JP2022513136A - 電池モジュール及び電池モジュールスタック - Google Patents

Abstract

複数の電池セルを収容するセルエンクロージャと、冷却組立体と、を含む電池モジュールが記載される。冷却組立体は、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びる冷却チャネルを含む。冷却チャネルは、セルエンクロージャ内に生じた熱を冷却チャネル経由で電池モジュールの第１の側部から電池モジュールの第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされている。また、多数のかかる電池モジュールを含む電池モジュールスタックが記載される。電池モジュールは、少なくとも１つの電池モジュールの冷却チャネルが少なくとも１つの隣接の電池モジュールの冷却チャネルと整列するよう積み重ね構成体の状態に配列されている。

Description

本開示内容（本発明）は、電池モジュール及び多数の電池モジュールを含む電池モジュールスタックに関する。

充電式電池の一形式は、種々の混合酸化物又はオリビン（olivine）によって活性化される正電極、特別な炭素によって活性化される負電極、及び誘起電解質内に全て浸漬されているセパレータを有する多層構造を備えたリチウムイオン電池である。この電池は、典型的には、電池モジュールを形成するようエンクロージャ内に収容されている。通常の動作条件中、電気エネルギーが化学エネルギーに変換され、充電中、化学エネルギーとして蓄えられ、そして、蓄えられた化学エネルギーは、放電中に電気エネルギーに変換される。具体的に説明すると、充電中、正電極中のリチウムは、イオン化されて層ごとに負電極まで動き、放電中、イオンは、正電極まで動いてその元の化合物に戻る。多数個のリチウムイオン電池モジュールが電池モジュールを制御するための制御モジュールと一緒にラック組立体に取り付けられ、電池パックが形成される。

多種多様な形式のラックが互いに接続された電池モジュールを貯蔵するとともに搬送するために使用される場合がある。ラックは、その最も簡単な形態では、電池モジュールを挿入する多数のベイを備えたフレーム構造を有する場合がある。その場合、電源ライン及び冷却ラインが電池モジュールに接続される場合がある。別の形態では、ラックが電源接続部を収容するバックプレーンを有する場合がある。電池モジュールは、このモジュールの後部に設けられたその電源コネクタと一緒に、ベイ中に挿入されてバックプレーンに直接プラグ接続される。

しかしながら、一般に、ラックの使用により電池パックが複雑になる。例えば、電池モジュールを収容するためにラックを用いることにより、電池パックを形成するコンポーネントの数が増え、それによりパックの製造費が高くつく。加うるに、バックプレーンを採用するラックは、電池モジュールの電源コネクタとバックプレーンの電源ラインとの間に生じる整列上の問題を生じやすい場合がある。

したがって、先行技術において、多数の相互に連結された電池モジュールの簡単かつ効果的な貯蔵及び搬送を可能にする電池モジュールを提供することが要望されている。

本発明の第１の観点では、電池モジュールであって、複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、冷却組立体と、を含み、冷却組立体が電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びる冷却チャネルを含み、冷却チャネルがセルエンクロージャ内で生じた熱を冷却チャネル経由で電池モジュールの第１の側部から電池モジュールの第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされていることを特徴とする電池モジュールが提供される。かくして、モジュールの第１の外側部は、モジュールの第２の外側部に流体結合されるのが良い。

電池モジュールは、電池モジュールの一方の側部に設けられた孔から電池モジュールの別の側部に設けられた孔まで延びる排気チャネルを含む排気組立体と、セルエンクロージャから排気チャネルまで延びる排気ポートと、をさらに含むのが良い。排気チャネルは、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるのが良い。

電池モジュールは、排気ポートを封止するシールをさらに含むのが良く、シールは、セルエンクロージャ内で臨界圧力に達した圧力に応答して開き、それにより、排気ガスがセルエンクロージャから排気チャネルまで流れることができるようにするよう構成されている。シールは、セルエンクロージャ内で起こる熱暴走に応答して開くよう構成されるのが良い。

排気ポートは、冷却チャネルを貫通して延びるのが良い。
冷却組立体は、セルエンクロージャと排気組立体との間に配置されるのが良い。

少なくとも１つのセルエンクロージャは、電池モジュールのそれぞれの側部に設けられた第１及び第２のセルエンクロージャを含むのが良く、冷却チャネルは、第１のセルエンクロージャと第２のセルエンクロージャとの間に延びるのが良い。冷却チャネルは、第１及び第２のセルエンクロージャの各々の長さに沿って延びるのが良い。

電池モジュールは、電池モジュールの１つ以上の側部に設けられたヒートシンクをさらに含むのが良い。ヒートシンクは、１つ以上の冷却フィンを有するのが良い。ヒートシンクは、熱を冷却組立体に差し向けるスプレダープレート又はヒートパイプから成るのが良い。

電池モジュールは、電池モジュールの上縁部又は下縁部から延びる少なくとも１つの第１の係止部材をさらに含むのが良い。電池モジュールは、電池モジュールの上コーナー部又は下コーナー部から延びる少なくとも１つの第１の係止部材をさらに含むのが良い。

電池モジュールは、少なくとも１つの第１の係止部材が延びる起点としての電池モジュールの縁部又はコーナー部と反対側に位置する電池モジュールの縁部又はコーナー部内に配置された少なくとも１つの第２の係止部材をさらに含むのが良い。

電池モジュールは、電池モジュール内に収容された１つ以上の電池セルをモニタするよう構成された電気回路系及びプロセッサのうちの１つ以上を含む電力・通信組立体をさらに含むのが良い。電力・通信組立体は、電池モジュールの第１の端部のところに配置され、冷却組立体は、電池モジュールの反対側の第２の端部のところに配置されるのが良い。電力・通信組立体は、電池モジュールの前側端部のところに配置されるのが良く、冷却組立体は、電池モジュールの後側端部のところに配置される。かくして、潜在的に点検整備可能なコンポーネントの大部分は、電池モジュールの前部のところに配置されるのが良く、その結果、これらに容易に接近することができるようになっている。

電力・通信組立体は、第１の位置と第２の位置との間で動くことができる電源ピンを含むのが良い。幾つかの実施形態では、第１の「引っ込み」位置では、電源ピンを電池モジュール内に引っ込めるのが良く、第２の「伸長」位置では、電源ピンは、電池モジュールから延び出るのが良い。幾つかの実施形態では、電源ピンは、その引っ込み位置とその伸長位置との両方において電池モジュール内に配置されるのが良い。電池モジュールは、作動時に電源ピンを第１の位置と第２の位置との間で動かすよう構成されたスイッチをさらに含むのが良い。かくして、電源ピンを引っ込めることによって、電池モジュールを取り扱い／運搬のために安全にすることができる。加うるに、電源ピンを引っ込めることにより、組立状態のモジュールスタック内の電源ループが遮断され、その目的は、モジュールのコンポーネントを点検整備することにある。

電力・通信組立体は、電池モジュールの外面上に配置された電源ソケットをさらに含むのが良い。電源ソケットは、電池モジュールの下側部上に配置されるのが良く、電源ピンは、第２の位置にあるとき、電池モジュールの上側部から延びるのが良い。電源ピン及び電源ソケットは、互いに真向かいに配置されるのが良い。

電池モジュールは、電池モジュールの前側表面上に設けられていて、電力・通信組立体の１つ以上のコンポーネントに接近するための取り外し可能なパネルをさらに含むのが良い。

電力・通信組立体は、電池モジュールの一方の側部に設けられた第１の光通信ポート及び電池モジュールの別の側部に設けられた第２の光通信ポートをさらに含むのが良い。

電力・通信組立体は、１つ以上の他の電池モジュールと通信するワイヤレス通信モジュールをさらに含むのが良い。

電池モジュールは、セルエンクロージャに隣接して位置するヒートシンクをさらに含むのが良い。ヒートシンクは、電池モジュールの冷却チャネルと電池モジュールの外部とを流体結合するのが良く、セルエンクロージャ内で生じた熱が電池モジュールの冷却チャネルから外部まで流れる冷却用流体にヒートシンク経由で伝達されることにより、かかる熱を電池モジュールから逃がすことができる。ヒートシンクは、冷却チャネルからヒートシンク中に１つ以上の入口経由で延び、そしてヒートシンクから冷却チャネル中に１つ以上の出口経由で戻る流体流路を含むのが良く、セルエンクロージャ内で生じた熱が電池モジュールの第１の側部から冷却チャネルに入り、流体流路に流れ、冷却チャネルに戻り、そして冷却チャネルを出て電池モジュールの第２の側部に至る冷却用流体に伝達されることによって、かかる熱を電池モジュールから逃がすことができる。

冷却チャネル、排気チャネル、及び電源ソケットのうちの１つ以上は、ヒートシンクを貫通するのが良い。

冷却用流体は、強制空気、液体冷却剤、又は対流によって流れる空気のうちの１つ以上を含むのが良い。

電池モジュールは、電池モジュールの頂側部及び底側部のうちの一方に設けられた１つ以上の雄型コネクタ、及び電池モジュールの頂側部及び底側部のうちの他方に設けられた１つ以上の雌型コネクタをさらに含むのが良く、コネクタのうちの少なくとも一方は、テーパ付き部分を有するのが良い。例えば、１つ以上の雌型コネクタは、テーパ付き部分を有するのが良い。

１つ以上の雄型コネクタは、少なくとも１つの第１の係止部材を有するのが良く、１つ以上の雌型コネクタは、少なくとも１つの第２の係止部材を有するのが良い。

１つ以上の雄型コネクタは、１本以上の電源ピンを含むのが良く、１つ以上の雄型コネクタは、１つ以上の電源ソケットを含むのが良い。

本発明の別の観点では、電池モジュールスタックであって、多数の電池モジュールを含み、各電池モジュールは、複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、冷却チャネルは、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともにセルエンクロージャ内で生じた熱を冷却チャネル経由で電池モジュールの第１の側部から電池モジュールの第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、電池モジュールは、少なくとも１つの電池モジュールの冷却チャネルが少なくとも１つの隣接の電池モジュールの冷却チャネルと整列するよう積み重ね構成体をなして配列されていることを特徴とする電池モジュールスタックが提供される。

電池モジュールスタックは、積み重ね構成体の底部のところに設けられたベース、空気がベースを通り、そして積み重ね電池モジュールの冷却チャネルを通ってベース内に形成された冷却チャネル経由で、かつ積み重ね電池モジュールの冷却チャネルと流体連通関係をなして流れるようにするよう構成された空気運搬又は送風装置とをさらに含むのが良い。

各電池モジュールは、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びる排気チャネルを含む排気組立体と、セルエンクロージャから排気チャネルまで延びる排気ポートと、をさらに含むのが良く、少なくとも１つの電池モジュールの排気チャネルは、少なくとも１つの隣接の電池モジュールの排気チャネルと整列するのが良い。ベースは、積み重ね電池モジュールの排気チャネルと流体連通状態にある排気出口を有するのが良い。

有利には、冷却及び／又は排気組立体と電池モジュールの一体型の性状により、専用バックプレーンを必要とすることなくモジュールスタックを組み立てることができる。バックプレーンは、電池モジュールのための電源接続部を収容するとともに多数の電池モジュールを連結し又は「プラグ接続」する単純な構造体を指している。

電池モジュールスタックは、電池モジュールと通信可能に結合されるとともに電池モジュールの動作を制御するよう動作可能なパックコントローラをさらに含むのが良い。パックコントローラは、電池モジュールと積み重ねられるのが良い。

電池モジュールスタックは、積み重ね構成体の最も上側に位置する電池モジュールの冷却チャネルが封止されるよう積み重ね構成体の頂部上に位置決めされたカバーをさらに含むのが良い。

電池モジュールスタックは、積み重ね構成体を安定化するために圧縮作用を積み重ね構成体に加えるよう構成された安定化機構体をさらに含むのが良い。

安定化機構体は、カバーに取り付けられるとともに少なくとも、積み重ね構成体の最も下側の電池モジュールと同じほど低いところの１つ以上の個所に取り付けられた１本以上のケーブル又は中実バー（例えば、タイロッド）を含むのが良い。

加うるに、カバーは、液体冷却式モジュールの場合、冷却剤マニホルドのところで終端するのが良く、カバーは、電流をスタックのベースに向かって戻すための「ジャンパー」バスバーを収容するのが良く、カバーは、ジャンパーにより、電流を方向づけてスタックのベースに向かって通信部に戻すのが良い。

各電池モジュールは、すぐ隣の上側電池モジュール及びすぐ隣の下側電池モジュールのうちの１つ以上の係止部材と対応関係をなして係合する１つ以上の係止部材をさらに含むのが良い。電池モジュールの１つ以上の係止部材は、すぐ隣の上側電池モジュールの頂部上に積み重ねられている別の電池モジュールに応答してすぐ隣の上側電池モジュールの係止部材と対応関係をなして係合するよう構成されるのが良い。

本発明の別の観点では、多数の電池モジュールを積み重ねて積み重ね構成体を形成することによって電池モジュールスタックを組み立てる方法であって、各電池モジュールは、複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、冷却チャネルは、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともにセルエンクロージャ内で生じた熱を冷却チャネル経由で電池モジュールの第１の側部から電池モジュールの第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、積み重ね構成体は、少なくとも１つの電池モジュールの冷却チャネルを少なくとも１つの隣接の電池モジュールの冷却チャネルに整列させるようなものであることを特徴とする方法が提供される。

本方法は、カバーを積み重ね構成体の頂部上に位置決めして積み重ね構成体の最も上側の電池モジュールの冷却チャネルを封止するようにするステップをさらに含むのが良い。本方法は、安定化機構体を用いて積み重ね構成体を安定化するために圧縮作用を積み重ね構成体に加えるステップをさらに含むのが良い。

本発明のさらに別の観点によれば、電池モジュールスタックを用いる方法であって、電池モジュールスタックは、多数の電池モジュールを含み、各電池モジュールは、複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、冷却チャネルは、電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともにセルエンクロージャ内で生じた熱を冷却チャネル経由で電池モジュールの第１の側部から電池モジュールの第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、電池モジュールは、少なくとも１つの電池モジュールの冷却チャネルが少なくとも１つの隣接の電池モジュールの冷却チャネルと整列するよう積み重ね構成体をなして配列され、本方法は、積み重ね構成体からの取り外しを必要とする電池モジュールを識別するステップと、持ち上げ機構体を識別された電池モジュールのすぐ上に位置する電池モジュールに係合させるステップと、持ち上げ機構体を用いて電池モジュールを積み重ね構成体から識別された電池モジュールの上方に持ち上げるステップと、を含むことを特徴とする方法が提供される。

本発明のさらに別の観点によれば、電池モジュールスタックを製作する方法であって、持ち上げ機構体を用いて上述の実施形態のうちの任意の実施形態に係る電池モジュールスタックをインターフェースベースに対して所定の配設場所に位置決めするステップを含み、所定の配設場所では、電池モジュールスタックの冷却チャネルは、インターフェースベースに形成された１つ以上の孔内で互いに整列し、その結果、インターフェースベースを通って送られた空気が電池モジュールスタックの冷却チャネル中に流れることができるようになっていることを特徴とする方法が提供される。

次に、添付の図面に関連して本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態に係る電池モジュールスタックを示す図である。 本発明の実施形態に係る電池モジュールの頂部を示す図である。 図２の電池モジュールの底部を示す図である。 後側のカバーが透明な状態で示された図２の電池モジュールの後部を示す図である。 電池セルのスタックを示す図である。 図２の電池モジュールの分解組立図である。 本発明の実施形態に従って相互に係止する電池モジュールを示す図である。 本発明の実施形態に従って相互に係止する電池モジュールを示す図である。 本発明の実施形態に係るモジュールスタックベース及びインターフェースベースを示す図である。 本発明の実施形態に係るモジュールスタックベース及びインターフェースベースを示す図である。 本発明の実施形態に係るモジュールスタックベース及びインターフェースベースを示す図である。 空気が図１のモジュールスタック中に押し込まれている状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る多数のモジュールスタック及びパックコントローラを示す図である。 本発明の実施形態に係る多数のロー又は横列をなすモジュールスタックとパックコントローラを示す図である。 本発明の実施形態に従って１つの横列をなすモジュールスタックを組み立てる方法を示す図である。 本発明の実施形態に係る電池パックを示す図である。 本発明の実施形態に係るインターフェースベースを示す図である。 本発明の実施形態に係るパックコントローラモジュールを示す図である。 パックコントローラを示す図である。 本発明の実施形態にかかる電池モジュールの頂部及び底部を示す図である。 本発明の実施形態にかかる電池モジュールの頂部及び底部を示す図である。 図２０及び図２１の電池モジュールの冷却・排気マニホルドを示す図である。 図２０及び図２１の電池モジュールの冷却・排気マニホルドを示す図である。 本発明の実施形態に従って電源ピンがその引っ込み状態にある場合を示す図である。 本発明の実施形態に従って電源ピンがその伸長状態にある場合を示す図である。 図２０及び図２１の電池モジュールの前側カバーの背面図である。 保護点検整備パネルが取り外された状態の図２５の前側カバーの正面図である。 図１６の電池パックの頂部を示す図である。 図１６の電池パックの底部を示す図である。 図１６の電池パックの蓋を示す図である。 相互連結状態の電池モジュールの回路図である。 相互連結状態の電池モジュールの回路図である。 相互連結状態の電池モジュールの回路図である。 相互連結状態の電池モジュールの回路図である。 相互連結状態の電池モジュールの回路図である。

本発明は、改良型電池モジュール及び改良型電池パックを提供することを目的としている。本発明の種々の実施形態を以下に説明するが、本発明は、これら実施形態には限定されず、これら実施形態の変形例は、特許請求の範囲によってのみ限定されるべき本発明の範囲内に十分に属すると言える。

原文特許請求の範囲及び／又は原文明細書において“comprising”（訳文では「～を有する」としている場合が多い）又は“including”（訳文では「～を含む」としている場合が多い）と関連して用いられる“a”又は“an”という単語は、「１つ」を意味するが、これは、別段の明示の指定がなければ、「１つ以上」、「少なくとも１つ」、及び「１つ又は２つ以上」の意味とも一致している。同様に、「もう１つの」又は「別の」という用語は、文脈上明示の指定がなければ、少なくとも第２以上を意味する場合がある。

本明細書で用いられる「結合され」、「結合する」、又は「連結され」という用語は、これらの用語が用いられている文脈に応じて幾つかの互いに異なる意味を有する場合がある。例えば、「結合され」、「結合する」、又は「連結され」は、機械的又は電気的な含意を有する場合がある。例えば、本明細書で用いられる「結合され」、「結合する」、又は「連結され」は、２つの要素又は装置が互いに直接連結され、又は特定の文脈に応じて、電気要素、電気信号、又は機械要素を経て１つ以上の中間要素又は装置を介して互いに連結されていることを指示する場合がある。一連のアイテムとの関連で用いられる場合における本明細書の「及び／又は」という表現は、その一覧を含むアイテムのうちの任意の１つ以上を意味している。

本明細書で用いられるように、数値の前に「約」又は「ほぼ」と言及され、あるいは数値に「実質的に」等しいと言及されている場合、これは、その数の±１０％内にあることを意味している。

以下において、電池モジュールは、一般に、多数の相互に連結された電池セルを収容するエンクロージャを意味している。電池セルは、１つ以上の電池セルスタック（これは、電池セルストリングとも呼ばれる場合がある）を形成する。互いに上に積み重ねられた多数の電池モジュールは、一般に、電池モジュールスタック（又は単にモジュールスタック）を形成する。１つ以上の電池モジュールがモジュールコントローラ（パックコントローラとも呼ばれる）に連結された場合、電池モジュールとモジュールコントローラとの組み合わせは、全体として、電池パックを形成する。パックコントローラは、電池パックスタックと積み重ねられても良く、あるいはモジュールスタックの外部に配置されても良い。

図１を参照すると、本発明の実施形態に係る電池モジュールスタック１００が示されている。モジュールスタック１００は、互いに異なるコンポーネントの積み重ね配列体で形成されている。特に、モジュールスタック１００は、その底部のところに位置したモジュールスタックベース１０、モジュールスタックベース１０の頂部上に積み重ねられた相互に連結されている電池モジュール５０のスタック、及び最も上側の電池モジュール５０のすぐ隣に位置した状態でモジュールスタック１００の頂部のところに位置決めされたモジュールスタックカバー８０を含む。モジュールスタック１００は、インターフェースベース９５の頂部上に積み重ねられ、モジュールスタックベース１０は、インターフェースベース９５の上面に係合するようになっている。当業者であれば理解されるように、本発明は、任意の数の積み重ね電池モジュール及び任意の数のコラム又は縦列をなした積み重ね電池モジュールを含む電池パックに及ぶ。さらに、幾つかの実施形態では、モジュールスタックは、モジュールスタックカバー８０なしでかつ／あるいはモジュールスタックベース１０なしで形成できる。したがって、幾つかの実施形態では、モジュールスタックは、積み重ね状態の電池モジュールで構成された１つ以上の縦列のみで構成されても良い。

モジュールスタック１００のフットプリントは、大まかに言えば、標準サイズのパレットのフットプリントと同じである。特に、モジュールスタック１００のフットプリントは、欧州パレット協会によって定められた標準型ＥＵＲ２欧州サイズパレット（例えば、１，２００×１，０００×１４４ミリメートル）と同一であり、ただし、当業者であれば認識されるように、本発明は、任意他の適当なフットプリントサイズを備えたモジュールスタックに及ぶ。

図２及び図３を参照すると、電池モジュール５０の平面図及び底面図が示されている。電池モジュール５０は、各々が電池セルスタック７２ａ，７２ｂ（図２及び図３には示されていない）を収容した１対のセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂを含む。電池モジュール５０から遠ざかる方向に向いたセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの左側部、右側部及び下側部は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの内部から電池モジュール５０の外部への熱伝達を容易にするための冷却フィン５３を備えている。

電池モジュール５０の後部のところには、１対の排気チャネル５７ａ，５７ｂを含む排気組立体が設けられている。排気チャネル５７ａ，５７ｂは、電池モジュール５０の下側部及び上側部に形成された排気孔から延びている。したがって、排気チャネル５７ａ，５７ｂは、電池モジュール５０の下側部から電池モジュール５０の上側部まで延びている。排気チャネル５７ａ，５７ｂは、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂ内に生じる場合のある（例えば、熱暴走を受けた電池セルスタック７２ａ，７２ｂのうちの１つ以上に応答して）排気ガスを電池モジュール５０から運び出すために用いられる。特に、各排気チャネル５７ａ，５７ｂは、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂのうちの一方の内部に流体結合されており、その結果、セルエンクロージャ内の電池セルスタック７２ａ，７２ｂのうちの一方から出た排気ガスを電池モジュール５０から遠ざかる方向に向けることができるようになっている。

冷却チャネル５６を含む冷却組立体がセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂ相互間に延びている。冷却チャネル５６は、電池モジュール５０の下側部及び上側部の各々内に形成された冷却孔から延びている。したがって、冷却チャネル５６は、電池モジュール５０の下側から電池モジュール５０の上側まで延びている。冷却チャネル５６は、冷却用流体をセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂ相互間で運ぶために用いられる。冷却チャネル５６は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの実質的に長さ全体に沿って延び、この冷却チャネルは、物理的インターフェースだけ排気チャネル５７ａ，５７ｂから隔てられており、その結果、冷却チャネル５６を通って流れる冷却用流体は、排気チャネル５７ａ，５７ｂを通って流れる排気ガスと混合することがないようになっている。冷却用流体としては、例えば、液体冷却剤、強制空気流（例えば、冷却チャネル５６を経て電池モジュール５０を通って上方に又は下方に強制的に流される冷気）、又は受動的空気流（例えば、自由対流によって冷却チャネル５６を経て電池モジュール５０を通って流れる空気）が挙げられる。

２つ以上のかかる電池モジュール５０を互いに積み重ねたとき、１つの電池モジュール５０の冷却チャネル５６は、隣接の電池モジュール５０の冷却チャネル５６と整列する。加うるに、１つの電池モジュール５０の排気チャネル５７ａ，５７ｂは、隣接の電池モジュール５０排気チャネル５７ａ，５７ｂと整列する。

幾つかの実施形態では、排気チャネル５７ａ，５７ｂ及び冷却チャネル５６は、電池モジュール５０上のどこかの場所に配置可能である。例えば、冷却チャネルは、電池モジュール５０から遠ざかる方向に向いた電池モジュール５０の各側部に沿って設けられても良い。もう１つの実施例として、電池モジュール５０は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの両方をまかなう単一の排気チャネルを含んでも良い。当業者であれば認識されるように、任意の数の冷却チャネル及び排気チャネルが電池モジュール５０内に含まれても良く、これらの数は、冷却チャネル及び排気チャネルが電池モジュール５０の一方の側部から電池モジュール５０の別の側部まで電池モジュール５０を貫通して延びることを条件として、当業者の要望に従って様々であって良い。

電池モジュール５０の各コーナー部のところには、雄型自動係止部材５９が設けられている。雄型自動係止部材５９は、電池モジュール５０から上方に突き出ており、これら雄型自動係止部材は、別の電池モジュール５０の下側部に設けられた対応の雌型自動係止部材５１と係合し又は嵌合するよう構成されている。各雌型自動係止部材５１は、その隣に配置された電池モジュール５０の雄型自動係止部材との係合を容易にするためのテーパ付き部分を有する。テーパ付き部分は、電池モジュール５０相互間の位置合わせ不良についてある程度の許容差を許容し、その結果、電池モジュール５０は、互いに係合しているときに、容易に「自動調心」することができるようになっている。

電源コネクタ８３が電池モジュール５０の前部のところに設けられており、電池モジュール５０の上側部と下側部の各々に１つずつ電源コネクタが設けられている。電源コネクタ８３は、１対の導電性ピン及びアース接続部を有する。導電性ピンは、図２４Ａ及び図２４Ｂの電源ピン６７と関連して説明したように引っ込み可能であるのが良い。各電源コネクタ８３は、隣に設けられた電池モジュール５０の電源コネクタ８３との係合を容易にするようテーパ付き部分を有する。かくして、電池モジュール５０の頂部に設けられている雄型電源コネクタ８３は、上側に隣接して設けられた電池モジュール５０の下側部に設けられているテーパ付き雌型電源コネクタ８３との係合を容易にするためのテーパ付き部分を有する。テーパ付き部分は、電池モジュール５０相互間の位置合わせ不良に関するある程度の許容差を許容し、その結果、電池モジュール５０は、互いに係合しているときに、容易に「自動調心」することができるようになっている。

雄型電源コネクタ８３と雌型電源コネクタ８３のうちの一方又は両方に設けられているテーパ付き部分と関連して、電源コネクタ８３は、電池モジュール５０の電源コネクタ８３が隣接の電池モジュールの電源コネクタ８３と嵌合されたときに追加の許容差をもたらすようセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂに対して「遊動」するようになっているのが良い。

図４は、破裂ディスク６４を示すために後部カバーが取り外された状態の電池モジュール５０の後部を示している。破裂ディスク６４は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂ内での熱暴走の場合に起こるように破裂ディスク６４に加えられる十分に高い圧力に応答して開くよう構成されている。破裂ディスク６４が開かれると、排気ガスは、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの内部から流れ出て排気チャネル５７ａ，５７ｂ経由で電池モジュール５０から流れ去ることができる。

図５は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂのうちの一方内に収容された電池セルスタック７２を示している。各電池セルスタック７２は、多数の電池セルを含み、これら電池セルの群がバスバー７３によって相互に連結されている。

図６を参照すると、電池モジュール５０の前側端部のところにモジュール制御板点検整備パネル６８が設けられている。点検整備パネル６８は、モジュール制御盤６９を露出させるよう取り外し可能である。モジュール制御盤６９は、電池モジュール５０のための制御、通信、及び送電ハードウェアを有し、このモジュール制御盤は、電池モジュール５０をモニタするとともに電池セルスタック７２ａ，７２ｂの電池セルが均衡状態のままであるようにする役割を果たしている。コネクタ７３（幾つかの実施形態では、これは、バスバーであるのが良い）は、電源コネクタ８３をセルエンクロージャ５２ａ，５２ｂ内に収容された電池セルスタック７２ａ，７２ｂに相互連結している。セルエンクロージャ５２ａのカバー５５が取り外されており、それによりセルエンクロージャ内に収容された電池セルスタック７２ａが示されている。コネクタ７３は、電池モジュール５０の電圧及び電流定格を定めるために電池セルスタック７２ａ，７２ｂを直列に又は並列に接続するよう構成されている。

モジュール制御盤６９は、電池モジュール５０が１つ以上の他の電池モジュールと通信することができるようにするワイヤレス通信モジュール、及び／又はパックコントローラをさらに有する。幾つかの実施形態では、他形式のワイヤレス又はワイヤード通信、例えば、電池モジュール５０の上側部及び下側部に設けられた光ポートを用いて達成される光通信を実施可能にする。

図７及び図８は、多数の積み重ね状態の電池モジュール５０ａ，５０ｂ，５０ｃを示している。電池モジュール５０ｃは、電池モジュール５０ｂの頂部上に積み重ねられ、電池モジュール５０ｂは、電池モジュール５０ａの頂部上に積み重ねられている。図８では、電池モジュール５０ａ，５０ｂの雄型自動係止部材５９ａ，５９ｂは、受け入れ外側スリーブ６１ａ，６１ｂ内に収容されるとともに電池モジュール５０ｂ，５０ｃの対応の雌型自動係止部材５０ｂ，５０ｃ内に受け入れられた状態で示されている。上側電池モジュール５０の真下に設けられた下側電池モジュール５０を押し下げている上側電池モジュール５０の重量により、下側電池モジュール５０の外側スリーブ６１は、下方に並進し、そして雌型自動係止部材５１内に配置されたグリッパ６２を作動させる。作動時、グリッパ６２は、次の最も下側の電池モジュール５０の雄型自動係止部材５９に係合する。かくして、図８の例示の実施形態では、電池モジュール５０ｂの外側スリーブ６１ｂは、電池モジュール５０ｃの重量によって、下方に並進して電池モジュール５０ｂのグリッパ６２ｂに係合する。したがって、グリッパ６２ｂは、電池モジュール５０ａの雄型自動係止部材５９ａに係合し、それにより、電池モジュール５０ｂを電池モジュール５０ａに係止させる。重量が電池モジュール５０ｃに（例えば、別の電池モジュール５０又はモジュールスタックカバー８０によって）加えられるまで、電池モジュール５０ｃは、電池モジュール５０ｂに対して非係止状態のままであり、というのは、グリッパ６２ｃが依然として外側スリーブ６１ｃによって作動されていないからである。

図９及び図１０は、それぞれ、インターフェースベース９５と係合したモジュールスタックベース１０の上から見た図及び下から見た図である。モジュールスタックベース１０内には、冷却チャネル１５６が形成されこの冷却チャネルは、モジュールスタックベース１０の頂部上に積み重ねられた電池モジュール５０の冷却チャネル５６と整列するよう位置決めされている。加うるに、モジュールスタックベース１０は、その後側端部のところに排気チャネル１５７を有し、これら排気チャネルは、モジュールスタックベース１０の頂部上に積み重ねられた電池モジュール５０の排気チャネル５７ａ，５７ｂと整列するよう位置決めされている。モジュールスタックベース１０は、全体として電池モジュールスタック１００を運搬するためのフォークリフトトラック又は類似の持ち上げ装置とインターフェースするために用いられる孔１１１をさらに有する。モジュールスタックベース１０は、電池モジュール５０のスタックを上述したようにモジュールスタックベース１０に係止させることができるよう雄型自動係止部材１５９をさらに有する。幾つかの実施形態では、モジュールスタックベース１０は、空気を電池モジュールスタック１００中に強制的に送るための１つ以上のファンを有する。幾つかの実施形態では、空気が以下にさらに詳細に説明するように電池モジュールスタック１００の下で延びるダクト系を通って電池モジュールスタック１００に送られるのが良い。さらにまた、幾つかの実施形態では、熱デューティサイクルが十分に低い場合、空気は、自由対流によって電池モジュールスタック１００を通って流れることができる。

モジュールスタック１００が設置されている容器の一部を成すのが良いインターフェースベース９５は、その下側部のところに設けられていて、排気ガスをモジュールスタック１００から流れ去ることができるようにするための排気ポート１５０を有する。図１１に示されているように、インターフェースベース９５は、モジュールスタック１００をパックコントローラ（図示せず）に電気的に結合するための電源コネクタ１７３をさらに有する。

図１２は、強制空気がモジュールスタック１００の中央を通って上方に送られる状態を示している。特に、強制空気は、インターフェースベース９５を通り、モジュールスタックベース１０の冷却チャネル１５６を通り、そして電池モジュール５０の各冷却チャネル５６を通って差し向けられている。モジュールスタック１００の頂部のところのスタックカバー８０により、最も上側の電池モジュールを次の最も下側の電池モジュールに係止することができる。加うるに、スタックカバー８０は、最も上側の電池モジュールの排気チャネル５７ａ，５７ｂ及び冷却チャネル５６を封止する。したがって、モジュールスタック１００の頂部に蓋をかぶせることによって、モジュールスタック１００中に押し込まれた空気は、モジュールスタック１００の側部から隣り合って積み重ねられた電池モジュール５０相互間に設けられている隙間８１を通って方向づけられる。幾つかの実施形態では、スタックカバー８０に代えて、最も上側の電池モジュールは、冷却チャネル５６及び排気チャネル５７ａ，５７ｂを有するのが良く、これらチャネルは、電池モジュールと一体に封止される。さらに他の実施形態では、モジュールスタック１００を通って流れている空気は、モジュールスタック１００内に設けられた１つ以上の他の配設場所のところで出ることができる。

幾つかの実施形態（図示せず）では、電池モジュール５０は、空気流とは対照的に又はこれに加えて液体冷却剤を用いて冷却可能である。かかる実施形態では、各電池モジュール５０は、セルエンクロージャ５２ａ，５２ｂの下に位置決めされた１枚以上の冷却板を有するのが良い。冷却板に入った冷却剤は、冷却板全体を通って分配されるのが良く（それにより、熱をセルスタック７２ａ，７２ｂから吸収する）、次に、冷却板から、冷却チャネル５６内に位置決めされた管系又は類似の導管を経て上方に方向づけられるのが良い。冷却剤は、冷却チャネル５６を通って流れた後、電池モジュール５０の順番で次の電池モジュール５０内の冷却板に差し向けられるのが良い。幾つかの実施形態では、液体冷却剤は、管系を必要とすることなく、直接冷却チャネル５６を通って流れることができる。幾つかの実施形態では、電池モジュール５０の下側上に配置された冷却板に代えて又はこれに加えて、電池モジュール５０は、電池モジュール５０の１つ以上の他の側部に設けられた１枚以上の冷却板を有するのが良い。

図１３は、多数のモジュールスタック１００ａ～１００ｈを含むマルチスタック電池パック１０００の実施例を示している。各モジュールスタック１００ａ～１００ｈは、１つ以上の他のモジュールスタック１００ａ～１００ｈに隣接して位置決めされている。パックコントローラ１６０が多数のモジュールスタック１００ａ～１００ｈの端部のところに配置されている。幾つかの実施形態では、パックコントローラ１６０は、多数のモジュールスタック１００ａ～１００ｈに対してどこか他のところに配置されても良い。加うるに、単一の横列をなすモジュールスタックだけが示されているが、当業者であれば認識されるように、本発明は、任意適当な数の横列をなす電池スタックを備えたマルチスタック電池パックに及ぶ。

各モジュールスタック１００ａ～１００ｈは、パックコントローラ１６０に通信可能にかつ作動可能に結合されている。かくして、単一のパックコントローラは、全てのモジュールスタックとインターフェースするために用いられ、それによりモジュールスタック１００ａ～１００ｈを制御するのに必要なパックコントローラの数が減少する。冷気がモジュールスタック１００ａ～１００ｈと係合した各インターフェースベース９５の下に延びるプレナム１７０を経て各モジュールスタック１００ａ～１００ｈに送られるのが良い。空気は、プレナム１７０に沿って流れるのが良く、この空気は、各モジュールスタック１００ａ～１００ｈの中央冷却チャネルを通って上方に方向づけられるのが良く、中央冷却チャネルは、スタックベース１０の冷却チャネル１５６及びモジュールスタックを形なしている電池モジュール５０に隣接して設けられた冷却チャネル５６によって形成されている。

図１４は、並置された状態で配列された電池モジュールスタック１００の多数の横列を備えた高密度電池貯蔵庫の例示の実施形態を示している。モジュールスタック１００の各横列は、モジュールスタック１００の関連の縦列に属するモジュールスタック１００を制御するよう構成されたパックコントローラ１６０で終端している。モジュールスタック１００は、モジュール点検整備パネル６８がモジュールスタック１００の全ての第２の対を成す隣り合う横列相互間に介在して設けられた点検整備通路に面するよう配向されるのが良い。幾つかの実施形態では、多数の電池スタック１００のフットプリントを減少させるため、モジュールスタック１００の横列は、点検整備通路が全く設けられていない状態で互いにすぐ隣り合って位置決めされるのが良い。モジュールスタック１００を点検整備するため、持ち上げ機構体が個々のモジュール１０をモジュールスタック１００から取り出すために使用されるのが良い。別の持ち上げ機構体９８、例えば、Ｉビームホイストがスタック１００を位置決めしてこれをインターフェースベース９５に係合させるために用いられる。

図１５は、電池パックを組み立てる例示の方法を示している。持ち上げ機構体９６、例えば頭上クレーンを用いて、電池モジュールのスタック１００を可動パレット１８０上に位置決めする。例えば、モジュールスタック１００をモジュールスタック１００に巻き付けられた持ち上げストラップの使用により持ち上げ機構体９６から吊り下げるのが良い。別の持ち上げ機構体９８、例えばＩビームホイストを用いてスタック１００を位置決めしてこれをインターフェースベース９５に係合させる。インターフェースベース９５は、各モジュールスタック１００のための電源、通信、及び冷却接続部を提供する。いったん正しく配置されると、モジュールスタック１００を使用に先立ってインターフェースベース９５に対して機械的に拘束するのが良い。

以下において、モジュールスタック、電池パック、及び電池モジュールの変形実施形態について説明する。

図１６を参照すると、本発明の実施形態にかかる電池パック１００′が示されている。電池パック１００′は、互いに異なるコンポーネントの積み重ね配列体で形成されている。特に、電池パック１００′は、その底部のところに位置したインターフェースベース１０′、インターフェースベース１０′の頂部上に積み重ねられたパック制御モジュール３０′、及びパック制御モジュール３０′の頂部上に積み重ねられた相互連結状態の電池モジュール５０′の２つの隣り合う縦列を有する。電池パックカバー８０′が２つの最も上側の電池モジュール５０′にすぐ隣接して電池パック１００′の頂部のところに位置決めされている。各縦列は、等しい数の積み重ね電池モジュール５０′で形成され、一方の縦列の電池モジュール５０′は、他方の縦列の電池モジュール５０′に対して反転された配向状態を有する。かくして、左側の縦列（電池パック１００′の前部に向いた場合）の電池モジュール５０′は、表を上にした状態で、すなわち、これらの冷却板（以下にさらに詳細に説明する）がインターフェースベース１０′の方に向いた状態で配向され、これに対し、右側の縦列の電池モジュール５０′は、逆さまにした状態で配向され、その結果、これらの冷却板は、電池パックカバー８０′に向くようになっている。この電池モジュール５０′のこの特定の積み重ねは、電池モジュール５０′を電池パック１００′内に配列する考えられる限り唯一の方法であり、別の実施例については、以下にさらに詳細に説明する。さらに、当業者であれば理解されるように、本発明は、任意の数の積み重ね電池モジュール及び積み重ね電池モジュールの任意の数の縦列を備えた電池パックに及ぶ。加うるに、幾つかの実施形態では、電池モジュールの縦列は、互いに異なる数の電池モジュールを有しても良く、この場合、電池パックカバーは、分割されるのが良く、ジャンパーケーブル又はバスバーは、電力経路を戻すために使用されるのが良い。

図１７を参照すると、インターフェースベース１０′が詳細に示されている。インターフェースベース１０′は、インターフェースベース１０′の前部１６′からインターフェースベース１０′の後側端部１８′のところの上側部まで延びる１対の冷却チャネル１２ａ′，１２ｂ′を有する。冷気がインターフェースベース１０′の前部１６′のところに設けられたベント１１′を通って後側端部１８′に引き込まれるのが良く、その後、冷気は、冷却孔１３ａ′，１３ｂ′を通って上方に強制的に流されるのが良い（幾つかの実施形態では、空気は、１つ以上の他の配置場所を通ってインターフェースベース１０′中に引き込まれるのが良い）。冷却孔１３ａ′，１３ｂ′に隣接して、熱暴走又は排気のための孔１５ａ′，１５ｂ′が設けられている。排気孔１５ａ′，１５ｂ′は、インターフェースベース１０′の各側部に設けられたそれぞれの熱暴走及び排気のためのポート１９′と連通状態にある排気チャネル１７ａ′，１７ｂ′の一部をなしている（幾つかの実施形態では、排気チャネル１７ａ′，１７ｂ′は、インターフェースベース１０′の底部のところに設けられたダクト系と連通するのが良い）。排気チャネル１７ａ′，１７ｂ′と冷却チャネル１２ａ′，１２ｂ′は、物理的インターフェース１４′によって隔てられており、その結果、冷却チャネル１２ａ′，１２ｂ′を通って流れている冷却用流体は、排気チャネル１７ａ′，１７ｂ′を通って流れている排気ガスと混合しないようになっている。インターフェースベース１０′は、電力バスのための空間を提供する凹み部分２１′をさらに有する。

図１８を参照すると、パック制御モジュール（ＰＣＭ）３０′が詳細に示されている。ＰＣＭ３０′は、ＰＣＭ３０′の下側に設けられた孔からＰＣＭ３０′の後側端部３４′の上側部に設けられた排気孔３８ａ′，３８ｂ′まで延びる排気チャネル３４ａ′，３４ｂ′を有する。排気孔３８ａ′，３８ｂ′に隣接して、ＰＣＭ３０′の上側部からＰＣＭ３０′の下側部に設けられた孔までのびる冷却チャネル３２ａ′３２ｂ′の一部を成す冷却孔３６ａ′，３６ｂ′が設けられている。排気チャネル３４ａ′，３４ｂ′と冷却チャネル３２ａ′３２ｂ′は、物理的インターフェース３１′によって隔てられており、その結果、冷却チャネル３２ａ′３２ｂ′を通って流れている冷却用流体は、排気チャネル３４ａ′，３４ｂ′を通って流れている排気ガスと混合しないようになっている。ＰＣＭ３０′の前部のところには、光通信ポート３３′、電源ピン３５′及び電源ソケット３７′が配置されている。ＰＣＭ３０′は、プルアウトトレー３９′の取り外しによって接近可能なコンパートメントを有する。ＰＣＭ３０′内には、マスター制御モジュール４０′（図１９）が収納されている。マスター制御モジュール４０′は、光通信ポート３３′、電源ピン３５′及び電源ソケット３７′に作動的にかつ通信可能に結合されている。幾つかの実施形態では、光通信ポートを用いないで、電池モジュール５０′相互間の通信は、ワイヤレス通信モジュール又はワイヤード接続部を用いて行われるのが良い。

図２０及び図２１を参照すると、電池モジュール５０′が詳細に示されている。電池モジュール５０′は、多数の電池セルを収容したセルエンクロージャ５２′を含む。各電池セルは、セルキャリヤ、例えば国際出願公開第２０１７／１８１２８４号パンフレットに記載されているようなセルキャリヤ内に封入されている。セルキャリヤを用いない他のセル構造体を使用しても良い。電池セルからの電気エネルギーをバスバー経由で電池端子接続スタッド７１′（以下参照）に送り出されるのが良い。

電池モジュール５０′は、冷却・排気マニホルド５５′を備えた冷却組立体５４′をさらに有し、冷却チャネル５６′が電池モジュール５０′の下側部に設けられた冷却孔５１′から電池モジュール５０′の頂側部に設けられた冷却孔５３′まで延びている。この実施形態では、冷却組立体５４′は、電池モジュール５０′の下側部に設けられた冷却板５８′の形態をしているヒートシンクをさらに含む。かくして、冷却孔５１′は、冷却板５８′内に直接形成され、その結果、冷却チャネル５６′は、冷却板５８′の下側部から電池モジュール５０′の頂側部まで延びている。幾つかの実施形態では、電池モジュール５０′には、冷却板５８′が設けられないのが良く、この場合、冷却チャネル５６′は、冷却・排気マニホルド５５′の下側部から冷却・排気マニホルド５５′の超側部まで延びている。冷却板５８′は、セルエンクロージャ５２′からの伝達による熱の除去を助けるためのヒートシンク（例えば、伝熱要素のフィン付き構造体）を有する。冷却チャネル５６′は、冷気が冷却チャネル５６′及び冷却板５８′を通って流れることができるよう冷却板５８′と流体連通状態にある。次に、空気は、冷却板５８′の前部６１′のところで電池モジュール５０′を出るのが良い。

冷却チャネル５６′に隣接して、電池モジュール５０′の下側部に設けられた排気孔５９′から電池モジュール５０′の頂側部に設けられた孔６０′まで延びる排気チャネル５７′が設けられている。この実施形態では、電池モジュール５０′が冷却板５８′を有しているので、排気孔５９′は、冷却板５８′内に形成される。冷却チャネル５６′と排気チャネル５７′は、物理的インターフェース６２′によって隔てられており、その結果、冷却チャネル５６′を通って流れている冷却用流体が排気チャネル５７′を通って流れている排気ガスと混合することがないようになっている。２つ以上のかかる電池モジュール５０′が互いに積み重ねられた場合、１つの電池モジュール５０′の冷却チャネル５６′は、隣接の電池モジュールの冷却チャネル５６′と整列する。加うるに、１つの電池モジュール５０′の排気チャネル５７′は、隣接の電池モジュールの排気チャネル５７′と整列する。

変形実施形態（図示せず）では、電池モジュール５０′は、空気流とは対照的に又はこれに加えて液体冷却剤を用いて冷却されるのが良い。かかる実施形態では、冷却チャネル５６′は、冷却板５８′と流体連通状態にある。しかしながら、冷却板５８′は、冷却チャネル５６′と冷却板５８′との間の流体入口から冷却板５８′と冷却チャネル５６′との間の流体出口まで延びる流体流路を含む。かくして、液体冷却剤は、冷却孔５１′を経て冷却チャネル５６′に流入し、液体入口を介して冷却板５８′中に流入し、液体出口を経て冷却板５８′から戻り、次に冷却孔５３′を経て冷却チャネル５６′から流出する。次に、排出冷却剤は、スタックのベースに戻され、ここで、この冷却剤は、冷却システム、例えば電池パック１００′が配備される容器の冷却システムに再循環されるのが良い。

かくして、冷却組立体５４′は、セルエンクロージャ５２′内で生じた熱を冷却チャネル５６′経由で電池モジュール５０′の下側部から電池モジュール５０′の上側部まで流れる冷却用流体（例えば、液体冷却剤又は気体冷却剤、例えば冷気）に伝達することができるよう配置される。

図２２及び図２３は、冷却・排気マニホルド５５′が詳細に示されている。特に、冷却・排気マニホルド５５′は、セルエンクロージャ５２′から冷却チャネル５６′経由で排気チャネル５７′まで延びる熱暴走及び排気のためのポート６３′を有する。破裂ディスク６４′が排気ポート６３′と排気チャネル５７′との間のインターフェースのところに設けられている。破裂ディスク６４′は、セルエンクロージャ５２′内での熱暴走の場合に起こるように破裂ディスク６４′に加えられる十分に高い圧力に応答して開くよう構成されている。

図２０及び図２１を参照すると、電池モジュール５０′の前側端部のところで光通信ポート６５′が電池モジュール５０′の上側部に設けられている。加うるに、手動電源スイッチ６６′が電池モジュール５０′の前側フェースに設けられ、この手動電源スイッチは、以下にさらに詳細に説明するように、電源ピン６７′の引っ込み及び伸長を制御するよう構成されている。マスター制御盤点検整備パネル６８′が図２６で理解できるように、マスター制御盤６９′を露出させるよう電池モジュール５０′の前側フェースから取り外されるのが良い。かくして、電池モジュール５０′の点検整備を、例えば、電池モジュール５０′の前側端部のところに設けられたマスター制御盤６９′を提供することによって容易にすることができ、かかるマスター制御盤は、制御、通信、及び送電ハードウェアを含む。

上述したように、光通信ポートを用いる代わりに、電池モジュール５０′相互間の通信がワイヤレス通信モジュール又はワイヤード接続部を用いて行われても良い。加うるに、マスター制御盤６９′を点検整備するため、最初に、手動電源スイッチ６６′を作動させることによって電源ピン６７′を引っ込めることが必要な場合がある。

図２４Ａ及び図２４Ｂは、それぞれ、引っ込み状態にある電源ピン６７′及び伸長状態にある電源ピン６７′を示している。図２４Ｂで理解できるように、手動電源スイッチ６６′の回転により、例えば適当な線形回転変換器の使用により電源ピン６７′の対応の直線運動が生じる。図２５に示されているように、電源ソケット７０′が電源ピン６７′の真向かいに設けられている。電池端子接続スタッド７１′が電源ピン６７′及び電源ソケット７０′をセルエンクロージャ５２′内に収容された電池セル７２′の端子に接続している。

図２７及び図２８を参照すると、電池パック１００′の頂部が詳細に示されている。カバー８０′が最も頂部の電池モジュール５０ａ′，５０ｂ′の排気チャネル５７′及び冷却チャネル５６′を封止している。したがって、電池パック１００′中に引き込まれた空気は、冷却板５８′の前側部分を経て電池パック１００′の前部の外へ方向づけられている。変形実施形態では、カバーの代わりに、最も頂部の電池モジュール５０ａ′，５０ｂ′は、電池モジュールと一体に封止されている冷却チャネル５６′及び排気チャネル５７′を有しても良い。

電池パック１００′は、ラックが設けられていない場合に、例えば安定性をパック１００′に提供して電池モジュール５０′がこれらの積み重ね配列状態から偶発的に脱落するのを阻止するよう設計された安定化機構体をさらに有する。この実施形態では、安定化機構体は、パック１００′の前部のところでＰＣＭ３０′に取り付けられ、カバー８０′内に形成された溝８２′内でカバー８０′上に延び、そしてパック１００′の後方側部（図示せず）のところでＰＣＭ３０′に取り付けられている圧縮ケーブル９０′を含む。橋渡しバスバー９５′（これは、幾つかの実施形態では、ケーブルであるのが良い）が左側の最も頂部の電池モジュール５０ａ′の電源ピンを、右側の最も頂部の電池モジュール５０ｂ′の電源ソケットに相互接続している。図２８は、パック１００′の前部のところでＰＣＭ３０′に取り付けられた圧縮ケーブル９０′を示している。

電池モジュール５０′を電池パック１００′から取り外すため、取り外されるべき電池モジュールの電源ピン６０′を引っ込め、そして圧縮ケーブル９０′を取り外すことによって安定化機構体を外す。次に、持ち上げ機構体を用いて除去されるべき電池モジュールの真上に位置決めされた電池モジュールを取り外す。次に、取り外されるべき電池モジュールを例えば点検整備のためにスタックから単純に取り外すことができる。この同じ方法を電池モジュールのスタックの分解に使用できる。

図３０Ａ～図３０Ｄを参照すると、電池モジュールスタック（例えば、電池モジュールスタック１００又はパック１００′のモジュールスタック）の電池モジュール（例えば、電池モジュール５０又は電池モジュール５０′）を相互に連結することができる種々の例示の手法が示されている。

図３０Ａは、パックコントローラ２０２が図１６の実施形態と同様、モジュールスタック２０４と一体化されている電池パック２００を示している。特に、図３０Ａは、電池モジュールの右側の縦列２０８に隣接して位置決めされた電池モジュールの第１の左側の縦列２０６を示している。右側の縦列２０８の電池モジュールの配向状態は、左側縦列２０６の電池モジュールの配向状態に対して反転されており、その結果、一方の縦列の電源接続部が他方の縦列の電源接続部に隣接して設けられるようになっており、それにより電池モジュールのストリングの電気経路長さが最小限に抑えられる。

図３０Ｂは、相互に連結された電池モジュールの単一の縦列を備えた変形例としての例示のセットアップを示している。戻り導電路２１０がカバー２１２から戻ってパックコントローラ２０２まで提供されている。図３０Ｃは、相互に連結された電池モジュールの単一の縦列を備えた別の同様なセットアップを示している。しかしながら、各電池モジュールは、電池セルの２つの隣り合うスタック（図２の実施形態と同様である）を含む。図３０Ｄは、光通信ポートに代えて、ワイヤレス通信トランシーバ又はモジュール２１４が電池モジュール相互間の通信を実施可能にするために用いられていることを除き、図３０Ｃのセットアップと同一のセットアップを示している。上述したように、これに代えて、ハードワイヤード接続部が通信のために使用できる。

図３１は、多数のモジュールスタック３００及びモジュールスタック３００を制御するよう構成された単一のパックコントローラ３１０を含む変形構成例を示している（図１３の実施形態と同様である）。各電池モジュールは、２つの電池セルスタックを含む。戻り導電路３１２が各モジュールスタック３００の頂部をインターフェースベース３２０に連結し、その後、電気経路がパックコントローラ３１０まで方向づけられている。ワイヤレス通信レシーバ又はモジュール３３０が電池モジュール相互間の通信を可能にするよう用いられている。幾つかの実施形態では、２つ以上のモジュールスタック３００を直列に接続することができ、その後、パックコントローラ３１０に接続され、それにより、電池パックの高さ及びフットプリントに関する向上した構成可能性が提供されている。

上記実施形態では、冷却用流体はまた、電池モジュールを加熱するために使用できる。例示の場合は、電池モジュールが使用されておらず、周囲環境が低温である場合である。「低温」電池モジュールは、これら電池モジュールを効率的に使用することができるようウォームアップされることから恩恵をえる。「コールドスタート」は、大抵の電池技術に関する課題である。

さらに、上記実施形態では、電池モジュールは、互いに係合状態にある多数の電池モジュールの整列を助けるための１つ以上の自動調心特徴部を有するのが良い。特に、自動調心特徴部により、電池モジュールを位置合わせ不良についてある程度の許容差を持たせた状態で互いの上に下降させることができる。例えば、雌型自動係止部材は、上述したように、テーパ付き部分を有するのが良い。

本発明を特定の実施形態と関連して説明したが、理解されるべきこととして、本発明は、これら実施形態には限定されず、これら実施形態の変更例、改造例、及び変形例は、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって実施できる。さらに、本明細書において説明した任意の観点又は実施形態の任意の部分を本明細書において説明した任意他の観点、又は実施形態の任意の部分とともに実施することができ又はこれと組み合わせることができるということが想定される。

Claims (50)

1. 電池モジュールであって、
   複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、
   冷却組立体と、を含み、前記冷却組立体は、
   前記電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びる冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルは、
   前記セルエンクロージャ内で生じた熱を前記冷却チャネル経由で前記電池モジュールの前記第１の側部から前記電池モジュールの前記第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされている、電池モジュール。
2. 前記電池モジュールの一方の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの別の側部に設けられた孔まで延びる排気チャネルを含む排気組立体と、
   前記セルエンクロージャから前記排気チャネルまで延びる排気ポートと、をさらに含む、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記排気チャネルは、前記電池モジュールの前記第１の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの前記第２の側部に設けられた孔まで延びている、請求項２記載の電池モジュール。
4. 前記排気ポートを封止するシールをさらに含み、前記シールは、前記セルエンクロージャ内で臨界圧力に達した圧力に応答して開き、それにより、排気ガスが前記セルエンクロージャから前記排気チャネルまで流れることができるようにするよう構成されている、請求項２又は３に記載の電池モジュール。
5. 前記シールは、前記セルエンクロージャ内で起こる熱暴走に応答して開くよう構成されている、請求項４記載の電池モジュール。
6. 前記排気ポートは、前記冷却チャネルを貫通して延びている、請求項２～５のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
7. 前記冷却組立体は、前記セルエンクロージャと前記排気組立体との間に配置されている、請求項１～６のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
8. 前記少なくとも１つのセルエンクロージャは、前記電池モジュールのそれぞれの側部に設けられた第１及び第２のセルエンクロージャを含み、前記冷却チャネルは、前記第１のセルエンクロージャと前記第２のセルエンクロージャとの間に延びている、請求項１～７のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
9. 前記冷却チャネルは、前記第１及び前記第２のセルエンクロージャの各々の長さに沿って延びている、請求項８記載の電池モジュール。
10. 前記電池モジュールの１つ以上の側部に設けられたヒートシンクをさらに含む、請求項１～９のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
11. 前記ヒートシンクは、１つ以上の冷却フィンを有する、請求項１０記載の電池モジュール。
12. 前記電池モジュールの上縁部又は下縁部から延びる少なくとも１つの第１の係止部材をさらに含む、請求項１～１１のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
13. 前記電池モジュールの上コーナー部又は下コーナー部から延びる少なくとも１つの第１の係止部材をさらに含む、請求項１２記載の電池モジュール。
14. 前記少なくとも１つの第１の係止部材が延びる起点としての前記電池モジュールの縁部又はコーナー部と反対側に位置する前記電池モジュールの縁部又はコーナー部内に配置された少なくとも１つの第２の係止部材をさらに含む、請求項１２又は１３に記載の電池モジュール。
15. 前記電池モジュール内に収容された１つ以上の電池セルをモニタするよう構成された電気回路系及びプロセッサのうちの１つ以上を含む電力・通信組立体をさらに含む、請求項１～１４のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
16. 前記電力・通信組立体は、前記電池モジュールの第１の端部のところに配置され、前記冷却組立体は、前記電池モジュールの反対側の第２の端部のところに配置されている、請求項１５記載の電池モジュール。
17. 前記電力・通信組立体は、前記電池モジュールの前側端部のところに配置され、前記冷却組立体は、前記電池モジュールの後側端部のところに配置されている、請求項１６記載の電池モジュール。
18. 前記電力・通信組立体は、引き込み位置と伸長位置との間で動くことができる電源ピンを含む、請求項１５～１７のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
19. 作動時に前記電源ピンを前記第１の位置と前記第２の位置との間で動かすよう構成されたスイッチをさらに含む、請求項１８記載の電池モジュール。
20. 前記電力・通信組立体は、前記電池モジュールの外面上に配置された電源ソケットをさらに含む、請求項１５～１９のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
21. 前記電源ソケットは、前記電池モジュールの下側部上に配置され、前記電源ピンは、前記第２の位置にあるとき、前記電池モジュールの上側部から延びている、請求項２０記載の電池モジュール。
22. 前記電源ピン及び前記電源ソケットは、互いに真向かいに配置されている、請求項２０又は２１に記載の電池モジュール。
23. 前記電池モジュールの前側表面上に設けられていて、前記電力・通信組立体の１つ以上のコンポーネントに接近するための取り外し可能なパネルをさらに含む、請求項１５～２２のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
24. 前記電力・通信組立体は、前記電池モジュールの一方の側部に設けられた第１の光通信ポート及び前記電池モジュールの別の側部に設けられた第２の光通信ポートをさらに含む、請求項１５～２３のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
25. 前記電力・通信組立体は、１つ以上の他の電池モジュールと通信するワイヤレス通信モジュールをさらに含む、請求項１５～２３のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
26. 前記セルエンクロージャに隣接して位置するヒートシンクをさらに含む、請求項１～２５のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
27. 前記ヒートシンクは、前記電池モジュールの前記冷却チャネルと前記電池モジュールの外部とを流体結合し、前記セルエンクロージャ内で生じた熱を前記電池モジュールの前記冷却チャネルから前記外部まで流れる冷却用流体に前記ヒートシンク経由で伝達されることにより前記電池モジュールから逃がすことができる、請求項２６記載の電池モジュール。
28. 前記ヒートシンクは、前記冷却チャネルから前記ヒートシンク中に１つ以上の入口経由で延び、そして前記ヒートシンクから前記冷却チャネル中に１つ以上の出口経由で戻る流体流路を含み、
    前記セルエンクロージャ内で生じた熱が前記電池モジュールの前記第１の側部から前記冷却チャネルに入り、前記流体流路に流れ、前記冷却チャネルに戻り、そして前記冷却チャネルを出て前記電池モジュールの前記第２の側部に至る冷却用流体に伝達されることによって前記熱を前記電池モジュールから逃がすことができる、請求項２７記載の電池モジュール。
29. 前記冷却チャネル、前記排気チャネル、及び前記電源ソケットのうちの１つ以上は、前記ヒートシンクを貫通している、請求項１～２８のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
30. 前記冷却用流体は、強制空気、液体冷却剤、又は対流によって流れる空気のうちの１つ以上を含む、請求項１～２９のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
31. 前記電池モジュールの頂側部及び底側部のうちの一方に設けられた１つ以上の雄型コネクタ、及び前記電池モジュールの前記頂側部及び前記底側部のうちの他方に設けられた１つ以上の雌型コネクタをさらに含み、前記コネクタのうちの少なくとも一方は、テーパ付き部分を有する、請求項１～３０のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
32. 前記１つ以上の雄型コネクタは、前記少なくとも１つの第１の係止部材を有し、前記１つ以上の雌型コネクタは、前記少なくとも１つの第２の係止部材を有する、請求項３１記載の電池モジュール。
33. 前記１つ以上の雄型コネクタは、１本以上の電源ピンを含み、前記１つ以上の雄型コネクタは、１つ以上の電源ソケットを含む、請求項３１又は３２に記載の電池モジュール。
34. １つ以上の雄型電源コネクタ及び１つ以上の雌型電源コネクタをさらに含み、前記電源コネクタのうちの少なくとも一方は、電気セルエンクロージャに対して遊動するよう構成されている、請求項１～３０のうちいずれか一に記載の電池モジュール。
35. 電池モジュールスタックであって、
    多数の電池モジュールを含み、各電池モジュールは、
    複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、
    冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、前記冷却チャネルは、
    前記電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともに
    前記セルエンクロージャ内で生じた熱を前記冷却チャネル経由で前記電池モジュールの前記第１の側部から前記電池モジュールの前記第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、
    前記電池モジュールは、少なくとも１つの電池モジュールの前記冷却チャネルが少なくとも１つの隣接の電池モジュールの前記冷却チャネルと整列するよう積み重ね構成体をなして配列されている、電池モジュールスタック。
36. 前記積み重ね構成体の底部のところに設けられたベース、空気が前記ベースを通り、そして前記積み重ね電池モジュールの前記冷却チャネルを通って前記ベース内に形成された冷却チャネル経由で、かつ前記積み重ね電池モジュールの前記冷却チャネルと流体連通関係をなして流れるようにするよう構成された空気運搬装置とをさらに含む、請求項３５記載の電池モジュールスタック。
37. 各電池モジュールは、
    前記電池モジュールの一方の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの別の側部に設けられた孔まで延びる排気チャネルを含む排気組立体と、
    前記セルエンクロージャから前記排気チャネルまで延びる排気ポートと、をさらに含み、
    少なくとも１つの電池モジュールの前記排気チャネルは、少なくとも１つの隣接の電池モジュールの前記排気チャネルと整列している、請求項３５又は３６に記載の電池モジュールスタック。
38. 前記ベースは、前記積み重ね電池モジュールの前記排気チャネルと流体連通状態にある排気出口を有する、請求項３７記載の電池モジュールスタック。
39. 前記電池モジュールと通信可能に結合されるとともに前記電池モジュールの動作を制御するよう動作可能なパックコントローラをさらに含む、請求項３５～３８のうちいずれか一に記載の電池モジュールスタック。
40. 前記パックコントローラは、前記電池モジュールと積み重ねられている、請求項３９記載の電池モジュールスタック。
41. 前記積み重ね構成体の最も上側に位置する電池モジュールの前記冷却チャネルが封止されるよう前記積み重ね構成体の頂部上に位置決めされたカバーをさらに含む、請求項３５～４０のうちいずれか一に記載の電池モジュールスタック。
42. 前記積み重ね構成体を安定化するために圧縮作用を前記積み重ね構成体に加えるよう構成された安定化機構体をさらに含む、請求項３５～４１のうちいずれか一に記載の電池モジュールスタック。
43. 前記安定化機構体は、前記カバーに取り付けられるとともに少なくとも前記積み重ね構成体の最も下側に位置する電池モジュールと同じほど低いところに位置する１つ以上の個所に取り付けられた１本以上のケーブル又はバーを含む、請求項４２記載の電池モジュールスタック。
44. 各電池モジュールは、すぐ隣の上側電池モジュール及びすぐ隣の下側電池モジュールのうちの１つ以上の係止部材と対応関係をなして係合する１つ以上の係止部材をさらに含む、請求項３５～４３のうちいずれか一に記載の電池モジュールスタック。
45. 電池モジュールの前記１つ以上の係止部材は、前記すぐ隣の上側電池モジュールの頂部上に積み重ねられている別の電池モジュールに応答してすぐ隣の上側電池モジュールの係止部材と対応関係をなして係合するよう構成されている、請求項４４記載の電池モジュールスタック。
46. 多数の電池モジュールを積み重ねて積み重ね構成体を形成することによって電池モジュールスタックを組み立てる方法であって、
    各電池モジュールは、
    複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、
    冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、前記冷却チャネルは、
    前記電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともに
    前記セルエンクロージャ内で生じた熱を前記冷却チャネル経由で前記電池モジュールの前記第１の側部から前記電池モジュールの前記第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、
    前記積み重ね構成体は、少なくとも１つの電池モジュールの前記冷却チャネルを少なくとも１つの隣接の電池モジュールの前記冷却チャネルに整列させるようなものである、方法。
47. カバーを前記積み重ね構成体の頂部上に位置決めして前記積み重ね構成体の前記最も上側の電池モジュールの前記冷却チャネルを封止するようにするステップをさらに含む、請求項４６記載の方法。
48. 安定化機構体を用いて前記積み重ね構成体を安定化するために圧縮作用を前記積み重ね構成体に加えるステップをさらに含む、請求項４７記載の方法。
49. 電池スタックモジュールを用いる方法であって、前記電池モジュールスタックは、多数の電池モジュールを含み、各電池モジュールは、
    複数の電池セルを収容する少なくとも１つのセルエンクロージャと、
    冷却チャネルを含む冷却組立体と、を含み、前記冷却チャネルは、
    前記電池モジュールの第１の側部に設けられた孔から前記電池モジュールの第２の側部に設けられた孔まで延びるとともに
    前記セルエンクロージャ内で生じた熱を前記冷却チャネル経由で前記電池モジュールの前記第１の側部から前記電池モジュールの前記第２の側部まで流れる冷却用流体に伝達することができるよう位置決めされ、
    前記電池モジュールは、少なくとも１つの電池モジュールの前記冷却チャネルが少なくとも１つの隣接の電池モジュールの前記冷却チャネルと整列するよう積み重ね構成体をなして配列され、前記方法は、
    前記積み重ね構成体からの取り外しを必要とする電池モジュールを識別するステップと、
    持ち上げ機構体を前記識別された電池モジュールのすぐ上に位置する前記電池モジュールに係合させるステップと、
    前記持ち上げ機構体を用いて前記電池モジュールを前記積み重ね構成体から前記識別された電池モジュールの上方に持ち上げるステップと、を含む、方法。
50. 電池モジュールスタックを製作する方法であって、
    持ち上げ機構体を用いて請求項３４～４４のうちいずれか一に記載の電池モジュールスタックをインターフェースベースに対して所定の配設場所に位置決めするステップを含み、前記所定の配設場所では、前記電池モジュールスタックの前記冷却チャネルは、前記インターフェースベースに形成された１つ以上の孔内で互いに整列し、その結果、前記インターフェースベースを通って送られた空気が前記電池モジュールスタックの前記冷却チャネル中に流れることができるようになっている、方法。

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