JP2022518696A - バッテリーパック、バッテリーアセンブリ、バッテリーパックの形成方法、バッテリーアセンブリの形成方法、及び、バッテリーパック用エンドプレート - Google Patents
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Description
第1および第2の表面を有する実質的にプレート状に構成された第1の部品であって
離間した関係で形成されて配列されたセル収容切抜部、および
前記セル収容切抜部間に設けられて配列された流体流通開口部
を備える第1の部品と、
前記第1の部品の前記第1の表面に実質的に重畳され、実質的に積層構成とされ、導電性材料製のバスプレートであって、
離間した関係で形成され、かつ、前記第1の部品の前記セル収容切抜部と実質的に位置合わせされて配列されたセル接続孔;および
前記第1の部品の前記流体流通開口部と実質的に位置合わせされて形成されて配列された流体流通オリフィス
を備えるバスプレートと
を備えるエンドプレートを提供する。
肩部、
リップ部、
段部、および
傾斜部
のいずれか一つまたは組み合わせを備える。
各エンドプレートは
第1および第2の表面を有する実質的にプレート状に構成された第1の部品であって、
離間した関係で形成されて配列されたセル収容切抜部、および
前記セル収容切抜部間に設けられて配列された流体流通開口部
を備える第1の部品と、
前記第1の部品の前記第1の表面に実質的に重畳され、実質的に積層構成とされ、導電性材料製のバスプレートであって、
離間した関係で形成され、かつ、前記第1の部品の前記セル収容切抜部と実質的に位置合わせされて配列されたセル接続孔;および
前記第1の部品の前記流体流通開口部と実質的に位置合わせされて形成されて配列された流体流通オリフィス
を備えるバスプレートと
を備え、
各セルは、第1の端部および第2の端部を備え、第1の端部は、一方の前記エンドプレートのセル収容切抜部に動作可能に係合され、および、第2の端部は、他方の前記エンドプレートのセル収容切抜部に動作可能に係合され;ならびに
各セルリンクは、前記セルの各々のそれぞれの末端部分の電極を、そのそれぞれのエンドプレートのバスプレートと導通接続する、バッテリーパックを提供する。
肩部、
リップ部、
段部、および
傾斜部
のいずれか一つまたは組み合わせを備える。
バッテリーパック1は、電気的に、および、機械的に接続された複数の電気エネルギーセル4から構成される。これらの電気エネルギーセル4は、電気エネルギーを出力可能な独立型のユニットであり、これらに限定されないが、リチウムイオン電池、リチウム金属電池、ニッケル金属電池または鉛酸電池、フロー電池などの電気化学電池、および、プロトン交換メンブラン燃料電池などの燃料電池であり得る。フロー電池および燃料電池の場合には、換気機能は代わりに、反応化学物質の投入および反応生成物の排出に利用される。
エネルギーセル4は、単にエンドプレート2とも称されるエンド-プレート-フレーム構造2によって、所定の位置に機械的に維持される。これらは、セル4が嵌合すると共に保持される複数の孔を有するプレート状構造2から構成される。セル4は、前記一対のエンド-プレート-フレーム2の間に挟持される。孔9の端部の外面の表面7における孔9の縁部周囲のリップ部16が、孔9の中へのセル4の侵入を制限し、および、セル4の端部と、エンド-プレート-フレーム2の外面に組み込まれているバスプレート11との間に間隙を形成する。セル4を配置すると共に機械的に固定する孔9は、設置されるセル4が互いに接触することなく、且つ、セル4間の隙間の空隙が相互に連結されるよう、相互の間に間隙を形成して配置され、位置される。
エンドプレート2上のセル切抜部9間の隙間空隙中には、流体流通路21の端部を形成する流体流通孔24が存在している。各通路21は、一緒になって流体流通孔24を形成する、整列された流体流通開口部10およびエンドプレートの流体流通オリフィス13と、セル4に隣接するエンドプレート間の空間と、によって形成される。流体流通路21により、セル4間の隙間空隙を通る流体の流れが許容される。流体流通路21により熱制御(主に冷却であるが、加熱にも使用可能である)が可能となる。すなわち、流体流通路21によって、セル4の軸方向に沿った熱制御流体の流れが許容される。
バスプレート11はエンドプレート2に組み込まれる。このバスプレート11は、複数のセルから電流を集めることにより、セル4を電気的に接続するために用いられる導電性材料から形成される。バスプレート11は、特にこれらに限定されないが、銅、アルミニウム、ニッケル等などの金属などの高導電性材料、または、特にこれらに限定されないが、グラフェン、導電性ポリマーもしくはセラミック材料などの非金属製コンダクタのいずれか一種または組み合わせから形成される。
好ましくは、本設計では、可溶性セルリンク5が設けられている。可溶性リンクは、バスプレート11との接続用のパッド25、セル電極29との接続用のパッド26、および、これらの2つの間の可溶性コンダクタ27を備えていてもよい。バスプレート接続パッド25は、ハンダ付けにより、または、抵抗溶接、レーザ溶接もしくは超音波溶接プロセスを用いる直接的な溶接により、バスプレート11に接続することが可能である。バスプレート接続パッド25は、応力集中を低減させ、および、バスプレート接続パッド25の周縁を長くし、これにより、バスプレート接続パッド25に沿った直線の縁部を用いる場合と比して、特にハンダ付けまたは抵抗溶接する際の接着効率を高めるよう蛇行する縁部を特徴としているが、これは必須ではない。バスプレート接続パッド25およびセル電極接続パッド26の平面は平行であり、その一方で、これらの間の可溶性コンダクタ27には、既述のとおり、気体を換気し、または、電気エネルギーセル4との間における化学物質の供給および除去のために、バスプレート接続パッド25およびセル電極接続パッド26の平面間にオフセットを形成するよう角度がつけられている。セル接続パッド26は、典型的な使用状態で想定される電流の流れの方向に対して平行な裂け目を示す。この裂け目は、任意選択により、セル接続パッド26のセル4電極への抵抗溶接を補助するよう含まれていてもよいが、レーザ溶接、超音波溶接またはパルスアーク溶接などの代替的な接着方法では必須とはされない。
温度を制御するためのバッテリーパック1を通る空気または他の流体(液体または気体を含む)などの流体の流れは、自然対流および強制対流の両方によって達成が可能である。流体流通路21内におけるセル4の高い流れ効率および大きい露出面積を得るためのバッテリーパック1の設計は、熱制御流体流が、自然対流によりバッテリーパック1中で自己生起型であることが可能であることを意味する。重力に対して垂直に整列された対向する面に流体流通孔24を有するようバッテリーパック1が配向されている場合に、自然対流はもっとも効率的に生じ、これにより、バッテリーパックを通る、垂直の自然対流により生起される流体流が促進される。異なる向きのバッテリーパック1でも自然対流は生じるが、効率は落ちてしまう。
図17および18に示されているとおり電流および電源を引き出すためのバッテリーパック1への電気接続は、従来のバスプレートまたはバスバーコネクタ28の取り付けを可能とするネジ孔を有するバスプレート11上の領域により行われる。
図19に示されているとおり、バッテリーパックがその中で用いられる筐体/システムに対するバッテリーパック1の機械的接続は、エンドプレートフレームに埋設されたねじ込みインサート22にねじ込むことで達成される。ねじ込みインサート22は、オーバーモールディングまたは接着剤によってエンドフレームプレート2中の孔に挿入される。図16に示されているとおり、次いで、バッテリーパック1を装着するためのフレーム構造23を、ねじ込みインサート22を介してエンド-フレーム-プレートにねじ込むことが可能である。
より簡素な幾何学的形状を有する代替的な実施形態が図3に示されており、エンドプレート2の第1の部品6が、セルスペーサパネル17と、バスプレート孤立パネル18とに分割されて、シートの2D切断(例えばルーティング、ウォータージェット切断、レーザカット)による製造が可能とされている。
セルパッキング配列の代替的な構成が、図10、11、22および23に示されている。
上記における本明細書に記載の実施形態はすべて個々のセルが連続する構成である。すなわち、バッテリーパックにおいて、すべてのセル4は、セルの陽極が他の陽極のみに接続されており、および、陰極が他の陰極のみに接続されて配列されている。これにより、高電流容量であるが、電圧出力が単に個々のセル4と同等であるバッテリーパック1がもたらされる。より電圧が高いバッテリーパックを構成するためには、セルは「直列」に接続される、すなわち、セル4のサブセットの陽極は、セル4の他のサブセットの陰極に接続される。これは、「バッテリーパックの電気的接続」の見だし下において本明細書中上記に記載の別々のバッテリーパック1を接続することで達成可能であるが、バッテリーパック1中において、電流容量を犠牲にしてバッテリーパック1の出力を高めることによっても達成可能である。
本明細書中に上記のとおり、本設計は、密閉された電気化学電池の使用に際していくつかの状況において生成される可能性があるセル4からの気体を換気することを主な目的とするセル電極への解放された経路を特徴とする。バスプレートリンク孔12、エンド-フレーム-プレートセル孔リップ部16およびセルリンク5により形成されたこの経路はまた、いくつかの種類の電気エネルギーセルによって消費される反応化学物質の供給および除去、ならびに、これらによって生成される生成/廃棄化学物質に係る経路として使用可能である。例えば、水素燃料電池またはフロー電池の実装においては、配管を追加し、および、リンク孔12を広げて、電気エネルギーセルの運用に必要とされる化学物質の供給および除去を許容することが可能である。
Claims (20)
- バッテリーパック用のエンドプレートであって、
第1および第2の表面を有する実質的にプレート状に構成された第1の部品であって、
離間した関係で形成されて配列されたセル収容切抜部、および
前記セル収容切抜部間に設けられて配列された流体流通開口部
を備える第1の部品と、
前記第1の部品の前記第1の表面に実質的に重畳され、実質的に積層構成とされ、導電性材料製のバスプレートであって、
離間した関係で形成され、かつ、前記第1の部品の前記セル収容切抜部と実質的に位置合わせされて配列されたセル接続孔、および
前記第1の部品の前記流体流通開口部と実質的に位置合わせされて形成されて配列された流体流通オリフィス
を含むバスプレートと
を備えるエンドプレート。 - 各セル収容切抜部は、使用状態で、前記第1の部品の前記第2の表面を介して収容されたセルの進入が制限されるような形状とされている、請求項1に記載のエンドプレート。
- 前記セル収容切抜部の表面の壁の少なくとも一部分が、
肩部、
リップ部、
段部、および
傾斜部
のいずれか一つまたは組み合わせを備える、請求項2に記載のエンドプレート。 - 前記セル収容切抜部が、その中への挿入に適応したセルの形状であって、特にこれらに限定されないが、断面が、円形、正方形、矩形またはいずれかの他のものなどの形状に対して、実質的に適合する形状のものである、請求項1~3のいずれか一項に記載のエンドプレート。
- 各流体流通開口部および各流体流通オリフィスは、一緒になって流体流通路の一部を形成する実質的に類似の形状のものである、請求項1~4のいずれか一項に記載のエンドプレート。
- 前記第1の部品は、特にこれらに限定されないが、ポリカーボネート、ガラス繊維強化ポリアラミド6/6、PTFE、PEEK等などの、好ましくは60℃を超える温度に耐えることが可能であり、且つ、引火性が低い非導電性材料から少なくとも部分的に形成されている、請求項1~5のいずれか一項に記載のエンドプレート。
- 前記バスプレートが、特にこれらに限定されないが、銅、アルミニウム、ニッケル等などの金属などの高導電性材料、または、特にこれらに限定されないが、グラフェン、導電性ポリマーもしくはセラミック材料などの非金属製コンダクタのいずれか一種または組み合わせから形成される、請求項1~6のいずれか一項に記載のエンドプレート。
- 一対の離間したエンドプレート、その間に介在する複数のセル、および、複数のセルリンクを備えるバッテリーパックであって、
各エンドプレートは
第1および第2の表面を有する実質的にプレート状に構成された第1の部品であって
離間した関係で形成されて配列されたセル収容切抜部、および
前記セル収容切抜部間に設けられて配列された流体流通開口部
を備える第1の部品と、
前記第1の部品の前記第1の表面に実質的に重畳され、実質的に積層構成とされ、導電性材料製のバスプレートであって、
離間した関係で形成され、かつ、前記第1の部品の前記セル収容切抜部と実質的に位置合わせされて配列されたセル接続孔、および
前記第1の部品の前記流体流通開口部と実質的に位置合わせされて形成されて配列された流体流通オリフィス
を備えるバスプレートと
を備え、
各セルは、第1の端部および第2の端部を備え、前記第1の端部は、一方の前記エンドプレートのセル収容切抜部に動作可能に係合され、および、前記第2の端部は、他方の前記エンドプレートのセル収容切抜部に動作可能に係合され;ならびに
各セルリンクは、前記セルの各々のそれぞれの末端部分の電極を、そのそれぞれのエンドプレートのバスプレートと導通接続する、バッテリーパック。 - 各セル収容切抜部は、使用状態で、前記第1の部品の前記第2の表面を介して収容されたセルの進入が制限されるような形状であって、バッテリーの末端部分の各々が、前記第1の部品の前記第1の表面から離間するような形状とされている、請求項8に記載のバッテリーパック。
- 前記セル収容切抜部の側壁の少なくとも一部分が、
肩部、
リップ部、
段部、および
傾斜部
のいずれか一つまたは組み合わせを備える、請求項8または9に記載のバッテリーパック。 - 前記第1の部品は背中合わせに位置された一対の絶縁性パネルを備え、第1の絶縁性パネルにおいて、各セル収容切抜部は、セルの末端部分がその中に嵌合可能であるような寸法とされ、および、第2の絶縁性パネルにおいて、各セル収容切抜部は、前記セルの前記末端部分のそれぞれによるその中への嵌合が妨げられて、前記セルの前記末端部分の周縁と当たるような寸法とされる、請求項8~10のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記セル収容切抜部は、その中への挿入に適応したセルの形状であって、特にこれらに限定されないが、断面が、円形、正方形、矩形またはいずれかの他のものなどの形状に対して、実質的に適合する形状のものである、請求項8~11のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 各流体流通オリフィスおよび各流体流通開口部は、実質的に類似の形状のものであって、且つ、実質的に位置合わせされており、一緒になって流体流通路の一部を形成する、請求項8~12のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記第1の部品は少なくとも部分的に、特にこれらに限定されないが、ポリカーボネート、ガラス繊維強化ポリアラミド6/6、PTFE、PEEK等などの、好ましくは60℃を超える温度に耐えることが可能であり、且つ、引火性が低い非導電性材料から形成されている、請求項8~13のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記バスプレートは、銅、アルミニウム、ニッケル等などの金属のいずれか一つもしくは組み合わせを含む高導電性材料、または、特にこれらに限定されないが、グラフェン、導電性ポリマーもしくはセラミック材料などの非金属導電性材料から形成される、請求項8~14のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 直列および/または並列で接続された、請求項8~15のいずれか一項に記載のバッテリーパックを複数備える、バッテリーアセンブリ。
- 隣接して位置されたバッテリーパックのバスプレートを接続するリンクプレートを備える、請求項16に記載のバッテリーアセンブリ。
- 一対のエンドプレート間に複数のバッテリーセルを介在させるステップを含む、バッテリーパックの形成方法。
- セルリンクを取り付けて各セルを各エンドプレートのバスプレートと接続するステップをさらに含む、請求項18に記載のバッテリーパックの形成方法。
- 2つ以上のバッテリーパックをリンクコンポーネントを用いて接続するステップを含む、バッテリーアセンブリの形成方法。
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