JP2024518538A - 共通コンポーネント、サブアセンブリを含む電池アーキテクチャ、及び、その組立方法 - Google Patents

共通コンポーネント、サブアセンブリを含む電池アーキテクチャ、及び、その組立方法 Download PDF

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ポール ガラシア，マイケル
ウォルター アッカシアン，エリック
ジョン ノッツェ，マシュー
ウィリアム ペイン，ジョシュア
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Abstract

電池のためのシステム及び方法は、並列に接続されてグループを形成するセルと、複数の電池形状に適したコンポーネントを有する第１及びサブアセンブリを形成するように直列に接続されたセルのグループと、を含み得る。第１のサブアセンブリは、下側セルキャリアと上側セルキャリアとを含み、それらの間に第１のセルのグループが配置されている。第２のサブアセンブリは、下側セルキャリアと上側セルキャリアとを含み、それらの間に第２のセルのグループが配置されている。可撓性集電体は、２つ以上の導電性領域を含む。第１及び第２のサブアセンブリは、並列にまたは直列に接続されて、電池の所望の電圧または容量を構築する。可撓性集電体は、第１及び第２のサブアセンブリの周囲で折り畳まれてケーシング内に配置され、電池に環境保護を提供し、第１及び第２の導電性領域にそれぞれ接続された正端子及び負端子は、電池の正端子及び負端子を形成する。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０２１年５月１３日に出願された米国特許出願第１７／３１９，１７０号の優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は一般的に、モジュール式コンポーネント及びサブアセンブリを含む改善された電池アーキテクチャ、ならびにその製造方法に関する。
産業用途のための相手先商標製品製造会社（「ＯＥＭ」）のリチウムイオン電池の使用は増加している。従来、鉛蓄電池が、電池用の商業用途を占めてきた。ＯＥＭ電池の産業用途及び使用は、フォークリフト、シザーリフト及びロボットなどの材料取扱い装置に電力を供給すること、輸送車両（すなわち、ゴルフカートなどの軽電気車両、及び自動車を含む重車両）に電力を供給すること、ならびに定置電源用途のためのディーゼル発電機セットを含む。産業用途において使用するための従来の電池は、複数の異なるフォームファクタ、及び、鉛酸、ニッケル金属水素化物（「ＮｉＭＨ」）、及びリチウムイオン（ＬＦＰ、ＮＭＣ等）を含むがこれらに限定されない化学物質を想定している。今日、様々なフォームファクタが商業利用されているので、現在使われているものの交換は困難である。
このアーキテクチャ及び化学物質の幅広いアレイによって、広範なサイズ及び形状の電池が得られるとともに、より高い実効電圧を達成するために複数の電池が直列に接続される。これによって、複数の電池アセンブリ、コネクタ、接続部が関与し、部品表が増加した。従来のアプローチでは、小型ユニットで電池をモジュール化しており、複数の外部コネクタ及び接続部を必要とする。これは、電池が占有するスペースを増加させ、耐久性が低下する。これにより、複数のコンポーネントが外部接続部によって接続される用途が生み出されており、電池アセンブリのサイズ、体積、及び重量が増加し、さらに定期的なメンテナンスを必要とする。さらに、多くの部品及び接続部が環境障害及び劣化に曝されることがあり、海洋使用が著しく制限され、接続部及び電池のライフサイクルが低下する。従来の電池は、典型的には、１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖ、または他の電圧仕様の電圧クラスに合わせて構成される。この電池構成の範囲は、共通の従来の設計によっては満たされない、様々なエネルギーを有する様々な電池を必要とする。
ＧＣ２フォームファクタは、一般的な電池のフォームファクタである。ＧＣ２フォームファクタには、典型的には６Ｖ、８Ｖ、及び１２Ｖの多くの異なる電池電圧が存在し、これらは両方のシステム電圧（典型的には１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖ、またはそれよりも高い電圧）を構築し、かつシステム貯蔵エネルギーを増大させるために直列に接続されている。リチウムイオン技術は、比較的新しい電池技術であり、エネルギー密度の増加、充電の高速化、長期保存時の劣化の低減など、鉛酸に比べて多くの利点を有している。
スペース、配線、電池抑え、及びＧＣ２フォームファクタの周辺で既に開発された他の既存用途の特徴を再構成する必要なく、鉛蓄電池にリチウムイオンの「ドロップイン交換」を行って新しい技術の利点を活用すると有利である。しかしながら、（鉛酸によって行われるように）複数のリチウムイオン電池を用いた電圧の構築は、複数の電池の直列接続の追加により高価になる。このような直列接続は、リチウムイオン電池のエネルギー密度が比較的高いことや、リチウムイオン電池の直列接続の複雑さが増すことから、不要である。
ロバストであり、高エネルギー密度及び高容量利用率を有し、総所有コストを低くし、部品表全体を低減し、かつ単一のモジュール内に完全に一体化される、改良された電池が必要とされている。商業的に受け入れられるフォームファクタに適合する電池を提供しながら、より高いエネルギー密度を有することは、１つまたは複数のフォームファクタを有する用途において、負荷に利用可能なエネルギーを増大させ、従来の電池と容易に置き換える能力を維持する。また、完全一体型電池は、よりロバストであり、より長いサイクル寿命を提供し、モジュール間の相互接続の故障によるメンテナンスをほとんどまたは全く必要とせず、コンポーネント数を少なくし、そのすべてが、総所有コストに低減につながる。さらに、限られた数の部品のみを変更して適切に構成する場合に、残りの部品表のバランスを保ちながら様々な容量要件に適応可能な、改良された電池が必要である。
別個に集電体内に配線される別個のハウジングを必要とすることなく、監視、測定、及び制御機能を単一の回路基板に統合することにより、現在のリチウムイオン電池を上回る改善も必要とされる。さらに、エネルギー密度が増大すると、システムの安全性の要求も増大するので、乱用に対する改善された耐性を有する高エネルギー密度を提供する電池システムの必要性も存在する。
また、商業的に受け入れられるフォームファクタにおけるエネルギー密度の向上、より簡潔な設計、一体型構造、部品表の削減、構造的完全性の改善、要素に対する耐久性（水浸入、噴霧、ダスト等に対する回復力）の改善、信頼性の向上、及び製造及び使用における柔軟性の向上を有する電池を製造するために、従来の電池組立法の改善も必要とされている。
電池を組み立てる既知の方法は、典型的には、かなりの量の部品表と、複数の組立及び取り付けステップとを有する。複数のファスナ、コネクタ、フィラー及び構造用部品を使用すると、通常の使用による振動でさえも疲労、緩み、損傷または故障を受けやすい複数の部品が生じる。電池を組み立てる改善された方法では、モジュール内で複数のファスナの必要性及び使用が排除される。
本明細書に開示される改善された組立方法はまた、一体型電池管理システム（「ＢＭＳ」）の使用を提供する。ＢＭＳは、電池モジュールのケース内に取り付けられてよく、コンポーネント及びアタッチメントの数をさらに減じ、従来の方法と比べてフォームファクタを最小化する。いくつかの既知の方法は、一般的に、電池またはアプリケーションハウジングへの取り付けを必要とする別個のＢＭＳエンクロージャ、ならびに電池とＢＭＳとの間に別個の電気配線及び通信配線を使用する。これらの改善は、水またはダストの侵入に対する電池の耐久性を高めるのに役立つ。例えば、ＩＳＯ規格ＩＰ６５及び／またはＩＰ６７を参照のこと。また、改善された方法により、同じフォームファクタ内で同じコンポーネントを利用しながら、電圧または電力の要件に適応させるための柔軟性も得られる。
開示された実施形態は、従来のものではない電池サブアセンブリ、改善されたコンポーネント、及び電池組立方法を含み得る。従来の既知の解決策と比較して、本開示の実施形態は、商業的に受け入れられるフォームファクタに適合し、より高いエネルギー密度、酷使に対する改善された耐性、環境衝撃及び侵入に対するロバスト性、所有コストの削減、及び単一アセンブリ内における完全な一体化、のうちの１つまたは複数を含む特定の利点を有する改善された電池を提供し得る。他の実施形態は、適合可能なフォームファクタ、より簡潔な設計、より良好な集積構造、低減された部品表、一体型電池管理システム、ＩＳＯ規格ＩＰ６５及び／またはＩＰ６７に準拠する製品、向上した信頼性、ならびに製造及び使用の柔軟性の向上のうちの１つまたは複数を生み出す電池を組み立てる方法を含み得る。
本発明の実施形態は、改善されたエネルギー密度及び柔軟性を含む。この柔軟性は、２つの方法で提供することができる。第１に、用途のエネルギー要件を満たす容量を構築するために、複数の電池を積層する（電気的に並列に接続する）ことができる。第２に、本開示の実施形態は、構成部品の共通性が高いこと、すなわち、いくつかまたはすべての同じコンポーネントを同じフォームファクタ（例えばＧＣ２）で使用することにより、電圧及び／または容量が異なる様々な電池を作製することができる。本発明の実施形態は、数個のまたは好ましくは１つの構成部品のみを変更することによって、この柔軟性の程度を達成することができる。さらに、この柔軟性は、電池に含まれるセルの数を増減することにより、構成部品を変更することなく電池のエネルギーを変化させることができる。このアーキテクチャは、製造業者またはユーザに大きな柔軟性を提供する。
本開示の実施形態では、所望の容量及び／または電圧の要件を満たすために、セルを接続してサブアセンブリにし、サブアセンブリを所望の構成で電気的に接続することができる。本開示の実施形態では、柔軟性とは、セルの数、集電体の設計、及び／またはＢＭＳに変更を加えた共通の部品表を有することを意味し得る。
本開示は、様々なシステムレベルの電圧及び容量で、任意の所望のフォームファクタを有するリチウムイオン電池の費用効率の良い製造を可能にする。これは、異なる電池電圧間で大部分の内部部品を共有し、集電体を折り畳み／巻き付けてファスナ及び製造コストを低減し、ファスナ及び／またはその他の追加の構造用部品無しに、セルをより密に詰めることを可能にし、セルの機械的固定を補助する発泡体を追加することによって達成される。
本開示では、セルは、並列に接続されて、個々のセルの電圧で容量を構築するか、または直列に接続されて、個々のセルの容量で電圧を構築することができる。セルは、電気的に直列に接続されてグループを形成し、セルのグループは電気的に並列に接続されてサブアセンブリを形成することができる。あるいは、好ましい実施形態では、セルは、電気的に並列に接続されてグループを形成し、セルのグループは電気的に直列に接続されてサブアセンブリを形成する。好ましい実施形態では、システムの好ましいフォームファクタに適応するために、構成可能な可撓性集電体を用いて２つのサブアセンブリを電気的に接続する。第１のサブアセンブリは、下側セルキャリアと上側セルキャリアとを含み、それらの間に第１のセルのグループが配置される。第２のサブアセンブリは、下側セルキャリアと上側セルキャリアとを含み、それらの間に第２のセルのグループが配置される。可撓性集電体は、２つ以上の導電性領域を含む。第１及び第２のサブアセンブリは、並列にまたは直列に接続されて、電池の所望の電圧または容量を構築する。可撓性集電体は、折り畳むことができ、アセンブリをケーシング内に配置して、電池に環境保護を提供することができる。正端子及び負端子は、それぞれ、第１及び第２の導電性領域に接続されて、電池の正端子及び負端子を形成することができる。
本開示は、複数の特徴のうちの１つまたは複数を通してより高いエネルギー密度を達成する。下側及び上側のセルキャリアは、セルを所定の位置に固定して変位に抵抗し、セルを互いに近接して配置するように構成される。セル間のギャップへの発泡体の配置は、安全性、ならびに振動、衝撃、機械的変位、及び環境障害に対するロバスト性を高める。この特徴の組み合わせにより、本開示の実施形態は、より高いエネルギー密度を達成することができる。さらに、正端子及び負端子のＢＭＳ及び可撓性集電体への統合、ならびにコンポーネントの圧入によって、必要とされる電気的接続部の数を低減し、これにより、効率的な製造及び有効な電気的接続を容易にする。
セルを含む電池は、電気的に接続されてグループを形成することができ、セルのグループは、電気的に接続されて第１及び第２のサブアセンブリを形成することができる。第１のサブアセンブリは、下側トレイと上側トレイを含んでよく、それらの間に第１のセルのグループが配置され、かつ、第１のサブアセンブリは第１及び第２の面を有することができる。第２のサブアセンブリは、下側トレイと上側トレイを含んでよく、それらの間に第２のセルのグループが配置され、かつ、第２のサブアセンブリは、第１及び第２の面を有することができる。可撓性集電体は、２つ以上の導電性領域を備えることができ、第１及び第２のサブアセンブリは、電気的に接続されて、電池の電圧または容量を構築することができ、可撓性集電体は、第１及び第２のサブアセンブリを電気的に接続して、ケーシング内に配置され、電池に環境保護を提供することができ、正端子及び負端子は、第１及び第２の導電性領域に電気的に接続されて、それぞれ、電池の正端子及び負端子を形成することができ、電池管理システムは、可撓性集電体と、電池を通るエネルギーの流れを制御するように適応された正端子及び負端子とに電気的に接続することができる。
電池を組み立てる方法は、セルを、第１及び第２のキャリアの内側及び外側トレイ内に挿入して２つのサブアセンブリを形成することと、集電体を配置することと、セルを集電体に電気的に接続することと、集電体及びサブアセンブリを折り畳むこととを含み得る。
添付の図面は、この明細書の一部に組み込まれ、これを構成し、いくつかの実施形態を図示しており、この記載と併せて、開示している実施形態を説明する。
本開示の実施形態による、電池の分解概略図である。 Ａ～Ｃは、本開示の実施形態による、蓋の概略図である。 Ａ～Ｃは、本開示の実施形態による、部分的に組み立てられた２つのサブアセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、セルが開口内に配置された２つの部分的に組み立てられたサブアセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、２つのサブアセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、２つのサブアセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、可撓性集電体が取り付けられた部分的に組み立てられたアセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、部分的に組み立てられたアセンブリの概略図である。 Ａ及びＢは、本開示の代替実施形態による、集電体の概略断面図である。 Ａ及びＢは、本開示の実施形態による、アセンブリの概略図である。 本開示の実施形態による、アセンブリの断面図である。 本開示の実施形態による、アセンブリの概略図である。 Ａ～Ｅは、本開示の実施形態による、電池の組み立て図である。 本開示の実施形態による、電池を組み立てるための方法のフローチャートである。 本開示の実施形態による、２４Ｖ電池用の集電体を示す。 本開示の実施形態による、４８Ｖ電池用の集電体の例を示す。 本開示の実施形態による、２つのサブアセンブリ、可撓性集電体、及びヒートシンクの分解図を示す。 本開示の好ましい実施形態による、セルキャリアを使用する４８Ｖ電池を示す。 本開示の実施形態による、図１６Ａのセルキャリアを使用する代替的な４８Ｖ電池であって、キャリア内のセル位置の一部が空であり、図１６Ａに示した実施形態よりも低いエネルギーを提供する。
本開示に即した実施形態は、電池、そのコンポーネント、及び改善された組立方法を含み得る。セルは、好ましくは、並列に接続されてセルのグループを形成する。セルのグループは、好ましくは直列に接続されてサブアセンブリを形成する。サブアセンブリは、電池のセルの半分を含み得る。本開示の実施形態では、２つ以上のサブアセンブリを可撓性集電体によって接続して電池を形成することができる。電池は、外部の衝撃、振動、及び環境からセルを保護するためにハウジング内に組み立てられた複数のセルを含み得る。電池セルは、円筒形または角柱形であってよい。電池は、デバイスまたは製品仕様に応じて、１２Ｖ、２４Ｖ、３６Ｖ、４８Ｖ、７２Ｖの公称電圧または他の任意の適切な電圧を提供することができる。さらに、またはあるいは、電池は、特定のデバイスまたは製品仕様にしたがって、非標準の公称電圧を供給するように構成することができる。好ましい実施形態は、２４Ｖ、３６Ｖ及び４８Ｖのクラスに構成される。
本発明の実施形態は、エネルギー密度を改善し、かつ従来の既知の電池に比べて大きな製造の柔軟性を提供する。本開示の実施形態は、構成部品の高度な共通性を特徴とする。すなわち、いくつかのまたはすべての同じコンポーネントを同じフォームファクタで使用して、数個の構成部品を変更するだけで、または好ましくは構成部品を変更せずに、例えば電池に含まれるセルの数を増減することにより、電圧及び／または容量が異なる様々な電池を作ることができる。この改善されたアーキテクチャは、製造業者またはユーザに大きな柔軟性を提供する。
図１は、ケース１１０と、蓋１２０と、第１のサブアセンブリ２０１Ａ、第２のサブアセンブリ２０１Ｂ、及び集電体２３０を含むアセンブリ２００と、電池管理システム（ＢＭＳ）３００とを含み得る電池１００を示す。
例では、ケース１１０は、アセンブリ２００を受け入れるように、及び／または標準もしくは所定の寸法に合わせて寸法決めすることができる。ケース１１０は、電気絶縁材料、断熱材、または難燃材料のうちの１つまたは複数を含み得る。別の例では、ケース１１０は、パターン形成、テクスチャ形成、コーティング形成、またはリブ形成することができる。ケース１１０は、蓋１２０を受け入れ、これにより、蓋１２０とケース１１０との間にシールを形成することができる。
図２Ａ～２Ｃは、アセンブリ２００を受け入れるように寸法決めすることができる蓋１２０の概略図である。蓋１２０は、電気絶縁材料、断熱材、または難燃材料のうちの１つまたは複数を含み得る。別の例では、蓋１２０は、パターン形成、テクスチャ形成、コーティング形成、またはリブ形成することができる。蓋１２０は、過剰なガスを排気するように構成された（図１で先に示したような）ベント１２２を含み得る。蓋１２０は、リップ１２１、ベント１２２、及び／またはベント開口１２４を含み得る。さらに、蓋１２０は、第１の端子開口１２６、第２の端子開口１２８、インジケータ１３０Ａ、インジケータワイヤハーネス１３０Ｂ、電気的インタフェース１３２Ａ、及び／または電気的インタフェースワイヤハーネス１３２Ｂを含み得る。
インジケータ１３０Ａは、電池１００のＣＡＮバスが利用されていない場合にユーザに電池ステータスを伝達するために、ディスプレイ、ＬＥＤライト、カラーチェンジストリップまたはスピーカを含み得る。例えば、ＢＭＳ３００は、電池状態を示すためにインジケータの色または輝度を変化させることができる。例では、電池の充電が低いとき、ＢＭＳ３００は、インジケータの色を緑色から赤色に変化させることができる。別の例において、電池が充電中の場合、ＢＭＳ３００は、目に見える「点滅」または「パルス」を生じさせるようにインジケータの輝度を変化させることができる。追加の代替実施形態では、音響信号が、視覚信号に加えて、または視覚信号の代わりに提供されてよい。
さらに、またはあるいは、ＢＭＳ３００のＣＡＮバスインタフェースが利用される場合、ＢＭＳは、ＣＡＮバスインタフェースに接続された１つまたは複数の電池と通信するために、１つまたは複数のプロセッサを使用してデータを送信及び／または受信することができる。データは、自己識別情報（例えば、モデル、シリアル番号、エラーコード）、電池ステータスを示す情報、及び／または電池構成（例えば、直列構成及び／または並列構成）を示す情報を含み得る。
インジケータワイヤハーネス１３０Ｂは、ＢＭＳ３００及びインジケータ１３０Ａと電気的に通信することができ、データ及び／または電気信号を互いに伝送するように構成することができる。
電気インタフェース１３２Ａは、ＢＭＳ３００と外部のコンピューティングデバイス、例えば、コンピュータ、モバイルデバイスもしくは電池充電器、電池充電ステーション、様々な車両のオンボードコンピュータまたは他の電池管理システムとの間のデータ通信を容易にするレセプタクルであってよい。電気インタフェースワイヤハーネス１３２Ｂは、ＢＭＳ３００及び電気インタフェース１３２Ａと電気的に通信でき、データ及び／または電気信号を相互に伝送するように構成することができる。
図３Ａ～３Ｃは、部分的に組み立てられた２つのサブアセンブリの概略図である。図３Ａは、第１の内側セルキャリア（例えば第１の底部セルキャリア）２０２Ａが複数の開口部２０４Ａを含み得ることを示す。第２の内側セルキャリア（例えば、第２の底部セルキャリア）２０２Ｂは、複数の開口部２０４Ｂを含み得る。第１及び第２の内側セルキャリア２０２Ａ，２０２Ｂは、電気絶縁材料、断熱材、または難燃材料のうちの１つまたは複数を含み得る。
図３Ｂは、第１の内側セルキャリア２０２Ａの詳細図を示す。第１の内側セルキャリア２０２Ａの複数の開口部２０４Ａはそれぞれ、複数のリブ２１０Ａ及び複数の窓２１２Ａを含み得る。複数のリブ２１０Ａは、セルを受け入れると一体的に押しつぶされて、締まりばめを提供することができる。第１の内側セルキャリア２０２Ａのみが図示されているが、当然ながら、第２の内側セルキャリア２０２Ｂも同様の特徴を備えることができる。
図３Ｃは、保持特徴部の詳細図を示す。第１の内側セルキャリア２０２Ａは、第１の内側セルキャリア２０４に配置された第１の保持機構２０６Ａと、第１の内側セルキャリア２０２Ａに配置された第２の保持機構２０８Ａとを含み得る。第１の保持機構２０６Ａは、第２の内側セルキャリア２０２Ｂの第２の保持機構とインターロックするように構成することができる。保持機構は、クリップ、フック、フックアンドループファスナ、吸引カップ、粘着パッド、アンカ、ダボ、ピン、保持リング、スナップファスナ、ラッチ、または他のファスナのうちの少なくとも１つを含み得る。第１の内側セルキャリア２０２Ａのみが図示されているが、当然ながら、第２の内側セルキャリア２０２Ｂにも同様の機能を備えることができる。この保持特徴部は、２つのサブアセンブリ２０１Ａ及び２０１Ｂを物理的に平行な構成に保持する働きをすることができる。
図４は、セルが開口内に配置された２つの部分的に組み立てられたサブアセンブリを示す。セルの第１のセット２１４Ａの各セルは、複数の開口部２０４Ａの開口部内に配置することができる。各セルは、開口部とセルの間の締まりばめを通して開口部内に保持することができる。締まりばめは、１つまたは複数のリブ２１０Ａを押し潰すことから生じ得る。セルの第１のグループ２１４Ａの各セルは、正端子及び負端子を備えることができる。
セルの第２のセット２１４Ｂの各セルは、複数の開口部２０４Ｂの開口部内に配置することができる。各セルは、開口部とセルの間の締まりばめを通して開口部内に保持することができる。この締まりばめは、第２の内側セルキャリア２０２Ｂの場合、１つまたは複数のリブを押しつぶすことにより生じさせることができる。セルの第２のグループ２１４Ｂの各セルは、正端子及び負端子を備えることができる。
円筒形セルを含む本開示の実施形態では、正端子から電気的に絶縁された小さい部分を除く外表面全体が負端子を含み得る。
図５Ａは、第１及び第２の外側セルキャリア２１８Ａ、２１８Ｂを備える２つのサブアセンブリを示す。第１のサブアセンブリ２０１Ａは、第１の内側セルキャリア（例えば、第１の底部セルキャリア）２０２Ａと、セルの第１のグループ２１４Ａと、セル２０４Ａを受け入れる第１の複数の開口部とを含み得る。さらに、第１のサブアセンブリ２０１Ａは、第１の外側セルキャリア２１６Ａ（例えば、第１の頂部セルキャリア）を含むことができ、この第１の外側セルキャリア２１６Ａは、セルの第１のセット２１４Ａを受け入れるように適応された複数の開口部２２４Ａ、第１のリフトポイント２１８Ａ、及び複数のスペーサ２２０Ａを含み得る。第１のリフトポイントまたは接触点２１８Ａは、ケース１１０内またはケース１１０外に完成したアセンブリを配置するために、組立の後期段階で利用されてよい。さらに、第１のリフトポイントまたは接触点２１８Ａは、蓋１２０に振動溶接することができる。さらに、複数のスペーサ２２０Ａを利用して、ケース１１０内に第１のサブアセンブリ２０１Ａを配置し、ケース１１０と第１の外側セルキャリア２１６Ａとの間の距離を維持することができる。第１の外側セルキャリア２１６Ａは、電気絶縁材料、断熱材、または難燃材料のうちの１つまたは複数を含み得る。第１のサブアセンブリ２０１Ａは、第１の面２２６Ａであって、その上に集電体２３０が配置されるように構成された第１の面２２６Ａと、第２のサブアセンブリ２０１Ｂとインターロックするように構成された第２の面２２８Ａとを含み得る。
第２のサブアセンブリ２０１Ｂは、第２の内側セルキャリア（例えば、第２の底部セルキャリア）２０２Ｂと、セルの第２のグループ２１４Ｂと、セル２０４Ｂを受け入れるための第１の複数の開口部とを含み得る。さらに、第２のサブアセンブリ２０１Ｂは、第２の外側セルキャリア２１６Ｂ（例えば、第２の頂部セルキャリア）を備えることができ、第２の外側セルキャリア２１６Ｂは、第２のセルのセット２１４Ｂを受け入れるように適応された複数の開口部２２４Ｂと、第２のリフトポイント２１８Ｂと、複数のスペーサ２２０Ｂとを含み得る。第２のリフトポイントまたは接触点２１８Ｂは、ケース１１０内またはケース１１０外に完成したアセンブリを配置するために、組立の後期段階で利用されてよい。さらに、第２のリフトポイントまたは接触点２１８Ｂは、蓋１２０に振動溶接することができる。さらに、複数のスペーサ２２０Ｂを利用して、ケース１１０内に第１のサブアセンブリ２０１Ａを配置し、ケース１１０と第２の外側セルキャリア２１６Ｂとの間の距離を維持してよい。第２のサブアセンブリ２０１Ｂは、第１の面２２６Ｂであって、その上に集電体２３０が配置されるように構成された第１の面２２６Ｂと、第１のサブアセンブリ２０１Ａとインターロックするように構成された第２の面２２８Ｂとを含み得る。
図５Ｂは、セル２１４Ａが配置されている開口部２２４Ａの周りに切欠２２２Ａを備える第１の外側セルキャリア２１６Ａを示す。この特徴により、共通のコンポーネントに由来する様々な電圧、電流及びエネルギーを有する電池を組み立てる際の柔軟性が向上する。上部セルキャリアの切欠は、可撓性集電体２３０の配置において柔軟性を提供して、可撓性集電体の導体のパターンのみを変更しながら、共通のコンポーネントに基づく異なるアーキテクチャを容易にする。第１の外側セルキャリア２１６Ａのみが図示されているが、当然ながら、第２の外側セルキャリア２１６Ｂも同様の機能を有する同様の特徴を備えることができる。
図６は、可撓性集電体が取り付けられた、部分的に組み立てられたアセンブリを示す。可撓性集電体２３０は、複数の導電性領域を含む単一のプレートであってよい。図９Ａ及び９Ｂを参照すると、複数の導電性領域２２９ａ～２２９ｇが示されている。図６に戻ると、さらに、またはあるいは、各導電性領域は集積されたヒューズ２３４Ａ及び２３４Ｂを備え、これによって従来の電池において見られるワイヤハーネス２３２内のヒューズの必要性を排除することができる。
例えば、可撓性集電体２３０は、層状の可撓性集電体２３０を含み得る。可撓性集電体２３０内の層は、電圧センシング、ヒュージブル要素、基準点を提供し、電気を伝導することができる。例えば、１つの層は銅導電層であり、他の層は非導電層である。これにより、各セルを直列及び／または並列のグループで導電層に接続することができる。
例では、可撓性集電体２３０は、破損、または持続的な損傷無く、曲げ可能（例えば、折り畳み可能）であってよい。可撓性集電体２３０は、モジュール内の接合部の数を低減することができ、これにより、より低い抵抗と、より容易な製造につながる。可撓性集電体２３０は、ヒンジに匹敵する中心点、線または他の軸線を中心に曲げ可能であってよい。可撓性集電体２３０は、１つまたは複数の曲げ部を備えることができ、これにより、可撓性集電体３００は、曲げられた構成において実質的に「Ｕ」字形の輪郭を有する。
例では、可撓性集電体２３０は、打ち抜き加工されたまたはプリントされたヒュージブルリンクを備えることができる。可撓性集電体２３０は、様々な適切な材料及びコーティングを含み得る。可撓性集電体２３０は、直列及び／または並列に接続された電池セルのサブグループを形成するために、電池セルに機械的及び電気的に接続することができる。セルのサブグループは、可撓性集電体２３０によって、他のセルのサブグループと直列及び／または並列に接続することができる。
図７は、ヒュージブルリンクを備えた部分的に組み立てられたアセンブリの詳細を示す。例では、可撓性集電体２３０は、ワイヤボンディング、レーザ溶接、接着剤または他の適切な導電接続によってセルに接続することができる。
ヒュージブルリンク２３６Ａは、セルから集電体に電流を伝導することができる。ヒュージブルリンク２３６Ａは、個々のセルと集電体との間の接続を適切な電流レベルで切断するヒューズとして機能し得る。これにより、燃焼または熱イベントを防止することによって安全性を高めることができる。具体的には、ヒュージブルリンクは溶融してセルを集電体から、したがって残りのセルから切り離すことができる。この設計は、所望の電圧及び／または電流に合わせて調整することができる。ヒュージブルリンク２３６Ａの形状、厚さ、幅及び／または材料組成を変更することによって、ヒュージブルリンク２３６Ａの正確なパラメータを制御することができる。
ヒュージブルリンク２３６Ａは集電体内に一体的に形成されてよい。ヒュージブルリンク２３６Ａの構造は、個々の製品設計及び使用に応じて、様々な機能要件、性能要件または安全要件を満たすように変更することができる。
ヒュージブルリンク２３６Ａは、集電体をセルにヒューズとして接合するための、ワイヤボンド、レーザ溶接接続またはリボンボンドを含み得る。複数の代替的な形状及びヒュージブルリンクの設計が同じ機能を果たすことができる。当業者は、ヒュージブルリンクの形状が、セル間のばらつき、溶融特性、材料、セルの種類、製造プロセス、及び意図される用途などの個々の仕様に依存し得ることを理解するであろう。特定の実施形態では、ヒュージブルリンクは、レーザ溶接され、打ち抜かれたヒュージブルリンクであってよい。
ヒュージブルリンクは電池全体の安全性を高め得る。ヒュージブルリンクは、実質的なばらつき及び誤差の可能性を取り込み得る特殊なプロセスまたは付加的な部品を必要とせずに、集電体にヒューズ機能を提供することができる。ヒュージブルリンクは、抵抗溶接、レーザ溶接、ワイヤボンディング、接着剤またはその他の導電接続のいずれかを用いて、電池セルの端子に接続されてよい。
図８Ａ及び８Ｂは、１つまたは複数の層２３１ａ、２３１ｂ、及び／または２３１ｃを含み得る可撓性集電体２３０を示す。例では、可撓性集電体２３０は、第１の層２３１ａを含むことができ、第１の層２３１ａは、第１及び第２のサブアセンブリ２０１Ａ、２０１Ｂの第１の面２２６Ａ、２２６Ｂに結合するように構成された感圧接着剤を含み得る。第２の層２３１ｂは、導体、例えば、銅またはアルミニウムを含み得る。第２の層２３１ｂは、アルミニウム、銅または他の導電性金属を含むことができ、セルの第１のグループ２１４Ａまたはセルの第２のグループ２１４Ｂのうちの１つまたは複数から１つまたは複数のワイヤボンドまたは他の適切な接続部を受け入れるように構成することができる。第３の層２３１ｃは、プラスチック層、例えばＰＥＴを含み得る。
実施形態において、可撓性集電体は、４００Ａ（好ましくは４５０Ａ）の電流を３０秒間にわたって伝導し、１２０Ａ（好ましくは１５０Ａ）の連続電流を伝導するように設計される。これらの電流負荷を伝導する銅の厚さは、好ましくは０.２０～０.２５ｍｍである。集電体の曲げ及び座屈を補助するために、曲げ角部に穴を追加することができる。ワイヤボンドは、好ましくは折り目の近傍には配置されない。図１３及び図１４は、２つの代替的な集電体を示す。導体のネガ型の切欠きは、好ましくは導体材料を保持するために導体間の分離に整列するように配置されている。
代替的な実施形態では、図８Ｂに示すように、可撓性集電体２３０は、第１の層２３１ａを含む必要はなく、機械的ファスナを使用してサブアセンブリ２０１Ａ、２０１Ｂに取り付けることができる。さらに、可撓性集電体２３０は、実質的な柔軟性を提供し、複数の代替的な構成において電流を伝導するように適応させることができる。熱を加えないかまたは電流輸送を損なわないように、十分な集電体断面が維持されることが好ましい。
高電圧用途に適応された本開示の代替実施形態では、第４の層を追加してさらなる導電層を含み、第３の層２３１ｃ上に堆積させることができる。第４の層は、アルミニウム、銅または他の導電性金属を含むことができ、セルの第１のグループ２１４Ａまたはセルの第２のグループ２１４Ｂのうちの１つまたは複数から１つまたは複数のワイヤボンドまたは他の適切な接続を受け入れるように構成することができる。第４の層は、複数の導電性領域、例えば複数の導電性領域を含み得る。
図９Ａ及び９Ｂは、複数の導電性領域２２９Ａ～２２９Ｇを有する集電体２３０と第１の角度及び第２の角度からの折り畳みアセンブリを示す。番号１～７の各セルが、例示のために示され、セルのサブグループを示している。各導電性領域２２９Ａ～２２９Ｇは、接続２３２を介して様々な電池コンポーネントに電気的に接続することができる。
特定の実施形態では、導電性領域２２９Ｄは、アセンブリ２００の反対側に「ラップアラウンド」されてよい。可撓性集電体２３０は、電池セルが直列及び／または並列に接続されるように構成することができる。
図１０Ａは、本開示の部分的に分解された実施形態の概略斜視図であり、本開示の実施形態の、２つのサブアセンブリと可撓性集電体との間に配置されたエアギャップを示している。本開示の特定の実施形態では、モジュールから離れる方向に熱を伝達するために、第１の内側セルキャリア２０２Ａと第２の内側セルキャリア２０２Ｂとの間に冷却板またはヒートシンク材料を配置することができる。冷却板は、セルの負端子から電気的に絶縁されている。本開示の実施形態は、電気的な絶縁性を維持しながら熱伝達を容易にするために、セルの底部と冷却板との間のこのエアギャップに配置された熱伝達材料を含み得る。
特定の実施形態では、折り畳まれた向きのサブアセンブリの間にヒートシンクまたは冷却板を配置することができる。冷却板またはヒートシンクは、能動的に冷却することができる、例えば水冷式またはファン冷却式のヒートシンクであってよい。さらに、またはあるいは、冷却板またはヒートシンクは、受動的に冷却することができ、これにより、冷却板またはヒートシンクは、実質的に自然対流によって熱を放出するように構成することができる。あるいは、電池１００は、第１のサブアセンブリ２０１Ａと第２のサブアセンブリ２０１Ｂとの間のエアギャップを利用することができ、折り畳まれた可撓性集電体２３０によって接続された２つのサブアセンブリの間に配置される冷却板またはヒートシンクを備える必要はない。
図１０Ｂは、保持特徴部を斜めから見た概略図の詳細である。上述したように、第１の内側セルキャリア２０２Ａの第２の保持機構２０８Ａは、第２の内側セルキャリア２０２Ｂの第１の保持機構２０６Ｂとインターロックし得る。この保持特徴部は、２つのサブアセンブリ２０１Ａ及び２０１Ｂを物理的に平行な構成に保持する働きをすることができる。
図１１Ａ～１１Ｅは、本開示の好ましい実施形態の電池の組み立ての図である。図１１Ａは、ケース１１０内へのアセンブリ２００の配置を示す。
図１１Ｂは、アセンブリ２００へのＢＭＳ３００の取り付けを示す。ＢＭＳ３００は、ヒートシンク３０２と、第１の一体型端子３０４と、第２の一体型端子３０６とを含み得る。ＢＭＳ３００は、アセンブリ２００に電気的に接続することができる。ＢＭＳは、１つまたは複数のプロセッサ、命令を有するメモリを含んでよく、これらの命令は実行されると、ＢＭＳ３００に１つまたは複数の機能を実行させることができる。１つまたは複数の機能は、電気的及び／または熱的な負荷の管理、エラーの検出、または外部のコンピューティングデバイスとのデータの送受信を含み得る。
図１１Ｃは、ＢＭＳレセプタクル３０８に接続する集電体２３０のハーネス２３２を示す。さらに、蓋１２０は、ＢＭＳ３００の上に、ケース１１０に物理的に接続させて配置することができる。さらに、ＢＭＳ３００は、蓋１２０のワイヤハーネスに電気的に接続されてよい。
図１１Ｄは、ベントホール１２４内へのベント１２２の取り付けを示す。ベント１２２の取り付け前に、いくつかの品質チェック及び／または安全チェックを行うことができる。例えば、様々な電気的接続の完全性を検証するために、電気的チェックが行われてよい。蓋１２０は、ケース１２０に振動溶接することができる。漏れチェックが、電池１００の物理的な完全性を検証するために行われてよい。ベントホール１２４を通して発泡体、液体、またはゲルがケース１１０内に注入されてよく、これらを、セルの周りに配置してセル間及びセルとケーシングの内面との間のスペースを埋めることができる。この発泡体、液体、またはゲルは、断熱を提供することができ、個々のセル間の熱イベントの伝播を防止することができる。発泡体、液体、またはゲルは、振動に抵抗し、電池セル及びコンポーネントの機械的保持を助けることによって、構造的支持を提供することもできる。発泡体、液体またはゲルは、断熱を提供し、排気ガスを偏向し、導き、かつ、放射熱を吸着することができる。
図１１Ｅは、電池１００を示す。
図１２は、電池１００を製造する方法を示す。例示的な方法の基本的なステップを図１２に示す。当然ながら、方法を含むステップは、電池の目標仕様に従って変更、組み合わせ、省略、並べ替え、またはその他の方法で変更することができる。
ブロック４０２において、方法４００は、セルをセルキャリアに挿入することを含み得る。内側及び外側のセルキャリアは、セルのセルキャリアへの挿入を容易にするためのインサートを有する場合も有さない場合も、セルを締まりばめによって受け入れるように適合されることが好ましい。実施形態では、インサートを内側セルキャリアの凹部に配置することにより、各セルを冷却板から電気的に分離し、一方で、セルを冷却板の充分に近傍に配置して、効果的な熱伝達を促進することができる。あるいは、好ましい実施形態では、部品は、ねじ込みインサートが取り付けられた状態で製造業者によって提供されてよい。
ブロック４０４において、方法４００は、１つまたは複数のセルに近接して、サーミスタを取り付けることを含み得る。
ブロック４０６において、方法４００は、配置されたセルを可撓性集電体に接続することを含み得る。さらに、またはあるいは、セルは、第１のグループのセルであってよく、方法４００は、配置された第２のグループのセルを可撓性集電体に接続することをさらに含み得る。さらに、またはあるいは、セルは第１のグループのセルであってよく、外側セルキャリアは第１の外側セルキャリアであってよく、方法４００はさらに、可撓性集電体を第２の外側セルキャリアに結合することを含み得る。さらに、またはあるいは、可撓性集電体を第２の外側セルキャリアに結合することは、第１及び第２の内側セルキャリアが物理的に互いに実質的に平行な向きになるように可撓性集電体を折り畳むことと、第１及び第２の内側セルキャリアの構成を保持するために保持特徴部を係合させることと、可撓性集電体の第１の導電性領域に第１の端子をワイヤボンディングすることとをさらに含み得る。さらに、またはあるいは、可撓性集電体を第２の外側セルキャリアに結合することは、可撓性集電体の第１の導電性領域に第１の端子をワイヤボンディングすることと、第１及び第２の内側セルキャリアが互いに近接するように可撓性集電体を折り畳むことと、第１及び第２の内側セルキャリアの構成を保持するために保持特徴部を係合させることとをさらに含み得る。
ブロック４０８で、方法４００は、サブアセンブリアセンブリをプレス成形することを含み得る。方法４００は、セルを内側のセルキャリア（例えば、底部セルキャリア）内に配置することを含み得る。セルは、リチウムイオンセルであってよい。さらに、またはあるいは、セルは、第１のグループのセルを含んでよく、内側セルキャリアは、第１の内側セルキャリアを含んでよく、方法は、第２のグループのセルを第２の内側セルキャリア内に配置することをさらに含み得る。例では、セルは、第１の端子及び第２の端子を備えることができる。端子は、セルの端子であってよく、例えば、第１の端子は、セルの正端子であってよく、第２の端子は、セルの負端子であってよい。第１及び／または第２の内側のセルキャリアにおける各セルの配置は、ロボットまたは他の自動化された機構を使用して行うことができる。例では、セルの方向（例えば、第１及び／または第２の端子の向き）を、他のセルから離れる方に向けることができる。別の例では、セルの向きは、タブがハウジングに近接するようであってよい。方法４００は、外側セルキャリア（例えば、頂部セルキャリア）を、配置されたセルの上に配置することを含んでよく、外側セルキャリアは、各セルを受け入れるように構成された複数の凹部を含む。さらに、またはあるいは、セルは第１のグループのセルであってよく、外側セルキャリアは第１の外側セルキャリアであってよく、方法４００はさらに、配置された第２のグループのセルの上に第２の外側セルキャリアを配置することを含んでよく、第２の外側セルキャリアは、第２のグループのセルの各々を受け入れるように構成された複数の凹部を含む。
ブロック４０８において、方法４００は、セルを集電体に電気的に接続することを含み得る。
ブロック４１２において、方法４００は、集電体及びサブアセンブリ（及び、利用される場合にはヒートシンク）を折り畳むことを含み得る。
ブロック４１６において、方法４００は、電池管理システムを取り付けることと、電池管理システムを集電体に電気的に接続することとを含み得る。
ブロック４１８において、方法４００は、蓋とケースを一緒に振動溶接することを含み得る。例では、蓋は、振動溶接を用いてハウジングに接続することができる。振動溶接により蓋材とハウジング材とを融着させて、蓋材とハウジングとを一体化することができる。さらに、蓋は、リフトポイント（例えば、第１及び第２のリフトポイント２１１、２２１）でサブアセンブリに振動溶接することができる。振動溶接工程によりリフトポイントを蓋に融着して、アセンブリを蓋と一体化することができる。
ブロック４２０において、方法４００は、１つまたは複数の端子をエポキシ樹脂によってポッティングすることを含み得る。
ブロック４２２において、方法４００は、ハウジングに発泡体を注入することを含み得る。例では、発泡体、液体、またはゲルをケーシング内のセルの周りに配置して、セル間及びセルとケーシングの内面との間のスペースを埋めることができる。この発泡体、液体、またはゲルは、断熱を提供することができ、個々のセル間の熱イベントの伝播を防止することができる。発泡体、液体、またはゲルは、振動に抵抗し、電池セル及びコンポーネントの機械的保持を助けることによって、構造的支持を提供することもできる。発泡体、液体またはゲルは、断熱を提供し、排気ガスを偏向し、導き、かつ、放射熱を吸着することができる。
ブロック４２４において、方法４００は、蓋にベント（例えば、ベント１０５）を取り付けることを含み得る。ベントは、所定の圧力閾値を超えると破裂するように構成することができる感圧透過膜を備えることができる。例えば、感圧膜は、２５ｐｓｉ（例えば、周囲の空気圧より高い２５ｐｓｉ）で破裂するように構成することができる。電池内の内部空気圧が周囲の空気圧よりも高い２５ｐｓｉ以上になると、感圧膜が破裂して、電池の内部圧力が放出され、環境または周囲の空気圧との平衡に達することができる。この透過膜によって、例えば航空機による輸送中に、電池と環境との間で圧力を均等化することもできる。
図１３は、本開示の実施形態による、２４Ｖ電池の集電体の例を示す。
図１４は、本開示の実施形態による、４８Ｖ電池の集電体の例を示す。
図１５は、本開示の実施形態による、２つのサブアセンブリ、可撓性集電体、及びヒートシンクの分解図を示す。
図１６Ａは、本開示の好ましい実施形態による、セルキャリアを使用する４８Ｖ電池を示す。
図１６Ｂは、本開示の好ましい実施形態による、図１６Ａのセルキャリアを使用する代替的な４８Ｖ電池を示し、キャリア内のセル用のスペースの複数が空のままにされ、電池の他のコンポーネントまたは電池の製造プロセスを変更することなく、より低い容量またはエネルギーが提供される。
実施例１：
２４個のセルを電気的に並列に接続してグループを形成し、２４個のセルからなる３．５のグループをそれぞれ、電気的に直列に接続してサブアセンブリを形成した。そのような２つのサブアセンブリを準備し、これを可撓性集電体により電気的に接続した。集電体のラップアラウンド部分は、２つの３．５のグループを並列に接続する。２つのサブアセンブリは、集電体を外側にし、ヒートシンクが使用されている場合には、２つのサブアセンブリの内面間にヒートシンクを配置して、互いの方に折り畳んだ。導電性のヒートシンクを使用する場合には、電気絶縁性の熱伝導性の界面材料が、サブアセンブリの２つの開いた面におけるセルの露出した表面に配置される。次に、２つのサブアセンブリを一緒にし、閉じ、係止して、２つのサブアセンブリの間の所定の位置にヒートシンクが配置される。
次に、このアセンブリをケースの下側部分に配置し、次に、ＢＭＳを取り付け、アセンブリ及び蓋の電気接点に電気的に接続した。電気部品の有効性と操作性を判断するために電気的チェックを行った。蓋を下部ケースに振動溶接した。端子を蓋に封止した。ハウジングアセンブリの完全性を検証するために漏れチェックを行った。次に、硬化中のオフガスの排気を容易にし、セル間のスペースを完全に充填するために、ケースを１０．５度の角度に維持しながら、蓋の開いたベントホールを通して発泡体を注入した。この実施例のＧＣ２電池の場合、充填は、セルを完全に覆う９８７ｇであった。次に、ベントを蓋に取り付けた。
得られたＧＣ２電池は、２５．８Ｖの公称電圧及び１１８Ａｈの公称容量を有する。
実施例２：
１０個のセルを電気的に並列に接続してグループを形成し、１０個のセルからなる１６のグループをそれぞれ、電気的に直列に接続してサブアセンブリを形成した。そのような２つのサブアセンブリを準備し、これを可撓性集電体により直列に電気的に接続した。２つのサブアセンブリは、集電体を外側にし、ヒートシンクが使用されている場合には、２つのサブアセンブリの内面間にヒートシンクを配置して、互いの方に折り畳んだ。導電性のヒートシンクを使用する場合には、電気絶縁性の熱伝導性の界面材料が、サブアセンブリの２つの開いた面におけるセルの露出した表面に配置される。次に、２つのサブアセンブリを一緒にし、閉じ、係止して、２つのサブアセンブリの間の所定の位置にヒートシンクが配置される。
次に、このアセンブリをケースの下側部分に配置し、次に、ＢＭＳを取り付け、アセンブリ及び蓋の電気接点に電気的に接続した。電気部品の有効性と操作性を判断するために電気的チェックを行った。蓋を下部ケースに振動溶接した。端子を蓋に封止した。ハウジングアセンブリの完全性を検証するために漏れチェックを行った。次に、硬化中のオフガスの排気を容易にし、セル間のスペースを完全に充填するために、ケースを１０．５度の角度に維持しながら、蓋の開いたベントホールを通して発泡体を注入した。この実施例のＧＣ２電池の場合、充填は、セルを完全に覆う９８７ｇであった。次に、ベントを蓋に取り付けた。
得られたＧＣ２電池は、３６．９Ｖの公称電圧及び７９Ａｈの公称容量を有する。
実施例３
１２個のセルを電気的に並列に接続してグループを形成し、１２個のセルからなる７つのグループをそれぞれ、電気的に直列に接続してサブアセンブリを形成した。そのような２つのサブアセンブリを準備し、これを可撓性集電体により直列に電気的に接続した。２つのサブアセンブリは、集電体を外側にし、ヒートシンクが使用されている場合には、２つのサブアセンブリの内面間にヒートシンクを配置して、互いの方に折り畳んだ。導電性のヒートシンクを使用する場合には、電気絶縁性の熱伝導性の界面材料が、サブアセンブリの２つの開いた面におけるセルの露出した表面に配置される。次に、２つのサブアセンブリを一緒にし、閉じ、係止して、２つのサブアセンブリの間の所定の位置にヒートシンクが配置される。
次に、このアセンブリをケースの下側部分に配置し、次に、ＢＭＳを取り付け、蓋のアセンブリの電気接点に電気的に接続した。電気部品の有効性と操作性を判断するために電気的チェックを行った。蓋を下部ケースに振動溶接した。端子を蓋に封止した。ハウジングアセンブリの完全性を検証するために漏れチェックを行った。次に、硬化中のオフガスの排気を容易にし、セル間のスペースを完全に充填するために、ケースを１０．５度の角度に維持しながら、蓋の開いたベントホールを通して発泡体を注入した。この実施例のＧＣ２電池の場合、充填は、セルを完全に覆う９８７ｇであった。次に、ベントを蓋に取り付けた。
得られたＧＣ２電池は、５１．７Ｖの公称電圧及び５９Ａｈの公称容量を有する。
実施例４：
１４個のセルを電気的に並列に接続してグループを形成し、１４個のセルからなる８つのグループをそれぞれ、電気的に直列に接続してサブアセンブリを形成した。そのような２つのサブアセンブリを準備し、これを可撓性集電体により直列に電気的に接続した。２つのサブアセンブリは、集電体を外側にし、ヒートシンクが使用されている場合には、２つのサブアセンブリの内面間にヒートシンクを配置して、互いの方に折り畳んだ。導電性のヒートシンクを使用する場合には、電気絶縁性の熱伝導性の界面材料が、サブアセンブリの２つの開いた面におけるセルの露出した表面に配置される。次に、２つのサブアセンブリを一緒にし、閉じ、係止して、２つのサブアセンブリの間の所定の位置にヒートシンクが配置される。
次に、このアセンブリをケースの下側部分に配置し、次に、ＢＭＳを取り付け、アセンブリ及び蓋の電気接点に電気的に接続した。電気部品の有効性と操作性を判断するために電気的チェックを行った。蓋を下部ケースに振動溶接した。端子を蓋に封止した。ハウジングアセンブリの完全性を検証するために漏れチェックを行った。次に、硬化中のオフガスの排気を容易にし、セル間のスペースを完全に充填するために、ケースを１０．５度の角度に維持しながら、蓋の開放されたベントホールを通して発泡体を注入した。この実施例のＧＣ２電池の場合、充填は、セルを完全に覆う９８７ｇであった。次に、ベントを蓋に取り付けた。
当然ながら、電池セルは、電池モジュール内に含める前に検査することができる。検査は、各セルに目に見える欠陥や構造的損傷がないこと、各セルが物理的測定仕様内であること、各セルが材料組成や化学的仕様を満たしていること、及び各セルが全体的に電池モジュールに組み込むのに適していることを人間によりまたは自動で検証することを含み得る。電池セルは、一時的または過剰なハウジングまたはパッケージを取り外すまたは除去することにより、電池サブアセンブリに含めるための準備をすることもできる。
本開示の様々な実施形態の説明は、例証の目的で提示されており、包括的または限定的であることを意図していない。開示の実施形態の複数の修正及び変形は、記載の実施形態の範囲及び主旨から逸脱することなく、当業者には明白であろう。本明細書で用いられた用語は、実施形態の原理、市場で見出される技術に対する実際の適用または技術的改善を最もわかりやすく説明するために、または他の当業者が本明細書で開示された実施形態を理解できるように、選ばれたものである。
明確にするために別個の実施形態の文脈で記載した本開示の一定の特徴を、単一の実施形態において組み合わせてもよい。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で記載した本発明の様々な特徴を、別々に、または任意の適切なサブコンビネーションで、または開示の記載した他の任意の実施形態で適切なように、提供されてもよい。様々な実施形態の文脈で記載した一定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除き、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
本開示は、本開示の特定の実施形態と併せて記載したが、多くの代替、修正及び変形が当業者には明らかであろう。したがって、そのようなすべての代替、修正及び変形は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び広範な範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (24)

  1. 電池であって、
    電気的に接続されてグループを形成するセルと、
    電気的に接続されて第１及び第２のサブアセンブリを形成するセルのグループと、
    セルの第１のグループが間に配置される下側トレイ及び上側トレイを含み、第１及び第２の面を有する第１のサブアセンブリと、
    セルの第２のグループが間に配置される下側トレイ及び上側トレイを含み、第１及び第２の面を有する第２のサブアセンブリと、
    ２つ以上の導電性領域を含む可撓性集電体と、
    を備え、
    第１及び第２のサブアセンブリは、前記電池の電圧または容量を構築するために電気的に接続され、
    前記可撓性集電体は、第１及び第２のサブアセンブリを電気的に接続し、ケーシング内に配置されて電池に環境保護を提供し、
    正端子及び負端子であって、第１及び第２の導電性領域に電気的に接続されて、それぞれ、前記電池の正端子及び負端子を形成する、前記正端子及び負端子と、
    前記可撓性集電体と、前記電池を通るエネルギーの流れを制御するように適応された正端子及び負端子とに電気的に接続された電池管理システムと、
    を備える、前記電池。
  2. 前記可撓性集電体を、前記第１及び第２のサブアセンブリの第１の面に電気的に接続することをさらに含む、請求項１に記載の電池。
  3. 前記集電体及び前記サブアセンブリが、前記第１及び第２のサブアセンブリの前記第２の面が互いに近接して配置されるように折り畳まれる、請求項２に記載の電池。
  4. 前記第１及び第２のサブアセンブリの第２の面の間に配置されたヒートシンクをさらに備える、請求項３に記載の電池。
  5. 第１の電池を含み、
    前記第１の電池は、同じコンポーネントを使用して第２の電池を生成することをさらに含み、
    前記第２の電池は、前記第１及び／または第２のサブアセンブリ内のセルの数を増加させることにより容量を追加することをさらに含む、請求項１に記載の電池。
  6. 第１の電池を含み、
    前記第１の電池は、同じコンポーネントを使用して第２の電池を生成することをさらに含み、
    前記第２の電池は、前記第１及び／または第２のサブアセンブリ内のセルの数を減少させることにより容量を低下させることをさらに含む、請求項１に記載の電池。
  7. 第１の集電体をさらに備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することをさらに含み、
    前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、前記第１の電池とは異なる電圧を有する第２の電池を生成する、請求項１に記載の電池。
  8. 第１の集電体をさらに備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することをさらに含み、
    前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、前記第１の電池とは異なる容量を有する第２の電池を生成する、請求項１に記載の電池。
  9. 第１の集電体をさらに備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することをさらに含み、
    前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、前記第１の電池とは異なる電圧と同じエネルギーを有する第２の電池を生成する、請求項１に記載の電池。
  10. 第１の集電体を備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することをさらに含み、
    前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、前記第１の電池とは異なる容量と同じエネルギーを有する第２の電池を生成する、請求項１に記載の電池。
  11. 第１の集電体を備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することであって、前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、異なる電圧を有する第２の電池を生成する、前記使用することと、
    前記第１及び／または第２のサブアセンブリ内のセルの数を増加させることにより容量を追加することと、
    をさらに含む、請求項１に記載の電池。
  12. 第１の集電体を備える第１の電池を含み、
    同じコンポーネントと第２の集電体とを使用することであって、前記第２の集電体は、電気的に接続された異なる導電領域を含み、異なる電圧を有する第２の電池を生成する、前記使用することと、
    前記第１及び／または第２のサブアセンブリ内のセルの数を減少させることにより容量を低下させることと、
    をさらに含む、請求項１に記載の電池。
  13. 前記可撓性集電体が、１つまたは複数の層をさらに含み、前記層は、
    複数の導電性領域を画定するパターンを含む導電層と、
    分離層と、
    を含む、請求項１に記載の電池。
  14. 前記可撓性集電体が、１つまたは複数の層をさらに含み、前記層は、
    感圧接着剤層と、
    複数の導電性領域を画定するパターンを含む導電層と、
    分離層と、
    を含む、請求項１に記載の電池。
  15. 前記可撓性集電体が、ワイヤボンディングにより、第１及び第２のサブアセンブリの第１の面に電気的に接続される、請求項１に記載の電池。
  16. 前記可撓性集電体が、レーザ溶接により、第１及び第２のサブアセンブリの第１の面に電気的に接続される、請求項１に記載の電池。
  17. 前記可撓性集電体が、１つまたは複数の曲げ部を備え、前記可撓性集電体が実質的に「Ｕ」字形の輪郭を有する、請求項３に記載の電池。
  18. 前記電池が、
    １つまたは複数のサブアセンブリを収容するように構成されたケースと、
    蓋であって、前記蓋と前記ケースとの間にシールを形成するように構成された、前記蓋と、
    をさらに含む、請求項１に記載の電池。
  19. 電池を組み立てる方法であって、
    第１及び第２のキャリアの内側及び外側トレイにセルを挿入して２つのサブアセンブリを形成することと、
    集電体を配置することと、
    セルを集電体に電気的に接続することと、
    前記集電体及び前記サブアセンブリを折り畳むことと、
    を含む、前記方法。
  20. セルを集電体に電気的に接続することが、
    前記可撓性集電体の第１の導電性領域に第１の端子をワイヤボンディングすること、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記集電体及び前記サブアセンブリを折り畳むことが、
    第１の底部セルキャリアと第２の底部セルキャリアとが互いに実質的に平行になるように、前記可撓性集電体を折り畳むことと、
    保持特徴部を係合して、前記第１の底部セルキャリアと前記第２の底部セルキャリアとの構成を保持することと、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  22. サブアセンブリをケース内に配置することと、
    電池管理システムをサブアセンブリに電気的に接続することと、
    蓋をケースに振動溶接することと、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  23. 前記配置されたセルのうちの１つまたは複数にサーミスタを取り付けること、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  24. １つまたは複数の端子をエポキシ樹脂で接着することと、
    ケーシング内に発泡体を注入することと、
    蓋にベントを取り付けることと、
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
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