(57)【要約】バルブ制御鉛酸（ＶＲＬＡ）バッテリーセル（２、４０）は、セパレータ媒体（１２、４３）により分離され、加圧して一緒に保持された正及び負の極板（１０、１１、４１、４２）を有する。セパレータは、その中に電解質を保持するのに適合する。各極板は、第一側に第一の単一又は複数のタブ（１２、１３、４６）を有し、極板の第二側に第二の単一又は複数のタブ（１５、１６、４７）を有し、夫々のタブがバスバー（１７、１８、４９、５０）に接続されて、極板の第一側及び第二側の各々の上に正及び負のバスバーを形成する。セルは渦巻き状に巻いた構成にするか、又は平らな極板の角柱状構成で交互に配列することができる。セルは、複数のそのような正及び負の極板から構成することができる。ＶＬＲＡバッテリー（１、４０）は、そのようなＶＬＲＡセルの一つ又は複数から構成することができ、その場合隣のセルのバスバーが溶接接合により接続されている。バスバーは少なくとも複数の対の正及び負の端子（２４、２５、３３、３４、５２、５３、５４、５５）により通電される。
2004524647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らな複数のタブを有する極板を具えたバルブ制御鉛酸バッテリーセルにおいて、
複数の負極板及び正極板及び両極板の間に挟まれた別の複数のセパレータ媒体を有する層状組立体を具え、
然も、前記各極板には、周囲の縁に実質的に離れて分布した少なくとも一つのタブ群及び他のタブ群を有する周囲の縁が形成されており、各タブ群は、電流フラックスを、その極板のためのタブ群の数にほぼ比例した幾何学的割合の極板部分に出入りさせる働きをし、前記層状組立体は、負極板の少なくとも一つのタブ群及び他のタブ群、及び正極板の少なくとも一つのタブ群及び別のタブ群が、夫々タブ群の第一、第二、第三、及び第四の列を与えるように配列されており、
更に、少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーで、各バスバーには極板のタブを受けるタブスロットを持つスロット面が形成されており、更に第一、第二、第三、及び第四のバスバーが、タブ群の第一、第二、第三、及び第四の列に、タブを前記タブスロット中に入れることにより、夫々電気的に結合されており、それにより比較的小型のバスバーでタブ群の列に通電することができ、従って、バスバーに起因する重量を節減することができる、バスバー、及び
前記少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーに通電するために夫々接続された少なくとも第一、第二、第三、及び第四の端子で、それにより前記バッテリーセルが正と負の端子の少なくとも複数の対により通電されるようになっている端子、
を具えたバッテリーセル。
【請求項２】
請求項１に記載の一つ以上のセルを具えた電気又はハイブリッド電気乗り物。
【請求項３】
平らな複数のタブを有する極板を持つセルを有する複数セルバルブ制御鉛酸バッテリーにおいて、
複数の層状セル組立体で、夫々が複数の帯電した極板と反対に帯電した極板、及びそれら極板の間に入れた別の複数のセパレータ媒体を有するセパレータ組立体を具え、
然も、各極板には、少なくとも一つ及び別のタブ群を有する周囲の縁が形成されており、各層状セル組立体が、帯電した極板の少なくとも一つのタブ群及び他のタブ群、及び反対に帯電した極板の少なくとも一つのタブ群及び他のタブ群が、夫々タブ群の第一、第二、第三、及び第四の列を与えるように配列されており、
更に、各層状セル組立体は、少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーを具え、各バスバーには極板のタブを入れるためのタブスロットを持つスロット付き面が形成されており、更に、第一、第二、第三、及び第四のバスバーが、夫々タブ群の第一、第二、第三、及び第四の列に電気的に接続されており、
更に、箱状ケースで、六つの側壁、及びそのケースを少なくとも複数のセル室へ区分するための少なくとも一つの隔壁を有する箱状ケースを具え、
然も、前記隔壁は一つの平面を定め、前記隔壁の一方の側の上に与えられた層状セル組立体には、第一及び第三バスバーの少なくとも一つ、及び第二及び第四バスバーの少なくとも一つが形成されており、その近接端部が前記平面まで伸びており、同様に隔壁の他の側の上にある別の層状セル組立体には、それに対応して第一及び第三バスバーの少なくとも一つ及び第二及び第四バスバーの少なくとも一つが形成されており、その近接端部は前記平面まで伸びており、夫々伸びたバスバーは融合されてそれらの間に電気的通路を与えており、そして
前記少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーに夫々通電するために接続された少なくとも第一、第二、第三、及び第四の端子で、それにより前記バッテリーが、帯電した端子及び反対に帯電した端子の少なくとも複数の対により通電されるようになっている端子、
を具えたバッテリー。
【請求項４】
セル室が独立に気密に密封されている、請求項３に記載のバッテリー。
【請求項５】
セル室が、少なくとも一つの共通のヘッドルームを有する、請求項３に記載のバッテリー。
【請求項６】
融合バスバーが、隔壁を通っている、請求項３に記載のバッテリー。
【請求項７】
融合バスバーが隔壁を巻いている、請求項３に記載のバッテリー。
【請求項８】
請求項３に記載の一つ以上のバッテリーを具えた電気又はハイブリッド電気乗り物。
【請求項９】
渦巻き状複数のタブを有する極板を有するバルブ制御鉛酸バッテリーセルにおいて、
負極板及び正極板及びそれら極板の間に入れたセパレータ媒体を有する渦巻き状組立体を具え、
然も、各極板には、与えられた渦巻き状縁の上に実質的に離れて分布した複数のタブ群を有する相対する渦巻き状末端部が形成されており、各タブ群が、前記極板のためのタブ群の数にほぼ比例した幾何学的割合の極板部分に電流フラックスを出入させる働きをし、負極板の一方及び相対する他方の渦巻き状縁のタブ群、及び正極板の一方及び相対する他方の渦巻き状縁のタブ群が、タブ群の夫々第一、第二、第三、及び第四の配列を与えるように、タブ群の分布及び渦巻き状組立体が協同的に配列されており、
更に、少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーで、各バスバーには極板のタブを入れるためのタブスロットを有するスロット付き面が形成されており、更に、第一、第二、第三、及び第四のバスバーが、タブを前記タブスロット中に入れることにより夫々タブ群の第一、第二、第三、及び第四の配列へ電気的に結合されており、それにより比較的小型のバスバーで、タブ群の配列体に通電することができ、それによりバスバーに起因する重量を節減したバスバー、及び
前記少なくとも第一、第二、第三、及び第四のバスバーに通電するために接続された少なくとも第一、第二、第三、及び第四の端子で、それにより前記セルが正及び負の端子の少なくとも複数の対により通電されるようになっている端子、を具えたバッテリーセル。
【請求項１０】
請求項９に記載の一つ以上のセルを具えた電気又はハイブリッド電気乗り物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、ハイブリッド電気乗り物（ＨＥＶ）及び電気乗り物（ＥＶ）で用いるのに適したバルブ制御鉛・酸（ＶＲＬＡ、Ｖａｌｖｅ−ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｌｅａｄ−ａｃｉｄ）バッテリーに関する。
【０００２】
（背景技術）
輸送乗り物（ｖｅｈｉｃｌｅｓ）からの排気放出物は、温室効果ガス蓄積及び都会汚染の主な原因である。これらの問題についての関心が、新しい汚染防止法を導入する結果になり、それら法律により内燃機関からの排気放出物が著しく規制されている。或る国ではそれらのやり方で一層厳しくなっており、或る販売数の乗り物が放出物を低くするか０にしなければならないことを立法している。そのような乗り物には電気自動車（ＥＶ）及びハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が含まれる。この創造が成功するか否かは、適切な性能と寿命コスト特性の両方を有する乗り物の開発如何にかかっている。
【０００３】
ＨＥＶバッテリーパックは、完全（ｆｕｌｌ）充電状態（ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｃｈａｒｇｅ）（ＳｏＣ）以下で何度も充電・放電サイクルを受ける。そのような動作（ｄｕｔｙ）は、硫酸鉛の局部的不可逆的蓄積を起こすことがある。これはバッテリーの性能を損なう。急速な再充電及び放電条件を受けたＥＶバッテリー内では、付随する高温及び不均一な温度勾配と共に同様な蓄積が起きることもある。
【０００４】
米国特許第４，７６０，００１号明細書には、極板を横切って伸びる銅帯により形成されたタブを有する鉛被覆エクスパンデッド銅から形成された負極板を具えたバッテリーが記載されている。このバッテリーの一つの形態として、銅帯は負極板の露出端部を越えて伸び、極板の反対側のラグ又はタブを形成している。これは、電流及び熱の放出に関し、最適になっていないタブ位置を与える結果になっている。更に、鉛被覆エクスパンデッド銅板は、エクスパンデッド鉛板を製造するよりもかなり高価になる。更にそのようなバッテリーは、コストが高く付加的重量が大きくなるため、ＨＥＶ又はＥＶに用いるには適さない。
【０００５】
米国特許第４，９８３，４７５号明細書には、各極板が反対側に二つのタブを有し、夫々のタブが対応する負又は正のバスバーに接続されているバッテリー設計が開示されている。バスバーの各々は、今度は対角線状に配置されたストラップにより接続されている。二つのタブ及びストラップの目的は、バッテリーの電気的特性を改良することにある。しかし、この特許に記載されたバッテリーは、僅か２Ｖのバッテリーであり、ストラップが不必要な重量を加えることになるので、ＨＥＶ及びＥＶには適さないであろう。更に、それらストラップは貴重な空間を占めることになる。
【０００６】
米国特許第４，６０３，０９３号明細書には、１枚の極板当たり二つ以上のタブを有するバッテリーセルが記載されている。それら複数のタブの目的は、エネルギー密度及び電力密度を改良することにある。この設計により、従来考えられたものよりも長く浅い極板を用いることができる。しかし、それら複数のタブは極板の一方の側に位置している。
【０００７】
ＷＯ  ９９／４０，６３８明細書には、米国特許第４，６０３，０９３号明細書に記載されているようなものとは反対の幾何学的形態の極板を有するセルが記載されている。換言すれば極板は狭く深い。この設計の極板を有するセルからの電流の利用度を改良するため、タブは極板の両側に配置されており、鉛メッキ銅帯により電流は一方の端から他方の端へ伝達される。これは、銅が鉛よりも一層よい伝導体なので、電流利用度を改良する。この設計は極板の両側にタブを有するが、バッテリーの両側にある端子は考慮されていない。従って、電流は、関係する端子と接触させるために、極板の一方の側から他方の側へ伝達されなければならない。更に、帯はバッテリーの重量を増加することになる。
【０００８】
（発明の開示）
一つの態様として、本発明は、セパレータにより分離され、加圧して一緒に保持された正及び負の極板を有するバルブ制御鉛酸（ＶＲＬＡ）セルを与える。セルに適用される圧力は２０〜１００ｋＰａの範囲にあるのが好ましい。セパレータはその中に電解質を保持する。各極板は、その極板の第一の側に第一の単一又は複数のタブを有し、極板の第二の側に第二の単一又は複数のタブを有する。各タブは、バスバー（ｂｕｓｂａｒ）に接続され、極板の第一及び第二の側の夫々の上に正及び負のバスバーを形成する。
【０００９】
セルは渦巻き状に巻いたセル、又は角柱型のセルでもよい。渦巻き状に巻いたセルは、２Ｖのセルでもよく、或は合計４以上の電圧を有する単一ブロック（ｍｏｎｏｂｌｏｃ）を形成するように製造されていてもよい。渦巻き状に巻いたセルは、負及び正の両方の極板の一番上と下の両方の所に電流取出し点を有する（これまで二方向の電流取出し点を有する渦巻き状に巻いたバッテリーとして言及されてきている）。角柱型セルは、セパレータにより分離された複数のそのような正及び負の極板を有するのが好ましい。複数のセルは直列に接続されていてもよい。
【００１０】
別の態様として、本発明は、直列に接続された複数のセルを有するＶＲＬＡバッテリーを与え、この場合、各セルは一つ以上のセパレータにより分離され、加圧して一緒に保持された一つ以上の正及び負の極板を有する。セルに適用される圧力は２０〜１００ｋＰａの範囲にあるのが好ましい。セパレータはその中に電解質を保持する。各極板は、その極板の第一の側に第一の単一又は複数のタブを有し、極板の第二の側に第二の単一又は複数のタブを有する。各タブは、バスバーに接続され、極板の第一及び第二の側の夫々の上に正及び負のバスバーを形成する。各セルは、交互になった正と負のバスバーの間で溶接接合部により隣のセルに接続されていてもよい。これらの溶接は、セルケースの壁を通って、又はセル壁の頂部の上で行われるのが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。各セルは独立に気密に密封されていてもよい。別法として、バッテリーの中に全てのセルが共通のヘッド空間を持っていてもよい。複数のバッテリーを直列に接続することもできる。
【００１１】
本発明で用いられるセパレータは、吸収性マイクロガラス繊維から作ることができ、或はゲル化電解質の使用と両立できるようにすることもできる。別法として、合理的レベルの圧縮（例えば、２０ｋＰａより大きな圧力）に耐えることができるセパレータ材料が適切である。
【００１２】
別の態様として、本発明は、一つ以上のそのようなセル又はバッテリーを有する電気又は電気ハイブリッド乗り物（例えば、ＥＶ又はＨＥＶ）を与える。
【００１３】
本発明は、幾つかの利点を与える。本発明のＶＲＬＡセル及びバッテリーは、軽量で低コストである。そのようなセル及びバッテリーは、大きなサイクル数に亙って部分的充電（ＰＳｏＣ）状態にありながら実質的な電流を送る能力を有する。また、高充放電状態で本発明によるセル及びバッテリーは従来の設計で経験されるものと比較して、遥かに低く、殆ど等温状態の内部バッテリー温度を維持する。この二重タブ（ｄｕａｌ−ｔａｂ）設計は、ＨＥＶ又はＰＳｏＣ／高速充電ＥＶ動作中でも大きな温度勾配を生ぜず、起き易い硫酸化の欠点を持たない。これらの特徴は、全て乗り物用途に対し明確な利点を与える。
【００１４】
本発明の現在好ましい態様の或る例が図面に示されている。本発明は、例として開示した態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に入る変更を含むことができることを理解すべきである。
【００１５】
（好ましい態様についての詳細な説明）
図１は、本発明によるバルブ制御鉛酸（ＶＲＬＡ）バッテリー１の上面図であり、全体的に平坦な極板配列を有する。バッテリー１は、六つのセル２〜７を有する。各セルは、セルの隔壁８により隣のセルから分離されている。それらセルはバッテリーケース９の中に収められている。各セルは、セパレータ１２により正極板１１から分離された負極板１０を有する。図３に示したように、各負極板は両側から突出したタブ１３及び１４を有する。同様に、各正極板は両側から突出したタブ１５及び１６を有する。
【００１６】
図１に戻って、正極板２に取付けられたタブ１６の各々は、正のバスバー１７に接続され、負極板に取付けられたタブ１４の各々は負のバスバー１８に接続されている。
【００１７】
セル２の負のバスバー１８は、セル相互（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ）接合部１９によりセル３の正バスバー１７に接続する。同様に、セル３の負バスバー１８は、溶接接合部２０によりセル４の正バスバー１７に接続する。そのようにしていくことにより、同様に、セル４、５、６及び７を、溶接接合部２１、２２、及び２３により互いに接続し、それによりセルの各々を直列に接続し、１２Ｖの公称容量を有するバッテリーを形成する。図３は、セル隔壁上に互いに向かい合わせて配列したセル相互溶接を一層よく示している。図４は、図３と同様な図であるが、但しこの図ではセル隔壁の上ではなく、それらを通って配列されたセル相互溶接の別の構成を示している。図１では、端子２４がセル２の正バスバー１７に接続され、端子２５がセル７の負バスバー１８に接続されている。
【００１８】
図２に示したように、下から見ると、バッテリーは同様な構造をもち、正極板に取付けられた正のタブ１５に正バスバー２６が接続され、負極板に取付けられたタブ１３には負バスバー２７が接続されている。同様に、セル２、３、４、５、６、及び７は、溶接接合部２８、２９、３０、３１、及び３２によりバッテリーの交互になった側に接続されている。図２も、セル２のバスバー２６が、それに接続された正端子３４を有し、セル７の負バスバー２７がそれに接続された負端子３３を有することを示している。従って、図１及び２の両方に関し、バッテリー１は、二つの正端子及び二つの負端子を有し、そのことは図３又は４により一つの図で示されている。
【００１９】
操作中、各極板の一番上及び一番下からセルの頂部及び底部の上にあるバスバーを通り電流が取り出され、それらバスバーを通って正及び負の端子へ流れ、それにより極板から端子へ平均して遥かに短い通路を与える。これにより抵抗効果の結果としての熱の発生を最少にする。同様に、この設計は、バスバーを通り、端子を通って出て行く極板からの熱の放散に対し一層短い通路を与える。
【００２０】
図５ａは、渦巻き状に巻いた極板の構造を有する本発明によるＶＲＬＡバッテリー４０の別の態様の上面図である。バッテリー４０は、負極板４１、正極板４２１、及びセパレータ４３を有する。図５ｂから分かるように、正極板４２は一番上の所に四つの正極板タブ４４を有し、一番下の所に四つの正極板タブを有する。同様に、負極板４１は、一番上の所に四つの負極板タブ４６を有し、一番下の所に四つの負極板タブ４７を有する。
【００２１】
正極板タブ４４は、バッテリーの頂部にある正バスバー４８に接続し、正極板タブ４５は、バッテリーの底部にある正バスバー４９に接続する。同様に、負極板タブ４６は、バッテリーの頂部にある負バスバー５０に接続し、負極板タブ４７は、バッテリーの底部にある負バスバー５１に接続する。
【００２２】
正バスバー４８は正端子５２に接続し、負バスバー５０は負端子５３に接続し、正バスバー４９は正端子５４に接続し、負バスバーは負端子５５に接続する。
【００２３】
正極板４２の一番上及び一番下に夫々あるタブ４４及び４５は或る距離隔てられており、その距離は、渦巻き状に結合したバッテリーの内側が、タブ４４と４５が、夫々バスバー４８と４９に一致するように近づくにつれて減少することは分かるであろう。そのため、渦巻き状に巻いた極板の外側は、内側と同様にドレーン（ｄｒａｉｎ）しなくなることは明らかである。この問題は、付加的バスバー及び対応するタブを、渦巻き状に巻いた極板の外側端部に与えることにより解決することができる。
【００２４】
図６〜９は、本発明による平らな極板の二重タブバッテリー１が、従来法の代表的単一タブバッテリーと比較して、或る場合にはＨＥＶ動作、別の場合にはＥＶ動作の代表的種々の条件下でどのように評価されるかをグラフで示している。
【００２５】
バックグランドとして、ＨＥＶバッテリーパックを、完全ＳｏＣ未満で多数サイクル作動させる必要があった。それらは大きな充・放電電流を受けた。そのような動作での市販ＶＲＬＡバッテリーの作動は、バッテリー極板中に硫酸鉛の局部的不可逆的形成を与える結果になることが示されている。
【００２６】
上で述べたように、本発明による二重タブバッテリー１の平らな極板型のものは、同等の大きさ、重量及び容量の従来法の代表的単一タブバッテリーと並べて、局部的「耐熱性」硫酸鉛の形成を促進することが知られている疑似ＨＥＶプロファイルに従って評価した。試験サイクルは次の工程を含んでいた：
（ｉ）  ５０％ＳｏＣまでの放電（放電率、２Ｃ）、
（ｉｉ）  特定の充電率（即ち、２Ｃ〜２１ １／２Ａ；４Ｃ〜４３Ａ）で１分間充電、
（ｉｉｉ）  開回路で１０秒間放置、
（ｉｖ）  特定の放電率（２Ｃ〜２１ １／２Ａ；４Ｃ〜４３Ａ）で１分間放電、
（ｖ）  開回路で１０秒間放置、
（ｖｉ）  工程（ｉｖ）が終わった時、電圧が１０Ｖに減少するまで、又は工程（ｉｉ）が終わった時１５Ｖに増大するまで、工程（ｉｉ）〜（ｖ）を繰り返す。
（注：−−全ての充電及び放電は、Ａ時に基づいている）。
【００２７】
次に図６に関し、この図は、従来法の代表的単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリー１との比較を行うため、２ＣのＨＥＶサイクル率を代表する条件下（即ち、ここでは約２１ １／２Ａに相当する特定の率で行われる充電及び放電）で、試験サイクル数に対してグラフに示した場合の、放電電圧（ＥｏＤＶ）及び温度（Ｔ）プロファイルの両方の終点を示すグラフである。
【００２８】
前記２Ｃ  ＨＥＶ動作負荷にかけた場合、起きたことは、従来法のバッテリーと本発明のバッテリー１が、それらの放電電圧（ＥｏＤＶ）終点が１０Ｖに低下する前（図６）、及び等化充電（ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒｇｅ）が必要になる前に、夫々６９００及び８８００ＨＥＶサイクルを与えたことであった。本発明によるバッテリー１により得られた一層大きなサイクル数は、等化の頻度で２５％の減少を表している。そのような改良はＨＥＶ製造業者により要求されているものであり、それにより負極板は最早ＨＥＶバッテリーの弱点にはならなくなり、それによりバッテリーの等化充電を、日常の乗り物使用中に行うことができ、或は完全に排除することができる。
【００２９】
次に温度の件に関し、従来法のバッテリーの温度をバッテリーケースの側面で外側から測定すると、作動中徐々に上昇し、６９００ＨＥＶサイクル完了時に６５℃に到達した（図６）。以前の研究では、そのような動作で、バッテリーの内部温度は外部温度よりも２０℃高い所まで上昇することが示されていた。従って、従来法のバッテリーを連続的に作動させると、厳しい安全性を示唆することができる状態である熱的暴発を起こす結果に恐らくなったであろうと考えられる。
【００３０】
本発明によるバッテリー１の温度は、そのサイクル期間中３８±２℃に留まっていた（図６）。これは、従来法のバッテリーの温度よりも殆ど３０℃低い。本発明によるバッテリー１は、従来法のバッテリーよりも、長いＨＥＶ操作で、温度上昇（従って、熱的暴発）を遥かに受けにくいことは明らかである。この性能特性は、必要な冷却機構が遥かに簡単化されているので、ＨＥＶ製造業者に極めて魅力的なものである。また、作動温度が低くなる程、負極板で用いられる正グリッドの腐食及びエクスパンダーの劣化の両方が減少するはずである。さらに、それは、本発明によるバッテリー１の内部抵抗を最小にする。
【００３１】
要約すると、本発明によるバッテリー１のＨＥＶ動作での作動温度は、丁度唯一つの電流取出し点（ｔａｋｏｆｆ）を有する代表的従来法のバッテリーの温度と比較して遥かに低くなっている。本発明のバッテリー１は、従来法のバッテリーよりも等化充電間のサイクル期間がかなり長くなっており、それはＨＥＶ製造業者にとって非常に魅力的な因子である。
【００３２】
図７は、図６に匹敵するグラフであり、この場合、同様に、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーと、与えられた従来法の単一タブバッテリーとを比較できるように、試験サイクル数に対して描いたグラフとして、放電電圧（ＥｏＤＶ）及び温度（Ｔ）プロファイルの終点を示している。但し４ＣのＨＥＶサイクル率の代表的な条件下で行なった。
【００３３】
特に、本発明による試験バッテリー１及び従来法のバッテリーの性能を、４Ｃの充電及び放電率を用いてＨＥＶ動作（上記参照）の下で評価した。２Ｃから４Ｃへの充・放電率の増大は、バッテリーの作動温度のかなりの上昇を起こすと予想された。従って、事前の対策として温度検出器を、両方のバッテリー中、最も中心の負極板と隣接するセパレータとの間の第三セル（正端子から）の中央部にに挿入した。ケース上の最も高温の領域の温度も外部から監視した。
【００３４】
５０サイクル後、従来法のバッテリーの外部及び内部温度は、夫々５０℃及び７０℃に到達した（図７）。この状態で、バッテリーの連続操作は熱的暴発を与える結果になると思われ、安全性の観点から、操作から除外した。これとは対照的に、本発明によるバッテリー１は同じ外部温度限界に到達するまで、１２０サイクル作動した。従って、２Ｃ  ＨＥＶ動作（上記参照）を用いた場合、第二電流取出し点の存在が、１枚の極板当たり唯一つのタブを有する代表的従来法のバッテリーの温度と比較して、本発明によるバッテリー１の作動温度を著しく低下する。
【００３５】
図８は、従来法の与えられた単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーとの比較を行えるように、試験サイクル数に対して描いたグラフとして放電電圧（ＥｏＤＶ）プロファイルの終点だけを示すグラフである。但しここでは部分的充電状態（ＰＳｏＣ）／高速充電ＥＶ動作を代表する条件下で行なった。
【００３６】
バックグランドとして、高速充電が、鉛・酸駆動ＥＶの限界範囲を乗り越える方法として実証された。前の研究により、ＰＳｏＣ操作（例えば、完全ＳｏＣ未満での連続サイクル）が、選択されたＶＲＬＡバッテリーから得ることができるサイクル・寿命／ライフタイム・エネルギーの顕著な改良を与えることができることも示されている。高速充電及びＰＳｏＣ動作の組合せは、ＥＶの有効範囲と、バッテリーパックのサイクル・寿命／ライフタイム・エネルギーの両方を改良することができる。この型のＥＶ操作はＨＥＶ動作、即ち、高速充電（１２Ｃまで）及び固定ＳｏＣ窓（ｗｉｎｄｏｗ）内の長い操作と同様なので、本発明による試験バッテリーを、ＰＳｏＣ／高速充電ＥＶ条件下で評価することを決定した。従って、本発明によるバッテリー１及び従来法の代表的バッテリーを、次の三つの方式を順次適用して連続的に操作した。
【００３７】
方式１
バッテリーを１００％ＳｏＣから２１ １／２Ａの与えられたＣ率で公称２０％ＳｏＣ（Ａ時に基づく）まで放電する。
【００３８】
方式２
バッテリーを公称２０％ＳｏＣから６Ｃ（１２９Ａ）で、それが公称８０％ＳｏＣ（Ａ時に基づく）に到達するまで放電する。次にバッテリーを公称２０％ＳｏＣ（Ａ時に基づく）までＣ率（２１ １／２Ａ）で放電する。完全再充電することなく２０〜８０％ＳｏＣの充・放電操作を、「ＰＳｏＣサイクル」として言及する。ＰＳｏＣ工程を２４ＰＳｏＣサイクル期間継続するか、又は放電終了時のバッテリー電圧が１１．１Ｖに減少するまで継続し、その時点でバッテリーを１０％ＳｏＣであると見做す。例えば、２０％〜８０％の初期ＰＳｏＣ操作窓は、１０〜７０％ＳｏＣになっていた。
（注：−− 一組の２４ＰＳｏＣサイクルは、「マスターサイクル」として言及する）。
【００３９】
方式３
（ｉ）  バッテリーを、電流が５Ａに低下するまで６Ｃで放電する。
（ｉｉ）  次にバッテリーを特定の時間一定電流で等化する。
【００４０】
方式２で放電が完了した時の放電終点電圧（ＥｏＤＶ）の項で表したサイクルの結果を図８に示す。従来法のバッテリーのＥｏＤＶは、最初高速充電の開始により起こされるバッテリー温度の上昇に対応して上昇する。次にＥｏＤＶは、恐らく充電効率が悪い結果として、マスターサイクルの残余の期間中、１１．７５Ｖから１１．４５Ｖへ定常的に低下する。等化充電（方式３）の後にＥｏＤＶは回復するが、次に第二マスターサイクル中、１１．４５Ｖへ徐々に低下する。第三マスターサイクルの第一放電後のＥｏＤＶは、第一及び第二マスターサイクル中の１１．４５Ｖに比較して、１１．１５Ｖへ低下していた。ＥｏＤＶのこの「不可逆的」劣化は継続し、バッテリー電圧は、第四マスターサイクルの最後の放電中、１１．１０Ｖのカット・オフ限界に到達する。続く全てのマスターサイクルで、バッテリーはカット・オフ電圧に到達する前に、２４サイクル放電することはできなかった。
【００４１】
本発明によるバッテリー１のＥｏＤＶは、従来法の代表的バッテリーの場合と比較して、ＰＳｏＣ／高速充電操作全てに亙って遥かに高いレベルに留まっていた（図８）。例えば、第一及び最終マスターサイクルの最後の放電中、本発明のバッテリー１のＥｏＤＶは夫々１１．７０Ｖ及び１１．５０Ｖであったのに対し、従来法のバッテリーでは１１．４５Ｖ及び１１．１０Ｖであった。従って、本発明によるバッテリー１は、ＰＳｏＣ／高速充電動作の下で、一層容量損失を受けにくく、その結果、全ての試験期間に亙って必要なＰＳｏＣサイクル数放電することができた。
【００４２】
これらの実験で用いられた従来法のバッテリーと、本発明によるバッテリー１との両方に三つの内部熱電対を取付け、ＰＳｏＣ／高速充電動作中、バッテリーの「実際の」作動温度を測定した。熱電対は第三セルの中に設置し、真ん中の負極板と隣接するセパレータとの間の次の位置に配置した：
（ｉ）  セルグループの一番上の所から１ｃｍ、
（ｉｉ）  セルグループの中央、
（ｉｉｉ）  セルグループの一番下から１ｃｍ。
【００４３】
図９は、典型的なマスターサイクル中、充電完了時の両方のバッテリーの内部温度を示している。初期の操作中、従来法のバッテリーでは温度勾配が急速に形成された。４回のサイクル後、内部バッテリー温度は頂部、中央部、及び底部の所で、夫々９０、７５、及び７０℃に到達した。バッテリーケースの外側上の最も高温の点で測定した外部温度が５５℃を限界としていたことによれば、この上昇度は驚くべきものであった。
【００４４】
本発明による二重タブバッテリー１の内部温度は、初期ＰＳｏＣ／高速充電操作中、徐々に上昇し、１５サイクルで約６５℃に到達した。この時間中、バッテリーの頂部から底部までの温度差は５℃を越えなかった。従って、本発明によるバッテリー１は、ＰＳｏＣ／高速充電条件下で操作した時、従来法の単一タブバッテリーと比較して、平均バッテリー温度が一層低く、内部温度差が減少していることの両方を示している。
【００４５】
性能のこの改良は、本発明によりバッテリー１が二重タブの構造を持つことによる。従来法の単一タブの設計では、電流密度にかなりの増大があり、即ち、高速充電又は放電中、バッテリー極板の頂部での電流取出し点又はタブの方への「電流集中」が生ずる。バッテリー内の加熱はバッテリーの電流の２乗と抵抗との両方（即ち、Ｉ２Ｒ）に関係しているので、極板頂部での高い局部的電流密度が、これらの領域で大きな加熱効果を与えることがある。本発明により、極板の底部に第二電流取出し点が含まれていることにより、極板による電流密度が一層低く、一層均一になり、それにより生成する全熱量が減少する。さらに、本発明による二重タブバッテリー１は、均一な熱放散を与え、それがバッテリー全体に亙り均一な温度を与える結果になる。
【００４６】
ＨＥＶ動作でのＶＲＬＡバッテリーの操作では、負極板の底部に「耐熱性」又は「硬質」硫酸鉛の蓄積を起こすことがあることが実証されている。この現象は、負極板の充電許容度が低いことによって説明されてきた。しかし、この研究で大きな充・放電電流の結果として大きな内部温度勾配が生ずることの発見により、更に別の仮説の存在を主張することができる。
【００４７】
もし並列にした二つのバッテリーを著しく異なった温度で作動させると、温度の高い方のバッテリーでは、放電中最も高い活性物質利用度が起きることはよく知られている。高温バッテリーは、与えられた充電時間及び最高充電電圧について最大の充電量も受ける。バッテリー極板の頂部及び底部領域が効果的に並列になっている場合、もしそれらが異なった温度になっていると、それらでは放電中異なった程度の活性物質利用度が生ずることになるであろう。温度の高い方の場所は、低温領域に比較して、一層大きな程度の過充電を受けることになるであろう。
【００４８】
この状態は、温度の低い領域の不足充電及び硫酸塩化を与えることになるであろう。本発明による二重タブ設計では、ＨＥＶ又はＰＳｏＣ／高速充電ＥＶ動作のどちらの期間でも、大きな温度勾配を発生することはない。恐らく、本発明の二重タブバッテリーが、硫酸塩化を起こし易い欠点を持たないのはそのためである。
【００４９】
前記グラフによって示され、本発明による二重タブバッテリーの平らな極板型のものについて見出された、従来のものに対する改良は、本発明による二重タブバッテリーの渦巻き状に巻いた型４０のものについても、匹敵するやり方で得られるであろうと予想される。
【００５０】
前記種々の態様及び実施例、付加的態様に関連して説明してきた本発明は、今や当業者に明らかになったであろう。本発明は、特別に言及した態様に限定されるものではなく、従って、独占的な権利が要求されている本発明の範囲を定めるためには、好ましい例についての前記記述よりもむしろ特許請求の範囲を参考にすべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、二重タブ、平らな極板構成を有する本発明によるバルブ制御鉛酸バッテリーの、内部構造をよく示すためにバッテリーケースの蓋を図から取り除いた上面図である。
【図２】
図２は、図１の二重タブ、平らな極板のバッテリーの、バッテリーケースの基部を図から取り除いた底面図である。
【図３】
図３は、図１及び２の二重タブ、平らな極板のバッテリーの、セル隔壁上に向かい合わせて配列したセル相互の溶接を一層よく示すためにバッテリーケースの手前の側壁を図から部分的に取り除いた側立面図である。
【図４】
図４は、セル相互の溶接の別の機構を示す、図３に匹敵する側立面図であり、この図では、その溶接部はセル隔壁の上ではなく、それらを通って配列されている。
【図５】
図５において、図５ａは、二方向電流取出し点を有する渦巻き状に巻いたセル構造を有する本発明によるバルブ制御鉛酸バッテリーの別の態様の、正及び負のバスバーの両方を示す上面図であり、図５ｂは、図５ａの二方向電流取出し点を有する渦巻き状に巻いたセルの、組立体の頂部及び底部の両方の所にあるバスバーを示す側立面図である。
【図６】
図６は、従来法の代表的単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーとの比較を行うため、２ＣのＨＥＶサイクル率の代表的条件下での試験サイクル数に対して描いたグラフとして、放電電圧（ＥｏＤＶ）及び温度（Ｔ）プロファイルの両方の終点を示すグラフである。
【図７】
図７は、従来法の与えられた単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーとの比較を行うため、４ＣのＨＥＶサイクル率の代表的条件下での試験サイクル数に対して描いたグラフとして、放電電圧（ＥｏＤＶ）及び温度（Ｔ）プロファイルの終点を示す比較グラフである。
【図８】
図８は、従来法の与えられた単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーとの比較を行えるように、ＰＳｏＣ／高速充電ＥＶ動作の代表的条件下で、試験サイクル数に対して描いたグラフとして、放電電圧（ＥｏＤＶ）プロファイルの終点だけを示すグラフである。
【図９】
図９は、従来法の与えられた単一タブバッテリーと、本発明による平らな極板の二重タブバッテリーとの比較を行えるように、同様にＰＳｏＣ／高速充電ＥＶ動作の代表的条件下で、試験サイクル数に対して描いたグラフとして、温度（Ｔ）プロファイルだけを示すグラフである。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年11月19日(2001.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
セル２の負のバスバー１８は、セル相互（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ）接合部１９によりセル３の正バスバー１７に接続する。同様に、セル３の負バスバー１８は、溶接接合部２０によりセル４の正バスバー１７に接続する。そのようにしていくことにより、同様に、セル４、５、６及び７を、溶接接合部２１、２２、及び２３により互いに接続し、それによりセルの各々を直列に接続し、１２Ｖの公称容量を有するバッテリーを形成する。図３は、セル隔壁上に互いに向かい合わせて配列したセル相互溶接を一層よく示している。図４は、図３と同様な図であるが、但しこの図ではセル隔壁の上ではなく、それらを通って配列されたセル相互溶接の別の構成（即ち、２０′）を示している。図１では、端子２４がセル２の正バスバー１７に接続され、端子２５がセル７の負バスバー１８に接続されている。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
図２に示したように、下から見ると、バッテリーは同様な構造をもち、正極板に取付けられた正のタブ１５に正バスバー２６が接続され、負極板に取付けられたタブ１３には負バスバー２７が接続されている。同様に、セル２、３、４、５、６、及び７は、溶接接合部２８、２９、３０、３１、及び３２によりバッテリーの交互になった側に接続されている。図２も、セル２のバスバー２６が、それに接続された正端子３４を有し、セル７の負バスバー２７がそれに接続された負端子３３を有することを示している。従って、図１及び２の両方に関し、バッテリー１は、二つの正端子及び二つの負端子を有し、それは図３又は４により一つの図で示されている通りであり、その後者の図は、セルに解放バルブ「Ｖ」が配備されていることも示している。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図５ａは、渦巻き状に巻いた極板の構造を有する本発明によるＶＲＬＡバッテリー４０の別の態様の上面図である。バッテリー４０は、負極板４１、正極板４２、及びセパレータ４３を有する。図５ｂから分かるように、正極板４２は一番上の所に四つの正極板タブ４４を有し、一番下の所に四つの正極板タブを有する。同様に、負極板４１は、一番上の所に四つの負極板タブ４６を有し、一番下の所に四つの負極板タブ４７を有する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004524647.tif 000047
【図９】
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【国際調査報告】
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2004524647.tif 000050
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