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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Akkumulatorstapel, der aus einer Vielzahl von Akkumulatorpacks eingerichtet ist. Bei dem Akkumulatorstapel, bei dem die Vielzahl von Akkumulatorpacks gestapelt ist, wird der einzelne Akkumulatorpack manchmal als eine „Akkumulatorzelle” oder einfach als eine „Zelle” bezeichnet.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Es gibt einen Fall, in dem ein Hochspannungsakkumulator oder ein Akkumulator großer Kapazität durch serielles oder paralleles Anschließen aller Vielzahl von Akkumulatorpacks verwirklicht ist. So ein Akkumulator wird als ein Akkumulatorstapel bezeichnet. Der einzelne Akkumulatorpack tendiert dazu, eine flache Form zu haben. Die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-242956 (
JP 2003-242956 A ) zeigt einen Akkumulatorstapel, bei dem eine Vielzahl von flachen Akkumulatorpacks aneinandergereiht und seriell angeschlossen ist.
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Für den Akkumulatorpack, für den ein Lithium-Ionen-Akkumulator ein repräsentatives Beispiel ist, sind ein Elektrolyt und ein Akkumulatorhauptkörper in einem abgedichteten flachen Gehäuse aufgenommen. Da das Gehäuse abgedichtet ist, steigt dessen Innendruck an und das Gehäuse wird aufgeweitet, in einem Fall eines Temperaturanstiegs oder in einem Fall, in dem das Gehäuse an einen Ort in großer Höhenlage gebracht wird, wo der atmosphärische Druck niedrig ist. Zusätzlich erzeugt der Akkumulatorpack Hitze, wenn er aufgeladen wird. Daher wird das Gehäuse jedes Mal aufgeweitet, wenn der Akkumulatorpack geladen wird.
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Eine Technik zum Verhindern einer Aufweitung des Gehäuses, die durch eine Erhöhung des Innendrucks verursacht ist, ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-040879 (
JP 2006-040879 A ) gezeigt. Die Technik ist eine trapezförmige Ausnehmung oder einen trapezförmigen Vorsprung in der Mitte einer flachen Fläche eines flachen Gehäuses vorzusehen, um die Festigkeit des Gehäuses zu verbessern. Hierbei entspricht die flache Fläche des flachen Gehäuses einer Seitenfläche des Gehäuses mit der größten Fläche und wird auch als eine breite Fläche bezeichnet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das abgedichteten Gehäuse wird oft durch Verschweißen eines flachen Gehäusehauptkörpers und einer Dichtplatte (Deckel) verwirklicht. Wenn so ein Gehäuse wiederholt aufgeweitet und zusammengezogen wird, verschlechtert sich ein geschweißter Abschnitt durch Ermüdung. Daher sieht die vorliegende Erfindung einen Akkumulatorstapel vor, der eine Verschlechterung durch Ermüdung eines geschweißten Abschnitts zwischen einem Gehäusehauptkörper und einer Dichtplatte unterbinden kann, die durch eine Erhöhung des Innendrucks verursacht ist.
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Ein Akkumulatorstapel gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Akkumulatorpacks und eine Vielzahl von Abstandshaltern. Jeder Akkumulatorpack hat ein Gehäuse und eine Dichtplatte. In dem Gehäuse ist ein Akkumulatorhauptkörper aufgenommen. Das Gehäuse ist flach und hat eine Öffnung. Die Öffnung ist eine schmale Breite. Die Dichtplatte ist in eine innere Umfangsfläche der Öffnung des Gehäuses eingesetzt. Eine Seitenfläche der Dichtplatte ist an die innere Umfangsfläche des Gehäuses geschweißt. Jeder der Vielzahl von Abstandshaltern ist an einer Mitte einer flachen Fläche auf jeder Seite des Akkumulatorpacks angeordnet und eine Kontur eines Kontaktbereichs des Abstandshalters mit der flachen Fläche ist kleiner als eine Kontur der flachen Fläche des Akkumulatorpacks. Die Vielzahl von Abstandshaltern und die Vielzahl von Akkumulatorpacks sind wechselweise gestapelt. Die Vielzahl von Abstandshaltern und die Vielzahl von Akkumulatorpacks sind mit einer Last in einer Stapelrichtung beaufschlagt und die Mitte der flachen Fläche des Akkumulatorpacks ist in einer Form einer Kontur des Abstandshalters durch die Last ausgenommen. Hierbei braucht eine Kontaktfläche des Abstandshalters mit dem Akkumulatorpack lediglich kleiner zu sein als die Kontur der flachen Fläche des Akkumulatorpacks und der Abstandshalter kann größer sein als die flache Fläche in ihrem Abschnitt, der den Akkumulatorpack nicht berührt.
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Bei dem Akkumulatorpack, der in dem Akkumulatorstapel gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthalten ist, entspricht ein größerer Teil einer geschweißten Fläche zwischen der Öffnung des flachen Gehäuses und der Dichtplatte einem geschweißten Abschnitt, der parallel zu der flachen Fläche ist. Die geschweißte Fläche, die parallel zu der flachen Fläche ist, ist eine geschweißte Fläche, die eine Längsseite der Öffnung der Fläche schmaler Breite des Gehäuses umfasst. Hierbei konzentriert sich eine Aufweitung des Gehäuses in der Nähe der kurzen Seite nicht, da eine Festigkeit des Gehäuses in der Nähe einer kurzen Seite hoch ist. Was sich hierin in Form der Aufweitung des Gehäuses aufgrund des Anstiegs des Innendrucks des Gehäuses konzentriert, ist die geschweißte Fläche, die die Längsseite der Öffnung umfasst. D. h., die geschweißte Fläche in einem Mittelabschnitt der Längsseite. Das ist daher, weil der Mittelabschnitt der Längsseite der Öffnung am wahrscheinlichsten aufgeweitet wird, wenn der Innendruck steigt.
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Bei dem Akkumulatorstapel gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Dichtplatte so in das Gehäuse eingesetzt, dass die innere Umfangsfläche der Öffnung des flachen Gehäuses an der Seitenfläche der Dichtplatte anliegt, um die geschweißte Fläche, welche die Längsseite der rechteckigen Öffnung umfasst, so anzuordnen, dass sie parallel zu der flachen Fläche des Gehäuses ist, und eine anliegende Fläche wird geschweißt. Indes ist die Vielzahl von Akkumulatorpacks mit dem zwischen zwei benachbarten aus der Vielzahl von Akkumulatorpacks angeordneten Abstandshalter gestapelt und die Last wird auf diesen in der Stapelrichtung ausgeübt. Aufgrund der Last wird das flache Gehäuse daran gehindert, aufgeweitet zu werden, auch wenn sein Innendruck steigt. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die Öffnung des Gehäuses in einer Breitenrichtung (einer zu der flachen Fläche senkrechten Richtung) ausdehnt. Anders gesagt, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die innere Umfangsfläche der Öffnung des Gehäuses von der Seitenfläche der Dichtplatte trennt. Infolgedessen wird eine Spannung abgebaut, die während der Erhöhung des Innendrucks auf die geschweißte Fläche ausgeübt wird, und die Verschlechterung durch Ermüdung wird dadurch unterbunden.
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Bei dem Akkumulatorstapel gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, kann eine Beziehung zwischen einer Tiefe und einem Abstand 0,005 ≤ B/C ≤ 0,11 in einem Querschnitt des Akkumulatorpacks und des Abstandshalters erfüllen. Der Querschnitt schneidet die Dichtplatte und den Abstandshalter in der Stapelrichtung.
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Hierbei stellt B eine Tiefe der Ausnehmung dar und C stellt einen Abstand von einem unteren Ende der Dichtplatte zu einem oberen Ende des Abstandshalters dar. Zusätzlich kann die obige Beziehung 0,02 ≤ B/C ≤ 0,09 erfüllen. Der Erfinder hat eine Vergleichsstudie durch Ändern von Größen der ausgeübten Last durchgeführt. Infolgedessen wurde herausgefunden, dass die Verschlechterung durch Ermüdung eher fortschreitet, wenn die Last allzu groß ist. Es wird angenommen, dass dies daran liegt, dass wenn die Last allzu groß ist, eine Kraft in einer Richtung nach außerhalb der Öffnung auf ein oberes Ende der flachen Fläche (das einem oberen Ende eines Kontaktbereichs mit der Seitenfläche der Dichtplatte entspricht) wirkt und eine Zugspannung auf einen oberen Abschnitt der geschweißten Fläche mit der Seitenfläche der Dichtplatte ausgeübt wird. Der Erfinder hat ebenfalls herausgefunden, dass, um die angemessene Größe der Last zu begrenzen, die Verwendung eines Verhältnisses B/C einer Tiefe B der in der flachen Fläche durch die Last ausgebildeten Ausnehmung zu einem Abstand C von einem unteren Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und der Dichtplatte zu dem oberen Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter angemessen ist, wenn der Akkumulatorpack in dem Querschnitt betrachtet wird, der die Dichtplatte und den Abstandshalter in der Stapelrichtung schneidet. Der Erfinder hat B/C verschiedenartig verändert und eine wiederholte Prüfung durchgeführt, bei der der Innendruck erhöht wurde. Die wiederholte Prüfung wurde wiederholt, bis der geschweißte Abschnitt brach. Infolgedessen war der geschweißte Abschnitt, wenn 0,005 ≤ B/C ≤ 0,11 erfüllt war, nicht gebrochen, bis die Anzahl von Wiederholungen doppelt so groß wurde wie die Anzahl von Wiederholungen ohne Last. Weiterhin war der geschweißte Abschnitt beständig gegen die wiederholte Prüfung von etwa 7000 Malen oder mehr, wenn 0,02 ≤ B/C ≤ 0,09 erfüllt war. Diese Anzahl ist wichtig für die Haltbarkeit gegen Ermüdung. Wenn angenommen wird, dass die Aufweitung zweimal täglich auftritt, wird die Aufweitung 7300-mal in 10 Jahren wiederholt. Beispielsweise wird als ein Bewertungsmaßstab der Lebensdauer des Akkumulatorstapels, der in einem Fahrzeug montiert ist, bevorzugt, dass die Lebensdauer 10 Jahre oder mehr beträgt. So ein Standard ist eingehalten, wenn 0,02 ≤ B/C ≤ 0,09 erfüllt ist.
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Ein Akkumulatorstapel gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Akkumulatorpacks und eine Vielzahl von Abstandshaltern. Jeder Akkumulatorpack hat ein Gehäuse und eine Dichtplatte. In dem Gehäuse ist ein Akkumulatorhauptkörper aufgenommen. Das Gehäuse ist flach und hat eine Öffnung. Die Öffnung ist eine schmale Breite. Die Dichtplatte ist in eine innere Umfangsfläche der Öffnung des Gehäuses eingesetzt. Eine Seitenfläche der Dichtplatte ist an die innere Umfangsfläche des Gehäuses geschweißt. Jeder der Vielzahl von Abstandshaltern ist an einer Mitte einer flachen Fläche auf jeder Seite des Akkumulatorpacks angeordnet und eine Kontur eines Kontaktbereichs des Abstandshalters mit der flachen Fläche ist kleiner als eine Kontur der flachen Fläche des Akkumulatorpacks. Die Vielzahl von Abstandshaltern und die Vielzahl von Akkumulatorpacks sind wechselweise gestapelt. Die Vielzahl von Abstandshaltern und die Vielzahl von Akkumulatorpacks sind mit einer Last in einer Stapelrichtung beaufschlagt und die Mitte der flachen Fläche des Akkumulatorpacks ist in einer Form einer Kontur des Abstandshalters durch die Last ausgenommen. Die flache Fläche ist bezüglich einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung ist, von einem unteren Ende eines Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und der Dichtplatte zu einem oberen Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter in einem Querschnitt des Akkumulatorpacks und des Abstandshalters linear geneigt. Der Querschnitt schneidet die Dichtplatte und den Abstandshalter in der Stapelrichtung,
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Bei dem Akkumulatorstapel gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ist die Mitte der flachen Fläche des Gehäuses in der Form des Abstandshalters durch Aufnehmen der Last ausgenommen. Zusätzlich ist die flache Fläche bezüglich der Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung ist, von dem unteren Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche (deren Rückfläche) und der Seitenfläche der Dichtplatte zu dem oberen Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter linear geneigt. Diese Form trägt zur verbesserten Festigkeit des Gehäuses bei. Aufgrund eines Synergieeffekts der Last und verbesserten Festigkeit des Gehäuses ist es möglich, eine Ausdehnung einer Öffnung des Gehäuses durch einen Anstieg eines Innendrucks wirksam zu unterbinden, und daher kann eine Verschlechterung des Akkumulatorstapels durch Ermüdung unterbunden werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Merkmale, Vorteile sowie technische und gewerbliche Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden unten, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, beschrieben, und wobei:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Akkumulatorstapels einer Ausführungsform ist;
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2A eine Draufsicht eines Akkumulatorpacks ist;
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2B eine Vorderansicht eines Akkumulatorpacks ist;
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2C eine Schnittansicht eines Akkumulatorpacks ist, die entlang der Linie 2C-2C in 2B gesehen ist;
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3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Bereiches ist, der durch das Bezugszeichen III in 2 bezeichnet ist;
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4 eine Schnittansicht zum Darstellen einer Aufweitung eines Gehäuses ist, wenn ein Innendruck steigt;
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5 eine vergrößerte Schnittansicht des Akkumulatorpacks ist, auf den eine Last ausgeübt wird;
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6 eine Schnittansicht des Akkumulatorpacks in einem Zustand ist, in dem auf ihn eine Last ausgeübt wird;
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7 eine Tabelle zum Zeigen von Ergebnissen einer wiederholten Prüfung ist;
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8 ein Diagramm zum Zeigen von Ergebnissen einer wiederholten Beständigkeitsprüfung ist; und
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9 eine Schnittansicht zum Zeigen einer abgewandelten Ausführungsform des Akkumulatorstapels ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Beschreibung eines Akkumulatorstapels einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gemacht. 1 ist eine schematische Schnittansicht des Akkumulatorstapels und 2A bis 2C sind drei Seitenansichten eines Akkumulatorpacks. Ein Akkumulatorstapel 2 hat eine Struktur, bei der eine Vielzahl von flachen Akkumulatorpacks 10 mit einem zwischen zwei von jedem der Vielzahl von Akkumulatorpacks 10 angeordneten Abstandshalter 5 gestapelt ist. Die Vielzahl von Akkumulatorpacks 10 ist so gestapelt, dass deren flache Flächen einander gegenüberliegen. Die flache Fläche entspricht einer Seitenfläche des Akkumulatorpacks 10 mit der größten Fläche, dessen äußere Form flach ist. Ein gestapelter Körper, der die Vielzahl von Akkumulatorpacks 10 und die Vielzahl von Abstandshaltern 5 umfasst, ist zwischen metallischen Endplatten 3 angeordnet, und die Endplatten 3 auf beiden Seiten des gestapelten Körpers sind durch Einspannbänder 4 gehalten verbunden. Das Einspannband 4 ist ein elastischer Körper, wie etwa Gummi, und übt eine Druckkraft auf die Endplatten 3 auf beiden Seiten aus. Die Druckkraft übt dann eine Last auf den gestapelten Körper der Akkumulatorpacks 10 und der Abstandshalter 5 aus. Wie unten beschrieben wird, ist die flache Fläche des Akkumulatorpacks 10 eben, wenn keine Last ausgeübt wird. Allerdings ist die flache Fläche mit einer Ausnehmung W in ihrer Mitte ausgebildet, wenn sie die Last aufnimmt. Eine Form eines Grunds der Ausnehmung W entspricht einer äußeren Form einer an dem Akkumulatorpack 10 anliegenden Fläche des Abstandshalters 5. Hierbei ist ein Vorsprung 3a gleicher Form wie der Abstandshalter 5 an einer Seitenfläche der Endplatte vorgesehen, und die Ausnehmung W ist auch in der flachen Fläche des äußersten Akkumulatorpacks 10 ausgebildet.
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Der Akkumulatorpack 10 wird unter Bezugnahme auf 2A bis 2C beschrieben. Der Akkumulatorpack 10 hat eine flache äußere Form, und ein positiver und negativer Anschluss 14a, 14b sind in einer schmalen Breitenfläche vorgesehen. Hierbei wird, der Einfachheit der Beschreibung halber, eine Flächenseite, auf der die Anschlüsse 14a, 14b vorgesehen sind, als eine Oberseite bezeichnet, während eine Flächenseite, die der mit den Anschlüssen 14a, 14b versehenen Fläche entgegengesetzt ist, als eine Unterseite bezeichnet wird. In einem Koordinatensystem, das in jeder Zeichnung gezeigt ist, entspricht eine positive Richtung einer Z-Achse der „Oberseite”. Eine Seitenfläche, die parallel zu einer YZ-Ebene in dem Koordinatensystem in jeder der Zeichnungen ist, entspricht der flachen Fläche.
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2A bis 2C sind drei Seitenansichten des Akkumulatorpacks 10 und 2C entspricht einer Seitenansicht. Hierbei zeigt 2C, um das Verständnis zu erleichtern, eine Schnittansicht, die entlang der Linie 2C-2C in 2B verläuft. 2C entspricht einer Schnittansicht, die eine Dichtplatte 13 und ein Gehäuse 12 in einer Stapelrichtung des Akkumulatorpacks 10 und des Abstandshalters 5 schneidet. Außerdem kann diese Schnittansicht als eine Schnittansicht ausgedrückt werden, der gleichzeitig das Gehäuse 12 und die Dichtplatte 13 schneidet und auch eine Schnittansicht, die parallel zu der Stapelrichtung ist.
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Die Schnittansicht in 2C entspricht der Schnittansicht des in 1 gezeigten Akkumulatorpacks. Es sei allerdings angemerkt, dass, wie oben beschrieben, die flache Fläche eben ist, wenn auf sie keine Last in der Stapelrichtung wirkt, und dass die oben genannte Ausnehmung W nicht ausgebildet ist. 2B ist eine Ansicht der flachen Fläche, die von vorne betrachtet wird. Eine rechteckige Form, die durch das Bezugszeichen E bezeichnet ist, zeigt eine Kontur eines Bereichs, der mit dem Abstandshalter 5 in Berührung gebracht wird. Wie in 2B gezeigt ist, ist der Abstandshalter 5 an die Mitte der flachen Fläche angelegt.
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Der Akkumulatorpack 10 nimmt einen Akkumulatorhauptkörper in einem Gehäuse auf. Allerdings, da sich diese Beschreibung nicht auf das Gehäuse des Akkumulatorpacks richtet, ist der Akkumulatorhauptkörper nicht gezeigt. Hierbei ist der Akkumulatorhauptkörper typischerweise ein chemischer Akkumulator, wie etwa ein Lithium-Ionen-Akkumulator oder ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, kann aber eine Brennstoffzelle sein.
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Das Gehäuse des Akkumulatorpacks 10 ist aus einem flachen Gehäuse 12, bei dem die schmale Breitenfläche als eine obere Fläche offen ist, sowie der Dichtplatte 13 zum Abdichten der Öffnung gestaltet. Den oben genannten Definitionen der „Oberseite” und der „Unterseite” folgend, entspricht die Dichtplatte 13 der Oberseite des Akkumulatorpacks 10.
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Das Gehäuse des Akkumulatorpacks 10 ist abgedichtet. Da der Lithium-Ionen-Akkumulator oder der Nickel-Wasserstoff-Akkumulator beim Laden Wärme erzeugt, ist durch einen Temperaturanstieg ein Innendruck erhöht. Zusätzlich ist der Innendruck des abgedichteten Gehäuses erhöht, wenn das Gehäuse an einen Ort in großer Höhenlage gebracht wird wo der atmosphärische Druck niedrig ist. Als eine Maßnahme gegen eine Erhöhung des Innendrucks, ist in der oberen Fläche (d. h., der Dichtplatte 13) des Akkumulatorpacks 10 ein Sicherheitsventil 15 vorgesehen. Das Sicherheitsventil 15 wird geöffnet, wenn der Innendruck des Gehäuses einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Das Sicherheitsventil 15 dient auch als eine Sicherheitsvorrichtung und unterbricht zugleich eine Leitung zwischen dem Akkumulatorhauptkörper im Inneren und einem der Anschlüsse, wenn es geöffnet wird.
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Die Dichtplatte 13 ist in eine innere Umfangsfläche der Öffnung des Gehäuses 12 eingesetzt und eine Seitenfläche der Dichtplatte 13 ist an die innere Umfangsfläche des Gehäuses 12 geschweißt. Die Dichtplatte 13 ist an ihrem gesamten Umfang geschweißt und das Gehäuse ist daher abgedichtet. Das Gehäuse des Akkumulatorpacks ist abgedichtet. Daher wird, wie oben beschrieben, das Gehäuse 12 aufgeweitet, wenn der Innendruck steigt. Während einer Aufweitung eines geschweißten Bereichs zwischen der Öffnung des Gehäuses 12 und der Dichtplatte 13, hat das Gehäuse eine hohe Steifigkeit an einem Umfang R2 einer kurzen Seite 12b (siehe 2A) der rechteckigen Öffnung des Gehäuses. Entsprechend wird das Gehäuse an dem Umfang R2 nicht wesentlich verformt, wenn der Innendruck steigt. Andererseits wird die in der Nähe der Mitte R1 einer langen Seite 12a durch den Anstieg des Innendrucks verursachte Verformung erheblich. Da der Innendruck in einer Richtung wirkt, um die Öffnung des Gehäuses 12 auszudehnen, wird auf die Schweißung zwischen der Öffnung und der Dichtplatte 13 eine Zugspannung ausgeübt.
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Eine auf einen geschweißten Abschnitt ausgeübte Kraft wird unter Bezug auf 3 und 4 beschrieben. 3 und 4 sind vergrößerte Schnittansichten eines Bereichs, der durch das Bezugszeichen III in 2C bezeichnet ist. Eine gepunktete Füllung, die durch das Bezugszeichen L bezeichnet ist, stellt den geschweißten Bereich dar. Das Schweißen wird durch Laserschweißen durchgeführt. Der Leser strahlt parallel zu einer Kontaktfläche zwischen einer Seitenfläche 13a der Dichtplatte 13 und einer Innenfläche 12c des Gehäuses 12. In einem bestrahlten Bereich werden jeweils die Dichtplatte 13 und das Gehäuse 12 bis zu einer bestimmten Tiefe geschmolzen und miteinander verbunden. Wenn die Intensität des Lasers allzu hoch ist, dringt der Laser durch die Dichtplatte 13. Entsprechend ist die Luminanz des Lasers eingestellt, um das Durchdringen zu verhindern. Infolgedessen ist der zu schweißende Bereich auf einen oberen Abschnitt der Kontaktfläche zwischen der Seitenfläche 13a der Dichtplatte 13 und der Innenfläche 12c des Gehäuses 12 (einen Abschnitt der Kontaktfläche in der Nähe der Außenseite des Gehäuses) begrenzt. Die Innenfläche 12c in 3 entspricht einer Rückseite der flachen Fläche.
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4 zeigt einen Zustand, in dem der Innendruck des Gehäuses erhöht ist, und in dem die Nähe der Öffnung des Gehäuses 12 dadurch aufgeweitet ist. Wenn der Innendruck erhöht ist, ist das Gehäuse 12 aufgeweitet und ein ungeschweißter Bereich der Kontaktfläche zwischen der Seitenfläche 13a der Dichtplatte und der Innenfläche 12c des Gehäuses (der Rückseite der flachen Fläche), die einander ursprünglich berühren, beginnt sich zu öffnen (ein Abschnitt, der durch das Bezugszeichen P2 in 4 bezeichnet ist). Das verursacht eine Verdichtung von Spannungen an einem unteren Ende des geschweißten Bereichs (einem Ende, das am nächsten zu der Innenseite des Gehäuses und durch das Bezugszeichen P1 bezeichnet ist). An diesem Spannungsverdichtungspunkt schreitet die Verschlechterung durch Ermüdung mit der höchsten Geschwindigkeit fort.
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Bei dem Akkumulatorstapel dieser Ausführungsform ist eine geschweißte Fläche zwischen der Dichtplatte 13 und dem Gehäuse 12 auf der langen Seite (siehe 2A) der rechteckigen Öffnung des flachen Gehäuses 12 parallel zu der flachen Fläche festgelegt und die Last wirkt auf die flache Fläche von außen durch den Abstandshalter 5. 5 zeigt eine teilweise Schnittansicht des Akkumulatorpacks 10, wenn die Last ausgeübt wird. Da die Last wirkt, um die flache Fläche zu drücken, kann sie die Aufweitung des Gehäuses unterbinden. Infolgedessen wird die auf die geschweißte Fläche ausgeübte Spannung verringert und daher wird die Verschlechterung durch Ermüdung unterbunden.
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Wenn die Last allzu sehr erhöht wird, wie in 5 gezeigt ist, wird eine Kraft in einer durch einen Pfeil Q bezeichneten Richtung auf ein oberes Ende der geschweißten Fläche (einen durch das Bezugszeichen P3 bezeichneten Abschnitt) ausgeübt. Die Kraft wirkt, um die geschweißte Fläche zu teilen, wodurch die Verschlechterung der Schweißung durch Ermüdung gefördert wird. Als nächstes wird ein angemessener Bereich der Last schrieben.
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Eine angemessene Größe der Last hängt von der Größe des Akkumulatorpacks ab. Daher ist es unratsam, die angemessene Last durch einen Absolutwert festzulegen. Der Erfinder hat herausgefunden, dass die angemessene Größe der Last durch ein Verhältnis von Längen bestimmter Abschnitte des Akkumulatorpacks festgelegt werden kann. Ein Verfahren zum Festlegen des angemessenen Bereichs der Last wird unter Bezug auf 6 beschrieben.
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Wenn die Last durch den Abstandshalter 5, wie in 6 (und 1) gezeigt ist, erhöht wird, wird die flache Fläche mit der Ausnehmung W ausgebildet, die einen Grund hat, der gemäß der Kontur des Abstandshalters 5 geformt ist. Die Größe der Last, die die Verschlechterung des geschweißten Abschnitts durch Ermüdung unterbindet, kann durch ein Verhältnis B/C einer Tiefe B der Ausnehmung zu einem Abstand C festgelegt werden, der als nächstes beschrieben wird. Der Abstand C ist ein Abstand von einem unteren Ende (einem durch das Bezugszeichen P5 in 6 bezeichneten Abschnitt) eines Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche des Gehäuses 12 und der Seitenfläche der Dichtplatte 13 zu einem oberen Ende (einem durch das Bezugszeichen P6 in 6 bezeichneten Abschnitt) eines Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter 5, wenn der Akkumulatorpack in der Schnittansicht betrachtet wird, die die Dichtplatte 13 und den Abstandshalter 5 in der Stapelrichtung schneidet. Wenn keine Last ausgeübt wird, ist die flache Fläche eben. Allerdings, wenn die Last ausgeübt wird und die Ausnehmung W ausgebildet ist, ist die flache Fläche zwischen dem unteren Ende P5 und dem oberen Ende P6 (einer teilweise flachen Fläche 12d) bezüglich einer Ebene linear geneigt, die senkrecht zu der Stapelrichtung (der YZ-Ebene in der Zeichnung) ist.
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Der Erfinder hat eine wiederholte Prüfung der Erhöhung des Innendrucks durch verschiedenartige Änderung von B/C durchgeführt. 7 zeigt Werte von B/C der wiederholten Prüfung und die Anzahl von Wechseln, bis das Gehäuse des Akkumulatorpacks 10 gebrochen ist. Hierbei sind die äußeren Maße des Akkumulatorpacks annähernd 140 mm × 14 mm × 63 mm. Eine Länge der langen Seite 12a ist 140 mm und eine Länge der kurzen Seite 12b (siehe 2A) ist 14 mm. Die Größen von C und B sind, wie in 7 gezeigt ist. Die Einzelheiten der Prüfung sind wie folgt. Das Gehäuse 12 war mit einem Loch ausgebildet und die Luft wurde durch das Loch gepumpt, um den Innendruck zu erhöhen. Dann wurde die Luft entfernt, um den Innendruck an den Außendruck anzugleichen. Ein eben beschriebenes Verfahren wurde wiederholt, bis der geschweißte Abschnitt gebrochen war. Die Anzahl der Wechsel ohne Last war 100-mal.
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8 ist ein Diagramm der Ergebnisse aus 7. Wie aus 8 ersichtlich ist, kann eine Wirkung einer Reduzierung der Verschlechterung durch Ermüdung nicht erreicht werden, wenn B/C zu groß ist. Ein Diagramm G einer gestrichelten Linie ist eine näherungsweise Kurve einer Punktfolge, die das Prüfungsergebnis anzeigt. Ein durch das Bezugszeichen S1 bezeichneter Bereich, ist ein Bereich von 0,005 ≤ B/C ≤ 0,110. In dem Bereich S1 ist die Anzahl von Wechseln bis zum Bruch 200-mal oder mehr. Die Anzahl von 200 Malen ist doppelt so groß wie die Anzahl von Wechseln ohne Last (100-mal). D. h., dass die Anzahl von Wechseln, die durch den Akkumulatorstapel der vorliegenden Erfindung erreicht wird, doppelt so groß ist, wie die, die durch einen konventionellen Akkumulatorstapel erreicht wird, und wobei diese Anzahl ein Beispiel eines Bewertungsmaßstabs darstellt.
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Ein durch das Bezugszeichen S2 bezeichneter Bereich, ist ein Bereich von 0,02 ≤ B/C ≤ 0,09. In diesem Bereich ist die Anzahl von Wechseln bis zum Bruch 7000-mal oder mehr. Wenn die Aufweitung zweimal täglich auftritt, wird sie 7300-mal in 10 Jahren wiederholt. Daher entspricht der durch das Bezugszeichen S2 bezeichnete Bereich einem Bereich, in dem der geschweißte Abschnitt über 10 Jahre beständig ist, wenn eine Aufweitung zweimal am Tag angenommen wird. Als eine in einem Fahrzeug montierte Komponente hat der Akkumulatorstapel vorzugsweise eine Lebensdauer von 10 Jahren. Der Bereich S2 hält diesen Standard ein.
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Gemäß den Erwägungen des Erfinders wird angenommen, dass der oben genannte Standard, der B/C als einen Parameter von dimensionslosen Zahlen annimmt, ohne auf die Größe des Akkumulatorpacks angewiesen zu sein, eingeführt wird. Wie in 6 gezeigt ist, entspricht B/C einem Neigungswinkel des Bereichs der flachen Fläche (des durch das Bezugszeichen 12d bezeichneten Bereichs) bezüglich der Ebene (der YZ-Ebene), die senkrecht zu der Stapelrichtung ist, wobei der Bereich von dem unteren Ende (dem durch das Bezugszeichen P5 in 6 bezeichneten Bereich) des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche des Gehäuses 12 und der Seitenfläche der Dichtplatte 13 zu dem oberen Ende (dem durch das Bezugszeichen P6 in 6 bezeichneten Bereich) des Berührungsabschnitts zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter 5 verläuft. Unabhängig von der Größe des Akkumulatorpacks ist es möglich, die erwünschte Wirkung des Verringerns der Verschlechterung durch Ermüdung zu erzielen, solange, wie der Neigungswinkel in dem oben genannten Bereich S1 oder S2 ist.
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(Abgewandelte Ausführungsform) Wie oben beschrieben ist, ist die flache Fläche nicht ausgenommen, wenn keine Last auf den Akkumulatorpack wirkt, und es ist bevorzugt, die Last auszuüben, bis die flache Fläche die bestimmte Ausnehmung erhält. Obwohl dieselbe Wirkung, die durch den obigen Akkumulatorpack erreicht wird, nicht erreicht werden kann, kann der Akkumulatorpack, der von Anfang an mit der Ausnehmung W ausgebildet ist, auch die verbesserte Beständigkeit gegen die Verschlechterung durch Ermüdung im Vergleich mit dem herkömmlichen Akkumulatorpack haben. Ein Beispiel des Akkumulatorpacks eines solchen Aspekts ist in 9 gezeigt. Ein Akkumulatorpack 110 in 9 ist derselbe wie der Akkumulatorpack 10, der in 6 gezeigt ist; allerdings unterscheidet sich dieser von dem Akkumulatorpack 10 in 6 in einem Punkt, dass eine Ausnehmung W2 ohne ein Ausüben von Last ausgebildet ist. Ein Rechteck, das durch eine Phantomlinie (eine Strich-Zweipunktlinie) bezeichnet ist, entspricht dem Abstandshalter 5. Daher entspricht ein gebogener Abschnitt der flachen Fläche, der durch das Bezugszeichen P6 bezeichnet ist, dem oberen Ende des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter 5. Die Neigung einer geneigten flachen Fläche 112a, die zwischen dem oben genannten oberen Ende P6 und dem unteren Ende (dem durch das Bezugszeichen P5 in 9 bezeichneten Abschnitt) des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche des Gehäuses 112 und der Seitenfläche der Dichtplatte 13 ist, ist dieselbe, wie die Neigung der flachen Fläche 12d in 6, die bei Aufnahme der Last geneigt ist. Auch bei dem Akkumulatorstapel, der den Akkumulatorpack 110 verwendet, ist die Last erforderlich, die die Ausnehmung W2 auch bei der Erhöhung des Innendrucks beibehalten kann.
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Der Akkumulatorstapel, der den Akkumulatorpack in 9 verwendet, kann wie folgt beschrieben werden. Der Akkumulatorpack 110 umfasst: das Gehäuse 112, dass ein flaches Gehäuse zum Aufnehmen des Akkumulatorhauptkörpers (nicht gezeigt) ist und eine geöffnete schmale Breitenfläche hat; sowie die Dichtplatte 13, die in eine innere Umfangsfläche einer Öffnung des Gehäuses 112 eingesetzt ist und deren Seitenfläche zusammen mit der inneren Umfangsfläche des Gehäuses verschweißt ist. Ein Abstandshalter 105 ist an der Mitte der flachen Fläche auf jeder Seite jedes Akkumulatorpacks 110 angeordnet und eine Kontur eines Kontaktbereichs des Abstandshalters 105 mit der flachen Fläche ist kleiner als eine Kontur der flachen Fläche des Akkumulatorpacks 110. Bei dem Akkumulatorstapel sind die Vielzahl von Akkumulatorpacks 110 und die Vielzahl von Abstandshaltern 105 wechselweise gestapelt und die Last wird in deren Stapelrichtung ausgeübt. Dann wird die Mitte der flachen Fläche des Akkumulatorpacks 110 ausgenommen, in einer Form der Kontur des Abstandshalters 105 (die Ausnehmung W2). Wenn der Akkumulatorpack in der Schnittansicht betrachtet wird, die die Dichtplatte und den Abstandshalter in der Stapelrichtung schneidet, ist die flache Fläche bezüglich einer Richtung, die senkrecht zu der Stapelrichtung ist, von dem unteren Ende P5 des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und der Dichtplatte 13 zu dem oberen Ende P6 des Kontaktbereichs zwischen der flachen Fläche und dem Abstandshalter 105 linear geneigt.
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Eine Beschreibung von Anmerkungen zu der in der Ausführungsform beschriebenen Technik wird nun gemacht. Der Abstandshalter 5 muss im Wesentlichen an der Mitte der flachen Fläche anliegen. Umgekehrt muss der Abstandshalter 5 an dem Akkumulatorpack in einer Weise anliegen, dass er, in der Stapelrichtung betrachtet, nicht mit einer Kante der flachen Fläche zusammenfällt. Die Kante der flachen Fläche entspricht einer Ecke des Gehäuses. Da die Ecke ursprünglich eine hohe Festigkeit hat, bringt es keinen Vorteil an dem Abstandshalter anzulegen. Andererseits ist es wahrscheinlicher, dass der Mittelabschnitt der flachen Fläche durch die Erhöhung des Innendrucks aufgeweitet wird. Entsprechend kann die Aufweitung unterbunden werden, indem der Abstandshalter an so einem Abschnitt anliegt und darauf die Last ausübt.
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Konkrete Beispiele der vorliegenden Erfindung wurden bisher beschrieben. Allerdings sind diese bloße Beispiele und schränken somit die Ansprüche nicht ein. Die in den Ansprüchen beschriebenen Techniken umfassen verschiedenartige Änderungen und Abwandlungen, die bei den oben genannten konkreten Beispielen gemacht werden. Die technischen Elemente, die in dieser Beschreibung und den Zeichnungen beschrieben werden, zeigen einen technischen Nutzwert wenn sie einzeln oder in verschiedenen Kombinationen verwendet werden, und sind daher nicht auf die in den Ansprüchen der ursprünglichen Anmeldung beschriebenen Kombinationen begrenzt. Außerdem erreichen die Techniken, die beispielhaft in dieser Beschreibung und den Zeichnungen erklärt sind, eine Vielzahl von Zielen gleichzeitig und das Erreichen eines dieser Ziele an sich hat einen technischen Nutzwert.
