(57)【要約】  角柱型の電気エネルギーセルは、平坦に形成された二つの電流導体であって、セルの外部面のうちの一つから略直角に突出するとともに、互いに略面平行に設けられている電流導体を有している。前記電流導体は当該電流導体の面法線の方向に、それぞれ少なくとも一つの穴を有しており、一方の電流導体の穴のパターンは他方の電流導体の穴のパターンに対して鏡面対称になっている。本発明はまた、複数の前記電気エネルギーセルを有する電気エネルギーユニットに関する。
2013510395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部面を備える空間的物体として形成されているとともに、平坦に形成された二つの電流導体を有している電気エネルギーセルであって、当該電流導体は前記セルの前記外部面のうちの一つから略直角に突出するとともに、互いに略面平行に設けられている、電気エネルギーセルにおいて、
前記電流導体は当該電流導体の面法線の方向に、それぞれ少なくとも一つの穴を有しており、一方の電流導体の穴のパターンは他方の電流導体の穴のパターンに対して鏡面対称になっていることを特徴とする電気エネルギーセル。
【請求項２】
前記空間的物体は、二つの平坦面と四つの狭小面とを有しており、当該外部面から前記電流導体が突出する外部面が、前記狭小面のうちの一つによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギーセル。
【請求項３】
前記電流導体は当該電流導体の面法線方向においてずらされて、特に前記セルの前記平坦面の縁の近くに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気エネルギーセル。
【請求項４】
前記電流導体が面平行の方向においてずらされて設けられており、特に幅方向において前記電流導体同士が離間するように設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気エネルギーセル。
【請求項５】
単独の穴が設けられており、当該単独の穴は好ましくは幅方向において概ね前記個々の電流導体の中央に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気エネルギーセル。
【請求項６】
二つまたはそれ以上の穴が設けられており、当該二つまたはそれ以上の穴は個々の電流導体の幅にわたって配分されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気エネルギーセル。
【請求項７】
ガルバニセル、好ましくは二次セルであって、特に当該セルの電磁的に活性な物質がリチウムまたはリチウム化合物を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電気エネルギーセル。
【請求項８】
複数のセルを有する電気エネルギーユニットであって、当該セルはスタック方向においてセルブロックとなるように積み重ねられるとともに当該セルブロック内部で並列および／または直列に互いに接続されている、電気エネルギーユニットにおいて、前記セルは請求項１から７のいずれか一項に記載の電気エネルギーセルであることを特徴とする電気エネルギーユニット。
【請求項９】
対向する電流導体同士の電気的接触および絶縁は、行われている相互接続に応じて、連続的に設けられているセルの電流導体同士の間の隙間に設けられている導電性または非導電性のスペーサによって達成され、前記スペーサは前記電流導体の一列に並んでいる穴を貫通して設けられている締結部材によって及ぼされる圧力を介して、前記電流導体同士の間で締め付けられることを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１０】
前記電気エネルギーユニットの第一の接続極と第二の接続極が設けられており、前記第一の接続極は、前記セルブロックにおける第一のセルの第一の極性の電流導体と接続されており、前記第二の接続極は、前記セルブロックにおける最後のセルの第二の極性の電流導体と接続されていることを特徴とする請求項８または９に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１１】
前記セルはスタック方向において、極性が交互になるように設けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１２】
前記セルブロック内部のセルのグループは、第一グループの最後のセルおよび次のグループの第一のセルに関して、一方の側の電流導体が、スタック方向においてそれぞれ対向している前のセルおよび次のセルの電流導体から電気的に絶縁されているとともに、電気的に分岐されることによって形成され、かつ、互いに電気的に絶縁されることを特徴とする請求項１１に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１３】
複数のセルから成る前記セルブロックは、二つの圧力プレートの間に挟みこまれており、当該圧力プレートは好適に連結棒によって緊締されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１４】
電流導体と接続極との接続は、個々の前記電流導体に隣接する前記導電性のスペーサを介して行われることを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギーユニット。
【請求項１５】
前記スペーサは貫通穴または切り込みを有しており、当該貫通穴または切り込みは前記電流導体の前記穴と一列に並ぶとともに、前記締結部材に装着されているか、または取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の電気エネルギーユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気エネルギーセルと、積み重ねられてブロックになっている複数の電気エネルギーセルから成る電気エネルギーユニットとに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーユニットを、積み重ねられてブロックになっている複数の電気エネルギーセルから構成することが知られている。例えば一次ガルバニセルから成るバッテリー、二次ガルバニセルから成る蓄電池、積み重ねられてモジュールに統合されているコンデンサおよび燃料電池などである。
【０００３】
電気的エネルギーを貯蔵するために特にバッテリー（一次貯蔵装置）と、蓄電池（二次貯蔵装置）が知られている。当該バッテリーと蓄電池は単独または複数の貯蔵セルから構成されており、当該バッテリーと蓄電池では、充電電流が供給される際に電解質において、もしくは電解質間で、カソードとアノードとの電気化学的な充電反応のなかで電気的エネルギーが化学的エネルギーに変換され、そのような形で貯蔵される。また当該バッテリーと蓄電池では、電気的負荷がかかる際に電気化学的な放電反応において化学的エネルギーが電気的エネルギーに変換される。このとき一次貯蔵装置は通常、一回のみ充電され、放電後に除去されるが、二次貯蔵装置は複数の（数百サイクルから１００００を上回るサイクルまで）充放電が可能である。このとき注意すべき点は、蓄電池も時によって、バッテリーと呼ばれることである。例えば車のバッテリーなどがこれにあたるが、車のバッテリーは周知のように頻回な充電サイクルを経る。
【０００４】
近年、リチウム化合物に基づく一次貯蔵装置および二次貯蔵装置が重要性を増している。リチウム化合物に基づく一次貯蔵装置および二次貯蔵装置は、高いエネルギー密度と熱的安定性を有しており、かつ、自己放電が少ない状態で一定の電圧を供給するとともに、いわゆるメモリー効果が生じない。
【０００５】
エネルギー貯蔵装置および特にリチウムバッテリーと、リチウム蓄電池とを、薄いプレートの形で製造することが知られている。リチウムイオンセルの作用原理については、例えば非特許文献１が参照される。
【０００６】
実際に、例えば自動車のバッテリーにおいて目指される電圧と容量とを実現するためには、複数のセルをスタックとなるように設けるとともに、当該複数のセルの電流導体を好適な方法で相互接続することが必要である。単セルの接続は通常、セルの（「上部の」と規定されるのが常である）狭小面であって、当該狭小面から電流導体が突出している、狭小面において行われる。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４にはこのような接続構造体が示されている。
【０００７】
特許文献５には同じような構造体が示されており、当該構造体において単セルはハウジングに装入されている。当該構造体の場合、単セルはハウジングの個々の区画内にあって離れており、上方に突出している端子はボルトを用いて互いに接続されている。そのうえで構造体全体は上方からカバーで閉止されている。
【０００８】
まだ公開されていない開発から、複数の薄い直方体のガルバニセルを、当該ガルバニセルの最大延長面（平坦面）が互いに対向しているか、または接触しており、その状態で保持装置内に封入されているように、単独または複数のスタックにまとめることが知られている。
【０００９】
発明者は、印刷物による詳しい裏づけのない構造体も知っている。当該構造体では複数の平坦なセルが二つの圧力プレートの間に積み重ねられており、当該スタックは圧力プレート同士の間に延在している締結部材（植え込みボルトもしくは平頭ネジ）によってまとめられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２８７６４号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／１２８７６９号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００８／１２８７７０号パンフレット
【特許文献４】国際公開第２００８／１２８７７１号パンフレット
【特許文献５】特開平０７−２８２８４１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｄｒ．Ｋ．Ｃ．メラー（Ｍｏｅｌｌｅｒ）、Ｄｒ．Ｍ．ヴィンター（Ｗｉｎｔｅｒ）著、「一次リチウムバッテリーおよび再充電可能なリチウム蓄電池（“Ｐｒｉｍａｅｒｅ  ｕｎｄ  ｗｉｅｄｅｒａｕｆｌａｄｂａｒｅ  Ｌｉｔｈｉｕｍ−Ｂａｔｔｅｒｉｅｎ  ｕｎｄ  Ａｋｋｕｍｕｌａｔｏｒｅｎ”）」，無機化学技術研究会（Ｐｒａｋｕｔｉｋｕｍ  Ａｎｏｒｇａｎｉｓｃｈ−Ｃｈｅｍｉｓｃｈｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ）  、グラーツ（Ｇｒａｚ）工科大学、２００５年２月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、電気エネルギーセルと、複数のこのようなセルから成る電気エネルギーユニットを提供することであり、当該電気エネルギーセルおよび電気エネルギーユニットによって、セルのブロック形成と接触が改善され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題は独立請求項の特徴によって解決される。本発明の有利なさらなる構成は、従属請求項の対象となっている。
【００１４】
本発明の第一の様相による電気エネルギーセルは、複数の外部面を備える空間的物体として形成されているとともに、平坦に形成された二つの電流導体を有している。当該電流導体はセルの外部面のうちの一つから略直角に突出するとともに、互いに略面平行に設けられている。電流導体は当該電流導体の面法線の方向に、それぞれ少なくとも一つの穴を有しており、一方の電流導体の穴のパターンは他方の電流導体の穴のパターンに対して鏡面対称になっている。
【００１５】
本発明において電気エネルギーセルとは、構造的に閉鎖されたセルであって、電気的エネルギーを放出することもできるセルのことである。その場合、一次ガルバニセルであって、当該一次ガルバニセル内に貯蔵されたエネルギーを一回だけ放出することができる一次ガルバニセルであってもよく、または、二次ガルバニセルであって、複数回充放電され得る二次ガルバニセルであってもよく、または、燃料電池であってもよく、またはコンデンサーセルなどであってもよい。特に二次ガルバニセルであって、セルの少なくとも一つの電磁的に活性な物質がリチウムまたはリチウム化合物を有している二次ガルバニセルであり得る。本発明において電流導体とは、外部からアクセスできる接続部のことであり、当該接続部はガルバニセルの内部にある電気化学的に活性な部分と接続されているとともに、セルの極としても用いられる。本発明において物体の外部面とは、当該物体の空間内用の外部境界を形成する平面のことである。本発明において平坦な物体とは、物体であって、当該物体の拡がりが、物体に結びついている直交座標の二つの空間方向において、第三の空間方向におけるよりも実質的に大きい物体のことである。このとき当該第三の空間方向は厚さ方向または面法線方向として規定され、当該二つの他の空間方向は面平行方向として規定されている。本発明において穴のパターンとは、物体における単独または複数の穴の配置のことである。本発明において穴のパターンの鏡面対称的配置とは、一つの電流導体における穴が、電流導体の面法線方向と、セルの外部面であって当該外部面から電流導体が突出する外部面方向とによって規定される平面に映された状態で、他方の電流導体の穴と一致していることを意味する。このとき鏡映面は好ましくは垂直かつ幅方向において中央に設けられる面であるが、本発明を実現するにあたり、鏡映面が幅方向において中央に設けられていなくても差し障りない。画定するために注意すべき点は、鏡面対称という概念が、合同であること、すなわち二つの電流導体における全ての穴が一列に並ぶことは排除するが、穴のうちのいくつかが一列に並ぶことは排除しないということである。
【００１６】
本発明の上記の様相による電気エネルギーセルはまた、以下の有利点を有している。すなわち、複数のセルがブロックにまとめられる場合、連続的に設けられている電流導体の穴は、個々のセルの極性に関わらず、常に一列に並ぶというものである。これによって例えば取り付けの際に、穴に基づいて視覚的または機械的な位置調整管理が行われ得る。穴を通過させてケーブルなどを敷設することもできる。
【００１７】
このような電気エネルギーセルの空間的物体が、二つの平坦面と四つの狭小面とを有しており（すなわちフラットな構造を有しており）、外部面であって当該外部面から電流導体が突出する外部面が、当該狭小面のうちの一つによって形成される場合、セルをスタック状に設けて、より大きなユニットを構成することは特に容易である。
【００１８】
電流導体が当該電流導体の面法線方向においてずらされて、特にセルの平坦面の縁の近くに設けられていると有利であることが判明している。そのような場合、電流導体はそれぞれ、セルの活性な部分の最も外側の層に大きく逸れることなく到達するという理由による。
【００１９】
電流導体が面平行の方向においてずらされて設けられており、特に幅方向において電流導体同士が離間するように設けられている場合も、一つの電流導体の輪郭がもう一つの電流導体に設けられた穴に決して重なり得ないことが確実である。電流導体の内縁によって形成される溝に、ケーブルなどを敷設することもできる。
【００２０】
好ましくは単独の穴が設けられており、当該単独の穴は好ましくは幅方向において概ね個々の電流導体の中央に設けられている。代替的に二つまたはそれ以上の穴が設けられており、当該二つまたはそれ以上の穴は個々の電流導体の幅にわたって配分されている。
【００２１】
本発明はさらなる様相において電気エネルギーユニットに関する。当該電気エネルギーユニットにおいて複数の電気エネルギーセルはスタック方向においてセルブロックとなるように積み重ねられ、当該セルブロック内部で並列および／または直列に互いに接続されている。本発明において電気エネルギーユニットとは構造体であって、電気的エネルギーを放出することもできる構造体のことである。このような電気エネルギーユニットにおいて、個々の電気エネルギーセルの有利点はすでに述べたように発揮される。
【００２２】
特に好ましい実施の形態において、対向する電流導体同士の電気的接触および絶縁は、行われている相互接続に応じて、連続的に設けられているセルの電流導体同士の間の隙間に設けられている導電性または非導電性のスペーサによって達成される。このときスペーサは、電流導体の一列に並んでいる穴を貫通して設けられている締結部材によって及ぼされる圧力を介して、前記電流導体同士の間で締め付けられる。これによってセルブロックにおいて、容易かつ確実であるとともに、操作安全性および耐損失性を有するセルの相互接続が可能となる。
【００２３】
好ましくは電気エネルギーユニットの第一接続極と第二接続極が設けられている。このとき当該第一接続極は、セルブロックにおける第一セルの第一の極性の電流導体と接続されており、当該第二接続極は、セルブロックにおける最後のセルの第二の極性の電流導体と接続されている。本発明において接続極とは、接触子であって、電気エネルギーユニットの外部からも接触可能であり、それによって電気的接続を生じさせられる接触子のことである。
【００２４】
セルは好ましくはスタック方向において、極性が交互になるように設けられている。このようにして導電性または非導電性のスペーサによるセルの直列接続は、当該スペーサが連続的に設けられている電流導体同士の間に交互に設けられるだけで、特に容易に実現可能である。並列接続も容易に実現可能である。すなわち代替的な実施の形態において、セルブロック内部のセルのグループは、以下のように形成され、かつ、互いに電気的に絶縁され得る。すなわち、第一グループの最後のセルおよび次のグループの第一のセルに関して、一方の側の電流導体は、スタック方向においてそれぞれ対向している前のセルおよび次のセルの電流導体から電気的に絶縁されているとともに、電気的に分岐されることによってセルブロック内部のセルのグループの形成と電気的な絶縁が行われる。
【００２５】
複数のセルから成るセルブロックは、好ましくは二つの圧力プレートの間に挟みこまれており、当該圧力プレートは特に好適に連結棒によって緊締されている。このようにしてセルは簡単かつ確実に、まとめられるとともに固定され得る。
【００２６】
電流導体と接続極との接続は、個々の電流導体に隣接する導電性のスペーサを介して、特に容易に行われ得る。
【００２７】
特に好ましい実施の形態において、スペーサは貫通穴または切り込みを有しており、当該貫通穴または切り込みは電流導体の穴と一列に並ぶとともに、棒に装着されているか、または取り付けられている。第一の態様においてスペーサは特に耐損失性を有して設けられている一方、第二の態様においてスペーサは締結部材を完全に取り外すことなく、容易に取り付け可能である。
【００２８】
請求項に記載されている本発明のさらなる特徴、課題および有利点は、好ましい実施の形態についての以下の詳細な説明から明らかにされる。当該詳細な説明は添付の図面を参照しながら作成されたものである。
【００２９】
図面に示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一の実施の形態によるバッテリーの水平断面を表す図である。
【図２】図１のバッテリーの横断面を示す図であり、図１における線ＩＩ−ＩＩに沿って切断されているとともに、下方領域が省略されている。
【図３】本発明の第二の実施の形態によるバッテリーの水平断面を表す図であり、表示は図１に対応している。
【図４】本発明の第三の実施の形態によるバッテリーの横断面を示す図であり、表示は図２に対応している。
【図５】本発明の第四の実施の形態によるバッテリーの横断面を示す図であり、表示は図２に対応している。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面における表示は概略的であって、本発明の理解のために最も重要な特徴の再現に限定されている点を指摘すべきである。また、図に再現されている寸法および大きさの割合は表示の明瞭性のためだけのものであり、何ら限定的または強制的に理解すべきではない点も指摘すべきである。
【００３２】
具体的な実施の形態と当該実施の形態の可能な変化形態を以下に詳しく説明する。異なる実施の形態において同一の構成要素が用いられている限り、当該構成要素には同一または対応する参照番号が付されている。一の実施の形態に関連してすでに説明された特徴を繰り返して説明することは概ね行わない。しかしながら、一の実施の形態の特徴と構成と作用は、他の記載が明瞭になされていない限り、あるいは技術的に明らかに無意味でない限り、他の実施の形態にも転用すべきである。
【００３３】
本発明の第一の好適な実施の形態は、図１および２に表されている。このとき図１は、当該実施の形態におけるバッテリー２の水平断面図であり、図２は図１のバッテリー２の横断面を示す図であり、図１における線ＩＩ−ＩＩに沿って（二つの貯蔵セル４の間で）切断されているとともに、下方領域が省略されている。図１における断面は電流導体１４の略中央の高さに設けられている。
【００３４】
バッテリー２は複数の貯蔵セル４を有している。全部で８個の貯蔵セル４（ｉ）から４（ｖｉｉｉ）が設けられている。貯蔵セル４は平坦な直方体の基体であって、二つの拡張された平坦面または端面（表面および裏面）と、四つの狭小面（右面、左面、上面、下面）とを備える基体を有している。貯蔵セル４はそれぞれ当該貯蔵セルの平坦な表面および裏面によって互いに当接しているとともに、スタックを形成している。スタック全体は接続用圧力プレート６と、反対圧力プレート８によって縁取られている。圧力プレート６，８はナット１２を備える連結棒１０によって連結される。ブロックはこのようにして締結される。
【００３５】
貯蔵セル４は当該好適な実施の形態において、リチウム蓄電池セルである（本願においては蓄電池、すなわち二次貯蔵装置もバッテリーと称される）。個々の貯蔵セル４の基体は活性な構成要素を収容しており、当該構成要素において電気的エネルギーを貯蔵および放出するための電気化学的反応（充放電反応）が生じる。図において詳しく示されていない活性な構成要素の内部構造は、電気化学的に活性な二つの種類の電極箔（カソードおよびアノード）と、電流を収集するとともに電気化学的に活性な領域へ電流を供給し、あるいは、電気化学的に活性な領域から電流を排出するための導電性の箔と、二つの種類の電気化学的に活性な領域を分離するためのセパレータ箔とから成る平坦な積層型スタックに等しい。電気化学的に活性な電極箔の種類のうちの少なくとも一つは、リチウムまたはリチウム化合物を有している。当該構造は技術的によく知られているので、ここでさらに深く説明する必要はない。参考文献として、詳細な説明の冒頭で挙げた非特許文献１に記載の従来技術が参照される。前記文献の開示内容は、参照することによって包括的に含まれるものとする。
【００３６】
二つの電流導体１４（１４＋，１４−）は、上面として規定される個々のセル４の狭小面において、セル４の内部から外部に向かって垂直に突出している。電流導体１４は活性な領域の内部の電気化学的に活性なカソード領域およびアノード領域と接続されており、そのような状態でセル４のカソード接続部およびアノード接続部として用いられる。特に電流導体１４＋はセル４の正極を形成し、電流導体１４−はセル４の負極を形成している。電流導体１４は銅またはアルミニウムなどの良好な導体材料から製造されている。接触を向上させるために、例えば銀または金から成るコーティング（スパッタリンング、めっきなど）が設けられていてよい。電流導体１４は平坦な構造物であって、当該構造物の幅は、セル４の半分の幅よりもわずかに小さく、当該構造物の高さは当該構造物の幅よりもはるかに小さい。電流導体はセル４の上面において、幅方向においても厚さ方向においてもずれを有して設けられている。すなわち、セル４の上面の面積の中心に対して、電流導体１４のうちの一方は、表面の長い縁に向かって、かつ、右の狭小縁に向かってずらされており、電流導体１４のうちの他方は、裏面の長い縁に向かって、かつ、左の狭小縁に向かってずらされている。電流導体１４は端面側で見ても、側方から見ても互いに重なり合わず、電流導体の投影は端面側で見ても、側方から見ても互いに距離を有している。電流導体１４の配置は、セル４の上面の各対称軸に関して鏡面対称になっている。
【００３７】
セル４は電流導体１４＋，１４−の極性が交替する状態で積み重ねられている。すなわち、第一セル４（ｉ）はセルブロックにおいて、当該第一セルの正極導体１４＋が図面において左側にあるとともに、当該第一セルの負極導体１４−が図面において右側にあるように設けられている。次のセル４（ｉｉ）は逆の極性を有して設けられている。すなわち、当該次のセル４（ｉｉ）の正極導体１４＋が図面において右側にあるとともに、当該次のセルの負極導体１４−が図面において左側にあるように設けられている。さらなるセル４の極性は、最後の（第八）セル４（ｖｉｉｉ）に至るまで、それぞれ交替してゆく。
【００３８】
接続用圧力プレート６内に、ポケット１６が形成されている。ポケット１６は凹所であり、当該凹所内に二つの接続端子（１８＋，１８−）が設けられている。接続端子１８は外部からアクセス可能であるとともに、バッテリー２の極を形成する。特に接続端子１８＋はバッテリー２の正極を形成し、接続端子１８−はバッテリー２の負極を形成する。ポケット１６内には、バッテリー２および個々のセル４を開ループ制御および閉ループ制御するための（詳細に示されていない）さらなる構成要素も設けられる。
【００３９】
本実施の形態のセル４は直列接続として互いに連結されている。この目的のために、セル４の正極導体１４＋と、順序においてそれぞれ次のセル４の負極導体１４−との間の隙間にそれぞれ接触スリーブ２０が設けられている。距離をまたぐとともに反対圧力を生じさせるために、セル４の負極導体１４−と、順序においてそれぞれ次のセル４の正極導体１４＋との間の隙間に、それぞれ絶縁スリーブ２２が設けられている。
【００４０】
それぞれの側の接触スリーブ２０と絶縁スリーブ２２、および、電流導体１４の面に設けられている（図において詳細に示されていない）穴を貫通して、締結部材２４が延在しており、当該締結部材はロックナット２６を用いて、接触スリーブ２０と絶縁スリーブ２２と電流導体１４とから成る複合体を互いに締結するとともに、反対圧力プレート８と締結する。締結部材２４のためのロックナット２６はひねり強さを有しているが、軸方向に移動可能であり、接続用圧力プレート６の対応する凹所内に支承されている。ロックナット２６は好ましくは四角ナットまたは六角ナットである。
【００４１】
長さを調整する目的で、第一セルと最後のセル４（ｉ），４（ｖｉｉｉ）の電流導体１４＋，１４−には、スタック方向において外部に向いている面に終端接触スリーブ２０ａ，２０ｂと終端絶縁スリーブ２２ａ，２２ｂが設けられており、当該終端接触スリーブおよび終端絶縁スリーブは、接触スリーブ２０および絶縁スリーブ２２と、長さが異なっている。このとき終端接触スリーブ２０ａ，２０ｂは、電流導体１４の他方の側に絶縁スリーブ２２が設けられている所に備えられ、終端絶縁スリーブ２２ａ，２２ｂは電流導体１４の他方の側に接触スリーブ２０が設けられている所に備えられている。
【００４２】
より正確に言うと、第一セル４（ｉ）の負極導体１４−と、スタックの右側にあるロックナット２６との間に終端接触スリーブ２０ａが設けられているとともに、当該第一セル４（ｉ）の負極導体１４−と、第二セル（ｉｉ）の正極導体１４＋との間に絶縁スリーブ２２が設けられている。さらに、第一セル４（ｉ）の正極導体１４＋と、スタックの左側にあるロックナット２６との間に終端絶縁スリーブ２２ａが設けられているとともに、当該第一セル４（ｉ）の正極導体１４＋と第二セル（ｉｉ）の負極導体１４−との間に接触スリーブ２０が設けられている。さらに、最後のセル４（ｖｉｉｉ）の正極導体１４＋と、スタックの右側における反対圧力プレート８との間に終端接触スリーブ２０ｂが設けられているとともに、当該最後のセル４（ｖｉｉｉ）の正極導体１４＋と、最後から二番目のセル（ｖｉｉ）の負極導体１４−との間に絶縁スリーブ２２が設けられている。最終的に、最後のセル４（ｖｉｉｉ）の負極導体１４−と、スタックの左側における反対圧力プレート８との間に終端絶縁スリーブ２２ｂが設けられているとともに、当該最後のセル４（ｖｉｉｉ）の負極導体１４−と、最後から二番目のセル（ｖｉｉ）の正極導体１４＋との間に接触スリーブ２０が設けられている。このように、締結複合体は反対圧力プレート８の側で、軸方向において当該反対圧力プレートに支持される。接続圧力プレート６の側では軸方向における支持は行われない。接続圧力プレート側で力はロックナット２６を介して直接的に伝えられる。
【００４３】
最後のセル４（ｖｉｉｉ）の正極導体１４＋は、正極導線２８＋を介して正極接続端子（１８＋）に接続されており、第一セル４（ｉ）の負極導体１４−は、負極導線２８−を介して負極接続端子（１８−）に接続されている。電極導線２８（２８＋，２８−）はそれぞれ対応する接触スリーブに固定されている。当該接続は、個々の電極導線２８に固定された接触リングなどによって行われていてもよい。当該接触リングは個々の電流導体１４と対応する接触スリーブとの間で、連結棒１０に装着され、ともに締結される。
【００４４】
接触スリーブ２０，２０ａ，２０ｂは良好な導体材料から製造されている。導体材料としては銅、真鍮、ブロンズなどが考えられるが、鋼、アルミニウム、洋銀などの他の材料も想定される。接触子同士の接触抵抗を低減するために、接触面に銀メッキまたは金メッキを施すのが有効であることが証明されている。接触子をさらに強化するために、接触面は荒仕上げされていてもよい。
【００４５】
絶縁スリーブ２２，２２ａ，２２ｂは電気的に絶縁を行う材料から製造されている。絶縁体材料としてはプラスチック、ゴム、セラミックなどが考えられる。締結部材２４は短絡を回避するため、同様にプラスチックなどの、場合によっては繊維強化された電気的な絶縁材料から製造されている。代替的に金属の連結棒も用いられ得るが、絶縁コーティングが設けられていて、当該絶縁コーティングが電流導体１４あるいは接触スリーブ２０，２０ａ，２０ｂなどの電流を通す構成要素に対するあらゆる導電接触を防止する場合に限る。圧力プレート６，８は好ましくはプラスチックから製造されている。セルのスタック複合体を製造するための連結棒１０は、金属またはプラスチックから製造されていてよい。連結棒１０とナット１２は溶接によって、端部が据え込み加工された単独の連結棒にされてもよい。この場合、取り外し可能性は失われる。取り外し可能性は安全上の理由から望ましいことがある。
【００４６】
本実施の形態において電流導体１４は、当該電流導体の平面の略中央に穴（詳細に示されていない）を有している。穴（およびそれとともに締結部材２４の位置）をさらに外側に、あるいは内側にずらすことも可能である。あるいは複数の穴（およびバッテリー２の各側に複数列のスリーブと連結棒とを）設けることも可能である。しかしながら、セル４の二つの電流導体１４＋，１４−の穴のパターンが、鏡面対称になっていることに注意すべきである。これにより、セルスタックにおいて極性が交互になっている状態で、連続的に設けられている電流導体の穴は一列に並ぶ。（このとき例えば電流導体内の溝または穴であって、当該電流導体の極性を表すためだけに用いられるとともに、電流導体１４と、スリーブ２０，２２と、締結部材２４と、ロックナット２６とから成る締結複合体において何ら機能を有していない溝または穴は考慮されない。）電流導体のうちの一つの穴が、それぞれもう一方の電流導体の輪郭によって遮蔽されていない場合も有利である。特に電流導体は、端面側の平面への当該電流導体の投影において距離を有しているのが好ましく、それによって正極導線２８＋は電流導体同士の間にガイドされ得る。セル４の電流導体１４＋，１４−が端面側から見て互いに遮蔽し合っている場合、電流導体１４には締結部材２４を受容するための穴のほかに、さらなる穴または開口部が設けられていてよい。当該さらなる穴または開口部は互いに一列に並んでおり、当該さらなる穴または開口部を介して正極導線２８＋がガイドされ得る。電極導線２８は、短絡を防止するために電流導体の遮蔽に関わりなく絶縁されていてよい。
【００４７】
本実施の形態においてバッテリー２は８個の貯蔵セル４から形成されており、当該貯蔵セルは直列に接続されている。当然ながら、バッテリーにおけるセル４の数と当該セルの相互接続は、バッテリーの電圧および容量に関するガイドラインに基づいて、いかなる有意な構成にもなり得る。
【００４８】
図３には本発明の第二の好適な実施の形態としてのバッテリー１０２が示されている。当該表示は連結棒１０と締結部材２４の高さで切断されている図１の水平断面図に対応する。バッテリー１０２は第一の実施の形態によるバッテリー２と以下の点においてのみ相違する。特に貯蔵セル４と、圧力プレート６，８と、連結棒１０と、ナット１２と、個々のセル４の電流導体１４（１４＋，１４−）と、接続端子（１８＋，１８−）と、（終端）接触スリーブ２０，２０ａ，２０ｂと、（終端）絶縁スリーブ２２，２２ａ，２２ｂと、締結部材２４と、ロックナット２６と、電極導線２８（２８＋，２８−）などを備えるバッテリー１０２の構成と、セル４が極性を交替させながら装入されている状態は、以下に説明する例外を除いて第一の実施の形態と同一である。
【００４９】
バッテリー１０２では全ての貯蔵セル４が直列に接続されているわけではない。むしろ、それぞれ４個の貯蔵セル４から成る二つのグループの並列接続が実現されている。このために、第一の実施の形態では第四セル４（ｉｖ）の正極導体１４＋と、第五セル（ｖ）の負極導体１４−との間に設けられている接触スリーブ２０は、中間接触スリーブ１２０ｃと中間絶縁スリーブ１２２ｃに置き換えられており、当該中間接触スリーブと中間絶縁スリーブはそれぞれ電流導体１４＋，１４−間の距離の略半分の長さであり、中間接触スリーブ１２０ｃは第四セル４（ｉｖ）の正極導体１４＋に接触している。同様に第一の実施の形態では第五セル４（ｖ）の負極導体１４−と、第六セル４（ｖｉ）の正極導体１４＋との間に設けられている絶縁スリーブ２２は、中間接触スリーブ１２０ｃと中間絶縁スリーブ１２２ｃに置き換えられており、中間接触スリーブ１２０ｃは第五セル４（ｖ）の負極導体１４−に接触している。第四セル４（ｉｖ）の正極導体１４＋に接している中間接触スリーブ１２０ｃから正極分岐導線１３０＋が出ており、当該正極分岐導線は正極導線２８＋に合流する。第五セル４（ｖ）の負極導体１４−に接している中間接触スリーブ１２０ｃから負極分岐導線１３０−が出ており、当該負極分岐導線は負極導線２８−に合流する。
【００５０】
このように当該実施の形態によるバッテリー１０２の最初の４個の貯蔵セル４（ｉ）から４（ｉｖ）は第一の直列接続を形成しており、当該第一の直列接続の電極電圧は負極導線２８−と正極分岐導線１３０＋に分岐されている。同様に、当該実施の形態によるバッテリー１０２の最後の４個の貯蔵セル４（ｖ）から４（ｖｉｉｉ）は第二の直列接続を形成しており、当該第二の直列接続の電極電圧は負極分岐導線１３０−と正極導線２８＋に分岐されている。このように正極導線２８＋と正極分岐導線１３０＋が共に分岐させているポテンシャルは正極ポテンシャル端子１８＋に印加され、負極導線２８−と負極分岐導線１３０−が共に分岐させているポテンシャルは負極ポテンシャル端子１８−に印加される。
【００５１】
第一の実施の形態によるバッテリー２の純粋な直列接続と比べて、本実施の形態によるバッテリー１０２は半分の電極電圧と、二倍の容量を提供している。
【００５２】
本実施の形態において、中間接触スリーブ２０ｃと中間絶縁スリーブ２２ｃの長さはそれぞれ、電流導体１４の間の距離の略半分である。本実施の形態の変化形態において、中間絶縁スリーブ２２ｃの長さは電流導体１４の間の距離に略一致している一方、中間接触スリーブ２０ｃは短縮されて接触板または接触リングとなっている。
【００５３】
図４では本発明の第三の好適な実施の形態としてバッテリー２０２が示されている。当該表示は図２の断面図に対応している。バッテリー２０２は第一の実施の形態によるバッテリー２と以下の点においてのみ相違する。特にバッテリー２０２の構成に関しては、貯蔵セル４と、圧力プレート６，８と、連結棒１０と、ナット１２と、個々のセル４の電流導体１４（１４＋，１４−）と、接続端子１８（１８＋，１８−）と、締結部材２４と、ロックナット２６と、電極導線２８（２８＋，２８−）とを備える第一の実施の形態によるバッテリー２の説明および表示と、セル４が極性を交替させながら装入されている状態とを参照されたい。
【００５４】
第一の実施の形態と比較すると、接触スリーブ２０は矩形の断面を有する接触シュー２２０に置き換えられており、絶縁スリーブ２２は矩形の断面を有する絶縁シュー２２２に置き換えられている。接触シュー２２０と絶縁シュー２２２の切断面は電流導体１４の面よりも幾分小さい。同じことは終端接触スリーブ２０ａ，２０ｂと、終端絶縁スリーブ２２ａ，２２ｂに当てはまるとともに、第二の実施の形態の変化形態が応用される限りは、中間接触スリーブ２０ｃと中間絶縁スリーブ２２ｃに当てはまる。
【００５５】
これにより、締結部材２４を介して及ぼされる圧力がより均一に分配され得るとともに、断面がより大きいことにより、接触要素２２０の抵抗はより小さくなる。
【００５６】
図５では本発明の第四の好適な実施の形態としてバッテリー３０２が示されている。当該表示は図２の断面図に対応している。バッテリー３０２は第一の実施の形態によるバッテリー２と以下の点においてのみ相違する。特にバッテリー３０２の構成に関しては、貯蔵セル４と、圧力プレート６，８と、連結棒１０と、ナット１２と、個々のセル４の電流導体１４（１４＋，１４−）と、接続端子１８（１８＋，１８−）と、締結部材２４と、ロックナット２６と、電極導線２８（２８＋，２８−）とを備える第一の実施の形態によるバッテリー２の説明および表示と、セル４が極性を交替させながら装入されている状態とを参照されたい。
【００５７】
第一の実施の形態と比較すると、接触スリーブ２０は矩形の断面を有する接触ブリッジ３２０に置き換えられており、絶縁スリーブ２２は矩形の断面を有する絶縁ブリッジ３２２に置き換えられている。接触ブリッジ３２０と絶縁ブリッジ３２２の幅は電流導体１４の幅よりも幾分小さい。接触ブリッジ３２０と絶縁ブリッジ３２２の高さは電流導体１４の高さよりも大きい。接触ブリッジ３２０と絶縁ブリッジ３２２は穴ではなく、下方に向かって開放されている切り込み３２０ａもしくは３２２ａを有している。当該切り込みは締結部材２４よりも幅が広く、かつ、セル４の上面からの締結部材２４の最高の距離よりもさらに遠くに到達している。同じことは終端接触スリーブ２０ａ，２０ｂと、終端絶縁スリーブ２２ａ，２２ｂに当てはまるとともに、第二の実施の形態の変化形態が応用される限りは、中間接触スリーブ２０ｃと中間絶縁スリーブ２２ｃに当てはまる。
【００５８】
これにより、締結部材２４を介して及ぼされる圧力がより均一に分配され得るとともに、断面がより大きいことにより、接触要素３２０の抵抗はより小さくなる。さらに、接触ブリッジ３２０と絶縁ブリッジ３２２は締結部材２４に取り付けられていない。従って接触ブリッジと絶縁ブリッジはただ連結棒２４を取り外すだけで取り付け、取り外し、および交換ができ、そのために締結部材２４全体を取り外すとともに、電流導体と、接触要素および絶縁要素を新たに取り付ける必要がなくなる。
【００５９】
接触ブリッジと絶縁ブリッジ３２０，３２２の高さは図に示されているものより小さくてもよい。それによって例えば圧力プレート６の上縁から突出しなくなる。
【００６０】
上記の実施の形態において貯蔵セル４はそれぞれ極性を交替させながらバッテリーブロックに装入されている。さらなる変化形態において、セルの極性はセルごとに交替せず、連続して設けられているセル４の対またはより大きなグループが、それぞれ同じ極性を有して装入されていてもよい。その場合、当該対またはグループはそれぞれ並列接続を形成しており、連続して設けられている対またはグループは直列に接続され得る。そのために対またはグループ内で、同じ側に並んでいる同じ極性の電流導体は接触要素（接触スリーブ、接触シュー、接触ブリッジ）によって電気的に接続され得る。一つの対またはグループから次の対またはグループへの移行部において、一方の側では接触要素が用いられ、他方の側では絶縁要素が用いられる。特に大きな容量のセルブロックが望まれ、かつ、単セルのセル電圧が十分である場合、ブロック内の全てのセルは同じ極性を有して設けられるとともに、個々の側の電流導体はそれぞれ接触要素によって互いに接続されていてもよい。
【００６１】
連結棒１０は締結部材２４と異なる高さに設けられてもよい。図において詳しく説明されていないが、バッテリー２，１０２，２０２，３０２の下部領域に、同様に連結棒１０が設けられていてもよい。
【００６２】
以上、好適な実施の形態およびいくつかの変化形態に基づいて本発明を説明した。具体的な実施の形態は本願発明を図示かつ例示するが、限定するものではないことは自明である。本発明自体は特許請求の範囲の最も一般的な理解のみによって、規定かつ限定されている。様々な実施の形態および／あるいは変化形態の特徴は、それぞれの有利点を十分に利用するために、組み合わせ、および／あるいは交換され得ることも自明である。
【００６３】
角柱型の電気エネルギーセルは、平坦に形成された二つの電流導体を有している。当該電流導体はセルの外部面のうちの一つから略直角に突出するとともに、互いに略面平行に設けられている。電流導体は当該電流導体の面法線の方向に、それぞれ少なくとも一つの穴を有しており、一方の電流導体の穴のパターンは他方の電流導体の穴のパターンに対して鏡面対称になっている。本発明はまた、当該複数の電気エネルギーセルを複数備える電気エネルギーユニットに関する。
【００６４】
貯蔵セル４は本発明において電気エネルギーセルであり、バッテリー２，１０２，２０２，３０２は本発明において電気エネルギーユニットである。セル４のスタックは本発明においてセルブロックである。接続端子１８＋，１８−は本発明において接続電極である。プラスとマイナスは本発明において極性である。接触スリーブ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、接触シュー２２０と、接触ブリッジ３２０は、本発明において導電性のスペーサであり、絶縁スリーブ２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、絶縁シュー２２２と、絶縁ブリッジ３２２は、本発明において絶縁性のスペーサである。
【００６５】
２  バッテリー
４  貯蔵セル
６  接続用圧力プレート
８  反対圧力プレート
１０  連結棒
１２  ナット
１４＋，１４−  正極導体、負極導体
１６  端子用ポケット
１８＋，１８−  正極接続端子、負極接続端子
２０  接触スリーブ
２０ａ，２０ｂ  終端接触スリーブ
２２  絶縁スリーブ
２２ａ，２０ｂ  終端絶縁スリーブ
２４  締結部材
２６  ナット
２８＋，２８−  正極導線、負極導線
１０２  バッテリー（第二の実施の形態）
１２０ｃ  中間接触スリーブ
１２２ｃ  中間絶縁スリーブ
１３０＋，１３０−  正極分岐導線、負極分岐導線
２０２  バッテリー（第三の実施の形態）
２２０  接触シュー
２２２  絶縁シュー
３０２  バッテリー（第四の実施の形態）
３２０  接触ブリッジ（３２０ａ：切り込み）
３２２  絶縁ブリッジ（３２２ａ：切り込み）
上記の参照符号リストは詳細な説明を構成する部分であることを明示しておく。
【符号の説明】
【００６６】
２  バッテリー
４  貯蔵セル
６  接続用圧力プレート
８  反対圧力プレート
１０  連結棒
１２  ナット
１４＋，１４−  正極導体、負極導体
１６  端子用ポケット
１８＋，１８−  正極接続端子、負極接続端子
２０  接触スリーブ
２０ａ，２０ｂ  終端接触スリーブ
２２  絶縁スリーブ
２２ａ，２０ｂ  終端絶縁スリーブ
２４  締結部材
２６  ナット
２８＋，２８−  正極導線、負極導線
１０２  バッテリー（第二の実施の形態）
１２０ｃ  中間接触スリーブ
１２２ｃ  中間絶縁スリーブ
１３０＋，１３０−  正極分岐導線、負極分岐導線
２０２  バッテリー（第三の実施の形態）
２２０  接触シュー
２２２  絶縁シュー
３０２  バッテリー（第四の実施の形態）
３２０  接触ブリッジ（３２０ａ：切り込み）
３２２  絶縁ブリッジ（３２２ａ：切り込み)  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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