JP2001511592A - 圧力システムと再充電可能な薄膜電気化学電池 - Google Patents

圧力システムと再充電可能な薄膜電気化学電池

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ロジャー ルイラード
ジェニファー エル トライス
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Abstract

(57)【要約】 再充電可能な薄膜電気化学電池の性能を改善する装置及び方法を提供する。 【解決手段】圧力装置は電気化学電池或は複数の電気化学電池から成るグループを該電池の充電及び放電サイクル中に圧縮状態に維持する。この圧力装置は電池或は複数の電池から成るグループの外部に外的に実装され得る、或は、１つ以上の電池の内部に内部に内的に実装され得る。弾性或は金属製のばね要素を電気化学電池の構造体内に組み入れることができて、その電池を圧縮状態に維持する。外的圧力装置は、１つ或はそれ以上のバンドと一対のスラスト・プレートとを含み得て、それらが協働して、電池グループを電池サイクル中に圧縮状態に維持する。それらスラスト・プレートの内の一方或は双方は、コイルばね、波形ばね、或は、ヴェルビルばね等の多数の個別ばねを含むことができる。前記バンドは、波形ばね或はサイン形状ばね等の一体的ばねを組み入れることができて、それが当該バンド内に引っ張り力を作り出して、前記スラスト・プレート及び電池を相互に引っ張っている。弾性或は金属製の平坦ばねが、電池の全て或は選択された電池の間に挿入され得て、複数電池から成るグループ内に圧縮力を発生している。複数のコイルばねから成るグループを含んでいるエンクロジャーはガス充填されて、電池を圧縮状態に為している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野 本発明は、全般的には、エネルギー貯蔵装置に関し、より詳細には、再充電可
能な薄膜電気化学電池の性能を改善する圧力装置及び方法に関する。
【０００２】 発明の背景 新規で改善された電子システム及び電気-機械システムの需要は、エネルギー 貯蔵装置の製造業者に益々圧力をかけて、低容積パッケージでの高エネルギー発
生を提供するバッテリー技術を開発させている。金属水素化物（例えばＮｉ-Ｍ Ｈ）、リチウム-イオン、並びに、リチウムポリマーの電池技術等の多数の先進 バッテリー技術が最近開発されてきおり、それらは多くの商業向け及び消費者向
け用途に対する必須レベルのエネルギー生産及び安全許容範囲を提供しているよ
うに見える。
【０００３】 しかしながら、そうした先進のバッテリー技術は、しばしば、先進エネルギー
貯蔵装置の設計者に対して難題をもたらす特性を示す。例えば、特定の電気化学
電池構造体は、該電池の充電状態における変動の結果として、容積の点における
周期的な変化を被る。そうした電池の全容積は、充放電サイクル中に５〜６パー
セント或はそれ以上の大きさで変動し得る。電池の物理的サイズにおけるそうし
た反復的な変化は、電気的な相互接続方法及び機械的なハウジング設計を著しく
複雑化する。それ故に、商業向けや消費者向けの装置及びシステムへの使用に適
合するエネルギー貯蔵システムを設計する際、先進のバッテリー電池の電気化学
的特性及び機械的特性が理解され且つ適切に考慮されなければならない。
【０００４】 先進バッテリーの製造業界においては、高エネルギー出力を示す電気化学エネ
ルギー貯蔵装置や、広範な用途で安全且つ信頼性のある使用が為せる電気化学エ
ネルギー貯蔵装置の必要性がある。充放電サイクル中に容積変化を被る電気化学
電池の独特な動力学に適応する包装構成に対する更なる必要性がある。本発明は
これらの必要性や他の必要性を成就するものである。
【０００５】 本発明は、再充電可能な薄膜電気化学電池の性能を改善する圧力装置及び方法
に向けられている。圧力装置は、電池の充電及び放電のサイクル中に、電気化学
電池或はグループ分けされた複数の電気化学電池から成るグループを圧縮状態に
維持する。この圧力装置は、電池或は複数電池から成るグループの外部に実装さ
れ得るか、或は、電池或は複数電池から成るグループの内部に実装され得る。弾
性ばね要素或は、金属ばね要素を電気化学電池の構造内に組み入れることが可能
であり、その電池を圧縮状態に為す。外部圧力装置は１つ或はそれ以上のバンド
と一対のスラスト・プレートを含むことができて、これらが協働して、電池サイ
クル中に複数の電池から成るグループを圧縮状態に維持する。スラスト・プレー
トの一方或は双方は、コイルばね、波形ばね、或は、ヴェルビルばね（Bellevil
le spring）等の多数の個々別々のばねを含むことができる。バンドは、波形ば ね或はサイン形状ばね等の一体的ばねを組み入れることができ、スラスト・プレ
ート及び電池を相互に引っ張るように当該バンドに引っ張り力をもたらす。弾性
平坦ばね或は金属平坦ばねが全電池間或は選択された電池間に挿入され得て、複
数電池から成るグループ内に圧縮力を発生する。こうした電池グループを含むエ
ンクロジャーはガスで加圧され得て、それら電池を圧縮状態に為す。
【０００６】 実施例の詳細な説明 添付図面中、特に図１で参照されるように、広範囲の用途がある再充電可能な
エネルギー貯蔵装置の製造で利用され得る固体状態の薄膜電気化学電池（セル）
の実施例が図示されている。図１に示される実施例に従えば、電気化学電池２０
は、平坦に巻回された多面的な構成又は形態を有するように示されており、薄膜
固体電解質２６が陽極を構成する膜２４と陰極を構成する膜２８との間に配置さ
れている。
【０００７】 中央の陰極電流コレクタ３０は各陰極膜２８間に配置されて、両面電池形態を
構成している。代替的には、単面電池形態も利用され得て、単一陰極電流コレク
タ３０が単一陽極／電解質／陰極の要素組み合わせに関連される。この形態にお
いて、絶縁膜は陽極／電界質／陰極／コレクタの個々の要素組み合わせ間に典型
的には配置される。
【０００８】 図１に示される中央陰極配列は、電池構造内に組み込まれる電流コレクタの容
積を半分まで有益に低減し、しかもその半分の電池膜構造体の全体的強度を増大
する。陽極膜２４は、陰極電流コレクタ３０に対して横方向においてオフセット
させられて、電池２０の第１縁部２５に沿って陽極２４を露出させると共に、電
池２０の第２縁部２３に沿って陰極電流コレクタ３０を露出させている。図１に
示される実施例は、薄膜電気化学電池２０が巻回されている力発生コア要素２２
を含む。
【０００９】 図２Ａ乃至図２Ｃには、再充電可能なエネルギー貯蔵装置の製造に使用可能な
薄膜電気化学電池の様々な実施例が図示されている。図２Ａに示されるように、
薄膜電気化学電池は「ゼリーロール」形態にパッケージされ得て、当該電池の第
１縁部４２が正接点４３を形成し、第２縁部４４が負接点４５を形成している略
円筒形電池を形成する。正及び負の接点４３，４５は、典型的には、周知の金属
スプレー技法で形成される。
【００１０】 図２Ｂ及び図２Ｃは薄膜の再充電可能なエネルギー貯蔵装置用の代替的パッケ
ージ形態を図示している。図２Ｂに示される平坦ロール形態、或は、図２Ｃに示
される平坦スタック（積み重ね体）形態は、相対的に小さなパッケージ形態内に
相対的に大きな薄膜電池表面積の集合体を提供している。そうした幾何形状は損
失を最小化すると共に、その多層状電池構造への熱の効率的な転送と該構造から
の熱の効率的な転送とを許容している。理解して頂きたいことは、これらの図面
に示されたもの以外に様々な電気化学電池形態が、特定用途の電気的、機械的、
並びに、熱的な要件を満たすべく適合し得る。
【００１１】 一実施例に従えば、図１で参照されるように、電気化学電池２０は、イオン輸
送膜を構成する固体ポリマー電解質２６、リチウム金属陽極２４、並びに、バナ
ジウム酸化物陰極２８を含む。これら膜要素は薄膜薄層状の多面的構造体を形成
するように製造され、ポリプロピレン膜等の絶縁膜を含み得る。周知のスパッタ
リング金属化プロセスが利用されて、陽極２４及び陰極電流コレクタ３０の膜の
縁部２５，２３に沿って電流収集接点を形成される。留意されることは、金属ス
プレーが為された接点が、陽極及び陰極の電流コレクタ膜縁部２５，２３の全長
に沿って優れた電流収集を提供する共に、良好な電気的接点及び熱転送特性を明
示する。
【００１２】 一般に、固体状態の薄膜電気化学電池を構成している活性材料は、典型的な動
作温度を遙かに超える温度での化学的及び機械的な無欠性を保持する。例えば、
約１８０℃までの動作温度は許容され得る。各種図面に全般的に描かれた電気化
学電池は、米国特許第５，４２３，１１０号、第５，４１５，９５４号、並びに
、第４，８９７，９１７号に開示された方法に従って製作され得る。
【００１３】 図３を参照すると、対向する両縁部に沿ってそれぞれ形成された陽極接点７２
及び陰極接点７４を含む多面的な電気化学電池７０の実施例が示されている。電
気化学電池７０は、陽極及び陰極の接点７２，７４の各々にスポット溶接或は別
の方法で結着されている熱的伝導体７１を含む。熱的伝導体７１は、典型的には
、陽極接点７２及び陰極接点７４の全長に沿って配置されている。この熱的伝導
体７１は、典型的には、電気化学電池７０内へ及びそこから電流を伝導して陽極
及び陰極の接点７２，７４の全長に沿って収集されるように為す電気的接続リー
ド線７５を含む。一実施例に従えば、熱的伝導体７１は、電池７０と、該電池７
０に隣接して配置された熱的伝導性の電気的抵抗性の材料或は構造体との間の熱
エネルギー効率的転送のための熱束路を提供する。更に、熱的伝導体７１はばね
状特性を発揮するように構成されて、電池７０及び隣接構造体間の相対的移動に
応じて、該電池７０に隣接して配置された金属平面等の構造体と電池７０との間
に実質的に連続する接触をもたらす。熱的伝導体７１は、略Ｃ-形状、二重Ｃ-形
状、Ｚ-形状、Ｖ-形状、Ｏ-形状、或は、Ｓ-形状を有し得る。
【００１４】 この実施例における電気化学電池７０は、約１３５ｍｍの長さＬ、約１４９ｍ
ｍの高さＨ、並びに、約５．４ｍｍの幅Ｗec若しくはフォーム・コア要素２２を
含んだ場合の約５．８６ｍｍの幅Ｗecを有するように製造される。陰極接点７４
及び陽極接点７２の幅Ｗcはそれぞれ約３．９ｍｍである。上述した各種寸法を 有する電池７０は、典型的には、約３６．５Ｗｈの名目上のエネルギー定格、８
０％の放電深さ（ＤＯＤ）で８７．０Ｗのピーク電力定格、１４．４Ａｈの電池
容量、並びに、３．１ボルトの完全充電時の名目上の電圧定格を示す。
【００１５】 図１に関して先に説明したタイプの電気化学電池の容積は、陰極材料から成る
格子構造体に対して出入りするリチウムイオンの移入による充放電サイクル中に
変動する。この移入は、充電及び放電の最中に約５％から６％或はそれ以上の程
度の全電池容積における対応する増大及び低減をそれぞれ作り出す。本発明者に
よって決定されたことは、電気化学電池の性能及び耐用年数が電池の各種層を圧
縮状態に維持することによって著しく増大することである。改善さえた電池性能
は、その電池の２つのより大きな対向面に対する圧力を維持することによって実
現される。望ましいと考えられることは、その電池の内部或は外部の何れかで作
り出される圧縮力が印加される面にわたって非常に均一に分布されることである
。
【００１６】 例えば図４に図示される実施例において、電池９０は閉じ込め構造体の実質的
に平面である壁９２間に閉じ込められたように示されている。この電池９０は２
つの対向面９１，９３を含み、それぞれが該電池９０の４つの縁部の表面積に対
して大きな表面積を有している。外部力ＦEがそれら対向面９１，９３に付加又 は印加されて、電池９０を圧縮状態に維持する。外部力ＦEの大きさは、典型的 には、充電／放電のサイクル中に約５ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）から１００
ｐｓｉの間の範囲である。ご理解されるように、外部力ＦEは、例えば１０ｐｓ ｉ等の一定の大きさに維持され得るか、或は、約５ｐｓｉと約１００ｐｓｉの間
等の最小値及び最大値の間で変動し得る。更に外部力ＦEは、対向面９３が静止 構造体によって移動が拘束された状態での、電池９０の一方面９１と、活性圧力
発生機構との間での接触によって作り出され得る。代替的には、活性圧力発生機
構は電気化学電池９０の両対向面９１，９３に付加又は印加され得る。
【００１７】 図５に図示される実施例を参照すると、電気化学電池１１０は、該電池１１０
に対して内的な力ＦIを作り出す中心コア要素１１２を含むように構成され得る 。フォーム或は他の種類のばね機構を含み得るこのコア要素１１２は、電池１１
０の内面１１５，１１７に沿って力ＦIを付勢する。電池１１０の外面１１１， １１３に沿って作り出された反作用する外的力ＦEは、該電池１１０の外面１１ １，１１３及び内面１１５，１１７にわたって相当等しく分配又は分布された圧
縮力を発生している。留意されることは、電池１１０の外面１１１，１１３に付
勢される外的に作り出された力ＦEは、閉じ込め容器の壁等の静止状態構造体、 或は、平坦フォーム要素若しくは平坦ばね状装置等の活性圧力発生機構の使用を
介して作り出され得る。
【００１８】 電池１１０内に利用された圧力発生装置１１２は、充電／放電のサイクル中、
約５ｐｓｉと約１００ｐｓｉの間の範囲内で、該電池１００の内面１１５，１１
７に沿って等しく分配された圧力を維持すべきである。この力ＦIは、一定の大 きさで維持され得るか、或は、約５ｐｓｉから約１００ｐｓｉの範囲内での大き
さで変動し得る。
【００１９】 図６Ａ乃至図６Ｃには、電気化学電池内に内的或は外的な圧縮力を作り出すべ
く利用され得るばね要素の様々な実施例の断面図が示されている。一実施例にお
いて、図１に示されるような薄膜電気化学電池は、図６Ａに示されるような２つ
の薄い金属プレート１３０間に閉じ込められた可撓性金属部材１３２を含むコア
要素１３０回りに巻回され得る。金属コア要素１３０の使用は、そうした構造体
が機械的クリープ（歪み）に影響されないので、形状及び性能の点での一貫性を
経時的に提供している。
【００２０】 別の実施例に従った弾性コア要素の使用は、製造の簡略性、電池パッケージ形
態の容積効率性、改善された圧力分布、並びに、比較的低い材料コスト等の有益
性を提供している。力発生要素を充電／放電サイクル中に容積変化を被る薄膜電
気化学電池内に利用することは、そうしたサイクル中での電池の位置的シフト（
位置的変位）を有益に最少化する。サイクル中の電池シフトの最少化或は防止は
、電池の摩耗を低減すると共に、該電池と隣接して配置された熱的伝導性壁構造
体との間の熱伝導体の直接的な結着を許容する。
【００２１】 図６Ｂに図示されるもののような弾性フォームばね１３４は、ばねの元々のサ
イズに対する百分率で相対的に大きな撓みをもたらし、容積及び重量の保存を提
供する。フォーム・コア要素１３４は、電池製造中における当該コア要素１３４
回りへの薄膜電池材料の巻回に先行して、その元々の厚みに対して約１０％から
約４０％の圧縮状態に初期的に維持されている。この圧縮の初期状態は、充電／
放電サイクルから生ずる電池内の容積変動中に、典型的には約５ｐｓｉ及び約１
００ｐｓｉの間の範囲内で該電池内に圧縮圧力を作り出す。
【００２２】 図６Ｃに図示される実施例に従えば、マイクロ構造弾性押し出し又は成形要素
１３６は、電気化学電池の内部、或は、それに隣接して作り出される力の向上さ
れた制御をもたらし得る電気化学電池のコア要素１３６として利用され得る。ご
理解されるように、他の外的及び内的力発生機構が利用され得て、充電及び放電
のサイクル中に電気化学電池を圧縮状態に維持し、コア要素１３６が代替的に電
池の全ての間或は選択された電池間に配置され得る。例えば図６Ａ乃至図６Ｃに
示されるばね要素は平坦ばねとして構成され得て、それが電気化学電池及び静止
壁構造体の間に配置され得る。
【００２３】 図７及び図８には、それぞれ圧力の関数としての、電池の充電状態（ＳＯＣ）
の特性と、電池圧縮の百分率とのグラフ形態が図示されている。図７及び図８に
おいてグラフ形態で特徴付けられたデータは、薄膜電気化学電池のコア内に挿入
された約０．８ｍｍの厚みを有するシリコーン・フォーム要素を用いて得られた
。そうしたフォーム・インサートを含む電気化学電池の全体的な厚みは５．８６
ｍｍである。図７のグラフは、フォーム・コア要素が、電池の充電状態が０％か
ら１００％の間で変動している間に、その元々の厚みに対して約１０％から約４
０％の間の圧縮を被っていることを明示している。図８は、フォーム・コア要素
が、約１０ｐｓｉから約３５ｐｓｉの間で変動する対応内的圧縮力を作り出して
いることを明示している。
【００２４】 多数の電気化学電池がスタック（積み重ね）形態で配列されると共に相互に接
続され得て、例えばモジュール及びバッテリー等のより大きな電力を発生するエ
ネルギー貯蔵装置を形成する。複数の電気化学電池から成る１つのグループは並
列及び／或は直列の状態で選択的に相互接続され得て、所望の電圧及び電流の定
格を達成する。例えばそして図９で参照されるように、多数の電気化学電池１４
０は相互にグループ分けされ、共通の正及び負の電力バス或は端子に並列接続さ
れ得て、電池パック１４２を形成する。次いで多数の電気化学電池パック１４２
はモジュール１４４を形成すべく直列接続され得る。更に多数の個別モジュール
１４４は直列接続され得て、バッテリー１４６を構成する。
【００２５】 図示の簡略化のため、図１０に示される実施例は、広範な高電力用途に対する
所望の電力要件を達成する効率的な手段を提供するモジュール・パッケージでの
アプローチに従った、複数の電気化学電池から成る構成を示している。この図示
された実施例において、８つの電気化学電池１４０が一緒となってグループ分け
され、並列接続されて、電池パック１４２を形成している。モジュール１４４は
６つ電池パック１４２にグループ分けして、それらパック１４２を直列接続する
ことによって構成されている。図９に示されるもののようなバッテリー１４６は
直列接続された２４個のモジュール１４４を用いて構成され得る。
【００２６】 これら構成体を仮定すると共に、電気化学電池１４０各々が図３に示されるも
のと同等の寸法及び特性を有すると仮定すると、個々別々の電池１４０は約３６
．５Ｗｈの全エネルギー出力を提供する。各電池パック１４２は、各モジュール
１４４が１．７５ｋＷｈの全エネルギー出力を提供する一方で、約２９２Ｗｈの
全エネルギー出力を提供する。２４個の直列接続されたモジュール１４４で構成
されたバッテリー１４６は４２ｋＷｈの全エネルギー出力を提供する。ご理解さ
れるように、電池パック１４２、モジュール１４４、並びに、バッテリー１４６
を形成する、電気化学電池１４０及びそれら電池１４０の相互接続の構成体が、
図９乃至図１０に図示される構成体から様々に変更され得る。
【００２７】 電池グループの充電及び放電のサイクルから生ずる電池容積における変動に適
合するために、且つ、電池の性能を改善するために、圧力発生装置が利用されて
、電池を連続的な圧縮状態に維持する。図１１で参照されるように、多数の電気
化学電池１５０は、図１１にその内の２つが示されているが、スタック形態で配
列され、当該電池１５０を圧縮状態に為すために外的力ＦEを被ることができる 。電池１５０の各々は、当該電池１５０の４つの縁部の表面に対して大きな表面
積を有する２つの対向面１５２を含む。外的力ＦEの大きさは、個々の電池１５ ０に対して５ｐｓｉ及び１００ｐｓｉの間の範囲内である。例えば４８個の電池
から成るスタックに対して、その電池スタックを充電／放電サイクル中に圧縮状
態に維持する外的力ＦEは、約５ｐｓｉ及び約１００ｐｓｉの間の範囲内である 。ご理解していただけるように、外的力ＦEは例えば２０ｐｓｉ等の一定の大き さに維持され得るか、或は、電池サイクル中に最小値及び最大値の間で変動し得
る。更に外的力ＦEは、電池スタックの対向する末端電池が静止状態構造体によ って移動することが拘束されている間、電池スタックの末端電池と活性圧力発生
機構との間での接触によって作り出され得る。代替的には、活性圧力発生機構は
その電池スタックの対向する末端電池の双方にそれぞれ利用され得る。
【００２８】 図１２で図示される実施例で参照されるように、電池スタックを構成している
１つ或はそれ以上の電気化学電池１５４は、電池１５４内に力ＦIを作り出す中 心コア要素１５６を含むように構成され得る。フォーム或はばね機構を含むこと
ができるコア要素１５６は、電池１５４の内面１６０に沿って力ＦIを付勢する 。電池１５４の外面１６２に沿って作り出された反作用する外的力ＦEは、電池 の大きな面１６２，１６０にわたって相当等しく分配された圧縮力を発生する。
【００２９】 留意されることは、電池スタックの２つの末端電池１５４の外面１６２に付勢
される外的に作り出された力ＦEは、閉じ込め容器の壁等の静止状態構造体によ って、或は、閉じ込め容器の壁に隣接したフォーム要素若しくはばねタイプ装置
等の活性圧力発生機構の使用によって作り出され得る。内的圧力発生装置は、充
電／放電サイクル中に、約５ｐｓｉ及び約１００ｐｓｉの間の範囲内で、電池１
５４の内面１６０に沿って等しく分配された圧力を維持すべきである。この力Ｆ I は一定の大きさで維持され得るか、上述した範囲内の大きさで変動し得る。加 えて、複数電池から成るスタックは隣接電池１５４間に配置された１つ或はそれ
以上のばねインサート１５８を含み得る。フォーム、金属ばね、或は、ガス充填
圧力要素を含み得るこのばねインサート１５８は、電池スタック内に含まれ得て
、該電池スタック内の圧縮力の分配を向上する。
【００３０】 図１３Ａ及び図１３Ｂにおいては、複数の電気化学電池から成るスタック１６
４を電池充電／放電サイクル中に圧縮状態に維持するための１つのアプローチが
図示されている。図１３Ａに示される構成におけるばね機構１６６は、電池スタ
ック１６４が間に入って拘束されている２つのスラスト・プレート１６８の一方
か或は閉じ込め容器壁の一方かに隣接して配置されている。ばね機構１６６は、
図１３Ａに示されるように、電池スタック１６４の充電済み電池に対して圧縮力
を付勢する。放電中、それら電池の厚みは、完全充電状態から通常放電状態への
遷移の際、約６％まで低減する。
【００３１】 放電中の電池スタック厚みの全体的な低減に応じて、ばね機構１６６はサイズ
に関して膨張して、連続的な圧力をその電池スタック１６４に対して付加する。
ご理解して頂けるように、充電／放電サイクル中に両スラスト・プレート１６８
間での電池スタック変位ＸDの大きさは著しいものであり得る。例えば、図３に 関して先に説明されたタイプの６４個の多面的電気化学電池を含む電池スタック
１６４が、充電済み状態と放電済み状態との間で約１８ｍｍから約２０ｍｍまで
の累積変位ＸDを被る。図１３Ａに示されるような単一ばね機構１６６は、必須 レベルの圧縮力を提供するが、電池スタック１６４の複数の電池に著しい度合い
の位置的移動を閉じ込め容器内で被らす。
【００３２】 図１４Ａ及び図１４Ｂに図示される実施例における多重ばね機構は電池スタッ
ク１６３内に利用されて、充電／放電サイクル中のそれら電池１６１の変位を最
小化している。一実施例において、ばね機構は電池スタック１６３の電池１６１
全て内部へ組み込まれ、電池サイクル中の個々の電池１６１の位置的シフトを有
益に最小化している。ばね要素を電池１６１内に統合することで、スラスト・プ
レート１６５に対する電池１６１の中心箇所を固定する補助を為している。ばね
をそれら電池の各々１６１内に組み込むことで、スタック１６３内での相対的な
電池移動をおそらくゼロまで低減すると信ぜられる。一般に、サイクル中に電池
変位の大きさを最小化することは、電池スタック１６３内の電気的相互接続の複
雑性を最小化すると共に、電池スタック１６３の信頼性及び有効寿命を経時的に
増大する。
【００３３】 図１５で参照されるように、多面的構成を有して複数の電気化学電池１７４か
ら成るスタック１７２を、モジュール・ハウジング或は他の閉じ込め容器内にお
いて圧縮状態で維持する圧力装置の実施例が図示されている。この実施例に従え
ば、１つ或はそれ以上のストラップ１７８、対向するスラスト・プレート１７６
、並びに、隣接電気化学電池１７４間に配置された平坦ばね１７３を協働的に使
用することで、圧力が電池スタック１７２の全体にわたって相当等しく分配され
る。ストラップ１７８で保持されている両スラスト・プレート１７６は、複数電
池から成るスタック１７２内に分配された平坦ばね１７３の圧縮を維持する。留
意されることは、平坦ばね１７３は、図１５に示されるように電池の各々間に配
置され得るか、或は代替的には、隣接していない電池間、例えば１つ置き若しく
は２つ置きに選択的に配置され得る。しかしながら、電池スタック１７２内の平
坦ばね１７３の数を減らすことで、充電／放電サイクル中に電池変位を増大する
ことになる。
【００３４】 別の実施例において、平坦ばね１７３は熱的伝導性フォームで製造され得て、
隣接電池間の熱エネルギーの転送を向上している。平坦フォームばね１７３は、
銅、アルミニウム等の熱的伝導性粒子、或は、銀粒子を含浸させ得て、そうした
粒子密度が熱的伝導性を向上し、更には隣接配置された電池間の良好な電気的絶
縁を提供する。また、薄いカプトン(Kapton)或はシリコーン・エッチド・ホイル
のタイプの加熱要素等の加熱要素をフォーム平坦ばね１７３内へ組み込むことが
でき、熱エネルギーを、電力遮断或はアイドル期間に続いて必要とされた際に電
池へ供給する。この用途に適合する加熱要素は、約０．００５インチから約０．
０３５インチの間の範囲内にある厚みを有することが可能である。
【００３５】 図１５に図示される圧力システムは、電池サイクル中に電池スタック１７２内
に圧縮力の連続的付加を提供する。望ましいと考えられることは、電池スタック
１７２内の圧縮力の大きさが約５ｐｓｉと１００ｐｓｉの間の範囲内の変動レベ
ル或は一定レベルに維持されることである。更に全体的なモジュール性能は、付
加面上の約１０ｐｓｉ未満の変動を伴って、電池の大きな側面にわたって相当等
しく必須圧力を分配することによって改善される。留意されることは、図１５に
示されるモジュール１７０の電池スタック部が、モジュール・ハウジングの内側
シェル等の閉じ込め容器の壁を支持することによって閉じ込められ得ることであ
る。スラスト・プレート１７６が閉じ込め容器の壁に当接している形態で、充電
中の電池容積の増大から生ずる両対向スラスト・プレート１７０の変位を制限す
る目的で、ストラップ１７８を含める必要性ない。
【００３６】 図１６は、スタック或はバンドル（束）のように構成された多数の電池化学電
池を閉じ込める点で特に有用なストラップ装置１８０の実施例を図示している。
その長さにおいて実質的に非延伸性であるストラップ装置とは対照的に、図１６
に示されるストラップ装置は、電池スタック圧力システムの効力を著しく向上す
る独特なクランプ１８２（鉗子）を組み込んでいる。このストラップ装置は２つ
のバンド１８０を含み、その各々がＣ形状端部１８１を有する。クランプ１８２
は、バンド１８０のＣ形状端部１８１を対応するクランプ１８２のＣ形状端部１
８４に結合することによってバンド１８０に結着される。バンド１８０が図１５
に示されるような方式で電池スタック回りに配置されることが仮定されている。
クランプ１８２は該クランプ１８２と一体的なヒンジ１８６を含み、充分な力を
被る際に、クランプ１８２の接触面１８８上に折り重なる。
【００３７】 ヒンジ１８６がその接触面１８８上に倒れると、クランプ１８２のＣ形状端部
１８４が相互に向かって引っ張られ、バンド１８０のＣ形状端部内に引っ張り力
を作り出す。クランプ１８２の起動によってバンド１８０内に誘導される引っ張
り力の大きさは、クランプ１８２に一体的なサイン波形状ばね１８９によって加
減される。サイン波形状ばね１８９は、形状、厚み、並びに、材料の観点から構
成され得て、電池の充電／放電サイクル中のストラップ装置の膨張及び収縮の所
望量を提供する。
【００３８】 図１６に示されるストラップ装置の使用によって保持される電池スタックが、
エネルギー貯蔵モジュール・ハウジングの内側シェル等の閉じ込め容器内に据え
られる構成において、クランプ１８２のヒンジ１８６と閉じ込め容器の壁との間
の接触は、該ヒンジ１８６が折り重ね構成で維持されることを保証する。
【００３９】 一般に、複数の電気化学電池から成るスタック内に圧縮力を作り出すための効
果的な圧力システムは、充電／放電サイクル中にそれらの電池に対して連続的に
圧力を誘導しなければならない。理想的には、電池スタック内に展開される圧縮
力は電池サイクル中に一定レベルに維持していることが望ましい。しかしながら
ご理解頂けるように、ばね機構を圧縮すべく必要とされる力が増大する歪みの関
数として増大する。この物理的規則にもかかわらず、ばね機構の歪みが増大する
力に応じて増大する率は変化され得る。
【００４０】 例えば、ばねを伸ばすと、該ばね内に誘導される相対的な歪み低減することに
なる。フォームばね要素及びインサートを電池スタック内或は個別電池内に利用
することが望ましい構成において、そのフォームばね要素の相対的サイズを増大
することは、電池スタックの全体的な長さ或はサイズの増大に悪影響し、次いで
、電池スタックが内部に配置されているモジュール或はシステムの容積を増大す
る。
【００４１】 しかしながら、電気化学電池スタックを取り巻いているストラップ或はバンド
を利用する圧力システムは、相対的に長いばね機構をそのストラップ或はバンド
内に組み込むことができ、ばねの相対的な歪み又は偏位を有益に低減する。図１
８に図示される実施例において、金属ストラップ１９４は波状ばね１９８を含み
、引っ張り状態の際にそれがスラスト・プレート１９４で圧縮力を電池スタック
１９２に付勢させる。この構成に従って、電池スタック１９２内に圧縮力を発生
する機構は、電池スタック１９２の内側よりも外側に配置される。ストラップ１
９４の波状ばね部１９８の長さは、電池スタック１９２の長さと比べて、より長
く、より短く、或は、同等に為すことができる。
【００４２】 図１８に図示されるストラップ装置の相対的に長いばね長は、該ばねの相対的
歪み又は偏位において劇的な低減を生ずる。従って、電池スタックが充電中にサ
イズに関して膨張すると同様に望ましくない圧力がばね機構内に蓄積されるので
、ばね１９８の相対的な歪みは著しく低減される。ご理解して頂けるように、図
１８に図示される引っ張りばね装置は、多数のコイルばねを用いるか、或は弾性
材を用いるかの何れかによって実施され得て、金属ばね材料及び弾性ばね材料の
組み合わせも有益に利用され得る。更に、ご理解して頂けるように、フォーム或
は他のばね要素が電池スタック内及び／或は別々の電池内に、電池スタックの外
の引っ張りばね装置と組み合わせて組み込むことが可能であることである。
【００４３】 図１９に提供されているグラフは、図１８に示された波形状ばね装置等の波形
ばね装置が図３に示されたタイプの複数の多面的電気化学電池から成るスタック
内に圧力を作り出すために利用される際の、圧力及び電池圧縮の間の関係を図示
している。波形ばね装置は、各々が８個の電気化学電池を含む合計６４個の電池
から成る８個の電池パックによって構成されるテスト・モジュールに利用された
。図１９に反映されたデータは、８個の電池パックから成るスタック内の電池パ
ック＃３及び電池＃６から得られた圧縮測定値に対する圧力を表している。
【００４４】 これら電池の各々は、約５．５５ｍｍの平均完全充電厚みを有し、約８０℃の
雰囲気温度での充電／放電サイクル中に約０．３１ｍｍから約０．３３ｍｍの厚
み変動を被った（０．３１ｍｍ×６４電池／モジュール＝１９．８４ｍｍ合計）
。充電サイクルの期間は６時間であった。放電サイクルの期間も６時間であった
。判明され得ることは、電池スタック内で展開される圧力が電池位置に対して非
常に均一であり、充電／放電サイクル中に約２０ｐｓｉｇ及び約６０ｐｓｉｇの
間で変動することである。
【００４５】 幾つかの用途において、電池サイクル中の電池変位の効果或は存在が許容され
得る。そうした場合、より少ない或はより小さなばね機構を有する簡略化圧力シ
ステムが、組み立て、コスト、並びに、信頼性の各々にから有益であるように思
える。図２０及び図２１において、電気化学電池スタック２０１に対して、必須
レベル圧縮力を提供する板ばね機構２００を含む圧力システムの実施例が図示さ
れている。板ばね機構２００は電池スタック２０１の末端電池に隣接するスラス
ト・プレート２０４と、該スラスト・プレート２０４に隣接するばね要素２０２
とを含む。ばね要素２０２の末端部は閉じ込め容器の壁２０６に当接して、板ば
ね機構２００が閉じ込め容器壁２０６と電池スタック２０１との間に配置されて
いる。
【００４６】 一実施例において、スラスト・プレート２０４は、約１３０ｍｍ×約１３０ｍ
ｍの表面積を有する接触プレートを含み、それが、実質的に、図２０及び図２１
に示される電池スタック２０１の複数の電池の大きな側面の表面積である。図２
０の図示は、完全放電状態の電池スタック２０１を示し、板ばね機構２００が約
６５ｐｓｉの圧力を約２６．２平方インチの活性表面積にわたって付勢している
。留意されることは、図示のような電池スタック２０１が６４個の個別電気化学
電池を含み、そして、その電池スタック２０１が電池サイクル中に約１８ｍｍ乃
至約２０ｍｍの全体的な変位を被ることである。この変位は、電池スタック２０
１の各端部に板ばね機構２００を配置することで、約５０％まで低減され得る。
【００４７】 図２１の描写は、完全充電済み状態の電池化学電池スタック２０１を示し、そ
の充電中にばね要素２０２を閉じ込め容器壁２０６に折り込ませる。この構成に
おいて、板ばね機構２００は約８５ｐｓｉの圧力を電池スタック２０１に付勢す
る。留意されることは、板ばね機構２００のばね要素２０２が、単一ばね、多重
的なネスト状(nested)ばね、或は、編まれたばね等々を含み得る。更にスラスト
・プレート２０４は固体部材である必要性はないが、当該スラスト・プレート２
０４の質量を減ずるために多数の孔を含み得る。更に弾性バンド或は金属波タイ
プばねを組み入れることができて、電池スタック２０１及びスラスト・プレート
２０４を包囲するように為す。
【００４８】 図２２Ａ乃至図２２Ｃで参照されるように、ネスト状ばね２２２を利用する板
ばね機構２２０を含んでいる圧力システムの別の実施例が図示されている。この
板ばね機構２２０は、図２２Ｃで最も明示されているスラスト・プレート２２４
を更に含み、該スラスト・プレート２２４が多数のリブ２２９を含んで、隣接し
て配置されたリブ２２９の間にチャネルが画成されている。ネスト状ばね２２２
は多数のスロット２２８を含むように形成され、それらスロットの各々がスラス
ト・プレート２２４上に設けられたリブ２２９のそれぞれと関連されている。
【００４９】 ネスト状板ばね機構２２０は、電池充電／放電サイクル中に、電気化学電池ス
タック２２１に対して付勢される連続的な力を発生する。電池スタック２２１に
おける容積変化は、スロットが設けられたネスト状ばね２２２と、スラスト・プ
レート２２４のリブ設定及び／或はチャネル設定された面との間での摺動自在な
係合によって適合される。理解して頂けるように、このスロット及びリブ構成が
、電気化学電池スタック２２１を構成している電池の位置的シフトに応じて、ネ
スト状ばね２２２及びスラスト・プレート２２４間に信頼性ある摺動自在な係合
をもたらしている。
【００５０】 図２３においては、電気化学電池グループに対する連続的圧縮力を作り出す板
ばね機構の別の実施例が図示されている。この実施例に従えば、板ばね２３２は
スラスト・プレート２３４と当該板ばね２３２の対向する端部にそれぞれ隣接す
る一対の摺動自在パッド２３５とに係合している。摺動自在パッド２３５は板ば
ね２３２の両対向端部に結着されると共に、シェル又はハウジング２３６の表面
に沿って移動自在である。代替的には、パッド２３５はハウジング壁２３６に恒
久的に固着され、板ばね２３２の対向する両端部は、それら固着パッド２３５の
面にわたる当該板ばね端部の摺動を促進すべく、カールを含むように形成され得
る。この構成における板ばね機構２３０は、弾性ストラップ或はばねタイプのス
トラップを使用することなく、電池スタックに対する必須圧縮力を発生する。し
かしながら、ご理解されるように、弾性ストラップ或はその他の方法による柔軟
性ストラップが図２３に示される板ばね機構２３０と組み合わされて利用され得
る。
【００５１】 図２４に示される板ばね機構２４０の実施例において、一対のストラップ２４
３が板ばね２４２の対向する両端部から延出して、スラスト・プレート２４４と
複数の電気化学電池から成るスタックとを包囲している。この構成において、板
ばね２４２の対向する両端部はシェル或はハウジング２４６の面と接触する必要
性がない。板ばね２４２はストラップ２４３を引っ張り状態に為し、それらスト
ラップが一対の対向する両スラスト・プレート２４４に電池スタックに対して圧
縮力を付勢させるように為している。板ばね２４２の湾曲又は曲げが電池スタッ
ク内の容積変化に応じて変化して、板ばね２４２によって作り出されるばね力に
おける随伴変性を生み出している。
【００５２】 図２５Ａにおいては、典型的には電池スタックの一方端部或は双方端部に配置
されるが、代替的には複数の電気化学電池から成るスタックの内部に配置される
こともできる二重板ばね機構２５０の実施例が図示されている。この実施例に従
えば、２つの板ばね２５２の対向する両端部は相互に結合され、各板ばね２５２
の中心点はスラスト・プレート２５４に接している。スラスト・プレート２５４
の一方は複数の電気化学電池から成るスタックに接触し、他方のスラスト・プレ
ート２５４はその電池スタックを包囲する一対のストラップ２５３に連結されて
いる。この構成において、一対の板ばね２５２はタンデム方式で協働して、複数
の電気化学電池から成るスタックを連続的な圧縮状態に維持する。ご理解して頂
けるように、二重板ばね機構２５０がストラップ２５３無しで利用され得ること
である。
【００５３】 図２５Ｂに示される多重板ばね機構２８０の実施例は、背中合わせの関係で配
列された一対の板ばね２８２を含み、それら板ばね２８２の中心点で相互に結合
されている。第１板ばね２８２の対向する両端部はスラスト・プレート２８４の
対向する両端部に接触し、第２板ばね２８２の対向する両端部は第２スラスト・
プレート２８４に接触している。この実施例において、一対のストラップ２８３
は第１スラスト・プレート２８２に結着されるか或はその第１スラスト・プレー
ト回りに結着されて、電池を包囲している。第２スラスト・プレート２８４は電
池スタックに接触して、それら電池を連続的な圧縮状態に為している。ご理解し
て頂けるように、第１板ばね２８２等の板ばねが個々別々の板ばね或は一組の板
ばねを含み得ることである。
【００５４】 次に図２６Ａ及び図２６Ｂに移ると、多数のヴェルビルばね(Belleville spri
ng)或はワッシャが固着されたスラスト・プレート２６０を含む力発生装置の実 施例が示されている。ヴェルビルばね２６２は、エポキシ接着剤等の接着剤を用
いてスラスト・プレート２６０に固着され得る。スラスト・プレート２６０は、
閉じ込め容器の壁構造体と、複数の電気化学電池から成るスタックに係合する接
触プレートとの間に挿入され得る。１つ以上のヴェルビルばね負荷スラスト・プ
レート２６０は、電池スタック内の様々な箇所で当該スラスト・プレート２６０
の何れかの側面上に配置された接触プレートを伴って据え付け可能である。
【００５５】 図２７Ａ乃至図２７Ｃに図示される実施例において、多数の蛇行タイプばね２
７４がスラスト・プレート２７０上に据え付け可能となっている。様々なタイプ
のばね２７４が利用可能であり、典型的には鋼リボンから製造される図２７Ｂに
示される波形ばね２７４ａ、典型的には鋼ワイヤから製造される図２７Ｃに示さ
れるコイルばね２７４ｂを含む。接触プレート２７２は複数の薄膜電池から成る
スタックを第１面に対して係合させると共に、ばね負荷スラスト・プレート２７
０を対向する第２面に対して係合させている。電池スタックの位置的シフトがあ
る場合に、連続的な圧縮力が、個々別々のばね２７４及び接触プレート２７２の
間での協働的な動作によって発生させられる。
【００５６】 図２８Ａ乃至図２８Ｃは、複数の電気化学電池から成るスタックを圧縮状態に
維持するための連続的で一定の圧縮力を作り出すべく利用され得るベローズ（蛇
腹）タイプ機構の様々な実施例を図示している。図２８Ａ乃至図２８Ｃに示され
るベローズは、典型的には、圧力及び／或は温度における変動に応じて相状態を
変えるガス（気体）或は液体が充填されている。液体タイプのベローズ機構は、
ベローズ内に閉じ込められた流体が液相から気相（ガス相）へ変化すると力を発
生する。このタイプのベローズ機構は、充電／放電サイクル中の電池容積変動の
全範囲にわたって、複数電池から成るスタックに対して相対的に一定な圧力を発
生すべく利用され得る。ベローズ内部の流体は、ベローズの圧縮及び緩和に連れ
て凝縮及び気化を為す。
【００５７】 別の実施例に従えば、封止シェル或はハウジング内に閉じ込められた複数の電
気化学電池から成るスタックは、そのハウジングを加圧することによって圧縮状
態に置かれ得る。ハウジング、或は、該ハウジング内の１つ以上の封止チャンバ
ーは、電池を圧縮状態に為す目的で、窒素或はアルゴン等の不活性ガスによって
加圧され得る。ガス充填ハウジングの圧力は電池サイクル中に一定に保持させる
ことも、或は、変動させることもできる。
【００５８】 勿論、ご理解して頂けるように、種々の変更及び追加が本発明の範囲或は精神
から逸脱することなく上述した様々な実施例に対して為され得る。例えば、電池
内に必須の内部圧縮力を作り出す目的で、薄い弾性被膜を、巻回、圧延、或は、
他の方法によって電気化学電池を形成する前に、薄膜電池の各種層の表面上に設
けることができる。また、ガス負荷要素がばね要素として利用されると共に、電
気化学電池のコア要素内に組み入れられるか、或は、電池外部の分離した平坦ば
ね構造体内に組み入れられ得る。更にご理解して頂けるように、本発明の原理及
び原則が、ニッケル水素化金属（Ｎｉ-ＭＨ）、リチウム-イオン（Ｌｉ-イオン ）、並びに、他の高エネルギー・バッテリー技術を利用したもの等々の開発中の
リチウム・ポリマー電解質のもの以外の、バッテリー技術に利用され得る。従っ
て、本発明の範囲は以上に説明された特定の実施例によって制限されるべきでは
なく、特許請求の範囲及びその均等物によってだけ定義されるべきである。
【００５９】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、多面的な形態を有する固体状態の薄膜電池の実施例を図示している。
【図２】 図２Ａ乃至図２Ｃは、薄膜電気化学電池の様々な実施例を図示している。
【図３】 図３は、多面的な形態を有すると共に、電池における陽極及び陰極にそれぞれ
結着された熱伝導体を含む電気化学電池の別の実施例の図示である。
【図４】 図４は、外部圧縮力を被る電気化学電池の上面図である。
【図５】 図５は、電気化学電池を圧縮状態に為す外的な力及び内的な力の双方を被る電
気化学電池の代替実施例を図示している。
【図６】 図６Ａ乃至図６Ｃは、多面的な電気化学電池内用或はそれに隣接用のばね状要
素の様々な実施例を図示している。
【図７】 図７は、圧力の関数としての電池の充電状態（ＳＯＣ）の特性グラフを図示し
ている。
【図８】 図８は、圧力の関数としての電池圧縮のパーセンテージの特性グラフを図示し
ている。
【図９】 図９は、電池パック、電池モジュール、並びに、バッテリー形態を含むエネル
ギー貯蔵装置の様々な包装形態を図示している。
【図１０】 図１０は、多数の相互接続された薄膜電気化学電池を含むエネルギー貯蔵モジ
ュールの斜視図である。
【図１１】 図１１は、グループ分けされた複数の電気化学電池を圧縮状態に据えるために
、外的に作り出された力を被る該電気化学電池から成るグループの実施例を図示
している。
【図１２】 図１２は、グループ分けされた複数の電気化学電池を圧縮状態に据えるために
、内的及び外的に作り出された力を被る該電気化学電池から成るグループの実施
例を図示している。
【図１３】 図１３Ａ及び図１３Ｂは、複数の電気化学電池から成るスタック（積み重ね体
）を充放電サイクル中に圧縮状態に維持するための外的圧力を作り出す装置の実
施例を図示している。
【図１４】 図１４Ａ及び図１４Ｂは、複数の電気化学電池から成るスタック（積み重ね体
）を充放電サイクル中に圧縮状態に維持するための外的圧力を作り出す装置の別
の実施例を図示している。
【図１５】 図１５は、圧力装置の実施例を利用することによって圧縮状態に維持させた電
池スタック形態に配列された複数の電気化学電池から成るグループを図示してい
る。
【図１６】 図１６は、複数の電気化学電池を充放電サイクル中に圧縮状態に維持するため
の圧力発生装置に用いられる引っ張り力発生クランプを含むバンド或はストラッ
プの図示である。
【図１７】 図１７は、図１６に示される引っ張り力発生クランプの斜視図である。
【図１８】 図１８は、複数の電気化学電池から成るスタック内に圧縮力を発生するための
圧力発生装置に使用される波形ばねを組み入れているバンド或はストラップの図
示である。
【図１９】 図１９は、図１８に示されるタイプの波形ばね装置が多面的電気化学電池のス
タック内に圧力を作り出すために利用される場合、圧力と電池圧縮との間の関係
を表示するグラフである。
【図２０】 図２０は、完全に放電された状態での、電気化学電池のスタックを充放電サイ
クル中に圧縮状態に維持するための圧力発生装置の他の実施例の断面図を示す。
【図２１】 図２１は、完全に充電された状態での、電気化学電池のスタックを充放電サイ
クル中に圧縮状態に維持するための圧力発生装置の他の実施例の断面図を示す。
【図２２】 図２２Ａ及び図２２Ｂは、完全に放電された状態及び完全に充電された状態で
の、ネスト状板ばね機構を利用する圧力発生装置の他の実施例の断面図をそれぞ
れ図示しており、図２２Ｃは部分的拡大断面図を示している。
【図２３】 図２３は、電気化学電池を圧縮状態に維持するために板ばね機構を利用する圧
力発生装置の別の実施例を図示している。
【図２４】 図２４は、電気化学電池を圧縮状態に維持するために板ばね機構を利用する圧
力発生装置の更なる別の実施例を図示している。
【図２５】 図２５Ａは電気化学電池を圧縮状態に維持するために板ばね機構を利用する圧
力発生装置の追加の実施例を図示し、図２５Ｂは電気化学電池を圧縮状態に維持
するために板ばね機構を利用する圧力発生装置の更なる追加の実施例を図示して
いる。
【図２６】 図２６Ａは多数のヴェルビルばねを利用する圧力発生装置の実施例を図示して
おり、図２６Ｂはその側面図を図示している。
【図２７】 図２７Ａは多数の波形ばね或はコイルばねを利用する圧力発生装置の実施例を
図示しており、図２７Ｂはその波形ばねを図示しており、図２７Ｃはそのコイル
ばねを図示している。
【図２８】 図２８Ａ乃至図２８Ｃは、電気化学電池を圧縮状態に維持するために圧力発生
装置に利用され得る様々な種類のベローズ（蛇腹）機構を図示している。
【符号の説明】
２０，７０，９０，１１０，１４０，１５０，１５４，１６１，１７４ 電池
２２，１１２，１３０，１３６，１５６ 力発生コア要素 ２４，７２ 陽極 ２６ 電解質 ２８，７４ 陰極 １３４ 弾性フォームばね １６３，１６４，１７２，１９２，２０１，２２１ 電池スタック １６６ ばね機構 １６８，１７０，１７６，１９４，２０４，２２４，２３４，２４４ スラス
ト・プレート １７３ 平坦ばね １８０ バンド １８９ サイン形状ばね １９８ 波状ばね ２００，２３０，２４０ 板ばね機構 ２０２ ばね要素 ２０６ 容器の壁 ２２２ ネスト状ばね ２３２，２４２，２５２ 板ばね ２５０ 二重板ばね機構 ２８０ 多重板ばね機構 ２８２ 板ばね ２６２ ヴェルビルばね ２７４ 蛇行ばね ２７４ａ 波形ばね ２７４ｂ コイルばね
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＲ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホッフマン ジョセフ エイ アメリカ合衆国 ミネソタ州 55403 ミ ネアポリス ダグラス アベニュー 700 アパートメント 102 (72)発明者 リンデマン ディヴィッド ディー アメリカ合衆国 ウィスコンシン州 54016 ハドソン リッジ パス 912 (72)発明者 レイデウォルド ヴァーン イー アメリカ合衆国 テキサス州 78734 オ ースチン トレイル オヴ ザ ウッズ 16811 (72)発明者 レンジャー マイケル カナダ エイチ８ティー ３エル６ ケベ ック ラシーン テラース デュ ルイソ ー 640−＃302 (72)発明者 ルイラード ロジャー カナダ ジェイ３ジー ２シー９ ベロエ ール プレヴェール 315 (72)発明者 トライス ジェニファー エル アメリカ合衆国 ミネソタ州 55123 イ ーガン ブラードック トレイル 4382 (72)発明者 タージェオン トーマス エイ アメリカ合衆国 ミネソタ州 55432 フ リードリー キャメロット レーン 1650 Ｆターム(参考） 5H028 AA07 CC02 CC22 CC26 5H029 AJ12 AJ14 AK11 AM16 BJ02 BJ12 BJ14 CJ03 DJ01 5H040 AA06 AS07 AY06 AY08 CC23 【要約の続き】 て或は選択された電池の間に挿入され得て、複数電池か ら成るグループ内に圧縮力を発生している。複数のコイ ルばねから成るグループを含んでいるエンクロジャーは ガス充填されて、電池を圧縮状態に為している。

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エネルギー貯蔵装置のための圧力システムであって、 薄膜電気化学電池であり、該電気化学電池に対して電流を導入させると共に導
    出させる陽極接点及び陰極接点を有する薄膜電気化学電池と、 前記電気化学電池を該電気化学電池の充電及び放電のサイクル中に圧縮状態に
    維持する圧力装置と、 を備えるシステム。
  2. 【請求項２】前記圧力装置が前記電気化学電池の外部である、請求項１に記載
    のシステム。
  3. 【請求項３】前記圧力装置が前記電気化学電池の内部である、請求項１に記載
    のシステム。
  4. 【請求項４】前記圧力装置が、前記電気化学電池と一体的な弾性要素を備える
    、請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】前記圧力装置が、前記電気化学電池内に配置された、成形フォー
    ム要素、マイクロ構造ばね要素、或は、金属ばね要素の内の１つを含む、請求項
    １に記載のシステム。
  6. 【請求項６】前記圧力装置が、 前記電気化学電池の対向する両側面に隣接してそれぞれ配置された第１プレー
    ト及び第２プレートと、 前記第１プレート及び前記第２プレートに結合されて、前記電気化学電池を圧
    縮状態に維持するように力を作り出すばねと、 を備える、請求項１に記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記圧力装置が、 前記電気化学電池の対向する両側面に隣接してそれぞれ配置された第１プレー
    ト及び第２プレートと、 前記第１プレート及び前記第２プレートに結合されて、前記電気化学電池を圧
    縮状態に維持するように力を作り出す弾性バンドと、 を備える、請求項１に記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記圧力装置が、 前記電気化学電池の対向する両側面に隣接してそれぞれ配置された第１プレー
    ト及び第２プレートと、 前記第１プレート及び前記第２プレートに結合されて、前記電気化学電池を圧
    縮状態に維持するように力を作り出す一体的な波形ばねを含むバンドと、 を備える、請求項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記圧力装置が、 前記電気化学電池回りに配置されたバンドと、 前記バンドに結着されて、未締結配向から締結配向へ移動された際、前記バン
    ド内に力を誘導して前記電気化学電池を圧縮状態に維持するクランプと、 を備える、請求項１に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記圧力装置が、前記電気化学電池を含むと共に、前記電気化
    学電池を圧縮状態に維持するようにガスで加圧されたハウジングを備える、請求
    項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記圧力装置が、複数のばねを含むプレートを備え、前記プレ
    ートが前記電気化学電池の側面に隣接して配置されて、前記電気化学電池を圧縮
    状態に維持するように力を作り出している、請求項１に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】前記プレートが複数のコイルばね或は複数の波形ばねを含む、
    請求項１１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記プレートが複数のベローズばねを含む、請求項１１に記載
    のシステム。
  14. 【請求項１４】前記プレートが複数のヴェルビルばねを含む、請求項１１に記
    載のシステム。
  15. 【請求項１５】前記圧力装置が、前記薄膜電気化学電池上に配置された弾性被
    膜を含む、請求項１に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】前記薄膜電気化学電池がポリマー電解質を備え、前記圧力装置
    が、 前記陽極に力を付勢する前記ポリマー電解質のセパレータ層と、 前記ポリマー電解質外部のばねであり、前記セパレータ層及び前記外部ばねが
    協働して、前記電気化学電池を圧縮状態に維持していることと、を含む、請求項
    １に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】エネルギー貯蔵装置のための圧力システムであって、 第１プレート及び第２プレートと、 前記第１及び第２プレート間に配置された複数の薄膜電気化学電池から成るグ
    ループであり、前記電気化学電池の各々が、該電気化学電池に対して電流を導入
    させると共に導出させる正接点及び負接点を有していることから成る薄膜電気化
    学電池グループと、 前記第１及び第２プレートと協働して、前記電気化学電池の充電及び放電のサ
    イクル中に、前記電気化学電池グループを圧縮状態に維持する圧力装置と、 を備えるシステム。
  18. 【請求項１８】前記圧力装置が、前記電気化学電池の内の少なくとも幾つかも
    のの内部に配置されたばね要素を備え、前記ばね要素が前記第１及び第２プレー
    トと協働して、前記電気化学電池グループ内に圧縮力を作り出している、請求項
    １７に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】前記ばね要素が、フォームばね要素或は金属ばね要素の内の一
    方を含む、請求項１８に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】前記圧力装置が、前記電気化学電池の内の少なくとも幾つかの
    ものの間に配置された平坦ばね要素を備え、前記平坦ばね要素が前記第１及び第
    ２プレートと協働して、前記電気化学電池グループ内に圧縮力を作り出す、請求
    項１７に記載のシステム。
  21. 【請求項２１】前記平坦ばね要素が、フォームばね要素或は金属ばね要素の内
    の一方を含む、請求項２０に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】前記圧力装置が、 前記電気化学電池の内の少なくとも幾つかのものの内部に配置されたばね要素
    と、 前記第１及び第２プレートに結合されたバンドであり、前記ばね要素、前記バ
    ンド、並びに、前記第１及び第２プレートが協働して、前記電気化学電池グルー
    プ内に圧縮力を作り出すことから成るバンドと、 を備える、請求項１７に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】前記圧力装置が前記第１及び第２プレートに結合されたバンド
    を備え、前記バンドが一体的なばねを含んで、前記第１及び第２プレートと協働
    して、前記電気化学電池を圧縮状態に維持するように引っ張り力を作り出す、請
    求項１７に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】前記圧力装置が、 各々が第１及び第２の対向する端部を有する第１バンド及び第２バンドと、 第１クランプ及び第２クランプであり、当該第１及び第２バンドが交合してそ
    れらの各対向端部にそれぞれ係合し、前記第１及び第２バンドが、未締結配向か
    ら締結配向へ移動した際、それら第１及び第２バンド内に引っ張り力を誘導して
    、前記電気化学電池を圧縮状態に維持することから成る第１バンド及び第２バン
    ドと、 を備える、請求項１７に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】前記第１及び第２クランプが一体的なばねを含む、請求項２４
    に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】前記圧力装置が、前記第１或は第２のプレートの内の少なくと
    も一方に結合された板ばねを備え、前記板ばねが前記第１及び第２プレートと協
    働して前記電気化学電池グループ内に圧縮力を作り出す、請求項１７に記載のシ
    ステム。
  27. 【請求項２７】前記圧力装置が、前記第１プレート或は前記第２プレートの内
    の一方に配置された複数のばねを備える、請求項１７に記載のシステム。
  28. 【請求項２８】前記圧力装置が、前記第１プレート或は前記第２プレートの内
    の一方に配置された複数のコイルばね或は複数の波形ばねを備える、請求項１７
    に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】前記圧力装置が、前記第１プレート或は前記第２プレートの内
    の一方に配置された複数のベローズばねを備える、請求項１７に記載のシステム
    。
  30. 【請求項３０】前記圧力装置が、前記第１プレート或は前記第２プレートの内
    の一方に配置された複数のヴェルビルばねを備える、請求項１７に記載のシステ
    ム。
  31. 【請求項３１】複数の薄膜電気化学電池から成るグループをそれら電気化学電
    池の充電及び放電のサイクル中に圧縮状態に維持する方法であって、 前記電気化学電池に対して電流を導入させると共に導出させる段階と、 前記電気化学電池の内の少なくとも幾つかのものの内部に力を作り出す段階と
    、 前記電気化学電池の外部に力を作り出して、それら内的に及び外的に作り出さ
    れた力が前記電気化学電池を該電気化学電池の充電及び放電のサイクル中に圧縮
    状態に維持するように為す段階と、 の諸段階を含む方法。
  32. 【請求項３２】前記外的力を作り出すことが、前記電気化学電池外部に引っ張
    り力を作り出すことを含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】前記外的力を作り出すことが、ばね力を前記電気化学電池外部
    に作り出すことを含む、請求項３１に記載の方法。
  34. 【請求項３４】前記内的力を作り出すことが、前記電気化学電池の内の少なく
    とも幾つかのものの内部にばね力を作り出すことを含む、請求項３１に記載の方
    法。
  35. 【請求項３５】前記外的力を作り出すことが、前記電気化学電池を含むエンク
    ロジャーを加圧することを含む、請求項３１に記載の方法。
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