JP2001511635A - 高エネルギー電気化学セルのための現場短絡保護システム及び方法 - Google Patents

高エネルギー電気化学セルのための現場短絡保護システム及び方法

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Abstract

(57)【要約】 エネルギー蓄積装置のための現場熱管理システム。エネルギー蓄積装置は、各々が共通の正及び負接続に並列に結合された複数のエネルギー蓄積セルを含む。エネルギー蓄積セルの各々は、セル技術、寸法及び熱的／電気的特性に従い、特定セルの短絡によって生成された熱エネルギーを、特定セルの温度が破壊温度を越えないようにするために、特定セルに隣接するセルに導通されるようなエネルギー容量と接触表面領域との比を有するように構成されている。１つの実施例において、多くのエネルギー蓄積セルの各々には、ヒューズが直列に接続されている。ヒューズは、セルの短絡が起こった場合にセルによって容量的に生成される電流スパイクによって活性化し、それによって短絡されたセルは、共通の正及び負接続から電気的に分離される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の属する技術分野 本発明はエネルギー蓄積装置に関し、より詳細には、短絡状態が生じたときに
エネルギー蓄積セルを保護する装置および方法に関する。
【０００２】 従来の技術 新規且つ改定された電子的および電気機械的システムに対する要望に依り、エ
ネルギー蓄積装置の製造業者は小容積パッケージで高エネルギー生成を行うバッ
テリ技術の開発を強いられている。例えば酸化鉛(lead acid) などを利用した従
来のバッテリシステムは、高出力で低重量の用途には不適切なことが多い。他の
公知のバッテリ技術は、消費者機器用途での使用では不安定もしくは危険すぎる
と思われる。
【０００３】 最近では多くの先進バッテリ技術が開発されているが、それは例えば金属水素
化物（例えばＮｉ−ＭＨ）、リチウム・イオンおよびリチウム・ポリマ・セル技
術などであり、多くの商用的用途および消費者用途に対して必要なレベルのエネ
ルギー生成および安全度を提供すると思われる。しかしながら斯かる先進のエネ
ルギー蓄積システムは相当の量の熱を生成するのが通常であり、もし適切に放散
されなければ熱暴走状態(thermal runaway condition) となり最終的には、セル
、並びに、セルにより給電されているシステムが破壊されてしまう。
【０００４】 故に、商用的および消費者用の装置およびシステムで使用するに適したバッテ
リシステムを設計する際に、先進のバッテリセルの熱的特性が理解され、適切に
考慮されねばならない。従来において斯かるセルの外部となる熱伝達機構を提供
する手法は、例えば、セルの内部からの熱を効果的に放散するには不適切なこと
もある。斯かる従来の手法はまた、一定の用途では高価過ぎたり、かさばり過ぎ
ることもある。また、先進の高エネルギー電気化学セルが関連する場合には、短
絡および熱暴走状態から帰着する結果の厳しさは、相当に大きくなる。
【０００５】 先進のバッテリ製造分野にては、高エネルギー出力を示すエネルギー蓄積シス
テム、および、広範囲な用途において安全かつ確実に使用され得るエネルギー蓄
積システムに対する要望が在る。また、短絡状態から帰着する熱暴走からエネル
ギー蓄積セルを保護する為の邪魔にならず安価な熱管理手法に対する要望も存在
する。本発明は、これらの要望および他の要望を満足するものである。
【０００６】 発明の要約 本発明は、エネルギー蓄積装置に対する現場(in-situ) 熱管理システムに関す
る。上記エネルギー蓄積装置は、共通の正負接続に対して各々が並列に連結され
た複数のエネルギー蓄積セルを含んでいる。セル技術、寸法および熱的／電気的
特性に依れば、エネルギー蓄積セルの各々は、特定セルの温度が破壊温度を超え
るのを防止すべく、特定セルにおいて短絡により生成される熱エネルギーが隣接
および近傍セルへと伝導されるようなエネルギー容量と接触面積との比率を有す
べく構成される。一実施例において、多数のエネルギー蓄積セルの各々と直列に
ヒューズが連結される。そのヒューズは、セル内において短絡が生じたときに容
量的に(capacitively)生成される電流スパイクにより起動されることにより、共
通の正負接続から短絡セルを電気的に分離する。
【０００７】 発明の実施の形態 高エネルギー電気化学電池を利用したエネルギー蓄積システムの一実施例に依
れば、システムは図１に示されたタイプの固体薄膜セルを含んでいる。斯かる薄
膜電気化学セルは、例えば電気自動車に使用される様な、高電流高電圧エネルギ
ー蓄積モジュールおよびバッテリを構成する用途に特に適している。
【０００８】 図１Ａには、アノード接点５６およびカソード接点５５がそれぞれ端部に形成
された角柱状(prismatic) 電気化学セル５０の実施例が示されている。アノード
およびカソード接点５６、５５の各々には、熱伝導器５２がスポット溶接、また
はそうでなければ取付けられている。通常熱伝導器５２は、アノード接点５６お
よびカソード接点５５の長さに沿って配置されると共に、電気化学セル５０に対
して電流を導通する電気接続導線５４を含み、電流は選択的にアノードおよびカ
ソード接点５６、５５に沿って収集および導通される。
【０００９】 図１Ｂに示された熱伝導器６３の実施例は、溶射金属(sprayed metal) アノー
ドもしくはカソード接点６１の長さに沿って延在する銅製タブ５３を含んでいる
。銅製タブ５３は弾性部材５９を含むが、上記セル５０と、隣接して配置された
金属ハウジングの壁部などのヒートシンクとの間においては弾性部材５９を介し
て熱が伝導される。銅製タブ５３は多数の溶接箇所５１にて溶射金属接点６１に
スポット溶接される。銅製タブ５３の端部６３には、可撓性の導電線５７が超音
波溶接されている。電流は主としてセル５０の溶射金属接点６１に沿って導通さ
れると共に、可撓性の導電線５７を介して外部接続へと連絡される。
【００１０】 図１Ｃに示された如く熱伝導器６３は、電気化学セルと、熱伝導性の電気抵抗
材料もしくは要素との間で熱エネルギーを伝導する熱流束経路を提供する。尚、
本明細書中で言及する熱伝導性の電気抵抗材料、要素もしくは構造とは、それ自
体を通して相当の量の熱が導通されるのを許容するが、電気化学セルに対して電
流を導通すべく提供された電流経路との比較においては電流に対して電気的に抵
抗性を有する表面被覆／処理もしくは別体材料を指すことが理解される。例えば
アノード酸化被覆は、十分な量の熱エネルギーが導通されるのを許容するが、セ
ルのアノードおよびカソード接点または熱伝導器との比較においては電流に対し
て十分な抵抗を有し得る。更なる例として、熱伝導性ポリマ要素が、内部に充填
された熱伝導性粒子の密度を熱伝導および電気伝導特性の間の所望のバランスを
提供すべく選択するように採用され得る。
【００１１】 図１Ｃの多数セルの実施例において更に示されるように、熱伝導器６３は隣接
セル間で熱を伝導する熱流束経路も提供する。例えばセル積層体内のセル７３に
おいて短絡が発生したとしても、短絡セル７３により生成された過剰熱Ｑgen は
熱伝導器６３を介し、ハウジング表面７７上に提供された熱伝導性の電気抵抗材
料を介して各隣接セル７２および非隣接セル７１へと導通される。また過剰熱Ｑ gen は、物理的接触によっても短絡セル７３の隣接セル７２に導通される。熱伝
導プレート７５は、セル積層体の端部に配置されたセル７４に対するヒートシン
クの役割を果たす。
【００１２】 更に熱伝導器６３は、セル７３と、セル７３の近傍に配置された金属平面７７
などの構造との間において、セル７３と構造７７との間における相対移動に応じ
て実質的に連続的な接触を提供するスプリング的特性を示す形状とされている。
熱伝導器６３内には筒状弾性要素などの別体スプリング要素６９が保持され、熱
伝導器６３のスプリング特性を増大して得る。熱伝導器６３は銅から形成される
と共に、実質的にＣ形状、２重Ｃ形状、Ｚ形状、Ｏ形状、Ｓ形状、Ｖ形状または
フィンガ形状(finger-shaped) の断面を有し得る。
【００１３】 図１Ａに示された実施例において電気化学セル５０は、約１３５mmの長さＬ、
約１４９mmの高さＨ、および、約５．４mmもしくは発泡コア要素を含むときは約
５．８６mmの幅Ｗecを有すべく作製される。カソード接点５５およびアノード接
点５６の幅Ｗc は夫々約３．７２mmである。斯かるセル５０は通常に、約３６．
５Whの公称定格エネルギー、８０％の放電深度（ＤＯＤ）時における８７．０Ｗ
のピーク定格電力、およびフル充電時において１４．４Ahのセル容量を示す。図
２は、図１Ａに示されたものと実質的に同一の構成を有する電気化学セルに対す
る電圧および容量の間の関係をグラフで示している。個々の電気化学セルは約２
．０Ｖ乃至３．１Ｖの公称作動電圧を有することが理解される。
【００１４】 図１Ａ乃至図１Ｃに示された電気化学セルは、図３に示されたものと同様の構
成を有し得る。この実施例において電気化学セル６０は平坦に巻かれた角柱形状
を有すべく示されているが、これは、イオン搬送膜を構成する固体ポリマ電解質
６６と、リチウム製金属アノード６４と、酸化バナジウム製カソード６８と、カ
ソード電流コレクタ７０とを取り入れている。これらの膜要素は、ポリプロピレ
ン膜などの絶縁膜をも含み得る薄膜積層角柱構造を形成すべく作製される。
【００１５】 図３に示されたセルは、２つのカソード膜６８の間に配置されて両面セル形状
を形成する中央のカソード電流コレクタ７０を含んでいる。代替的に、単一のア
ノード／電解質／カソード要素の組合せと単一のカソードコレクタ７０を組合せ
る単一面セル形状が採用され得る。この形状においては、通常個々のアノード／
電解質／カソード／コレクタ要素の組合せの間に絶縁膜が配置される。
【００１６】 上記アノードおよびカソード電流収集膜６４、７０の夫々の縁部６５、７９に
沿って電流収集接点を形成すべく、公知のスパッタ金属被覆が採用される。上記
金属溶射接点はアノードおよびカソード膜縁部６５、７９の長に沿い優れた電流
収集を提供すると共に、良好な電気接触および熱伝導特性を示す。図１Ａ乃至図
１Ｃおよび図３に示された電気化学セルは、米国特許第５，４２３，１１０号、
第５，４１５，９５４号および第４，８９７，９１７号に開示された方法に従っ
て作製され得る。
【００１７】 以下の表１においては、図１に示されたものと同様の構成を有すると共に約６
０℃の温度に維持された電気化学セルに対する種々の熱的特性が示される。
【００１８】
【表１】
【００１９】 所望の電圧および定格電流を達成すべく、多数の電気化学セルが並列および／
または直列関係で選択的に相互連結され得る。例えば図４を参照すると、多数の
別体の電気化学セル８０がグループ化されるとともに共通の正負電力バスもしく
はラインに対して並列に接続されることにより、ひとつのセルパック８２を形成
する。次に多数の電気化学セルパック８２が直列接続されてひとつのモジュール
８４を形成する。更に多数の別体モジュール８４が直列接続されてひとつのバッ
テリ８６を構成する。
【００２０】 図４に示された実施例は、広範囲な高出力用途に対して所望の電力要件を達成
する効果的手段を提供するモジュラーパッケージ化手法に従った電気化学セル８
０の配置構成を示している。ここに示された実施例においては８個の電気化学セ
ル８０がグループ化されると共に並列接続されてセルパック８２を形成する。ま
た、モジュール８４は６個のセルパック８２をグループ化して直列接続すること
により構成される。更にバッテリ８６は、直列接続された２４個のモジュール８
４を構成するものとして示されている。
【００２１】 これらの構成が与えられると共に、電気化学セル８０の各々は図１に示された
セルと等しい寸法および特性を有するとすれば、別体セル８０の各々は約３６．
５Whの合計エネルギー出力を提供する。セルパック８２の各々は約２９２Whの合
計エネルギー出力を提供する一方、各モジュール８４は１．７５kWh の合計エネ
ルギー出力を提供する。軸方向に４列で長手方向に６列で配向されて直列接続さ
れたモジュール８４により構成されるバッテリ８６は、約４２kWh の合計エネル
ギー出力を提供する。セルパック８２、モジュール８４およびバッテリ８６を形
成する電気化学セル８０の構成およびセル８０の相互連結は図４に示された配置
構成から変更し得ることが理解される。
【００２２】 図５には、積層体形状に配置された多数の電気化学セルが示されている。特定
のセル１１２は短絡を生じたものとして示されている。そのセル１１２は、短絡
から帰着する高速のエネルギー放出の結果として熱を生成する。この１次元（ｘ
軸）熱伝導モデルに依れば、セル１１２における短絡により生成された熱エネル
ギーはセル１１２を介して部分的に導通されてセル１１２の外側面１１５、１１
７に至る。短絡セル１１２に対する直近の隣接セル１１０は、熱エネルギーがセ
ル１１２の外側面１１５、１１７に導通されて隣接セル１１０内に放散するのを
許容する。
【００２３】 同様にして、セル１１２の外側面１１７と熱的接触に在る外側面１１３を有す
る隣接セル１１４は、セル１１２により生成された熱を熱接触界面１１３、１１
７を介して導通する。ここに示された実施例において隣接セル１１０、１１４は
、セル１１２の外側面１１５、１１７と密接に熱的接触する外側面１１１、１１
３を夫々含んでいる。隣接セル間には、発泡体もしくは金属製平坦スプリング要
素などの挿入要素、または、熱伝導材料が配置され得ることを理解されたい。図
５には示されていないが、短絡セル１１２により生成された熱はｙ方向およびｚ
方向にも導通され、特に、図１Ｃに示された如き上記熱伝導器および熱伝導性電
気抵抗材料を介して隣接および近傍セルにも導通されることを理解されたい。
【００２４】 上記セル１１２では短絡事象の直後において、生成熱の約５０％がｘ方向にお
いて隣接セル１１０、１１４へと放散する一方、残りの５０％は熱伝導器および
熱伝導性電気抵抗材料を介して消散されると考えられる。セル積層体の各端部セ
ルは、端部セル７４と密接に接触する図１Ｃの金属プレート７５の如く隣接配置
されたヒートシンクの存在を必要とする。
【００２５】 当業者であれば、短絡セル１１２内におけるエネルギーの増大、および、短絡
事象から生成したエネルギーが隣接セル１１０、１１４へと放散される速度は、
フーリエの熱伝導法則を使用して特定され得ることを理解し得よう。短絡セル１
１２から生成熱が隣接セル１１０、１１４へと導通されるプロセスを記述する上
では、一般化された１次元熱伝導分析の簡単な説明が有用であろう。以下の説明
は例示の為だけに提供されており、３次元の過渡的熱伝導特性を無視しているこ
とが理解される。
【００２６】
【外１】
【００２７】 当業者であれば、図５のエネルギー蓄積システム内での短絡事象による温度の
増大は、各セルの熱的特性およびエネルギー生成能力を理解することにより適切
に管理され得ることが理解できる。本発明の原理に係る現場熱管理システムは、
強制冷却装置もしくは強制対流装置などの外部の能動的熱管理機構を要さずに、
短絡事象から帰着する過剰な熱エネルギーを放散すべく採用され得る。本明細書
中に記述される現場熱管理方法は、エネルギー蓄積システムにおいて使用される
特定セルの熱容量および熱放散特性を理解すると共に、各セルのエネルギー容量
を適切に制限することにより実施され得る。
【００２８】 複数セル式エネルギー蓄積システムの設計に影響を与える重要な検討事項は、
セル全体の性能が相当に低下するような特定のセル技術の材料が破壊もしくは劣
化する温度に関係している。一例として、図１Ａ乃至図１Ｃおよび図３に示され
たタイプの構成を有するセルは、リチウムの融点を表す約１８０℃の破壊温度を
有している。本発明の原理に依り実施された現場熱管理機構を採用すれば、短絡
状態の下であっても、セルの温度が破壊温度または破壊温度よりも低い安全温度
に到達するのが防止される。
【００２９】 特定セルの熱放散特性は、セル技術、寸法および熱的／電気的特性などの多数
の要因に依存する。これらの既知の要因を考慮することにより、セルの熱放散特
性は変化して最適化され得る。セル１１２内における熱放散は、隣接セル１１０
、１１４の接触表面に関する熱接触表面積の関数であることから、セル温度を破
壊温度もしくは安全温度以下に維持するのに必要な単位接触面積当たりの最大エ
ネルギー容量が決定され得る。一例として図６を参照すると、短絡状態で図１Ａ
乃至図１Ｃおよび図３に示された構成を有するセルの最大温度と、セルに対する
正規化エネルギー容量と接触面積との比率との間の関係がグラフで示されている
。尚、図６のグラフは、特定の化学的性質および特定の幾何学形状ならびに熱的
／電気的特性を有するセルを特定していることを理解されたい。
【００３０】 図６に示されたグラフを使用することにより、エネルギー容量と接触面積との
比率が、短絡状態の下であっても最大セル温度が破壊温度または安全温度未満に
留まるような範囲内に維持されるように、セルのエネルギー容量およびセルの物
理的寸法が選択され得る。薄膜リチウム・ポリマ・セルに対して、約０．００５
０Wh／cm2 未満のエネルギー容量と接触面積との比率によれば、セル内の短絡か
ら帰着する最悪状態温度がセル内のリチウム要素の融点（即ち１８０℃）を超え
ないことが確かなものとされる。
【００３１】 もし、短絡セル最高温度が１３０℃などの安全温度を超えないことを確かなも
のとすべくセルを設計することが所望であれば、セルのエネルギー容量および接
触面積は図６のグラフを使用して適切に選択すればよい。図６に示されたグラフ
と類似すると共に、短絡状態下における最大セル温度をエネルギー容量と接触面
積との比率に対して特定するグラフが、本明細書中に記述された以外の技術を使
用して構成されたエネルギー蓄積セルに対して導かれ得ることを理解されたい。
例えば図１８は、図１Ａ乃至図１Ｃおよび図３に示されたのと類似の構成であり
ながらも異なるカソード酸化物を有するセルに対し、エネルギー容量と最大セル
温度との間の関係を記述している。
【００３２】 図７乃至図９に示されたエネルギー蓄積セルの描写は、種々の形状を有するエ
ネルギー蓄積セルに対して現場熱管理設計手法が採用され得ることを示すべく提
供される。最悪状態セル温度がセル破壊温度を超えるのを防止する範囲内にエネ
ルギー容量／接触面積の比率が留まるという制約の下で、例えば長さ（Ｌ）、高
さ（Ｈ）、幅（ｗ）または半径（ｒ）は所定用途に対して必要に応じて変更され
得る。
【００３３】 近接して配置された所定技術の多数の電気化学セルを含む熱的安定エネルギー
蓄積モジュールおよび装置の適切な設計および製造を容易化すべく、最悪条件（
即ち短絡）下においてセルにより達成される最大温度を、セルエネルギー容量／
セル体積の比率、セルの伝導率、熱コンダクタンスおよびセル厚みなどの幾つか
の変数の関数として表すのが有用である。以下の各式は、セルが図４、図１０お
よび図１４に示されたようなエネルギー蓄積モジュール内にパッケージ化された
ときにおける、所定技術による短絡セルの最大温度（Ｔmax ）を特定している。
以下の式は、６０℃の初期作動温度における複数セル式モジュールの数値解析シ
ミュレーションを用いて導かれたことを銘記されたい。更に、これらの式は図１
８に関連するセル技術に基づいて導かれたことを銘記されたい。以下の各式を使
用すれば、短絡セルにより生成された過剰熱を安全に放散するに必要な熱伝導器
のコンダクタンス(conductance）を計算し得る。
【００３４】 以下の式〔３〕は、発泡コア要素を含まない薄膜電気化学セルの最大セル温度
を、種々の操作パラメータの関数として数学的に特定している。式〔３〕で特定
されたセルの各寸法は、０．１３５ｍ×０．１４９ｍ×０．０５４ｍとして与え
られる。セルに対する最大セル温度は次式により与えられる： Ｔmax ＝１／１．１・１／１．２・０．０３７７３８・（１／（ρcell・Ｃｐ cell))0.3856・（Ｑ／ｋｃｅｌｌ）・(δ)0.6146 ・（Ｋ／Ｌ）-0.077 〔３〕 式中、Ｔmax はモジュール内における短絡セルにより到達された最大温度（℃
）、ρcellはセル密度（kg／ｍ3 ）、Ｃｐcellはセルの熱容量（Ｊ／kgK)、Ｑは
単位体積当たりの１個のセルのエネルギー容量 (Wh／ｍ3 ) 、ｋｃｅｌｌはセル
−セル軸心方向におけるセルの伝導率（Ｗ／mK) 、δはセル−セル軸心方向にお
けるセル厚み (mm) 、および、Ｋ／Ｌは熱伝導器のコンダクタンス（Ｗ／ｍ2 Ｋ
）をそれぞれ表している。
【００３５】 上記の式〔３〕を使用し、与えられたセルの化学的性質および配置構成を有す
る所定セルに対する短絡セルの最大温度間の関係が、セルのエネルギー容量の関
数として導かれ得る。セル厚みの関数としての最大セル温度間の関係もまた導か
れ得る。一例として図１８乃至図１９を参照すると、エネルギー容量およびセル
厚みの関数としての最大セル温度の関係が夫々記述されている。図１８乃至図１
９で反映されたデータは次の変数を一定として導かれたものである：ｋｃｅｌｌ
＝０．４Ｗ／mK、Ｋ／Ｌ＝４００Ｗ／ｍ2 Ｋ、ρcell・Ｃｐcell＝１２１８・１
４３５Ｊ／ｍ3 Ｋ。
【００３６】 図１８からは、上記で特定されたタイプの薄膜電気化学セルは、セルの最大温
度がリチウムの融点（即ち１８０℃）などの破壊温度を超えないことを確かなも
のとすべく、約３８Wh未満に制限されたエネルギー容量を有すべきことが理解さ
れ得る。セル技術の違いがあるが、図１８および図６に示された最大セル温度と
エネルギー容量との関係の線形性は興味深い。図１９からは、セルの最大温度が
１８０℃の破壊温度を超えないことを確かなものとすべく、セルの厚みは約８．
５mmを超えてはならないことが理解され得る。
【００３７】 以下の式〔４〕は、幾つかのセルが約２mmに圧縮された発泡コア要素を含むと
いう式〔３〕に関連する、同一のセル技術のエネルギー蓄積モジュールに対する
最大セル温度を特定する。より詳細には式〔４〕は、ひとつ置きの電気化学セル
内に圧縮発泡コア要素が提供されたモジュール設計に対する最大セル温度を特定
する。この場合、斯かるモジュール形状に対する最大セル温度は次式により与え
られる： Ｔmax ＝０．０３７７３８・（１／（ρcell・Ｃｐcell))0.3856・（Ｑ／ｋｃ ｅｌｌ）・（δ)0.6146 ・（Ｋ／Ｌ）-0.077 〔４〕 上記式〔３〕および〔４〕が定数（即ち、式〔３〕における定数１／１．１お
よび１／１．２）においてのみ相違するのは興味深い処である。
【００３８】 式〔５〕は、式〔３〕および式〔４〕におけるのと同一の技術のセルを有する
モジュールに対する最大セル温度を特定しており、各セルは上記式〔４〕に関す
る発泡コア要素よりも薄い発泡コア要素を取り入れている。より詳細には以下の
式〔５〕は、約０．０４mm（１／３２インチ）厚みの発泡コア要素がセル積層体
のひとつ置きのセル内に提供されることを仮定している。その発泡コア要素は、
Ｐｏｒｏｎ Ｓ２０００から作製されている。この配置構成を有するモジュール
に対する最大セル温度は次式により与えられる： Ｔmax ＝１／１．１・０．０３７７３８・（１／（ρcell・Ｃｐcell))0.3856 ・（Ｑ／ｋｃｅｌｌ）・（δ)0.6146 ・（Ｋ／Ｌ）-0.077 〔５〕 上記ρcell・Ｃｐcellの項によれば、短絡事象の間において到達する最大セル
温度Ｔmax に関するセル内の各構成要素の熱容量の効果を定量化すべく式〔３〕
乃至式〔５〕を使用することが許容される。故にこれらの式は、異なる技術のエ
ネルギー蓄積セルに対して、同様の状況下での最大セル温度を特定すべく使用さ
れ得る。
【００３９】 上記各式はまた、セル設計および構成における変更および改良の効果を特定す
る為にも採用され得る。上記式〔３〕乃至式〔５〕を導くべく使用された数値解
析シミュレーションは、約３０乃至４０Whのエネルギー容量と約５．４乃至７．
８mmのセル厚みδを有する電気化学セルと、約２００乃至６００Ｗ／ｍ2 Ｋのコ
ンダクタンス値Ｋ／Ｌを有する熱伝導器を利用したセルの研究に関するものであ
ることを銘記されたい。
【００４０】 一般に図１Ｃおよび図５に関して上述した現場熱管理手法は、グループ化され
たセル内の単一のセルで発生した短絡温度上昇を管理すべく適用される。相当に
多数の並列接続セルが積層体もしくは束として配置構成された用途においては、
セル積層体内における熱暴走を防止すると共に特定セル内における短絡の発生時
にセルを並列接続から遮断すべく、強化された現場短絡保護手法が実施され得る
。
【００４１】 図１０に示されたエネルギー蓄積システムの実施例においてエネルギー蓄積装
置１２０は、共通の正極および負極端子１２４、１２５に夫々並列接続された８
個のエネルギー蓄積セルを含んでいる。セルＥＣ１は短絡として示されている。
この構成を仮定して図１１を参照すると、セル材料の破壊温度を超えること無く
、上述の現場熱管理方法を使用して８個のセルの積層体内のひとつの短絡セルの
みが管理され得ることが理解できる。複数の短絡事象が発生するのを防止すべく
、現場短絡保護装置がエネルギー蓄積システム内に取り入れられ得る。
【００４２】 図１０に示された如き本発明の一実施例に依れば、複数セル式エネルギー蓄積
装置１２０内の夫々のセル１２２に対してヒューズ１２３が直列接続される。並
列接続セル１２２のいずれかに短絡が発生した場合、短絡セル１２２を並列接続
から電気的に分離すべく欠陥セル１２２のヒューズ１２３が飛ぶ。セル１２２に
おける短絡の発生の間およびヒューズ１２３が飛んだ後に生成された熱は、前述
の手法により欠陥セル１２２に隣接するセルに導通される。故に、最悪条件下で
セルにより達成され得る最大温度は、セルの破壊温度よりも遙かに低い。より詳
細には図１１のデータから、現場短絡保護装置が採用されればセル積層体内の短
絡セルの温度は１３０℃の安全温度を決して超えないことが確認される。
【００４３】 図１２を参照すると、薄膜電気化学セル内において短絡が発生したときのセル
電流に対する影響を特定するグラフが示されている。図１Ａ乃至図１Ｃおよび図
３に示されたタイプの薄膜セル、並びに、他のタイプの高エネルギーセルは、セ
ルの容量的特性に依り、セル電流の大きな短期間の増加を示す。例えば図１２で
特定されたセルにおける電流は、約１００ミリ秒内で５００Ａを超える値にスパ
イクしている。電流のスパイクに続き、セル内の電流は１秒後に急速に約１５０
Ａへと衰退し、その後は次第に衰退する。短絡事象から５秒後に、セル電流は約
６０Ａの値に到達する。 高エネルギーセルにおける短絡事象の直後に発生する
特性電流スパイクは、本発明の原理に従って実施される現場短絡保護装置により
好適に利用され得る。例えば図１０に示された実施例においては、対応するエネ
ルギー蓄積セル１２２に直列接続されたヒューズ１２３の各々は、セル１２２に
おける短絡で生成される電流スパイクに応答して起動される如く設計される。通
常ヒューズ１２３は、通常動作の間においてはヒューズが起動するのを防止する
が、短絡状態に応じてヒューズを起動し得る定格電流を有している。ヒューズ１
２３をトリガする機構として電流スパイクを利用すれば、セル１２２の最大作動
電流レベルとヒューズ１２３の最小起動電流レベルとの間に大きな電流間隔が提
供される。
【００４４】 一実施例に依れば、エネルギー蓄積装置の並列接続セルは、図１Ａ乃至図１Ｃ
および図３に関して先に記述されたものと同様の構造および挙動を有する。斯か
る配置構成において、各セルと直列接続された各ヒューズは、約５０Ａの定格電
流を有する。５０Ａヒューズをトリガするセルの容量的効果を利用することによ
り、ヒューズの偶発的起動は回避され、エネルギー蓄積装置に対する安全で信頼
性のある短絡保護が提供される。
【００４５】 一定の用途においては、外部の導通手段または材料などによるエネルギー蓄積
装置もしくはセルの偶発的短絡に対する保護が主な関心事となり得る。故に、上
述した高速作動ヒューズよりも低速で起動されるヒューズを採用するのが望まし
いこともある。例えば、セル内における短絡の発生の数百ミリ秒後もしくは数秒
後に起動するヒューズが採用され得る。短絡の発生とヒューズが飛ぶ間の時間で
過剰熱が生成されるが、上述の現場熱管理方法は斯かる過剰熱の安全な放散を提
供する。
【００４６】 図１３には、集積化パッケージとして作製された短絡保護装置の実施例が示さ
れている。集積化装置１３０は、８個のヒューズ（図示せず）が内部に取付けら
れた容器１３２を含む。各ヒューズの第１接点は、８個の端子１３４の対応する
１つに直列接続されると共に、各ヒューズの第２接点は共通バス１４０に接続さ
れる。端子１３４の各々は、導線１３６および接点１３８を含んでいる。短絡保
護装置１３０がセル配列に接続されたとき、接点１３８の各々は配列内の８個の
セルの１つの対応接点に係合する。通常共通バス１４０は、モジュールなどの直
列接続エネルギー蓄積装置を形成する対応するセル配列に接続された他の短絡保
護装置１３０の１つ又はそれ以上の共通バスに連結される。
【００４７】 一実施例において、容器１３２は、１６．００mmの高さＨE 、７．４９mmの幅
ＷE 、および、５０．８０mmの長さＬE を有している。端子１３４の導線部分１
３６は、１２．７０mmの高さＨL 、１．２７mmの幅ＷL および５．００mmの長さ
ＬL を有している。端子１３４の接点部分１３８は、１．２７mmの高さＨC 及び
幅ＷC 、および１３．０３mmの長さＬC を有している。共通バス１４０は、６．
３５mmの高さＨCB、１．２７mmの幅ＷCBおよび４９．０２mmの長さＬCBを有して
いる。
【００４８】 図１４には、多数の電気化学セル１４４、相互連結ハードウェア並びに制御ハ
ードウェアおよびソフトウェアを収納するエネルギー蓄積モジュール１４２の実
施例の分解図が示されている。一実施例に依ればモジュール１４２は、相互連結
ボード１４７を使用して相互連結された４８個の電気化学セル１４４を含む。通
常相互連結ボード１４７上には、短絡保護回路１４８などの短絡保護回路が提供
される。相互連結ボード１４７上に配設された６個の短絡保護用集積化パッケー
ジ１４８の各々は、セル１４４の積層体の上方に相互連結ボード１４７を取付け
るときには、対応する６個のセルパック１４３に電気的に連結される。
【００４９】 図１に関して上述したタイプの電気化学セルの体積は、カソード材料の格子構
造に出入するリチウム・イオンの移動(migration) に依り、充電および放電サイ
クルの間に変化する。この移動は、充電および放電の夫々の間において、約５〜
６％程度、合計セル体積を増加および減少される。グループ化されたセルの充電
および放電サイクルから帰着するセル体積の変化に対処すべく、各セルを連続し
て圧縮状態に維持してセル積層体のセル間の連続的な密接接触を確かなものとす
べく、圧力生成装置が採用される。セルの内部もしくは外部のいずれで生成され
るかに拘わり無く、圧縮力は付与表面に渡り十分に均一に分散されることが好ま
しい。
【００５０】 図１４に示された電気化学セル１４４の積層体は、２本のバンド１４６および
２枚の対向スラストプレート１４５を使用して一体的に結合される。４８個の電
気化学セル１４４は、バンド１４６／スラストプレート１４５と、セル１４４の
各々および／またはセル１４４の全てもしくは選択されたものの間に配置された
発泡体もしくはスプリング型の要素とを使用することにより生成される継続的な
圧縮力を受けている。セル１４４の各々の中心に提供された発泡体もしくはスプ
リング型のコア要素は各セル１４４間に圧力を均等に分散する役割を果たすが、
このことは充電および放電サイクルの間にセル体積が変化するときに特に重要で
あることを銘記されたい。
【００５１】 図１５に示された実施例において金属ストラップ１９４は、セル積層体１９２
に対して圧縮力を及ぼすための張力を生成する波状スプリング１９８を含む。図
１５に示されたテンションスプリングは、多数のコイルスプリングもしくは弾性
材料を使用して実施され得ると共に、金属および弾性スプリング材料の組合せも
好適に採用され得ることが理解される。更に、セル積層体の外部となるテンショ
ンスプリング装置と組合せて、セル積層体内および／または個々のセル内に発泡
体もしくは他のスプリング要素が結合され得ることが理解される。
【００５２】 図１６は、積層体または束として配置構成される多数の電気化学セルを拘束す
る上で特に有用なストラップ装置１８０の実施例を示している。その長さが実質
的に延長不能であるストラップ装置とは対照的に、図１６に示されたストラップ
装置は、セル積層体加圧システムの有効性を十分に増大する独特のクランプ１８
２を取り入れている。ストラップ装置は、各々がＣ形状端部１８１を有する２つ
のバンド１８０を含む。バンド１８０のＣ形状端部１８１をクランプ１８２の対
応Ｃ形状端部１８４に連結することにより、バンド１８０にクランプ１８２が取
付けられる。各バンド１８０は、図１５に示された手法でセル積層体の回りに配
設されるものとする。クランプ１８２は、十分な力を受けたときにクランプ１８
２の接触表面１８８上に畳み込まれるべくクランプ１８２と一体的とされたヒン
ジ１８６を含んでいる。
【００５３】 ヒンジ１８６が接触表面１８８上に畳み込まれたとき、クランプ１８２のＣ形
状両端部１８４は相互に引張られることにより、各バンド１８０のＣ形状端部に
張力を生成する。クランプ１８２の起動によりバンド１８０に誘起された張力の
大きさは、クランプ１８２と一体的な正弦波形状スプリング１８９により緩和さ
れる。正弦波形状スプリング１８９は、形状、厚みおよび材料に関し、セルの充
電／放電サイクルの間にストラップ装置の膨張および収縮の所望量を提供すべく
配置構成される。
【００５４】 本明細書中で上述した種々の実施例に対して、本発明の範囲もしくは精神から
逸脱すること無く変更および付加が為され得ることは当然理解されよう。一例と
して短絡保護装置は、本明細書中で記述されたものでは無くＮＴＥエレクトロニ
クス社により製造されたモデルＮＴＥ８０９０などの温度起動ヒューズ(thermal
ly activated fuse)を含み得る。通常温度起動ヒューズは、破壊温度より低い温
度などの所定温度にて起動する。また温度起動ヒューズは、大きな起動信頼性を
提供するために電流起動ヒューズと直列接続され得る。更に、本発明の原理は、
リチウム・ポリマ電解質を利用するのでは無く、ニッケル金属水素化物（Ｎｉ−
ＭＨ）、リチウム・イオン（Ｌｉイオン）および他の高エネルギーバッテリ技術
などのバッテリ技術と共に使用され得る。したがって、本発明の範囲は上述した
特定実施例に制限されるのでは無く、特許請求の範囲およびその均等物によって
のみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 角柱形状を有すると共に本発明に係る熱伝導器を含む固体薄膜電気化学セルの
実施例を示す図である。
【図１Ｂ】 角柱形状を有すると共に本発明に係る熱伝導器を含む固体薄膜電気化学セルの
実施例を示す図である。
【図１Ｃ】 薄膜電気化学セルの積層体を含むと共に本発明の実施例に係る現場熱管理方法
を採用したエネルギー蓄積モジュールの一部を示す図である。
【図２】 図１に示されたタイプの電気化学セルに対する電圧および容量の間の関係を示
すグラフである。
【図３】 薄膜電気化学セルを構成する種々の膜層を示す図である。
【図４】 多数のエネルギー蓄積装置の構成を示す図である。
【図５】 ひとつのセルにおける短絡状態による温度上昇によってもたらされたエネルギ
ー蓄積セルのグループ化を示す図である。
【図６】 短絡状態下のセルの最大温度とセルの標準的なエネルギー容量との間の関係を
示すと共に、隣接配置されたセルのエネルギー容量と接触面積との比率を与える
グラフである。
【図７】 エネルギー容量と接触面積との比率を表す種々のセル形状を示す図である。
【図８】 エネルギー容量と接触面積との比率を表す種々のセル形状を示す図である。
【図９】 エネルギー容量と接触面積との比率を表す種々のセル形状を示す図である。
【図１０】 ひとつのセルが短絡状態となった多数セルエネルギー蓄積装置の実施例を示す
図である。
【図１１】 ５種の異なる充電状態（ＳＯＣ）レベルにおけるセル積層体の最大温度と隣接
短絡セルの個数との関係を個数の関数として示した図である。
【図１２】 セル内における短絡の発生時における電気化学セルに対する電流波形の特性を
示す図である。
【図１３】 本発明に係る集積化短絡保護装置の実施例を示す図である。
【図１４】 相互連結された多数の薄膜電気化学セルを含むエネルギー蓄積モジュールの分
解図である。
【図１５】 電気化学セルの積層体を圧縮状態に維持する圧力発生装置の実施例の断面図で
ある。
【図１６】 充電および放電サイクルの間において電気化学セルの積層体を圧縮状態に維持
する圧力発生装置で使用される張力生成クランプを含むバンドまたはストラップ
を示す図である。
【図１７】 図１６に示された張力生成クランプの斜視図である。
【図１８】 エネルギー蓄積モジュールの最大セル温度と、セルのエネルギー容量および厚
みとの間の関係をグラフで示す図である。
【図１９】 エネルギー蓄積モジュールの最大セル温度と、セルのエネルギー容量および厚
みとの間の関係をグラフで示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１月２５日（２０００．１．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 ドムレーズ，マイケル ケー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55075，サウ ス セント ポール，ナインティーンス アベニュ ノース 1031 (72)発明者 ホフマン，ジョセフ エー. アメリカ合衆国，ミネソタ 55403，ミネ アポリス，ダグラス アベニュ 700，ア パートメント 102 (72)発明者 リンデマン，デビッド ディー. アメリカ合衆国，ウィスコンシン 54016, ハドソン，リッジ パス 912 (72)発明者 ノエル，ジョセフ−ロバート−ゲタン カナダ国，ケベック ジェイ３ワイ ８イ ー３，セント ヒューバート，ブールバー ド ジュリアン ブティリエール 6905 (72)発明者 レイドウォルド，バーン イー. アメリカ合衆国，テキサス 78734，オー スティン，トレイル オブ ザ ウッズ 16811 (72)発明者 ロウイラード，ジーン カナダ国，ケベック ジェイ２ダブリュ １ジェイ５，セント−ルーク，ジェルマン 41 (72)発明者 ロウイラード，ロジャー カナダ国，ケベック ジェイ３ジー ２シ ー９，ベロエイル，プレバート 315 (72)発明者 シオタ，トシミ カナダ国，ケベック ジェイ３ブイ ５エ イチ９，セント ブルノー，プレボス 876 (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 55123，イー ガン，ブラドック テラス 4382 Ｆターム(参考） 5G003 BA04 FA04 5G053 AA02 BA08 EC05 5H022 AA04 AA09 AA19 CC02 CC09 CC12 KK01 5H031 AA02 AA09 KK01

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共通の正及び負接続に並列接続された複数の薄膜電気化学セ
    ルであって、前記複数のセル中の特定セルにおける短絡により生成される熱エネ
    ルギーが前記特定セルの隣接セルへと導通されることにより、前記特定セルの温
    度が破壊温度を超えるのを防止するようなエネルギー容量と接触面積との比率を
    各々が有する複数の薄膜電気化学セルと、 前記電気化学セルの１つに対して各々が直列接続された複数のヒューズであっ
    て、前記特定セルに接続されたヒューズは前記特定セルにおける短絡の発生時に
    前記特定セルにより容量的に生成される電流スパイクにより起動されることによ
    り、前記特定セルを前記共通の正及び負接続から電気的に分離する複数のヒュー
    ズと、 を有するエネルギー蓄積ユニット用の現場熱管理システム。
  2. 【請求項２】 前記ヒューズは約３００Ａ〜６００Ａの範囲のアンペア数を
    有する電流スパイクにより起動される請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記ヒューズは約５０Ａの定格電流を有する請求項１に記載
    のシステム。
  4. 【請求項４】 前記ヒューズは集積化パッケージとして作製される請求項１
    に記載のシステム。
  5. 【請求項５】 前記破壊温度は前記特定セルの融解温度を表す請求項１に記
    載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記エネルギー容量と接触面積との比率は約０．００６Wh／
    cm2 未満である請求項１に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記複数の電気化学セルの各々は角柱形状を有する請求項１
    に記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記複数の電気化学セルの各々は、約１００cm2 〜４００cm 2 の範囲の表面積と、約１０Wh〜４０Whの範囲のエネルギー容量とを有する請求
    項１に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 共通の正及び負接続に対して並列接続されると共に圧縮状態
    に維持された複数のエネルギー蓄積セルと、 前記複数のエネルギー蓄積セルの１つに対して各々が直列接続された複数の短
    絡保護装置であって、前記複数のセル中の特定セルに対して接続された前記複数
    の短絡保護装置中の特定の短絡保護装置は、前記特定セルにおける短絡の発生時
    に容量的に生成される電流スパイクにより起動され、前記特定セルは前記特定の
    短絡保護装置の起動時に前記共通の正及び負接続から電気的に分離される複数の
    短絡保護装置と、 を有するエネルギー蓄積ユニット用の現場熱管理システム。
  10. 【請求項１０】 各々が破壊温度を有する実質的に平坦な複数の薄膜電気化
    学セルを有し、 前記複数の電気化学セルは、前記複数のセル中の特定セルの平面が前記特定セ
    ルに隣接して配置されたセルの平面と熱的に接触するように配置され、 前記特定セルおよび前記隣接セルの前記平面は各々、前記特定セルにおいて生
    じた短絡状態により生成される熱エネルギーが前記隣接セルへと導通されること
    により前記特定セルの温度が破壊温度を超えるのを防止するようなエネルギー容
    量と接触面積との比率を有するエネルギー蓄積ユニット用の現場熱管理システム
    。
  11. 【請求項１１】 前記複数の電気化学セルの各々はリチウムを有し、前記破
    壊温度はリチウムの融解温度を表す請求項１０に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記特定セルおよび隣接セルの前記平面は各々、前記特定
    セルにおいて生じた短絡状態により生成される熱エネルギーが前記隣接セルへと
    導通されることにより前記特定セルの温度が破壊温度より低い安全温度を超える
    のを防止するようなエネルギー容量と接触面積との比率を有する請求項１０に記
    載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記安全温度は１３０℃である請求項１２に記載のシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】 前記エネルギー容量と接触面積との比率は約０．００６Wh
    ／cm2 未満である請求項１０に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 前記エネルギー容量と接触面積との比率は約０．００３４
    Wh／cm2 〜０．００３８Wh／cm2 の範囲である請求項１０に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】 前記複数の電気化学セルの各々は角柱形状を有する請求項
    １０に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】 前記複数の電気化学セルの各々は約１００cm2 〜４００cm 2 の範囲の表面積を有する請求項１０に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】 前記複数の電気化学セルの各々は約１０Wh〜４０Whの範囲
    のエネルギー容量を有する請求項１０に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】 前記複数の電気化学セルの各々は、約３mm〜１０mmの間で
    変化する厚みと、約０．００６Wh／cm2 未満のエネルギー容量と接触面積との比
    率を有する請求項１０に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 並列接続された複数のエネルギー蓄積セルに対して短絡保
    護を提供する方法であって、 前記エネルギー蓄積セルを相互に熱接触させて維持し、 前記エネルギー蓄積セルを使用して電流を生成し、 前記複数のエネルギー蓄積セル中の短絡セルにより生成された電流スパイクに
    応じて前記短絡セルを電気的に分離し、 前記短絡セルの温度が破壊温度未満に留まるように前記短絡セルにより生成さ
    れた熱を前記複数のエネルギー蓄積セル中の他のセルへと導通する ことを有する短絡保護を提供する方法。
  21. 【請求項２１】 前記短絡セルの電気的分離は、前記短絡セルに直列接続さ
    れたヒューズを飛ばすことを有する請求項２０に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記ヒューズは１００ミリ秒未満で飛ばされる請求項２１
    に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記短絡セルにより生成される前記電流スパイクは約３０
    ０Ａ〜６００Ａの範囲のアンペア数を有する請求項２０に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記複数のヒューズの各々は温度ヒューズである請求項１
    に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】 各々が平坦な対向表面及び通常でないセル挙動が発生した
    場合の限界温度とを有し、隣接セルのそれぞれの平面と熱接触するように配置さ
    れた複数の薄膜電気化学セルと、 前記セルの各々に対して接続された熱伝導器とを有し、 前記複数のセル中の短絡セルの最大温度Ｔmax が以下の式により特定されるエ
    ネルギー蓄積ユニット用の現場熱管理システム： Ｔmax ＝ｗ・（１／（ρcell・Ｃｐcell））x ・（Ｑ／ｋｃｅｌｌ）・（δ）y ・（Ｋ／Ｌ）z ここで、Ｔmax は短絡セルの最大温度（℃）、ρcellは短絡セルの密度（kg／
    ｍ3 ）、Ｃｐcellは短絡セルの熱容量（Ｊ／kgK ）、Ｑは単位体積当たりの短絡
    セルのエネルギー容量 (Wh／ｍ3) 、ｋｃｅｌｌはセル−セル軸方向における短
    絡セルの伝導率（Ｗ／mK) 、δはセル−セル軸方向におけるセル厚み (mm) 、Ｋ
    ／Ｌは熱伝導器のコンダクタンス（Ｗ／ｍ2 Ｋ）、および、変数ｗ、ｘ、ｙおよ
    びｚは、短絡セルの最大温度Ｔmax が前記最大温度を超えるのを防止するように
    選択された形状を有するセルに対して選択された定数を表す。
  26. 【請求項２６】 前記短絡セルの厚みδは約８．５mm未満である請求項２５
    に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】 前記セルのエネルギー容量は約４０Wh未満である請求項２
    ５に記載のシステム。
  28. 【請求項２８】 前記変数ｘ、ｙおよびｚは、短絡セルの最大温度Ｔmax が
    前記短絡セルのエネルギー容量と線形的に関連するように選択される請求項２５
    に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】 前記変数ｘ、ｙおよびｚは、短絡セルの最大温度Ｔmax が
    前記短絡セルの厚みδと線形的に関連するように選択される請求項２５に記載の
    システム。
  30. 【請求項３０】 前記変数ｗは、前記複数のセルの少なくとも幾つかのセル
    内に取り入れられた発泡コア要素の存在および厚みの関数として変化する請求項
    ２５に記載のシステム。
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