JP2010519712A - 熱伝導プレート付きバッテリー - Google Patents

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Abstract


本発明は、バッテリーの温度調節を行う熱伝導プレート付きバッテリーに関するものである。このバッテリーは、互いに並列および／または直列に接続された複数の個別セルを有し、これらの個別セルは熱伝導的に熱伝導プレートと接続されている。この熱伝導プレート内には、熱伝導媒体のためのダクト構造が配置されている。この熱伝導プレートは、個別セルの極の部分に孔を有し、この孔を介して個別セルの極が突き出している。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載された、温度調節用の熱伝導プレートを有するバッテリーに関し、このようなバッテリーは、例えば、特許文献１により知られている。
基礎となっている特許文献１から公知のバッテリーは、互いに並列および／または直列に接続された複数の個別セルを有し、これらのセルは熱伝導プレートの上に置かれ、このプレートと熱伝導的に接続されている。熱伝導プレート内には、ヒートパイプの気化部分が配置されている。このヒートパイプは、熱伝導プレート、とくにバッテリーハウジングから外へ出されており、このことによって、ヒートパイプの凝結部分は熱伝導プレートの外側にある。このようなヒートパイプの形態によって、熱伝導プレートと個別セルが温度調節され、とくに作動中では冷却することが可能となる。とりわけ、リチウムイオンセルの場合、過充電および／または高い放電電流が個別セルの著しい圧力上昇を引き起こし、最終的には、該当する個別セルのセルハウジングの破損につながるおそれがある。適切な減圧を確実に行うためには、個別セルのハウジングの床に規定破断箇所を配置することが有効であり、ここで個別セルを適切に破断することができる。この減圧をさらに向上させるため、熱伝導プレートの個別セル設置面の下部に貫通孔または開口部（以下、これを簡単にバーストウィンドウと呼ぶ）を取り付けることは、極めて効果的である。このバーストウィンドウの直径は、セルハウジングの外径よりもわずかに小さい。しかしながら、このバーストウィンドウによって、熱伝導プレートの有効な熱伝導断面積が減少することになり、それによって、熱伝導プレートの効率が低下する。
独国特許出願公開第１９７２４０２０Ａ１号明細書
本発明の課題は、可能な限り熱伝導効率を上げ、簡単かつ低コストに実現できるバッテリーを開発することである。
この課題は、請求項１の特徴を備えたバッテリーによって解決される。本発明に基づく熱伝導プレートの形態によって、個別セルのヘッド部分に配置することが可能である。この場合も、熱伝導プレートには孔が設けられているが、それらの面積は明らかに小さいため、平均の有効熱伝導断面積は大きくなる。このことによって、全体の熱伝導断面積は同じでも、熱伝導プレートをより薄くすることができ、それによってより軽量に形成することが可能となる。
本発明のその他の形態では、バッテリーハウジング内部の熱伝導プレートと、極、電気セルコネクター、セルカバーおよびバッテリーボックスカバーとの間の中間スペースならびに個別セルと個別セルとの間のスペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性の高い埋め込み用材（注形コンパウンド）および／または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性の高いフォーム材（発泡体）が配備されており、バッテリーハウジング内部が、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性の高い埋め込み用材および／または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性の高いフォーム材によって満たされている。これらのすべての形態によって、バッテリーハウジング内部の上記スペースは、熱伝導に有効利用され、その際、同時にバッテリーハウジング全体の安定性も高められる。
本発明に基づく個別セルは、とくに高性能バッテリーに利用可能であり、とりわけ、少なくとも部分的には旅客輸送車両のエンジンに利用することができる。
本発明のその他の有効な形態は、それぞれの下位クレームに記載されている。次に、図に示した実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
底面に配置された熱伝導プレートを有するバッテリーである。 ヘッド面に配置された熱伝導プレートを有するバッテリーの側面図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って切断した場合の、電気セルコネクター下部の水平断面図である。
図１には、底面に配置された熱伝導プレート２を有する通常のバッテリー１が示されている。バッテリー１は、とくに、電気的に相互接続されている複数の個別セル３を有している。好適には丸い断面の個別セル３が、とくに完全に密閉されたバッテリーハウジング４に配置されている。バッテリーハウジング４の内部には、個別セル３が金属プレートとして形成されている熱伝導プレート２の上に、熱伝導的に設置されている。熱伝導プレート２には、熱伝導媒体を通すための冷却用ダクトが取り付けられている。熱伝導プレート２上の個別セル３の配置は、それらの縦軸が平行になるように並べられている。
このようなバッテリー１を、とくに車両の駆動および駆動補助バッテリーとして使用する場合、このために、適切な方法により、すでに車両に搭載されているエアコン（図には示されていない）に冷却用ダクト５を接続し、熱の面で少なくとも部分的にこのエアコンから供給を受けられるようにすることができる。この熱供給は、例えば共通の熱伝導媒体、とりわけ液体によって直接エアコンと接続することができ、また、熱交換器によって間接的にエアコンと相互作用させることも可能である。好ましい方法では、この熱伝導媒体が、温度調節されている車内から漏れ出る空気であってもよく、および／または、この空気を介して供給されるということも可能である。
図２は、発明に基づくバッテリー１の縦断面の側面図である。大部分が構造的に類似している図１のバッテリーに対して、図２による発明に基づくバッテリー１の場合、熱伝導プレート２は、これまでに周知のように床面にではなく、個別セル３の極（電極）６の部分に配置されている。個別セル３は、それらの長手方向に対して平行に配置され、これらの個別セル３のセルハウジング７同士は、互いに外側表面側で距離を置いている。
好ましくは、金属から製造される熱伝導プレート２は、バッテリーの温度調節のために提供されており、その内部には、同様に熱伝導媒体が流れ、外部から操作可能で、かつ、冷却用ダクトから形成されている熱伝導媒体のダクト構造を有している。本発明に基づいて、熱伝導プレート２は、個別セル３のセルハウジングカバー８と、隣り合う個別セル３の相異なる極６同士を電気的に接続する電気セルコネクター９との間に配置されている。
個別セル３の両極６は、熱伝導プレート２の中に配置されている孔を通って、熱伝導プレート２の反対側の面に突き出している。セルコネクター９は、この面の上に配置されている。１つまたは複数の極６に割り当てられている孔の形状と内のり寸法は、個別セル３の１つの極または両方の極６の外側寸法よりも大きいため、孔から突き出している極６は、全体的に孔の壁との間に距離がある（図３を参照）。このことによって、極６と熱伝導プレート２は決して接触することがないため、互いに電気的に絶縁されている。
同様に、熱伝導プレート２は、セルハウジングカバー８からも、セルコネクター９からも、電気的に絶縁効果のある距離を保っている。
バッテリーハウジング４の内部に配置されている構成部品相互の電気的絶縁を強化し、バッテリーハウジング４全体の安定性を高め、かつ、熱伝導性能全体を向上させるため、熱伝導プレート２と、極６、電気セルコネクター９、セルハウジングカバー８、またバッテリーボックスカバーとの間にある中間スペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れた埋め込み用材および／または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れたフォーム材が配備され、これらの中間スペースを完全に充填していることが好ましい。適切な方法では、隣接するセルハウジングの壁と壁との間の空間も、セルハウジングの壁とバッテリーボックス４の壁との間の空間も、同様の方法で充填されている。
埋め込み用材としては、とくに、ポリウレタン・フォーム、エポキシド樹脂および／またはシリコンなど、電気絶縁性を有するが、熱を伝導する素材が適していることが判明している。この好適な素材が、該当する空きスペースに、可能な限り気泡を少なく、とくに好ましくは気泡のないように注がれる。素材の中に熱伝導性粒子を混ぜ合わせ、混合物の形にするという方法により、熱伝導性の粒子を埋め込み用の素材に添加することによって、その熱伝導に関して、さらに改良を加えることが可能となる。

Claims (9)

  1. 互いに並列または直列に接続された複数の個別セルを有し、前記個別セルが熱伝導的に熱伝導プレートと接続されており、さらに前記熱伝導プレートに施された、熱伝導媒体を通すことのできるダクト構造と、前記熱伝導プレートから外に出ている前記ダクト構造のための末端断面とを有する、バッテリー温度調節用の熱伝導プレート付きバッテリーであって、
    前記熱伝導プレートが前記個別セルの極の部分に孔を有し、該孔から前記個別セルの前記極が突出していることを特徴とする、バッテリー温度調節用の熱伝導プレート付きバッテリー。
  2. 前記熱伝導性プレートが金属から成り、前記熱伝導プレートがバッテリーの個別セルに対して電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  3. 前記孔の内のり幅がそれぞれの極の外径よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  4. 前記孔の形状および内のり寸法が前記個別セルの両方の極の外部寸法よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  5. バッテリーハウジングの内部で、前記熱伝導プレートと前記極との間にある中間スペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れた埋め込み用材、または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れたフォーム材が配備されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  6. 前記バッテリーハウジングの内部で、前記熱伝導プレートと電気セルコネクターとの間にある中間スペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れた埋め込み用材、または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れたフォーム材が配備されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  7. 前記バッテリーハウジングの内部で、前記熱伝導プレートとセルカバーとの間にある中間スペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れた埋め込み用材、または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れたフォーム材が配備されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  8. 前記バッテリーハウジングの内部で、前記熱伝導プレートとバッテリーボックスカバーとの間にある中間スペースに、電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れた埋め込み用材、または電気絶縁性で、好ましくは熱伝導性の、とくに好ましくは熱伝導性に優れたフォーム材が配備されていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
  9. 前記中間スペースが完全に前記埋め込み用材、または前記フォーム材によって満たされていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１項に記載のバッテリー。
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