JP6679717B2 - エネルギ蓄積装置用の端子装置 - Google Patents

Description

背景
１．発明の属する分野
本発明は、エネルギ蓄積装置用、例えばバッテリセル又はバッテリモジュール用の端子装置に関する。ここで、装置は、対向した端面と４つの側面とを有する直方体状のケーシングを有し、一方の端子がケーシングの１つの側面に、他方の端子がケーシングの残余の３つの側面に対応づけられる。

２．関連技術の説明
バッテリパックは、ポータブル電子機器から再生可能電力システム及び環境フレンドリな車両にいたる種々の技術に電力を供給する。例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、燃料効率を増大するため、バッテリパックと電気モータとを内燃機関に組み合わせて使用している。バッテリパックは、複数のバッテリモジュールから形成されており、各バッテリモジュールは複数の電気化学セルを含む。各セルは、角柱形セル、円筒形セル及びパウチセルを含む、種々のケーシング構成を有することができる。各セルは、積層体として配置されており、電気的に直列接続又は並列接続されている。同様に、バッテリパック内のバッテリモジュールも、電気的に直列接続又は並列接続されている。

いくつかの現行の角柱形セルは、セルケーシングの上部に配置された２つの端子を有する。いくつかの現行のパウチセルは、２つの端子を有する。パウチセルの端子が双方ともパウチの１つのエッジに配置されているケースもあるし、パウチセルの各端子がパウチの別個のエッジに配置されている別のケースもある。円筒形セルは、典型的に、円筒形セルケーシングの対向した端面のそれぞれに１つずつ端子を有する。これらの端子構成は、パック内でセルを配向可能な方式を限定する（即ち、端子がパックデザインのオプションを制限する）。付加的に、電流バッテリパックは、（例えばバスバー、ケーブル、ファスナーなどを介した）メカニカルセルツーセル電気的接続、並びに、バッテリパックのセル端子を相互にかつ２次装置及び外部負荷に接続し、回路素子群がコーナー及び障害物を回るようにする接続プロセス（例えばレーザ溶接、超音波溶接など）を使用している。製造及び組付けに用いられるこれらの部品及びプロセスにはコストがかかる。さらに、これらの部品は、バッテリパック内の利用可能空間を大きな割合で消費する。例えば、いくつかのバッテリパックにおいては、活性材料（ここで、活性材料とは、電極アセンブリのアノード、カソード及びセパレータをいう）の体積は、バッテリパック全体積の約３３％になる。所定のバッテリパック体積に対するエネルギ出力を高めるため、バッテリパック内の活性材料量を増大可能であることが望ましい。

概要
いくつかの態様においては、バッテリセルは、６つの直交する面を有し、これら６つの面は、封止された内部空間を協働して画定している、直方体状のセルケーシングと、内部空間内に配置された電極アセンブリとを含む。電極アセンブリは、第１の電気極性に対応する第１の電極及び第１の電気極性とは反対の第２の電気極性に対応する第２の電極を含む。バッテリセルは、第１の電極に電気的に接続された第１の端子と、第２の電極に電気的に接続された第２の端子とを含む。第１の端子の一部は、セルケーシングの３つの隣接する側面上の、セルケーシングの外面に重なるように構成されており、第２の端子の一部は、３つの隣接する側面のうち１つに隣接する第４の側面上の、セルケーシングの外面に重なっている。

バッテリセルは、次の特徴のうち１つ又は複数を含むことができる。直方体状のセルケーシングは、立方体状であり、第１の端面と、第１の端面に対向する第２の端面と、第１の側面と、第１の側面に接する第２の側面と、第２の側面に接しかつ第１の側面に対向する第３の側面と、第３の側面及び第１の側面に接する第４の側面とを有する。第４の側面は、第２の側面に対向する。第１の側面及び第２の側面及び第３の側面及び第４の側面のそれぞれは、第１の端面と第２の端面との間に延在する。第１の端子の一部は、セルケーシングの第１の側面及び第２の側面及び第４の側面の外面に重なり、第２の端子の一部は、セルケーシングの第３の側面の外面に重なる。第１の端子の一部は、セルケーシングの第１の端面の外面に重なり、第２の端子の一部は、第１の側面及び第２の端面及び第２の側面の外面に重なる。バッテリセルはパウチセルである。バッテリセルは角柱形セルである。バッテリセルは、第１の寸法及び第２の寸法及び第３の寸法を有し、第２の寸法及び第３の寸法はそれぞれ第１の寸法の偶数倍である。第１の端子及び第２の端子は、導電性材料の細長い条片である。第１の端子は、セルケーシングの３つの側面に巻き付けられた導電性材料の条片を含む。第１の端子は、セルケーシングの外面の形状に適合する導電性材料の条片である。第１の端子及び第２の端子はそれぞれ、内面及び外面を有する導電性帯状体であり、第１の端子の内面は、第１の側面及び第２の側面及び第４の側面の一部に面して重なり、第２の端子の内面は、第３の側面の一部に面して重なる。セルの少なくとも１つの側面は、電気的に中性となるように構成される。

いくつかの態様においては、バッテリパックは、バッテリパックケーシングとこのケーシング内に配置されたバッテリセルとを含む。バッテリセルは、６つの直交する面を有し、これら６つの面は、封止された内部空間を協働して画定している、直方体状のセルケーシングと、内部空間内に配置されており、第１の電気極性に対応する第１の電極と第１の電気極性とは反対の第２の電気極性に対応する第２の電極とを含む電極アセンブリとを含む。バッテリセルは、第１の電極に電気的に接続された第１の端子と、第２の電極に電気的に接続された第２の端子とを含む。第１の端子の一部は、セルケーシングの３つの隣接する側面上の、セルケーシングの外面に重なるように構成されており、第２の端子の一部は、３つの隣接する側面のうち１つに隣接する第４の側面上の、セルケーシングの外面に重なる。

バッテリパックは、次の特徴のうち１つ又は複数を含むことができる。直方体状のセルケーシングは、立方体状であり、第１の端面と、第１の端面に対向する第２の端面と、第１の側面と、第１の側面に接する第２の側面と、第２の側面に接しかつ第１の側面に対向する第３の側面と、第３の側面及び第１の側面に接する第４の側面とを有する。第４の側面は、第２の側面に対向する。第１の側面及び第２の側面及び第３の側面及び第４の側面のそれぞれは、第１の端面と第２の端面との間に延在する。第１の端子の一部は、セルケーシングの第１の側面及び第２の側面及び第４の側面の外面に重なり、第２の端子の一部は、セルケーシングの第３の側面の外面に重なる。第１の端子の一部は、セルケーシングの第１の端面の外面に重なり、第２の端子の一部は、第１の側面及び第２の端面及び第２の側面の外面に重なる。バッテリパックは、バッテリパックケーシング内に配置されたバッテリセルのアレイを含み、各バッテリセルは、第１の端子が隣のバッテリセルの第２の端子に面しかつこの第２の端子との電気的接続を形成するように、バッテリパックケーシング内に配置される。バッテリセルのアレイは、バッテリセルの行及びバッテリセルの列を含むグリッドとして配置されており、各行は、連続行番号を有し、かつ、ｎ個のセル［ｎは行内のセル数に対応する整数］を含み、各行の全てのセルは、奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとを除いて、同じ空間配向を有し、当該行の全てのセルは直列接続され、奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとが、セルの隣の行との電気的接続を形成する。奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとは、同じ行の他のセルの空間配向に対して９０°回転させられる。バッテリパックケーシングは、ベースプレートと、このベースプレートを取り囲む側壁とを含み、セルの１次元アレイがバッテリパックケーシング内に配置される。セルのアレイは、各セルの第４の側面がベースプレート上に位置し、かつ、冷却プレートが各セルの第１の側面に当接するように、バッテリパックケーシング内に配置される。

角柱形セルの「３面１面」端子構成により、（例えばバスバー、ケーブル、ファスナーなどを介した）メカニカルセルツーセル電気的接続及び接続プロセス（例えばレーザ溶接、超音波溶接など）の除去又は省略が可能となる。これは、同符号に帯電する（例えば正の）３つの端子と、反対符号に帯電する（例えば負の）１つの端子とを直交セルの周辺に配向し、残余の２つのケーシング面上で中性電荷を維持することにより、達成される。３面１面端子構成により、隣のセルに対するセルの配向を変更し、接触を維持する圧力を印加するのみで、各セルを、電気的に他の構成において、即ち、直列接続、並列接続又は直列並列接続することができる。いくつかの実施形態においては、立方体セル構造を使用することにより、接続すべきセルを多層構成にすることもできる。

３面１面端子構成は、６つの直交する面（上面、底面及び４つの側面）が存在する直交セルデザインを有するセルを含む。こうしたセルを利用するバッテリシステムは、高電流接続、電圧、温度及び他の測定機能に対する位置としての側面に取り付けられた端子を使用する。３つの側面は、集電子、アノード又はカソードがセルケーシングを出る箇所で接続される薄い幅広の導電性条片の形態の端子を介して電気的に接続されている。残余の側面には、薄い幅広の別の導電性条片の形態の端子が残余の集電子に接続されている。２つの端子は、接着剤又は接着条片を介してセルケーシングに接着可能である。各セルは、側面同士を組み合わせて接触させるのみで接続可能であり、これによって、一連の並列接続が形成される。また、セルアレイ内に形成される回路は、アレイの特定のセルをストラテジに沿って配向することにより、左方、右方、上方又は下方のコーナーを回ることができる。

３面１面端子構成により、外部の電流輸送部品なしで、上述した関連する回路素子群の全てではないにせよ多くを完成させる手段が得られる。セル端子自体が電流輸送装置として機能し、付加的なハードウェアの必要が省略される。また、パック内の各セルを任意に配向することができ、デザインオプションが拡大される。３面１面端子構成により、次のような１つ又は複数の利点を提供可能である。即ち、バスバー、ケーブル、溶接及び結合プロセスが低減されるか省略される。バッテリパック内の材料のパッケージング密度が２０％乃至４０％高まる。バッテリパックのエネルギ密度が増大する。バッテリパックの完成に、唯一のセル部材番号しか必要ない。部材数、部材番号、組立プロセス、材料、重量（２５％まで）及び全体コストが低減されることにより、バッテリパックの複雑性が低減される。

それぞれ３面１面端子構成を有する角柱形セルのアレイを含むバッテリパックの部分分解斜視図である。 図３の２−２線で切断して見た図１の角柱形セルの概略断面図である。 図１の角柱形セルの第１の側面及び第２の側面の斜視図である。 図１の角柱形セルの第２の側面及び第３の側面の斜視図である。 図１の角柱形セルの第３の側面及び第４の側面の斜視図である。 図１の角柱形セルの第４の側面及び第１の側面の斜視図である。 バッテリパックの分解図である。 蓋を外したバッテリパックの上面図である。 バッテリパックの、図８の破線囲みで示された部分の拡大図である。 セルアレイを通る直流電流路を表す矢印がマークされた、蓋を外したバッテリパックの上面図である。 代替的な角柱形セルの第１の側面及び第２の側面の斜視図である。 別の代替的な角柱形セルの第２の側面及び第３の側面の斜視図である。 さらに別の代替的な角柱形セルの第２の端面の斜視図である。 図１３の角柱形セルの第１の端面の斜視図である。 図１３の１８−１８線で切断して見た図１３の角柱形セルの概略断面図である。 バッテリパック内で組み合わせられた場合の、図１３の構成のセルアレイである。 図１３の構成のセルを含む、蓋を外したバッテリパックケーシングの断面図である。

詳細な説明
図１乃至図６によれば、電力の供給に使用されるバッテリパック１は、電気的に相互接続され、かつ、バッテリパックケーシング２内に編成された状態で配置された、電気化学セル２０を含む。各セル２０は電極アセンブリ６０を含むリチウムイオンセルであり、電極アセンブリ６０は、セルケーシング２１内に電解質とともに封入され、電力形成蓄積ユニットを形成している。いくつかの実施形態においては、セル２０のグループを結束して、バッテリパックケーシング２内に収容される（図示されていない）バッテリモジュールを形成可能である。ただし、図示の実施形態においては、各セル２０は、モジュールとして結束されてはおらず、代わりにバッテリパックケーシング端子６，７に直接に電気的に接続されている。バッテリモジュール内及び／又はバッテリパックケーシング２内では、セル２０は、後述するように、電気的に直列接続又は並列接続されている。

セル２０は、金属ラミネートフィルムから形成されたパウチタイプのセルケーシング２１を含む。セルケーシング２１は直方体状である。図示の実施形態においては、セルケーシング２１は立方体状であり、直交する６つの面を有する。これらの面は、第１の端面２２、第１の端面２２に対向する第２の端面２３、第１の側面２４、第１の側面２４に接する第２の側面２５、第２の側面２５に接しかつ第１の側面２４に対向する第３の側面２６、並びに、第３の側面２６及び第１の側面２４に接しかつ第２の側面２５に対向する第４の側面２７を有する。第１の側面２４、第２の側面２５、第３の側面２６及び第４の側面２７のそれぞれは第１の端面２２と第２の端面２３との間に延在し、６つの面が、電極アセンブリ６０によって占有される封止された内部空間を協働して画定している。

電極アセンブリ６０は、一連の正電極プレート６１と負電極プレート６２とを（図示されていない）中間セパレータプレートによって分離しつつ交互に積層した積層体を含む。電極プレートは、セルの全体厚さ（例えば数十ミリメートルから数百ミリメートルの厚さを有する）に比較してきわめて薄い（例えば約０．０９５ｍｍから０．１４５ｍｍまでのオーダーの厚さを有する）ため、図２においては、概略的にしか示されていない。正電極プレート６１、負電極プレート６２及びセパレータプレートは、第１の端面２２及び第２の端面２３に対して平行に配向されている。

第１の端子８０の内側部分８１は、正電極プレート６１に電気的に接続されており、第２の端子９０の内側部分９１は、負電極プレート６２に電気的に接続されている。第１の端子８０及び第２の端子９０は、導電性材料、例えば銅又はアルミニウム製の薄い条片又は帯状体である。ここで使用されているように、「薄い条片」なる語は、材料厚さが材料幅及び材料長さに比較してきわめて小さく、材料幅が材料長さに比較して小さい、細長い形状をいう。第１の端子８０及び第２の端子９０は、手動で可鍛な程度に充分に薄い。第１の端子の内側部分８１は、電極アセンブリ６０とケーシングの第１の側面２４との間に配置されている。第２の端子の内側部分９１は、第１の端子の内側部分８１に対する電極アセンブリ６０の反対面、即ち、電極アセンブリ６０とケーシングの第３の側面２６との間に配置されている。第１の端子８０及び第２の端子９０は、封止状態のセルケーシング２１の第１の端面２２を通っている。

セルケーシング２１の外側では、第１の端子８０が、内側部分８１に接続された近端とその反対側の遠端とを有する脚部８２を含む。また、第１の端子８０は、脚部８２の遠端に形成された帯状部分８４を含む。脚部８２及び帯状部分８４は、帯状部分８４が脚部８２を横断する方向に延在する「Ｔ字状」構成で配置されている。第２の端子９０は、セルケーシング２１の外側に配置された脚部９２を含む。脚部９２は、内側部分９１に接続された近端を有するが、その遠端側に横断する帯状体を有さない。

第１の端子８０の脚部８２は、第１の側面２４に沿って第１の端面２２を通り、第１の端面２２への法線方向で突出し、脚部８２が第１の側面２４に重なるように第１の側面２４へ折り曲げられる。脚部８２は、第１の側面２４のほぼ中央部に少なくとも重なる充分な長さを有する。帯状部分８４は、セルケーシング２１に密に重なりかつその形状に適合するように、セルケーシング２１の周のまわりに折り曲げられる。帯状部分８４は、帯状部分８４が第１の側面２４に沿って延在して第２の側面２５及び第４の側面２７に巻き付けられてその中央部に重なり得るのに充分な長さを有する（図３及び図６）。即ち、帯状部分８４は、セルケーシング２１の３つの側面に重なる。

第２の端子９０の脚部９２は、第３の側面２６に沿って第１の端面２２を通り、第１の端面２２への法線方向で突出し、第３の側面２６に重なるようにその上に折り曲げられる。脚部９２は、第３の側面２６のほぼ中央部に重なる充分な長さを有する（図４及び図５）。

セルケーシング２１の第１の端面２２又は第２の端面２３には、第１の端子８０又は第２の端子９０のいずれの部分も重ならず、セルケーシング２１の第１の端面２２及び第２の端面２３はそれぞれ電気的に中性である。

いくつかの実施形態においては、導電性材料の剛性は、第１の端子８０及び第２の端子９０を上述したセルケーシング２１に対する折曲構成において保持するのに充分である。いくつかの実施形態においては、第１の端子８０及び第２の端子９０は、例えば接着剤又は他の技術を用いて、セルケーシング２１の外面に固定される。

上述した第１の端子８０及び第２の端子９０の構成から、付加的な機械的構造及び／又は接合プロセスなしに、電気的に相互接続可能なセル２０のアレイを許容する「３面１面」配置が提供される。なぜなら、隣り合うセル２０を空間配向及び位置決めするのみで、これらの隣り合うセル２０間に電気的接続を形成可能であり、これにより反対極性の端子が相互に向かい合って接触するからである。反対極性の端子同士を直接に物理的に接触させることにより、これらの端子間の電気的接続が生じる。複数のセル２０は、セル２０のアレイをセル配向の適切な組み合わせで配置することにより、直列、並列又はこれらの組み合わせで配置可能である。付加的に、アレイの特定のセル２０を適切に配向することにより回路パスがコーナーを回るように、この回路パスを形成可能である。

図１及び図７乃至図１０には、直列配置のセル２０のアレイを含むバッテリパック１の例示的実施形態が示されており、これを以下に説明する。

バッテリパックケーシング２は、ベースプレート３と、このベースプレート３に結合される一端を有しかつこのベースプレート３の周を取り囲む側壁４とを含む。バッテリパックケーシング２はまた、側壁４の反対端部に取り外し可能に結合された蓋５を含む。バッテリパック１は、側壁４の第１の側壁部分４ａ上に支持され、かつ、これを通って延在する正のバッテリパック端子６と負のバッテリパック端子７とを含む。

バッテリセル２０のアレイは、各セル２０の例えば第２の端面２３がバッテリパックケーシング２のベースプレート３に面するように、バッテリパックケーシング２内に配置されている。各セル２０は、バッテリセル２０の行Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と列Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５とを含むグリッドパターンで配置されている。各行Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は連続行番号を有し、ｎ個のセル２０［ｎは当該行のセル２０の数に対応する整数］を含む。図示の実施形態においては、ｎは５である。隣り合うセル２０の電気的な直列接続を達成するために、各行Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の全てのセル２０は、所定の行の端に配置された１つのセル２０を除き、同じ空間配向を有する。例えば、奇数番号行Ｒ１，Ｒ３のｎ番目のセル２０（ｎ）と、偶数番号行Ｒ２，Ｒ４の第１のセル２０（１）とは、同じ行の残余のセル２０とは異なる空間配向を有する。所定の行の端の１つのセルの配向は、当該行の残余のセルの配向とは異なるので、隣の行との電気的な直列接続の形成が可能となる。

図示の実施形態においては、奇数番号行Ｒ１，Ｒ３の各セル２０は、第１のセル２０（１）から（ｎ−１）番目のセル２０（ｎ−１）の第１の側面２４が側壁４の第１の側壁部分４ａに面するように配置されている。結果として、第１の行Ｒ１の第１のセル２０（１）の第１の端子８０は、正のバッテリパック端子６に当接し、これとの電気的接続を形成している。さらに、第１のセル２０（１）から（ｎ−１）番目のセル２０（ｎ−１）の第２の端子９０は、当該行の隣のセルの第１の端子８０に当接し、これとの電気的接続を形成している。奇数番号行Ｒ１，Ｒ３のｎ番目のセル２０（ｎ）は、当該ｎ番目のセル２０（ｎ）の第２の側面２５が側壁４の第１の側壁部分４ａに面し、これにより第１の端子８０が（ｎ−１）番目のセル２０（ｎ−１）の第２の端子９０との電気的接続を形成するように、同じ行の残余のセルに対して９０°回転させられている。さらに、奇数番号行では、ｎ番目のセル２０（ｎ）の第３の側面２６が隣の行のｎ番目のセル２０（ｎ）の第２の側面２５に面し、これによりｎ番目のセル２０（ｎ）の第２の端子９０が隣の行（次行）のｎ番目のセル２０（ｎ）との電気的接続を形成している。

偶数番号行Ｒ２，Ｒ４の第２のセル２０（２）からｎ番目のセル２０（ｎ）は、当該第２のセル２０（２）からｎ番目のセル２０（ｎ）の第３の側面２６が側壁４の第１の側壁部分４ａに面するように、配置されている。第２のセル２０（２）からｎ番目のセル２０（ｎ）のこうした配向により、偶数番号行Ｒ２，Ｒ４のｎ番目のセル２０（ｎ）が隣の行（前行）のｎ番目のセル２０（ｎ）との電気的な直列接続を形成することができる。こうした配向によって、第２のセル２０（２）からｎ番目のセル２０（ｎ）の第２の端子９０は、当該行の隣のセルの第１の端子８０に当接し、これとの電気的接続を形成する。偶数番号行Ｒ２，Ｒ４の第１のセル２０（１）は、第２の側面２５が側壁４の第１の側壁部分４ａに面し、かつ、第３の側面２６が隣の行（次行）に面し、これにより当該第１のセル２０（１）の第２の端子９０が隣の行（次行）の第１のセル２０（１）との電気的接続を形成するように、同じ行の残余のセルに対して９０°回転させられている。

隣り合うセル２０間の電気的接続は、１つのセルの第１の端子８０が隣のセル２０の第２の端子９０に接触し、これと電気的接続を形成することによって保証される。いくつかの実施形態においては、行のセル２０とバッテリパックケーシング２の側壁４との間に弾性部材１３を設けることにより、セルの行に沿った圧縮力が得られる。例えば、波型ばね１３を各行Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の一方端又は双方端に配置し、当該行の隣り合うセル２０間の正の接触を保証することができる。同様に、波型ばね１３を各列Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５の一方端又は双方端に配置して、当該列の隣り合うセル２０間の正の接触を保証することができる。

図示の実施形態においては、最後の行は第４行、例えば偶数番号行である。しかし、直列接続のセルアレイを、側壁４の第１の側壁部分４ａに配置された負のバッテリパック端子７に接続するために、行Ｒ４の第１のセル２０（１）が行Ｒ４の残余のセル２０と同じ空間配向を有してもよい。このために、最後の行の第１のセル２０（１）は、当該第１のセル２０（１）の第２の端子９０が負のバッテリパック端子７に当接してこれとの電気的接続を形成し、当該第１のセル２０（１）の第１の端子８０が同じ行Ｒ４の第２のセル２０（２）との電気的接続を形成するように配向されている。

電気絶縁性シート１１は、セル２０とバッテリパックケーシング２との間、及び、セル２０のアレイを通る直列導電路の短絡防止に適するように、行端を除く隣り合うセルの行間に配置される。

また、バッテリパックは、各セルのステータスの監視を可能にするセンサリードハーネス１０を含んでもよい。センサリードハーネス１０は、バッテリパックケーシング２内又は外部位置に配置可能な（図示されていない）バッテリシステムコントローラに接続可能である。

セル２０は、立方体状のセルケーシング２１を有するが、セルケーシング２１は、立方体状に限定されない。例えば、セルケーシング２１の形状は、直方体状であってもよい。図１１に示されている代替実施形態においては、セルケーシング２１’は、細長い第１の側面２４’及び第３の側面２６’及び第１の端面２２’及び第２の端面２３’と、正方形の第２の側面２５’及び第４の側面２７’とを有する。図１２に示されている別の代替実施形態においては、セルケーシング２１’’の側面２４’’，２５’’，２６’’，２７’’が細長く、第１の端面２２’’及び第２の端面２３’’が正方形である。セルケーシング２１の形状が直方体状である場合、セルケーシング２１の第１の寸法（即ち、長さ）及び第２の寸法（即ち、幅）がそれぞれセルケーシング２１の第３の寸法（即ち、高さ）の偶数倍となるように面寸法を設定することにより、２次元アレイ及び３次元アレイとしてのセル２０の密な積層及びパッケージングが可能となる。さらに別の代替実施形態においては、セルケーシング２１は、例えば（図示されていない）六角状に配置された側面を有する八面体構造のような密なパッケージングを可能にする別のポリゴン形状を有してもよい。

図１３乃至図１５によれば、代替実施形態のセル１２０は、金属ラミネートフィルムから形成されるパウチタイプのセルケーシングであるセルケーシング１２１を含む。セルケーシング１２１は、直方体状である。セルケーシング１２１は、従来の角柱形セルケーシングの比と類似の比を有する。特に、セル長さ、セル幅及びセル高さがそれぞれ異なる寸法であるため、セルケーシング１２１の各側面は細長い。セルケーシング１２１は、第１の端面１２２、第１の端面１２２に対向する第２の端面１２３、第１の側面１２４、第１の側面１２４に接する第２の側面１２５、第２の側面１２５に接しかつ第１の側面１２４に対向する第３の側面１２６、並びに、第３の側面１２６及び第１の側面１２４に接しかつ第２の側面１２５に対向する第４の側面１２７を有する、直交する６つの面を有する。第１の側面１２４，第２の側面１２５、第３の側面１２６及び第４の側面１２７のそれぞれは、第１の端面１２２と第２の端面１２３との間を延在しており、６つの面が、電極アセンブリ６０によって占有される封止された内部空間を協働して画定している。第１の端面１２２及び第２の端面１２３は第２の側面１２５及び第４の側面１２７より大きな面積を有し、第２の側面１２５及び第４の側面１２７は第１の側面１２４及び第３の側面１２６より大きな面積を有する。

先の実施形態と同様に、電極アセンブリ６０が電解質とともにセルケーシング１２１内に封入され、これにより電力形成蓄積ユニットが形成される。電極アセンブリ６０の正電極プレート６１、負電極プレート６２及び（図示されていない）セパレータプレートは、第１の端面１２２及び第２の端面１２３に対して平行に配向されている。

第１の端子１８０の内側部分１８１は正電極プレート６１に電気的に接続されており、第２の端子１９０の内側部分１９１は負電極プレート６２に電気的に接続されている。第１の端子１８０及び第２の端子１９０は、導電性材料、例えば銅又はアルミニウム製の薄い条片又は薄い帯状体である。ここで使用されているように、「薄い条片」なる語は、材料厚さが材料幅及び材料長さに比較してきわめて小さく、材料幅が材料長さに比較して小さい、細長い形状をいう。第１の端子１８０及び第２の端子１９０は、手動で可鍛な程度に充分に薄い。

第１の端子の内側部分１８１は、電極アセンブリ６０とケーシングの第３の側面１２６との間に配置されている。第２の端子の内側部分１９１は、第１の端子の内側部分１８１に対する電極アセンブリ６０の反対面、即ち、電極アセンブリ６０とケーシングの第１の側面１２４との間に配置されている。第１の端子１８０及び第２の端子１９０は、封止状態のセルケーシング１２１の第１の端面１２２を通っている。

第１の端子１８０は、第３の側面１２６に沿って第１の端面１２２を通り、第１の端面１２２への法線方向で突出し、脚部１８２が第１の端面１２２に重なるように第１の端面１２２の外面上に折り曲げられている。脚部１８２は、第１の端面１２２のほぼ中央部に少なくとも重なる充分な長さを有する。図示の実施形態においては、脚部１８２は第３の側面１２６近くまで延在している。

第２の端子１９０は、第１の側面１２４に沿って第１の端面１２２を通り、第１の端面１２２への法線方向で突出し、第１の側面１２４の外面上に折り曲げられている。第２の端子１９０は、第１の側面１２４に重なり、さらに第２の端面１２３のほぼ中央部に少なくとも重なる充分な長さを有する。特に、第２の端子１９０は、第１の側面１２４に重なる第１の脚部１９２と、第２の端面１２３に重なるように第１の脚部１９２に対して直角に配向された第２の脚部１９４とを含む。

第１の端子１８０は、脚部１８２から突出し、ケーシングの第２の側面１２５の部分上に折り曲げられた、第１のタブ１８６を含む。このため、第１の端子１８０は、セルケーシング１２１の２つの側面（例えば第１の端面１２２及び第２の側面１２５）に重なっている。さらに、第２の端子１９０は、第２の脚部１９４から突出し、ケーシングの第２の側面１２５の部分上に折り曲げられた、第２のタブ１９６を含む。このため、第２の端子１９０は、セルケーシング１２１の３つの側面（例えば第１の側面１２４、第２の端面１２３及び第２の側面１２５）に重なっている。第１のタブ１８６及び第２のタブ１９６は、第１の側面１２４と第３の側面１２６との間の中ほどに、第２の側面１２５に沿って配置されており、第１のタブ１８６と第２のタブ１９６との間に空隙が生じるように相互に離間されている。

ケーシングの第４の側面１２７には第１の端子１８０及び第２の端子１９０のいずれの部分も重ならず、ケーシングの第４の側面１２７は電気的に中性である。

いくつかの実施形態においては、第１の端子１８０及び第２の端子１９０の形成に用いられる導電性材料の剛性は、第１の端子１８０及び第２の端子１９０をセルケーシング１２１に対する上述した折曲構成において保持するのに充分である。いくつかの実施形態においては、第１の端子１８０及び第２の端子１９０は、例えば接着剤又は他の技術を用いて、セルケーシング１２１の外面に固定される。

図１６によれば、第１の端子１８０及び第２の端子１９０の上述した構成から、付加的な機械的構造及び／又は結合プロセスなしに、電気的な相互接続が可能なセル１２０のアレイの「３面１面」配置が提供される。なぜなら、隣り合うセル１２０を空間配向及び位置決めするのみでこれらの隣り合うセル１２０間に電気的接続を形成可能であり、これにより、反対極性の端子が相互に向かい合って接触するからである。反対極性の端子同士を直接に物理接触させることにより、これらの端子間の電気的接続が生じる。複数のセル１２０は、セル１２０を１×ｎアレイに配置することによって直列に配置可能である。例えば、図１６に示されている実施形態においては、セル１２０は、バッテリパック２での使用に適するように、１×１４アレイで配置されている。

図１７によれば、アレイにおいて、各セルの第４の側面１２７がバッテリパックケーシングのベースプレート３上に位置している。さらに、各セル１２０は、１つのセルの第２の端面１２３が隣のセルの第１の端面１２２に面しかつ当接するように配置されている。このため、１つのセル１２０の第２の端子１９０の第２の脚部１９４は、隣のセル１２０の第１の端子１８０の脚部１８２に当接し、かつ、これとの電気的接続を形成する。アレイにおいて、セルの第１の側面１２４はコプレーナ面である。第２の端子１９０の第１の脚部１９２がセルの第１の側面１２４に重なっているので、セルケーシングの第１の側面１２４に沿って、各セル１２０の第１の脚部１９２に接触するように、冷却プレート２００を配置することができる。いくつかの実施形態においては、冷却プレート２００は、各第２の端子１９０に溶接可能である。冷却プレート２００は、負電極プレート６２と冷却プレート２００との間の第２の端子１９０を介した直接の熱伝導路により、セル１２０の高効率の冷却を提供可能である。

アレイにおいては、セルの第２の側面１２５もコプレーナ面である。端子のタブ１８６，１９６がセルの第２の側面１２５に重なっているので、セル監視センサ（図１６に長方形囲みで概略的に示されている）及び／又はバッテリ管理制御回路は、タブ１８６，１９６に容易に接触してこれらとの電気的接続を形成可能である。

図示の実施形態には「積層」電極アセンブリを含むパウチタイプのリチウムイオンセル２が含まれているが、セル２はこのセルケーシングタイプ及び／又は電極構成に限定されない。例えば、セル２は角柱形ケーシングを有し、「ジェリーロール」電極アセンブリを含むことができる。別の例として、セル２がパウチタイプのケーシングを有し、「折曲」電極アセンブリを含んでもよい。さらに別の例として、セル２がパウチタイプのケーシングを有し、「ジェリーロール」電極アセンブリを含んでもよい。

図示の実施形態においては、第１の端子８０，１８０が正電極プレート６１に接続されており、第２の端子９０，１９０が負電極プレート６２に接続されている。ただし、第１の端子８０を負電極プレート６２に接続可能であり、第２の端子９０を正電極プレート６１に接続可能な構成も考えられる。

図示の実施形態においては、端子８０，９０，１８０，１９０は、セルケーシング２１がその配向に基づく種々の電気的接続を形成することができるように、セルケーシングの外面にストラテジにしたがって配置されている。ただし、端子を使用せずに同じ効果を達成するために、セルケーシング２１のストラテジ部分を直接に正電極６１及び負電極６２に接続することもできる。例えば、セルケーシングの第１の側面、第２の側面及び第４の側面を直接に正電極に接続可能であり、セルケーシングの第３の側面を直接に負電極に接続することもできる。即ち、セルケーシング２１の側面２４，２５，２６，２７は、端子８０，９０，１８０，１９０の機能を実行し、隣のセルとの電気的接続を形成することができる。

図示の実施形態においては、バッテリ１は、４行Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４、５列Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５のセル２０の２次元アレイを含む。ただし、バッテリパック１は２次元アレイに限定されず、代替的にセル２０の３次元アレイを収容してもよい。さらに、アレイ内に設けられる行列数は４行５列に限定されず、むしろ、行列の数は、特定用途の出力及び必要スペース、並びに、アレイ形成に用いられるセル２０の寸法及び形状によって少なくとも部分的に定められる。

図示の実施形態においては、３面１面端子配置はセルケーシング上で実現され、これにより、隣り合うバッテリセル２０間の電気的な相互接続が可能となる。ただし、代替的に、３面１面端子配置を他のタイプのエネルギ蓄積装置、例えば、これに限定されるものではないがバッテリモジュールで実現することができ、これにより隣り合うバッテリモジュール間の電気的な相互接続が可能となる。

バッテリセル及びセルケーシングの例示的な選択実施形態を上で詳しく説明した。ここでは、本発明の装置の明確化に必要と考えられる構造のみを説明したことを理解されたい。他の従来の構造及びバッテリシステムの補助的かつ付加的な部品は周知であって当業者に理解されているものとする。さらに、バッテリセル及びバッテリセルケーシングの動作例も上で説明したが、バッテリセル及び／又はバッテリセルケーシングは上で説明した動作例に限定されず、特許請求の範囲に記載した装置からの逸脱なしに種々の設計変更を実行可能である。

Claims (14)

1. バッテリセルであって、
   ６つの直交する面を有し、前記６つの面は、封止された内部空間を協働して画定している、直方体状のセルケーシングと、
   前記内部空間内に配置されており、第１の電気極性に対応する第１の電極及び前記第１の電気極性とは反対の第２の電気極性に対応する第２の電極を含む電極アセンブリと、
   前記第１の電極に電気的に接続された第１の端子と、
   前記第２の電極に電気的に接続された第２の端子と、
   を含み、
   前記第１の端子の一部は、前記セルケーシングの３つの隣接する側面上の、前記セルケーシングの外面に重なるように構成されており、
   前記第２の端子の一部は、前記３つの隣接する側面のうち１つに隣接する第４の側面上の、前記セルケーシングの外面に重なるように構成されており、
   直方体状の前記セルケーシングは、第１の端面と、前記第１の端面に対向する第２の端面と、第１の側面と、前記第１の側面に接する第２の側面と、前記第２の側面に接しかつ前記第１の側面に対向する第３の側面と、前記第３の側面及び前記第１の側面に接しかつ前記第２の側面に対向する第４の側面とを有し、前記第１の側面及び前記第２の側面及び前記第３の側面及び前記第４の側面のそれぞれは、前記第１の端面と前記第２の端面との間に延在しており、
   前記第１の端子の前記一部は、前記セルケーシングの前記第１の端面の外面に重なるように構成されており、
   前記第２の端子の前記一部は、前記第１の側面及び前記第２の端面及び前記第２の側面の外面に重なるように構成されており、
   前記セルの少なくとも１つの側面は、電気的に中性となるように構成されている、
   バッテリセル。
2. 前記バッテリセルは、パウチセルである、
   請求項１に記載のバッテリセル。
3. 前記バッテリセルは、角柱形セルである、
   請求項１に記載のバッテリセル。
4. 前記バッテリセルは、第１の寸法及び第２の寸法及び第３の寸法を有しており、前記第２の寸法及び前記第３の寸法は、それぞれ前記第１の寸法の偶数倍である、
   請求項１に記載のバッテリセル。
5. 前記第１の端子及び前記第２の端子は、導電性材料の、幅が長さに比較して小さい条片である、
   請求項１に記載のバッテリセル。
6. 前記第１の端子は、前記セルケーシングの３つの側面に巻き付けられた導電性材料の条片を含む、
   請求項１に記載のバッテリセル。
7. 前記第１の端子は、前記セルケーシングの外面の形状に適合する導電性材料の条片である、
   請求項１に記載のバッテリセル。
8. 前記第１の端子及び前記第２の端子はそれぞれ、内面及び外面を有する導電性帯状体であり、前記第１の端子の内面は、前記第１の側面及び前記第２の側面及び前記第４の側面の一部に面して重なっており、前記第２の端子の内面は、前記第３の側面の一部に面して重なっている、
   請求項１に記載のバッテリセル。
9. バッテリパックケーシングと前記ケーシング内に配置されたバッテリセルとを含むバッテリパックであって、
   前記バッテリセルは、
   ６つの直交する面を有し、前記６つの面は、封止された内部空間を協働して画定している、直方体状のセルケーシングと、
   前記内部空間内に配置されており、第１の電気極性に対応する第１の電極及び前記第１の電気極性とは反対の第２の電気極性に対応する第２の電極を含む電極アセンブリと、
   前記第１の電極に電気的に接続された第１の端子と、
   前記第２の電極に電気的に接続された第２の端子と、
   を含み、
   前記第１の端子の一部は、前記セルケーシングの３つの隣接する側面上の、前記セルケーシングの外面に重なるように構成されており、
   前記第２の端子の一部は、前記３つの隣接する側面のうち１つに隣接する第４の側面上の、前記セルケーシングの外面に重なるように構成されており、
   直方体状の前記セルケーシングは、第１の端面と、前記第１の端面に対向する第２の端面と、第１の側面と、前記第１の側面に接する第２の側面と、前記第２の側面に接しかつ前記第１の側面に対向する第３の側面と、前記第３の側面及び前記第１の側面に接しかつ前記第２の側面に対向する第４の側面とを有し、前記第１の側面及び前記第２の側面及び前記第３の側面及び前記第４の側面のそれぞれは、前記第１の端面と前記第２の端面との間に延在しており、
   前記第１の端子の前記一部は、前記セルケーシングの前記第１の端面の外面に重なるように構成されており、
   前記第２の端子の前記一部は、前記第１の側面及び前記第２の端面及び第２の側面の外面に重なるように構成されており、
   前記セルの少なくとも１つの側面は、電気的に中性となるように構成されている、
   バッテリパック。
10. 前記バッテリパックは、前記バッテリパックケーシング内に配置された前記バッテリセルのアレイを含み、各バッテリセルは、前記バッテリパックケーシング内で、第１の端子が隣のバッテリセルの第２の端子に面しかつ前記第２の端子との電気的接続を形成するように配置されている、
    請求項９に記載のバッテリパック。
11. 前記バッテリセルのアレイは、バッテリセルの行及びバッテリセルの列を含むグリッドとして配置されており、
    各行は、連続行番号を有し、かつ、ｎ個のセル［ｎは行内のセル数に対応する整数］を含み、
    各行の全てのセルは、奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとを除いて、同じ空間配向を有しており、前記行の全てのセルは直列接続されており、
    奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとが、セルの隣の行との電気的接続を形成している、
    請求項９に記載のバッテリパック。
12. 奇数番号行及び偶数番号行のうち一方のｎ番目のセルと、奇数番号行及び偶数番号行のうち他方の第１のセルとが、同じ行の他のセルの空間配向に対して９０°回転させられている、
    請求項１１に記載のバッテリパック。
13. 前記バッテリパックケーシングは、ベースプレートと、前記ベースプレートを取り囲む側壁とを含み、セルの１次元アレイが、前記バッテリパックケーシング内に配置されている、
    請求項９に記載のバッテリパック。
14. セルのアレイは、各セルの第４の側面が前記ベースプレート上に配置され、かつ、冷却プレートが各セルの第１の側面に当接するように、前記バッテリパックケーシング内に配置されている、
    請求項１３に記載のバッテリパック。

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