特許 7583794 結束軸に対して平行に互いに配置された複数のバッテリセルを有する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】結束軸に対して平行に互いに配置された複数のバッテリセルを有する装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/503 20210101AFI20241107BHJP

   H01M 50/512 20210101ALI20241107BHJP

   H01M 50/517 20210101ALI20241107BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20241107BHJP

   H01M 50/213 20210101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

H01M50/503

H01M50/512

H01M50/517

H01M50/291

H01M50/213

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022514510

(86)(22)【出願日】2020-08-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-08

(86)【国際出願番号】 AT2020060295

(87)【国際公開番号】W WO2021042141

(87)【国際公開日】2021-03-11

【審査請求日】2023-02-06

(31)【優先権主張番号】A50774/2019

(32)【優先日】2019-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】AT

(73)【特許権者】

【識別番号】523044389

【氏名又は名称】ジョン・ディア・エレクトリク・パワートレイン・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100191835

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 真介

(74)【代理人】

【識別番号】100221981

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 大成

(72)【発明者】

【氏名】カストラー・ヘルムート

(72)【発明者】

【氏名】ドーブシュ・ペーター

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルトシュッツ・ゲルハルト

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３１７４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０４４０６９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／２９８

Ｈ０１Ｍ５０／５０－５０／５９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

結束軸（１）に対して平行に互いに配置された複数のバッテリセル（２）と、これらのバッテリセル（２）の間に配置された、これらのバッテリセル（２）に円周部側で嵌り込むための複数の凹部（４）を有する１つの接触板（３）とを備える装置において、
前記接触板（３）は、円周部（７）の一部以外でこれらのバッテリセル（２）を嵌め込み、且つ複数の交点（５）で互いに結合している、これらのバッテリセル（２）のそれぞれ１つの円周部（７）ごとに複数の接触板脚部（６）を有し、
前記複数の接触板脚部（６）のそれぞれ１つの接触板脚部（６）に隣接するこれらのバッテリセルは、これらの接触板脚部（６）を介して互いに並列接続されていることを特徴とする装置。

【請求項2】

前記複数の接触板脚部（６）は、鎖状部材として主流方向（８）に沿って非環状に配置されていて、鎖状部材から横分岐部（９）が非環状に張り出していることを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

それぞれの接触板脚部（６）が、その接触板脚部（６）に対して対向する２つのバッテリセル（２）を嵌め込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記複数の接触板脚部（６）の、長手方向に延在する側面（１０）を隣接する前記複数のバッテリセル（２）の横断面に適合させるため、これらの接触板脚部（６）が、これらの接触板脚部（６）の両端部に向かって拡大していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項5】

前記接触板（３）をキャリア上に固定するため、前記複数の接触板脚部（６）の複数の両端部がそれぞれ、１つの貫通孔（１１）を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

凹部（４）ごとに、隣接する前記複数の接触板脚部（６）の少なくとも２つの端部に、その凹部の方向に突出している複数の接触舌片（１２）が設けられていて、これらの接触舌片（１２）は、その凹部（４）に内接する円に対して１２０°だけ互いにずれていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

少なくとも２つの接触板脚部（６）と、最大で４つの接触板脚部（６）とが、それぞれのバッテリセル（２）の円周部（７）の一部以外でそれぞれのバッテリセル（２）を嵌め込むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

前記接触板（３）は、６つの凹部（４）を形成し、
２つの凹部（４）が、２つの接触板脚部（６）によって限定されていて、別の２つの凹部（４）が、３つの接触板脚部（６）によって限定されていて、残りの２つの凹部（４）が、４つの接触板脚部（６）によって限定されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、結束軸に対して平行に互いに配置された複数のバッテリセルと、これらのバッテリセルの間に配置された、これらのバッテリセルを円周部側で嵌め込むための複数の凹部を有する１つの接触板とを備える装置に関する。

【背景技術】

【0002】

結束軸に対して平行に配置された複数のバッテリセルを電気接続するための装置が、従来の技術から公知である。当該装置の場合、１つのバッテリモジュールの個々のバッテリセルが、プレストレス下にある複数の接触ばねを電極側に有し、接触板によって並列接続される（欧州特許第３０９６３７２号明細書）。この場合、これらの接触ばねは、隣接した１つのバッテリモジュールの、結束方向に隣接するこれらのバッテリセルの反対のセル電極に強固に接合溶接される。しかしながら、当該個々のバッテリセルの当該強固な接合が、欠陥のあるバッテリセルの交換を阻止し、組み立て工程において、少なくともセル電極に関して、過剰設計された力学系を提供し得ること、及び、１つのバッテリモジュールのこれらのバッテリセルの両側に接触板を配置することによって、一定の電位が定められていることが、当該強固な接合溶接の欠点である。さらに、当該電気接続は、２つのバッテリモジュールの結束方向に互いに隣接するバッテリセルの複数の正極及び複数の陰極が電気接続を介して直列に且つ並列に同時に接続されることだけに制限されている。さらに、平行板及び接触ばねが必要なので、使用される材料が多い。これは、資源節約型の製造を妨げる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】欧州特許第３０９６３７２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、本発明の課題は、可能な限り少ない材料を使用して、複数のバッテリセルの先端部分に直列に接触させないで、１つのバッテリモジュールの当該複数のバッテリセルがグループごとに任意に並列接続され得るように、上記の種類の装置をさらに改良することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

この課題は、接触板が円周部の一部以外でこれらのバッテリセルを嵌め込み、且つ複数の交点で互いに結合している、これらのバッテリセルのそれぞれ１つの円周部ごとに複数の接触板脚部を有することによって解決される。

【0006】

本発明は、通常通りに外側に向かって敷設された端部側の電極だけを介して接触され得るのではなくて、バッテリセルの外被部分も介して接触され得るという思想を前提としている。本発明の構成によれば、当該接触板に隣接する全てのバッテリセルが互いに並列接続されないで、当該複数の接触板脚部のうちの一部の接触板脚部に隣接するバッテリセルが互いに並列接続される。離間された円周部の領域内では、当該接触板に起因して、並列接続されることなしに、複数のバッテリセルが互いに隣接し得る。電気的に分離されたグループの複数のバッテリセルが、例えば先端部分側の電極で互いに直列接続され得る。その結果、複数の異なる電圧レベルが、これらのグループを含む１つのバッテリモジュール内に存在し得る。さらに、当該離間された円周部によって、これらのバッテリセルの中間空間内の材料コストが削減されるだけではなくて、特に本発明の実施の形態では無くてもよい縁領域内の材料コストも削減され得る。その結果、当該複数のバッテリセルが、複数の接触板脚部から成る外輪によって限定されない。

【0007】

本発明の装置の力学系の機械的な過剰設計が回避され得るように、複数の接触板脚部が、鎖状部材として主流方向に沿って非環状に配置されていて、横分岐部から非環状に張り出していることが提唱される。したがって、主流方向に沿って、特に互いに繋がっている複数の接触板脚部の長手寸法方向に沿って、複数のバッテリセルが、簡単に並列接続され得る。この場合、当該主方向を１つのバッテリモジュール内で変更することによって、複数のより大きいバッテリセルグループが互いに接続され得る。この場合、非環状とは、閉じられていないリング構造が、複数の結合されている接触板脚部内に形成されないことを意味する。

【0008】

それぞれの接触板脚部が、その接触板脚部に対して対向する２つのバッテリセルを嵌め込む場合に、特に効率的な材料活用が得られる。これには、当該バッテリセルの接触板脚部がこれらのバッテリセルの間で締め付けられ得るという更なる利点がある。その結果、追加の固定手段が省略可能である。

【0009】

本発明の接触板の捩れ剛性を高めると同時に、実際にバッテリセルの横断面に適合できるようにするため、複数の接触板脚部の、長手方向に延在する側面が、隣接する複数のバッテリセルの横断面に適合するように、これらの接触板脚部が、これらの接触板脚部の両端部に向かって拡大していることが有益である。この場合、これらの端部は、互いに繋がっている複数の接触板脚部間に交点を形成する。その結果、この領域内の当該拡大は、材料の追加コストを大幅に下げる。特に円形の横断面を成す円柱状のバッテリセルの場合、最も密な円形装填（Ｋｒｅｉｓｐａｃｋｕｎｇ）として配置したときに、複数のバッテリセルの中間空間が補強されるという利点がある。

【0010】

必要な材料コストをさらに削減するため、及び、接触板を例えば１つのバッテリモジュールのキャリアに固定できるようにするため、当該接触板をキャリア上に固定するように、当該複数の接触板脚部の複数の両端部がそれぞれ、１つの貫通孔を有することが提唱される。このため、当該キャリアは、例えば複数の貫通孔内に挿入され、これらの貫通孔にプレストレス下で係合する係合突起部を有してもよい。本発明の接触板が、連続する帯材状に製造される場合、これらの貫通孔には、当該帯材をこれらの貫通孔の個所で切断することが、当該材料の弱い箇所に起因して容易になると同時に、当該接触板のための所定の幾何構造が得られるという利点がある。確実な電気接触のために必要な当該接触板の方向の押圧力を捻じれなしに印加するため、凹部ごとに、隣接する当該複数の接触板脚部の少なくとも２つの端部に、その凹部の方向に突出している複数の接触舌片が設けられ得て、これらの接触舌片は、その凹部に内接する円に対して１２０°だけ互いにずれている。こうして、発生する弾性力の大部分がベクトル的に相殺される一方で、その残りの弾性力は、特に１つの端部に対して対向する２つの接触舌片によって吸収され得るか、又は１つの端部に対して対向する接触板脚部の１つの接触舌片によって吸収され得る。したがって、当該接触板の必要な材料の強度と、当該接触板を支持する必要性とが特に最小限にされ得る。

【0011】

円形の横断面を有する円柱状のバッテリセルの場合、少なくとも２つの接触板脚部と、最大で４つの接触板脚部とが、それぞれのバッテリセルの円周部の一部以外でそれぞれのバッテリセルを嵌め込むときに、特に有益な接触条件が得られる。

【0012】

本発明によれば、互いに隣接する６つのバッテリセルを結合するためには、当該接触板が、６つの凹部を形成し、このときに、２つの凹部が、２つの接触板脚部によって限定されていて、別の２つの凹部が、３つの接触板脚部によって限定されていて、残りの２つの凹部が、４つの接触板脚部によって限定されていると、有益であることが実証されている。この場合、複数の接触板が、１つのバッテリモジュール内の同一平面内で互いに電気接続されていないで配置され得るか、又は、複数の接触板が、異なる平面ごとに配置され得ることが示されている。この場合、個々の接触板が、導電性材料を介して共通の１つのバッテリセルに互いに接続可能である。

【0013】

本発明の対象が、図面に例示されている。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】説明のために一部だけ結束された複数のバッテリセルを有する本発明の装置の斜視図である。

【図2】図１に対応するこの装置の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１及び２から見て取れるように、本発明の装置は、結束軸１に対して互いに平行に配置された複数のバッテリセル２を有する。これらのバッテリセル２は、これらのバッテリセル２間に配置された接触板３を介して互いに接触されている。接触板３は、これらのバッテリセル２を受け容れ側で結束するために複数の凹部４を形成する。このため、特に図２から見て取れるように、接触板３は、複数の交点３で互いに結合されている複数の接触板脚部６から成る。これらの接触板脚部６はそれぞれ、隣接する１つのバッテリセル２の１つの円周部７に割り当てられていて、当該隣接する１つのバッテリセル２の１つの円周部７の少なくとも一部を除いたこの円周部７を嵌め込む。

【0016】

当該図に示された実施の形態では、少なくとも２つで、最大で４つの接触板脚部６が、それぞれのバッテリセル２を嵌め込む。その結果、これらのバッテリセル２の円周の４／６～２／６が嵌め込まれていないままである。

【0017】

当該図示された実施の形態では、それぞれ３つの接触板脚部６の端部が、交点５に合流している。特に図２から分かるように、複数の接触板脚部６が、主流方向に鎖状部材を形成するように、これらの接触板脚部６は、複数の交点５を介して互いに結合されている。横分岐部９として機能する接触板脚部６が、それぞれの交点５から非環状に張り出している。この場合、非環状とは、それぞれの鎖状部材の接触板脚部６の１つの端部だけが、別の接触板脚部６の端部に結合されていることを意味する。

【0018】

複数のバッテリセル２の密な装填を達成すると同時に、効率的な材料活用の要求を満たすため、それぞれの接触板脚部６が、その接触板脚部６に対して対向する２つのバッテリセル２を嵌め込む。

【0019】

稼働中に場合によっては起こり得る捩りモーメントから保護するため、及び複数の接触板脚部６の、長手方向に延在する側面１０を隣接する複数のバッテリセル２の横断面に適合させるため、これらの接触板脚部６が、それらの両端部に向かって拡大していてもよい。

【0020】

基本的には、本発明の装置は、別の構成要素と組み合わせて１つのバッテリモジュール内に組み込まれ得る。接触板３をキャリアに継ぎ合わせることを容易にするため、これらの接触板脚部６の両端部が、例えば当該キャリアの係合突起部用の収容部として使用される複数の貫通孔１１を有してもよい。

【0021】

これらのバッテリセル２に確実に接触するため、凹部４ごとに、取り囲んでいる複数の接触板脚部６の少なくとも２つの端部に、その凹部４の方向に突出している複数の接触舌片１２が設けられている。どれくらいの数の接触板脚部によって、複数の凹部４が限定されているかに応じて、これらの凹部４は、様々な実施の形態を構成し得る。第１の実施の形態によれば、１つの凹部４が、２つの接触板脚部６によって限定され得る。この場合、この凹部４に内接する円に対して１２０°だけ互いにずれている２つの接触舌片１２が、この凹部４の方向に突出している。別の実施の形態によれば、複数の凹部４が、３つの接触板脚部６によって限定され得る。この場合、凹部４の方向に突出している当該複数の接触舌片１２は、対向している、すなわち１８０°互いにずれている。第３の実施の形態によれば、複数の凹部４が、４つの接触板脚部６によって限定され得る。それぞれ１２０°だけ互いにずらされた３つの接触舌片１２が、この実施の形態のために設けられ得る。この場合、複数の異なる実施の形態が、本発明の装置内で実現され得ることは、当然に自明である。

【0022】

接触板３が、６つの凹部４を形成する場合に、特に好適な組み立て条件が得られる。この場合、上記の１つの実施の形態のそれぞれ２つの凹部４が設けられている。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下の構成も包含し得る。
１．
結束軸（１）に対して平行に互いに配置された複数のバッテリセル（２）と、これらのバッテリセル（２）の間に配置された、これらのバッテリセル（２）に円周部側で嵌り込むための複数の凹部（４）を有する１つの接触板（３）とを備える装置において、
前記接触板（３）は、円周部（７）の一部以外でこれらのバッテリセル（２）を嵌め込み、且つ複数の交点（５）で互いに結合している、これらのバッテリセル（２）のそれぞれ１つの円周部（７）ごとに複数の接触板脚部（６）を有する当該装置。
２．
前記複数の接触板脚部（６）は、鎖状部材として主流方向（８）に沿って非環状に配置されていて、鎖状部材から横分岐部（９）が非環状に張り出している上記１に記載の装置。
３．
それぞれの接触板脚部（６）が、その接触板脚部（６）に対して対向する２つのバッテリセル（２）を嵌め込む上記１又は２に記載の装置。
４．
前記複数の接触板脚部（６）の、長手方向に延在する側面（１０）を隣接する前記複数のバッテリセル（２）の横断面に適合させるため、これらの接触板脚部（６）が、これらの接触板脚部（６）の両端部に向かって拡大している上記１～３のいずれか１つに記載の装置。
５．
前記接触板（３）をキャリア上に固定するため、前記複数の接触板脚部（６）の複数の両端部がそれぞれ、１つの貫通孔（１１）を有する上記１～４のいずれか１つに記載の装置。
６．
凹部（４）ごとに、隣接する前記複数の接触板脚部（６）の少なくとも２つの端部に、その凹部の方向に突出している複数の接触舌片（１２）が設けられていて、これらの接触舌片（１２）は、その凹部（４）に内接する円に対して１２０°だけ互いにずれている上記１～５のいずれか１つに記載の装置。
７．
少なくとも２つの接触板脚部（６）と、最大で４つの接触板脚部（６）とが、それぞれのバッテリセル（２）の円周部（７）の一部以外でそれぞれのバッテリセル（２）を嵌め込む上記１～６のいずれか１つに記載の装置。
８．
前記接触板（３）は、６つの凹部（４）を形成し、
２つの凹部（４）が、２つの接触板脚部（６）によって限定されていて、別の２つの凹部（４）が、３つの接触板脚部（６）によって限定されていて、残りの２つの凹部（４）が、４つの接触板脚部（６）によって限定されている上記１～７のいずれか１つに記載の装置。

【符号の説明】

【0023】

１ 結束軸
２ バッテリセル
３ 接触板
４ 凹部
５ 交点
６ 接触板脚部
７ 円周部
８ 主流方向
９ 横分岐部
１０ 側面
１１ 貫通孔
１２ 接触舌片

【図1】

【図2】