(57)【要約】  本発明は、外側ケースの２つの部品としてベースケース及び挿入体を備えるバッテリケースを開示する。ベースケースは第１の高分子材料から形成され、挿入体は第２の高分子材料から形成され、第２の高分子材料は第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有している。第２の高分子材料は、基本高分子と、セラミック、ガラス又はカーボンファイバなどを含む。第２の高分子材料の基本高分子は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどてあり、セラミック充填材は、アルミナ、石英ガラス、ＭＡＣＯＲ（登録商標）として販売されるガラスセラミック、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニアなどである。第１の高分子材料は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなどである。【選択図】図１Ａ
2009505348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の高分子材料と、
第２の高分子材料と
からなるバッテリケースであって、
前記第２の高分子材料が前記第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有し、前記第２の高分子材料が前記バッテリケースからの熱の伝達を促進する、バッテリケース。
【請求項２】
前記第２の高分子材料が、基本高分子と、少なくとも１つの熱伝導性充填材とを含む、請求項１に記載のバッテリケース。
【請求項３】
前記熱伝導性充填材がセラミック充填材を含む、請求項２に記載のバッテリケース。
【請求項４】
前記セラミック充填材が、アルミナ、石英ガラス、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニア、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項３に記載のバッテリケース。
【請求項５】
前記第１の高分子材料が、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項４に記載のバッテリケース。
【請求項６】
前記第２の高分子材料が約１．０Ｗ／ｍｋ〜約１０Ｗ／ｍｋの熱伝導率を有し、前記第１の高分子材料が約０．２Ｗ／ｍｋ〜約１．０Ｗ／ｍｋの熱伝導率を有している、請求項１に記載のバッテリケース。
【請求項７】
前記ケースが少なくとも１つの挿入体とベースとを備え、前記第２の高分子材料が前記挿入体を構成し、前記第１の高分子材料が前記ベースを構成する、請求項１に記載のバッテリケース。
【請求項８】
第１の高分子材料からなるベースケースと、
前記第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有する第２の高分子材料からなり、前記バッテリケースからの熱の伝達を促進する挿入体と、
少なくとも１つの電極積層体と
を備えるアルカリストレージバッテリ。
【請求項９】
前記ベースケースが前記挿入体を受けるようになっている、請求項８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１０】
前記第２の高分子材料が、基本高分子と、少なくとも１つのセラミック充填材とを含む、請求項８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１１】
前記セラミック充填材が、アルミナ、石英ガラス、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニア、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項１０に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１２】
前記第１の高分子材料が、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項１１に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１３】
前記ベースケース及び前記挿入体が、前記第１の高分子材料及び前記第２の高分子材料を用いて二色成形及びインサート成形のうちの一方によって一体成形される、請求項８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１４】
前記ベースケースが外側フランジを更に備え、前記挿入体が内側フランジを更に備え、前記外側フランジが前記内側フランジと接触する、請求項９に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１５】
前記第２の高分子材料が約０．１ｏｈｍ・ｃｍ〜約１Ｅ１５ｏｈｍ・ｃｍの体積抵抗率を有し、前記第１の高分子材料が約１Ｅ１２ｏｈｍ・ｃｍ〜約１Ｅ１５ｏｈｍ・ｃｍの体積抵抗率を有している、請求項８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１６】
熱伝導性のフィンを更に備える、請求項８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１７】
第１の高分子材料からなるベースケースと、
前記第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有する第２の高分子材料からなり、前記バッテリケースからの熱の伝達を促進する挿入体と、
少なくとも１つの電極積層体と
を備えるモノブロックアルカリストレージバッテリ。
【請求項１８】
前記第２の高分子材料が、基本高分子と、少なくとも１つのセラミック充填材とを備えている、請求項１７に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項１９】
前記セラミック充填材が、アルミナ、石英ガラス、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニア、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項１８に記載のアルカリストレージバッテリ。
【請求項２０】
前記第１の高分子材料が、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項１９に記載のアルカリストレージバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、改善された熱伝導率を有するバッテリケース及びアルカリストレージバッテリに関する。特に、本発明は、熱伝導性の高分子材料を含むバッテリケース及びアルカリストレージバッテリであって、高分子材料がバッテリ及びバッテリケースからの熱の放熱を可能にするバッテリケース及びアルカリストレージバッテリに関する。
【発明の背景】
【０００２】
充電式バッテリは、フォークリフト、ゴルフカー、無停電電源装置及び電気自動車などの様々な工業的及び商業的用途で使用されている。
【０００３】
充電式鉛酸バッテリは、内燃機関における始動モータにとって有用な電源である。しかしながら、充電式鉛酸バッテリは、それらの低いエネルギ密度（約３０Ｗｈ／ｋｇ）により、また、それらが適切に熱を拒絶できないことから、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）及び２−３輪スクータ／オートバイにとって実用的な電源とはならない。充電式鉛酸バッテリを使用する電気自動車は、再充電を要する前は短距離しか走らず、再充電するのに約６〜１２時間を要するとともに、有毒な材料を含んでいる。また、充電式鉛酸バッテリを使用する電気自動車は、加速が遅く、重放電に対する耐性が低く、バッテリ寿命はたったの約２００００マイルである。
【０００４】
ニッケル金属水素化物バッテリ（「Ｎｉ−ＭＨバッテリ」）は充電式鉛酸バッテリよりもかなり優れており、Ｎｉ−ＭＨバッテリは、電気自動車、ハイブリッド車、及び、他の形態の推進自動車において利用できる理想的なバッテリである。例えば、その開示内容が参照することにより本願に組み入れられる米国特許第５，２７７，９９９号に記載されるようなＮｉ−ＭＨバッテリは、充電式鉛酸バッテリよりもかなり高いエネルギ密度ウォータークラフトを有し、再充電前に２５０マイルにわたって電気自動車に給電できるとともに、１５分で再充電でき、有害な材料を含んでいない。
【０００５】
Ｎｉ−ＭＨバッテリのパワー及び充電能力の電気化学的態様の改良においては、これまでに、広範囲にわたって研究が行なわれてきた。これについては、米国特許第５，０９６，６６７号、第５，１０４，６１７号、第５，２３８，７５６号、第５，２７７，９９９号に詳しく記載されており、これらの全ての内容は、参照することにより本願に組み入れられる。
【０００６】
Ｎｉ−ＭＨバッテリの特性の機械的及び熱的な態様は、動作の重要な態様を有している。例えば、電気自動車及びハイブリッド車では、バッテリの重量が重大なファクタである。このため、電気自動車及びハイブリッド車用のバッテリの設計においては、個々のバッテリの重量軽減が重要な検討材料である。バッテリ重量は、バッテリの必要な機械的要件（すなわち、輸送の容易、耐久性、構造的一体性など）を与えつつ減少されなければならない。
【０００７】
電気自動車及びハイブリッド車の用途は、熱的管理に関する重大な要件をもたらす。個々の電気化学セルは互いに近接して配置され、多くのセルが互いに電気的に接続される。したがって、充電及び放電中にかなりの熱を形成する特有の傾向があるため、電気自動車及びハイブリッド車用の機能するバッテリ構造は、形成された熱が十分に制御されるかどうかによって判断される。熱源は主に３段構えである。第１は、暑い気候で自動車を作動させることによる周囲の熱であり、第２は、充電及び放電時の抵抗加熱又はＩ２Ｒ加熱（Ｉは、バッテリへ流れる或いはバッテリから流れる電流を示し、Ｒはバッテリの抵抗である）であり、第３は、ガス再結合に起因する過充電中に途方もない量の熱が形成されるものである。
【０００８】
そのエネルギ蓄積能力又は出力を減らすことなくその全体の重量を減らし且つ電気自動車及びハイブリッド自動車の用途並びに他の用途においてうまく作動するために必要な熱的管理を組み入れるバッテリが開発されてきた。１つのそのようなバッテリ構造がモノブロックバッテリである。モノブロックバッテリの一例は、その内容が参照することによって本願に組み入れられる２００１年７月３日にＣｏｒｒｉｇａｎ等に対して発行された米国特許第６，２５５，０５１号において提供されている。モノブロックバッテリの他の例は、その内容が参照することによって本願に組み入れられる２００４年２月１０日にＧｏｗ等に対して発行された米国特許第６，６８９，５１０号において提供されている。モノブロックバッテリの一例は、その内容が参照することによって本願に組み入れられる米国特許出願第０９／８６１９１４号において提供されている。
【０００９】
プリズムバッテリ筐体に最適な材料として高分子が幅広く使用されている。これらの利点としては、低コスト、軽量、及び、金属ケースよりも製造が容易であることが挙げられる。そのようなバッテリが平均寿命を果たすようにするには、バッテリから熱を放散させることが重要である。高分子は一般に優れた体積抵抗率及び絶縁特性を有するが、熱伝導率が低いことが欠点である。
【発明の概要】
【００１０】
現在、当分野では、複数の用途で容易に改良でき且つ有効な熱的管理及び機械的安定性を与える構造を成すバッテリケースの必要性がある。本発明は、改善された熱的管理及び改善された構造的一体性（構造的完全性）を有するバッテリを開発するために異なる熱伝導抵抗を有する高分子材料を伴う柔軟なベース構造を組み込むことにより、従来技術における欠陥を克服する。
【００１１】
本明細書中に開示されているものは、外側ケースの２つの部品としてベースケース及び挿入体を備えるバッテリケースである。ベースケースは第１の高分子材料から形成され、挿入体は第２の高分子材料から形成されており、第２の高分子材料は第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有している。第２の高分子材料は、基本高分子と、セラミック、ガラス又はカーボンファイバなどの少なくとも１つの熱伝導性充填材とを含んでいてもよい。第２の高分子材料の基本高分子は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドからなるグループから選択されることができ、また、セラミック充填材は、アルミナ、石英ガラス、ＭＡＣＯＲ（登録商標）として販売されるガラスセラミック、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニア、及び、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択されることができる。第１の高分子材料は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドからなるグループから選択されることができる。ベースケース及び挿入体は、第１の高分子材料及び第２の高分子材料を用いて二色成形及びインサート成形のうちの一方によって一体成形されてもよい。
【００１２】
好ましい実施形態は、バッテリケースの外面上にフィンを設けている。フィンを使用することにより、機械的安定性が得られ、より効率的な冷却される。フィンは、バッテリの内部からの熱の伝達を助ける更なる表面積をケース上に与える。
【００１３】
ケースは、様々な用途で組み入れることができる基本形状に合わせて形成されてもよい。基本形状は、挿入体を受け入れてもよい開口を有して形成される。挿入体は、様々な度合いの熱伝導率を有する材料から構成されてもよい。挿入体は、少なくとも基本形状と同じ熱伝導性を有する材料から構成されてもよく、好ましくは、挿入体は、基本形状よりも高い熱伝導性を有している。バッテリサイズが大きくなるにつれて、形成される熱量も増大する。また、熱は、熱的な管理を助けるための液体及び／又はガス／空気冷却を使用して更に放散されてもよい。これらの冷却手法は、本発明のケースと共に使用されてもよい。
【００１４】
本発明の様々な態様及び本発明の様々な実施形態の理解を助けるため、ここで、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照する。図面は、単なる典型例であり、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【発明の実施形態の詳細な説明】
【００１５】
本発明は、改善された熱伝導率を有するバッテリケース及びバッテリを開示する。バッテリケースは、第１の高分子材料及び第２の高分子材料から形成される。この場合、第２の高分子材料は第１の高分子材料よりも高い熱伝導率を有している。異なる熱伝導率は、バッテリセルからの熱の放熱を促す。また、熱伝導性材料の有効な配置により、システム全体の重量が劇的に増大されず、また、熱伝達が最大になる。
【００１６】
図１Ａ−１Ｅを参照すると、全体的に１００で示された本発明のバッテリの一実施形態が示されている。第１の高分子材料は、上端面１２１Ａ及び下端面１２１Ｂでバッテリ筐体を構成するとともに、前面１２３Ａ及び後面１２３Ｂでバッテリカバーを構成している。第２の高分子材料は、熱伝導性の側壁１２６Ａ，１２６Ｂを構成している。この実施形態において、熱伝導性の側壁１２６Ａ，１２６Ｂは、電極積層体１１０によって形成される熱の伝達を助け、また、その熱はバッテリ１００から放熱される。バリトラップ１２９は、溶接プロセスに起因して押し出されたプラスチック溶融物が捕捉されるようにする。これにより、バリ、すなわち、溶融物を除去するための不必要な二次的作業が排除される。バッフルは気流の調整を助けることが好ましい。バッフルの構成は、十分な気流をモジュールに対して供給するように且つ対流サイクルを形成するように最適化されてもよい。これにより、形成された熱を伝えることができるモジュールの能力が高められる。
【００１７】
電極積層体１１０が充電及び放電するにつれて、形成される熱は、熱伝導性の側壁１２６Ａ，１２６Ｂによって放熱される。熱交換フィン１２８が前バッテリカバー１２３Ａ及び後バッテリカバー１２３Ｂ上でシステム内に組み込まれることが好ましい。フィン１２８は熱伝導性材料を備えていることが好ましい。この場合、熱伝導性材料は、熱伝導性の側壁１２６Ａ，１２６Ｂのために使用される材料と同じであってもよく或いは異なっていてもよい。熱交換フィン１２８は、熱が形成されるにつれてバッテリカバーから熱を引き離す。また、図２Ｃに示されるように、熱は、バッテリカバー１２３Ａ，１２３Ｂ上にわたってフィン１２８を通じて流れる空気によって放散されることが好ましい。熱が生成されると、熱は、バッテリカバーから離れるように上昇し、冷却空気を引き込んでバッテリカバー１２３Ａ，１２３Ｂ及びフィン１２８と接触させる。フィン１２８は、バッテリの内部からの熱の伝達を助ける更なる表面積をケース上に与える。熱の放散に加えて、フィン１２８は、バッテリ１００に対して機械的な安定性を与える。
【００１８】
図１Ｄを参照すると、セル内接続が示されている。本発明のバッテリは、後述するように、少なくとも１つのセル内接続を有していることが好ましい。より好ましくは、本発明のバッテリは、側壁１２６Ａ，１２６Ｂ毎に３つのセル内接続を有している。電極積層体１１０は第１の電極タブ１１６と電気的に通じている。第１の電極タブ１１６は第２の電極タブ１１１と電気的に通じており、電極タブ１１１は、内部電流コレクタ１１２に近接して位置されてこれと接触している。内部電流コレクタ１１２は、外部電流コレクタ１２７に近接して位置されてこれと接触している。内部電流コレクタ１１２は外部電流コレクタ１２７に対して溶接されることが好ましい。構造的一体性は、システムによって形成される熱も伝える熱伝導性の側壁１２６Ａ，１２６Ｂによって維持される。
【００１９】
第２の高分子材料は、基本高分子と、少なくとも１つの熱伝導性の充填材、例えばセラミック又はガラスとを含んでいる。第２の高分子材料の基本高分子は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、又は、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択され得る。
【００２０】
熱伝導性の充填材として使用されてもよいセラミックの例としては、アルミナ、石英ガラス、ＭＡＣＯＲ（登録商標）として販売されるガラスセラミック、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ホウ素、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、ジルコニア、これらの任意の組み合わせからなるグループが挙げられるがこれらに限定されない。窒化ホウ素は好ましい熱伝導性充填材である。第１の高分子材料は、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド、又は、これらの任意の組み合わせからなるグループから選択され得る。ベースケース及び挿入体は、第１の高分子材料及び第２の高分子材料を用いて二色成形及びインサート成形のうちの一方によって一体成形されてもよい。
【００２１】
第２の高分子材料の熱伝導率は第１の高分子材料よりも高いことが好ましい。好ましくは、第２の高分子材料の熱伝導率は約１．０Ｗ／ｍｋ〜約１０Ｗ／ｍｋであり、第１の高分子材料の熱伝導率性は約０．２Ｗ／ｍｋ〜約１．０Ｗ／ｍｋである。第２の高分子材料の体積抵抗率は約０．１ｏｈｍ・ｃｍ〜約１Ｅ１５ｏｈｍ・ｃｍであり、第１の高分子材料の体積抵抗率は約１Ｅ１２ｏｈｍ・ｃｍ〜約１Ｅ１５ｏｈｍ・ｃｍであることが好ましい。
【００２２】
セラミック充填材のサイズ及び形状は、所望のセル又はモジュールの所定の必要性によって決まる。一般に、バッテリによって生成されるエネルギ量が増大するにつれて、熱量も増大する。その結果、第２の高分子材料の熱伝導性は、バッテリからの効率的な放熱を可能にするように増大することが好ましい。また、コスト等の他の要因は、第２の高分子材料中の充填材のパーセンテージを決定する。
【００２３】
セラミック充填材粒子は、必要とされる熱伝達の性質に応じて板状体又は球体であってもよい。例えば、板状体は、一般に、熱拡散用途で使用され、異方性の熱伝達を行ない、一方、球体は、より等方性の熱伝達を行なう。充填材粒子の熱伝導率は５０Ｗ／ｍｋから３００Ｗ／ｍｋを越える値まで色々であってもよい。セラミック充填材粒子は、プラスチック部品の厚さに応じてサブミクロンの直径から５００ミクロンを越えるまで色々であってもよい。
【００２４】
図３Ａを参照すると、本発明の実施形態が示されている。この実施形態では、全体的に３００で示されるモジュールを形成するために複数のセル３０１が結合されて電気的に接続されている。
【００２５】
本発明の熱伝導性バッテリケースは、図４Ａ〜図４Ｅに示されるように、複数の電気化学セルを収容して、全体的に４００で示されるモノブロックバッテリを形成してもよい。それぞれの別個のセル区画室内に単一の電気化学セルが配置されるのが好ましい。１つの実施形態では、各セル区画室内に単一の電気化学セルが配置される。
【００２６】
モノブロックバッテリ４００のバッテリケースは、ベースケースを複数の用途で使用できるように形成された交換可能な部品を有していてもよい。ベースケースが図４Ｆに示されている。ベースケース４５０には溝が設けられていてもよい。この場合、溝は、図４Ｇに示される挿入体４５１の相補的な溝に対応している。挿入体４５１は、与えられたシステムの必要性に応じて、様々な重量及び水素透過性を伴って形成されてもよい。挿入体４５１は、ベースケースよりも高い熱伝導性を有していることが好ましい。
【００２７】
ベースケース４５０は、開口の周囲にフランジを有して形成されてもよい。挿入体４５１は、フランジと対向するように形成されてもよい。また、ベースケースと挿入体との間の接触点は、溶接又は接着等の他の方法によって固定されてもよい。溶接は、任意の溶接プロセス、例えばレーザ溶接、振動溶接又は超音波溶接であってもよい。バッテリケースは、水素又は他のガスがバッテリから自由に逃げることを防止するためにシールされることが好ましい。後述するように、通気アセンブリは、バッテリからの水素及び他のガスの逃げを制御して監視する。また、バッテリケースをシールすることにより、水分などの要素がバッテリケースの内部に入り込むことが抑制され、好ましくは防止されてもよい。
【００２８】
前述したように、本発明の実施形態は、任意の数のセルを有するモノブロックバッテリに組み入れられてもよい。図４Ａ〜図４Ｅを参照すると、２つのセルを有するモノブロックバッテリ４００が示されている。セルは、直列又は並列に接続されてもよい。しかしながら、図４Ａ−４Ｅに示される実施形態が２セルモノブロックバッテリ４００を開示しているが、与えられたシステムの必要性に応じて更なるセルが組み込まれてもよいことは言うまでもない。セルの共通の壁間の基本的な相互接続は依然として変わらない。第１の高分子材料は、モジュール上端カバー４０１及びモジュール筐体４０２を構成している。モジュール筐体４０２は、モノブロックバッテリ４００のための骨格を形成しており、１つ以上の挿入体４０３を受けるように形成されている。第２の高分子材料は挿入体４０３を構成している。挿入体４０３は、モジュール筐体４０２よりも高い熱伝導性を有していることが好ましい。熱伝導性の挿入体４０３は、電極積層体４０６により形成される熱の伝達を助け、この熱はバッテリ４００から放熱される。
【００２９】
モジュール上端カバー４０１は、一体の通気アセンブリ４１１を有していることが好ましい。通気アセンブリ４１１は、モジュール４００の内部で生成された水素及び他のガスの解放を監視して制御する。通気アセンブリ４１１は、電極積層体４０６及びモジュールシールを損傷させる場合がある内圧を解放するようになっている。
【００３０】
電極積層体４０６が充電及び放電すると、形成される熱がモジュール筐体４０２によって放熱される。システムには挿入体４０３上に熱交換フィン４２８が組み込まれている。フィン４２８は熱導電性材料を備えていることが好ましい。この場合、熱伝導性材料は、モジュール筐体４０２のために使用される材料と同じであってもよく或いは異なっていてもよい。熱交換フィン４２８は、熱が形成されるにつれてバッテリ４００から熱を引き離す。また、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、熱は、挿入体４０３上にわたってフィン４２８を通じて流れる空気によって放散されることが好ましい。熱が生成されると、熱は、バッテリケースから離れるように上昇し、冷却空気を引き込んで挿入体４０３及びフィン４２８と接触させる。モジュール４００はサイドカバー４０４を有して形成されてもよく、サイドカバーは、挿入体４０３を受けて固定するように形成される。
【００３１】
図４Ｃを参照すると、本発明のバッテリは、後述するように、セル毎に少なくとも１つのセル内接続を有していることが好ましい。より好ましくは、モジュール４００の各セルは、側面毎に３つのセル内接続を有している。電極積層体４０６は電極タブ４１２と電気的に通じており、電極タブ４１２は、内部電流コレクタ４０７に近接して位置されてこれと接触している。内部電流コレクタ４０７は、外部電流コレクタ４１４に近接して位置されてこれと接触している。内部電流コレクタ４０７は外部電流コレクタ４１４に対して溶接されることが好ましい。
【００３２】
モジュール４００は、モジュール筐体４０２に組み込まれた少なくとも１つの端子４０９を含んでいる。モジュール端子４０９は、モジュール４００内に収容されたセルによって生成される電流にユーザがアクセスできるようにする機構を与える。端子は、任意の周知の端子構造を組み込んでいてもよいが、図示の構造について説明する。
【００３３】
複数の電気化学セルを少なくとも１つのセル区画室内に配置することもできる。例えば、２つ以上の電気化学セルは、最初にこれらの電気化学セルのそれぞれを保護高分子バッグ内に事前に配置し、当該セルをセル区画室内に配置することにより、単一のセル区画室内に配置されてもよい。高分子バッグは、（区画室内にある）各電気化学セルの電解液が区画室内の他の任意の電気化学セルの電解液と接触することを防止する。
【００３４】
以下は、一般に、前述した全ての実施形態に関するものである。各電気化学セルは、１つ以上のプラス電極と、１つ以上のマイナス電極と、プラス電極をマイナス電極から分離するセパレータと、電解液とからなる積層体を含んでいる。電極の積層体は、電極プレートの幅広い面が各容器の長手方向の壁と平行になるように各セル区画室内に位置されることが好ましい。しかしながら、電極の積層体が他の態様でセル区画室内に位置されることも考えられる。例えば、プレートの幅広い面が横方向の壁と平行にセットされてもよい。
【００３５】
バッテリケース内に配置された一部の或いは全ての電気化学セルは、直列電機接続及び／又は並列電気接続で互いに電気的に結合されてもよい。１つの実施形態では、全ての電気化学セルが電気的に直列に結合される。他の実施形態では、全ての電気化学セルが電気的に並列に結合される。更に他の実施形態では、電気化学セルの一部が電気的に直列に結合される一方で、一部の電気化学セルが電気的に並列に結合される。また、セルの複数のグループを有し、各グループ内のセルが互いに電気的に接続され、１つのグループ内のセルが任意の他のグループのセルに対して電気的に接続されないことも考えられる。
【００３６】
プラス電極及びマイナス電極は、電気エネルギを電極プレートへ運び込むと共に電極プレートから運び出すために電極に対して取り付けられた電流収集タブを含んでいてもよい。各電気化学セルのプラス電極の電流収集タブは全て、プラス相互接続部へと互いに溶接される。同様に、各電気化学セルのマイナス電極の電流収集タブは全て、マイナス相互接続部の状態へと互いに溶接される。全ての電気化学セルを直列に接続するため、１つの電気化学セルのプラス相互接続部が隣接する電気化学セルのマイナス相互接続部に対して電気的に結合される。これは、当分野で公知の任意の数の方法で行なわれてもよい。例えば、電気化学セルは、隣接するセル区画室内の他の電気化学セルのプラス相互接続部との間に結合される接続スペーサによって直列に接続されてもよい。また、接続スペーサは、電気化学セルをマイナスバッテリ端子及びプラスバッテリ端子に対して接続してもよい。接続スペーサは、多くの異なる導電性材料から形成されてもよい。例えば、接続スペーサは、ニッケル、銅、ニッケル合金、銅合金、ニッケルメッキ銅、又は、ニッケルメッキ銅合金から形成されてもよい。接続スペーサは、プラス及びマイナス相互接続部並びにプラス及びマイナスバッテリ端子に対して溶接されることが好ましい。
【００３７】
接続スペーサは、それらが容器隔壁及び壁の上端を乗り越えるように位置されることが好ましい。これは、バッテリケースのために特別に形成された蓋内に接続スペーサを配置することによって達成されてもよい。また、容器の隔壁及び壁に配置された小開口を接続スペーサが通り抜けるように接続スペーサを位置させることも考えられる。
【００３８】
本発明の実施形態は、各セル区画室内の電解液が任意の他のセル区画室の電解液から分離されるようになっていることが好ましい。これは、セル間の自己放電電気短絡経路を回避するために行なわれる。しかしながら、それぞれの個々のセルからのガスが全てバッテリケースの共通の領域内で共有され、それにより、バッテリケースがバッテリ内の各電気化学セルのための共通の圧力容器としての機能を果たすことが好ましい。また、１つ以上の通気アセンブリは、ガスの解放を監視して制御するためにバッテリケース内に組み込まれることが好ましい。バッテリケースの共通の領域は、図４Ｃに示されるように、バッテリケースのために特別に形成された上端に組み込まれてもよい。この実施形態では、通気アセンブリ４１１が上端４０１と一体である。
【００３９】
セル区画室間での電解液漏れ防止に役立つように、セル区画室の上端の各開口は、ガス透過性の疎水性膜で覆われてもよい。この膜の被覆は、各区画室からの電解液の逃げを防止する。しかしながら、これらの膜は、ガス透過性を有しているため、各セル区画室からのガスがバッテリケース内の共通領域に入ることを許容する。
【００４０】
ガス透過性の疎水性膜は、過充填ガス放出率を補償するのに十分なガス拡散表面積を有する材料から形成されてもよい。この表面積は、１２Ａｈセル毎に約５ｃｍ２〜約５０ｃｍ２であってもよい。一般に、疎水性材料は、バッテリガスの通過を可能にするがバッテリ電解液を通過させない任意の材料である。このような材料の例は、炭酸カルシウム充填材を伴うポリエチレンを備える材料である。他の例は、多くのタイプのおむつ材料を含んでいる。使用されてもよい材料の一例は、Ｔｒｉｄｅｇａｒプロダクツによって供給される通気性型ＸＢＦ−１００Ｗ  ＥＸＸＡＩＲＥフィルムである。このフィルムは、細かい炭酸カルシウム粒子と混合された後に更に多孔性を持つように引き伸ばされたポリエチレンフィルムである。１つの実施形態において、層は、約０．００１インチに相当する約０．２５ゲージ（０．２５ｇ／ｍ２）の厚さを有するように選択される。材料のガーレー多孔率は、約３６０（４．９インチのガス圧の水で、１００ｃｃのガスが１平方インチ当たりに通過するのに３６０秒かかる）となるように選択される。この膜の疎水性は、約１２０℃の３０％ＫＯＨ電解液中における非常に高い接触角によって実証される。
【００４１】
一般に、本発明のバッテリケースで使用される電解液は、任意の水溶性又は非水溶性電解液であってもよい。非水溶性電気化学セルの一例は、負極及び正極の両方並びに液体有機又は高分子電解液において層間化合物を使用するリチウムイオンセルである。水溶性電気化学セルは、「酸」又は「アルカリ」のいずれかとして分類されてもよい。酸性電気化学セルの一例は、プラス電極の活性材料として過酸化鉛を使用し且つマイナス活性材料として高表面積多孔性構造を成す金属鉛を使用する鉛蓄電池である。本発明の電気化学セルはアルカリ電気化学セルであることが好ましい。アルカリ電解液は、アルカリ金属水酸化物の水溶液であってもよい。アルカリ電解液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、又は、これらの混合物の水溶液を含むことが好ましい。アルカリ電解液は、水酸化カリウムと水酸化リチウムとを混合したアルカリ水酸化物であってもよい。
【００４２】
電解液は、第１の高分子材料又は第２の高分子材料を分解させないことが好ましい。また、第２の高分子材料における充填材は、選択された電解液中で分解しないことが好ましい。例えば、水酸化カリウム水溶液及び水酸化リチウム水溶液はアルミニウムを分解する。その結果、水酸化カリウム又は水酸化リチウムなどの電解液が充填材を含むアルミニウムを分解する場合があるときには、窒化アルミニウムは第２の高分子材料にとってあまり好ましくない充填材である。
【００４３】
一般に、本発明のバッテリで使用されるプラス及びマイナスの活性材料は、当分野で使用される任意のタイプの活性バッテリ材料であってもよい。プラス電極材料の例は、酸化鉛、リチウムコバルト二酸化物、リチウムニッケル二酸化物、酸化リチウムマンガン化合物、酸化リチウムバナジウム化合物、リチウム鉄酸化物、リチウム化合物、すなわち、これらの化合物と遷移金属との複合酸化物、二酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、水酸化マンガン、酸化銅、酸化モリブデン、フッ化炭素などの粉末である。プラス電極活性材料は水酸化ニッケル材料であることが好ましい。
【００４４】
マイナス電極材料の例としては、金属リチウム、アルカリ状金属及びその合金、アルカリ金属吸収カーボン材料、亜鉛、水酸化カドミウム、水素吸収合金などが挙げられる。マイナス電極活性材料は水素吸収合金（当分野では、水素貯蔵合金とも称される）であることが好ましい。任意の水素吸収合金を使用できることは、この発明の思想及び目的の範囲内に入る。本発明の好ましい実施形態において、各電気化学セルは、活性材料として水素吸収合金材料を含むマイナス電極と活性材料として水酸化ニッケルを含むプラス電極とを備えるニッケル金属水酸化物である。
【００４５】
本発明の好ましい実施形態において、バッテリはニッケル金属水酸化物モノブロックバッテリである。そのため、本発明のモノブロックバッテリケースの実施形態は、シールされたニッケル金属水酸化物バッテリの少なくとも標準的な作動圧の圧力に耐えることが好ましい。これは、活性電極材料として使用される実際の水素吸収合金及び水酸化ニッケル材料に応じて異なってもよい。本発明の１つの実施形態において、モノブロックバッテリは、少なくとも１０ｐｓｉのピーク圧力、好ましくは少なくとも２５ｐｓｉのピーク圧力、更に好ましくは少なくとも５０ｐｓｉのピーク圧力で作動してもよい。本発明の他の実施形態において、モノブロックバッテリは、最大約１４０ｐｓｉのピーク圧力で作動してもよい。そのため、好ましくは、一実施形態のモノブロックケースは、約１０ｐｓｉ〜約１４０ｐｓｉのピーク作動圧力に耐えることができなければならない。しかしながら、本発明のモノブロックバッテリ及びバッテリケースはそのような作動圧力に限定されない。
【００４６】
図面及び上記明細書本文において本発明を詳しく説明してきたが、本発明は、例示的であり特徴的に限定されるものではないと見なされるべきである。これは、本発明及びその概念が任意の形成可能な材料に適用され得るからである。当業者であれば明らかなように、本発明の範囲又は思想から逸脱することなく、本発明の変形及び改良を成すことができる。したがって、本発明は、添付の請求項及びそれらの等価物の範囲内に入る本発明のそのような全ての改良及び変形を網羅するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】第１の高分子材料及び第２の高分子材料がバッテリケースを形成し、第２の高分子材料がバッテリケースの側壁を形成する、本発明のバッテリケースの一実施形態の側面図である。
【図１Ｂ】好ましいアセンブリが示される、線Ｂ−Ｂに沿う図１Ａの断面図である。
【図１Ｃ】通気アセンブリが示される図１Ａの平面図である。
【図１Ｄ】セル内接続部及び溶接部が示される線Ｄに沿う図１Ｂの拡大図である。
【図１Ｅ】熱伝導性フィン及びセル連結が示される本発明のバッテリケースの一実施形態の側面図である。
【図２Ａ】第１のケース部品が第２のケース部品を受けるための開口を有して形成される、本発明のバッテリケースの一実施形態の側面図である。
【図２Ｂ】側壁を横切る空気流が示される線Ｂに沿う図２Ａの拡大図である。
【図２Ｃ】前カバーを横切る空気流が示される本発明のバッテリケースの一実施形態の図である。
【図３Ａ】一連の連結されたバッテリケースの前カバーを横切る空気流が示される本発明の一実施形態の図である。
【図３Ｂ】一連の連結されたバッテリケースの側壁間の横方向空気流が示される本発明の一実施形態の図である。
【図３Ｃ】一連の連結されたバッテリケースのカバーを横切る側壁間の長手方向空気流が示される本発明の一実施形態の図である。
【図４Ａ】第１の高分子材料及び第２の高分子材料がモジュールのバッテリケースを形成し、第２の高分子材料がバッテリケースの前カバー内への挿入体を構成する、本発明の２セルモノブロックモジュールの一実施形態の前カバーの図である。
【図４Ｂ】モジュールのモジュール端子及び通気アセンブリが示される、図４Ａの側面図である。
【図４Ｃ】モジュールの好ましいアセンブリが示される線Ｃ−Ｃに沿う図４Ｂの断面図である。
【図４Ｄ】モジュールの上端カバーが示される図４Ａの平面図である。
【図４Ｅ】モジュールの下端カバー及び脚部が示される図４Ａの下面図である。
【図５Ａ】挿入体を横切ってフィンを貫く長手方向空気流が示される本発明の２セルモノブロックモジュールの一実施形態の前カバーの図である。
【図５Ｂ】側壁を横切る空気流が示される線Ｂに沿う図５Ａの側面図である。
【図６Ａ】一連の連結された２セルモジュールのカバー間でこれらを横切る空気流が示される本発明の一実施形態の図である。
【図６Ｂ】一連の連結されたバッテリケースの側壁間でこれらを横切る長手方向空気流が示される本発明の一実施形態の図である。
【図６Ｃ】一例の連結された２セルモジュールの図である。
【図６Ｄ】一例の連結された２セルモジュールの斜視図である。
【図１Ａ】
2009505348.tif 000003
【図１Ｂ】
2009505348.tif 000004
【図１Ｃ】
2009505348.tif 000005
【図１Ｄ】
2009505348.tif 000006
【図１Ｅ】
2009505348.tif 000007
【図２Ａ】
2009505348.tif 000008
【図２Ｂ】
2009505348.tif 000009
【図２Ｃ】
2009505348.tif 000010
【図３Ａ】
2009505348.tif 000011
【図３Ｂ】
2009505348.tif 000012
【図３Ｃ】
2009505348.tif 000013
【図４Ａ】
2009505348.tif 000014
【図４Ｂ】
2009505348.tif 000015
【図４Ｃ】
2009505348.tif 000016
【図４Ｄ】
2009505348.tif 000017
【図４Ｅ】
2009505348.tif 000018
【図５Ａ】
2009505348.tif 000019
【図５Ｂ】
2009505348.tif 000020
【図５Ｃ】
2009505348.tif 000021
【図６Ａ】
2009505348.tif 000022
【図６Ｂ】
2009505348.tif 000023
【図６Ｃ】
2009505348.tif 000024
【図６Ｄ】
2009505348.tif 000025
【国際調査報告】
2009505348.tif 000026
2009505348.tif 000027
2009505348.tif 000028