JP2010527110A - バッテリの機械的パッケージ - Google Patents

Abstract

複数の冷却プレートと、隣接し合う冷却プレートの間に配置された複数のセルと、複数のセルを相互に接続する複数の母線と、複数の絶縁シートと、複数の母線と、内部ケーシングを空隙が形成されるよう取り囲む外部ケーシングと、空隙内の少なくとも一部に設けられた絶縁材料層と、セルが互いに対して移動しないように構成された本発明の異なる実施形態のその他の幾つかの特徴とを含むバッテリを開示する。
【選択図】図５

Description

本発明は、概してバッテリに関し、特に、バッテリの内部部品の機械的パッケージに関する。

電気自動車及びハイブリッド車、及び自動車以外の用途（わずかな例を挙げるだけでも例えば機関車、公道外の採鉱車、船舶の用途、バス、クレーン車）において、バッテリは、運転時のブレーキ動作中及びその後に使用するために再生される。或いは、需要が少ない場合、後に使用するために生成されたエネルギを貯蔵して、燃費を高めるために使用される不可欠な部品である。一般に、動作温度、長期間にわたる機械的振動、及び、腐食性汚染物の存在が含まれるが、それに限定されない幾つかの理由により、バッテリは厳しい動作環境に曝される。加えて、大型車両の加速時の大量の放電、ブレーキ動作時の大量の充電を含む厳しい条件で、充電及び放電が行われる。しかし、通常は、これらのバッテリが相互に電気接続された多くのセルから成ることにより、初期費用がかかることを考えると、ハイブリッド車のバッテリは長寿命であることが望ましい。

図１に、従来のバッテリ１９の内部アセンブリ１０を示し、図２には、図１の内部アセンブリ１０を有する従来のバッテリ１９の断面図を示す。図示のように、従来のバッテリ１９の内部アセンブリ１０は、複数の母線（図示せず）によって相互に電気接続された複数のセル１４を支持するように構成された、複数のボタン又は突起部１３を有するボタンシートとしても知られているベースプレート１２を含んでいる。セル群１４を分離し、冷却ヘッダ１８から空気が供給される複数の冷却ダクト又は冷却プレート１６は、セル１４を所望の動作温度範囲内に保つように設計されている。当業者には明らかなように、本明細書において、図１は、本発明によるその他の特徴をよりわかり易くするために、少数のセル１４だけを含む従来のバッテリ１９の構成を図示し、説明するためだけのものであり、開示する異なる実施形態をいかなる意味でも限定、又は、市販製品を説明するものとみなしてはならない。例えば、従来型の或るバッテリの場合は、図１に示したものとは異なり、冷却プレート１６はセル１４の各列の間に設けられている。

図２に示すように、セル１４を互いに、且つ、従来のバッテリ１９の機械的パッケージから電気的に絶縁するため、隣接し合うセル１４の間に雲母シート２０が詰められている。従来のバッテリ１９の機械的パッケージは更に、内部アセンブリ１０を包み込み、絶縁材料層２６によって外部ケーシング２４から分離された内部ケーシング２２を含んでいる。典型的には、バッテリ１１への、及び／又はバッテリ１９からの熱伝導を最小限にするため、内部ケーシング２２と外部ケーシング２４との間の空隙は真空にされている。バッテリの温度を所望の動作レベルに引き上げるためにヒータ２８が備えられている。

周知のように、バッテリには多様な種類がある。しかし、当業者には理解されるように、例えばナトリウム塩化ニッケル・バッテリなどの現在の高温バッテリは、バッテリの内部部品に対する機械的振動により故障し易い。機械的振動によって雲母シート２０とセル１４とが互いに相対移動し、そのため、母線の故障、電気的クリープ及び／又はスペースが狭いための衝突による故障によるセル間の電気的接続の損失、及び雲母シートの機械的特性及び絶縁特性の損失が生ずる。従来のバッテリのその他の技術的課題には、例えば、電気絶縁材料の分離によるクリープ及び衝突の故障、ベースが可撓性であることによる低周波のセル共振、セルの共振応答によるセルの大きな平行移動、ベースプレートと冷却ダクトとの接合部の機械的故障、内部セルの損傷（ホットセル）、母線の破断、バッテリの内部ケースの損傷、セルの大きな平行移動によるヒータシートの裂開と破壊、バッテリの内部ケースの損傷による真空損失、ヒータシートの裂開と破壊によるヒータの断線、ヒータの断線による適切なバッテリ温度の保持能力の損失、セルの導電性の損失（及び／又は適切な動作の損失）、内部セルの損傷による内部セル分離シールの損傷、及び内部セル分離シールの損傷による液体ナトリウムの漏れが含まれるが、これらに限定されない。

米国特許第４，５４６，０５６Ａ号 英国特許第２３０４４５１Ａ号 米国特許出願公開第２００４／０５８２３３Ａ１号 独国特許第１９８４８６４６号 米国特許第４５１７２６３Ａ号 欧州特許第０２３７８２８Ａ号

従って、振動が多い環境で使用される機関車をはじめとするハイブリッド輸送車両のバッテリを改良し、その信頼性を向上させ、製造コストを低減し、寿命を延長することが求められている。

当該技術分野で既知の、以上に簡単に説明した１つ又は複数の、或いは、その他の課題を解決するための手段として、本発明の一実施形態によるバッテリは、複数の冷却プレートと、隣接し合う冷却プレートの間に配置された複数のセルと、セルを相互接続する複数の母線と、複数の絶縁シートと、複数の母線と、内部ケーシングを空隙が形成されるように取り囲む外部ケーシングと、空隙の少なくとも一部の内部に配置された絶縁材料層と、セルどうしの相対的な移動を防止するための要素を有する。

以上、本発明に係る実施形態の特徴を簡単に例示したが、これらの特徴及び本発明の効果を、以下の詳細な説明において更に具体的に示す。勿論、以上に記載した以外の特徴も後述されており、これらも添付の特許請求の範囲に含まれているものとする。

本発明に係る実施形態のうち幾つかを例示するにあたり、本発明に含まれる実施形態は、以下に説明し添付図面に示されるこれらの実施形態の構造や構成要素の配置の細部に限定されないことを理解されたい。本発明を実施し利用するための形態は他にも様々存在する。なお、本願に記載の用語及び表現は、説明の便宜上用いられているものであり、本発明の実施形態を限定するものではない。

このように、当業者には明らかなように、本発明の実施形態には元来、本発明の企図を実現可能な、本明細書に記載した以外の構造、方法、及びシステムが含まれている。従って、添付の特許請求の範囲は、かかる等価の措置をも包含することに留意されたい。

添付の要約書は、特許審査官や一般の人々、特に、特許又は法律に関する用語や表現に不慣れな当該技術分野に従事する科学者、技術者、作業員に対して、本発明の企図をわかり易いように簡潔に説明するためのものである。従って、添付の要約書は、本発明又は本願の教示内容を明示したり、その内容を限定したりするものではない。本発明又は本願の教示内容は、添付の特許請求の範囲に基づいてのみ解釈されるべきである。

これより、以下に簡単な説明を記載した添付図面に対応する詳細な説明により、本明細書に記載の実施形態を詳述し、本発明による利点を明示する。

従来のバッテリの内部アセンブリの斜視図である。 図１の内部アセンブリの構造を有する従来のバッテリの断面図である。 本発明の一実施形態に係る、バッテリの冷却ダクトに沿った断面図である。 図３Ａの正面図である。 図３Ａの斜視図である。 本発明の別の実施形態の斜視図である。 本発明の更に別の実施形態の斜視図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、バッテリの冷却ダクトに沿った断面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、リブ状のビーム部分が追加された図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、プレート状のビーム部分が追加され、バッテリの内部ケーシングに接続された図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、バッテリセルの端部の斜視図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、母線に対して略平行に延在するセル上に配置された電気絶縁材料のシートを含む、隣接し合うセルの電気コネクタに沿った断面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、母線に対して略平行なセル上に配置された電気絶縁材料のシートを含む、隣接し合うセルの電気コネクタに沿った断面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、母線の下方において横方向に配置された電気絶縁材料のシートを含む、隣接し合うセルの電気コネクタに沿った断面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、セルの上部及び底部に配置されたシートを含み、このシートが、接触圧により電気的に接続される部分と一体化された母線を有してセルの上部に配置されている図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、セルの上部及び底部に配置されたシートを含み、このシートが、締り嵌めにより電気的に接続される部分と一体化された母線を有してセルの上部に配置されている図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、波形の相補形状を有する、粗面化され且つ／又は波形の表面を有する隣接し合う雲母シートとセルとを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、凹凸形状を有する、粗面化され且つ／又は波形にされた表面を有する隣接し合う雲母シートとセルとを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、セル、雲母シート及び／又は冷却プレートをバッテリの内部ケーシングに対して押圧する付勢部材を含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、バッテリのセル、雲母シート及び／又は冷却プレートの周囲にベルト又はラップが配置されている図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、可変形状の雲母シートを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、可変形状の冷却ダクトを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、可変形状の雲母シートを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、可変形状の冷却ダクト及び／又はセルを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、ボタンシートに機械的に連結されたセルを含む図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、セル形状を変更し、セルの底部と絶縁されたボタンシートとが一体化された図である。

添付図面を通じて同様の、又は対応する部品には同様の参照番号が付与されている。図面を参照しながら、内部アセンブリの補強、バッテリケースの補強、縦方向へのセルの移動の制限、又は、それらの組み合わせを含むがそれに限定されない、本発明に係る高温バッテリの実施形態をいくつか例示する。

図３〜図５に、高温バッテリの内部アセンブリをより頑強にすることに関して、異なる実施形態を示す。図３に、セルを冷却ダクト又は冷却プレート１６から懸架するために複数の梁ハンガ３０を使用することを含む第１の実施形態を示す。図３には、バッテリの冷却ダクトに沿った断面図（図３Ａ）と、図３Ａの正面図（図３Ｂ）及び斜視図（図３Ｃ）がある。図示のように、梁ハンガ３０は、冷却ダクト１６に取り付けられた垂直に延在する肋材３２を含んでいる。隣接し合う肋材３２の間に、各梁ハンガ３０によって個々のバッテリセルを支持する支持材を設けるための支持ベース３４が配置されている。場合によっては、１つ以上のセル１４を支持するために１つの支持ベース３４を使用するが、機械的振動が少ないと予測される内部アセンブリの領域の補強は少なくてもよい。従って、本発明の一実施形態では、１つ以上のセル１４を支持するために梁ハンガ３０を用いるが、図３に示すようにセル１４ごとに梁ハンガ３０を設けることが好ましい。当業者には理解されるように、梁ハンガ３０を適宜の材料からなる冷却プレート１６に取り付けることで、ボタンシートを設ける必要がなくなり、同時に各セルをより強固に支持し、内部アセンブリを前方から後方に至るまで頑強にすることができる。一実施形態において、梁ハンガ３０は、図３に示すように、冷却プレート１６内に設けられた溝に挿入される突起部を含んでいる。

図４に、本発明による内部アセンブリ１０の別の実施形態を示す。図示のように、バッテリの内部アセンブリを補強し、ボタンシート１２をより強固に支持するため、ビーム部分３６がボタンシート１２内のボタン１３の間の形成されている。この実施形態では、例えば、図４に示すように、ビーム部分３６が冷却プレート１６に対してほぼ垂直方向に配置されている。しかし、当業者には理解されるように、これらのビーム部分３６をボタン１３に対して斜めに配置したり、その他いかようにもボタンと連結したりできる。加えて、各ビーム部分３６の断面形状は、ボタンシート１２の全体的な強度を最大にし、作製が容易になるように選択され、これに限定されるものではないが、例えば三角形、方形、又は楕円形であってよい。

図５に、ハイブリッドバッテリの内部アセンブリを補強するように構成された、本発明の更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態には、バッテリの背面で連結するように構成された相互連結部材又はブレース部材３８を使用することが含まれる。この実施形態に変更を加えて、相互連結部材３８をボタンシート１２及び／又はボタンシート１２と冷却ダクト１６の双方に固定してもよい。相互連結部材３８の実施形態としては、例えば、ストラップ、バンド、ワイヤ、及び（平坦な、又は成形された）金属板をはじめとする様々なものがあるが、これらは全て本発明の範囲内にあり、相互連結部材３８は、特に完成度の高い継手を使用することにより、ボタンシート１２をより強固に支持できるように構成されている。相互連結部材３８を使用することに加えて、又はその代替として、冷却ダクト１６とボタンシート１２の両方の厚さを増大させ、且つ／又は、このような連結を更に連続的なものにすることで、冷却ダクト１６及びボタンシート１２の厚さが増し、セル１４の縦の移動が制限されるため、ボタンシート１２への冷却ダクト１６の取り付けの強固さが高まり、ボタンシート１２がより強固に支持され、バッテリの内部アセンブリが補強される。

図６及び図７に、バッテリケースをより頑強にすることにより、動作中の機械的振動によるバッテリの１つ又は複数の異なる構成部品の相対運動に起因するバッテリケースへの損傷を軽減するように構成された、本発明に係る実施形態を例示する。図６に、ボタンシート１２を支持するために内部ケーシング２２と外部ケーシング２４との間に耐火れんが４０を使用することを含む実施形態の、冷却プレート１６に沿った断面図を示している。耐火れんが４０は、図６に示すように連続した部材であっても、ボタンシート１２の底部に沿って配置された個別部材（図示せず）であってもよい。当業者には明らかなように、耐火れんが４０はボタンシート１２の下に頑強な表面を形成することによって、バッテリケースが耐え得る圧力が増大し、内部ケーシング２２が撓みにくくなる。

図７に、バッテリケースを補強するように構成された、本発明の更に別の実施形態を示す。この実施形態では、リブ４２（図７Ａ）又はプレート４４（図７Ｂ）状のビーム部分が、内部ケーシング２２に連結して追加されている。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、リブ４２又はプレート４４は、絶縁材料２６内に挿入されることで内部ケーシング２２に連結しているので、内部ケーシング２２がより頑強になり、ボタンシート１２の支持力が高まる。当業者には理解されるように、溶接を含むがそれに限定されない複数の方法で、リブ４２及びプレート４４を内部ケーシング２２に連結することができる。或いは、リブ４２及びプレート４４を絶縁材料２６内に挿入することで、外部ケーシング２４に連結したり取り付けたりしてもよい。この代替実施形態では、その他の取り付け部材を追加し、バッテリケース全体の撓みを低減させることで、バッテリの内部アセンブリをより強固に支持するより頑強な外部ケーシング２４が得られる。図７に関連して、本発明による実施形態では、バッテリケースの局部的な、及び／又は、全体的な頑強さを制御するために、リブ４２及びプレート４４の数及びプレート位置を必要に応じて変更してもよい。従って、リブ４２をボタンシート１２の各ボタン１３の下方に配置しても、所望の効果を得るために必要ないずれかの順序又はパターンで離散的に分散させてもよい。

図８〜図１８に、セル１４の縦移動を制限し、動作中の機械的振動によるセルへの損傷を軽減するように構成された、本発明の実施形態を例示する。まず、図８は、セル１４の端部の斜視図であり、この実施形態では、セル１４の上部に付勢部材４６が配置され、それによって内部ケーシング２２（図示せず）からセル１４への圧縮荷重が加わる。付勢部材４６の形状は、（図示のように）圧縮ディスクであっても、ばね（図示せず）であってもよい。当業者には理解されるように、各セルの上部に付勢部材４６を加えることでセル１４と内部ケーシング２２との空隙を減少させ、且つ／又は、無くすことができ、それによって個々のセルのばね定数を制御し、且つ、１つのセルと別のセルとの相対移動を最小限に抑えることができる。本明細書において、個々のセルのばね定数とは、ばね力によるセル１４の移動率、又は、個々のセル自体及び周囲のセルが有する頑強さのことである。場合によっては、縦移動が予測される領域ではセル１４の縦移動の制限は少なくなるものの、付勢部材４６をバッテリの個々のセル１４の上部に配置してもよい。従って、本発明では、セル１４の上部に付勢部材４６を離散的に配置してもよいが、セル１４ごとに付勢部材４６を設置することが好ましい。

図９Ａ〜図９Ｃに、セルを押圧するように設計された様々な構成で、セルの上部に配置された電気絶縁材料のシートの使用に関連するセルの相互の縦移動を制限し、且つ／又は制約するように構成された様々な実施形態を示す。図９Ａの実施形態は、バッテリ端子５０及び５２がシート５４を貫通して突出し、シート５４の上方に配置された母線４８によって互いに接続されるように、セル１４上に配置された電気絶縁材料のシート５４を含んでいる。当業者には理解されるように、使用されるシート５４の向きと数は、最小限に抑えるべきセルの縦移動の局部的な量に左右される。図９Ａのように、シート５４は、母線４８に対してほぼ平行に延在し、セルの上部を収容するための開口部をセル１４と接触する表面に含んでいる。シート５４がセルを押圧することにより、セルのばね定数がより良好に制御され、セルの相対的な運動が制限される。シート５４は、バッテリのケーシング及び／又は、冷却ダクト上に支持されてもよく、雲母、セラミック又はシリコンセラミックから製造されてもよい。図９Ｂの実施形態では、側面図及び上面図に示すように、絶縁材料のシート５４は、電気端子５０及び５２とこれらを接続される母線４８とを露出状態に留めるように、セル１４の上部に母線４８とほぼ平行に配置される。図９Ｃの実施形態では、絶縁材料のシート５４は母線４８の下に張られ、母線４８に対してほぼ横方向に延在している。当業者には理解されるように、図９Ｂと図９Ｃの特徴を組み合わせても、本発明の実施形態として認められる。

図１０に、セル１４どうしの相対的な縦移動を限定及び／又は制限するための更に別の実施形態を示す。この実施形態では、母線がその中に一体化されたシート５４がセル１４の上部５６に張られるので、セル１４の上部を収容するためのシート上部の穴は必要なく、母線４６がない同様のシート５４がセルの底部５８に張られる。当業者には理解されるように、図１０の実施形態によってセル相互の相対移動を制御することができ、母線を別個に用意する必要がなくなり、且つ、母線４８をバッテリの電気端子５０及び５２にろう着する必要がなくなる。当業者には更に理解されるように、ファスナ６０を用いずに図１０に示した実施形態の一体の母線４６を使用してもよく、また、図１０の実施形態で説明したように、ファスナ６０を用いて図９の実施形態を適用してもよい。

図１１に、セルどうしの相対的移動を制限及び／又は軽減するように構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、図１１の実施形態では、シート５４には、母線４８が一体的に組み込まれており、この母線は、セルの上部において、機械的締まり嵌めによって連結・固定される。この実施形態によって更に、セルどうしの相対的な移動を制御することができ、母線を別個に用意する必要がなくなり、且つ、母線４８をバッテリの電気端子５０及び５２にろう着する必要がなくなる。（図９Ａと同様の）シート５４だけを締まり嵌めすることで、相対的な移動を防止することによっても、この実施形態の変形として認められる。

セルどうしの相対的な移動を制限及び／又は軽減するように構成された更に別の実施形態では、セル１４の側面に接着材を塗布し、セルの移動を抑制する。接着材の非限定的な例としては、ワニスが挙げられる。

図１２に、セル相互の相対移動を制限及び／又は軽減するように構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態では、雲母シート２０とセルとの隣接面は、各々の部品が互いに滑る傾向を軽減するため粗面化され且つ／又は波形になっている。図１２Ａにおいて、雲母シート２０とセル１４との隣接面は、相補的な凹凸を含み、これは規則的な形状でも不規則的な形状でもよい。図１２Ｂでは、雲母シート２０とセル１４との隣接面は、対応する突起と窪みとを含んでいる。

図１３に、セル１４と雲母シート２０相互の縦の相対移動を軽減するように構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態は、内部ケーシング２２に対して配置された付勢部材６２を使用してセル１４、雲母シート２０、及び冷却プレート１６を内部ケーシング２２からバッテリの中央部に向かって圧縮するステップを含んでいる。付勢部材６２の例にはシムやばねが含まれるが、これらに限定されない。形状を過剰に制約することで、圧縮が行われる。言い換えると、付勢部材を加えるとセル配列に圧縮荷重が加えられ、形状干渉によってバッテリケースに引っ張り荷重が加えられる。付勢部材は、これらに隣接し合うケースの材料よりも高い剛性を有するので、対向する部材は自由に離れることができず、その一方で、互いに対して相反する力が等しくかかる。の当業者には理解されるように、付勢部材６２により、セル１４の縦移動の抑止が容易になり、付勢部材６２には、既存のどの材料を利用してもよい。

図１４に、セル１４と雲母シート２０相互の縦の相対移動を軽減するように構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態はセル１４、雲母シート２０、及び冷却プレート１６をベルト又はラップ６４で包むステップを含んでいる。それによって拘束力が生じるので、各セルが別の隣接し合うセルに対して縦移動する傾向が弱まる。

図１５Ａ及び１５Ｂは、セル１４相互の相対的縦移動が軽減され、動作時のバッテリの機械的振動による母線４８の故障傾向がなくなり、且つ／又は、軽減されるように構成された更に別の実施形態を示す。図１５のように、この実施形態では、セルの上方向移動を防止／抑止することでセルの相対移動を抑制／制限するために、雲母シート２０（図１５Ａ）及び／又は冷却ダクト１６（図１５Ｂ）の上部の厚さの形状を薄く変更するステップを含んでいる。

図１６Ａ及び図１６Ｂに、セル１４どうしの相対的縦移動が軽減され、動作時のバッテリの機械的振動による母線４８の故障傾向がなくなり、且つ／又は、軽減されるように構成された更に別の実施形態を示す。図１６に示すように、この実施形態は、セルの縦方向移動を防止／抑制するために、雲母シート２０（図１６Ａ）及び／又は冷却ダクト１６（図１６Ｂ）の形状を変更するステップを含んでいる。この実施形態では、所定位置でのセル１４の幅又は直径の寸法を変更して、セル１４の幅又は直径をセル１４の他の部分の幅又は直径よりも小さくしたり大きくしたりして、隣接し合うセル１４の間に追加の空隙を作り、更に、雲母シートの対応する寸法を増減させて、セルの形状に適合させる。図１６Ａのように、この実施形態の一例として、セル１４の幅又は直径を示す寸法を変更して、セル１４のほぼ中央部で、幅又は直径をセル１４の上部と底部の幅又は直径よりも縮小し、隣接し合うセル１４の間に追加の空隙を形成する。そこで、隣接し合うセル１４の間に形成された追加の空隙は、セル１４の幅又は直径が縮小された位置に対応する位置において、より幅が大きい雲母シート２０で塞がれる。雲母シート２０の幅は、セル１４の形状に適合するよう、雲母シート２０の中央部からその上部及び底部に向かって縮小する。

図１６Ｂの代替実施形態に示すように、セル１４の幅又は直径を示す寸法を、その幅又は直径がセル１４の上部及び底部の幅又は直径よりも大きくなるように修正し、隣接し合うセル１４の上部及び底部に間に追加の空隙を形成する。そこで、隣接し合うセル１４の間に生じた追加の空隙は、セル１４の幅又は直径が縮小された位置に対応する位置において、より幅が大きい冷却プレート１６で塞がれる。冷却プレート１６の幅は、セル１４の対応する形状に適合するよう、上部及び底部から縮小する。当業者には理解されるように、図１６では、雲母シート、セル及び／又は冷却プレートの形状の例示している。図示のように、これらの形状は対照である必要はない。例えば、セルだけを上部がより広くなるようにすることもできよう。又はその代わりに、上部と底部とを広くすることもできよう。

図１７に、セルどうしの相対移動を軽減して、セルの縦移動を制限し、バッテリの内部アセンブリの強度を高めるよう構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態は、ボルト、リベット、溶接及び／又はろう着連結などの機械的連結によってセル１４の底部を絶縁されたボタンシート１２に固定するステップを含んでいる。図１７では、セル１４の底部は、絶縁されたボタンシート１２内に穴を通して延在する固定部材６８を含んでいる。その場合は、固定部材６８を絶縁されたボタンシート１２に固定するためにナット６６が使用される。

図１８に、セル相互の相対移動を軽減して、セルの縦移動を制限し、バッテリの内部アセンブリの強度を高めるよう構成された更に別の実施形態を示す。図示のように、この実施形態は絶縁されたボタンシート１２と接触するセル部分の形状を修正して、セルをボタンシートと一体化させ、又はボタンシートに組み込むステップを含んでいる。当業者には理解されるように、この一体化、又は組み込みプロセスは、セル１４の底部と絶縁されたボタンシート１２との間のワニス、エポキシ、溝連結、又は窪み連結によって行ってもよい。当業者には理解されるように、このような組み込み方法を変更しても、本発明の実施形態として認められる。例えば、図１８の１つめの図は、突起部をセルの周囲全体に形成したものであり、２番目の図は、このような突起部（２つの半球形突起部でよい）を数か所に形成ししものであり、第３の図は、突起部の形状を三角形とし、セルをその中に摺入又は圧入したものである。その他の変更として、例えば、取り付け時にセルが所定位置に係止されるように、セルと内部アセンブリの形状を画定することができる。セルの底部が、堅固に形成されたベース又は突起部に固定されるよう、非連続的構成（突起）をセルケースの対応する窪みを設けたベース上に設けてもよい。

以上、本発明を、いくつかの実施形態を例示しながら、添付図面に図解し、詳細且つ具体的に説明した。当業者には明らかなように、かかる実施形態を様々に修正、改変、及び省略しても、添付の特許請求の範囲の意図及び開示内容から逸脱することなく、本発明の企図を実現することができる。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の記載に基づいて広義に解釈されるべきであり、また、特許請求の範囲は、かかる修正、改変、及び省略の全てを包含するものとして、広義に解釈されるべきである。更に、本発明の代替的実施形態として、プロセス又は方法ステップも、様々に修正、再構築することができる。特許請求の範囲に記載の請求項は全て、文言に記載のものと等価の機能及び構成を包含し、文言通りの機能及び構成に限定されないものとする。

Claims (41)

1. バッテリであって、
   複数の冷却プレートと、
   隣接し合う前記冷却プレートの間に配置された複数のセルと、
   前記複数のセルの間に配置された複数の絶縁シートと、
   前記複数のセルを相互に連結する複数の母線と、
   前記複数の冷却プレート、前記複数のセル、前記複数の絶縁シート及び前記複数の母線を取り囲む内部ケーシングと、
   前記複数の内部ケーシングを、空隙が形成されるよう取り囲む外部ケーシングと、
   前記空隙の少なくとも一部に配置された絶縁材料層と、
   前記セルの相対的移動を防止する手段とを備えるバッテリ。
2. 移動を防止する前記手段が、少なくとも１つの前記冷却プレートの側面に連結された少なくとも１つの梁ハンガを備え、
   少なくとも１つの該梁ハンガが、少なくとも１つの前記冷却プレートから少なくとも１つの前記セルを懸架するよう構成された、請求項１に記載のバッテリ。
3. 少なくとも１つの前記梁ハンガが、支持ベースによって連結された縦方向に延在する一対の肋材を備え、
   前記支持ベースが、少なくとも１つの前記梁ハンガによって懸架される少なくとも１つの前記セルの底部を支持するよう構成された、請求項２に記載のバッテリ。
4. 前記複数のセルを支持するよう構成された複数のボタンを有するボタンシートを更に備え、
   前記移動防止手段が、前記ボタンシートのボタンの間に配置されたビーム部分を備える、請求項１に記載のバッテリ。
5. 前記ビーム部分が、前記複数の冷却プレートに対して略垂直に配置された、請求項４に記載のバッテリ。
6. 前記ビーム部分がそれぞれ、三角形、方形、楕円形及びそれらの組み合わせの群から選択された断面形状を有する、請求項５に記載のバッテリ。
7. 前記移動防止手段が、前記バッテリの背面で複数の冷却プレートを相互に連結するためのブレース部材を備える、請求項１に記載のバッテリ。
8. 前記ブレース部材が、紐、バンド、ワイヤ、ばね、及び金属シートの群から選択される、請求項７に記載のバッテリ。
9. 前記移動防止手段が、前記バッテリの底部に沿って前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空隙内に配置された耐火レンガを備える、請求項１に記載のバッテリ。
10. 前記移動防止手段が、前記バッテリの底部に沿って前記内部ケーシングと前記外部ケーシングとの間の空隙に離散的に配置された複数の耐火レンガを備える、請求項１に記載のバッテリ。
11. 前記移動防止手段が、前記内部ケーシングに連結され、前記絶縁材料層内に延在するビーム部分を備える、請求項１に記載のバッテリ。
12. 前記ビーム部分が、リブ、プレート、及びその組み合わせの群から選択される、請求項１１に記載のバッテリ。
13. 前記リブとプレートとが、前記複数のセルを支持するように構成されたボタンシートに連結される、請求項１２に記載のバッテリ。
14. 前記移動防止手段が、前記外部ケーシングに連結され、前記絶縁材料層内に延在するビーム部分を備える、請求項１に記載のバッテリ。
15. 前記ビーム部分が、リブ、プレート、及びその組み合わせの群から選択される、請求項１４に記載のバッテリ。
16. 前記ビーム部分が、リブ、プレート、及びその組み合わせの群から選択される、請求項１５に記載のバッテリ。
17. 前記移動防止手段が、少なくとも１つの前記セルの上部に配置された少なくとも１つの付勢部材を備え、
    前記内部ケーシングから少なくとも１つの前記セルへと圧縮荷重がかるよう構成された、請求項１に記載のバッテリ。
18. 少なくとも１つの前記付勢部材が、圧縮ディスク又はばねである、請求項１７に記載のバッテリ。
19. 前記移動防止手段が、前記セルの縦軸に沿って縦向き上方が長く、横向きが狭い断面形状を有する少なくとも１つの母線を備える、請求項１に記載のバッテリ。
20. 前記移動防止手段が、少なくとも１つの前記セルの第１及び第２の電気コネクタが前記シートから突出するように、前記セルの上部に配置された電気絶縁材料のシートを備える、請求項１に記載のバッテリ。
21. 前記シートが、前記母線と略平行に延在し、前記シートの表面に少なくとも１つの前記セルの上部を収容する開口部が設けられる、請求項２０に記載のバッテリ。
22. 前記シートが、雲母、セラミック、又はシリコンセラミック製である、請求項２１に記載のバッテリ。
23. 前記移動防止手段が、前記複数のセルの第１の電気コネクタ、前記隣接し合うセルの第２の電気コネクタ、及び、その間に接続された母線が、隣接し合う２枚のシートの間に配置されるように、前記母線と略平行に延在する前記セルの上部に配置された電気絶縁材料の複数のシートを備える、請求項１に記載のバッテリ。
24. 前記移動防止手段が、前記複数の母線の下方に配置された電気絶縁材料の複数のシートを備え、
    該複数のシートが、前記母線と略垂直に延在する、請求項１に記載のバッテリ。
25. 前記移動防止手段が、絶縁材料の第１の複数のシートを備え、
    該第１のシートのそれぞれが、シート内に一体化され、少なくとも２つの隣接し合うセルの上部に配置された対応する母線を有する、請求項１に記載のバッテリ。
26. 前記母線のそれぞれが、機械的締まり嵌めによって前記対応するセルに連結される、請求項２５に記載のバッテリ。
27. 前記移動防止手段が、絶縁材料の第２の複数のシートを備え、
    該第２のシートのそれぞれが、少なくとも２つの隣接し合うセルの対応する底部に配置され、更に、少なくとも２つの隣接し合うセルを間に挟んで前記第１のシートを前記第２のシートに連結する少なくとも２つのファスナを備え、
    少なくとも２つの隣接し合う前記セルどうしが、少なくとも２つの前記ファスナによって加えられる接触圧により電気的に接続される、請求項２５に記載のバッテリ。
28. 前記移動防止手段が、前記セルの側面に塗布される接着材を備える、請求項１に記載のバッテリ。
29. 前記移動防止手段が、隣接し合う雲母シート及びセルの粗面化及び／又は波状化された表面を備える、請求項１に記載のバッテリ。
30. 前記粗面化及び／又は波状化された表面が、前記雲母シート及び前記セルの表面において、互いに相補形の凹凸を含む、請求項２９に記載のバッテリ。
31. 前記粗面化及び／又は波状化された表面が、前記雲母シート及び前記セルの表面において、互いに相補形の突起と窪みとを含む、請求項２９に記載のバッテリ。
32. 前記移動防止手段が、前記複数のセル、前記複数の絶縁シート及び／又は前記複数の冷却プレートを前記内部ケーシングから前記バッテリの中央部に向かって圧縮する少なくとも１つの付勢部材を備える、請求項１に記載のバッテリ。
33. 前記移動防止手段が、前記複数のセル、前記複数の絶縁シート及び／又は前記複数の冷却プレートの周囲に配置されたラップ又はベルトを備える、請求項１に記載のバッテリ。
34. 前記移動防止手段が、前記セルのそれぞれの底部に近い位置の断面積と比較して、前記セルのそれぞれの上部に近い位置の断面積の方が大きい各々の絶縁シートを備える、請求項１に記載のバッテリ。
35. 前記移動防止手段が、前記セルのそれぞれの底部に近い位置の断面積と比較して、前記セルのぞれぞれの上部に近い位置の断面積の方が大きい各々の冷却プレートを備える、請求項１に記載のバッテリ。
36. 前記移動防止手段が、前記セルの第２の部分の幅又は直径と比較して、前記セルの第１の部分において幅及び直径が小さい各々のセルを備え、
    前記絶縁シートのそれぞれが、前記セルの前記第２の部分における前記絶縁シートの前記幅又は直径と比較して、前記セルの前記第１の部分において相応に大きい幅又は直径を有する、請求項１に記載のバッテリ。
37. 前記移動防止手段が、前記セルの第２の部分の幅又は直径と比較して、前記セルの第１の部分において、幅又は直径が小さい各々のセルを備え、
    前記冷却プレートがそれぞれ、前記セルの前記第２の部分における前記冷却プレートの前記幅又は直径と比較して、前記セルの前記第１の部分において相応に小さい幅又は直径を有する、請求項１に記載のバッテリ。
38. 前記移動防止手段が、少なくとも１つの前記セルの底部に配置され、前記ボタンシートを貫通して延在する少なくとも１つのファスナを備え、
    少なくとも１つの該ファスナが、少なくとも１つの前記セルを前記ボタンシートに固定するよう構成された、請求項４に記載のバッテリ。
39. 少なくとも１つの前記ファスナが、ボルト連結、リベット連結、溶接連結及び／又はろう着連結及びこれらの組み合わせの群から選択される連結手段により前記ボタンシートに連結される、請求項３８に記載のバッテリ。
40. 前記移動防止手段が、前記セルの底部を前記ボタンシートと一体化する構成を備える、請求項４に記載のバッテリ。
41. 前記一体化が、ワニス連結、溝連結、又は窪み連結の群から選択される手段により行われる、請求項４０に記載のバッテリ。

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