特開 2022-55312 電池システム用のシールド層を有する積層バスバー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022055312

(43)【公開日】2022-04-07

(54)【発明の名称】電池システム用のシールド層を有する積層バスバー

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/507 20210101AFI20220331BHJP

   H01M 50/526 20210101ALI20220331BHJP

   H01M 50/521 20210101ALI20220331BHJP

   H01M 50/522 20210101ALI20220331BHJP

   H01M 50/51 20210101ALI20220331BHJP

   H01M 50/588 20210101ALI20220331BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20220331BHJP

【ＦＩ】

H01M50/507

H01M50/526

H01M50/521

H01M50/522

H01M50/51

H01M50/588

H01M50/591

【審査請求】有

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021129456

(22)【出願日】2021-08-06

(31)【優先権主張番号】17/034,322

(32)【優先日】2020-09-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】520490406

【氏名又は名称】リヴィアン アイピー ホールディングス，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100092783

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120134

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 規雄

(74)【代理人】

【識別番号】100103182

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 真美

(74)【代理人】

【識別番号】100141025

【弁理士】

【氏名又は名称】阿久津 勝久

(72)【発明者】

【氏名】エサン バゼリ

(72)【発明者】

【氏名】カイル バターフィールド

【テーマコード（参考）】

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H043AA03

5H043AA10

5H043AA13

5H043CA03

5H043CA21

5H043FA04

5H043FA22

5H043GA23

5H043GA25

5H043JA13F

5H043JA21F

5H043KA06F

5H043KA08F

5H043KA09F

5H043KA45F

5H043LA21F

(57)【要約】      （修正有）

【課題】熱事象に対して保護するシールド層を有する積層バスバー、および該バスバーを含む電池システムを提供する。
【解決手段】積層バスバーアセンブリ１２１は、複数の電池セルに電気的に結合されるように構成された１つ以上のバスバーと、１つ以上のバスバーに隣接して配置された１つ以上の絶縁層と、１つ以上のバスバーと複数の電池セル１１１～１１６との間に配置された鋼層１３０と、を含む。鋼層は、複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルと関連する熱事象から、１つ以上のバスバーを遮蔽するように構成されている。電池セルの各々が、鋼層に面する、電気端子が位置するそれぞれの通気端部を各々含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層バスバーアセンブリであって、
複数の電池セルに電気的に結合されるように構成された少なくとも１つのバスバーと、
前記少なくとも１つのバスバーに隣接して配置された絶縁層であって、誘電体である、絶縁層と、
前記絶縁層に隣接して配置された鋼層であって、前記鋼層は、前記少なくとも１つのバスバーと前記複数の電池セルとの間に配置され、前記鋼層は、前記複数の電池セルのうちの１つ以上の電池セルに関連する熱事象から前記少なくとも１つのバスバーを遮蔽するように構成されている、鋼層と、を含み、前記複数の電池セルが各々、前記鋼層に面するそれぞれの通気端部を含む、積層バスバーアセンブリ。

【請求項2】

前記少なくとも１つのバスバーが、アルミニウム材料又は銅材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の積層バスバーアセンブリ。

【請求項3】

前記鋼層の一部分が、エアギャップによって前記絶縁層から分離されている、請求項１に記載の積層バスバーアセンブリ。

【請求項4】

１つ以上の絶縁体を更に含み、前記１つ以上の絶縁体が誘電材料を含み、前記１つ以上の絶縁体が、前記エアギャップを通って延在する、請求項３に記載の積層バスバーアセンブリ。

【請求項5】

前記積層バスバーアセンブリが、単一の製作物として設置されるように構成されている、請求項１に記載の積層バスバーアセンブリ。

【請求項6】

前記少なくとも１つのバスバーが、第１のバスバー及び第２のバスバーを含み、
前記絶縁層が、前記第２のバスバーと前記鋼層との間に配置され、
前記積層バスバーアセンブリは、前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーの第１の側に配置された第２の絶縁層を更に含む、請求項１に記載の積層バスバーアセンブリ。

【請求項7】

電池システムであって、
第１の電池モジュール内に配置された複数の第１の電池セルであって、各々がそれぞれの通気端部を含む、複数の第１の電池セルと、
第２の電池モジュール内に配置された複数の第２の電池セルであって、前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールが互いに隣接して配置され、前記第１の電池モジュール及び前記第２の電池モジュールは、直列に電気的に結合されている、複数の第２の電池セルと、
前記複数の第１の電池セル及び前記複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように配置構成された、積層バスバーアセンブリと、を含み、前記積層バスバーアセンブリが、前記それぞれの通気端部に面する前記第１の電池モジュールの第１の部分の上に配置され、前記積層バスバーアセンブリが、
前記複数の第１の電池セル及び前記複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成された第１のバスバーと、
前記複数の第１の電池セル及び前記複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成された第２のバスバーと、
前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとの間に配置された第１の絶縁層と、
前記第２のバスバーに隣接して配置された第２の絶縁層と、
第２の層に隣接して配置された鋼層であって、前記鋼層は、前記第２のバスバーと前記複数の電池セルとの間に配置され、前記鋼層は、前記複数の第１の電池セルのうちの１つ以上の電池セルに関連する熱事象から前記第１のバスバー及び前記第２のバスバーを遮蔽するように構成されている、鋼層と、を含む、電池システム。

【請求項8】

前記第１のバスバーが、アルミニウム材料又は銅材料のうちの少なくとも１つを含み、前記第２のバスバーが、アルミニウム材料又は銅材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項７に記載の電池システム。

【請求項9】

前記鋼層の一部分が、エアギャップによって前記第２の絶縁層から分離されている、請求項７に記載の電池システム。

【請求項10】

１つ以上の絶縁体を更に含み、前記１つ以上の絶縁体が誘電材料を含み、前記１つ以上の絶縁体が、前記エアギャップを通って延在する、請求項９に記載の電池システム。

【請求項11】

前記鋼層が、電気的に接地されるように構成されている、請求項７に記載の電池システム。

【請求項12】

前記第１の絶縁層とは反対側の前記第１のバスバーに隣接して配置された第３の絶縁層を更に含む、請求項７に記載の電池システム。

【請求項13】

前記積層バスバーアセンブリが、前記電池システム内に単一の製作物として設置される、請求項７に記載の電池システム。

【請求項14】

電池システムであって、
各々がそれぞれの複数の電池セルを含んだ複数の電池モジュールであって、前記電池モジュールが複数のバスバーによって電気的に結合され、前記複数の第１の電池セルは各々、それぞれの通気端部を含む、複数の電池モジュールと、
前記複数のバスバーのうちの少なくとも１つのバスバーを含む積層バスバーアセンブリと、を含み、前記積層バスバーアセンブリが、前記複数の第１の電池セル及び前記複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成され、前記少なくとも１つのバスバーが、前記第１の電池モジュールの第１の部分の上に配置され、前記積層バスバーアセンブリが、
前記少なくとも１つのバスバーに隣接して配置された絶縁層と、
前記少なくとも１つの絶縁層に隣接して配置された鋼層であって、前記鋼層は、前記少なくとも１つのバスバーと前記複数の電池セルとの間に配置され、前記鋼層は、前記複数の電池モジュールのうちの１つ以上の電池モジュールに関連する熱事象から前記少なくとも１つのバスバーを遮蔽するように構成されている、鋼層と、を更に含む、電池システム。

【請求項15】

前記少なくとも１つのバスバーが、アルミニウム材料又は銅材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の電池システム。

【請求項16】

前記鋼層の一部分が、エアギャップによって前記絶縁層から分離されている、請求項１４に記載の電池システム。

【請求項17】

１つ以上の絶縁体を更に含み、前記１つ以上の絶縁体が誘電材料を含み、前記１つ以上の絶縁体が、前記エアギャップを通って延在する、請求項１６に記載の電池システム。

【請求項18】

前記鋼層が、電気的に接地されるように構成されている、請求項１４に記載の電池システム。

【請求項19】

前記絶縁層が第１の絶縁層であり、前記電池システムが、前記第１の絶縁層とは反対側の前記少なくとも１つのバスバーに隣接して配置された第２の絶縁層を更に含む、請求項１４に記載の電池システム。

【請求項20】

前記積層バスバーアセンブリが、前記電池システム内に単一の製作物として設置される、請求項１４に記載の電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電池システムのための積層バスバーに関し、より具体的には、熱事象に対して保護するシールド層を有するバスバーに関する。

【発明の概要】

【0002】

いくつかの実施形態において、本開示は、少なくとも１つのバスバーと、絶縁層と、鋼層と、を含む、積層バスバーアセンブリに関する。少なくとも１つのバスバーは、複数の電池セルに電気的に結合されるように構成される。絶縁層は、少なくとも１つのバスバーに隣接して配置され、誘電体である。鋼層は、絶縁層に隣接して配置され、少なくとも１つのバスバーと複数の電池セルとの間に配置される。鋼層は、複数の電池セルの１つ以上の電池セルに関連する熱事象から少なくとも１つのバスバーを遮蔽するように構成されている。複数の電池セルは各々、鋼層に面するそれぞれの通気端部を含む。

【0003】

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのバスバーは、アルミニウム材料、銅材料、任意の他の好適な導電性材料、又はそれらの任意の組み合わせを含む。

【0004】

いくつかの実施形態において、鋼層の一部分は、エアギャップによって絶縁層から分離される。いくつかの実施形態において、積層バスバーアセンブリは、エアギャップを通って延在する、誘電材料で作製された１つ以上の絶縁体（離隔絶縁器（スタンドオ◆フ）を含む。

【0005】

いくつかの実施形態において、積層バスバーアセンブリは、単一の製作物（加工物（ワーク））として設置されるように構成される。例えば、積層バスバーアセンブリは、単一の構成要素として取り扱ってもよい。

【0006】

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのバスバーは、第１のバスバー及び第２のバスバーを含み、絶縁層は、第２のバスバーと鋼層との間に配置され、積層バスバーアセンブリは、第１のバスバー及び第２のバスバーの第１の側に配置された第２の絶縁層を含む。

【0007】

いくつかの実施形態において、本開示は、第１の電池モジュール内に配置された複数の第１の電池セルと、第２の電池モジュール内に配置された複数の第２の電池セルと、複数の第１の電池セル及び複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成された積層バスバーアセンブリと、を含む電池システムに関する。複数の第１の電池セル及び複数の第２の電池セルは各々、それぞれの通気端部を含む。例えば、電気端子は、通気端部において同心円状に配置されてもよく、端子間の領域は通気孔として構成されてもよい。第１の電池モジュール及び第２の電池モジュールは、互いに隣接して配置され、直列に電気的に結合される。積層バスバーアセンブリは、それぞれの通気端部に面する第１の電池モジュールの第１の部分の上に配置される。積層バスバーは、複数の第１の電池セル及び複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成された第１のバスバーと、複数の第１の電池セル及び複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成された第２のバスバーと、第１のバスバーと第２のバスバーとの間に配置された第１の絶縁層と、第２のバスバーに隣接して配置された第２の絶縁層と、第２の層に隣接して配置され、かつ第２のバスバーと複数の電池セルとの間に配置された鋼層と、を含む。鋼層は、複数の第１の電池セルの１つ以上の電池セルに関連する熱事象から、第１のバスバー及び第２のバスバーを遮蔽するように構成される。いくつかの実施形態において、積層バスバーアセンブリは、電池システム内に単一の製作物として設置される。

【0008】

いくつかの実施形態において、鋼層は、電気的に接地されるように構成される。

【0009】

いくつかの実施形態において、積層バスバーは、第１の絶縁層とは反対側の第１のバスバーに隣接して配置された第３の絶縁層を含む。

【0010】

いくつかの実施形態において、本開示は、各々がそれぞれの複数の電池セルと、積層バスバーアセンブリとを含む、複数の電池モジュールを含む電池システムに関する。電池モジュールは、複数のバスバーによって電気的に結合され、各々の電池セルは、それぞれの通気端部を含む。積層バスバーアセンブリは、複数のバスバーの少なくとも１つのバスバーを含む。積層バスバーアセンブリは、複数の第１の電池セル及び複数の第２の電池セルに電気的に結合されるように構成される。少なくとも１つのバスバーは、第１の電池モジュールの第１の部分の上に配置される。積層バスバーアセンブリはまた、少なくとも１つのバスバーに隣接して配置された絶縁層と、少なくとも１つの絶縁層に隣接して配置され、少なくとも１つのバスバーと複数の電池セルとの間に配置された鋼層と、を含む。鋼層は、複数の電池モジュールの１つ以上の電池モジュールに関連する熱事象から少なくとも１つのバスバーを遮蔽するように構成されている。

【0011】

本開示を、１つ以上の様々な実施形態に従って、以下の図を参照して詳細に説明する。図面は、例示のみを目的として提供され、単に典型的又は例示的な実施形態を示す。これらの図面は、本明細書に開示される概念の理解を容易にするために提供され、これらの概念の広さ、範囲、又は適用性を限定するものと見なされるべきではない。明確にするために、また、説明を容易にするために、これらの図面は必ずしも縮尺どおりに作製されていないことに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示のいくつかの実施形態に係る、シールド層を含む積層バスバーアセンブリを有する例示的な電池システムの断面正面図を示す。

【図2】本開示のいくつかの実施形態に係る、積層バスバーアセンブリを有する例示的な電池システムの断面正面図を示す。

【図3】本開示のいくつかの実施形態に係る、熱事象を受ける例示的な電池システムの断面正面図を示す。

【図4】本開示のいくつかの実施形態に係る、積層バスバーアセンブリを有する例示的な電池システムの斜視図を示す。

【図5】本開示のいくつかの実施形態に係る、複数の電池モジュールを有する例示的な電池システムの上面図を示す。

【図6】本開示のいくつかの実施形態に係る、層を有する例示的な積層バスバーアセンブリの断面側面図を示す。

【図7】本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のバスバーを有する例示的な積層バスバーアセンブリの断面側面図を示す。

【図8】本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のバスバーを有する別の例示的な積層バスバーアセンブリの断面側面図を示す。

【図9】本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のシールドを有する別の例示的な積層バスバーアセンブリの断面側面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

いくつかの実施形態において、電池システムは、各々が複数の電池セルを含む１つ以上の電池モジュールを含む。電池セルのサブセットは並列に電気的に接続され、サブセットは、一連の集電体（又はバスバー）によって直列に電気的に接続される。例えば、端子電流コレクタ又はバスバーは、ＤＣバスを画定する電位差を呈する。いくつかの実施形態において、スイッチング構成要素、ヒューズ構成要素、電池モジュールのフル電圧を保持するバスバー、任意の他の好適な電力電子機器、任意の他の好適な構成要素、又はそれらの任意の組み合わせは、電池モジュール（複数可）上又はその近くに配置されてもよい。いくつかの実施形態において、積層バスバーは、構成要素間の好適な電気的接続を作製するために、電池システムの側面（例えば、前面、後面、又は任意の側面）上に配置される。いくつかのそのような実施形態では、積層バスバーは、電池モジュールの一部分の上に延在し、したがって、１つ以上の電池セル（例えば、電池セルの通気端部）の上に配置されてもよい。例えば、電池セルが熱事象を受ける場合、近傍のバスバーは損傷し得る。したがって、電池セルから遮蔽される電池モジュールの上に配置された、積層バスバーを提供することが望ましい場合がある。

【0014】

例示的な例では、円筒形電池セルは、電池セルの第１の軸方向端部及び円筒形の側部（例えば、外側）を覆うジャケット（例えば、鋼）を含んでもよい。ジャケットは、電池セルの第２の軸方向端部のリムで終端する。第２の軸方向端部はまた、典型的には、ジャケットリムとボタン電極との間の通気構造体（例えば、正極及び負極の両方が、同心パターンで第２の軸方向端部に配置される）。電池セルが過熱するか、又は別の方法で熱事象を受けるとき、ガス、グリット、火炎、火花、又はこれらの組み合わせは、通気構造体を通って逃げることができる。したがって、電池セルの通気端部に面する構成要素は、したがって、熱事象中に損傷する場合がある。

【0015】

いくつかの実施形態において、本開示は、鋼層（例えば、外層）を有する積層バスバーに関する。例えば、鋼層は、電池モジュールに面する（例えば、電池セルに最も近い）積層バスバーの側面上に位置決めされてもよい。いくつかの実施形態において、鋼層は、積層バスバーの下に配置された電池セルが熱事象を受ける場合に、積層バスバーのための熱保護を提供するように構成され配置される。

【0016】

図１は、本開示のいくつかの実施形態に係る、シールド層１３０を含む、積層バスバーアセンブリ１２１を有する例示的な電池システム１００の一部分の断面正面図を示す。電池システム１００は、電池モジュール１１０及び積層バスバーアセンブリ１２１を含む。積層バスバーアセンブリ１２１は、バスバースタック１２０と、シールド層１３０と、空間（例えば、エアギャップ）を含んでもよいが、これらを含まなくてもよい境界面１４０を含む。図示されるように、積層バスバーアセンブリ１２１及び電池モジュール１１０のシールド層１３０は、空間１４１によって分離される。電池モジュール１１０は、電池セル１１１、１１２、１１３、１１４、１１５及び１１６（例えば、電池モジュール１１０の電池セルのサブセットを表し得る）を含む。図示されるように、電池セル１１１～１１６の各々は、上端に配置された正端子及び負端子の両方を有する円筒形電池セルを含んでもよい（例えば、図示されるように、積層バスバーアセンブリ１２１に向かって）。積層バスバーアセンブリ１２１は、単一の製作物として設置されるように構成されてもよい。例えば、シールド層１３０及びバスバースタック１２０は、互いに接着されるか、又は別の方法で結合されて、ユニットとして電池システム１００内に設置され得る層の積層体を形成してもよい。

【0017】

図示されるように、バスバースタック１２０は、いくつかの層を含む。例えば、バスバースタック１２０の層は、バスバー（例えば、複数の電池セルから電流を分配又は収集するための導電性要素）、絶縁層（例えば、誘電材料）、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。例えば、バスバースタック１２０の１つ以上の層は、導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、炭素繊維）を含んでもよく、一方、１つ以上の他の層は、導電性層又はバスバースタック１２０の部分間に電気的絶縁を提供するための電気絶縁材料を含んでもよい。

【0018】

いくつかの実施形態では、例えば、シールド層１３０は、鋼層（例えば、プレート又はシート）を含む。いくつかの実施形態において、中間層（例えば、図示されるような境界面１４０）は、シールド層１３０とバスバースタック１２０との間に位置決めされる。層１４０は、例えば、エアギャップ、絶縁体、断熱材、任意の他の好適な構成要素若しくは材料、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態において、例えば、中間層は、エアギャップと絶縁体との組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、中間層は、例えば、誘電体シートなどの断熱材層を含む。いくつかの実施形態において、層境界面１４０及びシールド層１３０の厚さ及び特性は、電池セルの熱事象から（例えば、電池セル１１１～１１６の１つ以上から）熱保護を提供するのに十分である。例えば、境界面１４０は、シールド層１３０がバスバースタック１２０に隣接している隣接境界面を含んでもよい。更なる例では、境界面１４０は、シールド層１３０が、積層バスバー１２０から離間されている（例えば、絶縁、エアギャップ、絶縁体、又はそれらの間に配置されたこれらの組み合わせと）から離間されている、ギャップを有する境界面を含んでもよい。いくつかの実施形態において、例えば、境界面１４０は厚さ約０．５ｍｍであってもよい。いくつかの実施形態において、例えば、電池システムが電気自動車用に構成されている場合、シールド層１３０は車両地面に接地されてもよい。

【0019】

例示するために、電池システム１００は、電池モジュール１１０の上の積層バスバーアセンブリ１２１の配置を可能にし得る。いくつかの実施形態において、シールド層１３０は、別個の構成要素又は構成要素間の追加の間隔を必要とすることなく、バスバースタック１２０に熱保護を提供するように構成される。いくつかの実施形態において、シールド層１３０は、任意の好適な製造プロセスを使用して組み立てられたバスバースタック１２０の一部として（例えば、電池システム１００を組み立てるための組み立て時間を短縮するため）含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、電池システム１００は、最小パッケージ高さで熱保護されたバスバーを提供する（例えば、パッケージング密度を増加させるため）。

【0020】

空間１４１は、任意の好適な厚さ、及び積層バスバーアセンブリ１２１と電池モジュール１１０との間の介在材料を含んでもよい。例えば、空間１４１は、エアギャップ、絶縁層（例えば、熱的絶縁、電気的絶縁、又はその両方）、１つ以上の絶縁体、任意の他の好適な間隙若しくは層、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。例示するために、いくつかの実施形態において、積層バスバーアセンブリ１２１が組み立てられ、次いで電池モジュール１１０の上にユニットとして設置される。更に例示するために、いくつかの実施形態において、積層バスバーアセンブリ１２１又はその両方を積層した電池モジュール１１０は、空間１４１の少なくとも一部分（例えば、電流キャリア、接地構成要素、又は他の潜在的な電気的短絡位置の上に配置される）電気的絶縁を含んでもよい。

【0021】

例示するために、積層バスバーアセンブリ（例えば、積層バスバーアセンブリ１２１）は、バスバー間及び他の構成要素からの絶縁を提供するように配置されている、電流のための経路指定及び電気導体及び誘電体の複数の層を含んでもよい。層は、（例えば、任意の好適な電気特性を有する任意の好適な接着剤で）接着され、（例えば、特定の圧力又は厚さに）プレスされ、加工され（例えば、加熱され、化学的に処理され、トリミングされる）、又は別の方法で組み合わされて、単一の構成要素として取り扱うことができる積層バスバーアセンブリを形成してもよい。積層バスバーアセンブリは、電流運搬部材（例えば、バスバー）を経路指定及び絶縁するための、構造的に剛性の、輪郭形成された、コンパクトな構成要素を提供することができる。例えば、例示するために、積層バスバーアセンブリが実質的に平面であってもよい（例えば、面内寸法に対して比較的小さい厚さを有する平坦な）場合があり、電池システム内の利用可能な空間に適合するように整形されてもよく、アセンブリは、コンパクトな設計を維持するためにより容易に設置され得る。

【0022】

更に例示するために、積層バスバーアセンブリ（例えば、積層バスバーアセンブリ１２１）は、例えば、各層間のポリイミド（ＰＩ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの誘電材料の層によって互いに絶縁された複数の層の電子導体を含んでもよい。導電性及び誘電体層は、高温で配置され、プレスされ、及び焼成されてもよく、統合された積層アセンブリをもたらすことができる。

【0023】

図２は、本開示のいくつかの実施形態に係る、積層バスバーアセンブリ２２１を有する例示的な電池システム２００の断面正面図を示す。電池システム２００は、バスバースタック２２０及びシールド層２３０を含む電池モジュール２１０及びバスバーアセンブリ２２１を含む。図示されるように、バスバースタック２２０及びシールド層２３０は、積層バスバーアセンブリ２２１として統合され、層２４０によって分離される。図示されるように、積層バスバーアセンブリ２２１及び電池モジュール２１０は、空間２４１によって分離される。電池モジュール２１０は、電池セル２１１、２１２、２１３、２１４、２１５及び２１６（例えば、電池モジュール２１０の電池セルのサブセットを表し得る）を含む。例えば、電池モジュール２１０は、図１の電池モジュール１１０と同様であってもよい。更なる例では、バスバースタック２２０は、図１のバスバースタック１２０と同様であってもよい。積層バスバーアセンブリ２２１は、単一の製作物として設置されるように構成されてもよい。例えば、シールド層２３０及びバスバースタック２２０は、互いに接着されるか、又は別の方法で結合されて、ユニットとして電池システム２００内に設置され得る層の積層体を形成してもよい。

【0024】

図示されるように、バスバースタック２２０は、例えば、１つ以上のバスバー（例えば、複数の電池セルから電流を分配又は収集するための導電性要素）、１つ以上の絶縁層（例えば、誘電材料）、又はそれらの任意の組み合わせなどのいくつかの層を含む。例示するために、積層バスバーアセンブリ２２１は、電気ＤＣバスを画定し、誘電体層によって分離され、シールド層２３０及び任意の他の好適な構成要素からの更なる誘電体層（複数可）によって絶縁される、２つのバスバーを含んでもよい。

【0025】

いくつかの実施形態において、例えば、シールド層２３０は、積層バスバー２２１の一部として構成されたスチールトレイを含む（例えば、バスバースタック２２０に固定される）。いくつかの実施形態において、中間層（例えば、図示されるような層２４０）は、シールド層２３０とバスバースタック２２０との間に形成される。層２４０は、例えば、エアギャップ、絶縁体、断熱材、任意の他の好適な構成要素若しくは材料、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態において、例えば、中間層は、エアギャップと絶縁体との組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態において、層２４０及びシールド層２３０の厚さ及び特性は、電池セルの熱事象から（例えば、電池セル２１１～２１６の１つ以上から）熱保護を提供するのに十分である。いくつかの実施形態において、例えば、層２４０は厚さ約０．５ｍｍであってもよい。例示するために、層２４０は、バスバースタック２２０から離れて延在するシールド層２３０の絶縁体領域によって形成される（例えば、絶縁体はシールド層２３０に統合された、又はシールド層２３０とは別個の構成要素でもよい）。いくつかの実施形態において、例えば、電池システムが電気自動車用に構成されている場合、シールド層２３０は車両地面に接地されてもよい。シールド層２３０は、任意の好適な厚さ及び形状を有する任意の好適な材料を含んでもよく、電池モジュール２１０から任意の好適な距離（例えば、隣接して又は間隔をあけて）配置されてもよい。

【0026】

図３は、本開示のいくつかの実施形態に係る、熱事象３９０を受ける例示的な電池システム３００の断面正面図を示す。電池システム３００は、電池モジュール３１０と、バスバースタック３２０及びシールド層３３０を含む、積層バスバーアセンブリ３２１と、を含む。図示されるように、バスバースタック３２０及びシールド層３３０は、境界面３４０で交わる。電池モジュール３１０は、電池セル３１１、３１２、３１３、３１４、３１５及び３１６（例えば、電池モジュール３１０の電池セルのサブセットを表し得る）を含む。例えば、電池モジュール３１０は、図１の電池モジュール１１０と同様であってもよく、バスバースタック３２０は、図１のバスバースタック１２０と同様であってもよく、シールド層３３０は、図１のシールド層１３０と同様であってもよい。シールド層３３０は、火花（例えば、イオン化ガス種）、燃えさし、砕片、ホットジェット、高温ガス、放射熱伝達、対流熱伝達、又はこれらの組み合わせからバスバースタック３２０を保護することができる。絶縁、エアギャップ、絶縁体、又はそれらの好適な組み合わせを含んでもよい境界面３４０は、対流熱伝達、導電性熱伝達、又はこれらの組み合わせからバスバースタック３２０のための追加のシールドを提供し得る。積層バスバーアセンブリ３２１は、空間３４１によって電池モジュール３１０から分離される。空間３４１は、接触界面（例えば、分離なし）、エアギャップ、絶縁体、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0027】

いくつかの状況では、１つ以上の電池セルは、熱事象を経験し得る。例えば、動作中、電池セルは、通気、火災、熱暴走、過熱、アーク放電（例えば、火花又はプラズマの発生）、電気的短絡、バスバーのための損傷環境を生成し得る任意の他の故障モード、又はそれらの任意の組み合わせを受けることができる。図３に示されるように、電池セル３１２は、局所的温度を上昇させる熱事象３９０を受けている。例えば、シールド層３３０の領域３３１は、熱事象３９０によって加熱され、したがって、シールド層３３０の残りの部分よりも高温であってもよい。シールド層３３０に熱が伝達され、シールド層３３０全体にわたって伝導されると、バスバースタック３２０の近傍及び内部の温度フィールドは、シールド層３３０が存在しない場合よりも比較的小さくてもよい。例えば、バスバースタック３２０の領域３２２は、熱事象３９０によるいくらかの温度上昇を経験し得る。しかしながら、領域３２２の温度上昇（例えば、バスバースタック３２０の残りの部分と比較して）は、シールド層３３０なしの構成と比較して低減されてもよい。更なる実施例では、領域３２２は、シールド層３３０の領域３３１よりも低い温度、より低い温度上昇、又は両方を経験し得る。動作中の積層バスバー３２０のより低い温度、より低い温度上昇、又は両方を達成することにより、より長い寿命、故障の可能性の低減、より良好な動作、よりコンパクトな設計、又はこれらの組み合わせを可能にすることができる。例示するために、熱事象３９０のアーティファクト及び態様（例えば、高温ガス、火花、衝突ガスジェット、砕片、放射）は、バスバースタック３２０に直接影響を及ぼすことができず、したがって、バスバースタック３２０は熱事象３９０から遮蔽され、熱事象３９０の間、所望通りに（例えば、連続的に、又はシャットダウン又は故障管理を可能にするのに十分な期間にわたって）動作することができる。

【0028】

更なる実施例では、シールド層３３０の存在は、熱事象３９０によって引き起こされる砕片が、バスバースタック３２０に著しく影響することから遮断するか、又は別の方法で緩和することができる。例えば、熱事象３９０の爆発又は他のエネルギー的態様は、金属片、粉塵、微粒子、プラズマ、燃えさし、火花、又は他の放散物を電池システム３００の周囲部分に排出させることができる。いくつかのそのような状況において、シールド層３３０を有さない構成と比較すると、シールド層３３０は、積層バスバー３２０に到達することから放散物をブロックする、バスバースタック３２０に到達する放散物を遅延させる、バスバースタック３２０に到達する前に放散物を冷却する、又は別の方法で、バスバースタック３２０への放散物の影響を低減する。例示するために、シールド層３３０は、フレームに接地された鋼を含み、熱事象からの放散物は、バスバースタック３２０に悪影響を及ぼすことなく、冷却、消火、物理的な遮断、又は別の方法で緩和されてもよい。シールド層３３０は他の機能を果たす必要がないため、熱事象３９０によるシールド層３３０の劣化は、電池システムの動作を損なったり、又は別の方法で侵害したりすることはない。例示するために、シールド層３３０は比較的安価であり、電池システム３００内で電気的接続を行うのに使用されず、むしろ損傷からバスバースタック３２０を保護するために使用される。更に、シールド層３３０は、バスバースタック３２０への損傷を低減することによって、電池システム３００が熱事象３９０中で動作できる時間を延ばすことができるので、制御システム又は診断システムは、熱事象３９０を特定し、それに応じて電池システム３００の動作を調節してもよい（例えば、現在の負荷を低減する、制御されたシャットダウンを行う、急なシャットダウンを行う、アクティブな緩和手段を起動する、ユーザに警告する、ウォッチドッグ若しくは他の監視システム、又はこれらの組み合わせを警告する）。

【0029】

図４は、本開示のいくつかの実施形態に係る、積層バスバーアセンブリ４５０を有する例示的な電池システム４００の斜視図を示す。図示されるように、電池システム４００は、積層バスバーアセンブリ４５０、電池モジュール４１０（例えば、電池セル４１１が１つである複数の電池セルを含む）、電池モジュール４２０（例えば、電池セル４２１が１つである複数の電池セルを含む）、側壁４１３及び４１４、並びにカバー４１２を含む。積層バスバーアセンブリ４５０は、１つ以上の集電体、１つ以上のバスバー（例えば、電気的絶縁層によって分離される）、１つ以上の絶縁層、１つ以上のシールド層、任意の他の好適な構成要素、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。例えば、積層バスバーアセンブリ４５０は、図１～３のバスバーアセンブリ、積層バスバー、及びシールド層のいずれかを含んでもよい。

【0030】

電池モジュール４１０及び４２０の各々の複数の電池セルは、並列に電気的に結合された電池セルのサブセット及び直列に電気的に結合されたサブセットを有する、平面内に（例えば、アレイ、パターン、又は任意の他の好適な配置で）配置されてもよい。例えば、積層バスバーアセンブリ４５０は、電池モジュール４１０及び４２０の複数の電池セルの端子電圧に対応するバスバーを含んでもよく、また、ＤＣバスを形成するための第２のバスバーも含んでもよい。いくつかの実施形態（図示せず）では、２つ以上の積層バスバーアセンブリ４５０が含まれていてもよい。

【0031】

図５は、本開示のいくつかの実施形態に係る、複数の電池モジュールを有する例示的な電池システム５００の上面図を示す。電池システム５００は、図示されるように、直列に接続された電池モジュール５０３、５０４、５０５、５０６、５０７、５０８、５０９、５１０及び５１１、複数のバスバー（例えば、バスバー５１２及び５１４、並びに積層バスバーアセンブリ５５０）、並びに高電圧分配システム（例えば、領域５０２は高電圧分配システムを含む）を含む。積層バスバー５５０は、電池モジュール５０３の上部に配置されている（例えば、電池モジュール５０３の大部分は図５では見えない）。例示するために、いくつかの実施形態において、複数の電池モジュールの最も正に帯電した端子にわたる電位、及び複数の電池モジュールの最も負に帯電した端子にわたる電位は、３００Ｖを超える。いくつかの実施形態において、電池の最も正に帯電した端子及び最も負に帯電した端子は、それぞれのバスバー（例えば、バスバー５１２及び／又はバスバー５１４）に電気的に結合されてもよい。例えば、電池システム５００は、未交換の負端子バスバー（例えば、バスバー５１２）及び未交換の正端子バスバー（例えば、バスバー５１４）を含んでもよい。未交換の負端子バスバー及び未交換の正端子バスバーは、電池システム５００の領域５０２に示される本明細書に記載の高電圧分配システム（例えば、高電圧分配システム）の構成要素であってもよい。

【0032】

高電圧分配システムは、領域５０２において電池システム５００の最も左側に示されているが、高電圧分配システムは、本開示の範囲から逸脱することなく、電池システム５００の任意の位置に位置してもよい。このような実施形態では、高電圧分配システムの位置は、（例えば、電気自動車のクラッシュ、又は未交換のバスバーの長さに起因する）電気的短絡の危険性を最小化するように選択されてもよい。高電圧分配システムは、１つ以上のコンタクタ、ヒューズ、電流センサ、電圧センサ、温度センサ、スイッチ、電力電子機器（例えば、ＩＧＢＴ）、電気ハードウェア、任意の他の好適な構成要素、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。高電圧分配システムは、ＤＣバスを１つ以上の他のシステム（例えば、モータドライブ、モータ、ヒータ、ポンプ、圧縮機）に送るために使用されてもよい。バスバーアセンブリ５５０は、領域５０２の近くで、電池モジュール５０３の上方に（例えば、したがって、電池モジュール５０３の電池セルの上方に）配置される。したがって、積層バスバーアセンブリ５５０は、シールド層（例えば、鋼層）を含んでもよく、電池セルに関連する熱事象及び他の故障からの悪影響を緩和、防止、又は別の方法で軽減してもよい。図示されるように、シールド層は、（例えば、エアギャップを伴う又は伴わない）積層バスバーアセンブリ５５０と電池モジュール５０３との間の境界面に配置される。

【0033】

図６～図９は、本開示による、例示的な積層バスバーアセンブリを示す。積層バスバーアセンブリは、図６～図９の層、特徴、構成、及び配置のいずれかを任意の好適な組み合わせで含んでもよい。例示するために、図６～図９の積層バスバーアセンブリは、電池システム（例えば、電気自動車）の高電圧分配システムに含まれていてもよい。

【0034】

図６は、本開示のいくつかの実施形態に係る、層を有する例示的な積層バスバーアセンブリ６００の断面側面図を示す。図示されるように、積層バスバーアセンブリ６００は、層６０１、６０２、６０３、６０４及び６０５を含む。５つの層を有するものとして示されているが、バスバーアセンブリは、任意の好適な数の層、構成要素、又は任意の好適な特性（例えば、電気的、機械的、熱的）を有する他の好適な構成要素を含んでもよい。

【0035】

例示的な例では、層６０１及び６０４は誘電絶縁層を含んでもよく、層６０３は集電体を含んでもよく、層６０２は、層６０３の集電体に電気的に結合された集電体（例えば、ＤＣバスを画定するバスバー又は端子バスバー）を含んでもよく、層６０５はシールド層（例えば、鋼層）を含んでもよい。更なる例示的な例では、層６０１及び６０４は、誘電絶縁層を含んでもよく、層６０２は、電池セルのサブセットに電気的に結合されたバスバーを含んでもよく、層６０４は、（例えば、絶縁体の有無にかかわらず）エアギャップを含んでもよく、層６０５はシールド層（例えば、鋼層）であってもよい。

【0036】

図７は、本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のバスバーを有する例示的な積層バスバーアセンブリ７００の断面側面図を示す。図示されるように、積層バスバーアセンブリ７００は、層７０１、７０２、７０３、７０４、７０５及び７０６を含む。図示されるように、層７０１、７０３及び７０５は、誘電絶縁層を含み、層７０２及び層７０４は、集電体（例えば、ＤＣバスを画定するバスバー）を含み、層７０６はシールド層（例えば、鋼層）を含む。例えば、層７０２及び７０４は、例えば、各々が電池システムのＤＣバス（例えば、電気自動車用）を画定する、銅バスバー（又は任意の他の好適な材料）を含んでもよい。したがって、層７０６は層７０５によって層７０２及び７０４から電気的に絶縁されてもよく、層７０６は、電池セルに関連する事象（例えば、図示されるように層７０６の下に配置された）イベントに対してシールドを提供することができる。

【0037】

図８は、本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のバスバーを有する例示的な積層バスバーアセンブリ８００の断面側面図を示す。図示されるように、積層バスバーアセンブリ８００は、層８０１、８０２、８０３、８０４、８０５及び８０６を含む。図示されるように、層８０１、８０２及び８０５は、誘電絶縁層を含み、層８０３及び層８０４は、集電体（例えば、ＤＣバスを画定するバスバー）を含み、層８０６はシールド層（例えば、鋼層）を含む。例えば、層８０３及び８０４は、例えば、各々が電池システムのＤＣバス（例えば、電気自動車用）を画定する、銅バスバー（又は任意の他の好適な材料）を含んでもよい。図示されるように、層８０３及び８０４は、積層構成で配置される必要はなく、代わりに部分的又は完全にオフセットされてもよい。層８０６は層８０５によって層８０３及び８０４から電気的に絶縁され、層８０６は、電池セルに関連する事象（例えば、図示されるように層８０６の下に配置された）イベントに対してシールドを提供することができる。いくつかの実施形態において、層８０２は層８０３と８０４との間の分離を提供するために、含まれる必要はなく（例えば、層８０３及び８０４は、同じ平面内にあるが、エアギャップによって離間されていてもよい）、又は全体層として延在する必要はない（例えば、層８０２は、層８０３と８０４との間の空間又は垂直境界面にのみ含まれていてもよい）。

【0038】

図９は、本開示のいくつかの実施形態に係る、２つ以上のシールドを有する別の例示的な積層バスバーアセンブリ９００の断面側面図を示す。図示されるように、積層バスバーアセンブリ９００は、層９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６及び９０７を含む。図示されるように、層９０１、９０３及び９０５は、誘電絶縁層を含み、層９０２及び層９０４は、集電体（例えば、ＤＣバスを画定するバスバー）を含み、層９０６及び９０７はシールド（例えば、鋼層）を含む。例えば、層９０２及び９０４は、例えば、各々が、電池システムのＤＣバス（例えば、電気自動車用）を画定する、銅バスバー（又は任意の他の好適な材料）を含んでもよい。層９０６及び９０７は、層９０５によって層９０２及び層９０４から電気的に絶縁され、電池セルに関連する事象（例えば、図示されるように、層９０６及び９０７の下に配置される）。シールド層は、単一層、非連続層、バスバーアセンブリの残りの部分と電池モジュール又はその複数の電池セルとの間に配置された１つ以上のシールドを含んでもよい。例えば、バスバーアセンブリは、特定の電池セルから遮蔽するための１つ以上の部分に沿ったシールドを含んでもよい（例えば、シールドは個々の電池モジュールに対応してもよく、層９０６と９０７との間の図示された間隙は、層の下に配置された２つの隣接する電池モジュール間の間隙の上方に位置決めされてもよい）。

【0039】

例示的な実施例では、図６～図９を参照するが、電気的絶縁層は、ゴム、プラスチック、粉末コーティング、熱収縮、センサ、任意の他の好適な誘電材料、又はそれらの任意の組み合わせなど、任意の好適な電気絶縁材料（複数可）を含んでもよい。例示的な実施例では、図６～図９を参照すると、導電性層（例えば、多数の電気部品に電気的に結合され得る）は、金属、金属材料（例えば、合金、混合物、固溶体）、プレート、シート、センサ、ワイヤ、導電性構成要素に加えて絶縁構成要素、任意の他の好適な構成要素、又はそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。例示するために、電気自動車の文脈において、図６～９の任意の導電性層内のバスバーは、空調圧縮機などの車両付属構成要素と関連する交換３００Ｖ電力ラインに電気的に結合されてもよい。図６～図９の導電性層のいずれかのバスバーは、電池の未交換の端子に電気的に結合されてもよい。例えば、バスバーの一部分は、任意の好適な物理的及び電気的結合方法を使用して、電池の端子に物理的に結合されてもよい。

【0040】

更なる実施例では、積層バスバーアセンブリは、複数の電池セルに電気的に結合されるように構成された少なくとも１つのバスバー（例えば、銅、アルミニウム、又は他の導電性材料で作製された）、少なくとも１つのバスバーに隣接して配置された少なくとも１つの絶縁層であって、誘電体である、少なくとも１つの絶縁層と、その１つの絶縁層に隣接して配置され、かつ少なくとも１つのバスバーと複数の電池セルとの間に配置された鋼層（例えば、電気的に接地され得る）を含んでもよい。鋼層は、複数の電池セルの１つ以上の電池セルに関連する熱事象から少なくとも１つのバスバーを遮蔽するように構成されてもよい。積層バスバーアセンブリの鋼層の一部分は、エアギャップによってその少なくとも１つの絶縁層から分離されてもよい。１つ以上の絶縁体（例えば、誘電材料で作製される）は、エアギャップを通って延在してもよい。例示するために、少なくとも１つのバスバーは、第１のバスバー及び第２のバスバーを含んでもよく、その少なくとも１つの絶縁層は、第１のバスバーの第１の側に配置された第１の絶縁層と、第１の側の反対側の第１のバスバーの第２の側、及び第１のバスバーと第２のバスバーの第１の側との間に配置された第２の絶縁層と、第１の側とは反対側の第２のバスバーの第２の側に配置された第３の絶縁層と、を含む。鋼層は、第３の絶縁層に隣接して配置されてもよい。そのような構成は、互いに絶縁されたバスバー、及び鋼層などの他の構成要素を含んでもよい。

【0041】

上記は、本開示の原理の単なる例示に過ぎず、本開示の範囲から逸脱することなく、当業者によって様々な修正を行うことができる。上述の実施形態は、例示の目的で提示され、限定するものではない。本開示はまた、本明細書に明示的に記載されているもの以外の多くの形態をとることもできる。したがって、本開示は、明示的に開示されている方法、システム、及び装置に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲内である、その変形及び修正を含むことが意図されることが強調される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】