(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を貯蔵し、車両に電力を供給するバッテリシステムであって、
複数のバッテリパックを有し、
各バッテリパックは、複数のセルを有し、
前記複数のバッテリパックの前記セルから、前記車両に電力が供給されるように、各バッテリパック内の前記セルは、各バッテリパック内で相互に電気的に接続され、
前記複数のバッテリパックは、相互に電気的に接続され、
前記セルは、一つのセルの正の端子を、隣接するセルの負の端子に機械的に接続することにより、相互に電気的に接続され、
少なくとも一部の前記セル同士の間の電気接続部は、切断可能な構造を有し、
所定の強さを超える衝突力に応じて、前記電気接続部は、前記切断可能な構造で、局部的に切断され、
前記切断可能な構造は、正および／または負の端子の薄肉部であり、所定の強さを超える衝突力を受けた際に破損し、
当該バッテリシステムは、さらに、前記薄肉部に設置された延性のある導電性金属を有し、
前記延性のある導電性金属は、前記所定の強さを超える衝突力に応じた前記薄肉部の破損を妨害せず、かつ、前記薄肉部を有する領域の抵抗を低減することを特徴とするバッテリシステム。
【請求項２】
前記正および負の端子の各々は、前記薄肉部である弓状領域を有し、
前記弓状領域は、相互接続領域で相互に重なり合い、該領域で、前記正および負の端子は、相互に接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、バッテリセルおよびバッテリシステムに関し、特に、電気式および／またはハイブリッド式の車両のような、電気駆動モータを有する車両に使用され得るリチウムイオンバッテリセルならびにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン高分子バッテリのような再充電可能なバッテリは、幅広い用途を有する。これには、例えばラップトップのバッテリ、携帯電話のバッテリ、および他の個人向け電子装置用の電源が含まれる。そのような装置には、中レベルの電力出力を有する軽量バッテリが必要である。しかしながら、リチウムイオン高分子バッテリは、前述の個人向け電子装置よりも実質的に高い出力が必要な装置に、電力を提供することもできる。例えば、高出力リチウムイオン高分子バッテリは、産業用機器、高出力通信施設、移動車両等の電力供給にも使用され得る。高出力リチウムイオン高分子バッテリシステムの使用は、特に、移動車両の推進の分野に適している。
【０００３】
一般市民は、化石燃料系の燃料の使用に関して、次第に、コストおよび環境問題に敏感になってきている。一つの問題は、化石燃料系の燃料を燃焼した際の車両からの放出、および関連する汚染に関するものである。
【０００４】
そのような車両の代替案には、電気モータのみによって駆動される電気車両、および電気モータと化石燃料系の燃料エンジンの両方を備えるハイブリッド式電気車両が含まれる。これらの代替案は、現在の車両の代替として、次第に重要な役割を果たすようになってきている。
【０００５】
消費者等は、純粋な電気車両およびハイブリッド式車両の環境的利点に魅力を感じるが、彼らは、電気モータを使用する車両が、化石燃料と同等の一般的特性を有するようになることを望む。バッテリ特性および安全性の問題を、これらのゴールが得られるように解決する必要がある。この目的において、リチウムイオンバッテリは、従来のバッテリタイプよりも好ましいと言える。リチウムイオンバッテリは、この目的に有益であり、これらは、高いエネルギー密度を有し、バッテリに必要な車両内の空間面積を抑制する。また、これらのバッテリは、従来のバッテリタイプに比べて、軽量に構成することができる。
【０００６】
純粋な電気式およびハイブリッド式の車両において用いられる電気モータとともに使用されるバッテリシステムは、現在のところ、多くの点で問題がある。バッテリシステムの個々のバッテリセルは、しばしば、高重量で、重厚で、信頼性が低い場合がある。また、現在のバッテリセルは、許容可能な加速レベルでの車両の加速に必要な、高電気出力を効率的に提供するようには構成されておらず、そのような使用もなされていない。さらに、個々のバッテリセルには、電気化学、セルコア構造、電気的相互接続、およびシェル構造が用いられ、これらは、しばしば信頼性に劣り、安全性が低く、通常の場合、電気駆動車両での使用に適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
個々のバッテリセルに関する電力不足を解決するため、複数のバッテリセルの電池を相互に相互接続させ、組み合わせた電気出力により、必要な駆動電力を提供することが試みられている。ただし、個々のバッテリセル同士の間の相互接続は、しばしば信頼性が劣る。また、そのようなマルチセル式のバッテリシステムにおいて、安全性を確保することは、極めて難しい。短絡および爆発の問題は、現在まで適切に処理されているとは言い難い。高電力出力バッテリシステムは、これらがそのようなシステムに利用できる多くの用途を有する場合、特性、寿命、信頼性、および安全性のような問題に対処するように構成する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電力を貯蔵し、車両に電力を供給するバッテリシステムを提供する。このシステムは、複数のバッテリパックを有し、各バッテリパックは、複数のセルを有する。各バッテリパック内のセルは、相互に電気的に接続され、複数のバッテリパックは、相互に電気的に接続され、システムのセルの全エネルギー出力が結合される。少なくとも一部のセル間の電気接続は、切断可能な構造を有し、これにより、前記電気接続は、所定の大きさを超える衝撃力に応じて、および／または過電流／過昇温状態に応じて、切断可能な構造で局部的に切断される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コイル状バッテリコアを形成する際に使用され得る、マルチレイヤバッテリシートの一例の断面図である。
【図２Ａ】バッテリセルに使用される平坦化コアの斜視図である。
【図２Ｂ】コアを形成するシートがコイル化されていない、コアの代替実施例を示す図である。
【図２Ｃ】コアを形成するシートがコイル化されていない、コアの代替実施例を示す図である。
【図２Ｄ】コアを形成するシートがコイル化されていない、コアの代替実施例を示す図である。
【図３】図２Ａのコイル状コアを有するバッテリセル３００のアノード端部の分解図である。
【図４】バッテリセル３００の断面を概略的に示した図である。
【図５】露出基板に近接するアノードシートおよび／またはカソードシートの領域を形成する一つの方法を示した図である。
【図６】露出基板に近接するアノードシートおよび／またはカソードシートの領域を形成する一つの方法を示した図である。
【図７】コイル状コアの一例の断面図である。
【図８】破損可能なベントコネクタの一実施例である。
【図９】破損可能なベントコネクタの別の実施例である。
【図１０】図８のベントコネクタを使用して、隣接するバッテリセル同士を相互接続する方法を示した図である。
【図１１】隣接するバッテリセル同士を相互接続する別の構造を示す図である。
【図１２】バッテリセルのコアを最適作動温度にする際に利用され得る接続構造を示す図である。
【図１３】バッテリセルのコアを最適作動温度にする際に利用され得る接続構造を示す図である。
【図１４Ａ】複数のコアを有するバッテリセルを図８のベントコネクタに接続する、一つの方法を示す図である。
【図１４Ｂ】バッテリセルの単一コア構造を図８のベントコネクタに接続する、一つの方法を示す図である。
【図１５】バッテリセルの保護シェルの各端部に使用されるガスケットの平面図である。
【図１６】コイル状コアの周囲を覆う保護シェルの端部を密閉する、一つの方法を示す図である。
【図１７】コイル状コアの周囲を覆う保護シェルの端部を密閉する、一つの方法を示す図である。
【図１８】バッテリセルのエンドカバー組立体に使用され得る噴出組立体の一実施例である。
【図１９】バッテリセルのエンドカバー組立体に使用され得る噴出組立体の一実施例である。
【図２０】バッテリセルのエンドカバー組立体に使用され得る噴出組立体の一実施例である。
【図２１】図１８に示した噴出組立体の補足および／または置換に使用され得る代替圧力緩和構造を示す図である。
【図２２】図１８に示した噴出組立体の補足および／または置換に使用され得る代替圧力緩和構造を示す図である。
【図２３】複数のバッテリセルが相互に組み込まれ、単一のハウジング内にグループ化された、バッテリパックのブロック図である。
【図２４】バッテリパックを形成する際に使用され得るハウジングの一実施例を示す図である。
【図２５】バッテリパックを形成する際に使用され得るハウジングの他の実施例を示す図である。
【図２６】バッテリパックを形成する際に使用され得るハウジングの他の実施例を示す図である。
【図２７】隣接するバッテリパック同士の機械的および電気的な相互接続に使用され得るコネクタを示す図である。
【図２８】図２７に示すコネクタの一使用方法を示した図である。
【図２９】電力で駆動される車両のモータ／発電器に電力を供給し、電力を受容するバッテリシステムを示す図である。
【図３０】コアの対向する端部（両反対側の端部）に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す図である。
【図３１】コアの対向する端部（両反対側の端部）に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す図である。
【図３２】コアの対向する端部（両反対側の端部）に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す図である。
【図３３】コアの対向する端部（両反対側の端部）に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す図である。
【図３４】コアの対向する端部（両反対側の端部）に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す図である。
【図３５】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図３６】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図３７】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図３８】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図３９】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４０】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４１】別のバッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４１Ａ】熱活性化分断クランプを有する破損可能な接続構造を示す図である。
【図４２】ブリッジコネクタによりバッテリセルの端子が相互に相互接続された、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４３】ブリッジコネクタによりバッテリセルの端子が相互に相互接続された、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４４】ブリッジコネクタによりバッテリセルの端子が相互に相互接続された、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４５】ブリッジコネクタによりバッテリセルの端子が相互に相互接続された、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４６】ブリッジコネクタによりバッテリセルの端子が相互に相互接続された、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４７】重力による過電流保護サブ構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４８】重力による過電流保護サブ構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図４９】過電流状態の結果、バッテリセル端子を分離する熱膨脹構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５０】過電流状態の結果、バッテリセル端子を分離する熱膨脹構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５１】過電流状態の結果、バッテリセル端子を分離する熱膨脹構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５２】過電流保護サブ構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図であり、過電流保護サブ構造は、この構造により放出された化学物質と、バッテリセルの相互接続部の端子／端子の１または２以上の部分との化学的相互作用に基づく、図である。
【図５３】過電流保護サブ構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図であり、過電流保護サブ構造は、この構造により放出された化学物質と、バッテリセルの相互接続部の端子／端子の１または２以上の部分との化学的相互作用に基づく、図である。
【図５４】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５５】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５６】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５７】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５８】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図５９】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図６０】液体導体の存在／不存在によって生じる電気的接続／非接続に基づく過電流保護構造を有する、バッテリセルの相互接続構造を示す図である。
【図６１】バッテリセルの端部カバー組立体用の保護カバーの一実施例を示す図である。
【図６２】バッテリセルの端部カバー組立体用の保護カバーの他の実施例を示す図である。
【図６３】バッテリセルの端部カバー組立体用の保護カバーの他の実施例を示す図である。
【図６４】バッテリセルの端部カバー組立体用の保護カバーの他の実施例を示す図である。
【図６５】噴出ベントの別の実施例を示す図である。
【図６６】噴出ベントの別の実施例を示す図である。
【図６７】噴出ベントの別の実施例を示す図である。
【図６８】隣接するバッテリパック同士を機械的および電気的に相互接続する際に使用され得るコネクタの別の実施例を示す図である。
【図６９】バッテリパックが側面−側面（ｓｉｄｅ−ｔｏ−ｓｉｄｅ）配置で構成された際に、図２７および６８のコネクタが使用される方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、以下の添付図面および記載を参照することにより、より良く理解することができる。図において、部材は、必ずしもスケール通りではなく、本発明の原理を示すため、誇張して示されている。また、図面において、同様の参照符号は、異なる図面における対応する部品を表している。
【００１１】
リチウムイオン高分子バッテリは、再充電式のバッテリであり、リチウムイオンは、アノードとカソードの間を移動する。リチウムイオンは、放電時にはアノードからカソードに移動し、充電時には、カソードからアノードに移動する。
【００１２】
図１には、一例としてのマルチレイヤバッテリシート１００の断面図を示す。マルチレイヤバッテリシート１００は、巻き回されてコイル状バッテリコアを形成する。図１のバッテリシート１００は、３つの機能部材を有する：アノードシート１０５、カソードシート１１０、およびセパレータシート１１５である。アノードシート１０５は、アノード基板１０７の対向する両側（両反対側）に設置された、活性アノード層１０６を有しても良い。アノード基板１０７は、１または２以上の、銅のような金属薄膜から形成されても良い。活性アノード層１０６は、グラファイトまたは他の炭素系材料から形成されても良い。一例では、アノードシート１０５の活性アノード層１０６は、１００ｇの天然グラファイトと、３ｇのポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）バインダ材料と、３ｇのアセチレンブラック導電材と、１００ｇのＮＩ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）とを用いて形成されても良い。各部材は、真空ミキサーで混合され、均一なスラリーにされても良い。スラリーは、約１２μｍの厚さのコーティングとなるように、銅薄膜のような基板１０７の両側に設置されても良く、これにより、約１００〜１１０μｍの組み合わされた層厚を有する構造が形成される。コーティングされた薄膜は、その後、約９０℃の温度で乾燥され、アノード１１５が形成されても良い。
【００１３】
カソードシート１１０は、カソード基板１１４の対向する両側（両反対側）に設置された、活性カソード層１１２を有しても良い。カソード基板１１７は、１または２以上の、アルミニウムのような金属薄膜の層で形成されても良い。活性カソード層１１２は、層状酸化物（例えばリチウムコバルト酸化物）、ポリアニオン系の材料（例えばリチウム鉄リン酸塩）、またはスピネル（例えばリチウムマンガン酸化物）のような材料から形成されても良いが、ＴｉＳ２（二硫化チタン）のような材料を使用しても良い。
【００１４】
ある例では、カソードシート１１０の活性層１１２は、少なくとも一つのリチウム金属化合物と、少なくとも一つの混合金属結晶とを組み合わせることにより形成され、ここで混合金属結晶は、金属元素と金属酸化物の混合物を含む。リチウム化合物は、一般式がＬｉＭａＮｂＸＯｃで表される金属インターカレーション化合物であっても良い。ここで、Ｍは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、およびＴｉのような第１列の遷移金属であり、Ｎは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、および希土類金属の群から選定された金属であり、Ｘは、Ｐ、Ｓｉ、Ｓ、ＶおよびＧｅ元素から選定され、ａ、ｂ、ｃは、金属インターカレーション化合物の電荷を中性にする値である。金属化合物は、ＭｃＮｄの一般式を有し、ここで、Ｍは、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢの族から選定された金属であり、Ｎは、Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、ＳＯ４、ＰＯ４、ＯＨ、Ｃｌ、Ｆ、およびＣから選定され、０＜ｃ≦４、０＜ｄ≦６である。別の例では、金属化合物は、ＭｇＯ、ＳｒＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、およびＶ２Ｏ５からなる群から選定された１種以上を有しても良い。金属化合物およびリチウム化合物は、不活性ガスもしくは還元性ガス雰囲気下、約６００〜９００℃で約２時間加熱され、または焼結され、カソードシート１１０の材料が形成される。
【００１５】
別の例では、金属化合物は、一般式がＬｉａＡ１−ｙＢｙ（ＸＯ４）ｂ／ＭｃＮｄの混合結晶化合物として形成されても良い。ここで、Ａは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、およびＴｉのような第１列の遷移金属であり、Ｂは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｚｒ、および希土類金属の群から選定された金属であり、Ｘは、Ｐ、Ｓｉ、Ｓ、ＶおよびＧｅから選定され、Ｍは、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢの族から選定された金属であり、Ｎは、Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｓ、ＳＯ４、ＰＯ４、ＯＨ、Ｃｌ、Ｆ、およびＣから選定され、０＜ａ≦１、０≦ｙ≦０．５、０＜ｂ≦１、０＜ｃ≦４、であり、０＜ｄ≦６である。粒子サイズは、約１０μｍ未満であり、３〜５μｍであることが好ましい。
【００１６】
カソード活性材料は、第１の結晶化合物と第２の結晶化合物とを有しても良い。第１の結晶化合物は、第２の結晶化合物の中に分散され、複合化合物を形成しても良い。第１の結晶化合物は、少なくとも一つのリチウム源と、少なくとも一つの鉄源と、少なくとも一つのリン酸塩源との混合物を加熱することにより調製されても良く、第２の結晶化合物は、少なくとも２つの金属化合物を加熱することにより調製されても良い。また、第２の結晶化合物は、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢ族の１または２以上の元素を含んでも良い。
【００１７】
カソード活性材料を形成する際、中間結晶または複合結晶の中には、大量の結晶欠陥が導入され、電子状態および金属酸化物の形成状態が変化する。従って、混合結晶構造を有する金属化合物には、多数の酸素欠陥が存在して、酸素原子が欠損している可能性がある。酸素欠陥は、キャリアの移動を容易にし、これにより、混合結晶の導電性が高まる。このため、金属化合物は、リチウム化合物よりも小さな結晶格子を有し、これは、リチウム化合物内に受容され、あるいは分散される。あるいは、金属化合物は、二つ以上の大きな結晶格子の間に、受容されあるいは分散されても良い。さらに、金属化合物は、リチウム化合物の粒界内に存在しても良い。また、金属化合物は、リチウム化合物の外部粒表面の周囲に分散されても良い。いずれの場合も、リチウムイオンのマイグレーションは、結晶格子内、あるいは二つ以上の結晶格子の間のブリッジとして機能する。リチウムイオンは、電気伝導性、容量、およびリサイクル性を含む電気的特性を高めるため、完全に放出されても良い。
【００１８】
金属化合物は、リチウム鉄リン酸塩化合物内に分散されることが好ましく、この場合、カソードシート１１０に使用される複合化合物が形成される。金属化合物は、リチウム鉄リン酸塩化合物内に分散され、混合結晶を形成しても良い。一例では、リチウム鉄リン酸塩化合物と金属化合物は、約１：０．００１〜１：０．１のモル比を有しても良い。カソード材料は、粒界の間に散乱された、あるいは粒表面にコーティングされた、炭素添加物でドープされても良い。ドープされた炭素添加物は、重量比で１〜１５％の炭素を有する最終カソード材料製品を提供する。炭素添加物は、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、および炭水化物からなる群から選定された、１種以上のものを有しても良い。
【００１９】
複合化合物は、リチウム源と、鉄源と、リン酸塩源と、第２の結晶化合物とを含んでも良く、Ｌｉ：Ｆｅ：Ｐ：結晶化合物は、モル比で約１：１：１：０．００１〜０．１である。他の例では、異なるＬｉ：Ｆｅ：Ｐ：結晶化合物のモル比が採用されても良い。リチウム源は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、およびリン酸二水素リチウムからなる群から選定された、１または２以上ものを含んでも良い。鉄源は、シュウ酸鉄、酢酸鉄、塩化鉄、硫化鉄、リン酸第１鉄、酸化第１鉄、酸化第２鉄、鉄酸化物、およびリン酸第２鉄からなる群から選定された、１または２以上のものを含んでも良い。リン酸塩源は、アンモニウム、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸鉄、リン酸第２鉄、およびリン酸水素リチウムからなる群から選定された、１種以上のものを含んでも良い。
【００２０】
混合結晶リチウム鉄リン酸塩カソード材料を調製する方法は、混合化合物と、少なくとも一つのＬｉＦｅＰＯ４化合物を均一に混合するステップと、得られた混合物を、不活性ガス雰囲気または還元雰囲気下で、６００℃〜９００℃に約２〜４８時間、加熱するステップと、を有する。混合化合物は、２種以上の金属酸化物を有しても良く、ここで、金属は、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢの族から選定されても良い。混合化合物は、混合結晶構造を提供し、対応する混合結晶構造を有する混合化合物を調製する方法は、ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢの族から選定された金属酸化物を混合し、約２〜４８時間、前記混合物を６００℃〜１２００℃に加熱するステップを有する。
【００２１】
混合結晶カソード材料を調製する一つの方法は、リチウム源、鉄源、およびリン酸塩源を、均一に混合するステップと、不活性ガスまたは還元ガス雰囲気において、この混合物を６００℃〜９００℃で、少なくとも約２時間加熱するステップとを有する。得られた混合物は、次に、周期律表のＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、およびＶＢの族から選定された、２種以上の金属の酸化物が混合してなる混合金属化合物と組み合わされる。ある実施例では、リチウム源、鉄源、リン酸塩源、および混合金属化合物は、Ｌｉ：Ｆｅ：Ｐ：混合金属化合物のモル比が、１：１：１：０．００１〜０．１となるように提供される。他の実施例では、異なるＬｉ：Ｆｅ：Ｐ：混合金属化合物のモル比が採用されても良い。また、得られた混合物には、少なくとも一つの炭素源が添加されても良く、この炭素源は、これに限られるものではないが、以下の１種以上を含む：カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、および炭水化物。得られた混合物に添加される炭素源の量は、最終生成物が重量比で１〜１５％の炭素を有するように提供される。
【００２２】
カソード材料の形成に使用されるリチウム源は、これに限られるものではないが、以下の化合物の１種以上を含んでも良い：炭酸リチウム、水酸化リチウム、シュウ酸リチウム、酢酸リチウム、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、およびリン酸二水素リチウム。鉄源は、これに限られるものではないが、以下の化合物の１種以上を含んでも良い：シュウ酸鉄、酢酸鉄、塩化鉄、硫化鉄、リン酸鉄、酸化第１鉄、酸化第２鉄、酸化鉄、およびリン酸第２鉄。鉄源として、３価の鉄化合物を使用した場合、ボールミル処理は、炭素源を添加して、３価の鉄を２価の鉄に還元させるステップを含んでも良い。リン源は、これに限られるものではないが、以下の化合物の１種以上を含んでも良い：アンンモニウム、リン酸アンンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸鉄、リン酸第２鉄、およびリン酸水素リチウム。
【００２３】
ボールミルでの粉砕処理の際、エタノール、ＤＩ水、およびアセトンを含む、１種以上の溶媒を導入しても良い。他の実施例では、他の混合媒体と溶媒とを利用しても良い。また、混合物は、４０〜８０℃の間で乾燥され、あるいは乾燥するまで撹拌されても良い。
【００２４】
不活性ガスの種類は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、および窒素を含んでも良い。また、水素および一酸化炭素を含む還元性ガスを利用しても良い。他の適当なガスを採用しても良い。
【００２５】
カソードシート１１０は、前記のカソード活性材料の一つを含むカソードスラリーを使用して形成されても良い。カソードスラリーは、増粘剤、カソード活性材料、および溶媒を混合することにより、形成されても良い。まず、増粘剤と溶媒とが混合され、コロイド状溶液が提供される。得られたコロイド状溶液、残留溶媒、および活性材料は、二重遊星ミキサーで混合される。次に、遊星ミキサーに、さらなる撹拌のため、溶媒の一部およびバインダが提供される。
【００２６】
コロイド状溶液、カソード活性材料、および溶媒は、特定の混合手順に従って、二重遊星ミキサーで混合される。このため、コロイド状溶液、活性材料、および溶媒は、約２〜２０Ｈｚの回転周波数で、約３〜５分間混合され、その後、約０〜２Ｈｚの低回転周波数に減少される。次に、コロイド状溶液、活性材料、および溶媒は、約３５〜６０Ｈｚの間の回転周波数で、約３０〜５０分間混合され、その後、約３５〜６０Ｈｚの間のより低い回転周波数に減少される。ここで、二重遊星ミキサーは、約３〜５分の間継続する真空を発生し、これにより、約０．０００５ＭＰａから約０．０５ＭＰａの圧力で混合が生じる。次に、二重遊星ミキサーに、残りの溶媒と接着剤が添加され、約３５〜６０Ｈｚの回転周波数で約５〜１０分間混合され、約３５〜６０Ｈｚの間のより低い周波数に減少する。ここで、二重遊星ミキサーは、約３〜５分間間継続する真空を発生し、混合により、約０．０００５ＭＰａから約０．０５ＭＰａの圧力が生じる。次に、混合は、ある回転周波数で、約２０〜３５分間生じ、周波数は、約１０〜２５Ｈｚから約０Ｈｚまで減少する。
【００２７】
カソードの活性材料、増粘剤、接着剤、および溶媒の重量比は、約１００：（０．０５〜１０）：（０．０１〜１０）：（５０〜１５０）であっても良い。増粘剤と混合された溶媒の重量比は、約６０〜９０％である。コロイド状溶液と活性材料とを混合した際、溶媒の重量比は、約０．１〜３０％であり、バインダを追加した際は、約８〜２０％であっても良い。
【００２８】
カソードシート１１０は、アルミニウム薄膜のような導電性基板に、スラリーをコーティングすることにより形成されても良い。スラリーは、圧延操作によって、導電性基板上に設置しても良いが、他の設置方法を使用しても良い。次に、導電性基板およびスラリーは、乾燥され、カソードシート１１０が形成される。カソードシート１１０は、１００〜１１０μｍの間の厚さを有することが好ましいが、他の厚さを利用しても良い。
【００２９】
セパレータシート１１５は、ミクロポアを有するポリプロピレンおよび／またはポリエチレン電解質膜であっても良い。そのような膜は、米国、ノースカロライナ州シャーロットのセルガード社（Ｃｅｌｇａｒｄ）から利用できる。
【００３０】
再度図１を参照すると、アノードシート１０５は、該アノードシート１０５の基板１０７が活性アノード層１０６を含まない領域を有する。むしろ、銅基板１０７は、アノードシート１０５との電気伝導を容易にするため、露出されている。基板１０７の露出領域は、実質的にアノードシート１０５の全長に沿って延伸し、バッテリシート１００が巻き回され、コイル状コア２００（図２参照）が形成された際に、アノードシート１０５の第１の端部は、導電性領域１０７を形成する。基板１０７の露出領域は、活性アノード層１０６が基板１０７に設置される面積を限定することにより、形成されても良い。これに加えて、またはその代わりに、基板１０７の露出領域は、活性アノード層１０６が設置された後に、アノードシート１０５の所定の幅に沿って、活性アノード層１０６を基板１０７から選択的に除去することにより、形成されても良い。この除去は、機械的な除去技術および／または化学的な除去技術を用いて行われても良い。
【００３１】
カソードシート１１０は、カソードシート１１０の基板１１４が活性カソード層１１２を含まない領域を有する。むしろ、アルミニウム基板１１２は、カソードシート１１０との電気的接続が容易となるように露出されている。基板１１２の露出領域は、実質的にカソードシート１１０の全長に沿って延伸し、カソードシート１１０の端部は、バッテリシート１００が巻き回され、図２Ａのコイル状コア２００が形成された際に、導電性領域１１４を形成する。基板１１４の露出領域は、基板１１４に設置される活性カソード層１１２の面積を限定することにより形成されても良い。これに加えて、またはこれとは別に、基板１１４の露出領域は、活性カソード層１１２が設置された後に、カソードシート１１０の所定の幅に沿って、活性カソード層１１２を基板１１４から選択的に除去することにより、形成されても良い。この除去は、機械的な除去技術および／または化学的な除去技術を用いて行われても良い。
【００３２】
図２Ａに示すように、アノードシート１０５、カソードシート１１０、およびセパレータシート１１５が巻き回されて、コイル状コア２００が形成されても良い。露出基板１１４は、コイル状コア２００のカソード用のマルチレイヤ集電板構造を形成し、一方、露出基板１０７は、コイル状コア２００のアノード用のマルチレイヤ集電板構造を形成する。カソード用の集電板と、アノード用の集電板は、コア２００の長手方向の反対側の端部に設置され、低抵抗のコンタクトが提供され、相当量の電流を通電することが可能となる。また、コイル状コア２００の対向する両側（両反対側）に、集電板を形成することにより、製造プロセスが簡略化される。
【００３３】
集電板は、多くの異なる方法で形成されても良い。例えば、集電板は、単に露出基板層から形成されても良い。これに加えて、あるいはこれとは別に、集電板は、巻き回し前または後に、それぞれ、アノードおよびカソードシートの各長手方向に沿って、導電性材料のリボンを取り付けることにより形成されても良い。
【００３４】
コイル状コア２００の外部層は、絶縁体であっても良い。ある例では、セパレータシート１１５は、アノードシート１１５およびカソードシート１１０よりも長くても良い。その場合、アノードシート１０５およびカソードシート１１０は、セパレータシート１１５の端部が到達する前に、巻き回し操作において終端化される。その後、セパレータ１０５の余分な長さ分は、所定の回数（例えば２またはそれ以上）でコア２００を巻き回して、外部絶縁層１１５が形成される。この構成は、コア２００の製造を簡素化し、さらに、コア構造の均質化を向上させる。
【００３５】
一度コイル状コア２００が形成されると、アノード基板１０７とカソード基板１１４の露出層は、圧縮され、これらの形状が変化し、コイル状コア２００の各端部の外側断面積は、コア２００の内側断面積よりも小さくなる。このため、コイル状コア２００のアノード基板１０７の露出層は、相互に溶接され、相互に機械的留め具で固定され、および／または接着材等を用いて相互に固定される。アノード基板１０７の露出層は、これらの層を一緒に圧縮し、これらの層を露出基板１０７の全長、または全長の一部に沿って相互に溶接することにより、相互に固定されることが好ましく、これにより単一のアノード集電板構造が形成される。カソード基板１１４の各層は、アノード基板１０７の層と同様の方法で形成されても良い。
【００３６】
図２Ｂから図２Ｄには、コア２００の別の構造を示す。この実施例では、複数のアノードシート、カソードシート、およびセパレータシートが相互に隣接して層状化される。しかしながら、前述のコア構造とは異なり、コアを形成するシートは、コイルを形成するために巻き回されない。その代わり、コア２００は、図２Ｄの配置に示すような、複数の平坦シートで構成される。コア２００のエンドシートは、絶縁体シートであることが好ましく、１または２以上は、セパレータシート１１５であることがより好ましい。図２Ｃには、このコア２００の実施例の上面図を示し、図２Ｄには、側面図を示す。図に示すように、絶縁体／セパレータシートは、積層カソードおよびアノードシートの横の端部を超えて延伸することが好ましく、側端部の周囲に巻き回されて、カソードおよびアノードシートが相互に分離される。積層カソードおよびアノードシートをシールして、両者の間の好ましない接触を防止し、環境側への露出を防止する別の方法が使用されても良い。図２Ｂから２Ｄの集電板１１４、１０７は、アノードおよびカソードシート材料の基板層から構成されるが、これらは、個々の積層された基板層に接続されたリボンとして形成されても良い。
【００３７】
図３には、コイル状コア２００（図３には、示されていないが暗示されている）を有するバッテリセル３００のアノード端部の分解図を示す。図３において、バッテリセル３００は、コイル状コア２００を受容する保護シェル３０５を有する。集電板３１０は、接続構造３２５の第１の端部３２０と、エンドカバー組立体３３５を介して電気的に接する。接続構造３２５の第２の端部３３０は、対応するカバー板／端部キャップ３３５を貫通して延伸し、バッテリセル３００のアノード用の外部接触を提供する。
【００３８】
図３に示すように、保護シェル３０５は、矩形状の形状となっており、コア２００が内部で丁度適合されるように寸法化される。シェル３０５（およびコア２００）は、各種寸法を有しても良いが、保護シェル３０５は、幅Ｗおよび高さＨを有する。ここで、Ｗは、約５０ｍｍよりも大きく、Ｈは、約１００ｍｍよりも大きい。シェル３０５の幅および高さの比は、以下の式に対応することが好ましい：
０．１８＜Ｗ／Ｈ＜０．５
また、この関係は、コア２００の寸法を大まかに定めることにも適しており、バッテリセル３００が高容量で、高電力出力バッテリである場合、特に適している。
【００３９】
Ｗ／Ｈ比が０．５よりも大きい場合、バッテリセル３００の幅は、極めて大きくなり、シェル３０５の全表面積は、内部で生じる圧力に耐えることができなくなる。このため、バッテリセルの損傷および／または変形につながる。これは、安全性／信頼性の点でリスクを伴う。Ｗ／Ｈ比が０．１８よりも小さい場合、バッテリセル３００の高さは、極めて小さく、バッテリセル３００は、極めて薄くなる。保護シェル３０５内のコア２００に利用できる体積は、極めて小さくなり、これは、高容量、高電流コアの収容には好ましくない。
【００４０】
図４には、バッテリセル３００の断面の概略図を示す。この例では、接続構造３２５は、角度付きコネクタ４０５を有し、このコネクタは、カバー板／端部キャップ３３５を貫通して延在する。ここで、角度付きコネクタ４０５は、実質的にＺ形状を有する。集電板３１０は、前述の方法で形成されても良い。簡単のため、図４の集電板３１０では、単一のアノード集電板ストリップのみが示されている。可撓性接続ピース４１０は、角度付きコネクタ４０５を集電板３１０に電気的に接続する。可撓性接続ピース４１０は、銅のような複数の金属薄膜層を有し、この層は、熱処理され、角度付きコネクタ４０５と集電板３１０の両方に溶接される。同様の技術を利用して、カソード集電板を、対応する接続構造の角度付きコネクタと接続しても良い。しかしながら、角度付きコネクタとカソード集電板の間の可撓性接続ピースは、複数のアルミニウム薄膜層から形成されても良く、この層は、熱処理され、角度付きコネクタとカソード集電板の両方に溶接される。このタイプの相互接続構造を利用することにより、コイル状コア２００を用いたバッテリを製造することが容易になる。また、相互接続構造を使用することで、バッテリを通る低抵抗で、高電流のパスが提供される。さらに、この構造を、熱を逸散させ、バッテリの安全性を高めるために使用されても良い。
【００４１】
図５および６には、アノードシート１０５および／またはカソードシート１１０の領域を形成する一つの方法を示す。これらの領域は、それぞれ、露出基板１０７および／または１１４に隣接する。露出基板１０７に近接する領域のみが示されているが、露出基板１１４に近接する対応領域は、同じ基本構造を有しても良い。
【００４２】
図５、６では、アノードシート１０５は、全幅５０５を有する。アノードシート１０５の活性層１０６は、シートの幅５１０に沿って設置され、幅５１５を有する未コーティング領域が残存する。あるいは、未コーティング領域は、アノードシート１０５の活性部材の一部を除去することにより形成されても良い。活性部材のコーティングは、幅５２０に沿って、シートの端部で徐々に薄くなる。領域５２０の左側の領域では、層１０６は、最大厚さで形成される。コーティング厚さの遷移領域５２５において、薄肉化が始まる。絶縁プラスターまたはコーティングは、領域５３０に沿って設置される。プラスター（絶縁コーティングによる被覆部）の幅は、導電性基板上の薄肉化コーティング領域を完全に覆い、導電性基板が露出される領域において、終端化される。プラスター／コーティングは、電子および／またはイオン絶縁体であり、高温においてもその一体性が維持される必要がある。そのようなコーティングの一つは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）である。この構成を使用することにより、アノードとカソードとの間に、短絡が生じる可能性が抑制される。また、記載した方法によるコーティングの薄肉化により、シワが抑制される。そうでない場合、厚い端部を有するコーティングをローラプレスした際に、シワが発生する。
【００４３】
図７には、コイル状コア２００の一例の断面図を示す。コイル状コアにおいて、厚さの変動および／または対向する（両反対側の）領域Ａ、Ｂでのコア２００に対する力は、厄介な問題である。そのような問題を抑制するため、アノードシート１０５、およびカソードシート１１０は、対向する（両反対側の）平坦領域Ａ、Ｂでの終端化の代わりに、対向する（両反対側の）弓状領域Ｃ、Ｄで終端化される。図７に示すように、アノードシート１０５は、領域Ｃの７０５で終端化され、カソードシート１１０は、領域Ｄの７１０で終端化される。セパレータシート１１５は、終端位置７０５、７１０を超えて延伸し、これは、巻き回されて、コア２００の外側部分を形成する。セパレータシート１１５は、コア２００の弓状側部に沿って、７１５で終端化される。シートが巻き回されてコア２００が形成される方向は、矢印７２０で示されている。この構造では、カソードシート１１０は、アノードシート１０５よりも長くなっても良い。
【００４４】
図７に示したコア２００の構成に対応して、領域ＡおよびＢは、実質的に平坦であり、顕著な厚さ変動を有さない。その結果、シワが抑制される。そうでなければ、電解質の浸水の間、およびバッテリセルの充放電の間、コア２００の突起を介して、シワが形成される。そのようなシワは、領域ＡおよびＢで、コア２００に加わる力が実質的に不均一な場合に生じる。このシワを抑制することにより、コアの寿命は、向上する。同様に、コア２００の不均一な充電または放電によって生じる潜在的な安全性の問題が対処される（例えば、コア２００のシワ領域により、リチウムデンドライトが生成し、これにより、バッテリの内部短絡、さらには爆発が引き起こされる状況）。
【００４５】
図８には、図４の接続構造３２５に使用され得るベントコネクタ８００の一実施例を示す。ベントコネクタ８００は、導電性材料で形成され、この材料は、図４のコネクタ４１０を形成する際に使用される材料との間で、電気的接続および機械的結合を構成することに適しており、保護シェル３０５の幅Ｗの少なくとも２５％の幅を有することが好ましい。図８のベントコネクタ８００は、通常、Ｚ形状となっており、横方向部８１５から、相互に反対の方向に伸びる第１のアーム８０５と、第２のアーム８１０とを有する。第２のアーム８１０は、以下に示すように、バッテリセルの内部から外部に延伸し、横方向部８１５と接する。横方向部８１５は、バッテリセルに対して外側に配置され、ここで、第２のアーム８１０と第１のアーム８０５とを電気的に接続する。第１のアーム８０５は、バッテリの電気的端子を有効に形成し、これは、コイル状コア２００のアノード（またはカソード）へのアクセスに使用される。
【００４６】
ベントコネクタ８００は、溝８２０のような弱化構造を有しても良く、これにより、車両にアクシデントが発生したときに生じるような、ある異常な力の下において、コネクタ８００とコア２００との電気的接続が切断される。図８において、単一の溝８２０は、実質的に、横方向部材８２０の幅に沿って延伸している。これに加えて、またはその代わりに、溝８２０は、バッテリセル３００の外側で、第１のアーム８０５の全長に沿って延伸しても良く、および／またはバッテリセル３００の外側で、第２のアーム８１０の部分に沿って延伸しても良い。複数の弱化構造を使用しても良い。
【００４７】
ベントコネクタ８００を形成する材料の電気抵抗特性に応じて、溝８２０は、好ましくない方式で抵抗を高めてしまう可能性がある。そのような場合には、溝８２０は、機械的に延性のある導電性材料で充填されても良い。この目的には、多くの材料が適しており、これに限られるものではないが、この材料には、錫、導電性ゴム、および他の導電性延性材料が含まれる。これにより、溝によって助長される全体の安全性はそのままの状態で、溝８２０を有する領域の抵抗が減少する。
【００４８】
図９には、ベントコネクタ９００の別の実施例を示す。このベントコネクタは、図４の接続構造３２５に使用されても良い。ベントコネクタ９００は、図４のコネクタ４１０を構成するために使用される材料との電気的接続および機械的結合に適した導電性材料で形成される。図９のベントコネクタ９００は、略Ｌ型の形状を有し、バッテリセルの内部から外部に延伸するアーム９１０を有し、アーム９１０は、横方向部９１５と接する。横方向部９１５は、バッテリセルの外部に配置される。横方向部９１５は、バッテリの電気的端子を有効に形成し、この端子は、コイル状コア２００のアノード（またはカソード）へのアクセスに使用されても良い。
【００４９】
ベントコネクタ９００は、溝９２０のような弱化構造を有しても良く、これにより、ベントコネクタ９００は、弱化構造の領域において、電気的接続を切断することができる。特に、ベントコネクタ９００は、車両にアクシデント／衝突が生じたときに生じるような、ある異常な力を受けた際に、コア２００との電気的接続を切断する。図９では、単一の溝９２０は、実質的に、横方向部材９１５の幅に沿って延伸する。これに加えて、またはこれとは別に、溝８２０は、バッテリセルの外部にあるアーム９１０の位置において、アーム９１０の全長に沿って延伸しても良い。また、複数の弱化構造を使用しても良い。
【００５０】
ベントコネクタ９００を構成する材料の電気抵抗特性に応じて、溝９２０は、好ましくない方式で抵抗を高めてしまう可能性がある。そのような場合、溝９２０は、機械的に延性のある導電性材料で充填されても良い。この目的には、多くの材料が適しており、これに限られるものではないが、この材料には、錫、導電性ゴム、および他の導電性延性材料が含まれる。これにより、溝によって助長される全体の安全性は、そのままの状態で、溝９２０を有する領域の抵抗が減少する。
【００５１】
ベントコネクタ８００、９００の溝８２０および９２０の寸法は、コネクタ８００、９００を構成する際に使用される材料に依存する。ベントコネクタが銅で構成される場合、対応する溝の深さは、横方向部の厚さの約５０％〜９０％であっても良い。横方向部に沿った溝の幅は、溝の深さの約１００％〜５００％の間であっても良い。ベントコネクタがアルミニウムで構成される場合、対応する溝の深さは、横方向部の厚さの約３０％〜８０％であっても良い。横方向部に沿った溝の幅は、溝の深さの約１００％〜３００％の間であっても良い。
【００５２】
図１０には、図８のベントコネクタを用いて隣接するバッテリセルを相互接続する方法を示す。図に示すように、バッテリセル３００ａは、バッテリセル３００ｂと隣接して配置され、相互に接続される。バッテリセル３００ａは、エンドカバー構造３３５ａを有する。ベントカソードコネクタ８００ａは、バッテリセル３００ａの内部に延伸し、対応するコイル状コア（図示されていない）のカソード集電板と電気的に接続される。ベントコネクタ８００ａの横方向部８１５ａは、隣接するバッテリセル３００ｂの方向に向かって延伸する。同様に、バッテリセル３００ｂは、エンドカバー構造３３５ｂを有する。ベントアノードコネクタ８００ｂは、バッテリセル３００ｂの内部に延伸し、対応するコイル状コア（図示されていない）のアノード集電板と電気的に接続される。ベントコネクタ８００ｂの横方向部８１５ｂは、隣接するバッテリセル３００ａの方向に向かって延伸する。
【００５３】
コネクタ８００ａ、８００ｂの直立アームの面は、接合器１００５により相互に接合される。接合器１００５は、面同士を相互に溶接することにより、あるいは導電性ゴムのような接着材を用いて、面同士を相互に結合することにより、あるいは固定器を用いて面同士を相互に機械的に相互接続することにより、あるいは同様の接続構造および／または方法により、形成されても良い。直立アームの面でベントコネクタ８００ａ、８００ｂを相互接続することにより、バッテリセル３００ａのカソードとバッテリセル３００ｂのアノードとの間に、高電流通電の可能な低抵抗接続が得られる。同様の構造は、各バッテリセル３００ａ、３００ｂの反対の端部で使用されても良く、これにより、バッテリセル３００ａのアノードと、別の隣接セルを有するバッテリセル３００ｂのカソードとの間で、高電流通電の可能な低抵抗接続が得られる。これにより、全てのセル３００が相互に接続される。この方法では、バッテリパックの隣接セルは、相互に電気的に直列に接続される。しかしながら、この相互接続構造を使用して、隣接するバッテリセルを、相互に電気的に並列に接続しても良い。
【００５４】
両ベントコネクタ８００ａ、８００ｂは、対応する弱化溝８２０ａ、８２０ｂを有する。車両の不慮の衝突の結果として、バッテリセル３００ａ／３００ｂの一方または両方が、各位置から逸脱すると、溝８２０ａおよび／または８２０ｂの領域にある材料は、機能しなくなり、バッテリセル３００ａ、３００ｂは、相互に電気的に接続されなくなる。この方法では、車両に使用されるバッテリの安全性が向上する。
【００５５】
図１１には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂを相互接続する別の構造を示す。相互接続は、図１０に示したものと実質的に同じである。しかしながら、ベントコネクタ８００ａ、８００ｂは、直立アームの面間に設置された溶融部材１１０５を用いて相互に接続される。溶融部材１１０５は、錫／鉛ハンダ組成物、あるいは過剰な高電流／温度の下で溶融しおよび／または揮発する、同様の材料であっても良い。この状況は、バッテリセル３００ａ、バッテリセル３００ｂ、および／またはバッテリセル３００ａ、３００ｂを含むバッテリシステムの不具合の際に生じ得る。このため、溶融部材１１０５の厚さ、幅、全長、および組成は、ベントコネクタ８００ａ、８００ｂの間の電流および／または温度が所定の臨界値を越えた際に、ベントコネクタ８００ａと８００ｂの間で、電気的接続が切断されるように選定される。過電流および／または過温度条件が存在するときのバッテリセル３００ａ、３００ｂの安全性は、この相互接続構造を使用することにより、改善される。
【００５６】
図３５、３６には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂを相互接続する別の構造を示す。図に示すように、接続構造は、第１のベントコネクタ８００ａと、第２のベントコネクタ８００ｂとを有する。各ベントコネクタ８００ａ、８００ｂは、第１のアーム８１０ａ、８１０ｂ、横方向部８１５ａ、８１５ｂ、および別のアーム８０５ａ、８０５ｂを有する。図３５、３６に示した実施例では、アーム８０５ａ、８０５ｂは、例えば図８、１０、１１に示すコネクタの対応するアームよりも短くなっている。ベントコネクタ８００ａ、８００ｂは、アーム８０５ａ、８０５ｂの面の間に配置された溶融部材１１０５を用いて、相互に接続される。溶融部材１１０５は、錫／鉛ハンダ組成物、あるいはバッテリセル３００ａ、３００ｂ、および／またはバッテリセル３００ａ、３００ｂを有するバッテリシステムの不具合の際に生じ得る、過度の高電流／高温の下で溶融および／または揮発する、同様の材料であっても良い。このため、溶融部材１１０５の厚さ、幅、長さ、および組成は、ベントコネクタ８００ａ、８００ｂの間の電流および／または温度が所定の臨界値を越えた際に、ベントコネクタ８００ａと８００ｂの間で、電気的接続が切断されるように選定される。過電流および／または過温度条件が存在するときのバッテリセル３００ａ、３００ｂの安全性は、この相互接続構造を使用することにより、改善される。
【００５７】
また、コネクタ８００ａ、８００ｂは、相互接続構造が、例えば車両の衝突の際に生じ得る過度の力に晒された場合に、これらが相互に破損するように適合されても良い。このため、各横方向部８１５ａ、８１５ｂは、狭小区画３５０５ａ、３５０５ｂを有する。図に示すように、狭小区画３５０５ａ、３５０５ｂは、開領域３５２０を定める。開領域３５２０は、相互接続構造を弱くし、過剰の力の下でのコネクタ８００ａ、８００ｂの非接続を容易にする。各アーム８０５ａ、８０５ｂは、実質的に等しい幅を有し、あるいは狭小区画３５０５ａ、３５０５ｂの幅に対応する。
【００５８】
図３７には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂを相互接続する別の構造を示す。この相互接続構造は、図３６、３７に示した相互接続構造と同様である。ただし、アーム８０５ａ、８０５ｂは、バッテリセル３００ａ、３００ｂの方向に向かって延伸している。
【００５９】
図３８には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂを相互接続する別の構造を示す。この相互接続構造では、第１のベントコネクタ３８００ａは、バッテリセル３００ａから延伸し、第２のベントコネクタ３８００ｂは、バッテリセル３００ｂから延伸する。各コネクタ３８００ａ、３８００ｂは、第１のアーム３８０５ａ、３８０５ｂを有し、これらは、各バッテリセル３００ａ、３００ｂから延伸し、各自に第２のアーム３８１０ａ、３８１０ｂに接続される。アーム３８１０ａ、３８１０ｂは、相互に向かって延伸し、接続領域３８１５で重なり合う。アーム３８１０ａ、３８１０ｂは、車両の衝突の際に生じるような過度の力の下では、相互に接続しないように適合されても良い。このため、アーム３８１０ａ、３８１０ｂの一方または両方は、弱化構造を有しても良い。図３８において、弱化構造は、狭小区画３８２０ａ、３８２０ｂを有し、これらの区画は、アーム３８１０ａと３８１０ｂが重なり合う部分に形成される。狭小区画３８２０ａ、３８２０ｂは、図３５〜３７に示した接続構造と同様の、弓状領域として構成されても良い。
【００６０】
図３９には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂを相互接続する別の構造を示す。この相互接続構造では、第１のベントコネクタ３９００ａは、バッテリセル３００ａから延伸し、第２のベントコネクタ３９００ｂは、バッテリセル３００ｂから延伸する。各コネクタ３９００ａ、３９００ｂは、第１のアーム３９０５ａ、３９０５ｂを有し、これらは、各バッテリセル３００ａ、３００ｂから延伸する第２のアーム３９１０ａ、３９１０ｂと接する。アーム３９１０ａ、３９１０ｂは、互いに向かって延伸し、接続領域３９１５において、端同士で接する。接続領域３９１５は、略Ｖ型の領域を有し、この領域は、バッテリ３００ａと３００ｂの間の電流の流れが過度に大きくなった際に生じる温度の下で溶融および／または揮発する材料を用いて、アーム３８１０ａと３８１０ｂを相互接続する。接続領域３９１５の材料は、例えば、ハンダ、または所望の過電流および過昇温時の溶融および／または揮発の際に、アーム同士を機械的および電気的に相互接続することが可能な、別の材料であっても良い。各接続アーム３９００ａ、３９００ｂは、図９に示したコネクタ９００における弱化構造９２０のような、弱化構造を含んでも良い。
【００６１】
図４０、４１には、別の相互接続構造を示す。この構造は、機械的弱化領域を有し、例えば車両のアクシデント／衝突の際に生じる過度の力の下、所定の位置において、バッテリ３００ａと３００ｂの間の電気的接続を切断する。図４０では、コネクタ４００５ａは、バッテリセル３００ａに接続され、コネクタ４００５ｂは、バッテリセル３００ｂに接続される。横方向アーム４０００ａ、４０００ｂは、それぞれの弓状部４０１０ａ、４０１０ｂで終端し、この部分は、接続領域４０１５で、相互に接合される。弓状領域４０１０ａ、４０１０ｂは、十分な強度を有し、通常の運転条件下において、コネクタ４００５ａと４００５ｂの間の機械的および電気的な相互接続を容易にする。しかしながら、これらの材料の薄肉化領域は、弱化接続構造を形成し、この位置では、横方向部材４０００ａ、４０００ｂの間の接続は、車両のアクシデント／衝突の際に生じる力を受けた場合、分断される。
【００６２】
図４１において、コネクタ４１０５ａは、バッテリセル３００ａに接続され、コネクタ４１００ｂは、バッテリセル３００ｂに接続される。横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、領域４１１０で相互に重なり合い、この位置で、コネクタ４１０５ａ、４１０５ｂは、機械的および電気的に相互に接合される。各横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、それぞれの弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂを有し、この位置では、横方向アームを構成する材料は、薄肉化される。横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂが接続領域４１１０において、相互に重なり合うように揃えられる。得られる高沿いは、十分な強度を有し、通常の運転条件において、コネクタ４１０５ａと４１０５ｂの間の機械的および電気的な相互接合が容易になる。しかしながら、接合された弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂにおける材料の薄肉化領域は、弱化接続構造を形成し、ここでは、車両のアクシデント／衝突の際に生じるような力を受けた際に、横方向部材４１００ａと４１００ｂの間の接続が分断される。
【００６３】
図４１Ａには、図４１の線４１Ａ−４１Ａに沿った、端子４１００ａ、４１００ｂを通る断面図を示す。ただし、図４１Ａでは、弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂを合わせるため、マルチレイヤクランプ４１２０が設置される。クランプ４１２０は、異なる熱膨張特性を有する第１の層４１２５と、第２の層４１３０とを有する。このため、第１の層４１２５は、絶縁材料であって、第２の層４１３０よりも大きな熱膨張係数を有しても良い。過電流条件の際、端子４１００ａ、４１００ｂの温度は、上昇する。温度が上昇すると、第１の層４１２５は、第２の層４１３０よりも大きな速度で膨脹する。第１の層４１２５の膨脹は、第２の層４１３０によって拘束されるため、第１の層４１２５は、弓形領域４１１５ａ、４１１５ｂにおいて、薄肉化材料区画に対して動かされる。さらに、温度が、過電流条件に一致した所定の閾値を超えると、第１の層４１２５は、弓形領域４１１５ａ、４１１５ｂに対抗する十分な力を有するようになり、端子４１００ａと４１００ｂの間の接続が分断される。
【００６４】
図４２から４６には、隣接するバッテリセル３００ａ、３００ｂの端子４２００ａと４２００ｂを相互に接続する各種方法を示す。いずれの例でも、端子４２００ａ、４２００ｂは、導電性ブリッジコネクタ４２０５を用いて、互いに相互接続される。ブリッジコネクタ４２０５は、各種形態を取ることができ、これには、これに限られるものではないが、Ｕ形状、逆Ｕ字型、Ｚ形状、およびＳ形状、あるいは約０゜〜１８０゜の間で曲げられた、１つ以上の角度を有する他の形状が含まれる。ブリッジコネクタ４２０５は、単一の層状金属構造、複数の層からなる構造、または複数の層の金属薄膜として、形成されても良い。複数の層の金属薄膜としてブリッジコネクタ４２０５を形成した場合、ブリッジコネクタ４２０５は、端子４２００ａと４２００ｂの間の振動エネルギーを吸収する、機械的なバッファとしての機能を追加的に有するようになり、これにより、端子接続構造全体の一体性が向上する。
【００６５】
ブリッジコネクタ４２０５は、単一の金属材料、異なる熱膨張係数を有する複数の金属シート、および／または記憶合金で、形成されても良い。複数の金属シートの構造に使用され得る、異なる熱膨張係数を有する材料の一例は、Ｆｅ−Ｎｉシートの組み合わせ、Ｆｅ−Ｃｕシートの組み合わせ、および／または記憶合金／一般金属の組み合わせを含む。ブリッジコネクタ４２０５に使用され得る記憶合金には、Ｃｕ系の合金、および／またはＦｅ系の合金が含まれる。これらには、これに限られるものではないが、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、および／またはＦｅ−Ｍｎが含まれる。一般金属は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、および／またはＮｉであっても良い。
【００６６】
ブリッジコネクタ４２０５は、端子４２００ａと４２００ｂの部分を対面するように接続する。ブリッジコネクタ４２０５とそれぞれの端子の間の有効な溶接表面積は、端子の断面の約０．５〜４倍である。ブリッジコネクタ４２０５の各端部とそれぞれの端子の間の接続部に、コネクタおよび端子の金属よりも融点の低いハンダが配置されても良い。各端子とブリッジコネクタ４２０５の間の接続は、冷間圧延溶接、超音波溶接、ハンダ溶接、フラッシュ溶接、フリクション溶接、または抵抗溶接等によって形成されても良い。接続は、ハンダ溶接を用いて形成され、ハンダに使用される合金の融点は、約１５０℃〜２５０℃の間であることが好ましい。使用材料は、Ｓｎ、Ａｕ−２０％Ｓｎ、鉛−５％Ｓｎ、およびＡｇ−Ｓｎ等を含む。
【００６７】
図４２には、逆Ｕ字型のブリッジコネクタ４２０５を示す。この実施例では、端子４２００ａ、４２００ｂは、図１０に示した端子８００ａ、８００ｂとほぼ等しい特性を有しても良い。ブリッジコネクタ４２０５は、第１および第２のアーム４２１０、４２１５を有しても良く、これらのアームは、横方向部材４２２０によって、互いに相互接続される。第１のアーム４２１０は、端子４２００ａの部材４２２５に接続され、第２のアーム４２１５は、端子４２００ｂの部材４２３０に接続される。ブリッジコネクタ４２０５は、マルチレイヤ状の軟性材料ピース、例えばマルチレイヤ状銅薄膜として、形成されても良い。バッテリセル３００ａおよび／または３００ｂが外部から力を受けると、横方向部材４２２０は、発生した衝突応力を吸収し、端子を過度の損耗および損傷から保護しても良い。
【００６８】
ブリッジコネクタ４２０５は、記憶合金またはバイメタルピースで形成されても良い。例えば、過電流または他の異常な状態により、突然、相互接続構造の温度が上昇すると、ブリッジ／端子接合の間でハンダが溶融し、記憶合金またはバイメタルピースは、矢印４２３５で示す方向に収縮し、端子のそれぞれとの接触から開放される。その結果、端子４２００ａと４２００ｂの間の電気的および機械的接続は、切断され、バッテリセルの爆発が防止され、および／または他のそのような危険な結果が防止される。
【００６９】
ブリッジコネクタ４２０５の構成に使用され得る記憶合金には、Ｃｕ系の金属合金および／またはＦｅ系の金属合金が含まれ、例えばＣｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、またはＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ合金である。図４２に示す構造に対応して、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金が使用されると仮定する。そのような例では、ブリッジコネクタ４２０５は、最初、各アーム４２１０、４２１５の角度が、横方向部材４２２０に対して９０゜未満となるように形成される。この形状において、ブリッジコネクタ４２０５は、メモリ効果を得るため、数分間の間、約３００〜１０００℃の間で高温処理される。次に、ブリッジコネクタ４２０５は、通常の組立位置において、端子４２００ａ、４２００ｂと接続される。この位置では、各アーム４２１０および４２１５の間の角度は、横方向部材４２２０に対して約９０゜である。記憶合金は、ブリッジコネクタ４２０５が昇温され、その温度が過電流および／または他の異常なバッテリセルの動作条件に相応すると、記憶合金の元の形状に戻るように設計される。
【００７０】
図４３には、Ｓ形状のブリッジコネクタ４２０５を示す。この実施例では、端子４２００ａ、４２００ｂは、図１０に示した端子８００ａ、８００ｂとほぼ同様の特徴を有しても良い。ブリッジコネクタ４２０５は、第１のアームおよび第２のアーム４３０５、４３１０を有しても良く、これらのアームは、反対の方向に延伸して、横方向部材４３１５により、互いに相互接続される。第１のアーム４３０５は、端子４２００ａの部材４２２５に接続され、第２のアーム４３１０は、端子４２００ｂの部材４２３０に接続される。前述のように、ブリッジコネクタ４２０５は、マルチレイヤの金属薄膜、バイメタルピース、および／または記憶合金で、形成されても良い。記憶合金で形成される場合、ブリッジコネクタ４２０５は、過電流および／または他の異常なバッテリセルの運転条件の際に生じる温度上昇の下で、端子４２００ａ、４２００ｂとの接触を非接続にするのに必要な形状に対応する、元の形状を有する。
【００７１】
図４４には、逆Ｕ字型のブリッジコネクタ４２０５を示す。この実施例では、端子４２００ａ、４２００ｂは、図１０に示した端子８００ａ、８００ｂとほぼ同様の特徴を有しても良い。ブリッジコネクタ４２０５は、第１および第２のアーム４４０５、４４１０を有しても良く、これらは、横方向部材４４１５により、互いに相互接続される。第１のアーム４４０５は、端子４２００ａの部材４２２５の外表面に接続され、第２のアーム４４１０は、端子４２００ｂの部材４２３０の外表面に接続される。前述のように、ブリッジコネクタ４２０５は、マルチレイヤ金属薄膜、バイメタルピース、および／または記憶合金として形成されても良い。記憶合金で構成される場合、ブリッジコネクタ４２０５は、過電流および／または他の異常なバッテリセルの運転条件の際に生じる温度上昇の下で、端子４２００ａ、４２００ｂとの接触を非接続にするのに必要な形状に対応する、元の形状を有しても良い。図４４において、元の形状は、そのような温度上昇の下で、ブリッジコネクタ４２０５が矢印４４２０で示す方向に膨脹するように設定されても良い。
【００７２】
図４５には、マルチレイヤ構造を有するブリッジコネクタ４２０５を示す。この実施例では、ブリッジコネクタ４２０５は、アーム４２２５、４２３０の内側に設置された第１の層４５０５と、第１の層４５０５の内側に設置され、第１の層４５０５と同様の広がりを有する第２の層４５１０と、を有する。各層４５０５、４５１０は、Ｕ字型である。層４５１０は、一般的な金属で形成され、層４５０５は、記憶合金で形成されても良い。一般金属層４５１０および記憶合金４５０５は、相互に結合され、記憶合金４５０５の形状が変化すると、結果的に、一般金属層４５１０の形状に、対応する変化が生じる。そのため、ブリッジコネクタ４２０５は、過電流および／または他の異常なバッテリセルの運転条件の際に生じる温度上昇の下で、形状が変化する。この形状の変化により、ブリッジコネクタ４２０５は、端子４２００ａ、４２００ｂとの接続を切断する。
【００７３】
図４６には、マルチレイヤ構造を有するブリッジコネクタ４２０５を示す。この実施例では、ブリッジコネクタ４２０５は、アーム４２２５および４２３０の外部に配置された第１の層４６０５と、第１の層４６０５の外部にあり、第１の層４６０５と同様の広がりを有する第２の層４６１０とを有する。各層４５０５、４５１０は、逆Ｕ字形状を有する。層４６１０、４６０５は、異なる熱膨張係数を有する金属で形成され、両者は、互いに機械的に結合されても良く、この場合、一つの層の形状の変化は、他の層の対応する変化につながる。熱膨張特性の差異により、コネクタ４２０５には、過電流および／または他の異常なバッテリセルの運転条件の際に生じる昇温下で、ブリッ形状の変化が生じ、これにより、端子４２００ａ、４２００ｂが相互に非接続となる。さらに、ブリッジコネクタ４２０５の形状が変化したときの端子４２２５、４２３０の相互の電気的な分離を確実にするため、ブリッジコネクタ４２０５に近接する各アーム４２２５、４２３０の端部に、絶縁層４６１５を設置しても良い。
【００７４】
図３９に示したようなバッテリセル相互接続は、重力助長過昇温保護構造を有しても良い。そのような構造の一例は、図４７、４８に示されている。ここで、図４７は、その構造の上面図であり、図４８は、その構造の側面図である。これらの図面には、バッテリセルが、以下の図２８Ａ、６９に示すような方法で、側部に向けられるときの端子の配向が示されている。
【００７５】
図４７、４８に示す実施例では、端子３９００ａは、バッテリセル３００ａと電気的に接続され、端子３９００ｂは、バッテリセル３００ｂと電気的に接続される。各端子３９００ａ、３９００ｂの端部には、結合材料４７１０を用いて、導電性ブロック４７０５が固定される。導電性ブロック４７０５は、コネクタ３９００ａ、３９００ｂの全幅４８０５に沿って、および全厚さ４７１５に沿って延伸する。結合材料４７１０は、Ｓｎ系ハンダ、Ｂｉ系ハンダ、またはＺｎ系ハンダであっても良いが、Ｓｎ系ハンダが好ましい。ある例では、ハンダは、約０．３ｍｍ〜１ｍｍの間の厚さを有しても良く、これは、約０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。ハンダ材料の融点は、約１００℃から４５０℃の間であっても良い。融点が低すぎると、相互接続構造は、通常の作動条件下で、安定ではなくなる可能性がある。融点が高すぎると、異常な過熱状態の間、融点に到達しなくなる。Ｓｎ系ハンダは、約２３１．９℃の融点を有するため、好ましい。
【００７６】
導電性ブロック４７０５は、結合材料４７１０の融点よりも融点が少なくとも約５０℃高い高密度金属で形成されても良い。この方法では、導電性ブロック４７０５は、適当なろう付け技術を用いて、端子３９００ａ、３９００ｂに確実に固定される。そのような技術は、誘導ろう付け法、鉄ハンダ、抵抗ろう付け溶接法、またはそのような固定技術を含む。
【００７７】
図４８に示すように、導電性ブロック４７０５は、台形形状を有しても良く、この場合、ベース部４８１０は、接続構造の底部に配置される。導電性ブロック４７０５は、矢印４８１５で示される方向に、重力の力を受ける。接続構造が、過電流または他の異常なバッテリシステムの運転条件の下のように発生する過熱状態にさらされると、結合材料４７１０は、溶融し始める。結合材料の溶融により、導電性ブロック４７０５は、重力の影響下で、下側方向４８１５に移動する。最終的に、導電性ブロック４７０５は、端子３９００ａ、３９００ｂとの接合部から取り外され、これにより、両者の間の電気的および機械的な相互接続が切断される。
【００７８】
また、バッテリセル接続部は、電気絶縁体を用いた過昇温保護構造を有しても良く、この電気絶縁体は、接続部の温度が異常に高くなると、端子同士の間の接続が膨脹するように寸法化される。図４９乃至５１には、そのような相互接続の３つの実施例を示す。図４９では、端子４９００ａ、４９００ｂは、結合材料４７１０により、相互に接合される。結合材料４７１０は、Ｓｎ系ハンダ、Ｂｉ系ハンダ、またはＺｎ系ハンダであっても良いが、Ｓｎ系が好ましい。一例としては、ハンダは、約０．３ｍｍ〜１ｍｍの間の厚さを有しても良い。ハンダ材料の融点は、約１００℃から４５０℃の間であっても良く、約２３２℃であることが好ましい。端子４９００ａと４９００ｂの間の接合部には、膨脹部材４９０５が設置される。図に示すように、膨脹部材４９０５は、環状断面を有しても良いが、他の断面形状を使用しても良い。また、膨脹部材４９０５は、大きな熱膨張特性を有する、電気的絶縁材料で形成されても良い。さらに、膨脹部材４９０５を形成する材料は、結合材料４７１０の融点を実質的に超える融点を有しても良い。
【００７９】
相互接続構造が過熱状態にさらされると、結合材料４７１０は、溶融し始める。また、膨脹部材４９０５は、それぞれ、アーム４９１０ａ、４９１０ｂを動かすように膨脹する。結合材料４７１０、膨脹部材４９０５、およびアーム４９１０ａ、４９１０ｂの間の空間の特性は、膨脹部材４９０５の膨脹によって、溶融した結合材料４７１０の表面張力を克服して、アーム４９１０ａ、４９１０ｂが十分な距離に離れるように動かされるようにされる。結合材料４７１０は、端子間の接合部から流れ、バッテリセル間の電気的接続を効果的に切断する。
【００８０】
図５０に示す相互接続は、図４９に示したものと類似する。両者の主な違いは、端子５０００ａ、５０００ｂの形状である。特に、端子５０００ａ、５０００ｂは、端子４９００ａ、４９００ｂの外側に延伸するアーム４９１０ａ、４９１０ｂとは逆に、内方に延伸するアーム５００５ａ、５００５ｂを有する。
【００８１】
図５１に示す内部接続構造は、図４９および図５０に示すものと類似する。これらの主な違いは、端子の形状である。特に、図５１に示す内部接続は、外側に延伸するアーム４９１０ａを有する端子４９００ａを有し、このアームは、端子５０００ｂの内側に延伸するアーム５００５ｂと、電気的に接続される。端子４９００ａのアーム４９１０ａの端部と、端子５０００の横方向部５１１０の間には、電気絶縁性部材５１０５が配置されても良い。電気絶縁性部材５１０５は、結合材料４７１０が溶融して、アーム４９１０ａと５００５ｂの間の接合部から流れ出した際に、端子４９００ａ、５０００ｂが相互に電気的に切断されることを確保することに寄与する。
【００８２】
前述のように、相互接続構造は、端子同士の間に、結合材料を有しても良く、これは、バッテリセル３００ａ、３００ｂの間の過電流条件により生じる過度の高温下で溶融する。これに加えて、またはこれの代わりに、相互接続構造には、サブ構造が提供されても良く、このサブ構造は、端子同士間の接合部と相互作用する化学物質を放出し、これにより、過度の高温条件下で、端子は、機械的および電気的に相互に切断されるようになる。図５２および５３には、それぞれ、図４０、４１に示す相互接続構造に提供された、これらの構造の一例を示す。
【００８３】
図５２において、コネクタ４００５ａは、バッテリセル３００ａに接続され、コネクタ４００５ｂは、バッテリセル３００ｂに接続される。横方向アーム４０００ａ、４０００ｂは、接続領域４０１５において相互に接合される各弓状部４０１０ａ、４０１０ｂで終端する。接続領域４０１５は、ハンダのような結合材料を有しても良い。弓状領域４０１０ａ、４０１０ｂは、通常の運転条件下で、コネクタ４００５ａ、４００５ｂの間の機械的および電気的相互接続が容易になるように、十分な強度を有する。しかしながら、これらの材料の薄肉化領域は、弱化接続構造を形成し、ここでは、車両のアクシデント／衝突の際に生じる力を受けた場合に、横方向部材４０００ａ、４０００ｂの間の接続が切断される。
【００８４】
接続領域４０１５と相互作用する化学物質を放出するサブ構造の一実施例は、概略的に、５２０５で示されている。この実施例では、サブ構造５２０５は、外側ケース５２１０を有し、このケースは、化学的反応性材料５２１５を収容する。ケース５２１０は、略円形の断面を有し、弓状領域４０１０ａ、４０１０ｂに合致するように適合される。使用される端子の特定の構造に応じて、他の断面形状を使用しても良い。ケースの材料には、いくつかの要求がされる。例えば、ケース材料は、アーム４００５ａ、４００５ｂの材料と結合可能である必要がある。また、ケース材料は、化学的反応性材料５２１５と反応しない必要がある。また、ケース材料が溶融し始める温度は、過電流条件の際に生じる温度と接近している必要がある。ケース材料は、合成樹脂、ゴム、セラミックのような材料であっても良い。ケースは、１００℃〜３５０℃の間の融点を有する、プラスチックおよび／またはゴム化合物で形成されることが好ましい。この融点は、過熱状態に依存する。そのような材料は、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＰＯ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、およびＰＥＥＫであっても良い。
【００８５】
化学反応性材料５２１５は、過電流温度で液体であることが好ましい。これは、通常の作動温度で、固体であっても良いし、固体でなくても良い。例えば、これは、接続領域４０１５の材料との間で反応性を示す、酸性または塩基性溶液であっても良い。化学物質は、例えば、ＮａＯＨを含む塩基性の化学物質であることが好ましい。
【００８６】
通常条件下では、アーム４０００ａ、４０００ｂの温度は、相互接続領域４０１５の材料の融点よりも低く、化学反応性素子５２０５のケース５２１０の融点よりも低い。例えば、過電流条件により、温度が上昇すると、ケース５２１０は、溶融し始める。ケース５２１０が溶融すると、化学反応性材料５２１５が放出され、アーム４０００ａ、４０００ｂの材料、および相互接続領域４０１５内の材料と接触する。放出された化学物質は、相互接続領域４０１５、アーム４０００ａ、および／または４０００ｂの材料と反応する。反応による損壊の結果、アーム４０００ａと４０００ｂは、相互に電気に非接続となる。
【００８７】
図５３では、コネクタ４１０５ａは、バッテリセル３００ａに接続され、コネクタ４１００ｂは、バッテリセル３００ｂに接続される。横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、領域４１１０で相互に重なり合い、ここでコネクタ４１０５ａと４１０５ｂとは、機械的および電気的に相互に接続される。各横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、それぞれの弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂを有し、ここでは、横方向アームを形成する材料は、薄肉化される。横方向アーム４１００ａ、４１００ｂは、接続領域４１１０において、弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂが相互に重なり合うように整列される。得られる構造は、通常の作動条件下で、コネクタ４１０５ａ、４１０５ｂの間の機械的および電気的相互接続が容易になるように、十分な強度を有する。しかしながら、接合された弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂでの材料の薄肉化領域は、弱化接続構造を形成し、ここでは、車両のアクシデント／衝突の際に生じる力を受けた場合、横方向部材４１００ａ、４１００ｂの間の接続が切断される。
【００８８】
図５２と同様、図５３に示す相互接続構造は、サブ構造５２０５を有し、このサブ構造は、過昇温／過電流条件下で、接続領域４１１０と相互作用する化学物質を放出する。サブ構造５２０５は、外側ケース５２１０を有し、このケースは、化学的反応性材料５２１５を収容する。ケース５２１０は、略円形の断面を有し、弓状領域４１１５ａ、４１１５ｂ内に丁度収まるように適合される。領域４１１０に対するサブ構造５２０５の動作は、図５２における接続において説明した作動と実質的に同様である。
【００８９】
図５２、５３に示した相互接続構造は、バッテリ３００ａ、３００ｂを接続する端子のアームの水平整列に基づいている。しかしながら、他の相互接続構造の配向において、５２０５で示されたタイプのサブ構造を使用しても良い。そのような代替配向では、サブ構造５２０５は、端子とともに構成され、端子と整列され、反応性材料５２１５は、端子間の電気的接続を切断するように放出される。また、サブ構造５２０５は、端子間の電気的接続を切断するように、一つの単独の端子の上に配置されても良い。
【００９０】
また、過電流の保護は、バッテリセル３００ａ、３００ｂの端子間の導電性液体を除去することに基づいても良い。特に、導電性液体は、通常の作動条件下で、バッテリセル３００ａと３００ｂの端子の間に存在し、これにより、端子は、電気的に相互に接続され、通電が可能になる。導電性液体は、過電流条件または他のシステム不具合によって、端子の温度が高くなると、バッテリセル３００ａ、３００ｂの端子間から流出される。
【００９１】
図５４には、この原理に基づく過電流保護構造の一実施例を示す。この実施例では、端子５４００ａは、バッテリセル３００ａに接続され、端子５４００ｂは、バッテリセル３００ｂに接続される。端子５４００ａ、５４００ｂは、分離領域５４０３で、相互に機械的に分離される。端子５４００ａ、５４００ｂ間の電気的接続は、相互接続サブ構造５４０５を用いて構築される。相互接続サブ構造５４０５は、ケース５４１０を有し、このケースは、液体導体５４１５を内部に収容する。液体導体５４１５は、端子５４００ａと５４００ｂの間の領域５４０３において、電気的接続を構成する。液体導体５４１５として、金属、金属合金、および導電性溶液を、使用しても良い。液体導体５４１５は、水銀またはＮａ−Ｋ合金であることが好ましい。ケース５４０５は、略円形の断面を有するが、使用される端子の特定の構造に依存して、他の断面形状を使用しても良い。ケース材料は、液体導体５４１５と非反応性であっても良い。また、ケース材料が溶融し始める温度は、過電流条件の際に生じる温度に接近している必要がある。ケース材料は、合成樹脂、ゴム、またはセラミック等であっても良い。ケースは、融点が１００℃から３５０℃の間の、プラスチックおよび／またはゴム化合物で形成されることが好ましい。融点は、過熱状態に依存する。そのような材料には、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＰＯ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、およびＰＥＥＫが含まれる。
【００９２】
通常の条件下では、アーム５４００ａ、５４００ｂの温度は、ケース５４１０の融点未満であり、液体導体５４１５は、領域５４０３に保持され、端子５４００ａ、５４００ｂの間の電流の流れが容易になる。例えば、過電流条件により、温度が上昇すると、ケース５４１０は、溶融し始める。ケース５４１０が溶融すると、液体導体５４１５がケース５４１０、および開回路領域５４０３から放出される。端子５４００ａ、５４００ｂを通る、バッテリ３００ａ、３００ｂの間の電流の流れが中止される。
【００９３】
図５５乃至５７Ｂには、相互接続構造の別の実施例を示す。ここでは、過電流保護は、バッテリセル３００ａ、３００ｂの端子間の導電性溶液を除去することに基づいている。この実施例では、過電流保護構造は、５５００で示すように、各バッテリセルから水平方向に延伸する端子を操作するように構成される。図に示すように、端子５４００ａは、バッテリセル３００ａに接続され、バッテリセル３００ａから水平方向に延伸する。端子５４００ｂは、バッテリセル３００ｂに接続され、バッテリセル３００ｂから水平方向に延伸する。各端子５４００ａ、５４００ｂは、それぞれのバッテリから、過電流保護サブ構造５５００の伝導チャンバ５５０５に延伸する。伝導チャンバ５５０５の下側には、収集チャンバ５５１０が配置される。伝導チャンバ５５０５および収集チャンバ５５１０は、プラスチック、ゴム、またはセラミックのような絶縁性材料で構成される。通常のバッテリシステムの動作の間、伝導チャンバ５５０５および収集チャンバ５５１０は、一方のチャンバから他方のチャンバへのリークを防止するため、シールされている。
【００９４】
保護サブ構造５５００は、多数の異なる方法で組み立てられても良い。図５６には、そのような方法の一つを示す。図５６において、サブ構造５５００は、２つの部分５６００ａ、５６００ｂから形成される。部分５６００ａは、端子５４００ａに接続され、シールされる。部分５６００ｂは、端子５４００ｂと接続され、シールされる。各部分５６００ａ、５６００ｂは、伝導チャンバ５５０５の片割れと、収集チャンバ５５１０の片割れとを有する。部分５６００ａ、５６００ｂは、高温溶融接続、ゴム接続、接着材接続、溶接接合等を用いて、相互に接合されても良い。部分５６００ａ、５６００ｂは、射出成型法、高温溶融法、接着結合法、浸透材によるシール法等を用いて、対応する端子５４００ａ、５４００ｂとともにシールされても良い。２つの部分を相互に接合し、２つの部分を端子と接合するために使用される方法は、伝導チャンバ５５０５または収集チャンバ５５１０からの、いかなる液体のリークも十分に抑制する必要がある。
【００９５】
図５７Ａおよび５７Ｂには、バッテリシステムの通常の作動中の保護サブ構造５５００を通る断面図を示す。通常の作動の間、前述のような液体導体５４１５は、伝導チャンバ５５０５内に収容され、端子５４００ａと５４００ｂの間に、電気的接続が形成される。液体導体５４１５は、伝導チャンバ５５０５の上部に設置された開口５５１５を介して、伝導チャンバ５５０５に注入される。一度伝導チャンバ５５０５に所望の量の液体導体５４１５が充填されると、開口５５１５は、プラグまたは他のシール材を用いて、閉止される。
【００９６】
伝導チャンバ５５０５は、収集チャンバ５５１０からシールされ、液体導体５４１５が伝導チャンバ５５０５から収集チャンバ５５１０にリークすることが防止される。図５７Ｂには、伝導チャンバ５５０５を収集チャンバ５５１０からシールする、一つの方法を示す。この例では、伝導チャンバ５５０５は、下側チャンバ壁５７０５で終端し、この壁は、伝導チャンバ５５０５を収集チャンバ５５１０から分離する。下側チャンバ壁５７０５は、流開口５７１５を有し、この流開口は、通常、分離部材５７２０によりシールされている。分離部材５７２０は、約１００℃から３５０℃の範囲の融点を有する、プラスチックおよび／またはゴム材料で構成されても良い。融点は、過電流保護を活性化させるときの所望の温度に依存する。適当な材料には、例えばＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＰＯ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、および／またはＰＥＥＫが含まれる。
【００９７】
過電流／バッテリ不具合条件の間、液体導体５４１５の温度は、上昇する。温度が分離部材５７２０の融点に到達すると、分離部材５７２０は、伝導チャンバ５５０５から収集チャンバ５５１０に対して、有効なシール性を喪失する。液体導体５４１５は、流開口５７１５を介して、伝導チャンバ５５０５から収集チャンバ５５１０の方に流れ出す。この流れは、重力の下で、および／または伝導チャンバ５５０５の圧力上昇により発生した力（例えば、液体導体５４１５の過電流温度の結果生じる力）の下で、生じても良い。液体導体５４１５が伝導チャンバ５５０５から排出されると、端子５４００ａと５４００ｂの間に、開路条件が形成される。伝導チャンバ５５０５から、全ての液体導体５４１５が流出されることを確実に行うため、収集チャンバ５５１０の容積は、少なくとも伝導チャンバ５５０５の容積と等しいか、より大きい必要がある。
【００９８】
保護サブ構造５５００は、容易に製造され、容易に修復／リサイクルすることができる。収集チャンバ５５１０内に液体導体５４１５を収集することにより、修理した、または新たな保護サブ構造５５００において、再利用することができる。これは、液体導体５４１５が環境的に配慮する必要がある場合、特に有意である。また、保護サブ構造５５００は、液体導体５４１５を伝導チャンバ５５０５に戻し、シール部材５７２０を再配置することにより、容易に修復される。
【００９９】
図５８から６０には、相互接続構造のさらに別の実施例を示す。ここでは、過電流保護は、バッテリセル３００ａ、３００ｂの端子の間で、導電性液体を除去することに基づいている。この実施例では、５８００で示された過電流保護サブ構造は、それぞれのバッテリセルから垂直に延伸する端子と協働するように構成される。図に示すように、端子５８００ａは、バッテリセル３００ａに接続され、バッテリセル３００ａから垂直に延伸する。端子５８００ｂは、バッテリセル３００ｂに接続され、バッテリセル３００ｂから垂直に延伸する。各端子５８００ａ、５８００ｂは、それぞれのバッテリから、過電流保護サブ構造５８００の伝導チャンバ５８０５に延伸する。伝導チャンバ５８０５の下側には、収集チャンバ５８１０が配置される。伝導チャンバ５８０５および収集チャンバ５８１０は、プラスチック、ゴム、またはセラミックのような、絶縁材料で構成される。通常のバッテリシステムの運転の間、伝導チャンバ５８０５および収集チャンバ５８１０は、シールされ、一方のチャンバから他方のチャンバへのリークが防止される。
【０１００】
保護サブ構造５８００は、多くの異なる方法で組み立てられても良い。図５９には、そのような方法の一例を示す。図５９において、サブ構造５８００は、２つの部分５９００ａ、５９００ｂから構成される。部分５９００ａは、端子５８００ａに接続され、端子５８００ａとともにシールされる。部分５９００ｂは、端子５８００ｂに接続され、端子５８００ｂとともにシールされる。各部分５９００ａ、５９００ｂは、伝導チャンバ５８０５の片割れと、収集チャンバ５８１０の片割れとを有する。部分５９００ａ、５９００ｂは、高温溶融接続、ゴム接続、接着材接続、溶接接合等を用いて、相互に接合されても良い。また、部分５９００ａ、５９００ｂは、射出成型法、高温溶融法、接着材結合法、または浸透材シール法等により、対応する端子５８００ａ、５８００ｂとともにシールされても良い。両部分を相互に接合し、両部分を端子と接合する際に使用される方法は、伝導チャンバ５８０５または収集チャンバ５８１０からのいかなる液体のリークも、十分に防止する必要がある。
【０１０１】
図６０には、保護サブ構造５８００を通る断面図を示す。通常の動作中、前述のような液体導体５４１５は、伝導チャンバ５８０５内に収容され、端子５８００ａと端子５８００ｂの間に、電気的接続を構築する。伝導チャンバ５８０５には、伝導チャンバ５８０５の上部に設置された開口５８１５を介して、液体導体５４１５が注入される。一度伝導チャンバ５８０５に所望の量の液体導体５４１５が充填されると、プラグまたは他のシール材により、開口５８１５が閉止される。
【０１０２】
伝導チャンバ５８０５は、収集チャンバ５８１０からシールされ、伝導チャンバ５８０５から収集チャンバ５８１０への液体導体５４１５のリークが防止される。図６０において、伝導チャンバ５８０５は、下側チャンバ壁６００５で終端しており、この壁は、伝導チャンバ５８０５を収集チャンバ５８１０から分離する。下側チャンバ壁６００５は、流開口６０１５を有し、この流開口は、通常の場合、分離部材６０２０によりシールされている。分離部材６０２０は、プラスチックおよび／またはゴム材料で構成され、約１００℃から３５０℃の間の融点を有する。融点は、過電流保護を活性化させる際の所望の温度に依存する。好適な材料には、ＰＰ、ＰＥ、ＡＢＳ、ＰＰＯ、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、および／またはＰＥＥＫが含まれる。
【０１０３】
過電流／バッテリ不具合条件の際、液体導体５４１５の温度は、上昇する。温度が、分離部材６０２０の融点に到達すると、分離部材６０２０は、収集チャンバ５８１０から伝導チャンバ５８０５の有効なシール性を喪失する。液体導体５４１５は、流開口６０１５を介して、伝導チャンバ５８０５から収集チャンバ５８１０の方に流れ出す。この流れは、重力の下、および／または伝導チャンバ５８０５の圧力上昇によって生じる力（例えば、液体導体５４１５の過電流温度の結果生じる力）の下で、生じる得る。伝導チャンバ５８０５から液体導体５４１５が排出すると、端子５８００ａと５８００ｂの間に、開路条件が形成される。全ての液体導体５４１５を確実に伝導チャンバ５８０５から排出させるため、収集チャンバ５８１０の容積は、少なくとも、収集チャンバ５８０５の容積と等しいか、これよりも大きい必要がある。図１２および１３には、接続構造１２００を示すが、この構造は、周囲温度が所定の閾値未満であるとき、バッテリセル３００のコアが最適運転温度になるように利用される。接続構造１２００は、セラミックヒータのような加熱素子１２０５を有し、この加熱素子は、ベントコネクタ８００に取り付けられる。ベントコネクタ８００と加熱素子１２０５の間には、熱伝導性材料の層１２１０が設置される。加熱素子１２０５は、Ｌ状の断面を有しても良く、ベントコネクタ８００の表面と一致するように寸法化される。この表面の反対側を使用して、隣接するバッテリセルとの電気的接触が構成される。層１２１０は、熱伝導性ゴムのような材料で構成されても良く、これは、導電性加熱素子、電気絶縁体、および／または加熱素子１２０５とベントコネクタ８００の間の接着材として機能する。これに加えて、またはこれとは別に、ベントコネクタ８００および加熱素子１２０５は、機械的留め具を用いて、相互に固定されても良い。この留め具は、ＰＡ６６のような電気絶縁体で構成される。
【０１０４】
図１３には、コアが所定の温度閾値以下になっていることを示す温度条件の際に、バッテリセル３００のコアの温度を上げるために使用され得るシステムを示す。図に示すように、システムは、温度センサ１３０５を有し、この温度センサは、コアの加熱に必要な対応する温度を監視するために設置される。温度センサ１３０５は、車両の周囲温度、バッテリシステムの周囲温度、バッテリセル３００の温度、および／または他の所望の温度を監視するため、配置されても良い。温度情報は、制御システム１３１０に提供される。制御システム１３１０は、温度センサ情報を使用して、センサ１３０５により検出された温度が、所定の閾値を下回るタイミングを定める。これが生じた場合、制御システム１３１０は、加熱素子１２０５に電力を誘導する。電力は、車両のガスパワーエンジンに接続された発電機により、および／またはバッテリパワーシステムにより、提供されても良い。加熱素子１２０５は、電力に応じて、熱を発生し、この熱は、層１２１０を介してベントコネクタ８００に伝達される。次に、ベントコネクタ８００は、熱伝導素子として機能し、熱をバッテリセル３００の内部に伝達し、これにより、コイル状コア２００の温度が上昇する。
【０１０５】
図１４Ａには、バッテリセル３００の複コア構造１４５０を、ベントコネクタ８００に接続する一つの方法を示す。この実施例では、複コア構造１４５０は、３つの別個のコアを有し、これらのコアは、それぞれ、コア２００と同様の方法で構成される。単純化のため、バッテリセル３００の単一の端部のみを示すが、複コア構造１４５０の反対側端部と、対応する端部コネクタ８００との接続に、同じ基本構造を使用しても良い。
【０１０６】
図１４Ａでは、複コア構造１４５０は、矩形状保護シェル３０５の内部に配置される。エンドカバー組立体３３５は、シェル３０５の端部と接し、このシェル３０５の端部をシールする。電気絶縁材料で構成されたガスケット１４０５が、シェル３０５内に配置され、これは、複コア構造１４５０の端部と、エンドカバー組立体３３５の間に配置される。ベントコネクタ８００は、シェル３０５の長手方向を通る中心線からずれるようにして、エンドカバー組立体３３５を貫通して、バッテリシェル３０５の内部に延伸する。
【０１０７】
図１５には、ガスケット１４０５の上面図を示す。ガスケット１４０５は、３つの開口１５０５、１５１０、１５１５を有する。各開口は、該開口の各側に配置された、それぞれの輪郭素子の組によって定められる。開口１５０５は、輪郭素子１５２０および１５２５によって定められ、開口１５１０は、輪郭素子１５２５および１５３０によって定められ、開口１５１５は、輪郭素子１５３０および１５３５により定められる。各輪郭素子は、コイル状コア２００と近接する側の曲線表面と、曲線表面のそれぞれ反対の平坦表面とを有する。輪郭素子１５２５および１５３０は、開口１５１０が開口１５１５、１５２０よりも大きくなるようにして、相互に離間される。その結果、輪郭素子１５２５の平坦表面は、コア２００の保護が容易となるように配置され、結果的に、車両の衝突の際に生じ得るような異常な力の下で、ベントコネクタ８００は、コア２００に向かって移動する。
【０１０８】
再度、図１４Ａを参照すると、集電板ストリップ１４１５は、複コア構造１４５０の各コア２００のアノード（またはカソード）から延伸する。各集電板ストリップ１４１５は、例えば、各コア２００のアノード（またはカソード）の基板層を形成する薄膜層のような、１または２以上の薄膜層で形成されても良い。各集電板ストリップ１４１５は、単一の薄膜層として示されているが、各集電板ストリップ１４１５は、相互にグループ化された、複数の薄膜層で構成されても良い。これらの層は、複コア構造１４５０の各コア２００のアノード（またはカソード）から延伸する。図１４Ａには、３つの集電板ストリップ１４１５ａ、１４１５ｂ、１４１５ｃがあり、これらは、複コア構造１４５０の各コア２００のアノード（またはカソード）から延伸する。これらの集電板ストリップは、それぞれの開口１５０５、１５１０、１５１５を通り、ガスケット１４０５の孔１４２０内に延伸する。孔１４２０内では、各集電板ストリップ１４１５ａ、１４１５ｂ、１４１５ｃは、各可撓性コネクタ薄膜１４２５ａ、１４２５ｂ、１４２５ｃと電気的および機械的に結合される。これに限られるものではないが、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接、および／または結合法を含む各種接続方法を用いて、構造同士を接合しても良い。
【０１０９】
図１４Ａに示すように、コネクタ薄膜１４２５ａ、１４２５ｂ、１４２５ｃは、孔１４２０内でコイル化され、ベントコネクタ８００の共通の側に接合される。コネクタ薄膜１４２５ｂ、１４２５ｃは、孔１４２０の第１の側内でコイル化され、コネクタ薄膜１４２５ａは、孔１４２０の第２の側内でコイル化される。コネクタ８００がシェル３０５の長手軸の中心線に対してずれているため、孔１４２０の第１の側は、孔１４２０の第２の側よりも大きい。その結果、コネクタ薄膜１４２５ｂ、１４２５ｃは、コネクタ薄膜１４２５ａより広い空間を有し、コネクタ８００に巻き付けられ、固定される。従って、コネクタ薄膜１４２５ｂ，１４２５ｃが曲げられる角度は、比較的緩やかである。緩やかな曲がり角度は、急激な曲がり角度よりも好ましく、対応するコネクタ薄膜の破損が生じ難くなる。しかしながら、コネクタ薄膜１４２５ａは、孔１４２０のより狭小の位置に配置される。そのため、コネクタ８００との接続のため巻き回される際に、コネクタ薄膜１４２５ａには、より急な曲げ角度が必要となる。急な曲げ角度は、相当の機械的および熱的疲労を受け易く、その結果、コネクタ薄膜１４２５ａには、損傷が生じ得る。
【０１１０】
コネクタ薄膜１４２５ａの曲げ配置をより信頼性のあるものにするため、コネクタ薄膜１４２５ａに、コイルガイド部材１４３０が結合される。コイルガイド部材１４３０は、結合部１４３５と、円形部分１４４０とを有する。結合部１４３５は、他のコネクタ薄膜１４２５ｂ、１４２５ｃとの接続部の外側で、コネクタ薄膜１４２５ａと固定される。円形部分１４４０は、コネクタ薄膜１４２５ａを、ベントコネクタ８００に接近するときに、緩やかな角度で曲げるように誘導する形状および寸法を有し、これにより、コネクタ薄膜１４２５ａの信頼性が向上する。また、コイルガイド部材１４３０は、コレクタ１４１５ａおよびコネクタ薄膜１４２５ａを、ガスケット１４０５の側壁の方に移動するように寸法化されても良い。この方法では、バッテリセル３００が振動した際に、コレクタ１４１５ａおよびコネクタ薄膜１４２５ａを、この方法を採用しない場合に比べて、あまり動かさないようにすることができる。同様に、コネクタ薄膜１４２５ｂ、１４２５ｃの全長は、対応する曲げ構造により、チャンバ１４２０内のこれらの部材の振動を抑制するように選定されても良い。このような構造では、バッテリセル３００の信頼性および安全性が向上する。
【０１１１】
コイルガイド部材１４３０の使用は、３つ未満のコネクタ薄膜を有する組立体のみならず、４つ以上のコネクタ薄膜を有する組立体にも拡張することができる。各例において、コイルガイド部材１４３０は、コネクタ薄膜に固定されることが好ましく、このコネクタ薄膜は、接続のため、ベントコネクタ８００の下側および周囲で巻き回されるコネクタ薄膜とは対照的に、ベントコネクタ８００に接続される側に曲げられる。また、追加のコイルガイド部材を、コネクタ薄膜１４２５ｂ、１４２５ｃと固定して、これらのコネクタ薄膜の不要な曲がりを同様に抑制しても良い。
【０１１２】
図１４Ｂには、バッテリセル３００のコアをベントコネクタ８００に接続する一つの方法を示す。この実施例では、単一のコア２００のみが利用される。従って、ベントコネクタ８００との電気的接続のため、単一の集電板１４１５のみが、コア２００から延伸する。ベントコネクタ８００まで到達するようにして、薄膜１４２５の形成に必要となる角度の程度を抑制するため、集電板１４１５は、ベントコネクタ８００から最も遠い開口１５１５を介して配置される。他の全ての点において、図１４Ｂのエンドカバー３００は、図１４Ａに示されているものと同じである。
【０１１３】
ガスケット１４０５は、タブ１４１０を有しても良く、このタブは、保護シェル３０５内の対応する凹部に嵌合する。タブ１４００を用いて、ガスケット１４０５がシェル３０５内に固定されても良い。これに加えて、またはこれの代わりに、ガスケット１４０５は、溶接、１つ以上の機械的留め具、接着材、または他の接続機構を介して、保護シェル３０５内に固定されても良い。
【０１１４】
ガスケット１４０５は、いくつかの異なる方法で、コア２００の保護に寄与しても良い。例えば、ガスケット１４０５のコア２００と近接する部分は、保護シェル３０５の内部で、コア２００を、適切な長手方向位置に維持することに役立つ。オフセット輪郭部材１５２５は、アクシデントまたは機械的不具合の際、コネクタ８００およびその側面の接続部が、コア２００と接触することを抑制するように支援する。輪郭部材１５２０、１５２５、１５３０によって提供される開口の狭小化は、バッテリセル３００の製造中に、集電板１４１５ａ、１４１５ｂ、１４１５ｃをチャンバ１４２０に導くことに役立つ。また、ガスケット１４０５は、保護シェル３０５を強固にして、コイル状コア２００に対する保護が高まるように役立つ。
【０１１５】
図１６および１７には、エンドカバー組立体３２５を用いて、保護シェル３０５の端部をシールするための一つの方法を示す。図１６は、エンドカバー組立体３２５の横断面を通る断面図であり、図１７は、エンドカバー組立体３２５の縦断面を通る断面図である。
【０１１６】
エンドカバー組立体３２５は、カバー板／エンドキャップ１６０５と、さや部１６１０と、コネクタ８００と、シール材料１６１５とを有する。エンドカバー組立体３２５を製造するため、カバー板１６０５およびさや部１６１０は、相互に溶接され、一体化構造が形成される。これに限られるものではないが、溶接操作には、レーザ溶接、アルゴンアーク溶接、および他の溶接工程が含まれる。カバー板１６０５およびさや部１６１０は、ステンレス鋼で形成されても良い。一度カバー板１６０５とさや部１６１０が相互に溶接されると、これらは、コネクタ８００の上部に配置され、コネクタは、バッテリセルの内部から外部に延伸する。エンドカバー組立体３２５は、カバー板１６０５と、さや部１６１０と、コネクタ８００と、シール材料１６１５とを有する。エンドカバー組立体３２５を製造するため、カバー板１６０５とさや部１６１０とが相互に溶接され、一体化構造が形成される。これに限られるものではないが、溶接操作には、レーザ溶接、アルゴンアーク溶接、および他の溶接工程が含まれる。カバー板１６０５とさや部１６１０とを相互に溶接した後の製造工程には、熱集中がない。その結果、エンドカバー組立体３２５の製造の際に、バッテリセルの他の部材が損傷を受ける可能性が抑制される。
【０１１７】
カバー板１６０５およびさや部１６１０は、ステンレス鋼で形成されても良い。さらなる処理の前に、カバー板１６０５、さや部１６１０、およびシール材料１６１５によって接触されるコネクタ８００の表面は、これらの構造部とシール材料１６１５との間の密着性を高めるため、研磨しても良い。
【０１１８】
図１６および図１７を参照すると、コネクタ８００は、コネクタ８００の対向する面（両反対側の面）に設置された上部チャネル１６２０と、コネクタ８００の対向する面（両反対側の面）に設置された下部チャネル１６２５とを有する。上部および下部チャネル１６２０、１６２５は、実質的に、コネクタ８００の長手方向に沿って延伸する。チャネル１６２０は、これらが、さや部１６１０の内方突出口１６３０に対して、実質的に並列化するように配置される。
【０１１９】
また、コネクタ８００は、複数のビアホール１６３５を有し、これらのビアホールは、コネクタの幅を貫通して延伸する。図１６に示すように、ビアホール１６３５は、さや部１６１０の内方延伸口１６４０の別の組と隣接して配置される。図１７に示すように、ビアホール１６３５は、チャネル１６２０と１６２５の間に、コネクタ８００の全長に沿った各種配置で配置されても良い。
【０１２０】
一度カバー板１６０５とさや部１６１０が相互に溶接されると、コネクタ８００は、さや部１６１０の内部チャネル内の所望の位置に導入され、コネクタ８００とさや部１６１０と、カバー板１６０５の間の隙間領域に、シール材料１６１５が注入される。シール材料は、高圧下で注入され、これによりチャネル１６２０、１６２５、ビアホール１６３５が充填されるとともに、内方延伸口１６３０、１６４０の周囲の領域が充填される。
【０１２１】
シール材料１６１５は、プラスチック（例えばＰＦＡ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、改質ＰＰ等）、ゴム化合物、樹脂（例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アルデヒド改質エポキシ樹脂等）、凝集ゴム（例えば、二成分エポキシ、高温溶融ゴム等）であっても良い。シール材料１６１５は、電気絶縁体であり、電解質および塩酸に対して耐性がある必要がある。また、シール材料１６１５は、コネクタ８００、さや部１６１０、およびカバー板１６０５を形成するために使用される各種金属（例えば、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、および他の金属）を結合することができるものである必要がある。
【０１２２】
シール材料１６１５は、さや部１６１０の上部を超えて延伸する。特に、シール材料１６１５は、さや部１６１０とコネクタ８００の間の内部領域を充填し、さや部１６１０の外側の周囲を被覆して、保護フランジ１６４５を形成する。保護フランジ１６４５は、シールの一体性をさらに高める。また、保護フランジ１６４５は、保護フランジ１６４５が存在しないときにコネクタ８００に加わる、振動および衝撃力の一部を吸収しても良い。
【０１２３】
図６１に示すように、エンドカバー組立体３２５は、別の保護カバー６１０５を有しても良く、この保護カバーは、エンドカバー組立体３２５の他の部材の中で最も外側の部分に対応する。示された実施例では、保護カバー６１０５は、第１の部分６１１５を有し、この部分は、カバー板１６０５の外側表面に沿って延伸し、この部分に適合する。カバー板１６０５は、カバー板フランジ６１２０を有しても良く、このフランジは、第１の部分６１１５と対応するフランジ６１２５と接する。また、保護カバー６１０５は、第２の部分６１１０を有し、この部分は、例えば、約９０゜の角度で、第１の部分６１１５から延伸する。第２の部分６１１０は、さや部１６１０および保護フランジ１６４５の外側表面の周囲に、この部分に対応するように延伸し、開口６１３０で終端する。端子８００は、この開口６１３０を貫通して突出する。第２の部分６１１０は、開口６１３０において、端子８００とともにシールされることが好ましい。また、第２の部分６１１０は、内部フランジ６１４０を有し、このフランジは、保護フランジ１６４５と接する。第２の部分６１１０の内部フランジ６１４０の下側の領域は、保護フランジ１６４５が、保護カバー６１０５に対して力を印加するように寸法化され、これにより、保護カバー６１０５のカバー板１６０５に対する固定がより確実になる。
【０１２４】
保護カバー６１０５は、電気絶縁体で形成されても良い。例えば、保護カバー６１０５は、プラスチック（例えば、ＰＦＡ、ＰＥＳ、改質ＰＰ等）、ゴム（例えば、ＥＰＤＭ、スチレン−ブタジエンゴム等）、樹脂（エポキシ樹脂、フェノールアルデヒド改質エポキシ樹脂等）で構成されても良い。そのような材料は、絶縁体で耐熱性があり、バッテリセルの電解質によって、容易に劣化しない。絶縁体材料を用いて保護カバー６１０５を形成することにより、カバー板１６０５に対するコネクタ８００の物理的変形（例えば、車両の衝突／アクシデント）によって生じる短絡が抑制され、および／または解消される。同様に、保護カバー６１０５は、カバー板１６０５の端部の周囲に延伸し、バッテリセルと他のバッテリシステム構造の間の好ましくない電気的接触を回避する。
【０１２５】
保護カバー６１０５は、一体化構造として、または複数部材の構造として、形成されても良い。図６２および６３には、複数部材の保護カバー構造を示し、図６４には、一体化保護カバー構造を示す。
【０１２６】
図６２では、保護カバー６１０５は、２つの別個の保護カバーハーフ部６２００ａ、６２００ｂで形成される。各ハーフ部６２００ａ、６２００ｂは、それぞれ、第１の部分６１１５ａ、６１１５ｂを有し、この部分は、カバー板１６０５の外側表面沿って延伸し、この外側表面と適合するように寸法化される。また、各ハーフ部６２００ａ、６２００ｂは、それぞれのフランジ６１２５ａ、６１２５ｂを有し、このフランジは、対応するカバー板フランジ６１２０と接する。第２の部分６１１０ａ、６１１０ｂは、例えば約９０゜の角度で、第１の部分６１１５ａ、６１１５ｂから延伸する。第２の部分６１１０ａ、６１１０ｂは、さや部１６１０および保護フランジ１６４５の外側表面の周囲に延伸し、これらと適合するように寸法化される。各ハーフ部６２００ａ、６２００ｂを貫通して、開口６１３０ａ、６１３０ｂが設置され、この開口は、端子８００がここから突出するように寸法化される。第２の部分６１１０ａ、６１００ｂは、内部フランジ６１４０ａ、６１４０ｂを有し、これらのフランジは、保護フランジ１６４５と接する。保護フランジ１６４５は、保護カバー６１０５のカバー板１６０５に対する固定に役立つように、内部フランジ６１４０ａ、６１４０ｂに力を印加しても良い。
【０１２７】
保護カバーハーフ部６２００ａ、６２００ｂは、かみ合う構造を用いて、相互に接合される。図６２では、ハーフ部６２００ａは、矩形状伸張部６２０５ａを有し、この部分は、ハーフ部６２００ｂの矩形状開口６２０５ｂと接するように寸法化される。保護カバー６１０５をエンドカバー組立体３２５に設置する際に、ハーフ部６２００ａ、６２００ｂは、相互に向かって横方向に誘導され、内部フランジ６１４０ａ、６１４０ｂは、保護フランジ１６４５の下側で嵌合される。その結果、整合構造６２０５ａ、６２０５ｂは、これらが実質的にまたは完全に接するまで、互いに向かって誘導される。保護カバー６１０５の寸法および特性に応じて、組立前に、各整合構造６２０５ａ、６２０５ｂの外表面に、結合材が設置されても良い。これにより、保護カバー６１０５の全体の一体性が向上する。また、他の結合技術を使用しても良い。
【０１２８】
かみ合う構造は、各種異なる形状を取り得る。図６３では、ハーフ部６２００ａは、楕円形の伸張部６３０５ａを有し、この部分は、ハーフ部６２００ｂの対応する楕円形開口６３０５ｂと嵌合するように寸法化される。また、他の整合構造の形状（例えば、三角形、台形等）を採用しても良い。
【０１２９】
図６４では、保護カバー６１０５は、単一の一体化構造として形成される。この方法で形成される場合、保護カバーが端子８００の上部で、エンドカバー組立体３２５に設置されるように、保護カバー材料は、十分に弾性があることが好ましい。
【０１３０】
保護カバー６１０５は、バッテリセル／端子の特徴の視覚的表示を有しても良い。図６２乃至６４の図に示す保護カバーでは、極性タイプの視覚的表示６２１５が設置され、カソード端子またはアノード端子として、対応する端子が同定される。一例としての表示６２１５は、カソード端子として、対応する端子８００を同定する。
【０１３１】
図１７を参照すると、エンドカバー組立体３２５は、噴出ベント１８００を有する。噴出ベント１８００は、バッテリセル３００の内部圧力が安全ではないレベルに到達した際に、バッテリセル３００の破壊的な変形を保護するように適合される。この圧力が緩和されない場合、バッテリセル３００は、爆発するおそれがある。図６２乃至６４の各々において、保護カバー６１０５は、噴出ベント１８００の上部に排気ベント６２１０を有し、保護カバーは、噴出ベント１８００からの気体および／または他の物質の放出を妨げない。
【０１３２】
図１８には、噴出組立体１８００の一実施例を示す。この組立体は、エンドカバー組立体３２５に使用され得る。噴出組立体１８００は、ベントカバー１８０５と、破裂ピン１８１０と、ベントベース１８１５とを有する。図に示すように、噴出組立体１８００は、カバー板１６０５の排気ベント１８２０の上部に固定される。
【０１３３】
ベントカバー１８０５は、露出底部表面を有する円錐台の形態であっても良い。ベントカバー１８０５の側面を貫通して、複数の排気開口１８２５が配置される。排気開口１８２５の累積面積は、開口１８２０の面積よりも大きい必要がある。破裂ピン１８１０は、ベントカバー１８０５の上部に、開口を貫通して伸び、例えばスポットレーザ溶接法により、ここに固定される。
【０１３４】
図１８および１９の両方に示すように、ベントベース１８１５は、環状リング１８３０と、フランジ１８３５とを有する。環状リング１８３０には、リングの内部開口にわたる溶接により、変形部材１８４０が取り付けられる。環状リング１８３０の幅は、好ましくは、リングの内部開口の幅の約７０％の直径を有する。また、環状リング１８３０の口部１８４５の幅は、排気弁と１８２０の幅の７０％〜８０％を超えないことが好ましい。
【０１３５】
変形部材１８４０は、カバー板１６０５と同一材料（例えばアルミニウム、ステンレス鋼など）で形成されることが好ましく、約０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍの厚さを有する。好ましい厚さは、０．０１ｍｍと０．０５ｍｍの間である。ただし、変形部材１８４０の厚さは、ベント組立体１８００が破損する過圧レベルに基づいて調整され得る。変形部材１８４０は、環状リング１８３０の開口全体の適当なシールのため、ろう付けされても良く、アルミ箔、銅箔のような金属薄膜で形成されても良い。
【０１３６】
バルブベース１８１５は、レーザまたは電子ビームのような高エネルギービームを用いて、カバー板１６０５に溶接される。ベントカバー１８０５は、ベントベース１８１５に固定されたボス１８５０を有する。ボス１８５０は、複数の開口１８５５を有し、これらの開口は、外縁に分布され、ベントカバー１８０５とベントベース１８１５との高エネルギービーム溶接が容易になる。
【０１３７】
バッテリセル３００内の圧力が臨界レベルに近づくと、変形部材１８４０は、破裂ピン１８１０の方向に変形する。臨界圧力に達すると、変形部材１８４０は、破裂ピン１８１０によって開口され、これにより、圧力が開放され、バッテリセル３００の爆発が防止される。変形部材１８４０の破裂が生じる圧力は、変形部材１８４０と破裂ピン１８１０の間の距離を調節することにより、調整することができる。また、破裂ピン１８１０の形状により、異なる臨界圧力下で、異なる破裂モードを発生させても良い。さらに、バッテリセルの組立の際、製造中に、バッテリセル３００内の空気が枯渇すると、変形部材１８４０に逆変形が生じ、これにより、膜と破裂ピン１８１０の間の距離が大きくなる。この特性により、通常のバッテリの高速製造が容易になり、製造ラインからの異常なバッテリの安全な除去が容易になる。
【０１３８】
図２１および２２には、別の圧力緩和構造２１００、２２００を示す。各構造は、カバー板３２５の対応する排気開口とともにシールされるように配置される。緩和構造２１００は、弱化溝２１１０を有する変形膜２１０５で構成される。同様に、構造２２００は、弱化溝２２１０を有する変形膜２２０５で形成される。構造２１００と２２００の間の主な違いは、各膜の端部によって形成される形状、および各膜に設置される弱化溝の形状である。各圧力緩和構造２１００、２２００の変形膜２１０５、２２０５の寸法、ならびに各弱化溝２１１０、２２１０の深さおよび範囲は、それぞれの構造がバッテリセルの爆発を防止するために破損する際の、特定の圧力に依存する。さらに別の代替圧力緩和構造は、高分子シール材料で排気ベントを充填するものであり、高分子シールは、前述の所定の圧力を超えると破損するように適合される。
【０１３９】
図６５乃至６７には、噴出ベント１８００の別の実施例を示す。図６５には、カバー板１６０５上に組み立てられた状態の噴出ベント１８００が示されており、図６６は、噴出ベント１８００の分解図であり、図６７は、ベントの断面図である。
【０１４０】
この実施例では、噴出ベント１８００は、谷部６６１０の上部に設置された膜６６０５を有し、この谷部は、カバー板１６０５の排気開口１８２０を取り囲んでいる。谷部６６１０は、開口１８２０を画定する内端６６２５と、谷部６６１０の外縁を画定する外端６６２０とを有する。端部６６２０と６６２５の間の半径差は、排気開口１８２０の半径の約１０％から１５％であっても良い。
【０１４１】
膜６６０５は、谷部６６１０の外端６６２０内に丁度収まるように寸法化される。膜６６０５を形成するため、多種の材料が使用でき、これには、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鋼、またはベント１８００用の材料破壊仕様を満たす、他の材料が含まれる。また、材料は、容易に溶接されるものから選定されても良い。材料の厚さは、約０．０１ｍｍから０．１ｍｍの間であっても良い。示された膜６６０５は、円形であるが、他の形状（例えば、矩形、楕円形、正方形またはそのような形状）を採用しても良い。
【０１４２】
膜６６０５の上部には、安全マスク６６１５が設置される。安全マスク６６１５は、谷部６６１０の外端６６２０に丁度収まるリム６６３０を有し、１または２以上の接合部６７０５で、外端６６２０と溶接される。使用され得る溶接技術には、例えば、レーザ溶接および／または電子ビーム溶接が含まれる。
【０１４３】
クラウン部６６３５は、リム６６３０から、膜６６０５から遠ざかる方向に延伸する。クラウン部６６３５は、開口１８２０の半径とほぼ等しい半径を有しても良い。クラウン部６６３５の側部には、複数の楕円形開口６６４０が配置される。楕円形開口６６４０の全面積は、開口１８２０の面積とほぼ等しく、あるいはより大きくても良い。安全マスク６６１５の壁厚は、約０．１ｍｍから０．５ｍｍの間であっても良い。
【０１４４】
前述の噴出ベント構造を、多種の利点を得るように使用しても良い。例えば、この構造の組立体は、単純で経済的である。膜６６０５および安全マスク６６１５が開口１８２０の上部に組み立てられると、組立体は、安全マスク６６１５のリム６６３０と谷部６６１０の外端６６２０との溶接により、カバー板１６０５に容易に固定することができる。安全マスク６６１５は、膜６６０５を外力から保護することに役立ち、これにより噴出ベント１８００全体の一体性が向上する。また、安全マスク６６１５を使用して、バッテリセルの内部圧力が安全レベルを超えた場合、バッテリセルからの非ガス材料の爆発を抑制しても良い。
【０１４５】
図２３には、バッテリパック２３００のブロック図を示す。バッテリパック２３００には、複数のバッテリセル３００が、相互に直列に相互接続され、単一のハウジング２３０５内でグループ化される。単一ハウジング２３０５内のバッテリセル３００の数は、８から１５の範囲であり、１パック当たり、１０個のバッテリセルであることが好ましい。端子コネクタ２８１０は、バッテリパック２３００の対向する両端部（両反対側の端部）に配置され、これを使用して、複数のバッテリパック２３００間に電気的および機械的接続を構築する手段が提供される。ハウジング２３０５は、防水的に、半球状にシールされることが好ましいが、熱流を受容して、内部を流れるダクト２３１０を有する。ダクト２３１０は、バッテリパック２３００の対向する側（両反対側）に横方向に配置され、熱流体は、コネクタ８００に近接して流れ、バッテリパック２３００のバッテリセル３００が加熱または冷却される。隣接するバッテリセルの保護シェルは、相互に近接されても良く、この場合、これらは、相互に直接接触し配置されるか、あるいは絶縁体シートの対向面（両反対側面）に、相互に隣接して配置される。
【０１４６】
図２４には、バッテリパック２３００の形成に使用され得るハウジング２３０５の一実施例の分解図を示す。この実施例では、ハウジング２３０５は、複数の直列接続されたバッテリセル３００を有する。バッテリセル３００は、図２３に示すような方法で、相互に接続される。各バッテリセル３００の間には、絶縁材料で構成されたセパレータ２４０５が配置され、バッテリセル３００の保護シェルは、相互に電気的に切断される。しかしながら、セパレータ２４０５は、使用しないことが好ましい。その代わり、保護シェルは、相互に直接接触することが好ましく、これにより、単一の熱ユニットが形成される。これにより、温度は、より容易に制御、維持される。
【０１４７】
バッテリセル３００は、底部板２４１０と頂部板２４１５の間に配置され、ｙ軸に沿ったバッテリセル３００の移動が制限される。バッテリセル３００群の各側には、バッフル構造２４２０が配置され、これは、バッテリセル３００の全長を渡るように配向される。バッフル構造２４２０は、相互に協働し、バッテリセル３００のｘ軸に沿った移動が制限される。バッテリセル３００の対向する両端部（両反対側の端部）には、側板２４２５が配置され、この側板は、バッテリセル群の幅に沿って延伸する。側板２４２５は、バッテリセル３００のｚ軸に沿った移動が制限される。
【０１４８】
各バッフル構造２４２０と頂部板および底部板２４１５、２４１０の間、ならびに各側板２４２５と頂部板および底部板２４１５、２４１０の間には、シール素子２４５０が配置されても良い。この方法では、頂部板および底部板２４１５、２４１０は、かみ合う部材で防水シールを形成する。そのようなシールは、短絡防止に役立つ。そうでない場合、短絡により、バッテリセル３００に不具合が生じたときに、液体の漏洩が生じ得る。
【０１４９】
バッフル構造２４２０は、所望の機械的特性、耐熱劣化性、低温延性、ならびにバッテリおよび車両の環境化学物質に対する耐性を有する絶縁性プラスチック材料で構成される。図２５には、バッフル構造２４２０の一実施例を示す。各バッフル構造２４２０は、バッフル板２４３０、バッフル補強材２４３５、バッフル構造２４２０の角部に配置された開口２４４０で構成される。開口２４４０は、対応するテンション棒を受容するように適合され、このテンション棒は、バッフル構造２４２０同士の間に延伸し、バッテリセル３００をこの間に固定する。各バッフル構造２４２０の全厚は、約３ｍｍと１５ｍｍの間であっても良い。各バッフル板２４３０の厚さは、約３ｍｍから５ｍｍの間であっても良い。各バッフル補強材２４３５の厚さは、約５ｍｍから２ｍｍの間である。バッフル補強材２４３５は、バッフル構造２４２０にわたって、水平および垂直な力を等しく分配し、これにより、バッフル構造２４２０によるバッテリセル３００の保護能力が向上する。バッフル構造２４２０の４つの角部での、ネジのような機械的留め具の使用が容易になるように、ビアホールが予備設置されても良い。そのような機械的留め具は、頂部板および底部板２４１５、２４１０と、バッフル構造２４２０の接続に好適である。バッフル構造２４２０上には、頂部板および底部板２４１５、２４１０と結合するように配置された、Ｌ字状の構造があっても良い。頂部板２４１５は、バッフル構造２４２０の上部Ｌ字状構造と、底部Ｌ字状構造の間に配置される。開口は、頂部板２４１５とバッフル構造２４２０の上部Ｌ字状構造の間に配置される。開口は、ピンを受容するように適合され、このピンは、頂部板２４１５とバッフル構造２４２０と間の動きを制限し、これにより、ｘ軸およびｙ軸に沿った、バッテリセル３００の動きが制限される。
【０１５０】
頂部板および底部板２４１５、２４１０は、所望の機械的および化学的特性を有するプラスチック絶縁体材料で構成される。図２６に示すように、頂部板および底部板２４１５、２４１０は、各々、平坦板２６０５、補強材２６１０、および開口２６１５で構成される。開口２６１５は、対応するテンション棒を受容するように適合され、このテンション棒は、頂部板および底部板２４１５、２４１０の間に延伸する。頂部板および底部板２４１５、２４１０の各々の全厚は、約３ｍｍから１５ｍｍの間であっても良い。各平坦板２６０５の厚さは、約３ｍｍから５ｍｍの間であっても良い。各補強材２６１０の厚さは、約５ｍｍから１０ｍｍの間であっても良い。補強材２６１０は、頂部板および底部板２４１５、２４１０のそれぞれにわたって、水平および垂直な力を均等に分配するように適合される。頂部板および底部板２４１５、２４１０に予め埋設されたボルトを使用して、頂部板および底部板２４１５、２４１０は、バッフル構造２４２０ならびに側板２４２５と接続される。頂部板２４１０の内側面のボスは、バッテリセル３００のｙ軸に沿った動きを制限する。
【０１５１】
側板２４１０は、所望の機械的および化学的特性を有するプラスチック絶縁体材料で構成される。図２６に示すように、各側板２４２５は、頂部板２４１５および底部板２４１０が相互に接続された際に形成される、側面開口に整合する外郭を有する。
【０１５２】
バッテリパックハウジング２３０５は、いくつかの理由で有意である。例えば、バッテリパックハウジング２３０５は、各過剰な動きに沿った、バッテリセル３００の移動を制限し、これにより、バッテリパック２３００の信頼性が向上し、バッテリの寿命が延伸する。各軸に沿ったバッテリセル３００の動きは、バッテリパック２３００によって占められる容積を抑制するように、バッフル構造２４２０、ならびに頂部板および底部板２４１５を設計することにより、容易に制限される。絶縁材料からハウジング２３０５を形成した場合、バッテリセル３００は、ハウジングを介して相互に電気的に接触しなくなるため、これにより短絡の危険が抑制される。また、プラスチック材料を使用して、ハウジング２３０５の部材を形成することにより、バッテリパック２３００の重量が低減される。さらに、バッテリパック２３００の各種部材の間の接合部に、シール材料が提供されるため、バッテリセルのリークの結果生じ得る短絡は、抑制され、これによりバッテリパックからの流体の漏洩が防止される。
【０１５３】
図２７には、隣接するバッテリパック２３００を機械的および電気的に相互接続するために使用されるコネクタ２７００を示す。コネクタ２７００は、第１の導電性アーム２７０５と、第２の導電性アーム２７１０とを有し、これらのアームは、弓状のマルチレイヤ金属薄膜２７１５で接続される。弓状薄膜２７１５は、約０．０１ｍｍから５．０ｍｍの間の厚さを有しても良く、溶接が容易となるように、銅箔で形成されても良い。あるいは、導電性アーム２７０５、２７１０は、弓状薄膜２７１５と同様に、ニッケル、アルミニウム、または他の金属で構成されても良い。導電性アーム２７０５、２７１０および弓状薄膜２７１５は、同じ材料で構成されることが好ましく、これにより、コネクタ２７００の全体の導電性が向上する。弓状薄膜２７１５の形成工程は、複数の薄い金属シートを弓状構造に形成するときに、それらを一緒に高温プレスする処理を含んでも良い。各導電性アーム２７０５、２７１０は、弓状薄膜２７１５に近接するＬ字型の接合部２７２０を有し、ここで、弓状薄膜２７１５は、各アームと溶接および／または高温プレスされる。各導電性アーム２７０５、２７１０および弓状薄膜２７１５の寸法は、コネクタ２７００を使用するバッテリパックの電極端子の寸法、およびバッテリパックの間に必要な通電能力によって定められる。弓状薄膜２７１５は、所定の強さを超える衝撃力を受けたときに破損するように寸法化されても良く、これにより、このバッテリパックと、隣接するバッテリパックとの接続が切断される。さらに、弓状薄膜２７１５は、フューズとして機能するように寸法化され、隣接するバッテリパック間の電流が所定のレベルを超えた際に、隣接するバッテリパック間の接続が切断されても良い。
【０１５４】
図６８には、別のコネクタ２７００を示すが、このコネクタは、隣接するバッテリパック２３００間の機械的および電気的相互接続に使用され得る。この実施例では、コネクタ２７００は、第１の導電性アーム６８０５と、第２の導電性アーム６８１０とを有し、これらのアームは、弓状金属部材６８１５によって接続される。弓状金属部材６８１５は、金属メッシュ６８２５として形成されても良く、これは、対向する（両反対側の）弓状支持アーム６８３０の間に延伸する。金属メッシュ６８２５は、約０．０１ｍｍから５．０ｍｍの間の厚さを有しても良く、溶接に好適な単一の金属種または複数の金属のストランドから構成される。アーム６８０５、６８１０は、開口６８２０を有する金属シートとして、形成されても良く、留め具は、この開口を介して延在し、コネクタ２７００をそれぞれのバッテリパックに固定する。導電性アーム６８０５、６８１０、および弓状金属部材６８１５は、銅、ニッケル、アルミニウム、または他の金属で形成されても良い。導電性アーム６８０５、６８１０、および弓状金属部材６８１５は、同一材料で構成されることが好ましく、これにより、コネクタ２７００の全体の伝導性が向上する。各導電性アーム６８０５、６８１０および弓状金属部材６８１５の寸法は、コネクタ２７００を使用するバッテリパックの電極端子の寸法、ならびにバッテリパック間に必要な通電能力によって定められる。弓状金属部材６８１５は、所定の強さを超える衝撃力を受けたときに破損するように寸法化されても良く、これによりバッテリパックと、隣接するバッテリパックとの間の接続が切断される。また、弓状金属部材６８１５は、フューズとして機能するように適合されても良く、隣接するバッテリパック間の電流が所定のレベルを超えたときに、隣接するバッテリパック間の接続が切断される。さらに、コネクタ２７００は、十分に弾性を有するように形成されても良く、隣接するバッテリパック間のいかなる動きに対しても、機械的緩衝性が得られる。
【０１５５】
図２８には、コネクタ２７００を用いて、突き合わせ構成（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｈｅａｄ）で配置された、複数のバッテリパック２８０５ａ、２８０５ｂを相互接続する方法を示す。しかしながら、バッテリパック２８０５ａ、２８０５ｂは、図６９に示すように、コネクタ２７００を用いて、サイドバイサイド方式で配置されても良い。図に示すように、バッテリパック２８０５ａ、２８０５ｂの各々は、パックの単一の側に沿って配置された、一組のバッテリパック端子を有し、その側面の各端部に一つの端子が配置される。バッテリパック端子は、車両のアクシデント等の際に生じる異常な力を受けたときに、破損するように適合されても良い。コネクタ２７００は、バッテリパックの各端部に使用され、バッテリパック端子間に、機械的および電気的な接続が構築される。簡素化を図るために、端子２８１０ａ、２８１０ｂのみが示され、説明されているが、別のバッテリパックの端子と隣接する、バッテリパックの各端子間には、同じ構成が使用される。バッテリパック２８０５ａと２８０５ｂの間のコネクタ２７００は、機械的なバッファを提供し、これは、バッテリパック２８０５ａと２８０５ｂの間に相対的な変位があるとき、衝撃力を吸収する。また、コネクタ２７００は、車両のアクシデント等の際に生じる異常な力を受けた場合、隣接するバッテリパック間の接続を、切断するように適合されても良い。
【０１５６】
コネクタ２７００は、導電性アーム２７１０を、端子２８１０ａの接続板２８３０ａに接続し、導電性アーム２７０５を、隣接する端子２８１０ｂの接続板２８３０ｂに接続することにより、バッテリパック２８００ａ、２８００ｂに固定される。各導電性アーム２７０５、２７１０は、溶接ワイヤを受容するように適合された溝２７２５を有する（図２７参照）。また、各アーム２７０５、２７１０は、複数の開口２７３０を有し、これらの開口は、機械的な留め具を受容するように適合される。隣接するバッテリパック２８０５ａ、２８０５ｂの端子同士を接続するため、各溝２７２５には、溶接ワイヤが配置される。次に、各アーム２７０５、２７１０は、対応する端子と、（例えば、ろう付け、レーザ溶接、超音波溶接等を用いて）溶接される。各アームは、ろう付けを用いて、対応する端子に取り付けられることが好ましい。ろう付けにより、バッテリパック間の相互接続を維持することが容易になり、また、バッテリシステム内でのバッテリパックの取り替えが簡単になる。相互接続を形成する金属合金が、容易に再加熱され、バッテリシステム内で、バッテリパックが他のバッテリパックから分離されるようになるからである。また、ネジ、ボルト等のような機械的留め具２８４０は、開口２７１５内に挿入され、各端子の対応する開口と合わされ、導電性アームと対応する端子との間に、より信頼性のある接続が構築される。この方法で、コネクタ２７００を隣接するバッテリパックの対応する端子と溶接し固定することにより、隣接するバッテリパック間に、低抵抗で、高電流容量の経路が得られる。隣接するバッテリパックは、これらが電気的に相互に並列化されるように接続されても良いが、配置は、直列に接続されることが好ましい。
【０１５７】
図２９には、バッテリシステム２９００を示す。このバッテリシステムは、電力によって駆動される車両のモータ／発電器に電力を供給し、モータ／発電器から電力を受電する。バッテリシステム２９００は、複数のバッテリパック２８０５を有する。バッテリパックの数は、約５つであっても良く、１０個であることが好ましい。各バッテリパック２８０５は、複数のセル３００を有し、好ましくは８から１５の間のパック、より好ましくは１０個のパックを有する。各バッテリパック２８０５のセル３００は、相互に直列に電気的に接続される。また、複数のバッテリパック２８０５は、相互に直列に電気的に接続される。
【０１５８】
各バッテリパック２８０５は、それぞれのバッテリパックハウジング２３０５内に配置される。車両には、複数のバッテリパックおよびそれらのハウジングを収容する部屋が提供される。この部屋により、モータ／発電器との電気的接続が容易になる。各バッテリパック２８０５のバッテリパックハウジング２３０５は、各端子の近傍の領域に、各バッテリパック２８０５を貫通する開口が提供されることを除いて、周囲の環境から実質的にシールされる（例えば防水性付与）。隣接するバッテリパックハウジング２３０５の開口は、ダクトワークによって相互接続され、これにより、空気のような冷却流体の、バッテリシステム２９００を通る循環が容易となる。
【０１５９】
バッテリシステム２９００を収容する部屋は、一部が車両の後方乗客席の下側に適合し、一部が車両のトランク室内に適合するように、形状化および寸法化されても良い。あるいは、部屋は、車両の床の下側に適合するように、形状化および寸法化されても良い。
【０１６０】
図２９では、ポンプ２９０５により、バッテリシステム２９００内を、空気のような熱流体が流動される。ポンプ２９０５は、流れの矢印２９１０で示された方向に、システム２９００を通る熱流体を駆動する。流れの矢印で示されるように、ポンプ２９０５は、熱流体がシステム２９００の他の部分に分配されるように、中央ダクト２９３０の入口２９２７に提供される前に、熱流体が熱処理ユニット２９１５を通るように誘導する。熱処理ユニット２９１５は、熱流体を冷却するコンデンサ２９２０、および熱流体を加熱するヒータ２９２５を有しても良い。コンデンサ２９２０は、バッテリシステム２９００の温度が所定の閾値を超えた際に、活性化される。同様に、ヒータ２９２５は、バッテリシステム２９００の温度が所定の閾値を下回った際に、活性化される。
【０１６１】
熱流体が中央ダクト２９３０を通って循環すると、熱流体は、中央ダクト２９３０に隣接する各バッテリパック２８０５の端子部を、加熱または冷却する。ダクトワークの端部２９４０に到達すると、熱流体は、バッテリシステム２９００の外部ダクト２９１０、２９４０に向かって誘導される。これにより、熱流体は、バッテリシステム２９００の外部ダクトに近接する各バッテリパック２８０５の端子部を、加熱または冷却することが可能となる。従って、バッテリシステム２９００内のバッテリセル３００は、制御された環境下で作動し、温度は、最適なレベルに維持される。熱流体の一部は、バッテリシステム２９００のダクトから、車両の乗客室に誘導されても良い。この方法では、バッテリシステム２９００で発生した熱が、車両の乗客室内の加熱に使用される。バッテリシステム２９００のダクトから誘導される熱流体の量は、乗客室内の個人によって制御され、部屋の温度が調整されても良い。
【０１６２】
図３０乃至３４には、コアの反対両端に、コイル状コアのアノードとカソードの接続を提供することに関連する利点を示す。比較のため、図３０には、コア３００５、アノードコネクタ３０１０、およびカソードコネクタ３１１５を有するバッテリ３０００を示す。アノードコネクタ３０１０およびカソードコネクタ３０１５は、コア３００５の同じ側に配置される。作動中のコア３００５内での電流分布は、陰影によって示されている。図に示すように、コネクタ３０１０および３０１５の近傍には、相当の電流密度が存在する。高電流密度領域は、オームの法則により、高温部に対応する。その結果、コネクタ３１０１および３０１５に近接する領域は、作動中高温となり、バッテリの特性が劣化する。また、バッテリ３０００の寿命も影響を受ける。
【０１６３】
図３１には、コイル状コア３１０５、アノードコネクタ３１１０、およびカソードコネクタ３１１５を有するバッテリ３１００を示す。アノードコネクタ３１００およびカソードコネクタ３１１５は、コイル状コア３１０５の反対両側に配置される。コア３１０５は、縦３１２０と、幅３１２５を有する。アノードコネクタ３１１０は、幅３１３０を有し、カソードコネクタ３１１５は、幅３１３５を有する。幅３１３０および３１３５は、幅１０２５よりも短く示されているが、これらの幅は、コア３１０５の幅３１２５と実質的に同等に伸びていても良い。
【０１６４】
図３１に示す寸法は、様々な比率を取り得る。例えば、幅３１２５に対する縦３１２０の比は、約１．５から４．５の間であっても良く、これは、約２．５から３．５の間であることが好ましい。幅３１３５に対する幅３１３０の比は、約０．８から１．２の間であっても良く、これは、０．９から１の間であることが好ましい。幅３１２５に対する幅３１３０（および幅３１３５）の比は、約０．３から０．６の間であっても良く、これは、０．４から０．５の間であることが好ましい。
【０１６５】
図３２には、幅３１３０と幅３１３５とがほぼ等しいときの状態を示す。この状態では、電場３２００は、コア３１０５の端部に対して、角度θを形成する。角度θの値は、ｔａｎ−１（（Ｗ−ａ）／Ｌ）によって決定され、ここでＷは、幅３１２５であり、ａは、幅３１３０であり、Ｌは、全長３１２０である。角度θが約０゜から２０゜の間にある場合、電流密度は、最適化され得る。これは、０＜（Ｗ−ａ）／Ｌ＜０．３７のときに生じる。
【０１６６】
図３３には、運転時のコア３１０５での電流密度を示す。図に示すように、電流密度は、コア３１０５の片側に集中してはおらず、むしろ、アノードコネクタ３１１０とカソードコネクタ３１１５に近接して、反対両側に分配されている。コア３１０５の中央近傍の電流密度は、図３０に比べて低下している。その結果、コア３１０５の中央部は、顕著な温度上昇を受けなくなる。また、コア３１０５の単一の側において、温度変化が集中しなくなる。
【０１６７】
図３４には、図３０に対応して構成されたバッテリ（バッテリＡで示す）と、図３１に対応して構成されたバッテリ（バッテリＢで示す）の特性を比較した表を示す。図３４の列は、以下の値に対応している：
・列３４０５は、各バッテリの放電／再充電サイクル数に対応する；
・列３４１０は、列３４０５のサイクル数の後の、バッテリ容量に対応する；
・列３４１５は、列３４０５に示すサイクル数の後の、元のバッテリ容量に対する現在のバッテリ容量の比に対応する；
・列３４２０は、列３４０５に示すサイクル数を受けた後の、バッテリ動作中に生じるアノードコネクタ近傍の最大温度に対応する；
・列３４２５は、列３４０５に示すサイクル数を受けた後の、バッテリ動作中に生じるカソードコネクタ近傍の最大温度に対応する；
・列３４３０は、列３４０５に示すサイクル数を受けた後の、バッテリ動作中に生じるコアの中心近傍での最大温度に対応する。
【０１６８】
表に示すように、バッテリＡとバッテリＢの特性パラメータの間には、顕著な差異が認められる。特性の差異は、バッテリがより多くの充電／再充電サイクル数を受けると、次第に顕著になる。結果的に、バッテリＢの特性は、バッテリＡよりも長期にわたって良好であり、バッテリＢは、より長寿命である。
【０１６９】
本発明の各種実施例について説明したが、本発明の範囲内で、さらに多くの実施例が可能であることは、当業者には明らかである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその等価物を除いて、限定されるものではない。
【０１７０】
本願は、下記の中国特許出願に基づく優先権を主張する。これらの文献は、参照することにより、本願明細書に取り入れられている：
中国特許出願第２００８１０２１７０１８．１号（２００８年１０月１０日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８２．８号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０９０．２号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８２０１４６８４８．５号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８２０１４６８５１．７号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８２０１４６８４９．Ｘ号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８４．７号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８５．１号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８９．Ｘ号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８６．６号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８７．０号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８８．５号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８３．２号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４２０８０．９号（２００８年８月２６日に出願）
中国特許出願第２００８１０１４５７３４．３号（２００８年８月１４日に出願）
中国特許出願第２００８１０１３５４７８．Ｘ号（２００８年８月７日に出願）
中国特許出願第２００８１０１３５４７７．５号（２００８年８月７日に出願）
中国特許出願第２００８２０１１６４９６．９号（２００８年６月３０日に出願）
中国特許出願第２００７２０１９６３９５．２号（２００７年１２月２５日に出願）
中国特許出願第２００８２０１８３４００．０号（２００８年１２月１２日に出願）
中国特許出願第２００８２０１７６５９０．３号（２００８年１２月５日に出願）
中国特許出願第２００８１０１７９２７８．４号（２００８年１２月４日に出願）
中国特許出願第２００８２０１７９６５６．４号（２００８年１２月４日に出願）
中国特許出願第２００８２０１８０５４１．７号（２００８年１２月３日に出願）
【図１】
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【図２Ａ】
0005566908.tif 000003
【図２Ｂ】
0005566908.tif 000004
【図２Ｃ】
0005566908.tif 000005
【図２Ｄ】
0005566908.tif 000006
【図３】
0005566908.tif 000007
【図４】
0005566908.tif 000008
【図５】
0005566908.tif 000009
【図６】
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【図７】
0005566908.tif 000011
【図８】
0005566908.tif 000012
【図９】
0005566908.tif 000013
【図１０】
0005566908.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005566908.tif 000017
【図１４Ａ】
0005566908.tif 000018
【図１４Ｂ】
0005566908.tif 000019
【図１５】
0005566908.tif 000020
【図１６】
0005566908.tif 000021
【図１７】
0005566908.tif 000022
【図１８】
0005566908.tif 000023
【図１９】
0005566908.tif 000024
【図２０】
0005566908.tif 000025
【図２１】
0005566908.tif 000026
【図２２】
0005566908.tif 000027
【図２３】
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【図２４】
0005566908.tif 000029
【図２５】
0005566908.tif 000030
【図２６】
0005566908.tif 000031
【図２７】
0005566908.tif 000032
【図２８】
0005566908.tif 000033
【図２９】
0005566908.tif 000034
【図３０】
0005566908.tif 000035
【図３１】
0005566908.tif 000036
【図３２】
0005566908.tif 000037
【図３３】
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【図３４】
0005566908.tif 000039
【図３５】
0005566908.tif 000040
【図３６】
0005566908.tif 000041
【図３７】
0005566908.tif 000042
【図３８】
0005566908.tif 000043
【図３９】
0005566908.tif 000044
【図４０】
0005566908.tif 000045
【図４１】
0005566908.tif 000046
【図４１Ａ】
0005566908.tif 000047
【図４２】
0005566908.tif 000048
【図４３】
0005566908.tif 000049
【図４４】
0005566908.tif 000050
【図４５】
0005566908.tif 000051
【図４６】
0005566908.tif 000052
【図４７】
0005566908.tif 000053
【図４８】
0005566908.tif 000054
【図４９】
0005566908.tif 000055
【図５０】
0005566908.tif 000056
【図５１】
0005566908.tif 000057
【図５２】
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【図５３】
0005566908.tif 000059
【図５４】
0005566908.tif 000060
【図５５】
0005566908.tif 000061
【図５６】
0005566908.tif 000062
【図５７Ａ】
0005566908.tif 000063
【図５７Ｂ】
0005566908.tif 000064
【図５８】
0005566908.tif 000065
【図５９】
0005566908.tif 000066
【図６０】
0005566908.tif 000067
【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
0005566908.tif 000071
【図６５】
0005566908.tif 000072
【図６６】
0005566908.tif 000073
【図６７】
0005566908.tif 000074
【図６８】
0005566908.tif 000075
【図６９】
0005566908.tif 000076