特開 2024-14815 向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパック

(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】P2024014815

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパック

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/211 20210101AFI20240125BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

H01M50/211

H01M50/291

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023117955

(22)【出願日】2023-07-20

(31)【優先権主張番号】63/369,200

(32)【優先日】2022-07-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】598073073

【氏名又は名称】ミルウォーキー エレクトリック ツール コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】スブラマニアン、アディティヤ

(72)【発明者】

【氏名】ファスベンダー、カイル、シー．

(72)【発明者】

【氏名】シ、チンファン

(72)【発明者】

【氏名】ガルロフ、アレクセイ

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA01

5H040AT02

5H040AT04

5H040NN00

5H040NN01

5H040NN05

(57)【要約】

【課題】 向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパックを提供する。
【解決手段】 バッテリーパックであって、ハウジングであって、その中の内部体積を少なくとも部分的に画定するハウジングと、ドッキングインタフェースと、内部体積内に少なくとも部分的に配置されたセルパックアセンブリとを含むバッテリーパック。セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルを含み、各バッテリーセルは、本体と、本体から延びるアノードと、本体から延びるカソードとを含み、セルパックアセンブリは、複数のセルの各本体部分を完全に包含する直方体の形状のセルパッキング体積を画定し、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの本体部分の合計体積がセルパッキング体積の８０％以上を占めるようにパッケージ化される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーパックであって、
ハウジングであって、その中の内部体積を少なくとも部分的に画定するハウジングと、
ドッキングインタフェースと、
前記内部体積内に少なくとも部分的に配置されたセルパックアセンブリと
を含み、前記セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルを含み、各バッテリーセルは、本体と、前記本体から延びるアノードと、前記本体から延びるカソードとを含み、
前記セルパックアセンブリは、前記複数のセルの各本体部分を完全に包含する直方体の形状のセルパッキング体積を画定し、
前記セルパックアセンブリは、前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの前記本体部分の合計体積が前記セルパッキング体積の８０％以上を占めるようにパッケージ化される、バッテリーパック。

【請求項2】

前記セルパックアセンブリは、前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの前記本体部分の前記合計体積が前記セルパッキング体積の８５％以上を占めるようにパッケージ化される、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項3】

前記セルパックアセンブリは、前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの前記本体部分の前記合計体積が前記セルパッキング体積の８７．５％以上を占めるようにパッケージ化される、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項4】

前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じ外形寸法を有する、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項5】

前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じバッテリー構造である、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項6】

前記セルパックアセンブリは、その中に含まれる少なくとも５つの個々のバッテリーセルを含む、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項7】

各バッテリーセルの前記本体部分は、直方体形状を形成する、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項8】

前記セルパックアセンブリは、前記複数のバッテリーセルの各本体部分を完全に包含する直方体の形状のセルパッキング体積を画定し、前記セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、前記セルパッキング体積が１５０Ａｈ／Ｌ以上のエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項9】

前記セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、前記セルパッキング体積が１５０Ａｈ／Ｌ～２００Ａｈ／Ｌのエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される、請求項８に記載のバッテリーパック。

【請求項10】

前記セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、前記セルパッキング体積が約１６６．７Ａｈ／Ｌのエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される、請求項８に記載のバッテリーパック。

【請求項11】

前記複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じ構造のものである、請求項８に記載のバッテリーパック。

【請求項12】

各バッテリーセルの前記本体部分は、本体高さ、本体幅及び本体長さを含み、前記本体高さは、少なくとも３ｍｍである、請求項８に記載のバッテリーパック。

【請求項13】

前記本体高さは、７ｍｍである、請求項１２に記載のバッテリーパック。

【請求項14】

前記複数のバッテリーセルは、スタック軸に沿ったスタックにおいて配置され、各バッテリーセルは、前記スタック軸に平行なバッテリーセル高さを画定し、複数の中間部材は、隣接するバッテリーセル間に配置され、各中間部材は、前記スタック軸に平行な中間部材高さを画定し、バッテリーセル高さと中間部材高さとの比は、少なくとも３：１である、請求項１に記載のバッテリーパック。

【請求項15】

バッテリーセル高さと中間部材高さとの前記比は、少なくとも７：１である、請求項１４に記載のバッテリーパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年７月２２日に出願された、先行出願された同時係属中の米国仮特許出願第６３／３６９，２００号明細書に対する優先権を主張し、その特許出願の全内容が参照により本明細書に援用される。

【0002】

本発明は、充電式バッテリーパックに関し、より具体的には、向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパックに関する。

【背景技術】

【0003】

充電式バッテリーパックは、典型的には、バッテリーパックのハウジング内に収容された複数の個々の円筒形のバッテリーセル内に電力を貯蔵する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

一態様では、バッテリーパックは、ハウジングであって、その中の内部体積を少なくとも部分的に画定するハウジングと、ドッキングインタフェースと、内部体積内に少なくとも部分的に配置されたセルパックアセンブリとを含み、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルを含み、各バッテリーセルは、本体と、本体から延びるアノードと、本体から延びるカソードとを含み、セルパックアセンブリは、複数のセルの各本体部分を完全に包含する直方体の形状のセルパッキング体積を画定し、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの本体部分の合計体積がセルパッキング体積の８０％以上を占めるようにパッケージ化される。

【0005】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの本体部分の合計体積がセルパッキング体積の８５％以上を占めるようにパッケージ化される。

【0006】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルの本体部分の合計体積がセルパッキング体積の８７．５％以上を占めるようにパッケージ化される。

【0007】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じ外形寸法を有する。

【0008】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じバッテリー構造である。

【0009】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、セルパックアセンブリは、その中に含まれる少なくとも５つの個々のバッテリーセルを含む。

【0010】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、各バッテリーセルの本体部分は、直方体形状を形成する。

【0011】

別の態様では、バッテリーパックは、ハウジングであって、その中の内部体積を少なくとも部分的に画定するハウジングと、ドッキングインタフェースと、内部体積内に少なくとも部分的に配置されたセルパックアセンブリとを含み、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルを含み、各バッテリーセルは、本体部分と、本体部分から延びるアノードと、本体部分から延びるカソードとを含み、セルパックアセンブリは、複数のバッテリーセルの各本体部分を完全に包含する直方体の形状のセルパッキング体積を画定し、セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、セルパッキング体積が１５０Ａｈ／Ｌ以上のエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される。

【0012】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、セルパッキング体積が１５０Ａｈ／Ｌ～２００Ａｈ／Ｌのエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される。

【0013】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、セルパックアセンブリは、完全に充電されたとき、セルパッキング体積が約１６６．７Ａｈ／Ｌのエネルギーを貯蔵するようにパッケージ化される。

【0014】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じ構造のものである。

【0015】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、各バッテリーセルの本体部分は、本体高さ、本体幅及び本体長さを含み、本体高さは、少なくとも３ｍｍである。

【0016】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、本体高さは、７ｍｍである。

【0017】

別の態様では、バッテリーパックは、ハウジングであって、その中の内部体積を少なくとも部分的に画定するハウジングと、ドッキングインタフェースと、内部体積内に少なくとも部分的に配置されたセルパックアセンブリとを含み、セルパックアセンブリは、スタック軸に沿ったスタックにおいて配置された複数のバッテリーセルを含み、各バッテリーセルは、スタック軸に平行なバッテリーセル高さを画定し、複数の中間部材は、隣接するバッテリーセル間に配置され、各中間部材は、スタック軸に平行な中間部材高さを画定し、バッテリーセル高さと中間部材高さとの比は、少なくとも３：１である。

【0018】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、バッテリーセル高さと中間部材高さとの比は、少なくとも７：１である。

【0019】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、同じバッテリーセル高さを有する。

【0020】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数の中間部材の各中間部材は、同じ中間部材高さを有する。

【0021】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、複数のバッテリーセルの各バッテリーセルは、本体部分と、本体部分から延びるアノードと、本体部分から延びるカソードとを含み、本体部分は、直方体形状を形成する。

【0022】

代わりに又は加えて、任意の組み合わせにおいて、中間部材の少なくとも１つは、直方体形状を形成する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパックの斜視図である。

【図2】図１の線２－２に沿った断面図である。

【図3】図１の充電式バッテリーパックのセルパックアセンブリの斜視図である。

【図4】図３のセルパックアセンブリの側面図である。

【図5】図３のセルパックアセンブリからのバッテリーセルの斜視図である。

【図6】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図7】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図8】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図9】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図10】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図11】セルパックアセンブリの別の実施形態を示す。

【図12】セルパックアセンブリの様々な実施形態を示す。

【図13】セルパックアセンブリの様々な実施形態を示す。

【図14】セルパックアセンブリの様々な実施形態を示す。

【図15】セルパックアセンブリの様々な実施形態を示す。

【図16】セルパックアセンブリの従来技術による実施形態を示す。

【図17】２Ｐ及び３Ｐ形式のバッテリーパックを同じようなサイズの１Ｐ形式のバッテリーパックと比較する。

【図18】２Ｐ及び３Ｐ形式のバッテリーパックを同じようなサイズの１Ｐ形式のバッテリーパックと比較する。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本開示のいずれかの実施形態を詳細に説明する前に、本開示は、その適用において、以下の記述で説明されるか又は以下の図面に図示される構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実践又は実行することが可能である。本明細書で使用される語法及び専門用語は、説明を目的としたものであり、限定するものとみなすべきではないことも理解されたい。

【0025】

図１～図２は、一般的に、電動工具等（図示せず）などの電動式装置に選択的に電力を供給するのに使用するための、向上したエネルギー密度を有する充電式バッテリーパック１０を示す。バッテリーパック１０は、ハウジング１４であって、その中の内部体積１８を少なくとも部分的に画定するハウジング１４と、ハウジング１４によって少なくとも部分的に形成されたドッキングインタフェース２２と、内部体積１８内に配置されたセルパックアセンブリ２６と、バッテリー管理システム３０であって、セルパックアセンブリ２６とドッキングインタフェース２２との両方に電気的に連通し、且つそれらの間で電気エネルギーの流れを選択的に導くように構成されたバッテリー管理システム３０とを含む。

【0026】

図１に示すように、バッテリーパック１０のハウジング１４は、第１の又は上部ハウジング部１４ａ及び第２の又は下部ハウジング部１４ｂを含むクラムシェル構造である。組み立てられると、上部ハウジング部１４ａは、下部ハウジング部１４ｂに（例えば、スナップ、ファスナ等によって）固定して結合されて、それらの間に内部体積１８を少なくとも部分的に封入する。図１に示すように、ハウジング１４は、ハウジング１４に結合された、ゴム被覆されたバンパー３４の対も含み、このバンパー３４の対は、動作中に外部衝撃力がハウジング１４に伝わるのを緩和することを促進するように構成される。

【0027】

図１に示すように、バッテリーパック１０のドッキングインタフェース２２は、バッテリーパック１０を別の装置（例えば、電動工具、バッテリー充電器等）に物理的且つ電気的に接続することができる取り付け場所として機能する。図示した実施形態では、ドッキングインタフェース２２は、上部ハウジング部１４ａと一体的に形成され、レール３８の対、ユーザが作動できるラッチ４２の対及び１つ又は複数の電気接点４６を含み、各電気接点は、外部装置との間で電力を伝送するために、外部装置との一時的な電気接続を形成するように構成される。図示したドッキングインタフェース２２は、「スライドアンドロック」システムの形態として示されているが、他の実施形態では、異なる形態及び接続形式が使用され得ることを理解されたい。

【0028】

図２を参照すると、充電式バッテリーパック１０のセルパックアセンブリ２６は、複数の個々の充電式バッテリーセル５０を含み、これらの充電式バッテリーセル５０は、未使用のスペースを最小化し、全体的なエネルギー貯蔵密度を最大化するように構成された方式において、互いに近接して物理的に配置及びパッケージ化される。より具体的には、個々のセル５０は、互いに結合されるか又は他に固定されて信号スタックを形成し、この信号スタックは、次いで、ハウジング１４の内部体積１８にはめ込まれ得る。図示した実施形態では、個々の充電式バッテリーセル５０の各々は、（例えば、直列及び／又は並列のまとまりを組み合わせて）一緒に配線され、その結果、結果的に得られるセルパックアセンブリ２６は、単一の合成された電気出力を、所望の電力レベルでバッテリー管理システム３０を介してドッキングインタフェース２２に供給するように構成される。バッテリーパック１０の図示した実施形態は、完全に内部体積１８内に配置される単一のセルパックアセンブリ２６を含むが、バッテリーパック１０の他の実施形態では、追加のセルパックアセンブリ２６が存在し得ることを理解されたい。

【0029】

図５に示すように、セルパックアセンブリ２６の各々の個々のバッテリーセル５０は、パウチ又は本体部分５４と、本体部分５４から外側に延びる正のタブ５８（例えば、正の端子）と、本体部分５４から外側に延びる負のタブ６２（例えば、負の端子）とを有するパウチ形式のセルである。図示した実施形態では、負のタブ６２と正のタブ５８との両方は、本体部分５４の単一の縁に沿って本体部分５４を出るが（図３を参照されたい）、他の実施形態では、負のタブ６２及び正のタブ５８は、結果的に得られる電気接続に含まれる距離を最小化するために、必要に応じて任意の場所で本体部分５４から出ることができる。

【0030】

各充電式セル５０の本体部分５４は、密封された内部バッテリー体積（図示せず）を内部に封入する外部半可撓性パウチを含む。次いで、この密封されたバッテリー体積は、複数の層状のアノード材料及びカソード材料を、それらの間にセパレータを挟んだ状態で含んで、充電式リチウム－ポリマーセルを形成する。セルの具体的なレイアウトは、完成したバッテリーパック１０の所望の性能に対して決定的である。

【0031】

図示した充電式セル５０は、一般に、リチウムイオン技術に基づくが、他の実施形態では、異なる形態の充電式バッテリーの化学的性質又はレイアウトが使用され得ることを理解されたい。図示した実施形態では、内部バッテリー体積の構造は、完全に充電されたとき、セル５０の本体部分５４が６５０Ｗｈ／Ｌを貯蔵することができるようなものである。

【0032】

図示した実施形態では、各セル５０の本体部分５４は、セル高さ６６、セル幅７０及びセル長さ７４を画定する実質的に直方体の形状を形成する。図３に示すように、本体部分５４の全体的な形状は、概ね平坦でプレート状であり、セル長さ７４及びセル幅７０は、セル高さ６６よりも相対的にはるかに大きい。図示した形状は、積み重ねるのに適した平面状の上面及び底面７８、８２も生成する。図示した本体部分５４は、上面及び底面７８、８２に平行に設定された切断面に沿った断面形状において概ね矩形であるが、他の実施形態では、全体的に「平坦な」輪郭を依然として維持しながら、異なる断面サイズ及び形状が使用され得ることを理解されたい。例えば、各セル５０の本体部分５４の外部輪郭は、利用可能な内部体積のサイズ及び形状と対応するように変更され得る。

【0033】

図３に示すように、セルパックアセンブリ２６の各々の個々のバッテリーセル５０は、概ね「スタック状」構成に編成され、それにより、あるセル５０の上面７８は、隣接するセル５０の底面８２に隣接して配置されるなどである。セル５０は、各本体部分５４の周縁が概ね整列されて、全体的に直方体形状を生成するようにも向けられる。

【0034】

一部の実施形態では、セルパックアセンブリ２６は、隣接するセル５０間に配置された１つ又は複数の中間層８６を更に含み得る。中間層８６は、絶縁層、冷却層、接着層、遮蔽層等を含み得るが、これらに限定されない。更に他の実施形態では、２つ以上の中間層８６が隣接セル５０の対間に存在し得る。図示した実施形態では、中間層のサイズ（例えば、厚さ）は、スペースが、バッテリーセルではない物品によって占有されるため、最小化される。従って、セル高さ６６と中間層高さ８８との比は、３：１である。他の実施形態では、セル高さ６６と中間層高さ８８との比は、１．５：１、２：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１及び１０：１である。更に別の実施形態では、セル高さ６６と中間層高さ８８との比は、３：１～１０：１、３：１～７：１、５：１～１０：１及び７：１～１０：１である。

【0035】

セル５０及び中間層８６の結果として得られるアセンブリは、各セル５０の上面及び底面７８、８２の幾何学的中心を通り、それらの面に概ね垂直に向けられたスタック軸９０も画定する。スタック軸９０は、個々のセル５０が積み重ねられる方向に整列されることを表すように構成される。図４に示すように、スタック軸９０は、積み重ねられた各セル５０の高さ寸法６６に平行である。

【0036】

セルパックアセンブリ２６のバッテリーセル５０の本体部分５４も、一緒になって、セルパッキング体積又はＣＰＶ１００を画定する（図３及び図４を参照されたい）。この用途の目的のために、物品のＣＰＶ１００は、物品を内部に完全に封入することができる可能な最小の直方体基準ボックスとして画定される。より具体的には、本セルパックアセンブリ２６のＣＰＶ１００は、一般に、負のタブ６２、正のタブ５８又は外側に延びるばりを無視して、積み重ねられた全てのセル５０の本体部分５４を内部に封入することができる可能な最小の直方体基準ボックスを含む（図４を参照されたい）。

【0037】

図示した構造では、セルパックアセンブリ２６の本体部分５４は、積み重ねられたセル５０の各々の本体部分５４の合計体積がＣＰＶ１００の全体的体積の８０％以上を占めるように積み重ねられ、パッケージ化される。他の実施形態では、バッテリーセル５０の各セルの本体部分５４の合計体積は、ＣＰＶ１００の全体的体積の８１％、８２％、８３％、８４％、８５％、８６％、８７％又は８７．５％以上を占め得る。更に他の実施形態では、バッテリーセル５０の各セルの本体部分５４の合計体積は、ＣＰＶ１００の全体的体積の８０％～９０％、８０％～８７．５％、８５％～８７．５％及び８５％～９０％を占め得る。

【0038】

セルパックアセンブリ２６のセル５０は、完全に充電されたとき、対応するＣＰＶ１００が４６４Ｗｈ／Ｌ以上のエネルギーを貯蔵することができるようにもパッケージ化される。他の実施形態では、バッテリーパックアセンブリ２６は、完全に充電されたとき、ＣＰＶ１００が４７５Ｗｈ／Ｌ、５００Ｗｈ／Ｌ、５２５Ｗｈ／Ｌ、５５０Ｗｈ／Ｌ、５７５Ｗｈ／Ｌ、６００Ｗｈ／Ｌ、６２５Ｗｈ／Ｌ及び６５０Ｗｈ／Ｌ以上のエネルギーを貯蔵することができるようにパッケージ化される。更に他の実施形態では、バッテリーパックアセンブリ２６は、完全に充電されたとき、対応するＣＰＶ１００が４６４Ｗｈ／Ｌ～６００Ｗｈ／Ｌ、４６４Ｗｈ／Ｌ～６５０Ｗｈ／Ｌ、５００Ｗｈ／Ｌ～６００Ｗｈ／Ｌ及び５２５Ｗｈ／Ｌ～６００Ｗｈ／Ｌのエネルギーを貯蔵することができるようにパッケージ化される。

【0039】

更に、セルパックアセンブリ２６のセル５０は、完全に充電されたとき、対応するＣＰＶ１００が１２９Ａｈ／Ｌ以上を貯蔵することができるようにパッケージ化される。他の実施形態では、ＣＰＶ１００は、完全に充電されたとき、１４０Ａｈ／Ｌ、１５０Ａｈ／Ｌ、１６０Ａｈ／Ｌ又は１６６．７Ａｈ／Ｌ以上を貯蔵することができる。更に他の実施形態では、セルパックアセンブリ２６のセル５０は、完全に充電されたとき、対応するＣＰＶ１００が１２９Ａｈ／Ｌ～１６６．７Ａｈ／Ｌ、１２９Ａｈ／Ｌ～１７０Ａｈ／Ｌ又は１４０Ａｈ／Ｌ～１６６．７Ａｈ／Ｌを貯蔵することができるようにパッケージ化される。

【0040】

組み立てられると、セルパックアセンブリ２６は、バッテリーハウジング１４の内部体積１８内に配置され、所定の場所に配線され得る。図示した実施形態では、セルパックアセンブリ２６の各セル５０は、構造が同じであり、従って、各本体部分５４は、同様の外形寸法を有する。他の実施形態では、異なるサイズ及び形状を形成する異なるセル構造及び／又はセル形式を組み合わせて、セルパックアセンブリ２６を生成することもできる。

【0041】

未使用の体積を最小化し、バッテリーパック１０の内部体積１８内のエネルギー密度を最大化することに加えて、セルパックアセンブリ２６は、動作させるためにセルパックアセンブリ２６をバッテリーに電気的に統合するのに必要な電気接続の数を最小化し、所与の接続において発生する損失を最小化するために、個々のバッテリーセル５０を利用し、且つパッケージ化するようにも構成される。より具体的には、各セル５０は、一般に、使用のために対応するセル５０をバッテリーパック１０に電気的に組み込むために、２つの電気接合部を生成する必要がある（例えば、１つは、アノードを接続するため、もう１つは、カソードを接続するため）。各電気接合部は、次いで、回路に抵抗を付与する。

【0042】

図示した実施形態では、各セル５０は、溶接面積が３．１３ｍｍ^２よりも大きい溶接型の接続を使用してバッテリーパック１０に接合される。他の実施形態では、各セルは、溶接面積が６．６５ｍｍ^２、１６．２７ｍｍ^２、２７．０３ｍｍ^２又は３６．６５ｍｍ^２よりも大きい溶接型の接続を使用して接合される。

【0043】

他の実施形態では、セルパックアセンブリ２６は、必要とされる接続の数を減らすことにより、電気接続に起因して発生する損失を最小化し得る。より具体的には、セルパックアセンブリ２６は、２Ｐ又は３Ｐ形式のバッテリーを１Ｐシステムと置き換えることができ、それにより接続の数がそれぞれ２又は３の大きさだけ低減されように構成され得る。そのようなシステムでは、１Ｐセルは、同じ又はより小さいハウジング内で元の電力出力要件を維持するように構成される（図１７及び図１８を参照されたい）。

【0044】

図６及び図７は、セルパックアセンブリ１０２６の第１の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ１０２６は、複数（例えば、５つ）の充電式バッテリーセル１０５０を含み、その各々は、第１の代替構造を有し、５Ｓ１Ｐレイアウトのために配線される。次いで、セル１０５０は、それらのセル間に１ｍｍ厚さの中間層１０８６を挟んだ状態で互いに垂直に積み重ねられる。各セル１０５０の本体部分１０５４は、直方体の形状であり、６５ｍｍの本体幅１０７０、９０ｍｍの本体長さ１０７４及び７ｍｍの本体高さ１０６６を有する。５つの本体部分１０５４と５つの中間層１０８６とが一緒になって結果として得られる組み合わせは、幅６５ｍｍ、長さ９０ｍｍ、高さ４０ｍｍのＣＰＶ１１００を画定する（図７を参照されたい）。その結果、セルパックアセンブリ１０２６内に含まれるバッテリーセル１０５０の本体部分１０５４は、全体的なＣＰＶ１１００の体積の８７．５％を占める。本体高さ１０６６と中間層高さ８８との比は、７：１である。

【0045】

更に、バッテリーセル１０５０と中間層１０８６との交互の構造は、ＣＰＶ１１００の（例えば、スタック軸１０９０に平行な）垂直高さ１５００の８７．５％以上がバッテリーセル１０５０の高さによって占められるセルパックアセンブリ１０２６をもたらす。換言すると、ＣＰＶ１１００の垂直高さの１２．５％のみが中間層１０８６によって占められる。

【0046】

図８及び図９は、セルパックアセンブリ２０２６の第２の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ２０２６は、複数（例えば、１０個）の充電式バッテリーセル２０５０を含み、その各々は、第２の代替構造を有し、５Ｓ２Ｐ構成で配線される。次いで、セル２０５０は、それらのセル間に１ｍｍ厚さの中間層２０８６を挟んだ状態で互いに垂直に積み重ねられる。各セル２０５０の本体部分２０５４は、直方体の形状であり、６５ｍｍの本体幅２０７０、９０ｍｍの本体長さ２０７４及び３ｍｍの本体高さ１０６６を有する。１０個の本体部分２０５４と１０個の中間層２０８６とが一緒になって結果として得られる組み合わせは、幅６５ｍｍ、長さ９０ｍｍ、高さ４０ｍｍのＣＰＶ２１００を画定する（図９を参照されたい）。その結果、セルパックアセンブリ２０２６内に含まれるバッテリーセル２０５０の本体部分２０５４は、全体的なＣＰＶ２１００の体積の７５％を占める。本体高さ１０６６と中間層高さ８８との比は、３：１である。

【0047】

更に、バッテリーセル２０５０と中間層２０８６との交互の構造は、ＣＰＶ２１００の（例えば、スタック軸２０９０に平行な）垂直高さ２５００の７５％以上がバッテリーセル２０５０の合計高さによって占められるセルパックアセンブリ２０２６をもたらす。換言すると、ＣＰＶ２１００の垂直高さの２５％が中間層２０８６によって占められる。

【0048】

図１０及び図１１は、セルパックアセンブリ３０２６の第３の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ３０２６は、複数（例えば、１５個）の充電式バッテリーセル３０５０を含み、その各々は、第３の代替構造を有し、５Ｓ３Ｐ構成で配線される。更に、セル３０５０は、それらのセル間に１ｍｍ厚さの中間層３０８６を挟んだ状態で互いに垂直に積み重ねられる。各セル３０５０の本体部分３０５４は、直方体の形状であり、６５ｍｍの本体幅３０７０、９０ｍｍの本体長さ３０７４及び１．６７ｍｍの本体高さ３０６６を有する。１５個の本体部分３０５４と１５個の中間層３０８６とが一緒になって結果として得られる組み合わせは、幅６５ｍｍ、長さ９０ｍｍ、高さ４０ｍｍのＣＰＶ３１００を画定する（図１１を参照されたい）。その結果、セルパックアセンブリ３０２６内に含まれるバッテリーセル３０５０の本体部分３０５４は、全体的なＣＰＶ３１００の体積の６２．５％を占める。本体高さ３０６６と中間層高さ８８との比は、１．６７：１である。

【0049】

更に、バッテリーセル３０５０と中間層３０８６との交互の構造は、ＣＰＶ３１００の（例えば、スタック軸３０９０に平行な）垂直高さ３５００の６２．５％以上がバッテリーセル３０５０の高さによって占められるセルパックアセンブリ３０２６をもたらす。換言すると、ＣＰＶ３１００の垂直高さ３５００の３７．５％が中間層３０８６によって占められる。

【0050】

図１２は、セルパックアセンブリ４０２６の第４の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ４０２６は、複数の充電式バッテリーセル４０５０を含み、その各々は、同じ第４の代替バッテリーセル構造を有する。図示した構造では、セルパックアセンブリ４０２６は、その間に中間層を挟まずに互いに垂直に積み重ねられた３つの個々のセル４０５０を含む。各セル４０５０の本体部分４０５４は、本体部分４０５４全体の体積が２４ｃｃである直方体形状を形成する。セル４０５０は、本体部分４０５４が６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するように４Ａｈの電荷を貯蔵することもできる。セル４０５０の３つの本体部分４０５４は、７２ｃｃのＣＰＶ４１００を生成するように一緒にパッケージ化される。従って、結果として得られるＣＰＶ４１００は、６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度及び１７５Ａｈ／Ｌを有する。

【0051】

図１３は、セルパックアセンブリ５０２６の第５の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ５０２６は、複数の充電式バッテリーセル５０５０を含み、その各々は、同じ第５の代替バッテリーセル構造を有する。図示した構造では、セルパックアセンブリ５０２６は、その間に中間層を挟まずに互いに垂直に積み重ねられた３つの個々のセル５０５０を含む。各セル５０５０の本体部分５０５４は、個々の本体部分５０５４の体積が３０ｃｃである直方体形状を形成する。セル５０５０は、本体部分５０５４が６００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するように５Ａｈの電荷を貯蔵することができる。セル５０５０の３つの本体部分５０５４は、９０ｃｃのＣＰＶ５１００を生成するように一緒にパッケージ化される。従って、結果として得られるＣＰＶ５１００は、６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度及び１７５Ａｈ／Ｌを有する。

【0052】

図１４は、セルパックアセンブリ６０２６の第６の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ６０２６は、複数の充電式バッテリーセル６０５０を含み、その各々は、同じ第６の代替バッテリーセル構造を有する。図示した構造では、セルパックアセンブリ６０２６は、その間に中間層を挟まずに互いに垂直に積み重ねられた２つの個々のセル６０５０を含む。各セル６０５０の本体部分６０５４は、本体部分６０５４全体の体積が３６ｃｃである直方体形状を形成する。セル６０５０は、本体部分６０５４が６００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するように６Ａｈの電荷を貯蔵することができる。セル６０５０の２つの本体部分６０５４は、７２ｃｃのＣＰＶ６１００を生成するように一緒にパッケージ化される。従って、結果として得られるＣＰＶ６１００は、６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度及び１７５Ａｈ／Ｌを有する。

【0053】

図１５は、セルパックアセンブリ７０２６の第７の代替実施形態を示す。セルパックアセンブリ７０２６は、複数の充電式バッテリーセル７０５０を含み、その各々は、同じ第７の代替バッテリーセル構造を有する。図示した構造では、セルパックアセンブリ７０２６は、その間に中間層を挟まずに互いに垂直に積み重ねられた２つの個々のセル７０５０を含む。各セル７０５０の本体部分７０５４は、本体部分７０５４全体の体積が４５ｃｃである直方体形状を形成する。セル７０５０は、本体部分７０５４が６００Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するように１つ当たり７．５Ａｈの電荷を貯蔵することができる。セル７０５０の２つの本体部分７０５４は、９０ｃｃのＣＰＶ７１００を生成するように一緒にパッケージ化される。従って、結果として得られるＣＰＶ７１００は、６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度及び１７５Ａｈ／Ｌを有する。

【0054】

図１６は、電動工具（図示せず）などのバッテリー駆動式装置で使用するための、従来技術によるバッテリーパック８０００を示す。セルパックアセンブリ８０１２は、複数の充電式バッテリーセル８０１６を含み、その各々は、同じ円筒形バッテリーセル構造を有する。図示した構造では、セルパックアセンブリ８０１２は、３つの個々のセル８０１６を含み、その各々は、互いに平行に向けられ、互いに隣り合わせに水平に積み重ねられる（図１６を参照されたい）。各セル８０１６の本体部分８０２０は、個々のセル体積が２４ｃｃである円筒形の形状である。セル８０１６は、各本体部分８０２０が６５０Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度を有するように４Ａｈの電荷を貯蔵することができる。３つの本体部分８０２０は、９３ｃｃのＣＰＶ８１００を生成するように一緒にパッケージ化される。従って、結果として得られるＣＰＶ８１００は、４６４．５Ｗｈ／Ｌのエネルギー密度及び１２９Ａｈ／Ｌを有する。更に、３つのセル８０１６は、３つの本体部分８０２０の合計体積がＣＰＶ８１００の全体積の７９％を占めるようにパッケージ化される。

【0055】

図１７は、複数の円筒形セル９００４ａを含む第１の外部形状を備えた第１のバッテリーハウジング９０００ａと、同じ第１の外部形状であるが、複数のパウチ形式のセル９００４ｂを含む形状を備えた第２のバッテリーハウジング９０００ｂとを比較する。更に、セル９００４ｂは、上述したように、平面状の上面９００８ｂ及び底面９０１２ｂを有するが、上面９００８ｂ及び底面９０１２ｂに平行な非矩形の断面形状も含む。セル９００４ａは、２Ｐ又は３Ｐレイアウトの１つであり、セル９００４ｂは、１Ｐレイアウトである。

【0056】

図１８は、複数の円筒形セル１０００４ａを含む第１の外部形状を備えた第１のバッテリーハウジング１００００ａと、同じ第１の外部形状であるが、複数のパウチ形式のセル１０００４ｂを含む形状を備えた第２のバッテリーハウジング１００００ｂとを比較する。更に、セル１０００４ｂは、上述したように、平面状の上面１０００８ｂ及び底面１００１２ｂを有するが、セル１００００ｂのスタックの軸方向スタック高さ（例えば、軸１００１６ｂに沿った）が軸１００１６ｂに垂直な個々のセル１００００ｂの長さと幅の両方よりも大きくなるように配向される。セル１０００４ａは、２Ｐ又は３Ｐレイアウトの１つであり、セル１０００４ｂは、１Ｐレイアウトである。

【符号の説明】

【0057】

１０ 充電式バッテリーパック
１４ ハウジング
１４ａ 上部ハウジング部
１４ｂ 下部ハウジング部
１８ 内部体積
２２ ドッキングインタフェース
２６ セルパックアセンブリ
３０ バッテリー管理システム
３４ ゴム被覆されたバンパー
３８ レール
４２ ラッチ
４６ 電気接点
５０ 充電式バッテリーセル
５４ 本体部分
５５ セル高さ
５８ 正のタブ
６２ 負のタブ
６６ セル高さ
７０ セル幅
７４ セル長さ
７８ 上面
８２ 底面
８６ 中間層
８８ 中間層高さ
９０ スタック軸
１０２６ セルパックアセンブリ
１０５０ 充電式バッテリーセル
１０５４ 本体部分
１０６６ 本体高さ
１０７０ 本体幅
１０７４ 本体長さ
１０８６ 中間層
１０９０ スタック軸
１５００ 垂直高さ
２０２６ セルパックアセンブリ
２０５０ 充電式バッテリーセル
２０５４ 本体部分
２０７０ 本体幅
２０７４ 本体長さ
２０８６ 中間層
２０９０ スタック軸
２５００ 垂直高さ
３０２６ セルパックアセンブリ
３０５０ 充電式バッテリーセル
３０５４ 本体部分
３０６６ 本体高さ
３０７０ 本体幅
３０７４ 本体長さ
３０８６ 中間層
３０９０ スタック軸
３５００ 垂直高さ
４０２６ セルパックアセンブリ
４０５０ 充電式バッテリーセル
４０５４ 本体部分
５０２６ セルパックアセンブリ
５０５０ 充電式バッテリーセル
５０５４ 本体部分
６０２６ セルパックアセンブリ
６０５０ 充電式バッテリーセル
６０５４ 本体部分
７０２６ セルパックアセンブリ
７０５０ 充電式バッテリーセル
７０５４ 本体部分
８０００ 従来技術によるバッテリーパック
８０１２ セルパックアセンブリ
８０１６ 充電式バッテリーセル
８０２０ 本体部分
９０００ａ 第１のバッテリーハウジング
９０００ｂ 第２のバッテリーハウジング
９００４ａ 円筒形セル
９００４ｂ パウチ形式のセル
９００８ｂ 上面
９０１２ｂ 底面
１００００ａ 第１のバッテリーハウジング
１００００ｂ 第２のバッテリーハウジング
１０００４ａ 円筒形セル
１０００４ｂ パウチ形式のセル
１０００８ｂ 上面
１００１２ｂ 底面
１００１６ｂ 軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【外国語明細書】