(57)【要約】  本発明は、バッテリ（１）に関し、このバッテリは、第１および第２の電気接続端子がそれぞれ設けられている第１および第２の軸方向端部を有する電気化学的セル（２）と、各ホルダが、複数の凹部、および各凹部とそれに隣接する凹部との間に設けられている連通路を備え、互いに対向して配置されている電気絶縁ホルダ（４００、４５０）とを有している。セルの軸方向端部は、ホルダの凹部に入っている。取り付け棒（１００）は、ホルダ（４００）を堅固に連結し、少なくとも１つの電気接続部は、連通路の１つを通り、２つの隣接するセルを電気的に接続している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルからなるバッテリ（１）であって、
−第１および第２の電気的接続端子（２０１、２０２）がそれぞれ設けられている第１および第２の軸方向端部を有する第１の電気化学的セル（２）と、
−第１および第２の電気的接続端子がそれぞれ設けられている第１および第２の軸方向端部を有する第２の電気化学的セル（２）と、
−互いに対向するように配置されている第１および第２のホルダ（４００）と、前記第２のホルダ（４００、４５０）に対向するように配置されている第３のホルダ（４５０）であって、前記第１〜第３のホルダは電気絶縁体からなり、各ホルダは、複数の凹部（４１１、４７５）、および各凹部とそれに隣接する凹部との間に設けられている連通路（４０４、４０５、４５４、４５５）を備えているホルダであって
−前記第２のホルダは、第１の面に設けられている複数の凹部、および第２の面に設けられている複数の凹部（４８５）を備え、前記第１および第２の面の前記凹部（４７５、４８５）は、互いに対向し、かつ貫通孔（４５２）によって連通しており、
−前記第１のセルの前記第１の軸方向端部は、前記第１のホルダのそれぞれの凹部に配置され、前記第１のセルの前記第２の軸方向端部は、前記第２のホルダのそれぞれの凹部に配置され、前記第２のセルの前記第１の軸方向端部は、前記第２のホルダの前記第２の面のそれぞれの凹部に配置され、前記第２のセルの前記第２の軸方向端部は、前記第３のホルダのそれぞれの凹部に配置されており、
−前記凹部は、前記セルの軸方向および横方向の動きを制限し、前記セルを空隙（１０２）によって分離して保持するように構成され、各ホルダは、前記凹部において、前記セルの横方向の動きを制限する側壁を備えており、前記凹部にける前記隣接する凹部（４１１）との間の前記連通路（４０４、４０５）は、前記側壁を通過する溝によって形成されているホルダと、
−前記第１および第２のホルダ（４００）を一緒に固定的に連結する少なくとも１つの取り付け杆（１００）と、前記第２および第３のホルダ（４００）を固定的に連結する少なくとも１つの取り付け杆（１００）と、
−前記第１のホルダの前記連通路（４０４、４０５）の１つを通り、前記第１のセルの中の２つの隣接するセルを電気的に直列に接続する少なくとも１つの第１の電気接続部（３００、３１０、３２０）と、
−前記第３のホルダ（４５４、４５５）の前記連通路の１つを通り、前記第２のセルの中の２つの隣接するセルを電気的に直列に接続する少なくとも１つの第２の電気接続部（３００、３１０、３２０）と、
−少なくとも第３の電気接続部（３４０）とを備え、
前記第１のセルは、少なくとも１つの第１の段の電気的に並列に接続されているセルを備え、前記第２のセルは、少なくとも１つの第２の段の電気的に並列に接続されているセルを備え、前記第１の段の各セルは、貫通孔（４５２）を用いて、第３の電気接続部によって前記第２の段のセルに直列に接続されていることを特徴とするセルからなるバッテリ（１）。
【請求項２】
前記ホルダは、前記セル間の中央部を囲む壁を備えていないことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ（１）。
【請求項３】
２つの隣接するセル間の中央部は、空隙（１０２）のみによって分離されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ。
【請求項４】
各ホルダ（４００）は、少なくとも１つの貫通孔（４０３）を備えており、前記貫通孔（４０３）は、前記セルと平行に延び、セル間の空隙（１０２）に通じるように、前記ホルダの凹部（４１１）間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項５】
各ホルダ（４００）は、凹部（４１１）と前記ホルダ（４００）の周辺部との間に横方向に延びている少なくとも１つの連通路（４０７）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項６】
前記第１のセルは、少なくとも２段の電気的に直列に接続されているセルを備え、前記２段のそれぞれの段は、少なくとも２つの電気的に並列に接続されているセルを備え、前記第１の電気接続部は、前記２段を直列に接続するとともに、前記２段の前記セルを並列に接続する金属板であり、前記金属板は、ヒューズ区間（３１１、３２１）を備え、前記ヒューズ区間は、並列接続を形成し、隣接する凹部間の前記連通路の１つを通っていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項７】
前記ヒューズ区間は、前記セルの１つが短絡すると、前記セルの並列の２つのセルの間の電気的接続を開放するようになっていることを特徴とする請求項６に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項８】
前記ヒューズ区間は、前記並列に接続されているセルの１つが開回路になったときに、電流を流せるようになっていることを特徴とする請求項７に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項９】
直列に接続されている段のそれぞれの端子に接続されている充電・充電平衡回路（７）を備えていることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項１０】
隣接する凹部間の連通路は、前記ホルダの厚さのほぼ半分の深さであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項１１】
ホルダの前記凹部は、行および列を形成する行列形式に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【請求項１２】
前記第１のセルのそれぞれは、第３の個別の電気接続部を用いて、前記第２のセルの１つに直列に接続されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセルからなるバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気化学セルからなるバッテリに関する。このバッテリは、例えば、電気自動車およびハイブリッド自動車、およびこのバッテリを組み込んだ装置の分野において使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
電気化学蓄電池は、通常、次のような公称電圧を有している。
１．２Ｖ：ＮｉＭＨ型電池。
３．３Ｖ：リン酸鉄リチウムイオン電池、すなわちＬｉＦｅＰＯ４型。
４．２Ｖ：酸化コバルトを使用するリチウムイオン電池。
【０００３】
これらの公称電圧は、電力の供給を受けるほとんどのシステムにおける必要性に対しては低すぎる。適切なレベルの電圧を得るために、複数のセルが直列に接続される。大きいレベルの電力および容量を得るためには、複数のセルが並列に接続される。段数（直列のセルの数）、および各段における並列のセルの数は、バッテリに要求される電圧、電流、および容量に応じて変わる。複数のセルを連結したものが、蓄電池と呼ばれている。
【０００４】
蓄電池のセルの設計においては、規定の動作電圧において、一定レベルの電力を得ることが求められる。電力を最大にするために、できるだけバッテリの内部抵抗を減らして、通電電流を最大にしている。
【０００５】
リチウムイオン型バッテリは、小さい質量の中に大量のエネルギーを蓄える収容能力があるので、輸送機関での利用に非常に適している。リチウムイオンバッテリ技術の中、リン酸鉄を使用するバッテリは、酸化コバルトを使用するリチウムイオンバッテリと比べて、安全レベルが本質的に高く、単位質量当たりのエネルギーがわずかに低いという欠点がある。さらに、リチウムイオンバッテリにおいては、その最小電圧より低くなると、セルが劣化する恐れがある。
【０００６】
大電力の用途に関しては、その用途に適合する出力電圧、容量、および電力を有するバッテリを設計する必要がある。この設計には、セルの種類の選択、直列に接続するセルの段数の選択、および並列接続の分岐数の選択が伴う。
【０００７】
バッテリは、例えば、機械的抵抗力、発熱に対する安全性、短絡の発生もしくは異物の存在、できるだけ少ない電気損失、空間要件、およびできるだけ低い原価などの、幾つかの制約を満足される必要がある。
【０００８】
セルの機械的保守を確実にするために、また異物の発生、もしくは過熱に対する安全性を確保するために、バッテリのセルは、通常、ケースの中に収容される。このケースには、セルを受容するように設計されている複数の円筒チューブが平行に配置される。これらのチューブは、セルが横方向に移動しないように保持することができる。また、チューブは、セルの熱が隣接するセルに伝わるのを防ぐために、セルを互いに熱的に絶縁している。これにより、性能の低い断熱スリーブを有するセル、またはスリーブのないセルでさえ、使用することができる。ケースには、チューブの第１の端部に、軸方向の停止部が形成されている。セル間の接続は、チューブの第２の端部において行われる。そのため、各セルは、チューブの第２の端部まで延びている電気接続部に、その第１の端子（チューブの第１の端部に位置している端子）が固定的に接続されている。次いで、セルは、複数の段および分岐を形成するために、また監視回路を接続するために、適切な回路に接続される。
【０００９】
このようなバッテリを設計および製造することは、著しく複雑であり、かつ試作品を作る上で大きな障害になっている。ケースの設計には、かなり長い時間がかかるのに反して、ケース自体は、バッテリの電気特性にとって決定的に重要ではない。従って、このようなバッテリは、設計変更に向いておらず、またその構成部品は、ほとんどの場合に特殊すぎて、他のバッテリに組み込むことはできない。さらに、バッテリの組み立てにおいては、セルの腐食および破壊を防ぐために、セルを充電状態に維持する必要があるので、危険であることさえある。さらに、このようなバッテリは、異なるセルの電気特性の変動にほとんどさらされたままである。さらに、このようなバッテリは、かなり大きな空間を占有し、これは、自動車での利用などのある種の用途においては、特に不利である。
【００１０】
特許文献１（ＥＰ１１０９２３７）は、セルを有するバッテリモジュールについて記載している。それによると、セルは、セルの端部を受容する凹部を有する２つの対向するホルダの間に保持されている。ホルダは、連結棒とネジで固定的に連結されている。ホルダにおいて、セルの一端は、ホルダの第１の面に対して平らに設置されている。電気接続部は、隣接するセルを直列に接続するために、ホルダの第２の面と対向して配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許第１１０９２３７号明細書
【特許文献２】仏国特許出願公開第０９０３３５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
供給する電圧の要件を満足するために、この種の複数のモジュールを直列に接続する必要があるときは、モジュールの２つの端子を直列に接続するために、電力接続部を組み込む必要がある。セルと、この直列の接続部との系によって生じる抵抗を抑えるために、この接続部の断面は大きいことが必要であり、バッテリ全体の空間的要件に不利な影響を及ぼすことになる。さらに、このようなモジュールを連結したもののハウジングもまた、空間要件に関しては、好ましいものではなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記の欠点の１つ以上を克服するものである。従って、本発明は、次の要素を備える蓄電池のセルに関する。
−第１および第２の電気接続端子がそれぞれ設けられている第１および第２の軸方向端部を有する第１の電気化学的セル。
−第１および第２の電気接続端子がそれぞれ設けられている第１および第２の軸方向端部を有する第２の電気化学的セル。
−互いに対向するように配置されている第１および第２のホルダと、第２のホルダに対向するように配置されている第３のホルダであって、第１〜第３のホルダは、電気の絶縁体であり、各ホルダは、複数の凹部、および各凹部とそれに隣接する凹部との間に設けられている連通路を備えている。
−第２のホルダは、第１の面に設けられている複数の凹部と、第２の面に設けられている複数の凹部とを備え、第１および第２の面の凹部は、互いに対向しており、かつ貫通孔によって連通している。
−第１のセルの第１の軸方向端部は、第１のホルダのそれぞれの凹部に配置され、第１のセルの第２の軸方向端部は、第２のホルダの第１の面のそれぞれの凹部に配置され、第２のセルの第１の軸方向端部は、第２のホルダの第２の面のそれぞれの凹部に配置され、第２のセルの第２の軸方向端部は、第３のホルダのそれぞれの凹部に配置されている。
−凹部は、セルの軸方向および横方向の動きを制限し、セルを空隙で分離するように構成され、各ホルダは、凹部内のセルの横方向の動きを制限する側壁を備え、凹部における隣接する凹部との間の連通路は、これらの側壁を通過する溝によって形成されている。
−第１および第２のホルダを一緒に固定的に連結する少なくとも１つの取り付け杆と、第２および第３のホルダを固定的に連結する少なくとも１つの取り付け杆。
−第１のホルダの連通路の中の１つの連通路を通り、第１のセルの中の隣接する２つのセルを、電気的に直列に接続する少なくとも１つの第１の電気接続部。
−第３のホルダの連通路の中の１つの連通路を通り、第２のセルの中の隣接する２つのセルを、電気的に直列に接続する少なくとも１つの第２の電気接続部。
−少なくとも第３の電気接続部。ここで、第１のセルは、少なくとも１つの第１の段において、電気的に並列に接続されているセルを備え、第２のセルは、少なくとも１つの第２の段において、電気的に並列に接続されているセルを備え、第１の段の各セルは、貫通孔を通る第３の個別の電気接続部によって、第２の段のセルに直列に接続されている。
【００１４】
一変形形態においては、ホルダには、セル間の中央部を囲む壁がない。
【００１５】
別の変形形態においては、２つの隣接するセル間の中央部は、空隙のみによって分離されている。
【００１６】
また別の変形形態においては、各ホルダは、少なくとも１つの貫通孔を備え、この貫通孔は、セルと平行に延び、かつセル間の空隙に通じるように、ホルダの凹部間に配置されている。
【００１７】
さらに別の変形形態においては、各ホルダは、凹部とホルダの周辺部との間に横方向に延びる少なくとも１つの連通路を備えている。
【００１８】
一変形形態においては、第１のセルは、少なくとも２段の電気的に直列に接続されているセルを備え、これらの２段のそれぞれの段は、少なくとも２つの電気的に並列に接続されているセルを備えている。第１の電気接続部は、これらの段を直列に接続し、かつ２段のセルを並列に接続する金属板であり、この金属板は、ヒューズ部を備えており、このヒューズ部は、並列接続され、隣接する凹部間の連通路の中の１つを通っている。
【００１９】
別の変形形態においては、これらの蓄電池の１つが短絡すると、ヒューズ区間は、並列の２つの蓄電池の間の電気的接続を開くようになっている。
【００２０】
一変形形態においては、並列に接続されているセルの１つが開回路になったときに、ヒューズ区間は、電流を流せるようになっている。
【００２１】
また別の変形形態においては、バッテリは、直列に接続されている各段の端子に接続されている充電・充電平衡回路を備えている。
【００２２】
さらに別の変形形態においては、隣接する凹部間の連通路は、ホルダの厚さのほぼ半分の深さである。
【００２３】
別の変形形態においては、ホルダの凹部は、行および列を形成する行列形式に配置されている。
【００２４】
さらに別の変形形態においては、第１の蓄電池のそれぞれは、第３の個別の電気接続部を用いて第２の蓄電池の１つに直列に接続されている。
【００２５】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、包括的でない例に関する以下の説明から明らかになると思う。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の一態様によるバッテリの斜視図である。
【図２】図１のバッテリの端部ホルダの外面図である。
【図３】図２に示す端部ホルダの内面図である。
【図４】図２に示す端部ホルダの部分斜視図である。
【図５】図２の端部ホルダの部分断面図である。
【図６】図１のバッテリの端部ホルダのレベルにおける部分断面図である。
【図７】図１のバッテリの中間ホルダの第１の面に示す図である。
【図８】図７の中間ホルダの第２の面を示す図である。
【図９】図７における中間ホルダの斜視図である。
【図１０】図７における中間ホルダの部分断面図である。
【図１１】中間ホルダにおける図１のバッテリの部分断面図である。
【図１２】図７の中間ホルダの断面図である。
【図１３】図１に示すバッテリの中間ホルダの位置における断面図である。
【図１４】図１のバッテリの電気接続の概略図である。
【図１５】図１のバッテリの蓄電池の配置および接続を、概略的に示す側面図である。
【図１６】図１のバッテリの蓄電池の配置を概略的に示す正面図である。
【図１７】図１のバッテリの蓄電池間の電気的接続を行う金属箔の第１のタイプの金属箔を示す正面図である。
【図１８】図１のバッテリの蓄電池間の電気的接続を行う金属箔の第２のタイプの金属箔を示す正面図である
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明のバッテリ１の一例の斜視図である。このバッテリ１は、第１および第２の軸方向端部を有する複数の電気化学的セル２を備えている。このセル２の第１および第２の軸方向端部には、それぞれ、第１および第２の電気接続端子が設けられている。各セル２は、円筒状であり、それらの軸線が平行になっていると有利である。セル２は、行および列に並べて配置されている。
【００２８】
バッテリ１は、セル２に接続されている充電・平衡回路７を備えている。この回路７は、フレーム７１における開口部７２に収容されている。バッテリ１を自動車の金属シャーシの内側に収容すると、このシャーシを、バッテリまたはその構成部品を冷却するためのヒートシンクとして使用することができる。この回路７とバッテリ１を受容するシャーシとの間に熱橋を架けるために、回路７に熱伝導ペーストを塗布してもよい。
【００２９】
図１に示すバッテリ１は、５つのホルダによってセル２が保持されている４つのセグメントＳ１〜Ｓ４を有している。バッテリ１の軸方向端部には、第１および第２の端部ホルダ４００が設けられている。第１および第２の端部ホルダ４００は、電気絶縁体である。この絶縁体の端部ホルダ４００については、図２〜図４により明確に示してある。バッテリ１は、さらに３つの中間ホルダ４５０も備えている。この中間ホルダ４５０も、電気絶縁体からなっている。中間ホルダ４５０については、図７〜図９により明確に示してある。取り付け杆１００は、ホルダ４００および４５０の全てを、固定的に一体に連結している。取り付け杆１００は、バッテリの全長にわたって延びており、ナット１０１を用いて固定されている。このナット１０１は、取り付け杆１００の端部ネジにねじ込まれ、端部ホルダ４００の外面に当接している。ホルダ４００および４５０は、互いに対向するように配置されているが、機械的には独立している要素である。
【００３０】
図３に示すように、端部ホルダ４００は、セル２の各端部を受容するようになっている複数の凹部４１１を備えている。各凹部４１１とそれに隣接する凹部との間に、連通路４０４および４０５が設けられている。図７〜図９は、図１のバッテリを形成するために使用することができる中間ホルダ４５０の一例を示している。図７および図８に示すように、中間ホルダ４５０は、互いに対向するように形成されている凹部４７５および凹部４８５を備えている。これらの凹部の開口部は、それぞれのセル２の端部を受容するようになっている。例えば、セグメントＳ１およびＳ４のセルは、ホルダ４００と中間ホルダ４５０との間に保持されており、セグメントＳ２およびＳ３のセルは、中間ホルダ４５０間に保持されている。従って、各セル２は、２つのホルダの間に軸方向に延びている。
【００３１】
セグメントＳ１およびＳ４のセルは、それぞれ、端部ホルダ４００の凹部４１１に配置されている一方の軸方向端部と、中間ホルダ４５０の凹部４７５または４８５に配置されている他方の軸方向端部とを有している。セグメントＳ２およびＳ３のセルは、それぞれ、中間ホルダ４５０の凹部４７５に配置されている軸方向端部と、別の中間ホルダ４５０の凹部４８５に配置されている他の軸方向端部とを有している。
【００３２】
取り付け杆１００は、以下に詳細に説明するように、ホルダ４００および４５０の全てを、固定的に一体に連結している。取り付け杆１００は、セル２の軸方向に延びており、端部ホルダ４００間に軸方向の保持力を及ぼすことができる。
【００３３】
中間ホルダ４５０を使用することにより、バッテリ１の設計のモジュール性は高められている。これにより、２つのホルダ４００を備えるバッテリの構成部品に対し、単に中間ホルダ４５０を追加することによって、バッテリの新しいデザインに合わせて、セグメントを追加することができる。
【００３４】
取り付け杆１００を使用することにより、バッテリ１のデザインが簡単になる。実際、蓄電池の長さが違う異なるモデルのバッテリに対して、同じモデルの端部ホルダ４００、および同じモデルの中間ホルダ４５０を使用することができる。この長さの違いは、これらの異なるモデルのバッテリに対して、異なる長さの取り付け杆１００を使用することによって、うまく対応することができる。さらに、取り付け杆１００を使用することにより、組み立てが促進される。実際、端部ホルダ４００および中間ホルダ４５０を組み立てる前に、セル２の端子にアクセスすることができる。従って、セルの端子の電気的接続を、その両方の端部に設定することができる。両端子の接続を同じ端部に持って行く配線を行うことにより、バッテリのコストの増大は防止される。
【００３５】
以下に詳細に説明するように、凹部４１１、４７５、４８５は、セル２の軸方向および横方向の動きを制限するようになっている。ホルダ４００および４５０により、異なる軸に沿って保持されているセル２は、空隙１０２によって分離されている。この空隙１０２は、熱橋の１つが壊れると連鎖破壊する可能性のある、セル２間の熱橋の形成を阻止している。この空隙１０２は、良好な断熱体および電気絶縁体を形成し、抵抗力の弱い絶縁スリーブを有するセル２の使用、または絶縁スリーブのないセルの使用を可能にしている。セル２間に形成される空隙１０２は、例えば１〜４ｍｍとされている。
【００３６】
図３および図４により明確に示すように、凹部４１１は、表面に様々な領域を有し、セル２の軸方向の動きを規制している。例えば、各凹部４１１は、セル２に対する軸方向停止部を形成している底壁４０６を有している。底壁４０６は、その中央部に孔４０２を有している。孔４０２は、セル２の接続端子へのアクセスを可能にしている。孔４０２は、電気接続部３００を接続端子２０１に取り付けるネジ１０３の上に、保護絶縁フードを取付けることを可能にしている。また、各凹部４１１は、蓄電池２の横方向の動きを規制する側壁４１０を有している。
【００３７】
端部ホルダ４００は、貫通孔４０１を有している。この貫通孔４０１に、取り付け杆１００が貫通している。この貫通孔４０１は、端部ホルダ４００の周辺部に配置するのが有利である。
【００３８】
また、ホルダ４００は、貫通孔４０３も備えている。この貫通孔４０３は、軸方向に延び、かつ凹部４１１の脇に位置している。貫通孔４０３は、セル２間における空気の軸方向の流れを可能にして、セルの冷却を好適にしている。貫通孔４０３は、周辺部に位置しているセル２に比べて、本質的に冷却しにくい、バッテリ１の中心に位置しているセル２の冷却に、特に役立っている。
【００３９】
図５および図６は、それぞれ、セル２がない場合、およびある場合の、端部ホルダ４００の詳細を示す断面図である。図６に示すように、電気接続部３００は、セル２の接続端子２０１に固定されている。ネジ１０３は、接続端子２０１にねじ込まれ、電気接続部３００を接続端子２０１に対して平らに取り付けている。この電気接続部３００は、同じ行の連通路４０４を通って延び、同じ行に沿って配置されている複数のセル２の接続端子２０１を接続している。例えば、同じ行のセル２の両端の接続端子３００を適切な位置に配置することによって、この行の全てのセルは、並列に接続される。
【００４０】
凹部４１１と各隣接凹部との間に連通路４０４および４０５が存在することにより、端部ホルダ４００に対して、異なる電気接続構成を行うことができる。端部ホルダ４００には、異なる構成の電気接続部を設けることができるので、同じ端部ホルダ４００により、異なる電気接続構成を有するバッテリ１を形成することができる。端部ホルダ４００は、電気接続部３００の構成に応じて、例えば１つのセグメントにおけるセル２の全てを、並列に接続することもできる。また１つのセグメントを直列の複数の段にすることもできる。
【００４１】
端部ホルダ４００の周辺部において、側壁４１０の、凹部４１１に孔をあけてあると有利である。こうすると、端部ホルダ４００の周辺部に連通路４０７が形成され、空気の横方向の流れが可能となって、セル２の端子の冷却は良好になる。
【００４２】
端部ホルダ４００の周辺部に、チャネル４１２を設けてあると有利である。また、端部ホルダ４００には、溝４０８が設けられている。この溝は、ホルダの周辺部に設けられ、チャネル４１２と凹部４１１に開口している孔（図示せず）との間の横方向の面に延びている。チャネル４１２と、溝４０８と、これらの孔との組み合わせにより、例えば電圧の測定値、または温度の測定値を得るために、電気接続部３００と外部との間に電気的接続を行うことが可能になる。この電気的接続は、溝４０８内に収容され、かつチャネル４１２に通じている導線を用いて行うことができる。
【００４３】
端部ホルダ４００は、その周辺部には、ねじ孔４０９が設けられている。これらのネジ孔４０９により、フレーム、例えば自動車のシャーシに、バッテリ１を固定することができるようになっている。また、ネジ孔４０９は、バッテリ１を組み立てるときにも使用することができ、その保守を容易にしている。
【００４４】
端部ホルダ４００は、全く同じであり、バッテリを組み立てるために必要な構成部品の数は少なくてもすむようになっている。
【００４５】
凹部４１１を、行および列からなる形態の行列形式に配置し、所望のセル２の数に対して、バッテリ１を好適に小型化すると有利である。同じ行の凹部４１１は、連通路４０４によって連通されている。同じ列の凹部４１１は、連通路４０５によって連通されている。
【００４６】
連通路４０４および４０５は、電気接続部を外部から良好に保護するために、電気接続部の厚さに対して十分に深いと有利である。連通路４０４および４０５は、電気接続部を端部ホルダ４００の下部に保持するように、端部ホルダ４００の厚さの半分とほぼ等しい深さを有していることができると有利である。また、連通路４０４および４０５が深いと、バッテリ１の端部と平行な電流集電部などの電力接続部の収容も可能になる。連通路４０４および４０５は、セル２の端子間の電気接続部の配線を容易にするために、端部ホルダ４００の内面に向かって開いている溝によって形成されていると有利である。
【００４７】
連通路４０４および４０５は、これらの連通路を電力接続部（直列接続）または平衡保護接続部（並列接続）が通ることができるように、少なくとも凹部４１１の直径の半分と等しい幅を有していると有利である。
【００４８】
図１２および図１３は、中間ホルダ４５０の詳細断面図である。図１０に示すように、互いに対向している凹部４７５と凹部４８５は、中間ホルダ４５０の壁４８０によって分離されている。壁４８０の中央部は、貫通孔４５２が設けられている。この貫通孔４５２は、バッテリ１の２つの隣接セグメントの間の電気的接続を可能にしている。
【００４９】
中間ホルダ４５０は、凹部４７５が設けられている第１の面を有している。壁４８０は、凹部４７５の底部における軸方向停止部４５６の境界を定めている。この軸方向停止部４５６は、一端が凹部４７５に収容されているセルの軸方向の動きを制限している。また、各凹部４７５は、セル２の横方向の動きを制限する側壁４６０を有している。
【００５０】
各凹部４７５と、それに隣接する凹部との間に、連通路４５４および４５５が設けられている。凹部４７５と各隣接凹部との間に連通路４５４および４５５が存在することにより、中間ホルダ４５０に異なる電気接続体を設けることができる。例えば、中間ホルダ４５０は、セル２間に異なる構成の電気接続部を収容することができるので、同じ中間ホルダ４５０により、異なる電気接続構成を有するバッテリ１を形成することができる。連通路４５４および４５５は、電気接続部を外部から良好に保護するために、電気接続部に対して十分に深いと有利である。電気接続部を中間ホルダ４５０の底部に保持するように、連通路４５４および４５５は、中間ホルダ４５０の厚さのほぼ半分と等しい深さを有していると有利である。電力接続部（直列接続）または平衡保護接続部（並列接続）が、これらの連通路を通ることができるように、連通路４５４および４５５は、少なくとも凹部４７５または４８５の直径の半分と等しい幅を有していると有利である。セル２の端子間に電気接続部を配線するのを容易にするために、連通路４５４および４５５は、中間ホルダ４５０の内面に向かって開いている溝によって形成されていると有利である。
【００５１】
中間ホルダ４５０は、凹部４８５が設けられている第２の面を有している。壁４８０は、凹部４８５の底部における軸方向停止部４６６の境界を定めている。この軸方向停止部４６６の、一端は、凹部４８５に収容されているセルの軸方向の動きを規制している。また、各凹部４８５は、セル２の横方向の動きを規制する側壁４７０を有している。
【００５２】
軸方向停止部４５６および４６６は、セル２の幾何学的な変形、特にセル２の軸方向支持面と接続端子２０１との間の変形に容易に適合させるために、中間ホルダ４５０の断面に対して傾いていると有利である。
【００５３】
図１１は、例えばＳ１およびＳ２などの２つの隣接するセグメントに属する２つのセル２の間の電気的接続を示す断面図である。中間ホルダ４５０の凹部４７５および凹部４８５に、端部がそれぞれ収容されている２つのセル２が、一列に並べられている。一方のセル２の接続端子２０２は、ネジ３４０を用いて、他方のセル２の接続端子２０１に接続されている。ネジ３４０は、一方では接続端子２０２に、他方では接続部３００に接触する肩部を有している。ネジ３４０は、接続部３００を接続端子２０１と接触させて、電流通過区間を最適にしている。ネジ３４０の胴部は、接続端子２０１と接続端子２０２との間の最適の電流通過区間になっている。また、接続端子２０２と接触しているネジ３４０の肩部も、電流通過区間を好適にしている。また、このようなネジ３４０による電気的接続は、あるセルから別のセルへ直接電流を導いて、接続に要する重量を減少させている。接続部３００は、接続端子２０１を隣接するセルの接続端子２０１に接続するために、連通路４５４を通過している。
【００５４】
中間ホルダ４５０は、貫通孔４５１を有しており、この貫通孔４５１を、取り付け杆１００が通っている。貫通孔４５１は、中間ホルダ４５０の周辺部に配置されていると有利である。
【００５５】
また、中間ホルダ４５０は、貫通孔４５３も備えている。この貫通孔４５３は、軸方向に延び、凹部４７５間または凹部４８５間に位置している。貫通孔４５３は、蓄電池２間における空気の軸方向の流れを可能にして、セルの冷却を好適にしている。貫通孔４５３は、周辺部に配置されているセル２に比して、本質的に冷却しにくい、バッテリ１の中心部に配置されているセル２の冷却に特に都合がよい。
【００５６】
中間ホルダ４５０の周辺部にある側壁４６０は、凹部４７５に開口していると有利である。このようにすると、中間ホルダ４５０の周辺部に連通路４５７が形成され、空気の横方向の流れを可能にして、セル２の端子の冷却を好適にする。同様に、中間ホルダ４５０の周辺部にある側壁４７０も、凹部４８５に開口していると有利である。このようにすると、中間ホルダ４５０の周辺部に連通路４６７が形成され、空気の横方向の流れを可能にして、セル２の端子の冷却を好適にする。さらに、隣接する凹部４８５の間に、連通路４７４（図１２により明確に示す）が設けられている。これらの連通路４７４は、連通路４６７と並んでおり、これにより、中間ホルダ４５０を通る空気の横方向の流れを可能にして、セル２の端子の接続部の冷却を好適にしている。
【００５７】
端部ホルダ４００の凹部と同じように、凹部４７５および４８５は、行および列方向に位置している。中間ホルダ４５０の凹部４７５、４８５および貫通孔４５１、４５３は、端部ホルダ４００の凹部４１１および貫通孔４０１、４０３と同じ横方向の位置にある。
【００５８】
貫通孔４６４は、貫通孔４５２と中間ホルダ４５０の境界との間において、横方向に延びている。貫通孔４６４は、壁４８０を横方向に通過し、中間ホルダ４５０の周辺部に設けられている溝４５８開口している。これらの溝４５８は、チャネル４６２まで、それぞれの貫通孔４６４の中に位置している。チャネル４６２は、中間ホルダ４５０の端面に軸方向に延びている。
【００５９】
チャネル４６２と、溝４５８と、貫通孔４６４との組み合わせにより、例えば電圧の測定値または温度の測定値を得るために、接続部３００と回路７との間に、電気的接続を行わせることができる。これらの電気的接続は、溝４５８に収容され、かつチャネル４６２に通じている導線を用いて行ってもよい。
【００６０】
中間ホルダ４５０は、さらに、貫通孔４５３を中間ホルダ４５０の端面と連通させるために、横方向に延びている貫通孔４６３を有している。この貫通孔４６３は、溝４６１に通じている。溝４６１は、中間ホルダ４５０の周辺壁の上において、チャネル４６２と溝４６３との間に延びている。図１２に示すように、この貫通孔４６３を導線１０５が通っている。この導線１０５は、貫通孔４５３を通過して、２つのセル２の間の空隙１０２に達している。この導線１０５は、まず温度プローブ１０７に、次に回路７に接続されている。この温度プローブ１０７は、グル―ドッツ１０６を用いて、セル２に接触し固定されている。
【００６１】
さらに、中間ホルダ４５０は、その周辺部にネジ孔４５９を有し、バッテリのフレームへの取り付け、または回路７の中間ホルダ４５０への取り付けを可能にしている。
【００６２】
さらに、セルの周囲、およびセル間に、多数の保護素子をまとめる傾向がある、バッテリの分野に広く確立している技術的先入観とは対照的に、バッテリ１は、ホルダ４００または４５０の１つに固定的に接合されている周辺壁を備えていないので有利である。従って、ホルダ４００および４５０は、複雑な形状と有する必要がなく、モールドによって容易に製造することができる。さらに、これらのホルダ４００および４５０は、多数の異なるバッテリに対して使用することができ、バッテリの新規モデルの設計および製造に必要な時間を短縮することができる。取り付け杆１００を使用することにより、ホルダ４００間および中間ホルダ４５０間のセル２の中央区間を、最大限に広げている。この場合、セルの冷却は最適になっている。
【００６３】
ホルダ４００または４５０の間に配置されている隣接するセル２は、空隙１０２のみによって隔てられており、これらのセルの間に、実質的な材料からなる壁はない。従って、セル２間の空気の循環に好都合であり、バッテリ１の冷却を好適にしている。さらに、これにより、バッテリ１の重量、および占守空間を小とすることができる。
【００６４】
周辺壁がないこと、またはセル２間に介在する材料がないことを、Ｌｉ−ＦｅＰＯ４型蓄電池のように、故障の際に非常に信頼性が高いと考えられているセル２と組み合わせると有利である。
【００６５】
図１４は、本発明の特に有利な実施例としてのバッテリ１の電気的接続を示している。バッテリ１は、正端子Ｐおよび負端子Ｎを有している。バッテリ１のセル２は、５つの分岐Ｂｒ1〜Ｂｒ5に配置されている。これ以降、添え字ｊは、分岐Ｂｒjに対応している。各分岐Ｂｒjは、直列に接続されているセルＥi,jを備えている。分岐Ｂｒ1は、セルＥ1,1、Ｅ2,1、Ｅ3,1、Ｅ4,1、Ｅ5,1を備えている。添え字ｉは、これ以降、それぞれ各分岐に属する５つのセルを含む段Ｅｔiに対応している。
【００６６】
同じ段のセルは、回路遮断器を用いて並列に接続されている。「回路遮断器」という用語は、一般に、接続されている構成部品を保護するために、過負荷の際に、電流の流れを、阻止もしくは非常に強力に（例えば、１００分の１に）制限する電気保護スイッチを意味している。図示の例の回路遮断器の規模については、後に詳細に説明する。
【００６７】
第１の段Ｅｔ1のセルＥ1,jは、並列に接続されている。セルＥ1,jは、その正端子がバッテリ１の端子Ｐに接続されている。この正端子の端子Ｐへの接続は、この接続が異なる分岐からの電流を並列に収集する機能を有しているので、金属集電バー（以下に詳細に述べる）などの断面の大きい接続部で行われるのが有利である。第１の段Ｅｔ1のセルＥ1,jの負端子は、回路遮断器を用いて一緒に接続されている。例えば、回路遮断器Ｄ2,1は、セルＥ1,1の負端子を、セルＥ1,2の負端子に接続している。
【００６８】
第２の段Ｅｔ2のセルＥ2,jも、並列に接続されている。同じ段ｉのセルは、並列に接続されている。中間の段のそれぞれに関しては、同じ段のセルの正端子は、回路遮断器を用いて一緒に接続されており、負端子も、回路遮断器を用いて一緒に接続されている。
【００６９】
図のように、各回路遮断器は、２つの隣接する段（接続ノードを共有する２つの段）に関して、並列に接続するために使用されている。従って、回路遮断器Ｄ2,1は、セルＥ1,1とＥ1,2を並列に接続するために使用されており、かつセルＥ2,1とＥ2,2を並列に接続するためにも使用されている。
【００７０】
第２の段（図示せず）の負端子の端子Ｎとの接続は、金属集電バー３３０などの断面の大きい接続部によって行うと有利である。
【００７１】
充電・充電平衡回路７は、各段の端子に接続されている。各段のセルの電圧の平衡をはかり、かつ各電池の充電を管理するのに適切な回路７は、当業者は想倒することができると思う。
【００７２】
セルＥi,jを通過する電流を、Ｉi,jで示してある。回路遮断器Ｄi,jを通過する電流を、Ｉｔi,jで示してある。段ｉの端子の電圧を、Ｕiで示してある。段ｉの正端子と充電・平衡回路７との間でやり取りされる電流を、Ｉｅｑ(i)で示してある。
【００７３】
本発明においては、過電圧に対する耐性、および高い動作安全性から、リン酸鉄を使用するリチウムイン型セル２を使用することが好ましい。
【００７４】
セルの保護を確実に最適にするために、回路遮断器は、セルに許容されている最大充電電流、または最大放電電流より小さい遮断閾値を有している。さらに、回路遮断器の遮断閾値は、セルの１つが開回路になったときに、電流を流せるように調節されている。
【００７５】
特許文献２（ＦＲ０９０３３５８）に詳細に記載されているように、このような構成により、次のことが可能となっている。
−バッテリ１におけるジュール効果による損失を制限する。
−高度に安全なバッテリ１のコストを減少する。
−セルが短絡した場合にも、バッテリの動作は確実に継続する。
−セルが短絡した場合にも、まだ機能している全てのセルが埋め合わせることにより、バッテリの動作は確実に継続することができる。
【００７６】
図１４および図１５に示すバッテリ１の概略図においては、バッテリ１は、１２の直列接続された段を備えている。各段は、５つの並列接続されたセル２を有している。従って、バッテリ１は、５つの並列接続の分岐を有している。セル２は、３つの重ね合わされている層Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３と、４つの一列に並んでいるセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、セグメントに属する５つのコラムＣｏ１〜Ｃｏ５に配列されている。
【００７７】
隣接するセグメントに属する少なくとも２つの段は、直列に接続されている。これらの直列に接続されている段のセルは、個別の電気接続部によって接続されている。例えば、セグメントＳ４の層Ｃ１に属する各セルは、セグメントＳ３の層Ｃ１のセルに固有のネジ３４０によって接続されている。
【００７８】
また、セグメントの各セルが、個別の電気接続部によって、隣接するセグメントのセルに直列に接続される場合も、想定することができる。例においては、層の各セルは、そのセルに固有のネジ３４０を用いて、同じ層の隣接するセグメントのセルに接続されている。従って、１つの段の全てのセルからの電流を集めて、他の段に直列に流す必要はない。従って、同じ層における直列接続で生じる抵抗が抑えられる一方で、同じ段のセル間の電流の分布は最適になる。
【００７９】
図の例においては、金属箔３１０および３２０は、２つの隣接する段の間を直列に、電気的に確実に接続している。また、金属箔３１０および３２０は、異なる分岐を、並列にも、電気的に確実に接続している。金属バー３３０は、バッテリ１の各端部における電力集電部を形成している。
【００８０】
図１８に一例を示す金属箔３１０は、端部ホルダ４００において、２つの段を直列に接続するようになっている。金属箔３１０は、バッテリ１の重ね合わされている層に配列されている２つの段の直列接続を可能にする細長い区画３１１を有している。従って、各セルは、個別の細長い区画３１１によって、他の段のセルに直列に接続されている。従って、１つの段の全てのセルからの電流を集めて、他の段に直列に流す必要はない。従って、同じセグメントにおける段の直列接続で生じる全てにおいて抵抗が抑えられるとともに、同じ段のセル間の電流の分布は最適になる。本発明によると、大きな面積を占めるので、空間的要件が大きい電流収集構成部品を使用する必要はない。細長い区画３１１は、ヒューズ区間３１２によって互いに接続されている。ヒューズ区間３１２は、幅が狭い。細長い区画の両端には、孔３１３が設けられており、連結ネジ６０１が通過できるようになっている。２つの段の間の直列の電流は、細長い区画３１１を通って流れる。
【００８１】
図１７に一例を示す金属箔３２０は、中間ホルダにおいて、２つの段を直列に接続するようになっている。金属箔３２０は、バッテリ１の同じ層に配置されている２つの段の直列接続を可能にする接触板３２１を有している。この接触板３２１は、ヒューズ区間３２２によって互いに接続されている。ヒューズ区間３２２は、幅が狭い。接触板３２１には、孔３２３が設けられており、連結ネジ３４０が通過できるようになっている。２つの段の間の直列の電流は、接触板３２１の厚みを横切って流れる。
【００８２】
ヒューズ区間３１２および３２２の幅を決定するある例においては、幅を、次のようにして決めてもよい。
【００８３】
３０Ａの電流において、１秒以内に、２つのヒューズ区間３１２および３２２を溶解させることを目標とする。
【００８４】
関係式Ｉ2・ｔ＝ｋ・Ｓ2を使用するため、金属箔３１０は、厚さ０．１ｍｍであり、銅からなっていると想定する。これから、ヒューズ区間３１２および３２２の幅が１ｍｍであると、この溶解条件を満足することが推定される。
【００８５】
細長い区画３１１の幅を決定する一例として、次のように決定してもよい。
リチウムイオンのセル２を使用し、このセルは、６０Ａの直流を供給でき、５〜１５ｍΩの内部抵抗を有していると想定する。細長い区画３１１における直列損失を制限するために、細長い区画３１１を通じての抵抗の最大値を、０．５ｍΩとする。金属箔３１０は、厚さが０．１ｍｍを有し、銅からなっており、細長い区画３１１の孔３１３間に４５ｍｍの距離があると想定すると、次の関係式により、幅１６ｍｍを有する細長い区画３１１が決定した最大抵抗閾値を満足すると、推定することができる。
Ｒ＝ρ・Ｌ／Ｓ
Ｒは、細長い区画３１１の抵抗であり、Ｌは、孔３１３間の距離であり、ρは、銅の固有抵抗であり、Ｓは、細長い区画３１１の通過断面積である。
【００８６】
金属箔３１０および３２０は、例えば銅またはアルミなどの金属シートをプレス加工で裁断することによって容易に作ることができる。
【００８７】
金属箔３１０および３２０を使用すると、非常に多くのセル２を備えるバッテリ１におけるろう付け用のろうの数は制限されるので、特に有利である。従って、高い信頼性のある電気的接続を有するバッテリ１を、比較的低いコストで作ることができる。このような金属箔は、非常に低いコストで作ることができ、バッテリ１の異なる段の間、および異なる分岐の間の電気的接続の部品数を少とすることができる。
【００８８】
２段のセルを直列に接続し、かつ異なる分岐を並列に接続する金属箔の使用について説明したが、他の適切な手段によって接続することも想定することができる。特に、凹部間の連通路を通るプリント回路を使用することによって、またはホルダ４００および４５０に付加する金属トラックを使用することによって、この接続を行うことを想定することができる。２段のセルの間の接続に集積回路を使用することにより、再設定可能ヒューズの形態の並列接続の回路遮断器能を容易に組み込むことが可能になり、バッテリの保守が容易になる。また、このような集積回路を使用することにより、制御・充電平衡回路７の各分岐を接続して、電圧を測定するためのトラックを設けることも容易になる。
【００８９】
バッテリ１の中心にあるセル２の冷却に向いている他とは異なる特徴は、異なるセル２間の温度差を減少させることである。これにより、異なるセルの電気的特性は、より均質になり、異なるセル２間の充電および放電における差を減少させて、バッテリ１の実効容量を増加させる。さらに、本発明によると、異なるセル間のサービス寿命の差も減少させられる。これらの特徴は、少なくとも３つのセグメント、３つの列、および３つの層を備え、少なくとも１つのセル２が、他のセル２により囲まれているバッテリに特に有利であることが分かると思う。
【００９０】
当業者は、ホルダ４００および４５０を作るために適切な絶縁材料を容易に決定することができると思う。その電気的絶縁特性とは別に、その材料は、バッテリ１によってもたらされる制約に対応する弾性率、および熱膨張係数を有する必要がある。すなわち、変形を少なくするようにセル２を支持し、熱による変形を制限し、取り付け杆１００によって加えられる力にも耐える必要がある。ホルダ４００および４５０は、例えば、可燃性クラスＶ０に属するＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）またはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）から作ってもよい。
【００９１】
図示はしていないが、バッテリ１の両端に配置されている電気接続ネジに、絶縁キャップに被せると有利である。
【符号の説明】
【００９２】
１  バッテリ
２  セル
７  充電・平衡回路
７１  フレーム
７２  開口部
１００  取り付け杆
１０１  ナット
１０２  空隙
１０３  ネジ
１０５  導線
１０６  グルードッツ
１０７  温度プローブ
２０１、２０２  接続端子
３００  電気接続部
３１０、３２０  金属箔
３１１  細長い区画
３１２、３２２  ヒューズ区間
３１３、３２３  孔
３２１  接触板
３３０  金属バー
３４０  ネジ
４００  端部ホルダ
４０１  貫通孔
４０２  孔
４０３  貫通孔
４０４、４０５  連通路
４０６  底壁
４０７  連通路
４０８  溝
４０９  ねじ孔
４１０  側壁
４１１  凹部
４１２、４６２  チャネル
４５０  中間ホルダ
４５１、４５２、４５３  貫通孔
４５４、４５５  連通路
４５６  軸方向停止部
４５７  連通路
４５８、４６１  溝
４５９  ねじ孔
４６０  側壁
４６３、４６４  貫通孔
４６６  軸方向停止部
４６７、４７４  連通路
４７０  側壁
４７５  凹部
４８０  壁
４８５  凹部
Ｂｒ  分岐
Ｃ  重ね合わせ層
Ｃｏ  コラム
Ｄi,j  回路遮断器
Ｅi,j  セル
Ｅｔi  段ｉ
Ｉｅｑ(i)  段ｉの正端子と充電・平衡回路との間の電流
Ｉi,j  セルＥi,jを流れる電流
Ｉｔi,j  回路遮断器Ｄi,jを流れる電流
Ｎ  バッテリの負端子
Ｐ  バッテリの正端子
Ｓ１〜Ｓ４  セグメント
Ｕｉ  段ｉの端子の電圧
【図１】
2013532890.tif 000003
【図２】
2013532890.tif 000004
【図３】
2013532890.tif 000005
【図４】
2013532890.tif 000006
【図５】
2013532890.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013532890.tif 000009
【図８】
2013532890.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013532890.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2013532890.tif 000014
【図１３】
2013532890.tif 000015
【図１４】
2013532890.tif 000016
【図１５】
2013532890.tif 000017
【図１６】
2013532890.tif 000018
【図１７】
2013532890.tif 000019
【図１８】
2013532890.tif 000020
【国際調査報告】
2013532890.tif 000021
2013532890.tif 000022
2013532890.tif 000023
2013532890.tif 000024
2013532890.tif 000025