JP5274246B2 - 電池を取り付け、冷却、接続および保護するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池システムに関し、特に、複数の電池を含んでいるシステムに関する。

携帯型電気機器は、電源として電池を使用することができる。例えば、携帯型のまたは移動機を駆動するために従来のリチウムイオン電池を使用することができる。

従来の電池は、それらの中心部から有意の熱を発生する。電池を熱にさらすことによって、その寿命が大幅に短くなる可能性があり、したがって、電池からの熱を放散することが望ましい。

大きい電流、電圧、またはその両方を１つの電池から得るために、その電池を大きく作ることができる。しかし、電池のサイズが大きくなるにつれて、体積に対する表面積の比率が減少し、電池に多くの熱を保持させ、その寿命を縮めることになる。結果として、１８ミリメートル×６５ミリメートルの寸法の「１８６５０」と呼ばれる標準サイズの電池が開発された。標準サイズの電池はカスタムサイズの電池より作るのに費用がかからない可能性があり、多くの携帯型電気機器は複数個の１８６５０の電池を使用し、それらを直列に、並列に、またはその両方で接続して、所望の電流および／または電圧を得る。このフォームファクタのもう１つの利点は、それが大量に作られ、それによってこのような電池のコストを、ミリワット時当たりの価格ベースで他の電池より低くすることができることである。

電池のバンクを並列に接続して大きい電流を提供すること、直列に接続して高い電圧を提供すること、またはその両方を提供することができる。従来の電池のバンクは、バンクごとに並列に複数の電池を接続し、次に、所望の電流および電圧を達成するために、バンクを直列または並列に接続する。しかし、所望の電流および電圧を得るために、他の構成を使用することもできる。

いくつかの従来の電池のバンクはプラスチック外装に取り付けられる。取り付けられる電池が多い場合、より大きな電池のバンクを組み立てることができる。プラスチック外装の中に電池のバンクを組み立てるのは厄介であり、かさばる可能性があるので、ある製造者は電池を接着して積み重ねられた薪のように並んだスタックにし、柔軟なニッケルのリードを使用してそのスタック内の各電池の端子を接続することによって、代わりの方法で従来の電池のバンクを構築した。その電池の一端の正極端子がリードに溶接され、負の接続を形成するケースが列のそれとは別の反対側の端部にある別のリードに溶接される。そのスタックの各端部の１つにおいてすべてのリードが電気的に接続され、接続の外部的手段がそのスタックの両側の端部において提供される。次に、所望の電圧および電流を得るためのビルディングブロックとしてそのスタックが使用される。

しかし、この技法には大きな問題がある。このような問題の１つは、各電池のフォームファクタが完全には円筒形ではないので、各スタックは物理的に安定でないことである。代わりに、各電池は僅かに円錐形であり、したがって、１つのスタック内の各電池の端部が僅かにシフトする可能性があり、電池間のジョイントが損なわれる可能性がある。これによって、スタックを接着する方法は、自動車用途などで発生する可能性がある大きな振動における環境に対して特に不適切となる。電池の狭い側の端部をテープで包み、電池の各端部の直径を平均化することはできるが、このような包装は労働集約的であり、誤りが起きやすく、故障の原因となる。

接着された電池のスタックについてのもう１つの問題は、機械的強度である。スタックは、機械的にはそのスタック内の最も弱い電池ほどの強度しかない。１つの電池の端部が潰れた場合、その電池内の化学物質が圧縮され、回路の短絡または熱暴走が発生する程度まで電池を加熱する可能性がある他の反応が生じ、最初の反応からの熱によって、熱反応が自己持続的となり、電池が故障するまで伝搬する。その電池からの熱によって、隣接している電池が同じ熱反応を発生し、そのスタック内の多くの、またはすべての電池が故障するに至る。複数のこのような反応からの熱は隣接している物質を発火させる可能性がある。薪の束のように電池をそれぞれの側面に向けることによって、問題がある環境、例えば、振動しやすい環境においてそのスタックが多数の電池を有しているような場合には、問題が悪化する可能性がある。振動からの力によって、スタック内の上部電池が下部電池を押し潰し、下部電池を故障させる可能性がある。

さらに、従来の電池のバンクには、電池の横方向に通っていて電池の頭部にある正極の「ボタン」に接続されている導体が、顕著な衝撃の間に電池のケース内に押し込まれる可能性があり、正極のボタン端子と電気的に負のケースとの間で短絡を生じる可能性がある。これによって、電池のバンクは、電気自動車またはハイブリッド自動車などの用途に対して、または電池が振動を受けるか、または潰されるような他の用途において特に不適切となる。電池のケースは薄いプラスチックまたは他の材料、例えば、マイラー（Ｍｙｌａｒ）などによって絶縁されている。しかし、衝撃時に、正の電流を電池のボタン端子から引き出す導体が、この絶縁材料を突き破って、電気的に負の端子に接続されている金属性の電池ケースに達する可能性があり、それによって電池の短絡が発生する。このような事態は、また、長期間にわたって発生する振動に起因して簡単に発生する可能性がある。

縁部が接触するように配置されている電池におけるさらにもう１つの問題は、その電池からの熱によって、スタックの中央部にある電池が縁部にある電池より熱くなることである。上で示したように、熱い電池は冷たいままの電池よりも早く故障する。

複数の電池のバンクが相互接続される時、各バンク間の接続は手動で行わなければならず、製造のコストが増加する。最適の性能を可能にするためのスタック内の種々の点における電圧および温度のセンサのための配線が、製造のコストをさらに増加させる。

さらに、電池のバンクが配置される空間は、バンクに正確に嵌合しない可能性があり、その場合、電池に対して余分の空間を割り当てる必要があり、空間の無駄を生じ、また、このような空間はある種の用途においては貴重である可能性がある。無駄な空間を減らすために各バンクを比較的小さく作ることができるが、この方法は、相互接続の必要性を増加させ、コストおよび潜在的な故障箇所を追加することになる。

必要とされることは、取り扱い時、または振動の環境において物理的に強くて安定であり、１つまたは複数の電池の不測の破損に耐えることができ、正極端子に取り付けられている導体が電池の負極体に接触するのに耐えることができ、接着されたスタックまたは、縁部が、さもなければ接触しているスタックより、より平均した温度で低温において動作する、各スタックの手動による接続を必要としない、および利用できる空間により密接に嵌合する形状とすることができるような複数の電池を提供するためのシステムおよび方法である。

剛性の基板の間に電池を挟み、複数の電池または電池間に配置されている壁などの他の構造物にわたって力を分散することができ、その基板に加えられる力に抵抗する時に、それらが破壊され難くすることができるシステムおよび方法。その基板は、利用できる空間の断面にほぼ嵌合する形状にし、利用できる空間を最大限に使用することができる。基板内の穴を介して電池に接続されている複数の導体が、適切な電流および電圧を提供するために電池を並列に、直列に、またはその両方で接続して、電力を引き出す。しかし、基板内の穴は、電池をその導体のいずれかに近付ける力が加えられた時に、正極端子に接続された導体が電池の負極体に短絡されるように尤度を低くするように設計される。冷却は空冷または水冷によって行うことができる。空気は基板内の穴および導体、およびオプションとして、スペースを節約するために一体型空気孔を含んでいる電池用のマウント付きのインサートを介して、電池に吹き付けられるようにすることができる。空冷システムの代わりに、またはそれに加えて、冷却管を電池の間に通し、電池から熱を奪い去ることができるようにすることができる。代替的に、その冷却管は、１対の隣接している冷却管を含む構造で、電池に隣接して通される。隣接している各管は、流れの方向が互いに逆方向になっていて、コネクタが管を一端において接続し、クーラントが一端において電池を通過し、次にその反対の方向に戻るようにすることができ、クーラントの流れの方向が、電池を１つの方向に通過するだけの場合に比べて、電池から熱を奪い去るだけでなく、電池の温度をより一定に保つこともできる。管から熱が交換されるようにして、管をクーラントが通過する温度をより平均に保つのを助けるように、管を互いに物理的に接続することができる。隣接している管の対の各部分に沿ってのクーラントが隣接する管内のクーラントと熱を交換するだけでなく、入口において最も冷やされた部分が出口において最も熱い部分に隣接しているので、より一定の温度が維持される。

ここで図１を参照すると、本発明の一実施形態による、１つまたは複数の電池の１つまたは複数の組を保持するために使用される基板が示されている。一実施形態において使用される電池はフォームファクタが１８６５０である従来の二次電池であるが、他のタイプの電池および他のフォームファクタも使用することができる。

基板１１２は、基板の１つの面を他の面から電気的に絶縁する材料から作ることができる。基板１１２は少なくとも２つの面を備え、実質的に平坦であってもなくてもよい。一実施形態においては、基板１１２は２つの主面を有し、その両方とも電気的絶縁材料から作られている。一実施形態においては、基板は、ガラス繊維またはプラスチックなどの絶縁材料の単一の層であり、他の実施形態においては、基板の部分としてセンサに対する配線を通すことができるようにし、従来のプリント基板の方法で導電性材料の１つまたは複数の層が基板の中に形成されている。

基板１１２は、電池に対して利用できる二次元の空間に一致するか、またはある程度一致する形状に切削または形成することができる。図に示すように、基板１１２は、形状が不規則であるが、規則的な形状（例えば、三角形または四角形）も使用することができる。これによって、基板１１２の形状が利用できる空間に一致しなかった場合に可能となるよりも、より多くの数の電池が電池用に使用できる空間を占めることができる。基板１１２の形状は、空間内に嵌合させることができる電池の数を最大化するのに役立てることができるが、以下に示すように、一実施形態においては、電池は各電池の側面が互いに接触するように密接には詰め込まれず、冷却を可能にするため、および電池の寸法公差を許容するために互いに間隔を開けて配置される。一実施形態においては、電池は以下にさらに詳細に説明されるように、電池の間を通っている管を介して空冷または他の冷却方法のいずれかで電池を冷却することができるように間隔を開けて配置されている。

一実施形態においては、基板１１２は実質的に平坦な形状を有している。一実施形態においては、基板１１２は厚さ３／８インチ（０．９５ｃｍ）のガラス繊維のシートであるが、以下に示すように、射出成形プラスチックを使用すること、または他の基板を使用することもできる。基板１１２には、任意の電気的絶縁材料を使用することができる。

一実施形態においては、基板は実質的に剛性であり、基板の１つの部分に加えられた力を広い領域の間に分散することができる。以下に示すように、電池は２つの基板の間に挟まれ、基板が剛性である場合、電池の表面の外側にある基板１１２の表面に垂直に加えられた力は、２個または３個、４個または５個、またはそれ以上の電池および潜在的にはそれより多くの電池にわたって基板１１２によって分散されることになる。以下に示すように、力は最終アセンブリのスペーサ、壁または他の構造化された構成要素に加えられる可能性もある。それ故、各電池は力の一部分にだけ耐えればよく、力によって電池のどれかが壊れる確率が小さくなる。一実施形態においては、多くの電池およびスペーサおよびまたは壁が基板の間に挟まれていて、その基板は多くの電池にわたって力を分散するのに十分に厚く、極端に破壊に対して耐えるようにしている。以下に説明されるように、スペーサ、壁、またはその両方を電池の他に基板の間に挟むことができ、基板の側面の近くに、またはその内部に、またはその両方のいずれかで、スペーサまたは壁が電池より耐圧壊強度が大きい場合、そのスペーサおよび／または壁が電池および基板の挟装に対する耐圧壊強度を追加する。

一実施形態においては、各基板１１２は、その基板によって保持される各電池の挿入のためのマウント１１０を有している。一実施形態においては、基板上に複数のマウントがあり、基板が複数の電池を保持できるようにしている。マウント１１０は基板１１２から隆起させることもできるが、図３に示すように、基板１１２内に窪ませることが好ましい。電池はマウント１１０の中に挿入され、マウント１１０は、基板１１２の中にフライス加工、成形、またはそれ以外の方法で形成するか、または、以下に説明されるように、そのマウントを基板１１２に対するインサートの中にフライス加工、成形またはそれ以外の方法で形成することができる。

一実施形態においては、マウント１１０は１つのウェルであり、このような実施形態が以下に説明される。ただし、そのウェルが使用される方法の説明は任意の形式のマウント１１０に適用できる。一実施形態においては、そのウェルは基板の１つの表面から、一部基板１１２の途中まで延びている。例えば、３／８インチ（０．９５ｃｍ）の基板の場合、ウェルの深さは１／４インチ（０．６３ｃｍ）とすることができる。ウェルは、電池がウェル内に押し込まれる時に電池の端部を保持するような形状にすることができる。一実施形態においては、ウェルは、以下に図２Ａを参照して説明されるように形成される。図２Ａは基板内の各ウェルをフライス加工するために使用されるフライス工具の種々の位置を示している。

各ウェル２００は、基板内に取り付けられる各電池の２つの端部のうちの１つを保持する。ここで図２Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるウェル２００が示されている。一実施形態においては、ウェル２００は、１１／１６インチ（１．７４ｃｍ）のフライス加工機のビットを使用してフライス加工される。ビットの端部は、基板の途中まで、例えば、１／４インチ（０．６３ｃｍ）より厚い基板の中に１／４インチ（０．６３ｃｍ）の深さまで、パイロット穴２１０を削孔するように基板１１２の表面と接触する位置まで動かされる。次に、ビットはパイロット穴２１０から延びている「花弁片」を形成するように３つまたはそれ以上の方向にパイロット穴から１２／１０００インチ（０．０３ｃｍ）だけ横方向に動かされる。図に示すように、４つの方向が４つの花弁片を作るために使用され、ビットは位置２１２に動かされ、次に位置２１４に、次に戻ってパイロット穴２１０の位置まで戻り、パイロット穴の位置から位置２１６まで、次に、位置２１８まで動かされる。ビットは、４つの各方向に対してパイロット穴の中心から１２／１０００インチ（０．０３ｃｍ）動かされる。結果の穴はいくつかの点２２２、２２４、２２６、２２８において電池より僅かに小さく、このような点は「歯」と呼ばれる。歯２２２、２２４、２２６、２２８は薄い（例えば、電池が取り付けられる時に接触することになる基板の厚さより断面がほぼ同じであるか、または小さい）か、または狭い基板１１２の領域であり、それはマウントの中に挿入された電池と接触し、電池とまったく接触する可能性のないウェル２００の他の縁部と比較して、１平方インチ当たりの力が中程度以上の力で電池を保持する。その力は電池がマウントの中に挿入された時に、少なくともぐらぐらしたり落ちたりしたりしないように十分大きい力とすることができる。歯２２２、２２４、２２６、２２８は、電池がウェルの中に挿入された時に、歯２２２、２２４、２２６、２２８が電池を所定の位置に保持することができるように僅かに変形することができる。

次に、穴２３０が基板１１２を貫通していずれかの方向から削孔される。一実施形態においては、穴２３０は中心がウェル２００のパイロット穴の位置にあり、その直径は電池の正極のボタン端子の直径にほぼ等しいか、またはそれより僅かに小さい。この配置構成において、基板２１２は、電池を保持している面の外側の基板１１２の面の近くの電池の正極端子と接触している導体が電池に向かって押し付けられた時に、電池の負極体が正極端子に短絡されないように保護する。穴２３０によって、以下により詳しく説明されるように電池の端子に対する電気的接続が可能となる。穴２３０は、実施形態によってはウェル２００または他のマウントの一部とみなされる場合もあり、またはみなされない場合もある。

基板１１２によって保持される各電池の各端部に対するマウント１１０および穴を提供する他の方法がある。ここで図２Ｂを参照すると、基板１１２の中にマウント１１０および穴を提供する代わりの方法が示されている。この実施形態においては、基板１１２は、例えば、従来の射出成形技法などを使用して従来のプラスチックから成形することができる。基板１１２は４つの電池(図示せず）のそれぞれの端部を保持するために使用される４つのウェル２４０を伴って示されている。一実施形態においては、４つのウェル２４０が示されているが、任意の個数のウェル２４０があってよい。ウェル２４０は基板１１２の他の領域より薄くなっている基板１１２の領域であり、例えば、ウェルとウェルとの間の基板が一般的に１／２インチ（１．２７ｃｍ）の厚さのプラスチックである場合、そのウェルはそのウェルの内部でそのプラスチックの厚さが１／８インチ（０．３２ｃｍ）であるように形成することができる。ウェル２４０の反対側の基板１１２の側面は、基板の残りの部分と完全に同一平面内にあるようにすることができる。ウェル２４０は電池の一端を受け入れるために基板１１２の中に凹みを形成する。各ウェルは実質的に円形であるが、他の形状を使用することもできる。各ウェル２４０は電池を保持するためのいくつかのフィン２４４を有しており、フィン２４４は比較的狭い厚みを有し、電池がそのウェルの中に挿入されると変形することができ、上で説明された歯のように動作する。フィン２４４によって露出されている円形の領域２４６は挿入されている電池の端部の断面より僅かに小さく、一実施形態においては、領域２４６は挿入されている電池の端部の極性に基づいて僅かに小さいか、または僅かに大きくすることができる。穴２４２が基板１１２の中に形成または削孔されて、電池に対する電気的接続を可能にし、ウェル２００に対して、穴２３０がウェル２４０に対して有しているのと同じ目的に役立ち、同じ幾何学的形状を有している。

穴はここでは丸い穴として示されているが、任意の形状の穴であってよい。電池を保持する穴および要素は任意の形状であってよい。

ここで図３を参照すると、図１の基板１１２の断面、および別の基板３２０が挟んでいる電池３１０、３１２が本発明の一実施形態に従って示されている。一実施形態においては、基板３２０は、上で説明した基板１１２の鏡像であり、さもなければ基板１１２に類似しているか、または同一の製造のものである。

電池３１０、３１２は１つの基板３２０内に挿入され、次に、プレスを使用して反対側の基板１１２を電池のもう一方の端部に押し付けることができる。以下に示すように、基板１１２が電池３１０、３１２の上に押し付けられる前に、基板３２０内のスペーサのウェル３６０の中にスペーサ３６４などのスペーサを挿入することができ、それによりスペーサ３６４が、電池３１０、３１２、スペーサ３６４および基板１１２、３２０を含んでいる構造の一部分であるようにすることができる。スペーサ３６４は電池３１０、３１２および基板１１２、３２０によって形成された構造に追加の耐圧壊強度を提供し、穴３６２（および基板１１２内の反対側の穴）を介してスペーサ３６４に基板１１２、３２０を接続することができるねじまたは他の固定具(図示せず）が、基板１１２、３２０を電池３１０、３１２に対してよりしっかりと保持するための型締力を提供する。

図には２個の電池だけが示されているが、任意の数の電池を同じような方法で使用することができる。１つのスペーサ３６４だけが示されているが、任意の数のスペーサを基板１１２、３２０の周辺に、内部に、または任意のこれらの場所において使用することができる。

基板１１２、３２０内の穴２３０および同様な穴３４４によって、電池３１０に電気的に接続することができ、他の電池のいずれかの端部上の他の類似の穴によって、電池３１０、３１２の端子３１４、３１６と２つの異なる導体３４０、３５０との間の電気的接続ができる。一実施形態においては、導体３４０、３５０は導電性の材料、例えば、銅または銅メッキされた金属などから作られており、板の形状になっている。一実施形態においては、その板は厚さが約２０／１０００インチ（０．０５ｃｍ）を超えている剛性の板である。各導体３４０、３５０の中には穴３４６、３５６が配置され、穴３４６、３５６は、導体３４０、３５０が基板１１２、３２０に取り付けられる時にほぼ電池の端子３１４、３１６の位置にある。導体３４０、３５０は、電池が挟まれている領域のちょうど外側に、基板１１２、３２０から僅かにずれて導体３４０、３５０を保持するためにスペーサを使用して取り付けることができるか、または、導体３４０、３５０をそれぞれの基板１１２、３２０の外側の表面上に直接取り付けることができる。導体３４０、３５０を基板に接着するか、または以下に説明されるように、電池に対して溶接によって保持することができる。一実施形態においては、導体３４０、３５０はプリント基板の方法での、基板１１２、３２０そのものの一部分である。

一実施形態においては、導体３４０、３５０には、導電性の材料、例えば、スズ、ニッケルまたは銅などから作られているブラケット３４２、３５２が取り付けられている。一実施形態においては、導体３４０、３５０に電気的に接続されているか、または電気的に接続される電池３１０、３１２ごとに導体３４０、３５０に取り付けられているブラケット３４２、３５２が１つあるが、他の実施形態においては、単一のストリップとして複数のブラケットを使用している。一実施形態においては、電池３１０、３１２に導体を取り付ける前に、ブラケット３４２、３５２が導体３４０、３５０内の穴３４６、３５６の中に挿入される。一実施形態においては、各導体３４０、３５０の中に、導体３４０、３５０が接触する電池ごとに１つの穴３４６、３５６および１つのブラケット３４２、３５２がある。導体３４０のすべてのブラケット３４２がその導体３４０の穴の中に挿入された時、次にそのブラケットは導体３４０に、ウェーブハンダ付け、溶接、赤外線式リフローハンダ付けまたはそれ以外の方法で電気的に接続され、それによってブラケット３４０と導体３４２との間の電気的接続が形成される。導体３４０のブラケット３４２と導体３４０とを電気的に接続する他の方法も使用することができる。一実施形態においては、導体３４０、３５０内の穴３４６、３５６は、基板１１２、３２０内の穴２３０、３４４と同じ中心上にあるが、大きさはそれらより小さい。

代表的なブラケット３４２および導体３４０が図４に異なる角度から示されている。図３および図４に見られるように、ブラケット３４２などのブラケットは形状が実質的にＵ字型であり、その端部が外側に向かって曲げられ、穴３４６などの穴の中に、穴ごとに１つのブラケットで、挿入できるようになっている。各ブラケットはそれが少なくとも僅かな弾力性を有することができるような形状、材料またはその両方によって作ることができ、ブラケット３４２が、マウントおよび基板およびオプションとして、本明細書で説明されるような電池を取り付けるために使用されるインサートの内部での、電池の配置における変動を補償することができるようになっている。一実施形態においては、各ブラケット、またはストリップの複数の部分は、実質的に図４の拡大図で示されているような形状であり、電池の長さにおける変動、および基板、マウントなどにおける許容差を収容するためのスプリングアクションが可能である。表面４２０を形成している曲げの部分がスプリングアクションを提供し、最上部の水平面の下側と最下部の水平面の下側との間の距離ｄが、少なくとも導体３４０の外側と任意の電池の任意の端子の縁部との間の予想される最大距離より長くなっている。スティフナ４２２は底部の水平面を実質的に平坦に保つのに役立つブラケット３４２の曲げられた小片である。ブラケット３４２の幾何学的形状および寸法は、それが正極端子の中に押し込まれた場合、それはその電池の負のケースの中には飛び散らず、代わりに、側面が内側に向かって確実に圧縮するように配列することができる。

図にはブラケットが１つだけ示されているが、一実施形態においては、図示の各穴が、図示されているのと同じ方法で挿入されたブラケットを有し、各導体３４０、４１２にウェーブハンダ付けされている。一実施形態においては、複数の終端間ブラケット（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ ｂｒａｃｋｅｔ）３４２の形状での単一のブラケット３４８が複数の穴にまたがり、複数のブラケットを設置する製造コストを削減している。

穴３４６のような穴は、電池３１０、３１２が配置されるのと同じ間隔になるように位置決めされ、そのため導体３４０などの導体が組電池の上または下の位置に配置される時、その導体に対する各ブラケットが、導体３４０が物理的および電気的に接触する一組または複数組の電池内の電池のうちの異なるものの端子３１４または３１６に接触するように配置される。

導体３４０、３５０は、ブラケット３４２、４５２の内の少なくとも１つのそれぞれが、基板１１２および３２０の中に取り付けられているか、または取り付けられる予定の電池３１０、３１２の少なくとも１つの端子３１４または３１６と接触しているように、基板１１２または３２０に取り付けることができる。一実施形態においては、ブラケット３４２の距離ｄは、電池３１０、３１２がそのマウント内に完全には乗せられていない場合であっても、導体３４０内の穴３４６および基板３２０内の穴、および導体３４０と基板３２０との間の任意の空間を通して延び、電池３１０、３１２と接触するような距離である。ブラケット３５２のサイズは、それの導体３５０、基板１１２およびこの２つの間の任意の間隔に対して同様に、または同一に決められている。

一実施形態においては、各ブラケット３４２、３５２は、次に、スポット溶接またはレーザによる溶接などで、それが接続される端子３１４、３１６に物理的に取り付けることができる。

スペーサのウェル３６０によって、スペーサ３６４の両方の端部内に（オプションとして、貫通して）削孔されているオプションの穴を備えた金属またはプラスチック製のスペーサ３６４が、ねじ(図示せず）が下の基板３２０の下から穴３６２の中に挿入され、スペーサ３６４内にねじ込まれるようにすることができる。別のねじを基板１１２の上からスペーサ３４６のもう一方の端部にねじ込むことができる。スペーサを基板３２０、１１２の周辺に沿って、またはその内側に配置することができ、またはスペーサの両方のタイプの位置を使用することができる。

一実施形態においては、電池３１０、３１２は１つまたは複数の電池３１０、３１２の組に配列され、同じ組内のすべての電池は同じ極性で１つの方向に配向されており、その組の中のすべての電池は、それぞれの端子３１４、３１６が同じ導体３４０、３５０によって電気的に接続され、同じ導体３４０、３５０と物理的に接触している。ただし、以下に示すように、導体３４０、３５０は第１の組とは反対の極性で配向されている少なくとも１つの他の組電池と電気的および物理的に接触し、したがって、組間の直列接続を形成する。

導体３４０、３５０は、ブラケットと接触している電池３１０、３１２の組を、その組の中の他の電池と並列に接続するために使用され、オプションとして別のセットと直列に接続するために使用される。これは隣接している組の中の電池を逆転し、単一の導体３４０、３５０を使用して各組の一端においてすべての電池を接続することによって実現することができる。この配置構成が使用される時、第１の組の中の電池は他の組と直列接続される以外に、互いに並列にも接続される。代わりに、隣接している組の電池を、両方の組の電池にまたがっている導体３４０、３５０によって同じ側に配置することができる。ただし、１つの組の中のすべての電池は他の組の中のすべての電池とは異なる極性で同じ導体に接触する。

壁が基板を支持することができる
上記のように、電池、スペーサまたはその両方が基板を接続および支持する主要な手段となり得る。しかし、別の実施形態においては、周辺および仕切りの壁が基板を接続および支持するための１つの方法として、または主要な方法として使用される。ここで図１１を参照すると、図１に示されている基板が本発明の一実施形態による、周辺および仕切りの壁を伴って示されている。周辺の壁１１１０は基板１１１２に取り付けられている。取付けは基板に壁１１１０を接着、熱接着または溶融によって、または従来のスナップ締結法、またはファスナー１１１４による他のファスナーによって行うことができる。周辺の壁１１１０はいくつかの小片から作ることができ、縁部または隅のコネクタが各小片を接続している。周辺の壁１１１０はコネクタ１１１６などのコネクタを含むことができ、それは周辺の壁１１１０の中に成形されたスロットまたは他のファスナーであってよい。コネクタ１１１６は、周辺の壁１１１０と同じ方法で基板１１１２に取り付けることができる、仕切り壁１１１８に取り付けられる。図に示すように、仕切り壁１１１８などの仕切り壁は、それ自身がさらに他の仕切り壁を保持するコネクタを有することができる。

一実施形態においては、周辺の壁１１１０は、外側からの侵入から電池を物理的に保護するために使用され、仕切り壁１１１８は望ましくない外部的な力によって押される可能性のある電池が、近くにある他の電池を押すことから電池を保護するために使用され、望ましくない熱反応を一組の壁１１１０または１１１８によって区切られた電池のサブセットに閉じ込めることもできる。さらに、電池の側壁は負の端子に接続され、隣接している電池の負の端子が他のものとは異なる電位にある可能性があり、仕切り壁１１１８を使用することによって、それぞれのケースの電位が異なっている電池が、望ましくない力のために接触した場合に発生することになる短絡を防止するのに役立てることができる。一実施形態においては、仕切り壁または冷却管（以下に説明される）のいずれかが、負の端子およびケースの端子の電位が異なっている隣接している電池を隔離するために使用される。

電気的接続
図５は、本発明の技法を使用して、導体５２０〜５３０によって１つの電池の電圧の約５倍にまで電圧を上昇させるために直列に接続された５個の電池５００〜５０８を示している（図の明確性を改善するために基板、ブラケット、およびスペーサは図から取り除かれている）。図５の各組の中には１つの電池５００〜５０８だけがあるが、導体５２０〜５３０の同じ対に接続され、示されている電池５００〜５０８と同じ極性を使用している組ごとに２つ以上の電池を使用して、単一の電池５００〜５０８の電流のほぼその倍数の電流にまで電流を増加させることができる。一実施形態においては、エンド導体５２０、５３０には端子５４０、５４２があり、それをねじ端子とするか、または上にねじ込まれるナットが付いた組込み型のねじポストとすることができる。従来の方法で各端子５４０、５４２に配線を取り付け、電池からの電力を使用点へ供給することができる。本発明の一実施形態においては、使用点は電気自動車内の電動機とすることができ、そして以下に説明されるように、エンド導体５２０、５３０ごとに２つ以上の端子５４０、５４２を設けることができる。図において、導体５２０〜５３０は各導体５２０〜５３０から電流が供給されるすべての電池に集合的に接触するが、個々には、導体５２０〜５３０は電池５００〜５０８のすべてに接触するわけではなく、各導体５２０〜５３０は導体５２０〜５３０の任意の他のものに対して、他とは異なる電位にあることに留意されたい。

図に示すように、組電池の数が奇数であることによって（図においては、組ごとに１つの電池がある）、エンド導体５２０、５３０は電池５００〜５０８の反対側に配置される。示されているように組電池が互いに直列に接続されている、奇数組の電池がある場合、電池５００〜５０８の有用なアセンブリ５００を作り出すことができる。というのは、そのアセンブリそのものを最小の接続で直列に結合することができるからである。最初の組と最後の組とが互いに近くなるようなパターンに並べられている場合（例えば、組がアセンブリの回りにある程度円形のパターンで配置されているような場合）、エンド導体はそのアセンブリの反対側の側に同じ一般的な領域においてあるようにすることができるが、大幅な交差接続構造なしで、そのアセンブリの相互接続を最小の交差接続配線で行うことができる。

スタック、およびそれらの間の相互接続
本明細書で説明されるような基板およびインサートによって挟まれ、導体によって接続されている電池は、絶縁紙または他の絶縁材料をそれに付加することができ、複数のこのようなアセンブリまたは構造の電池を電気的に相互接続することができる。図６Ａは、図５のエンド導体５３０、５２０と同様な、構造の異なる２つのエンド導体６３６、６３７を示しており、それぞれが、図１〜図５に関して上で説明されたように配置された電池の１つまたは複数の組に結合され、電池、基板、残りの導体および他の構造を示している詳細が図の中では省略され、２つの異なる構造のエンド導体の間の相互接続を示している（構造およびアセンブリという用語は本明細書では互換的に使用されている）。エンド導体６３６は１つの構造のエンド導体であり、そしてエンド導体６３７は別の構造のエンド導体であり、これらの構造は拡張可能なコネクタ６５０を使用して別の構造に直列に電気的に接続されることが意図されている。

ここで図６Ａを参照すると、エンド導体６３６、６３７は、エンド導体６３６、６３７と、エンド導体６３６、６３７が結合される電池との間に挟まれた基板の上部に突き出ている部分を備え、このような部分が図の中で点線の上に示されており、その点線は基板の最上部を表している。一実施形態においては、Ｕ字孔６３４が、コネクタ６５０が矢印の向きに挿入される時に、そこに挿入されるコネクタ６５０の端子６３８を挿入できるようにするために、エンド導体６３６、６３７の中にフライス加工されているか、またはその一部として形成されている。拡張可能なコネクタ６５０の反対側にある端子は見えないが、見える側と同じ数の、そして見える側のそれらからオフセットされている端子がある。一実施形態においては、各エンド導体６３６、６３７がコネクタ６５０のいずれの側でも操作できるように、拡張可能なコネクタ６５０の１つの側に端子６３８より多い数のＵ字孔６３４がある。ボルトまたはねじが可能である端子６３８が、次にエンド導体６３６、６３７の上に締められ、エンド導体６３６、６３７と銅または別の導電性材料から作られている拡張用導体６４０との間の接続を生じさせる。拡張用導体６５０は、Ｕ字型の断面に曲げられた、そして端子６３８が締められる時に膨張するのに十分柔軟性がある平坦な導体である。

拡張可能なコネクタ６５０が、図７に詳しく示されている。ここで図７を参照すると、拡張可能なコネクタ６４０は３組の主要な部品を備えている。２つの拡張片６１０と、１つの拡張可能導体６４０と、６個の端子６３８があるが、他の個数の端子を使用することもできる。

拡張片６１０が、図６Ｂに詳しく示されている。ここで図６Ｂを参照すると、一実施形態、拡張片６１０は複数の棚６１６を備え、各棚６１６は凹状のウェル６１２を含んでいて、ウェル６１２はナットを保持し、それが回転するのを防止し、ウェル６１２の中にナットを保持するために十分にしっかりと嵌合することができる。ウェル６１２は深さがナットの厚さとほぼ同じである。各ウェル６１２は、そのウェルの中心に削孔、または形成された穴を備え、その穴は棚６１６の反対側まで直通して延びている。図６Ｂは棚をより詳しく示している。ナット６３０がウェルの中に挿入され、そしてボルト６３２が、ウェル内の穴を通してナット６３０が挿入された側から棚６１６の反対側から挿入され、ナット６３０の中にねじ込まれている。以下に説明されるように、実際には、ナットは、図６Ｂには示されていない拡張用導体６４０内の穴を通して挿入される。

ここで図６Ｂ〜図７を参照すると、拡張可能なコネクタを組み立てるために、２つの拡張片６１０が嵌合され、それらはそれぞれの棚６１６が単一の平面内にあるように向き合っているが、それぞれのウェルは互いに１８０度離れて向き合っている。拡張用導体６４０は棚が６１６の上にスリップされ、そしてボルトまたはねじが拡張用導体内の穴を通して挿入され、そして棚６１６内の穴６１４を通して挿入され、それらは棚６１６の反対側にあるナット６３０に達し、そして一部分がナット６３０の中にねじ込まれる。一時的に図６Ａを参照すると、拡張用コネクタ６５０は図６Ａに示されているように２つのエンド導体の間にスリップされ、そしてねじまたはナット６３２が締められる。

ねじまたはボルト６３２が締められる時、それらは拡張用コネクタ６１０の棚６１６を他のものから反対方向に引き離し、壁６１２の反対側の棚の面が拡張用導体６４０の近くの領域に対して押している状態でそれをエッジコネクタ６３６、６３７と接触するように押しつけ、大きな電流を流すことができて物理的に安定であり、しかも必要に応じて分解および再組み立てができる電気的接続を提供している。

拡張用導体６５０は、本明細書では２つの構造を直列に接続するように説明されている。しかし、拡張用導体は、複数の構造を並列に接続するためにも使用することができる。

冷却
液体冷却
一実施形態においては、電池は、小さな、熱伝導性の管によって液体冷却することができ、その管を通して水または他のクーラント、例えば、水、油、または冷たい空気と混合された任意の従来型の不凍液を、ポンプなどの従来の手段によって循環させることができる。

その管は電池から熱を吸収し、それを液体、クーラントまたは空気へ伝達する。ポンプはその液体を、熱を近くの空気に対して解放する放熱器に、または従来のＲ‐１３４ａなどの冷媒と熱を交換する熱交換器にポンプで送ることができ、熱交換器は従来のヒートポンプの一部として動作し、それは熱をクーラントまたは他の液体から吸収してそれを放熱器に対して解放する。その電池が電気自動車を駆動している場合、放熱器は車が動いている時は周囲の空気を通して追加の熱を空気の中に解放することができる。

図８Ａおよび図９は、クーラントを含んでいる管を、異なる角度から示している。図８Ａは、上面図であり、図９は、異なる数の電池を含んでいる異なる組の側面図である。しかし、図８Ａでは見えない詳細を示すために図８の最上部から電池の第２の並びに向かって、図８Ａの最上部から電池の第３の並びから眺めることによって見られるのと同様な図である。図９は、実際には図５に示されている電池の上に重ねられる。一実施形態においては、１つの管８１０が１つまたは複数の組の中の各電池（各電池の位置は図８Ａの円にほぼ対応している）の近くを通るように配置されている。ここで図８Ａおよび図９を参照すると、一実施形態においては、その管は液体を受け入れるための入口８１２を備え、それは冷却する各電池の近くを通り、次に、一実施形態においては、その管は図９に示されている旋回部分９１０の回りを回り、そうして各電池を二度通過し、最初の通過と同じ側の電池の上、または反対側の上のいずれかを通過する。旋回部分９１０は、ジョイント（旋回部分９１０と管８１０の残りの部分との間の）が電池の近くになるのを避けるために基板の外側に、例えば、入口８１２の近くなどにあってもよい。従来の熱伝導性の、しかし導電性ではない、ポッティング剤(図示せず）または他の熱伝導性の物質、例えば、Ｒｅｓｉｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ，ＬＬＣから入手できるＫＯＮＡ ８７０１‐ＬＶ‐ＤＰ熱伝導材料を管を覆うように流し、それがまた電池に接触して電池から熱を管に伝えるのを助けるようにすることができる。

管内のクーラントの流れの方向が図９に矢印によって示されている。出口（一実施形態においては、入口８１２の直ぐ上にある）がクーラントを放熱器８１４に対して排出し、そこでクーラントはその熱を解放し、クーラントはポンプ８２０によって循環されている。各電池の近くに２本の管が通っていて、各電池を通過する管内のクーラントの流れは反対の方向および反対の順序に通っているので、単一の管が使用されている場合より電池を均等に冷却することができる。一実施形態においては、その２本の管は実際には単一の構造の部分であり、２本の管からの熱が交換され、管の径路にわたっての管内のクーラントの温度をさらに安定化することができる。ここで図８Ｃを参照すると、２本の管を含んでいる単一の構造８６０が本発明の一実施形態に従って示されている。構造８６０は横材８６４を含んでいて、アルミニウムまたは他の熱伝導性の材料の単一の引抜きされた小片の部分として形成することができる。横材８６４および構造８６０は、流れの方向が反対である２本の管８６２、８６６を形成する。一実施形態においては、上の管８６２が入口に結合されており、他の実施形態においては上の管８６２が出口に結合されているが、他の実施形態ではそれらの接続を逆にすることができる。

一実施形態においては、管の外面は電気的に絶縁性の材料から作られており、電気的に電池の負の端子に接続されている、電池のケース間での短絡が生じないようになっている。異なる電池の負の端子は異なる電位にあるので、管が電池に触れた場合、管が導電性の材料から作られていた場合は短絡が発生する可能性がある。一実施形態においては、管はアルミニウムから作られており、外側の部分は陽極酸化されて、アルミニウムの外側の縁部は導電性がないようにしている。

一実施形態においては、管およびそれらの内容物からの熱を吸収する放熱器の代わりに、少なくとも部分的に電気で駆動される自動車または他の乗り物の場合において、管およびそれらの内容物からの熱を、通常の空調システム内の蒸発装置によって吸収することができる。ここで図８Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による、電池を冷却するためのシステムが示されている。要素８１０、８２０は上記の図８Ｂで示されるように動作するが、熱を放熱器８１４に対して解放する代わりに、管内のクーラントによって吸収された電池からの熱が、熱交換器８３６内の従来の蒸発装置８３４に対して解放される。コンプレッサ８３０は冷媒を圧縮し、それを凝縮装置８４０に与え、凝縮装置８４０はファン８４２または他の空気流の近くに置くことができる。冷媒は蓄積装置の中に到着し、蒸発装置８３４に提供され、コンプレッサ８３０へ戻される。熱交換器８３６によって、クーラントが電池のいくつかまたはすべてを通過した後、管からの熱を吸収することができる。一実施形態においては、単一のコンプレッサが電池を冷却するだけでなく、車室内の空気を冷却するためにも使用される。第２の蒸発装置８４４は、ブロア８４６および冷媒によって車室に対して与えた空気内の熱を吸収し、その後、冷媒は蓄積装置８３８の中に集まる。電池および車室内の空気の温度をセンスするためのセンサ８５２、８５４を備えているマイクロプロセッサ８５０の制御下にある切換え弁が、各システムの温度および条件に基づいて、電池のための蒸発装置８３４と客室の空気のための蒸発装置８９４との間に割り当てるための冷媒の適切な量を決定する。

空冷
各組の中の電池を空気が間を通ることができる電池間の空間によって空冷することができる。空冷は上記の液体冷却に加えて、またはその代わりに使用することができる。一実施形態においては、基板に追加されるインサートが、以下により完全に説明されるように一体化された冷却用の穴およびマウントを使用して電池を取り付けるために使用される。基板は強度および剛性を与えるためにガラス繊維含入材料から作られるが、さらに、インサートはより良好に電池を保持するために、より柔軟な材料から作られる。基板およびインサートは両方とも空気孔を含んでいて、その中に空気を吹き込むこと、または吸引によって空気をそこから取り除くこと、またはその両方を行うことができる。空気孔をマウントと一体化し、空気を電池間の空間の中に直接に吹き込むことができ、しかもマウントが空冷と干渉しないようにすることができる。

ここで図１０Ａ〜図１０Ｄを参照すると、各マウント１０１８の中に空冷用の穴１０１２が一体化されている、一体化されたマウント１０１８を含んでいるインサート１０１６の一部分が、本発明の一実施形態に従って示されている。一実施形態においては、インサート１０１６は基板と１つまたは複数の電池との間に配置されるが、他の実施形態においては、インサート１０１６の特色は基板の一部分にある。一実施形態においては、インサートは任意の柔軟性のある絶縁材料から作られていて、基板とは異なる材料であるか、または同じ材料であってよい。

図１０Ａは、マウント１０１８の中に挿入されている電池１００８などの、電池を伴ったインサート１０１６の一部分の上面図である。一実施形態においては、いくつかのマウントが２個または３個の電池で共有され、このようなマウントが図１０Ａの中央に示されている。一実施形態においては、各マウント１０１８の形状は、インサート１０１６を貫通している穴の上に成形されている短い中空の管の形状であり、その中空の部分が基板１０１６に対して垂直に通っている。

マウントに強度を追加するために、電池１００８に対する空間のちょうど外側にマウント１０１８のペアの間に平坦な交差片１０１０を成形することができる。一実施形態においては、交差片１０１０は付近のマウントの間の距離全体にわたっては延びず、代わりに非常に短い距離（示されている距離の約１／４の）を通り、示されている３個の代りに、マウントごとに交差片が１つだけある。空冷が使用される時、各マウントは基板内の１つの穴の上にあり、インサート内の穴を通して、そしてマウント１０１８を通して基板の１つの側から空気が電池を冷却することができる。以下に説明されるように、空気を電池の間から取り除くか、または反対側の基板から排出することができる。

図１０Ｂは、インサート１０１６に射出成形されている、マウント１０１８を作るプロセスにおけるステップを示している。ここで図１０Ｂを参照すると、射出成形されたマウント１０１８が電池と接触する点の直下に、インサート１０１６の中にビット１０２０がたたき込まれている。ただし、一実施形態においては、このような削孔の結果できる形状、または同じ目的に役立つ別の形状は、実際にはマウント１０１８の中に成形され、削孔は発生しない。図１０Ｃは、マウント１０１８に対するメインの穴が３つの穴を備えている時のインサート１０１６の下側からの穴を、その縁部に削孔された穴１０１４（図１０Ａで反対側からも示されている）を含めて示している。図１０Ｂのビット１０２０によって削孔された図１０Ｃの穴１０１４などの穴によって、マウント１０１８は電池がマウントの間に挿入される時に変形することができ、さもなければ発生することになったマウント１０１８の変形がインサートおよび基板を変形させないように保護し、それらがほぼ平坦な形状を保つことができ、マウント１０１８が電池１００８を保持するのを助けるようになっている。

図１０Ｄは、マウント１０１８の中に挿入された電池１００８の側面図である。交差片１０１０も示されている。一実施形態においては、各電池の接続穴１０２２が図１０Ｄにさらに明確に示されている。一実施形態においては、各電池の下に１つのキー１０２２があるが、他の実施形態では、より少数の、またはより多くのキーを使用することができる。各キーはインサート１０１６から下方に延びている単一の中空管である。基板内の穴は図２の穴２３０に似ているが、この基板にはマウントは存在しない。各キー１０２２は基板内の異なる穴の中に嵌合する。基板内の各穴は、直径がキー１０２２の外径とほぼ同じであり、基板の厚さと実質的に同じ長さでインサート１０１６の底部からキーが延びている。キー１０２２の上のインサート１０１６の部分の中に１つの穴があり、それは図３の穴３４４に類似の方法で上記のように電池の端子に対する接続を可能にするためにそこに成形または削孔のいずれかで開けられている。そのキーはインサート１０１６を基板に対して所定の位置に保持し、そしてポッティング剤、または他の上記の熱伝導性の材料が電池の端子の下に流れて電池とブラケットとの間の良好な電気的接続を阻害することになるのを防止する。

本明細書で示されるように、マウント１０１８は基板およびオプションとして、導体の中で穴１０２４の上に配置され、空冷が使用される場合、空気が流れることができるようになっている。インサート１０１６は基板１００６内の穴１０２６とに嵌合されていて、穴１０２６およびキー１０２２内の穴を介してブラケットとの電気的接続が行われる。任意の電池１００８の正極端子の反対側のキー内の穴の直径は、電池１００８の正極端子の直径より大きくなく、電池の正極端子と接触している基板１００６の下の導体が電池１００８の負のケースに向かって押された場合に、それに短絡しないようになっている。

ここで図１０Ｅを参照すると、２つの組電池が空気取扱い装置と一緒に示されている。左側の組電池１０６０においては、１０５０、１０５８または両方がダクト１０５２から空気を引き出し、空気は矢印で示されている方向にコウェル１０５４を通り、上記のように空気孔を備えた電池の単一のアセンブリ１０６０を通ってダクト１０５６へ流れ出る。右側に組電池１０６１が示されている別の例においては、ダクト１０５６は使用されず、ファン１０５９が組電池１０６１の最上部を通して空気を引き出す。図１０Ｆに示されているもう１つの例においては、空気は矢印で示されている方向に（または反対の方向に）ファン１０７０およびコウェル１０７２を介して上記のように空気孔を備えている複数のアセンブリ１０７４を通って流れる。アセンブリ１０７４の間の空間をすべてダクトによって覆うことができる。

一実施形態においては、導体は基板には隣接しておらず、したがって、一般的に導体を通って空気が流れることができるようにするために、導体の中に多数の小穴を備えることができるが、その穴はインサート内のマウントに隣接して配置される必要はない。このような実施形態においては、穴の密度を導体の中心部よりも周辺部の回りに大きくし、大電流の場所における導体の電流搬送容量を妨害しないようにすることができる。

本明細書で説明される結合構造は一実施形態において使用することができるが、他の実施形態では他の結合構造を使用することができる。例えば、非空冷環境においては、マウントを基板内の穴の上に取り付ける必要はない。

例、および方法
本発明によるアセンブリの一例の部分が、本発明の一実施形態に従って図１２Ａに示されている。図１３は、組立ての方法を記述している。

ここで図１２および図１３を参照すると、基板１２１０が、ステップ１３１０に対応して、基板１２１０の穴に嵌合しているインサート１２１６内のキーを介して、それに嵌合されている複数のインサート１２１６を伴って示されている。配管アセンブリ１２１４がインサート１２１６の上に、例えば、曲げのステップ１３１２によって、そして配置のステップ１３１４によって形状に合わせて配置されている。

ステップ１３１６において、周辺の壁１２１８が基板１２１０に取り付けられるか、または接着され、仕切り壁１２２０が周辺の壁の間に挿入されており、そして基板１２１０に取り付けるか、または接着することができる。

電池(図示せず）がステップ１３１８において上記のようにインサートの中に取り付けられ、またポッティング剤または他の熱伝導性の材料を、各電池および隣接している管の部分に触れるように追加することができ、そして次にステップ１３２０において、インサートの鏡像の組(図示せず）が取り付けられ、ステップ１３２２において、鏡像の基板(図示せず）に取り付けられ、そしてマウントを介して電池に取り付けられ、そして上記のように壁１２１６、１２１８に取り付けられる。

ステップ１３２４においてブラケットが導体に接続され、そして次にステップ１３２６において上記のように電池に接続され、極性が反対である２つの組電池の上にオフセットし、例えば、２つの組電池を直列に接続する。いくつかの電池１２２２および鏡像基板１２２４を含んでいる、代わりの設計を示しているアセンブリが、図１２Ｂに分解図で示されている。図１２Ａおよび図１２Ｂは水冷型であるので、マウントの付近の基板内の空気孔は使用されていない。

ステップ１３２８において、追加のアセンブリがある場合、それらはステップ１３１０〜１３２６に記述されたように構築され、次に、上記のように、隣接しているアセンブリのエッジコネクタの間でステップ１３３０においてコネクタを接続することができる。

図１３のステップは、記述されているのとは異なる順序で実行すること、または、例えば、一度に少数の電池および壁を取り付けるなどして、互いに組み合わせて実行することができる。

他の方法
ここで図１４を参照すると、電池を取り付けて電気的に接続する方法が本発明の一実施形態に従って示されている。各電池に対するマウントおよび電池に対する電気的接続のための穴を備えた１つまたは２つまたはそれ以上の基板がステップ１４１０において提供される。一実施形態においては、そのマウントは基板の中に成形される。もう一実施形態においては、そのマウントは上記のように、基板の中にフライス加工され、ここで図１５を参照して説明する。

一時的に図１５を参照すると、電池のマウントを基板の中にフライス加工する方法が本発明の一実施形態に従って示されている。ステップ１５１０において第１の位置が選択され、ステップ１５１２においてスピニングビットが、第１の位置において基板の中に途中まで削孔される。ステップ１５１４において、ドリルのビットを第１の位置の中心から、例えば、線に沿って放射状に動かすことによって花弁片がフライス加工される。ビットは第１の位置の中心へ戻され、ステップ１５１６において別の花弁片がそのマウントのために他のいずれかの花弁片に対して使用された線とは異なる任意の線に沿って（それから１８０度異なる可能性が高い）第１の位置の中心から外側に向かってフライス加工される。ステップ１５１８において、フライス加工する花弁片がまだある場合は、この方法はステップ１５１６において継続し、そしてフライス加工する花弁片がない場合は、ステップ１５２０において基板上にマウントすることが望ましいか、または必要である基板上の位置がまだある場合は、次の位置がステップ１５２６において選択され、そしてステップ１５１２において上記のようにこの方法が継続し、そしてステップ１５２０において位置がないと判定された場合、ステップ１５２２においていくつかのマウントまたはすべてのマウントの中心に基板を通して電気的なアクセスを提供するための穴が削孔され、ステップ１５２４においてこの方法が終了する。注記したように、電池を以下に説明されるようにマウントの中に挿入することができ、そしてステップ１５２２において開けられた穴の直径を、挿入される電池の正極端子の直径より小さくし、導体がそれに対して押し付けられる可能性がある場合に導体と接触しないように保護する。

再び、図１４を参照すると、ステップ１４１２において複数の電池が１つの基板にあるマウントの中に、例えば、その底部または最上部に、一実施形態においては、マウントごとに１つの電池が挿入される。電池は組の一部分として挿入され、各組の中の電池はそのマウントの中に挿入されている電池と同じ極性で挿入されるが、各組の電池をそれに電気的に隣接することになる１つまたは２つの組とは異なっている極性で挿入することもできる。ステップ１４１４においてスペーサをマウントの中に挿入することができる。そのマウントは電池のために使用されたマウントと違っていても違っていなくてもよい（例えば、スペーサに対して使用されるマウントは、電池に対して使用されるマウントより狭くてもよい）。このフローチャートにおいては、ステップ１４１４はステップ１４１２に続いているが、この２つのステップを一緒に実行してもよく、いくつかの電池が挿入されていて、そして次に１つまたは複数のスペーサ、そしてさらに電池が挿入され、またはさらに追加のスペーサが挿入されることなどが可能である。図１４または図１５のフローチャート内の他のステップをこの織込み型の方法で他のステップと一緒に実行することができ、またはいくつかのステップを示されているのとは異なる順序で実行することができる。

ステップ１４１６において、１つまたは複数の冷却管を、いくつかの電池またはすべての電池に隣接した径路の中を通すことができ、そして同じ１つまたは複数の冷却管または異なる１つまたは複数の冷却管を同じ径路または反対の径路に沿って反対の方向に戻してステップ１４１８において通すことができる。ステップ１４１６および１４１８は、各電池の近くに単一の冷却管のアセンブリを通すことによって組み合わせることができる。この方法で、各電池は２つの流れに隣接しており、１つまたは複数の流れのうちの１つはいずれかの方向に、ただし、他のいくつかの数の流れは各電池の近くの方向のいくつかにおいて使用することもできる。ステップ１４２０において熱伝導性材料を追加して管または複数の管およびいくつかのまたはすべての電池に接触させることができる。

ステップ１４２２において別の１つまたは複数の基板を、ステップ１４１２において挿入された電池の他の端部に押し付けることができ、そしてステップ１４１４において通常のプレスを使用してスペーサを挿入することができる。他の１つまたは複数の基板が上記のマウントを付けて作られる。そのマウントのサイズはそのマウントが受け入れる電池の極性によって変えることができ、または同じサイズのマウントをすべての極性に対して使用することができる。ステップ１４２２の他の１つまたは複数の基板はステップ１４１４の１つまたは複数の基板の鏡像であってよい。

ステップ１４３０において穴付きの複数の導体が上記のように提供される。ステップ１４３２においてブラケットをその穴の中に挿入することができ、そしてステップ１４３４において各ブラケットを、そのブラケットのほとんどまたはすべてがコネクタの穴の中にある時に、コネクタにウェーブハンダ付けなどの方法によって導体に電気的に接続することができる。

ステップ１４３６および１４３８において、コネクタ付きのブラケットおよび上記のように基板の中に取り付けられた電池が集められる。この２つのステップは本質的に同時に実行されてもよいが、説明を容易に、そして明確にするために別々に記述されている。ステップ１４３６において、導体に電気的に取り付けられる１つまたは複数のブラケットが、基板内の穴を介して１つまたは２つの組電池に電気的に取り付けられる。これは１つまたは複数の導体のそれぞれの中の穴から突き出ているブラケットを、１つまたは複数の基板の中に取り付けられている電池の端子を露出する穴と位置合わせすることによって実行することができる。

その位置合わせによって、各導体が１つの組の中の各電池の１つの端子を、組の中の他の電池のすべての同じ極性の端子に電気的に接続させることができ、そしてオプションとして、異なる組の中のすべての電池の反対極性の端子に接続することもできる。例えば、その基板の中に取り付けられたすべての電池が組に分けられ、そしてその組のすべてが直列に接続される場合、２つの電気的に隣接しているペアの各組の１つの端部にわたっている１つの導体があり、各組の端部が異なる極性に単一の導体によって接続され、２つの追加の導体は、それぞれが２つの「端部の」組のうちの１つにおいてすべての電池の１つの極性にわたっている。

それ故、一実施形態においては、１つまたは２つ以外のすべての導体がそれぞれ２つの完全な組電池の端子の上に位置合わせされ、各組内の電池は接触状態に配置される時にブラケットおよび導体によってその組内の他の電池と同じ極性で接続される。２つの組電池を同じ導体に接続し、反対の極性の２つの組のそれぞれがその導体に接続されるようにすることができる。一実施形態においては、電気的付加は、また、その電池のうちの１つの電池の１つの端子に対して各ブラケットをスポット溶接、圧接または低温半田付けのような物理的付加も含む。一実施形態においては、各ブラケットは、冗長性のために各電池端子の少なくとも大部分に対する２つ以上の接続（例えば、スポット溶接）を有する。

ステップ１４３８において、上記プロセスに類似のプロセスが、電池の他の側の１つまたは複数の基板に対して繰り返され、ステップ１４３０〜１４３４において、上記１つまたは複数の導体に取り付けられたブラケットが、ステップ１４３６において、基板の反対側の基板内の穴の中に嵌合するように位置合わせされ、ブラケットが、その基板のマウント内に挿入された端子とスポット溶接されるか、接続されるか、またはそれ以外の方法で電気的に接触状態にされる。上で述べたように、２つの組電池にわたっている導体は、他の基板の導体からオフセットされて、ゼロ個またはそれ以上の導体が、それぞれ２つの組電池のそれぞれの異なる極性の端子を直列に接続し、部分的に、その組内の電池を並列に接続する。ブラケットを電池に溶接する必要はなく、ブラケットと電池の端子との間の任意の電気的接続を使用することができる。

ステップ１４４２において、一連の各組電池の端部における導体を、１つまたは複数のエッジ端子に結合され、ステップ１４４０において、電池アセンブリを構成する１対の基板の１つまたは複数のエッジ導体を物理的に、電気的に、またはその両方で、電池アセンブリを構成する隣接する１対の基板のエッジ導体に接続して（それぞれ上記のように組み立てられている）、各アセンブリ内の電池のうちの少なくともいくつかを直列または並列に接続するようにすることができる。一実施形態においては、ステップ１４４４は、配線なしで構築することができる単一の固体の、ただし若干可撓性を有するユニットによって実行される。

本発明の一実施形態による、電池のバンクのブロック図である。 本発明の一実施形態による、バンク内の電池を保持するために使用される基板内のマウントおよび穴の生成を示している図である。 本発明の一実施形態による、バンク内の電池を保持するために使用される基板内の４つのマウントの図である。 本発明の一実施形態による、電気接続ブラケットが付いた２つの基板および２つの導体を含んでいるバンク内の電池の側面図である。 本発明の一実施形態による、幾何学的形状を示すためのブラケットの代わりの図を含んでいる、代表的なブラケットが付いた２つの導体の図である。 本発明の一実施形態による、導体を使用して結合された５個の組電池の側面図である。 本発明の一実施形態による、複数の組電池の２つの異なるスタックからの端部の導体および、そのスタック間のコネクタのブロック図である。 本発明の一実施形態による、単一のコネクタ拡張片の図である。 本発明の一実施形態による、挿入されたナットおよび、そのナットにねじ込まれているボルトを示している、図６Ｂのコネクタ拡張片の棚の図である。 本発明の一実施形態による、図６Ｂの拡張片を２つ含んでいる、拡張可能なコネクタの図である。 本発明の一実施形態による、放熱器に結合されている上側および下側のクーラントの方向を示している、１つまたは複数の組の電池の上から見たブロック図である。 本発明の一実施形態による、空調器に結合されている熱交換器を介して冷却される上側および下側の冷却管の方向を示している１つまたは複数の組電池の上から見たブロック図である。 本発明の一実施形態による、１対の管を含んでいる構造の断面図である。 本発明の一実施形態による、図８Ａにおいて示すことができるものとは異なる透視方向からの、上側および下側の管を示している一並びの組電池の側面のブロック図である。 本発明の一実施形態による、一体型空気孔付きマウントを含んでいるインサートの一部分の図である。 本発明の一実施形態による、削孔されたマウントの図である。 本発明の一実施形態による、マウントの背後のインサートの一部分の逆側の図である。 本発明の一実施形態による、インサートの下のキーを含んでいる、側面から示された３つのマウントの図である。 本発明の一実施形態による、空冷された２つの電池アセンブリの図である。 本発明の一実施形態による、空冷された３つの電池アセンブリの図である。 本発明の一実施形態による、基板および壁の図である。 本発明の一実施形態による、基板、インサート、冷却管アセンブリおよび壁の図である。 本発明の一実施形態による、含むことができる２ダースの電池で部分的に満たされた、電池アセンブリの分解図である。 本発明の一実施形態による、基板、インサート、冷却管、壁、電池、および導体を組み立てる方法を示しているフローチャートである。 本発明の一実施形態による、電池アセンブリの中に電池を取り付ける方法を示しているフローチャートである。 本発明の一実施形態による、電池を取り付ける方法を示しているフローチャートである。

Claims (11)

1. 電池システムにおいて、
   複数の個別の電池であって、各電池が第１の端部と第２の端部とを有するケースを備えており、前記複数の個別の電池の各電池は、他の電池から分離独立した完全な電池構造を形成し、前記複数の電池の各電池のケースは、他の電池のケースと一体にされていない、複数の個別の電池と、
   第１の基板であって、剛性があり、第１の非導電性の材料で作られており、前記第１の基板は、さらに、前記複数の電池に対応する複数の第１の電池取付ウェルと前記複数の第１の電池取付ウェルに対応する複数の第１の貫通穴とを有し、前記第１の貫通穴は前記第１の基板を貫通し、前記複数の個別の電池の前記第１の端部は、前記複数の第１の電池取付ウェルに対応する、第１の基板と、
   第２の基板であって、剛性があり、第２の非導電性の材料で作られており、前記第１の基板から分離独立されており、前記第２の基板は、さらに、前記複数の電池に対応する複数の第２の電池取付ウェルと前記複数の第２の電池取付ウェルに対応する複数の第２の貫通穴とを有し、前記第２の貫通穴は前記第２の基板を貫通し、前記複数の個別の電池の前記第２の端部は、前記複数の第２の電池取付ウェルに対応する、第２の基板と、
   複数の周辺の壁であって、前記複数の個別の電池は、前記複数の周辺の壁で囲まれ、前記複数の個別の電池は前記周辺の壁から間隔を空けて配置されている、複数の周辺の壁と、
   複数の第１の導体であって、前記複数の電池に対応する複数の第１の電池端子に連結され、前記複数の第１の貫通穴を貫通する、複数の第１の導体と、
   複数の第２の導体であって、前記複数の電池に対応する複数の第２の電池端子に連結され、前記複数の第２の貫通穴を貫通する、複数の第２の導体と、
   少なくとも１つの熱伝導性の冷却管であって、液体の冷却材が入っており、前記複数の電池の各ケースの外側部分に近接して配置され、前記熱伝導性の冷却管の外面は、電気的に絶縁性の材料で作られており、前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管は、前記第１の基板、前記第２の基板、前記複数の周辺の壁、及び前記複数の電池のケースとは一体に形成されない、少なくとも１つの熱伝導性の冷却管と、
   熱伝導性材料の層であって、前記複数の電池のケースと前記熱伝導性の冷却管との間に介在し、前記熱伝導性材料は、電気的に絶縁性である、熱伝導性材料の層と、を備え、
   前記複数の個別の電池及び前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管は、前記複数の周辺の壁が前記複数の個別の電池と前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管との間に介在せずに、前記複数の周辺の壁で囲まれている、電池システム。
2. 前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管が、アルミニウムから作られ、前記熱伝導性の冷却管の外面が、アルマイトから作られていることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
3. 前記液体の冷却材が、水、又は、不凍液から選択されることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
4. 前記熱伝導性材料が、ポッティング剤であることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
5. 前記熱伝導性の冷却管が、単一の冷却構造として構成された少なくとも２つの冷却管を有し、前記液体の冷却材が、前記少なくとも２つの冷却管のうちの第１の冷却管を第１方向に流れるとともに、前記少なくとも２つの冷却管のうちの第２の冷却管を前記第１方向と互いに反対方向である第２方向に流れることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
6. さらに、前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管に連結されたポンプを備え、前記ポンプは、前記少なくとも１つの熱伝導性の冷却管及び熱交換器に前記液体の冷却材を循環させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
7. 前記複数の第１の貫通穴は、それぞれ前記複数の第１の電池取付ウェルのうちの対応する電池取付ウェルに中心を合わされ、前記複数の第２の貫通穴は、それぞれ前記複数の第２の電池取付ウェルのうちの対応する電池取付ウェルに中心を合わされていることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
8. 前記複数の第１の電池取付ウェルは、それぞれ前記第１の基板に形成された第１の基板の凹みを有し、前記第１の基板の凹みは、前記複数の電池のうちの対応する電池の前記第１の端部の径と実質的に同じ径にされ、前記複数の第２の電池取付ウェルは、それぞれ前記第２の基板に形成された第２の基板の凹みを有し、前記第２の基板の凹みは、前記複数の電池のうちの対応する電池の前記第２の端部の径と実質的に同じ径にされることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
9. 前記複数の第１の電池取付ウェルは、それぞれ前記第１の基板に形成された第１の基板の凹みを有し、前記第１の基板の凹みは、前記対応する電池の前記第１の端部の挿入に伴って変形する複数の歯を含み、前記複数の第２の電池取付ウェルは、それぞれ前記第２の基板に形成された第２の基板の凹みを有し、前記第２の基板の凹みは、前記対応する電池の前記第２の端部の挿入に伴って変形する複数の歯を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
10. 前記第１の非導電性の材料と前記第２の非導電性の材料とが、同じ材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。
11. 前記第１の非導電性の材料と前記第２の非導電性の材料とが、ガラス繊維、又はプラスチックから選択されることを特徴とする請求項１に記載の電池システム。

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