(57)【要約】  １又は２以上の充電式バッテリセルを含むバッテリアセンブリの動作は、バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップと、モニターされた前記動作パラメータのうちの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて１又は２以上のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するステップとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の充電式バッテリセルを含むバッテリアセンブリを動作させる方法であって、
前記バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップと、
前記モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて前記１又は２以上のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するステップと
を含む方法。
【請求項２】
バッテリアセンブリが複数の充電式バッテリセルを含み、圧力を動的に制御するステップが前記複数のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力を動的に制御するステップが、複数のバッテリセルに印加される圧力を、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に応じて制御するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
隣接するバッテリセル間に冷却剤を流すことによって前記バッテリセルを冷却するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
圧力を動的に制御するステップが、隣接するバッテリセル間を流れる冷却剤の圧力を調整するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
隣接するバッテリセル間を流れる冷却剤の圧力を調整するステップが、隣接するバッテリセル間を流れる前記冷却剤の流量を変化させるステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
圧力を動的に制御するステップが、バイアス圧力をバッテリセルに印加するステップと、前記バイアス圧力と比較して前記複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
動作パラメータのうちの少なくとも１つが、セルの充電率、充電の状態、又は温度である、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
動作パラメータのうちの少なくとも１つが充電率である、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップが、バッテリセルの充電の間前記動作パラメータのうちの少なくとも１つの変化をモニターするステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
バッテリアセンブリ内の冷却剤領域の体積の変化を検出するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
１又は２以上の充電式バッテリセルと、
前記バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするように構成された少なくとも１つのセンサと、
前記モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて前記１又は２以上のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するように構成された圧力制御システムと
を備える装置。
【請求項１３】
１又は２以上の充電式バッテリセルが複数のバッテリセルである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
圧力制御システムが、複数のバッテリセルに印加される圧力を、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に応じて制御するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
圧力制御システムが、
複数のバッテリセルが収容される剛体ハウジングと、
前記複数のバッテリセルに印加される圧力を制御するために前記複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するように構成された圧力調整器と
を備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
圧力制御システムが、複数のバッテリセルに印加される圧力をモニターするように構成された１又は２以上の圧力センサをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
圧力制御システムが、１又は２以上の圧力センサからの入力を受け取り、調整シグナルを圧力調整器に供給するように構成された制御回路をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
複数のバッテリセル間に差し込まれた複数の冷却剤フロープレートを含む冷却剤システムをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
圧力調整器が、複数のバッテリセルの中の前記バッテリセルに印加される圧力を調整するために複数の冷却剤フロープレートを通って流れる冷却剤の圧力を調整するように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
圧力調整器が、複数の冷却剤フロープレートを通して冷却剤を流すためのポンプを含み、前記圧力調整器が、複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するために前記複数の冷却剤フロープレートを通って流れる前記冷却剤の流量を変化させるように構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
動作パラメータのうちの少なくとも１つが、セルの充電率、充電の状態、又は温度である、請求項１３に記載の装置。
【請求項２２】
動作パラメータのうちの少なくとも１つが充電率であり、圧力制御システムが、複数のバッテリセルに印加される圧力を前記充電率に応じて動的に制御するように構成される、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
バッテリアセンブリ内の冷却剤領域の体積の変化を検出するためのセンサをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項２４】
センサがダイアフラム又はピストンを含む、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年６月１１日に出願された米国特許出願第１３／４９３，５９２号の優先権を主張し、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
Ｌｉイオンバッテリなどの高性能な充電式バッテリは、電気車両に電力を供給するために広く使用されている。そのようなバッテリの性能に影響を与える１つの動作特性は、バッテリアセンブリ内のバッテリセルが受ける圧力である。いくつかのバッテリアセンブリは、スタック内のバッテリセルへの比較的一定な圧力を維持する構造を使用して圧縮されるバッテリセルのスタック（stack）を含む。金属筐体のないポーチセル(pouch cells)の場合には、これは、セルに必要な支持をも与える。この圧力は、セルの最適性能を達成するように選択され、一般に、セルの製造業者によって指定される。例えば、約１４〜２０Ａｈの容量をもついくつかのセルでは、推奨される圧力は約３５〜５０ｋＰａである。場合によっては、製造業者によって指定される圧力は、使用中のセルの層間剥離を防止するように設計される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの態様では、一般に、１又は２以上の充電式バッテリセルを含むバッテリアセンブリを動作させる方法が、バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップと、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて１又は２以上のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するステップとを含む。
【０００４】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含むことができる。
【０００５】
バッテリアセンブリは複数の充電式バッテリセルを含み、圧力を動的に制御するステップは複数のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するステップを含む。
【０００６】
圧力を動的に制御するステップは、複数のバッテリセルに印加される圧力を、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に応じて制御するステップを含む。
【０００７】
この方法は、隣接するバッテリセル間に冷却剤を流すことによってバッテリセルを冷却するステップをさらに含む。
【０００８】
圧力を動的に制御するステップは、隣接するバッテリセル間を流れる冷却剤の圧力を調整するステップを含む。
【０００９】
隣接するバッテリセル間を流れる冷却剤の圧力を調整するステップは、隣接するバッテリセル間を流れる冷却剤の流量を変化させるステップを含む。
【００１０】
圧力を動的に制御するステップは、バイアス圧力をバッテリセルに印加するステップと、バイアス圧力と比較して複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するステップとを含む。
【００１１】
動作パラメータのうちの少なくとも１つは、セルの充電率、充電の状態、又は温度である。
【００１２】
動作パラメータのうちの少なくとも１つは充電率である。
【００１３】
１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップは、バッテリセルの充電の間動作パラメータのうちの少なくとも１つの変化をモニターするステップを含む。
【００１４】
この方法は、バッテリアセンブリ内の冷却剤領域の体積の変化を検出するステップをさらに含む。
【００１５】
別の態様では、一般に、装置は、１又は２以上の充電式バッテリセルと、バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするように構成された少なくとも１つのセンサと、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて１又は２以上のバッテリセルに印加される圧力を動的に制御するように構成された圧力制御システムとを含む。
【００１６】
態様は、以下の特徴のうちの１又は２以上を含むことができる。
【００１７】
１又は２以上の充電式バッテリセルは複数のバッテリセルである。
【００１８】
圧力制御システムは、複数のバッテリセルに印加される圧力を、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に応じて制御するように構成される。
【００１９】
圧力制御システムは、複数のバッテリセルが収容される剛体ハウジングと、複数のバッテリセルに印加される圧力を制御するために複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するように構成された圧力調整器とを備える。
【００２０】
圧力制御システムは、複数のバッテリセルに印加される圧力をモニターするように構成された１又は２以上の圧力センサをさらに備える。
【００２１】
圧力制御システムは、１又は２以上の圧力センサからの入力を受け取り、調整シグナルを圧力調整器に供給するように構成された制御回路をさらに備える。
【００２２】
この装置は、複数のバッテリセル間に差し込まれた複数の冷却剤フロープレートを含む冷却剤システムをさらに含む。
【００２３】
圧力調整器は、複数のバッテリセルの中のバッテリセルに印加される圧力を調整するために複数の冷却剤フロープレートを通って流れる冷却剤の圧力を調整するように構成される。
【００２４】
圧力調整器は、複数の冷却剤フロープレートを通して冷却剤を流すためのポンプを含み、圧力調整器は、複数のバッテリセルに印加される圧力を調整するために複数の冷却剤フロープレートを通って流れる冷却剤の流量を変化させるように構成される。
【００２５】
動作パラメータのうちの少なくとも１つは、セルの充電率、充電の状態、又は温度である。
【００２６】
動作パラメータのうちの少なくとも１つは充電率であり、圧力制御システムは、複数のバッテリセルに印加される圧力を充電率に応じて動的に制御するように構成される。
【００２７】
この装置は、バッテリアセンブリ内の冷却剤領域の体積の変化を検出するためのセンサをさらに含む。
【００２８】
センサはダイアフラム又はピストンを含む。
【００２９】
態様は、以下の利点のうちの１又は２以上を有することができる。
【００３０】
上記のように、いくつかのバッテリアセンブリは、スタック内のバッテリセルへの比較的一定な圧力を維持する構造を使用して圧縮されるバッテリセルのスタックを含む。（例えば、参照により本明細書に組み込まれる、「A Multi-Cell Battery Assembly」という名称の米国特許出願第１３／４４５，４５８号を参照されたい。）充電式バッテリセルの性能及び／又は寿命は、バッテリセルの動作中に（例えば、充電及び／又は放電中に）セルに印加される圧力を動的に制御することによって改善することができる。例えば、超急速充電中にバッテリセルに印加される圧力を増加させると、セルに対する層間剥離又は損傷を防止するのに役立つ。５００サイクル当たり５〜１０％の膨潤を被ることがあるＬｉイオンポーチセルでは、この機構は、さらに、セルが過度に加圧されるのを防止する。さらに、ポーチセルでは、組み付けの一環としての圧迫及び曲げを最小にすることが望ましい。セル圧力は、さらに、ポーチにわたって均一にすべきであり、それは、圧力制御システムで達成することができる。圧力制御システムの一部分をバッテリアセンブリの冷却剤システムに組み込むと、スタック内の異なるバッテリセルに及び各バッテリセルの表面の端から端まで印加される圧力を均等に制御できやすくする。冷却剤システムはとにかく必要とされる可能性があるので、圧力制御システムは冷却剤システムの機能を利用して、効率的な方法で両方の目的（圧力制御及び温度制御）を達成することができる。電気車両におけるなどのいくつかの運転環境では、バッテリは、例えば急激な加速又は急激な制動の結果として格別に高い負荷を受けることがある。そのような高い負荷は大電流を生じることがあり、その結果として、内部抵抗に起因するＬｉイオンセルの著しい昇温がもたらされることがある。セルの温度は、生じた熱の一部を放散する冷却剤の流れを収容する層をバッテリセル間に差し込むことによって制御することができる。例えば、Ｌｉイオンバッテリの場合には、効率的な動作を達成するのに、バッテリセルは特定の温度範囲内で動作する必要がある。約４０℃よりも高い動作温度では、バッテリの寿命が著しく減少することがある。加えて、マルチセルバッテリのセル間の温度勾配は摂氏約５〜１０度以下とすべきである。差し込まれたフロープレートは平行なフローチャネルのアレイを画定し、冷却剤はそれを通過して、バッテリセルを冷却し、且つバイアス圧力を基準にしてバッテリセルに印加される圧力を制御する。冷却剤は、フロープレートによって画定されたチャネル内に閉じ込められ、したがって、バッテリセルと直接接触しない。
【００３１】
圧力変化及び体積変化をモニターすると、さらに、ポーチのガス増大の早期検出及び故障の防止が可能になる。
【００３２】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】バッテリアセンブリのブロック図である。
【図２Ａ】バッテリアセンブリの補助図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示したバッテリアセンブリの断面図である。
【図３】図２Ａ及び２Ｂのバッテリアセンブリで使用されるフラットバッテリセル、すなわち、角形バッテリセル（prismatic battery cell）を示す図である。
【図４】図２Ａ及び２Ｂのバッテリアセンブリで使用される波形フロープレートの一部分の側面図である。
【図５Ａ−５Ｂ】それぞれ、図２Ａ及び２Ｂのバッテリアセンブリからのマニホルドを構成するカバープレート及びバックプレートの正面図及び背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１を参照すると、バッテリアセンブリ１０は、それぞれの対の隣接するバッテリセル間に圧力層（図示せず）をもついくつかのバッテリセル１４を含むバッテリスタック１２を含む。スタックの両端の剛体エンドプレートは、スタック１２内のセル１４に一定の最小圧力を印加する。圧力層は、バッテリセル１４に印加される圧力の量を変化させるために厚さを変化させるように構成される。説明する実施形態では、圧力層は、以下でより詳細に説明するように、バッテリセルを冷却すること並びにフロープレートの厚さを変化させることの両方のために使用される冷却剤流体の流れを収容するための冷却剤フロープレートである。
【００３５】
バッテリアセンブリ１０は、バッテリセル１４に印加される圧力を制御するための圧力制御システムを含む。圧力制御システムは圧力調整器１６を使用して、実際には、圧力層の厚さを調整し、それにより、スタック１２内のバッテリセル１４に印加される圧力に、対応する調整を適用する。圧力調整器１６は様々なタイプのものとすることができる。例えば、それは、フロープレートを通してバッテリセル１４間に冷却剤を流す歯車駆動容積式ポンプを含むことができる。ポンプは、ポンプを通る逆流を防止するように構成される、すなわち、一方向にフロープレートを通る冷却剤流れのみを可能にする。これにより、安定したバイアス圧力がこの一方向の流れによって加えられるようになる。初期設定の一方向流量よりも高い又は低いある範囲内に冷却剤の流量を調節するようにポンプを制御することによって、圧力調整器１６は、バイアス圧力を基準にしてフロープレートによってバッテリセル１４に加えられる圧力を調節することができる。これを容易にするために、バッテリアセンブリ内の圧力を制御する際にポンプの効果を高めるためにバッテリアセンブリから出て来る流体の流れを絞る絞り機構がある。
【００３６】
圧力を制御するのにポンプスピードを使用しない代替の手法は、冷却剤システム全体を加圧することを含む。この手法によれば、冷却剤システムは閉じた加圧システムである。ポンプは効果的な冷却を達成するために所定の速度で動作し、別個の機構が冷却剤の圧力を調整するために設けられる。例えば、冷却剤と接触するアクチュエータ制御型ダイアフラム又はピストンを使用して、冷却剤に印加される圧力を調整することができる。これは、冷却機能（又は流量）を圧力制御機能から分離するという利点を有する。
【００３７】
圧力制御システムは、１又は２以上の圧力センサ２０と１又は２以上の動作センサ２２とから受け取った入力に基づいて圧力調整器１６を制御するための制御モジュール１８をさらに含む。制御モジュール１８は、圧力調整器１６がバッテリセル１４の１又は２以上の所定の動作パラメータに基づいてスタック１２内の圧力を調整するのを保証する制御手順を実行するための回路（例えば、デジタル回路及び／又はアナログ回路）を含む。１又は２以上の圧力センサ２０は、スタック１２の全体にわたって（例えば、圧力層とバッテリセルとの間に）分布させることができる。圧力センサ２０は、例えば、歪みゲージ、又は印加された力に応じて電気シグナルを生じさせる他のタイプのトランスデューサを含むことができる。圧力センサ２０からの電気出力シグナルは制御モジュール１８に供給され、制御モジュール１８はセンサ２０によって感知された圧力をモニターして、圧力調整器１６とスタック１２内の圧力層とによってバッテリセル１４にどの程度の圧力が印加されているかを決定する。
【００３８】
制御モジュール１８は、さらに、１又は２以上の動作パラメータをモニターするために１又は２以上の動作センサ２２からの入力を受け取る。そのモニターリングに基づいて、制御モジュール１８は、バッテリセル１４に印加される圧力を圧力調整器１６で制御する。いくつかの実施形態では、制御モジュール１８は、動作パラメータのうちの１つに応じて圧力を調節する。例えば、いくつかの実施形態で使用される１つの動作パラメータはバッテリセル１４の充電の比率であり、圧力は、制御モジュール１８の回路にプログラムされた数式に従って充電の割合が増加するにつれて増加する。制御モジュール１８は、充電の割合に応じて、例えば、充電の割合の測定値の特定の値又は値の範囲に適用されるべき圧力の特定の目標値を定義する数式に従って、圧力を変化させる。圧力が特定の動作パラメータの関数としてどのように調節されるかを指定する正確な関数関係は、使用されている特定のバッテリセルによって決まり、実験的に決定することができる。制御モジュール１８は、組み込まれる関数関係を特徴づけるのに使用されるコード及び／又はパラメータを記憶するメモリ又は記憶デバイスを含む。バッテリセルに印加される目標圧力に影響を与えることがあり、したがって、関数関係にも表されることになる別の動作パラメータはセルの温度であり、セルの温度はバッテリセルのスタック内に同様に配置された温度センサを使用することによって測定することができる。
【００３９】
測定された動作パラメータの特定の値に対して適用されるべき特定の目標圧力が存在するシナリオの一例は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、２０１１年１０月２１日に出願された「Apparatus and Method for Rapidly Charging Batteries」という名称の米国特許出願第１３／２７８，９６３号（米国特許出願公開第２０１２／００９８４８１号）に説明されているものなどの急速充電プロトコルを使用してバッテリアセンブリが電源３０で充電されている場合である。この例では、動作センサ２２は充電率を測定する。ある点を超えるとセルへの損傷が起こることになり、セルの耐用期間が短くなることになるその点を識別する充電率閾値がある。この閾値は、充電の状態、充電率、セル温度、及びセルに印加された圧力などの様々なパラメータに応じて変動する。急速充電の間、充電率はこの閾値の直下にあるべきである。充電過程中にセルへの圧力を変更することによって、閾値を増加させることができ、セルは、セルの耐用期間又は信頼性に悪影響を及ぼすことなしにより高い充電率で充電されうる。したがって、急速充電の間セルに印加される圧力を調整することによって、セルを完全に充電するのに要する時間をさらにもっと減少させることができる。
【００４０】
図２Ａ及び２Ｂを参照すると、バッテリアセンブリ１０の例示的な実施形態は液冷式マルチセルバッテリアセンブリ１００である。バッテリアセンブリ１００は、２つの長方形エンドプレート１０４ａ及び１０４ｂによって一緒にクランプされた１６個の充電式リチウムイオンバッテリセル１０２のスタックを含む。４つの角の各々に孔があるエンドプレート１０４ａ及び１０４ｂは４つのロッド１２７に組み付けられ、各ロッド１２７は２つのエンドプレート１０４ａ及び１０４ｂの各々の対応する孔を通過する。各ロッド１２７の各端部には、各エンドプレートが他のエンドプレートから所定の距離よりさらに遠くに滑動しないようにする保持構造体１３０がある。ロッドによって一緒に保持されたエンドプレートは、バッテリセルのスタックを押しつけて圧力を加える剛体ハウジングを形成する。バッテリセル１０２のスタックはバッテリアセンブリ１００内に収容される。図２Ａでは、ウェッジバスバープレート１１０を通って延びる正端子１０８ａ及び負端子１０８ｂのみが見える。バスバープレート１１０はバスバークランプを保持し、バスバークランプは、バッテリセルの端子を電気的に相互接続するバスを構成する。
【００４１】
図示の実施形態では、圧力調整器及び冷却剤システムは共にバッテリセル間のフロープレートを利用して、冷却剤の流れを支持し、隣接するバッテリセルに圧力を加える。冷却剤は、バッテリセル１０２のスタックの両側に配置された２つのマニホルド１１２ａ及び１１２ｂによってフロープレートに及びフロープレートから送出される。各マニホルド１１２ａ及び１１２ｂは、２列のボルト１１８によって一緒に固定されたカバープレート１１４及びバックプレート１１６を含む。入力ポート１２０ａを通して一方のマニホルド１１２ａに導入された冷却剤は、アセンブリのバッテリセル１０２間を流れ、アセンブリのバッテリセル１０２を冷却し、対応する出口ポート１２０ｂを有する他方のマニホルド１１２ｂによって他方の側で収集される。バッテリアセンブリ１００は、バスバープレート１１０に組み付けられた回路基盤１２４上の回路に実装された制御モジュールをさらに含み、回路には制御モジュール１８の回路と、動作センサ２２からのシグナルを結合し、使用中のバッテリセル１０２の充電、放電、平衡化を含むバッテリアセンブリ１００の動作を管理するのに必要とされる任意の回路とが含まれる。
【００４２】
図３は、バッテリアセンブリ１００内に収容されているバッテリセル１０２のうちの１つを示す。この例では、バッテリセル１０２は、平坦で薄い形状をもつ積層されたポリマーポーチ（「角形セル」としても知られている）である。２つの端子１０８ａ（正端子）及び１０８ｂ（負端子）は、ポーチの１つの端部の縁から延びる。角形セルは多数の製造業者から市販されている。角形セルの公称動作パラメータは広範囲にわたって変動することになる。しかし、動作パラメータのいくつかの典型的な値は、公称３．３ボルトの出力電圧及び１４〜２０Ａｈの容量とすることができる。角形セルの最適動作では、動作中の印加圧縮圧力は、特定の範囲（例えば、約３５〜５０ｋＰａ）にあるべきである。
【００４３】
再度、図２Ｂを参照すると、バッテリアセンブリ１００の内部構造が断面で示される。マニホルド１１２ａ及び１１２ｂの各々において、カバープレート１１６及びバックプレート１１４は、フロープレートを通って流れる冷却剤を受け取るための内部チャンバ１１７を画定する。図５Ａ及び５Ｂを参照すると、カバープレート１１６の内側表面は窪んでおり、表面は外側位置から入口／出口ポート１２０ａ／ｂの方に一定の勾配でテーパ化されている。バックプレート１１４は、マニホルド１１２ａが組み立てられたときにカバープレート１１６に面する側に凹部領域１２６をさらに含む。凹部領域１２６内の壁に、バックプレート１１４を通る等間隔のスロット１２８のアレイ（array）がある。２つのマニホルド１１２ａ／ｂ間に延びるのは、一方のマニホルド１１２ａから他方のマニホルド１１２ｂまでバッテリセル間に冷却剤を運搬するための、ここでは波形フロープレート１６０として設けられた、フロープレートのアレイである。
【００４４】
図４を参照すると、各波形フロープレート１６０は、一方のシートを他方のシートに接続する等間隔で平行なリブ１６４のアレイによって互いに隔てられた２つの液体不浸透性サイドシート１６２を有する。リブのアレイは、フロープレートの内側を一方向に延びる平行チャネル１６６のアレイを形成し、平行チャネル１６６のアレイを通して冷却剤は流される。リブ１６４は、圧縮力下に置かれたときフローシートがつぶされないようにする。不浸透性サイドシート１６２は可撓性であり、冷却剤の圧力の増加に応じて外側に膨れることになり、それによって、バッテリセルに可変圧力を印加することになる。説明している実施形態では、波形フロープレートは、約２ｍｍの厚さを有する、押出ポリプロピレンポリマーで製作された市販のCoroplast（商標）シートである。他の厚さ、例えば、２〜１０ｍｍを商業的に利用できる。
【００４５】
再度、図２Ｂ、５Ａ、及び５Ｂを参照すると、フロープレート１６０は２つのマニホルド１１２ａ／ｂのバックプレート１１４のスロット１２８に嵌合し、フロープレート１６０は各スロット１２８に配列される。スロット１２８は、フロープレート１６０がスロット１２８にぴったりと嵌合するように大きさを合わせられる。フロープレート１６０は、フロープレート１６０内のチャネル１２６が一方のマニホルドから他方のマニホルドまで延びるように向きを定められる。フロープレート１６０は、バックプレート１１４のスロット１２８を通過し、マニホルド１１２内に画定されたチャンバ１１７中に延びる。マニホルド１１２の内側には、フロープレート１６０とバックプレート１１４との間のスロット１２８に沿ってエポキシシール１６８があり、エポキシシール１６８は、冷却剤がセルと接触することになるバッテリアセンブリの内側の領域に漏れないようにする。各スロット１２８は、マニホルドの内部の側のテーパ化入口と、反対側の別のより小さいテーパ化入口（図では見えない）を有する。テーパが小さいほど、組み立て中にフロープレート１６０をスロット１２８に挿入することが容易になる。内側のテーパが大きいほど、エポキシをテーパ化区域に引き込み、シールを形成するためにより大きい表面区域を与えることによってエポキシを適用するときフロープレート１６０とバックプレート１１４との間の良好な封止が容易になる。
【００４６】
カバープレート１１６の内側表面によって形成されたチャンバ１１７の傾斜した上部壁はコアンダ効果を減少させるか又は防止するように働き、コアンダ効果があると、フロープレート内の多くのフローチャネルのうちのいくつかが流れを支持せず、停滞した流体／冷却剤を含有するようになることがある。
【００４７】
フロープレート間を隔てることにより、組み立て中にバッテリセルを挿入する空間が設けられる。フロープレート間の距離は、バッテリセルの滑り嵌めを行うように選択される。これにより、エンドプレートによって与えられた圧縮力は、バッテリセルのスタックの全体にわたって効果的に分散することができ、すべてのバッテリセルは、バッテリアセンブリが完全に組み立てられたときバイアス圧力下にあることになり、その結果、動作（例えば、充電又は放電）中に、圧力調整器は圧力をこのバイアス圧力のまわりでより高く又はより低く調整することができることになる。バックプレート１１６の内側に、バックプレート１１６の周囲を巡って形成されたチャネル１４２がある。このチャネル１４２は可撓性オーリング（図示せず）を受け取り、可撓性オーリングは、カバープレート１１４がバックプレート１１６にボルト締めされるときに封止を形成する。
【００４８】
バッテリセル１０２は、バッテリアセンブリ１００内で交互の向きで、すなわち、背中合わせ及び表合わせで配列される。バッテリセル１０２を交互にすることによって、第１のセルが右側に正端子を有する場合、第２のセル（すなわち、スタック中の第２のセル）は右側に負端子を有することになる、第３のセルは右側に正端子を有することになる、などである。したがって、電源又は給電されるデバイスのためのインタフェースは、１つのバッテリセルの負端子を、隣接するバッテリセルの正端子に電気的に接続することができる。このようにして、インタフェースの端子クランプはセルを電気的に直列に接続し、その結果、Ｎ個のセルをもつバッテリアセンブリの全出力電圧は、個々のセルの電圧のＮ倍（例えば、３．３Ｎボルト）となる。
【００４９】
様々な材料をバッテリアセンブリの様々な部分で使用することができる。いくつかの実施形態では、エンドプレート１０４ａ及び１０４ｂはアルミニウムで製作され、マニホルド１１２ａ及び１１２ｂ、並びに底カバーはＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）又はポリプロピレンで製作され、エポキシ接着剤は3M社からのDP 100 Plusである。冷却剤は、水、又は3M社によって販売されている電気絶縁性冷却剤であるFluorinert（商標）とすることができる。当然、使用することができる、これらの材料の多くの他の市販の受容可能な代替物がある。加えて、バッテリアセンブリは、用途の出力電圧要求条件に応じて任意の数のバッテリセルを有することができる。さらに、本明細書で説明したエンドプレート及びロッド以外の機構を使用して剛体ハウジングを形成し、それにより、バッテリセル及びフロープレートの交互配置されたスタックを最小バイアス圧力で圧縮することができる。
【００５０】
加えて、波形構造体以外のフロープレートが可能である。Coroplast（商標）フロープレートは特に都合がよく、それは、Coroplast（商標）フロープレートが市販されており、安価であり、本出願にとって特に適切な性質を有するからである。しかし、フロープレートを設計及び製作する他の方法がある。例えば、波形プレートは、不浸透性材料の２つの平坦なシート間に「波状」シートの材料を接合することによって構築することができる。結果として生じる構造体は、ますます段ボールのように見えることになる。
【００５１】
圧力を制御する方法として上記したピストン又はダイアフラムは、さらに、セルの健全性をモニターするための機構を備える。セル故障の１つのモードは、ポーチ内で生じたガスの結果としてのセルポーチの膨張を含む。是正処置をとることができるようにこのモードの故障がいつ起こるかを検出することが望ましい。セルポーチの膨張により、冷却剤フロープレートが押され、冷却剤がセルアセンブリから追い出される。次に、これにより、ピストン及び／又はダイアフラムは外側に移動する。ピストン及び／又はダイアフラムの外側への運動は位置センサで検出することができ、この故障メカニズムの指標を与えることになる。実際には、モーションセンサが、故障したバッテリセルポーチの膨張に由来するバッテリアセンブリ内の冷却剤システムの体積の減少を検出する。
【００５２】
前述の説明は例証することを意図しており、添付の特許請求の範囲の範囲によって定義される本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１】
2015527691.tif 000003
【図２Ａ】
2015527691.tif 000004
【図２Ｂ】
2015527691.tif 000005
【図３】
2015527691.tif 000006
【図４】
2015527691.tif 000007
【図５Ａ】
2015527691.tif 000008
【図５Ｂ】
2015527691.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月11日(2015.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の充電式バッテリセルを含むバッテリアセンブリを動作させる方法であって、
前記複数のバッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップと、
前記複数のバッテリセル内のバッテリセル間に冷却剤を流すことによって前記バッテリセルを冷却するステップと、
前記バッテリセル間を流れる前記冷却剤によって前記バッテリセルに印加される圧力をモニターするステップと、
前記１又は２以上のモニターされた動作パラメータに少なくとも部分的に基づいて変化する目標値を有するモニターされる圧力をもたらすために、前記複数のバッテリセルに印加される前記圧力を動的に変更するステップであり、前記複数のバッテリセルに印加される前記圧力を動的に変更するように前記バッテリセル間を流れる前記冷却剤の圧力を動的に変更するステップを含む、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
冷却剤が液体である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力を動的に変更するステップが、複数のバッテリセルに印加される圧力を、１又は２以上のモニターされた動作パラメータに応じて変更するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
バッテリセル間を流れる冷却剤の圧力を変更するように前記バッテリセル間を流れる前記冷却剤の流量を変化させるステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
圧力を動的に変更するステップが、バイアス圧力を複数のバッテリセルに印加するステップと、前記バイアス圧力と比較して前記複数のバッテリセルに印加される圧力を変更するステップとを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
１又は２以上のモニターされた動作パラメータのうちの少なくとも１つが、セルの充電率、充電の状態、又は温度である、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
１又は２以上の動作パラメータをモニターするステップが、複数のバッテリセルの充電の間前記動作パラメータのうちの少なくとも１つの変化をモニターするステップを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
複数のバッテリセルと、
前記バッテリセルの１又は２以上の動作パラメータをモニターするように構成された少なくとも１つのセンサと、
前記バッテリセル間を流れる冷却剤によって前記複数のバッテリセルに印加される圧力をモニターするための圧力センサを含む圧力制御システムであり、前記圧力制御システムが、前記モニターされた動作パラメータの１又は２以上に少なくとも部分的に基づいて変化する目標値を有するモニターされる圧力をもたらすために、前記複数のバッテリセルに印加される圧力を動的に変更するように構成され、前記複数のバッテリセルに印加される圧力を動的に変更することが前記冷却剤の圧力を動的に変更することを含む、圧力制御システムと
を備える装置。
【請求項９】
圧力制御システムが、複数のバッテリセルに印加される圧力を、モニターされた動作パラメータのうちの１又は２以上に応じて変更するように構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
複数のバッテリセル間に冷却剤を流すための冷却剤システムをさらに備える、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
冷却剤システムが、冷却剤の圧力を変更するように構成された圧力調整器を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
圧力制御システムが、１又は２以上の圧力センサからの入力を受け取り、圧力調整シグナルを圧力調整器に供給するように構成された制御回路をさらに備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
圧力調整器が、複数のバッテリセル間に冷却剤を流すためのポンプを含み、前記圧力調整器が、前記複数のバッテリセルに印加される圧力を変更するために複数の冷却剤フロープレートを通って流れる前記冷却剤の流量を変化させるように構成される、請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
１又は２以上の動作パラメータのうちの少なくとも１つが、セルの充電率、充電の状態、又は温度である、請求項８〜１３のいずれかに記載の装置。
【国際調査報告】
2015527691.tif 000010
2015527691.tif 000011