JP7399163B2 - バッテリーパック、およびバッテリーパックを製造するための方法 - Google Patents
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Description
バッテリーパック21は、1つまたは複数のセル30、可撓性ダクト50/230であって、可撓性ダクト50/230と1つまたは複数のセル30の少なくとも1つとの間で熱が交換され得るように1つまたは複数のセル30の少なくとも1つの表面に近接して位置決めされている可撓性ダクト、およびダクト50/230の少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング材料231を含む。任意の数の個々のセルを使用して、バッテリーパック21の所望の電圧および容量を作出できる。
冷却剤流体の圧力は、可撓性ダクトの膨拡を引き起こす。可撓性ダクトは、膨拡すると、円柱型セルの形状により表される波状表面に追従し、それにより円柱型セルの各々と接触する可撓性ダクトの表面積が増加する。これは、セルと可撓性ダクトとの間の熱接触面積および接触圧力を増加させ、可撓性ダクトと個々のセルとの間の熱エネルギーの伝達を向上させるため、有利である。
図7は、バッテリーパック21のセル30の外縁に位置決めされている支持構造70を示す。支持構造70は、ダクト50がセル30のアレイから出て再び入っていく各地点で、バッテリーパック21の相対する側面に沿って位置決めされている。
可撓性ダクト50を膨張させる前に可撓性ダクト50を35個の凹部76へとこのように押し込むことにより、丸みを帯びた縁部75にて可撓性ダクト50にたるみが作出される。このたるみを膨張前の可撓性ダクト50に提供することは、膨張する際のダクト50の捻れの軽減を支援するため、有利である。ノッチ様凹部76は、外側ガイド形成物79の外側支持面78の凹部であり、ダクト50を部分的に受け入れて、丸みを帯びた縁部75の周囲にたるみを作出するのに好適な任意の形状であってもよい。
図13および図14は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト650を示す(簡明性のため、セルは図示されていない)。各ダクト650の第1の管腔は、入口652および出口654に接続されている。各ダクト650の第2の管腔は、入口651および出口653に接続されている。図15および図16は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト750を示す(簡明性のため、セルは図示されていない)。個々の直線状ダクト750の各々は、入口752および出口754を介して接続されており、セルの隣接する列の間に配置されることになる。直線状ダクト750の各々の管腔は、入口および出口の反対側にあるダクト750の端部で接続されている。
可撓性ダクト50の加圧は、可撓性ダクト50の膨拡および個々のセル30の形状への追従を引き起こすだけでなく、個々のセル30をソケット22内の適所に固定する。したがって、膨張した可撓性ダクト50は、セル30を適所に固定するとともに、セルとバスバーとの間の電気的接続を形成するために使用できる。膨張したダクト50を使用してセル30を適所に固定することにより、個々のセル30をクラムシェル20、80の適所に接着剤で固着させる必要性が排除される。
可膨拡性ポッティング材料は、注入後に液体状態から膨拡して硬く固まるため、バッテリーパック21を通る熱伝播を軽減および/または防止できる。可膨拡性ポッティング材料は、高温に、例えば最大で1000℃に曝されると炭化するように設計されたポリウレタン発泡体であってもよい。これは、純粋な炭素の炭化層が優れた断熱材として作用し、それによりバッテリーパック21を通る高エネルギー熱事象の伝播が防止されるため有利である。このように、バッテリーパックは難燃性である。
好ましい実施形態では、フィラー2003は、NANOCYL(RTM)NC7000シリーズの薄い多層カーボンナノチューブを含むが、炭素、カーボンブラック、グラファイト、グラファイトプレートレット、グラフェン、多層カーボンナノチューブもしくは単層カーボンナノチューブなどの炭素ベースのフィラー材料、または酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、もしくは酸化亜鉛などのセラミックフィラー材料などの、任意の好適なフィラー材料を使用できる。フィラー材料の粒子は、細長く管状であり、1~10nmの直径および0.5~5nmの長さを有してもよい。あるいは、フィラーの粒子は、実質的に球状であり、平均直径が1nm~10μmであってもよい。
Claims (50)
- 1つまたは複数のセル、
可撓性および可膨張性ダクトであって、前記ダクトと前記1つまたは複数のセルの少なくとも1つとの間で熱が交換され得るように前記1つまたは複数のセルの少なくとも1つの表面に近接して位置決めされている可撓性および可膨張性ダクト、
および前記ダクトの少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング手段を含み、
使用時に前記ダクトの形状が、前記1つまたは複数のセルの表面形状に部分的に追従するように、流体が前記ダクトに挿入されることを特徴とする、
バッテリーパック。 - 前記ダクトは複数のダクトであることを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは各ダクトは、可膨拡性ダクトである、請求項1または2に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、1つまたは複数の実質的に直線状の区画を含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、蛇行ダクトであることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記1つまたは複数のセルは複数のセルのアレイであることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記セルまたは各セルは、円柱型セルであることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、1つもしくは複数のセルの間におよび/または1つもしくは複数のセルに隣接して位置決めされていることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記1つまたは複数のセルの側面と直接的に熱接触していることを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記1つまたは複数のセルの側面と、インターフェース領域またはインターフェース材料を介して間接的に熱接触していることを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、冷却剤材料が前記ダクトを通って流動できるように開口形状を有することを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記ダクトまたは前記ダクトの各々内の加圧冷却剤流体により、および/または前記ポッティング手段との接着により、前記開口形状に維持されることを特徴とする、請求項11に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、発泡体を含むことを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、断熱発泡体を含むことを特徴とする、請求項13に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、膨化性、膨拡性、および/またはポリウレタン発泡体を含むことを特徴とする、請求項13または請求項14に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂を含むことを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、少なくとも1つのダクトの少なくとも一部に対する硬性支持体として作用することを特徴とする、請求項1~16のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、前記セルおよび前記ダクトを前記バッテリーパック内の適所に固定することを特徴とする、請求項1~17のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、少なくとも1つのダクトの少なくとも一部が中に配置される空洞を画成することを特徴とする、請求項1~18のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ポッティング手段は、1つまたは複数のダクトの少なくとも一部に接着剤で取り付けられていることを特徴とする、請求項1~19のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、可膨張性プラスチック材料で形成されていることを特徴とする、請求項1~20のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記可膨張性プラスチック材料は、ポリエステル、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、または高密度ポリエチレン(HDPE)であることを特徴とする、請求項21に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトは、単一管腔ダクトであることを特徴とする、請求項1~22のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記ダクトは、多管腔ダクトであることを特徴とする、請求項1~22のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 少なくとも1つのダクトに対して支持を提供するように構成されている少なくとも1つの支持手段を含むことを特徴とする、請求項1~24のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- 前記支持手段または各支持手段は、前記ダクトが方向を変えるおよび/または反転させる地点でダクトに対して支持を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項25に記載のバッテリーパック。
- 前記支持手段または各支持手段は、ガイドチャネルを含むことを特徴とする、請求項25または請求項26に記載のバッテリーパック。
- 熱管理システムに作動可能に接続されていることを特徴とする、請求項1~27のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
- バッテリーパックを製造するための方法であって、
1つまたは複数のセルを準備するステップ、
可撓性および可膨張性ダクトを、前記ダクトと前記1つまたは複数のセルの少なくとも1つとの間で熱が交換され得るように前記1つまたは複数のセルの前記少なくとも1つの表面に近接して位置決めするステップ、
流体を、前記ダクトの形状が前記1つまたは複数のセルの表面形状に部分的に追従するように、前記ダクトに挿入するステップ、
および前記ダクトの少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されるポッティング手段を提供するステップ、を含む、
方法。 - 前記1つまたは複数のセルは複数のセルのアレイであることを特徴とする、請求項29に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のセルをバッテリーパックハウジングに配置するステップを含むことを特徴とする、請求項29または請求項30に記載の方法。
- 1つまたは複数のさらなるダクトを、前記さらなるダクトまたは各さらなるダクトと1つまたは複数のセルの少なくとも1つとの間で熱が交換され得るように前記1つまたは複数のセルの表面に近接して位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項29~31のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、セルに隣接するおよび/またはセルの間の位置に位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項29~32のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記バッテリーパック内の蛇行経路に沿って位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項29~33のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記ダクトまたは前記ダクトの各々が未膨張状態にある際に、前記1つまたは複数のセルの少なくとも1つの表面に近接して位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項29~34のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトの少なくとも部分を、前記ダクトの少なくとも一部分に対して支持を提供するための支持手段内に配置するステップを含むことを特徴とする、請求項29~35のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトの一部分を、前記ダクトが未膨張状態にある際に、前記支持手段の凹部内に配置するステップを含むことを特徴とする、請求項29~36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々に流体を挿入するステップは、前記ダクトが開口形状へと膨拡することを引き起こすことを特徴とする、請求項29~37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段を、前記ポッティング手段が粘性状態または液体状態にある間に、前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~39のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入する前に、前記ダクトまたは前記ダクトの各々に流体を挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入する前に、前記ダクトまたは前記ダクトの各々を加圧および/または膨張させるステップを含むことを特徴とする、請求項29~41のいずれか一項に記載の方法。
- 可膨拡性ポッティング手段を前記バッテリーパックに注入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~42のいずれか一項に記載の方法。
- 発泡体を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~42のいずれか一項に記載の方法。
- 膨化性またはポリウレタン発泡体を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~44のいずれか一項に記載の方法。
- 熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項29~42のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段を前記バッテリーパック内で硬化または固化させるステップを含むことを特徴とする、請求項29~46のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ダクトまたは前記ダクトの各々が膨張状態および/または開口形状にある間に、前記ポッティング手段を前記バッテリーパック内で硬化または固化させるステップを含むことを特徴とする、請求項29~47のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段が固まるかまたは固化されるまで、前記ダクト内の圧力を維持するステップを含むことを特徴とする、請求項29~48のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ポッティング手段との接着により、前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記バッテリーパック内で開口形状に維持するステップを含むことを特徴とする、請求項29~49のいずれか一項に記載の方法。
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