JP5688152B2 - リチウムイオン蓄電池を締め付ける方法、リチウムイオン蓄電池、及び、リチウムイオン蓄電池を備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、上面と、上面に対向する底面と、少なくとも２つの柱状のリチウムイオン蓄電池セルからの４つの側面を有する外被面と、を備えたリチウムイオン蓄電池セルスタックを有するリチウムイオン蓄電池を締め付ける方法、リチウムイオン蓄電池、及び、車両を駆動するための電動機と、電動機と接続され又は接続可能なリチウムイオン蓄電池と、を備えた車両に関する。

リチウムイオン蓄電池セルは、駆動及び所謂構成（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の際に膨張する。Ｄ．Ｐ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ著「Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔｒａｉｎｔｓ ａｎ Ｌｉｃｙｃｌａｂｉｌｉｔｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ ｓｏｕｒｃｅｓ ３６、１９９１年、５１７〜５２７ページによれば、リチウムイオン蓄電池セル内のリチウムのモルフォロジは、リチウムイオン蓄電池セルに対する圧力が小さ過ぎる（Ｐ＜０．１ＭＰａ）場合には、数回の充電・放電サイクル後に既に多孔質になり、従って、数回の充電・放電サイクル後に機能しなくなる。従って、リチウムイオン蓄電池セルの最適な性能及び長い寿命を実現するためには、このリチウムイオン蓄電池セルに作用する所定の圧力が必要である。

しかしながら、この圧力を形成しうる従来の助力コンセプトは、フレキシブルではなく、高価で非常に空間を取る。

特開２００８２７７０８５号明細書には、バッテリパックが記載されており、ここでは、スペーサがその間に配置された個々のバッテリセルが、全長に渡って小孔が開いたベルトによって互いに締め付けられる。この構成の目的は、駆動中の過熱を防止するための十分な換気である。

本発明は、リチウムイオン蓄電池セルスタックを有するリチウムイオン蓄電池を締め付ける方法を提示する。締め付けられるリチウムイオン蓄電池セルスタックは、上面と、上面に対向する底面と、４つの側面を有する外被面と、を有し、その際に、外被面上に、好適にリチウムイオン蓄電池セルの端子が配置される。

リチウムイオン蓄電池セルスタックのために、少なくとも２つ、好適に６つの柱状のリチウムイオン蓄電池セルが利用される。

リチウムイオン蓄電池セルスタックの締付は、外被面の領域内に張設された少なくとも１つの締付ベルトを用いて行われる。

その一方で締付ベルトの末端は張力が掛からない状態に保たれて、この張力が掛からない状態において、ベルトの末端が直接的に互いに接合され、又は、外被面の１つの側面上若しくは互いに対向する２つの側面上に配置された１つ若しくは２つのプレートを利用して間接的に互いに接合されるように、少なくとも１つの締付ベルトの張設は行われる。

従って、３つの方法のバリエーションが与えられる。第１の変形例では、少なくとも１つの締付ベルトは、外被面の領域内のセルスタックの周囲を案内されて張設され、その際に、締付ベルトの末端は張力が掛からない状態に保たれ、この張力が掛からない状態において、締付ベルトの末端が互いに接合される。第２の変形例では、外被面の１つの側面上にプレートが配置され、開いた（ｆｒｅｅ）側面を介して、少なくとも１つのベルトが案内されて張設され、その際に、このベルトの末端は張力が掛からない状態に保たれ、この張力が掛からない状態において、ベルトの末端がプレートと接合される。第３の変形例については、外被面の互いに対向する２つの側面上にそれぞれプレートが配置され、その際に、互いに対向する開いた側面を介して、少なくともそれぞれ１つのベルトが案内されて張設され、その際に、ベルトの末端は張力が掛からない状態に保たれ、この張力が掛からない状態において、ベルトの末端が２つのプレートのうちの各１つと接合される。

最終的に、本方法の実施後に、この締付は所定の値を有し、従って、少なくとも１つの締付ベルトは、一纏めにされたリチウムイオン蓄電池セルに対して、好適に０．０１Ｍｐａ〜２Ｍｐａの圧縮力、特に好適に０．６Ｍｐａ〜０．８ＭＰａの圧縮力を加える。

この措置には、少なくとも１つの締付ベルトが、接合後にも、リチウムイオン蓄電池の最適な駆動のために必要な所定の引っ張り応力を有するという利点がある。

好適に、リチウムイオン蓄電池セルスタックはさらに追加的に、少なくとも１つの締付ベルトの張設の前又は張設の間に圧縮され、これによりさらに所定の引っ張り応力の遵守が改善される。

少なくとも１つの締付ベルトの自由端の直接的又は間接的な接合は、溶接接合又はねじ接合又はクランプ接合によって形成され、その際に、締付ベルトの末端への機械的負荷が最小であり必要な引っ張り応力が正確に設定可能であるため、溶接接合が望ましい。

上記張設の間、張力が掛からない状態に締付ベルトの自由端を保つために、この自由端はそれぞれ貫通孔を有し、この貫通孔内に器具がはめ込まれて締付ベルトが張設され、従って、貫通孔と締付ベルトの末端との間の領域は、張力が掛からない状態のままである。

締付ベルトは、ねじ又はこれに類似する構成要素よりも遥かに小さな空間を必要とするため、締付ベルトを用いたリチウムイオン蓄電池セルスタックの締付によって、最小空間でのリチウムイオン蓄電池セルの締付が行われる。これにより、リチウムイオン蓄電池のエネルギー密度を上げることが可能である。なぜならば、個々のリチウムイオン蓄電池セルのために、より大きな空間が提供されるからである。

さらに、ねじ又はこれと類似する構成要素のような個別売りの製品と比べて、尺売りとしての締付ベルトは、より安価である。さらに、個々のリチウムイオン蓄電池の構成も、非常にフレキシブルに行うことが可能である。なぜならば、スタックの個別リチウムイオン蓄電池セルを、ハウジングとは無関係に締め付けることが可能だからである。これにより、スタックからの個別のリチウムイオン蓄電池セルを問題なく交換することも可能となる。最後に、任意の数のリチウムイオン蓄電池セルを互いに接続するために、締付ベルトは理論的には無限の長さで販売され、現場で初めて必要な長さに切断されて、貫通孔が設けられるので、リチウムイオン蓄電池の構造は完全に接続手段からは独立している。リチウムイオン蓄電池セル自体にも、任意の大きさの公差が与えられ、従って、例えば電気自動車の駆動蓄電池のような、より大きくて厚みのあるリチウムイオン蓄電池セルも締め付けることが可能である。

締付ベルトは、当該締付ベルトの柔軟性及びそれ以外の機械的特性を補正するために、好適に完全に又は部分的に小孔を開けて（ｄｕｒｃｈｂｒｏｃｈｅｎ）構成することが可能である。

本発明に基づいて、上面と、上面に対向する底面と、少なくとも２つの柱状のリチウムイオン蓄電池セルからの４つの側面を有する外被面と、を備えたリチウムイオン蓄電池セルスタックを有するリチウムイオン蓄電池も提供され、その際に、外被面の領域内に、少なくとも１つの締付ベルトが張設され、締付ベルトの末端は、直接的に互いに接合され、又は、外被面の１つの側面上若しくは互いに対向する２つの側面上に配置された１つ若しくは２つのプレートによって互いに接合され、少なくとも２つの締付ベルトの末端の領域内には貫通孔が存在する。

本発明に係る実施例は、当然のことながら大意に従ってリチウムイオン蓄電池の構成に関し、またその逆も然りである。

締付ベルトの末端の接合の際に、リチウムイオン蓄電池に損傷を与えないために、少なくとも接合箇所上の締付ベルトと外被面との間に、好適にプファッフェ（Ｐｆａｆｆｅ）、即ちスペーサを配置することが可能である。

１つ又は２つのプレートを用いて、締付ベルトの末端を間接的に接合する際には、負荷が掛けられる接合を獲得するために、締付ベルトの末端は、可能な限り大きな面でプレートと接合される。

この技術について、本発明に基づき好適に鋼ベルトが利用される。なぜならば、この鋼ベルトは、非常に大きな力を吸収しうるからである。この大きな力は、リチウムイオン蓄電池の十分に長い寿命を保証するため、例えばリチウムイオン蓄電池のセルを締め付けるために利用される。

平面状の締付ベルトは、大きな面を介して、リチウムイオン蓄電池セル上に均一に力を伝達することが可能である。

本発明の好適な実施形態において、リチウムイオン蓄電池セルスタックの外被面の周りに、少なくとも１つの第２の締付ベルトを張設することが可能である。

本発明の主題はさらに、車両を駆動するための電動機と、電動機と接続され又は接続可能な本発明に係るリチウムイオン蓄電池と、を備えた車両である。

従属請求項は、本発明の好適な発展形態を示す。

本発明によって有利に、高い圧力により、安価でフレキシブルにリチウムイオン蓄電池セルを締め付けることが可能な、柱状のリチウムイオン蓄電池セルからのリチウムイオン蓄電池セルスタックが提供される。

本発明の実施例は、図面と、以下の明細書の記載によってより詳細に解説される。
リチウムイオン蓄電池の対向する側面上に配置されたプレートを備えたリチウムイオン蓄電池の上面図を示す。 他の実施形態に係るリチウムイオン蓄電池の対向する側面上に配置されたプレートを備えたリチウムイオン蓄電池の上面図を示す。 図２のリチウムイオン蓄電池の対向する側面上に配置されたプレートを備えたリチウムイオン蓄電池の側面図を示す。 図２のリチウムイオン蓄電池の対向する側面上に配置されたプレートを備えたリチウムイオン蓄電池の側面図を示し、ここでは、締付ベルトは複数の小孔を有する。

図１〜図４にはそれぞれ、１つのスタック１２に纏められた６つのリチウムイオン蓄電池セル１１を備えたリチウムイオン蓄電池１０が示されている。リチウムイオン蓄電池セル１１の端子１３が、当該リチウムイオン蓄電池１０の上面１４上に配置される。さらに、リチウムイオン蓄電池１０は、底面１５と、４つの側面１７を有する外被面１６と、を有する。互いに対向する２つの側面１７上にはそれぞれプレート１８、１９が配置され、このプレート１８、１９は、締付の際に、リチウムイオン蓄電池セル１１上に均一に圧力を分散させる。締付のために、締付ベルト２０が設けられ、その際に、外被面１６上に、それぞれ２つの締付ベルト２０が相並んで配置され、これにより、締付ベルトが１つの場合よりも均一な力の分散が達成される。図１の実施形態では、各締付ベルト２０は、溶接の継ぎ目２１によってプレート１８上に固定され、対向する側面１７上の第２のプレート１９の周囲を案内され、第１のプレート１８上で再び第２の溶接継ぎ手２１によりしっかりと接合される。これに対して、図２〜図４の実施形態では、締付ベルト２０は、対向する側方１７の２つのプレート１８、１９上で、溶接継ぎ目２１によって固定される。締付ベルト２０を張設し、その末端２２を張力が掛からない状態で溶接しうるために、この末端２２は貫通孔２３を有し、この貫通孔２３内に張設具がはめ込まれうる。図４では、締付ベルト２０は更に複数の小孔２４を有し、この小孔２４によって、締付ベルト２０の機械的特性を変更することが可能である。

Claims (10)

1. 上面（１４）と、前記上面（１４）に対向する底面（１５）と、少なくとも２つの柱状のリチウムイオン蓄電池セル（１１）からの４つの側面（１７）を有する外被面（１６）と、を備えたリチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）を有するリチウムイオン蓄電池（１０）を締め付ける方法において、
   前記リチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）の前記締付は、前記外被面（１６）の領域内に張設された少なくとも１つの締付ベルト（２０）を用いて行われるが、締付ベルト（２０）の末端（２２）は張力が掛からない状態に保たれ、前記張力が掛からない状態において、前記締付ベルト（２０）の前記末端（２２）は、直接的に互いに接合され、又は、前記外被面（１６）の１つの側面（１７）上若しくは互いに対向する２つの側面（１７）上に配置された１つ若しくは２つのプレート（１８、１９）を利用して、間接的に互いに接合されることを特徴とする、方法。
2. 前記リチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）は、前記少なくとも１つの締付ベルト（２０）の前記張設の前又は前記張設の間に圧縮される、請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも１つの締付ベルト（２０）の前記末端（２２）の前記直接的又は間接的な接合は、溶接接合（２１）又はねじ接合又はクランプ接合によって形成される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記締付ベルト（２０）の前記末端（２２）は、貫通孔（２３）を有し、前記貫通孔（２３）内に器具がはめ込まれて前記締付ベルト（２０）が張設され、貫通孔（２３）と前記締付ベルト（２０）の末端との間の領域は、張力が掛からない状態に保たれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 上面（１４）と、前記上面（１４）に対向する底面（１５）と、少なくとも２つの柱状のリチウムイオン蓄電池セル（１１）からの４つの側面（１７）を有する外被面（１６）と、を備えたリチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）を有するリチウムイオン蓄電池において、
   前記外被面（１６）の領域内に、少なくとも１つの締付ベルト（２０）が張設され、前記締付ベルト（２０）の末端（２２）は張力が掛からない状態に保たれ、前記張力が掛からない状態において、前記締付ベルト（２０）の前記末端（２２）は、直接的に互いに接合され、又は、前記外被面（１６）の１つの側面（１７）上又は互いに対向する２つの側面（１７）上に配置された１つ又は２つのプレート（１８、１９）によって互いに接合され、前記少なくとも１つの締付ベルト（２０）の前記末端（２２）の領域内にはそれぞれ貫通孔（２３）が存在し、前記貫通孔（２３）内に器具がはめ込まれて前記締付ベルト（２０）が張設され、貫通孔（２３）と前記締付ベルト（２０）の末端との間の領域は、張力が掛からない状態に保たれる、ことを特徴とする、リチウムイオン蓄電池。
6. 前記締付ベルト（２０）の前記末端（２２）の前記接合は、溶接接合（２１）又はねじ接合又はクランプ接合によって形成される、請求項５に記載のリチウムイオン蓄電池。
7. スペーサは、前記少なくとも１つの締付ベルト（２０）を、少なくとも接合箇所で、前記リチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）の前記外被面（１６）から離すことを特徴とする、請求項５又は６に記載のリチウムイオン蓄電池。
8. 前記締付ベルト（２０）は、少なくともその末端（２２）が、前記１つのプレート（１８、１９）又は複数のプレート（１８、１９）と接合される、請求項５又は６に記載のリチウムイオン蓄電池。
9. 前記リチウムイオン蓄電池セルスタック（１２）は、６つのリチウムイオン蓄電池セル（１１）を有する、請求項５〜８のいずれか１項に記載のリチウムイオン蓄電池。
10. 車両を駆動するための電動機と、前記電動機と接続され又は接続可能な請求項５〜９のいずれか１項に記載のリチウムイオン蓄電池（１０）と、を備えた車両。

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