は、積層バスバー１００がセル２０のパックに接続されるときに、第１の絶縁層１３０と電極２８との間に挟まれる。本説明の範囲内では、第１の絶縁層１３０及び後述する他の絶縁層はそれぞれ、可撓性かつ電気的絶縁性の両方を持つ材料、好ましくはポリマー材料、例えばポリエステル又はポリイミドから作製される。各絶縁層は２５μｍから２５０μｍの厚さを備える。

第１の導電層１１０の上面図は、図４のインサートｂ）にも示されている。第１の導電層１１０は、少なくとも１つの導電性要素１１２を備え、各導電性要素１１２は、セルの２つの隣接するグループ３０にそれぞれ属する電極２８に電気的に接続するよう構成され、前記電極２８は、長手方向平面Ｐ２０の同じ側に配置されている。

第１の導電層１１０はまた、電極２８が第１の導電層１１０の導電性要素１１２に接続されていないセルの第１グループ３０Ａの電極２８に接続されるように構成された第１の電気コネクタ１１４を備える。

図示の例では、パック２０は、セル２２の８つのグループ３０を含み、第１の導電層１１０は、７つの導電性要素１１２を含む。第１のコネクタ１１４は、ここでは、セル２２の第１グループ３０Ａの第１電極２８Ａに接続される。

任意選択で、第１のコネクタ１１４は、図示しないバスバーなどの外部要素への第１のコネクタ１１４の機械的接続のための機械的インタフェース１１６、ここではリベットを備える。

第１の導電層１１０の導電性要素１１２は、同じように機能し、好ましくは同じ形状を有し、さらに好ましくは互いに同一である。導電性要素１１２の１つは、図５のインサートｂ）上に拡大して示されている。導電性要素１１２の１つについての記載は、他の導電性要素１１２にも有効である。

各導電性要素１１２は、それぞれがセル２２の１つの電極２８に接続されるように構成された少なくとも２つの接続端子１１８、及び連結部材１２０を備える。導電性素子１１２内で、２つの隣接する接続端子１１８は、連結部材１２０によって互いに連結される。図示の例では、連結部材１２０は三角形の形状をなし、各接続端子１１８は長方形の形状をなしている。

図示の非限定的な例では、各導電性要素１１２の接続端子１１８は、長手方向平面Ｐ１００の同じ側に配置され、セル２２の２つの隣接するグループ３０に属して長手方向平面Ｐ１００の同じ側に配置される電極２８に接続されるように構成される。セル２２は角柱状セルであり、長手方向平面Ｐ１００の同じ側に配置された接続端子１１８は、長手方向平面Ｐ１００に平行な方向に沿って互いに整列している。各連結部材１２０は、長手方向平面Ｐ１００にまたがっており、接続端子１１８は、長手方向平面Ｐ１００から離れて配置されている。

各接続端子１１８は、それぞれの電極２８に溶接されるように構成された溶接領域１２２を備える。図示の例では、各接続端子１１８は、有利には、接続端子１１８の中央領域に配置されたセンタリング穴１２４を備え、溶接領域１２２はセンタリング穴１２４の周囲に延びている。図５のｂ）では、各溶接領域１２２は、点線による省略記号によって概略的に示される。

各センタリング穴１２４は、バスバー１００とパック２０との接続中に、実際の溶接動作の前に、溶接領域１２２が対応する電極２８と適切に整列していることを視覚的にチェックできるように構成される。

それぞれの電極２８への接続端子１１８の溶接プロセスとしては、好ましくはレーザー溶接である。接続端子１１８のそれぞれの電極２８への接続動作中、接続端子１１８は、良好な電気的接続を確実にするために、まず、対応する電極２８に機械的に押し付けられ、次に溶接自体が行われる。

図示の例では、第１の絶縁層１３０及び電極２８は、第１の導電層１１０の反対側に配置されている。第１の絶縁層１３０は、各接続端子１１８の溶接領域１２４へのアクセスを許容するように構成された第１の開口１３２を備える。

製造公差のために、各電極２８の実際の位置は、各電極２８が正中面Ｐ２１によって幾何学的に位置決めされる理論的位置からずれていてもよい。

各導電性要素１１２について、２つの隣接する接続端子１１８は、連結部材１２０によって互いに連結され、導電性要素１１２は、２つの隣接する接続端子１１８の間に配置される切り込み１２６を備える。

各切り込み１２６は、主軸線Ａ１００に直交して延び、導電性要素１１２の弾性変形を容易にするように構成され、その結果、各接続端子１１８は、隣接する接続端子１１８から独立して主軸線Ａ１００と平行な回転軸線Ａ１１８に沿って、連結部材１２０に対する相対的な回転が許容される。

任意選択で、連結部材は、少なくとも１つの可撓性部１２８をさらに備える。可撓性部１２８は、ここでは、半円形の断面を備えた折り目によって概略的に表されている。あるいは、可撓性部１２８は、例えば、導電性要素１１２を打ち抜くことによって製造される平坦状である。

各可撓性部１２８は、連結部材１２０を２つの隣接する連結部１３０に分離する。各可撓性部１２８は、主軸線Ａ１００に直交して延び、それぞれの切り込み１２６と整列する。各可撓性部１２８は弾性変形するため、各連結部１３０は、対応する可撓性部１２８に整列したピボット軸線Ａ１３０に沿って、隣接する連結部１３０に対して相対的に回転する。

２つの隣接する接続端子１１８の間に配置された切り込み１２６によって、また各切り込み１２６と整列した可撓性部１２８によって、各導電性要素１１２は、バスバー１００が接続される電極２８の位置変位に対応するように弾性的に変形する。

第１の導電層１１０が第１の絶縁層１３０に積層される場合、導電性要素１１２は第１の絶縁層１３０上に積層され、互いに重なり合わない。導電性要素１１２は、好ましくは、効率的なプロセスである第１の絶縁層上に積層する前に、導電性材料の単一のシート、例えば金属のシートを切断及び／又はスタンプすることによって製造される。

導電性要素１１２は、溶接プロセス中に導電性要素１１２が屈曲され、電極２８の位置偏差に対応できるように充分に薄いが、モジュール１０が電池内で使用されているときの電流密度に対処するのに充分な厚さを有する。図示の実施形態では、導電性要素１１２は、０．２５ｍｍから２ｍｍの間で構成される厚さを有する。

非限定的な例として、導電性要素１１２は、金属、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、又はそれらの合金の１つから作られている。好ましくは、第１の導電層１１０の面は、例えば酸化を防ぐために、スズ、ニッケル、銀、又はそれらの合金の１つなどのめっき材料でめっきされる。

第２の導電層１４０は、主軸線Ａ１００に沿って延び、それぞれ第２の電気コネクタ１４２及び第３の電気コネクタ１４４を有する２つの両端部を備える。第２の電気コネクタ１４２及び第３の電気コネクタ１４４は、好ましくは、例えばレーザー溶接によって、それぞれの電極２８に溶接によって接続される。

第２の電気コネクタ１４２は、セル２２の最後のグループ３０Ｂの電極２８に接続されるように構成され、その電極２８は、第１の導電層１１０の導電性要素１１２には接続されない。

図３に示される例では、第２の電気コネクタ１４２は、最後のセル２２Ｂの第２電極２８Ｂに接続され、最後のセル２２Ｂの第１電極２８Ａは、導電性要素１１２に接続される。

第３の電気コネクタ１４４は、第２の電気コネクタ１４２よりも第１のコネクタ１１４に近く、第３の電気コネクタ１４４は、第２の導電層１４０の残りを介して、セル２２の最後のグループ３０Ｂの電極２８に接続されるように構成され、その電極２８は、第１の導電層１１０の導電性要素１１２に接続されない。

好ましくは、第３のコネクタ１４４は、図示の例のように、第１のコネクタ１１４の隣りに配置される。言い換えれば、第１のコネクタ１１４及び第３のコネクタ１４４は、パック２０の同じ側に配置される。第２の導電層１４０は、バスバー１００の戻り回路である。

第１の導電層１１０と第２の導電層１４０の両方を含む積層構造をなすバスバー１００によって、パック２０の各電極２８は、好ましくはレーザー溶接によって、自動化された方法で第１の導電層１１０若しくは第２の導電層１４０に接続することができ、これは非常に効率的である。図１に示されるように、モジュール１０が組み立てられるとき、第１のコネクタ１１４及び第３のコネクタ１４４は、有利には容器１２の外側に配置され、好ましくは互いに隣接する。モジュール１０の各セル２２は、バスバー１００を介して接続されるものであってもよく、これは非常に便利である。

任意選択で、第３のコネクタ１４４は、第１のコネクタ１１４を図示しないバスバーなどの外部要素に機械的に接続するための機械的インタフェース１４５、ここではスタッド（ｓｔｕｄ）を備える。

第１の導電層１１０と第２の導電層１４０との間に挟まれた第１の絶縁層１３０は、切り欠き窓１３４を備え、これは、ここでは長方形の形状を有し、第２の電気コネクタ１４２と、セル２２の最後のグループ３０Ｂの対応する電極２８との電気的な接続を許容するように構成される。

第２の電気コネクタ１４２は、それぞれの電極２８に溶接されるように構成された少なくとも１つの接続端子１４６を備える。第１の実施形態では、第２の電気コネクタ１４２は１つの接続端子１４６を備える。

図５のａ）に見られるように、第２の電気コネクタ１４２の接続端子１４６は、長方形の形状を有し、センタリング穴１４５を備える。これは、バスバー１００とパック２０との接続中に、実際の溶接動作の前に、第２の電気コネクタ１４２が対応する電極２８と適切に整列していることを視覚的にチェックできるように構成される。

第２の導電層１４０は、導電性材料、好ましくは、電気エネルギーの損失を回避するために良好な導電性を有する金属から作られている。非限定的な例として、第２の導電層１４０は、金属、例えば、銅、又はアルミニウム、又はニッケル、又はそれらの合金の１つから作られている。好ましくは、第２の導電層１４０の面は、酸化を防ぐために、例えば、スズ、又はニッケル、又は銀、又はそれらの合金の１つでめっきされる。第２の導電層１４０は、好ましくは、金属シートを切断及び／又はプレスすることによって作製される。

モジュール１０が使用されているとき、セル２２内に電気エネルギーを貯蔵するか、又はセル２２から電気エネルギーを供給するために、セル２２及び導電性要素１１２は、熱くなる傾向がある。第１の絶縁層１３０上に積層された第２の導電層１４０は、第１の導電層１１０と部分的に重なり、第１の導電層１１０の熱エネルギーの一部を受け取る。言い換えると、第２の導電層１４０は、第１の導電層１１０の熱エネルギーの放熱を助ける。この放熱効果をより強くするために、第２の導電層１４０は、第１の導電層１１０の面の３０％を超えて重なる面を有し、好ましくは５０％を超え、好ましくはさらに７５％を超える。

第２の導電層１４０は、電池内のモジュール１０が使用中にあるときの電流密度に対処するために、第１の導電層１１０に対する第２の導電層１４０の重なり率に応じて選択される厚さを有する。幾つかの例によれば、第２の導電層１４０は、０．２５ｍｍから２ｍｍの間からなる厚さを有する。

第２の導電層１４０は、第２の導電層１４０が第１の絶縁層１１０の開口１３２へのアクセスを妨げないように配置される。第１の実施形態では、第２の導電層１４０は、各接続端子１１８の溶接領域１２２へのアクセスを許容するように構成された第２の開口１４８を備える。バスバー１００の第１の実施形態では、第１の導電層１１０及び第２の導電層１４０は、長手方向平面Ｐ１００に直交して測定される幅がほぼ同じであり、第２の開口１４８は閉じた輪郭を有する。図示の例では、各第２の開口１４８は円形の輪郭を有し、正中面Ｐ１０１に直交する軸線に沿って、それぞれのセンタリング穴１２４と整列している。

言い換えれば、第２の開口１４８は、第１の絶縁層１３０の第１の開口１３２と整列している。第１の開口１３２は、第１の開口１３２を介した短絡のリスクを低減するために、好ましくは第２の開口１４８よりも小さい。

図示の例では、第２の導電層１４０は、長手方向平面Ｐ１００の同じ側に位置する２つの隣接する開口１４８の間に配置された追加の切り込み１５０を備え、各追加の切り込み１５０は、長手方向平面Ｐ１００に直交して延び、第２の導電層１４０の柔軟性、したがってバスバー１００の全体的な柔軟性を向上するように構成される。

図２に示されるように、積層バスバー１００は、バスバー１００の正中面Ｐ１００に沿って延び、第１の導電層１１０上に積層された底部絶縁層１６０をさらに備える。言い換えれば、第１の導電層１１０は、第１の絶縁層１３０と底部絶縁層１６０との間に挟まれている。

好ましくは、底部絶縁層は、パック２０の全てのセル２２の上面２６上に実質的に延びる。底部絶縁層１６０は、各電極２８とバスバー１００との電気的な接続を許容するように構成された窓部１６２を備える。

各窓部１６２は、電極２８の輪郭と同様の輪郭を有し、その結果、バスバー１００がパック２０の上部に配置されると、各電極２８は、それぞれの窓部１６２を通過し、それぞれの接続端子１１８又は第１のコネクタ１１４又は第２のコネクタ１４２と直接接触する。図示の例では、各電極２８は長方形の輪郭を有し、各窓部１６２は同じ長方形の輪郭を有する。

バスバー１００がパック２０に組み立てられると、底部絶縁層１６０はセル２２の上面２６上に置かれ、導電性要素１１２は電極２８に接続される。底部絶縁層１６０は、導電性要素１１２をセル２２の電極２２に電気的に接続することを許容する穴１６２を備える。

好ましくは、積層バスバー１００は、電池１０の動作状態、例えば温度を監視するように構成された監視回路１７０をさらに含む。

図示の例では、監視回路１７０は、主軸線Ａ１００に沿って延びる細長い形状を有する感知回路１７２と、感知回路１７２の先端に接続されたコネクタ１７４とを備える。

使用中、感知回路１７２は、セル２２の上側２６にわたって延びる。感知回路１７２は、好ましくはセル２２ごとに少なくとも１つのセンサを備え、感知回路１７２のすぐ近くに位置するセル２２の状態を監視するように構成される。

感知回路１７２は、好ましくは、主軸線Ａ１００に沿って、第１のセル２２Ａから最後のセル２２Ｂまで延び、パック２０の各セル２２の動作状態を監視するように構成される。例えば、感知回路１７２のセンサは温度センサであり、監視回路１７０は、パック２０の各セル２２の温度を監視するように構成される。

積層バスバー１００は、有利には、バスバー１００の正中面Ｐ１００に沿って延び、第２の導電層１４０上に積層された頂部絶縁層１８０を備える。換言すれば、第２の導電層１４０は、第１の絶縁層１３０と頂部絶縁層１８０との間に挟まれている。

好ましくは、頂部絶縁層１８０は、パック２０の全てのセル２２の上面２６を実質的に覆う。頂部絶縁層１８０は、バスバー１００の電極２８への溶接中に、接続端子１１８又は第１のコネクタ１１４又は第２のコネクタ１４４へのアクセスを許容するように構成された頂部窓部１８２を備える。図示の例では、各頂部窓部１８２は、それぞれの第１の開口１３２と同軸の円形を有する。

図示の例では、感知回路１７２は、第１の導電層１１０と底部導電層１６０との間に挟まれている。例えば、感知回路１７２は、底部絶縁層１６０が第１の導電層１１０上に積層される前に、底部絶縁層１６０に積層される。このような組み立てプロセスは自動化することができ、効率的かつ低コストである。

あるいは、感知回路１７２は、第１の導電層１１０と第１の絶縁層１３０との間、又は第１の絶縁層１３０と第２の導電層１４０との間、又は第２の導電層１４０と頂部絶縁層１８０との間に挟まれている。

より一般的には、感知回路１７２は、バスバー１００の任意の層に積層され、例えば、バスバー１００の２つの隣接する層の間に挟まれ、これらの２つの層は、絶縁層１６０、１３０、又は１８０のうちの１つ、及び対応する導電層１１０又は導電層１４０を備える。

図６及び図７は、本発明に係る電池１０の代替の第２の実施形態を示している。この第２の実施形態では、第１の実施形態のものと同一又は類似している電池の部品には、同じ参照番号が用いられている。以下、主に第１の実施形態と第２の実施形態との違いについて詳述する。

本発明の第２の実施形態では、パック２０のセル２２はグループ３００に配置され、各グループ３００は、２つのセル２２を備える。パック２０は、ここでは、セル２２の４つのグループ３００を備える。

第１のセル２２Ａを含むグループ３００は、第１グループ３００Ａとも呼ばれ、最後のセル２２Ｂを含むグループ３００は、最後のグループ３００Ｂとも呼ばれる。言い換えれば、第１グループ３００Ａと最後のグループ３００Ｂは、パック２０の両端部に配置されている。図６では、第１グループ３００Ａは左側に配置され、最後のグループ３００Ｂは右側に配置され、第１グループ３００Ａは、他の２つのグループ３００によって最後のグループ３００Ｂから分離されている。

電池１０は、積層バスバー２００を備える。

積層バスバー２００は、第１の実施形態のバスバー１００の構造と同様の積層構造を有し、導電層が絶縁層の間に挟まれている。ただし、図６及び図７には導電層のみが示されている。

積層バスバー２００は、第１の導電層２１０及び第２の導電層２４０を備える。

第１の導電層２１０は、少なくとも１つの導電性要素２１２を含み、各導電性要素２１２は、セル２２のそれぞれ２つの隣接するグループ３００に属する電極２８を電気的に接続するように構成され、前記電極２８は、長手方向平面Ｐ２０の同じ側に配置される。

各導電性要素２１２は、それぞれがセル２２の１つの電極２８に接続されるように構成された少なくとも２つの接続端子１１８、及び連結部材２２０を備える。各グループ３００は、２つのセル２２を含むため、各導電性要素２１２は、４つの接続端子１１８を含み、これらは連結部材２２０に連結される。

より一般的には、同じグループ３００に属するセル２２は、互いに電気的に並列に接続され、一方、同じ導電性要素２１２によって互いに接続された２つの隣接するグループ３００は、互いに直列に接続される。

第１の導電層２１０はまた、電極２８が導電性要素２１２に接続されていないセルの第１グループ３００Ａの電極２８に接続されるように構成された第１の電気コネクタ２１４を備える。各グループ３００は、第１グループ３００Ａを含む２つのセル２２を含むため、第１のコネクタ２１４は、２つの電極２８に接続されるように構成される。

第２の導電層２４０は、主軸線Ａ１００に沿って延び、それぞれ第２の電気コネクタ２４２及び第３の電気コネクタ２４４を備えた２つの両端部を含む。

第２の電気コネクタ２４２は、セル２２の最後のグループ３００Ｂの電極２８に接続されるように構成され、その電極２２は、第１の導電層２１０の導電性要素２１２に接続されないが、第３の電気コネクタ２４４は、第２の電気コネクタ２４２よりも第１のコネクタ２１４に近い。

第２の実施形態では、最後のグループ３００Ｂを含むセル２２の各グループ３００は、２つのセル２２を含む。第２のコネクタ２４２は、２つの電極２８に接続されるように構成され、この目的のために、２つの接続端子１４６を備える。

第２の実施形態では、第１の導電層２１０及び第２の導電層２４０は、長手方向平面Ｐ１００に直交して測定される幅がほぼ同じであり、第２の開口１４８は、閉じた輪郭、ここでは円形の輪郭を有し、各第２の開口１４８は、正中面Ｐ１０１に直交する軸線に沿って、それぞれのセンタリング穴１２４と整列している。

本発明の第３の実施形態によるバスバー３００が図８に示されている。バスバー３００は第２の導電層３４０を備え、一方、バスバー３００の図示しない他の構成要素は、第２の実施形態のバスバー２００のものと同一である。

第２の導電層３４０は、主軸線Ａ１００に沿って延び、それぞれ第２の電気コネクタ２４２及び第３の電気コネクタ２４４を備えた２つの両端部を備える。

第３の実施形態では、第２の導電層３４０は、長手方向平面Ｐ１００に直交して測定される幅を有し、第２の実施形態の第２の導電層２４０の幅の７０％にほぼ等しい。

バスバー３００が組み立てられると、第２の導電層３４０は、第１の導電層の約７０％と重なるため、バスバー３００は、第２の導電層３４０を通して良好な放熱効果を維持しながら、第２の実施形態のバスバー２００と比較して軽量である。

第２の導電層３４０は、第２の導電層３４０が第１の絶縁層の開口へのアクセスを妨げないように配置されている。第３の実施形態では、第２の導電層３４０は、溶接動作中に第１の導電層へのアクセスを許容するように構成された第２の開口３４８を備える。第２の導電層３４０の幅の減少のために、各第２の開口１４８は、開いた輪郭、ここでは半円形の輪郭を有する。２つの隣接する第２の開口３４８は、前の実施形態の追加の切り込み１５０よりも短い追加の切り込み３５０によって分離されている。

本発明の第４の実施形態によるバスバー４００が図９に示されている。バスバー４００は、第２の導電層４４０を備え、一方、バスバー４００の図示しない他の構成要素は、第１の実施形態のバスバー１００の構成要素と同一である。

第２の導電層４４０は、第２の電気コネクタ１４２及び第３の電気コネクタ１４４が取り付けられる中央部分４４２を備える。第２の導電層４４０は、第２の導電層４４０が第１の絶縁層１１０の開口１３２へのアクセスを妨げないように配置されている。より正確には、第４の実施形態では、第２の導電層４４０は、前の実施形態の第２の開口１４８又は３４８などの開口を備えないが、中央部分４４２は、製造がより容易な真っ直ぐな形状を有する。

より一般的には、第２の導電層の形状及び輪郭は、真っ直ぐな輪郭又は開口を含めて、設計要件に従って変更することができる。第２の開口１４８又は３４８及び追加の切り込み１５０又は３５０は、電気伝導率、熱伝導率、及び換算質量の制約を考慮した上で、変更及び／又は組み合わせ、及び／又は省略することができる。

この説明で考慮されるモジュール１０及びバスバー１００の異なる実施形態及び変形についてのそれぞれの特徴は、組み合わせることが可能である。

Claims (13)

1. 電池からのモジュール（１０）内の角柱状電気セル（２２）のパック（２０）を相互接続するための積層バスバー（１００；２００；３００；４００）であって、
   前記積層バスバー（１００；２００；３００；４００）は、主軸線（Ａ１００）に沿って正中面（Ｐ１０１）内を伸びる細長い平らな形状を有し、
   電気セル（２２）の前記パック（２０）は、
   前記電気セル（２２）は、前記主軸線（Ａ１００）に沿って一列に配置されるように構成され、
   各セル（２２）は、反対の極性を持ち、前記主軸線（Ａ１００）と平行で前記正中面（Ｐ１０１）と直交する長手方向平面（Ｐ１００）の反対側に配置される、異なる極性の２つの電極（２８）を備えた上面（２６）を有し、各セル（２２）の前記電極（２８）は前記正中面（Ｐ１０１）内に配置され、各セル（２２）の前記上面（２６）は同じ方向に向けられ、
   前記セル（２２）は、少なくとも２つのグループ（３０；３００）に構成され、各グループに同じ数の電気セルを備え、第１グループ（３０Ａ；３００Ａ）のセルと最後のグループ（３０Ｂ；３００Ｂ）のセル（２２）は前記パック（２０）の両端に配置され、
   セルの前記同一グループ（３０；３００）内で、同じ極性を持つ前記電極（２８）が前記長手方向平面（Ｐ１００）の同じ側に配置され、
   セルの２つの隣接するグループ（３０；３００）では、同じ極性を持つ前記電極（２８）は前記長手方向平面（Ｐ１００）の反対側に配置され、
   前記積層バスバー（１００；２００；３００；４００）は、
   少なくとも１つの導電性要素（１１２；２１２）を備え、各導電性要素は、セル（２２）の２つの隣接するグループ（３０；３００）の前記電極（２８）を電気的に接続するように構成され、前記電極は、前記長手方向平面（Ｐ１００）の同じ側に配置される、第１の導電層（１１０；２１０）と、
   前記第１の導電層（１１０；２１０）上に積層される第１の絶縁層（１３０）と、
   セルの第１グループ（３０Ａ；３００Ａ）の、前記第１の導電層の導電性要素（１１２；２１２）に接続されていない電極（２８）に接続するように構成される第１の電気コネクタ（１１４；２１４）と、を備え、
   前記積層バスバー（１００；２００；３００；４００）は、前記主軸線（Ａ１００）に沿って伸び、それぞれ第２の電気コネクタ（１４２；２４２）及び第３の電気コネクタ（１４４；２４４）を備えた２つの両端部を有する第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）をさらに備え、
   前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）は、第１の絶縁層（１３０）上に積層され、前記第１の絶縁層によって第１の導電層（１１０；２１０）から電気的に分離され、前記第１の導電層は、前記積層バスバーがセル（２２）の前記パック（２０）に接続されている場合には前記第１の絶縁層と前記電極（２８）に挟まれ、
   前記第２の電気コネクタ（１４２；２４２）は、セル（２２）の前記最後のグループ（３０Ｂ；３００Ｂ）の、前記第１の導電層の導電性要素（１１２；２１２）に接続されていない電極（２８）に接続するように構成され、前記第３の電気コネクタ（１４４；２４４）は、前記第２の電気コネクタよりも前記第１の電気コネクタ（１１４；２１４）に近く、
   前記第１の絶縁層は、セル（２２）の前記最後のグループ（３０Ｂ；３００Ｂ）の対応する前記電極（２８）と前記第２の電気コネクタとの電気的な接続を許容するように構成された切り欠き窓（１３４）を備える、
   積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
2. 前記各導電性要素（１１２；２１２）は、セル（２２）のそれぞれの電極（２８）に溶接されるように構成された溶接領域（１２２）をそれぞれ備える少なくとも２つの接続端子（１１８）を備え、
   前記第１の絶縁層（１３０）は、前記各接続端子の前記溶接領域へのアクセスを許容するように構成された開口（１３２）を備え、
   前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）は、前記第２の導電層が前記第１の絶縁層の前記開口（１３２）へのアクセスを妨げないように配置される、
   請求項１に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
3. 前記各導電性要素（１１２；２１２）については、
   ２つの隣接する接続端子（１１８；２１８）は、連結部材（１２０；２２０）によって相互に連結され、
   前記隣接する２つの接続端子については、前記導電性要素は、前記隣接する２つの接続端子の間に配置された切り込み（１２６）を備え、
   前記各切り込みは、主軸線（Ａ１００）に直交して延び、これによって、前記各接続端子は、隣接する接続端子から独立して、主軸線（Ａ１００）に平行な回転軸線に沿って、連結部材に対して回転が許容される、
   請求項２に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
4. 前記連結部材（１２０）は、少なくとも１つの可撓性部（１２８）をさらに備え、
   各可撓性部は、主軸線（Ａ１００）に直交して延び、それぞれの切り込み（１２６）と整列し、前記各可撓性部は、２つの隣接する連結部（１３０）において前記連結部材（１２０）を分離し、
   前記各可撓性部（１２８）は弾性的に変形可能であり、これによって、前記各連結部（１３０）は、対応する可撓性部と整列するピボット軸線（Ａ１３０）に沿って、隣接する連結部に対して相対的に回転する、
   請求項３に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
5. 底部絶縁層（１６０）をさらに備え、
   前記底部絶縁層は前記第１の導電層（１１０；２１０）に積層され、
   前記底部絶縁層は、導電性要素（１１２；２１２）を対応する電極（２８）に対して電気的な接続が許容されるように構成された開口（１６２）を備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
6. 頂部絶縁層（１８０）をさらに備え、
   前記頂部絶縁層は前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）に積層され、
   前記頂部絶縁層は、各接続端子（１１８）へのアクセスを許容するように構成された頂部開口（１８２）を備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
7. 前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）が金属シートから作られている、請求項１から４のいずれか一項に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
8. 前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）は、前記第１の導電層（１１０；２１０）の面の３０％を超えて重なる面を有する、請求項７に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
9. 前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）は、前記第１の導電層（１１０；２１０）の面の５０％を超えて重なる面を有する、請求項７に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
10. 前記第２の導電層（１４０；２４０；３４０；４４０）は、前記第１の導電層（１１０；２１０）の面の７５％を超えて重なる面を有する、請求項７に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）。
11. 角柱状電気セル（２２）のパック（２０）を備える電池用のモジュール（１０）であって、
    前記セル（２２）は、請求項１～４のいずれか一項に記載の積層バスバー（１００；２００；３００；４００）によって相互接続され、
    前記セル（２２）は、前記主軸線（Ａ１００）に沿って一列に配置され、
    各セル（２２）は、反対の極性を持ち、長手方向平面（Ｐ１００）の反対側に配置される、異なる極性の２つの電極（２８）を備えた上面（２６）を有し、各セル（２２）の前記電極（２８）は前記正中面（Ｐ１０１）内に配置され、各セル（２２）の前記上面（２６）は同じ方向に向けられ、
    前記セル（２２）は、少なくとも２つのグループ（３０；３００）に構成され、各グループに同じ数のセルを備え、第１グループ（３０Ａ；３００Ａ）のセルと最後のグループ（３０Ｂ；３００Ｂ）のセルは、列の両端に配置され、
    セル（２２）の前記同一グループ内で、同じ極性を持つ前記電極（２８）が前記長手方向平面（Ｐ１００）の同じ側に配置され、
    セルの２つの隣接するグループ（３０；３００）では、同じ極性を持つ前記電極（２８）は前記長手方向平面（Ｐ１００）の反対側に配置される、
    モジュール（１０）。
12. 前記モジュールは、前記セル（２２）を保持するように構成された容器（１２）を備え、
    前記第１のコネクタ（１１４）と前記第３のコネクタ（１４４）は、前記容器（１２）の外側に配置される、
    請求項１１に記載のモジュール（１０）。
13. 前記第１のコネクタ（１１４）及び前記第３のコネクタ（１４４）が互いに隣接して配置されている、請求項１２に記載のモジュール（１０）。

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