JP2010525507A - 構造マトリクスでコーティングされた熱処理モジュールを含む電池 - Google Patents
構造マトリクスでコーティングされた熱処理モジュールを含む電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010525507A JP2010525507A JP2010503540A JP2010503540A JP2010525507A JP 2010525507 A JP2010525507 A JP 2010525507A JP 2010503540 A JP2010503540 A JP 2010503540A JP 2010503540 A JP2010503540 A JP 2010503540A JP 2010525507 A JP2010525507 A JP 2010525507A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- battery according
- liquid
- elements
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
- H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
- H01M10/643—Cylindrical cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
- H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
- H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
- H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
- H01M50/227—Organic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
- H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
- H01M50/291—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
- H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
- H01M50/293—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
Abstract
本発明は、電気エネルギーを発生させる複数のエレメント(1)と、上記エレメントを機械的・熱的にパッケージングするためのシステムを有し、上記システムは、熱的パッケージ液の床であって、その上に、隣り合うエレメント(1)同士の間に左右の間隔を空けてエレメント(1)が配置された床(2)を有する電池であって、上記パッケージシステムはさらに、それぞれに、上流ポート(10)と下流ポート(11)との間を液体が流れる流路が備えられた、複数の熱的パッケージモジュール(9)を有し、各流路は、中の液体が上記床と繋がるように、ポート(10、11)を介して左右の間隔に沿って延伸し、上記パッケージシステムはさらに、熱伝導性で電気的絶縁性のポリマー樹脂でできた構造マトリクスを有し、上記マトリクスは、左右の間隔を充填し、上記エレメントと上記パッケージモジュールの少なくとも一部を封入することを特徴とする電池に関する。
Description
本発明は、特に、電気自動車またはハイブリッドカー(駆動輪を駆動するための熱駆動エンジンと、該駆動輪(他の駆動輪でも可)を駆動するための電気エンジンとを組み合わせたものを有する自動車)のけん引用の電池に関する。
電気自動車またはハイブリッドカーの用途に必要なレベルの電力とエネルギーを確保するためには、電力を発生させるエレメントを複数有する電池を作る必要がある。
これらのエレメントを充電・放電すると、熱が発生する。この熱を制御しないと、エレメントの寿命が短くなる可能性があり、極限状態では、エレメントの特定の化学成分が熱暴走する危険性まで高まり、電池の劣化につながる。
電池が供給することのできる電力は、様々なエレメントの電力のバランスと、エレメントの動作温度に依存する。実際、エレメントが供給できる電力は温度と共に増加し、同じ電池内の各エレメント間で供給できる電力レベルが異なる場合、この電池を「不安定」と言う。電池が供給することのできる総電力は常に、充電量の最も少ないエレメントの電力によって制限され、総充電量は充電量の最も多いエレメントによってさらに制限されるため、この「不安定」さは、電池の寿命と平均エネルギー密度に実質的な影響を与える。
この「不安定」さの原因となる、これらのエレメント間でのエネルギーレベルの差は、エレメント間の電気的性質の差、またはエレメント間での動作温度のばらつきによって起こり得る。電池のエレメントのうち1つのエレメントの充電量が他のエレメントより少ないと、充電状態が低下し、反転が起こる危険性がある。
また、リチウムイオン電池の化学成分は、ほぼ安定している。極限状況下でリチウムイオン電池にストレスがかかると、熱暴走が起こる可能性がある。主な動力が電気である自動車にとって必要な、高次の電池においては、エレメントの熱暴走が電池全体におよぶと、この熱暴走に関する電力が非常に高くなるため、この危険性は非常に重大である。
そのため、電池の性能と寿命を最大限に利用するために、エレメントの熱処理システムが電池に組み込まれてきた。
特に、循環する空気を冷却源として使用する冷却システムが提案されている。この方法を用いて電池内の温度分布をできる限り均一にしようと、多くの努力が行われてきたが、特に、電気ネットワーク(プラグイン)に接続することができる、電気自動車とハイブリッドカー向けの用途の場合に見られるように、このようなシステムを用いて電力のストレスを受けている電池エレメントを均一に冷却することは未だにできていない。
特に、強い加速中、回生制動中、高速充電中、または自動車道路における電気モードでの走行中は、熱散逸ピークは非常に高く、電流密度の関数と電流密度の変化の関数は、特定の用途において、非常に高い値に到達する可能性がある。
このような状況での使用向けに、電池エレメントを冷却するために必要な空気流を実現することができるが、エレメントが著しく分離し、損害を招く。
この強い空気流は、電池エレメント間における空気流の低い熱交換係数を補うために使用され、音響と振動の問題が増加する。空気流を確保するために必要であって、電池を均一に効果的に冷却することができるファンは、寸法の面で、電気自動車の用途に必要なコンパクトさと省エネの条件を満たさない。
冷却の有効性を向上させるため、また同時に電池の体積エネルギー密度を増加させることができるようにするため、液体を循環させることが提案されている。とくに、この液体を、電池エレメント間に配置されたプラスチックソケットを通って流れるように供給することができる。これらのソケットは絶縁体であり、エレメント間の電気絶縁の一部を成す。
しかし、これらのプラスチックソケットが形成されているプラスチックポケットは、ほぼ的確な伝熱を保証するために、できる限り薄くなければならないので、熱を伝えにくい。すると、薄い壁が、電池のエレメントの機械抵抗に適応しないということになる。
また、電気自動車またはハイブリッドカーの用途では、従来技術に係る電池は、特に、けん引鎖に十分に電力を供給することができる熱自動車のハイブリダイゼーションの度合いが増すことに起因する、ある程度の数の問題を抱えている。この場合、電池は、もはや、加速の段階にある自動車をアシストする為だけに使用されるのではなく、ほぼ実質的に長距離に渡って自動車を自発的に移動させる為にも使用される。
そのため、電池のエネルギーと電力を増大させなければならず、増大させることで、電池にストレスがかかる時間と、電流と、平均内部抵抗とが増加する。そのため、電力と熱出力の放出が増加し、電池の寿命はなおさらである。
電池のコストは、主に、電池に含まれるエレメントの数、すなわち、電池の電力に依存する。そのため、電池のコストによる自動車への影響を低減するために、電池から最大限の量の電力を抽出するためにできる限り広い範囲の電位でこの電池を使用することが試みられている。
許容される電位値の限界に近づくにつれて、エレメントの内部抵抗が増大し、電池の寿命が減少する。
要求される高レベルの電力は、電池エレメントの表面と内部の間、さらには同じ電池内のエレメント間での温度の勾配を引き起こす可能性がある、電池エレメントの温度の実質的で高速な上昇につながる。
これらの温度勾配は、実質上、充電・放電中、高い突入電流に対応する一時的な段階の間で見られる。
電池エレメント内での温度上昇は、エレメントの中心に存在する可能性があるホットポイント(hot points)に関連し、安全性と寿命に関するリスクを生む。
また、電池の安全性は、電池の電力が増大するにつれてさらに決定的に重要になり、エレメント間の冷却液の循環に通常使用されるプラスチックソケットは、自動車の衝突による衝撃の影響によって、または冷却回路にかけられた超過圧力によって、壊れやすい。
このような破裂によって冷却システムは全く動作しなくなり、さらに悪いと、液体によって電池エレメント全てでショートが起こる危険性があり、火事や爆発などの重大な危険に繋がる。
そのため、本発明の目的は、体積とエネルギーおよび/または電力の割合を実質的に向上することができる熱処理・機械的処理システムを提案することによって、従来の電池を完全なものにすると同時に、化学的性能の観点から、また自動車産業で採用されている制約に関して、とくに衝突に関する制約に関して、寿命と安全性を完全なものにすることにある。
この目的のために、本発明は、電力を発生させる複数のエレメントと、上記エレメントのための熱処理・機械的処理システムを有し、上記システムは、熱処理液の床であって、その上に、隣り合うエレメント同士の間に左右の間隔を空けてエレメントが配置された床を有する電池であって、上記処理システムはさらに、それぞれに、上流ポートと下流ポートとの間を液体が行き来するための通路が備えられた、複数の熱処理モジュールを有し、各通路は、中の液体が上記床と繋がるように、ポートを介して左右の間隔内に延伸し、上記処理システムはさらに、熱伝導性で電気絶縁性のポリマー樹脂で形成された構造マトリクスを有し、上記マトリクスは、上記エレメントと上記処理モジュールの少なくとも一部をコーティングすることによって、左右の間隔を充填することを特徴とする電池を提案する。
本発明によると、体積エネルギー密度の条件を満たすことによって、システムのコンパクトさのレベルを達成することができるようになる。また、自動車用途のニーズ(少なくともコストと重量)と両立できる電力のレベルを達成することができるようになる。
また、本発明により可能になる非常に低い熱抵抗によって、非常に高いレベルのコンパクトさにもかかわらず、電池の冷却を確実に行うことができるようになる。また、本発明によると、突入電流のピーク中のエレメント内の温度を下げることができるようになり、また衝撃があった場合にエレメント同士が電気的に直接接する危険性が防止される。このことは、電池の安全性の観点から有利である。
最後に、熱管理が効果的であるため、電力消費を減らすことができるので、電気自動車の自立性を確実に増加することができる。
本発明の他の特異な点と有利な点は、添付の図面を参照した以下の説明によって明らかになるであろう。
第一の実施形態に係る電池の一部分の斜視図である。
図1の電池の熱処理モジュールの斜視図である。
図1の電池の一部分の図であり、図3aはモジュールの水床内での接続の斜視図、図3bはその縦方向の断面図である。
第二の実施形態に係る電池の一部分の図であり、図4aはその斜視図、図4bは側面図、図4cは上面図である。
本明細書中では、空間的な位置を示す記述は、図1の電池における位置を示すものとする。ただし、電池を封入する場合、異なる方向から見た場合の位置を示すことができるものとする。
図に関して、以下に、電力を発生させる複数のエレメント1、特に、例えばリチウムイオン性の電気化学的性質であり得るエレメント1からなる電池の、二つの実施形態を記載する。これらの実施形態において、エレメント1は、電力の発生のために必要な化学成分を絶縁するために、電気化学系を閉じ込める筐体を有する。または、エレメントはスーパーキャパシタ(supercapacitances)である。
電池は、さらに具体的には、電気自動車または電気と熱のハイブリッド型を伴う自動車の電気けん引エンジンに電力を供給することを目的とする。しかし、本発明に係る電池は、他の輸送手段、特に航空関連の輸送手段のための電力の蓄電にも応用することができる。また、風力タービンなどの静止しているものにも、本発明に係る電池は有利に応用することができる。
電池は、エレメント1のための熱処理・機械的処理システムを含み、このシステムによって、一方では温度の問題を解決することができ、またもう一方では強化構造の中にエレメント1を保持することができる。そのため、このシステムは、温度関連のリスクに関する電池の電気的安全性と、最適な温度範囲での電池の稼動と、また同時に、当該用途に特有の衝突のリスクに対する安全性とを確保する。
必要な電力を供給するため、電池は、多数のエレメント、例えば、10個のエレメントが16列に並んだ160個のエレメントからなる。また、土台(特にプラスチック製、図示せず)を有してもよく、この土台において、電力を発生させるエレメント1と処理システムとが、電池を自動車に搭載するために配置される。
処理システムは、熱処理液の床2と、エレメント1の熱処理を行うように熱処理液を循環させる装置(図示せず)とを有する。特に、循環のための装置は、閉回路内の液体に加圧することができるポンプを有し、また熱交換器をも有してもよい。
液はグリコール水でもよく、熱処理は、エレメント1が最適な温度範囲内で稼動できるように熱量を供給・除去するために伸び広がる。特に、処理システムによって、迅速かつ効率的に電池に電力を供給または電池から熱量を除去することができ、使用条件にかかわらず、熱調節を確実に行うことができる。
記載の実施形態では、液床2は層3と層4からなり、これら二つの層は、それぞれ筐体5と筐体6に入った液体で仕切られている。筐体5と筐体6は、成型プラスチックなどでできている。筐体5と筐体6は、それぞれ別々に液体が流れる下層3と上層4を形成するように、互いに結合している。
上側筐体6の上壁には、エレメント1の基底を受ける差込口7があり、この差込口7は、隣り合うエレメント1同士の間に左右の間隔を空けてエレメント1を液床2に設けるように形成されている。電池の、使用するエレメント1の数に関するモジュール性を向上するために、筐体5と筐体6は、差込口7を所望の数だけ形成するために互いに結合したサブ筐体からなっていても良い。一実施形態によれば、サブ筐体は、以下に記載する構造マトリクスによって互いに結合するために土台に配置されていても良い。また、サブモジュール内の液体は循環していてもよく、または開口部5aと6aを介して液体がサブモジュールに単独で供給されていてもよい。
また、筐体5と筐体6は、差込口7の向かい側に開口部出口8を配置するように形成されており、この開口部出口8によって、筐体5と筐体6を、びょう(図4)または溶接(図1〜図3)によって、互いに結合させることができる。また、開口部出口8によって、エレメント1に超過圧力がかかってそのキャップが外れた場合にエレメント1から発生する可能性があるガスを逃がすことができる。この場合と、封入した土台が電池の周りに配置されている場合は、エレメント1に、外部へのガス放出バルブを設ける。また、湿度検出器またはガス放出探知器を電池に追加しても良い。
処理システムは、さらに、上流ポート10と下流ポート11との間の液体の行き来のための通路を有する熱処理モジュール9を、複数有している。各通路は、ポート10と11を使用して左右の間隔まで延伸し、液体が床2と繋がるようになっている。有利には、エレメントの周囲全体に渡って熱伝導を確実にするように、通路の高さはエレメント1とほぼ同一である。
実施形態の一例では、モジュール9の数は、電池に使用するエレメント1の数に従って変更しても良い。例えば、床2とモジュール9は、それぞれ、接続ソケットとポート10・11でできていても良く、近接するエレメントの有無にしたがって、電池の組み立て中にこのポートとソケットは接続される。そのため、電池の電力は、特に、単にエレメントの数を調節することで調節でき、電池の構造を変更する必要がない。また、差込口7の数は、エレメント1の数より多くても良い。
記載の実施形態では、エレメント1は円筒形状であり、コンパクトな六角形をなして配置されている。このように配置することで、スペースを最大限に活用することができ、まだ同時に電池の機械抵抗を最適化することができる。このため、エレメント1間の左右の間隔も円筒形状であり、六角形をなして配置される。ただし、ここで示さない他の実施形態では、エレメントは、例えば、平行六面体の外形及び/または他の形状などの、別の形状であってもよい。
処理システムは、さらに、熱伝導性で電気絶縁性のポリマー樹脂でできた構造マトリクス(図示せず)を含み、このマトリクスは、エレメント1と処理モジュール9の少なくとも一部をコーティングすることによって、左右の間隔を充填する。特に、このマトリクスは、少なくとも通路をコーティングする。
構造とは、マトリクスによってエレメント1間に機械抵抗が与えられることを意味し、特に、自動車産業において実施されている衝突試験の制約に関連する、またその他、自動車において電池にかかる機械的ストレスに関連する、機械抵抗が与えられる。
また、マトリクスは、エレメント1間と、モジュール9内を流れる液体における熱伝導の機能を提供し、同時に、エレメント1間の電気絶縁の性質に関連する電気的安全機能を提供する。熱伝導に関して、重要な特性は伝導性であり、これは、マトリクスの厚さ全体における熱伝導率の間の比率である。実施形態の一例では、マトリクスは、約1W/m/℃の熱伝導率と、約2mmの厚さを有する。
コーティングは、特にエレメントのオーバーヒートを防ぐために、エレメント1を電気的に絶縁し、エレメントとモジュール9との間の熱交換を向上させる。確かに、本発明は、特に、処理液とエレメント1との間に熱的絶縁性のあるインターフェースを配置しないようにすることができ、電気的安全性、コンパクトさ、機械的抵抗を実現することができる。
マトリクス用のポリマー樹脂については、電池の剛性を上げ、電池内のエレメント1を維持するという利点を持つ接着剤を使用することができる。接着剤は、例えば、エポキシ、シリコーン、またはアクリルのファミリーを使用することができ、これらに、熱伝導性を有するAL2O3、AIN、MgO、ZnO、BeO、BN、Si3N4、SiC、及び/またはSiO2等の無機成分を追加することができる。実施形態の一例では、スリーエム社(3M company)の2605という型の複合エポキシ樹脂を使用することができる。
これを実装するために、エレメント1とモジュール9を配置した後、液体樹脂を、モジュールとエレメントをコーティングするように左右の間隔内に配置する。そして、この樹脂を固化させ、構造マトリクスを形成する。すると、電池内に配置されるエレメント1の数に従って特別な工具が必要となることがなく、電池の稼動がとくに簡単で調節可能になる。
電池のリサイクル性を促進するために、マイグレーティング剤(migrating agent)を含有する一次被覆をエレメント1の表面に塗布することもできる。このマイグレーティング剤は、粘着力の低い層を作るために、接続インターフェースのうち1つを移動することができなければならない。この移動は熱活性化によって可能になり、この熱活性化により、接着された部品の分解が可能になる。このマイグレーティング剤は一次被覆に実装することができるが、樹脂そのものに実装することもできる。このマイグレーティング剤は、例えば、ポリオレフィン、または特に、WO2004/087829に記載された、熱を加えると剥離することで知られるPTSH(パラトルエンスルホヒドラジド)であっても良い。
また、マトリクスは、エレメント1の温度処理を向上することができる温度範囲において相が変化する特性を有しても良い。
ここに示す実施形態では、通路は、液床2によって、平行に供給されている。そのため、各通路を流れる液体は、前に他のエレメント1を処理することなく、液床2から直接流れ出る。これにより、一連の熱交換に関連する熱の蓄積を防ぐことにより、優れた熱均等性を得る。
上記の目的のため、上流ポート10は層3と接続され、下流ポート11は他の層4と接続されている。このため、層3は各モジュール9に液体を供給するために使用され、他の層4はこの液体を除去するために使用される。図においては、通路の片方の端部が上層4と交差して、対応するポート10と下層3とが接続されている。
本発明によれば、電池の優れた熱均等性により、エレメント1間のバランスのレベルを向上することができ、また同時に電池を非常に正確に熱的に均等化することができるので、エレメント1の寿命を減らさずに内部抵抗をできる限り減らすことができる。このように、温度管理を最適化することにより、さらなるエレメントを追加する必要なしに、電池のエネルギーと電力を増やすことができる。
また、処理システムは、エレメント1の熱暴走によって発生する熱出力を消散させ、この余分な熱が隣接するエレメント1に伝わるのを防いで、熱暴走現象の伝染が起こるのを防ぐ。このように熱を閉じ込めて、熱暴走が電池全体に広がる危険性を避けることができるようにする。熱暴走が電池全体に広がることは、大量のエネルギーを持つ電池にとって、非常に重大なことである。
図1〜図3を参照して、以下に、上行性チューブ12とそれを囲む部材13とからなる各処理モジュール9を有する電池の第一の実施形態について説明する。このようなモジュールは、互いに異なる形と異なる長さの押し出し形材を入れ子にすることで実現することができ、選択的には、例えば、軽量という利点をも有するアルミニウム等の金属などの、熱伝導性の良い材料から形成される。なお、モジュール9は電気的に絶縁されたマトリクスでコーティングするので、モジュール9を形成する材料の電気的絶縁性に関しては、とくに制約はない。
チューブ12の下端は、部材13から軸方向に突き出し、下側筐体5の開口部に差し込まれる上流ポート10を形成している。チューブの上端は部材13内に配置されており、液体が降下することができるよう、部材13の上部はモックになっており、部材13は、チューブ12の上端から、部材13内に形成された下流ポート11への液体の通路13aを、少なくとも一つ含む。具体的には、部材13は、チューブ12が差し込まれた開口部の向かい側に配置された、上側筐体6の開口部に圧力嵌めされる。
ここに示す実施形態では、部材13は三角の形状であり、チューブ12の周囲には等間隔に分配された三つの溝13aが形成されて、部材13の下壁に出ている。この実施形態は、各エレメント1が六つのモジュール9で囲まれ、各モジュールは三つのエレメント1に共通である構成に適用される。
部材13の側面13bは、向かい側に配置されたエレメント1の周壁の形状と類似した形状の筐体を有する。図において、部材13の三つの側面13bは、エレメント1の形状と類似した周を描いてくぼんでいる。また、部材13の上端はキャップ14で閉じられており、このキャップ14はエレメントを保持するための周辺保持部を少なくとも一つ有している。図において、キャップ14の各側面には、スナッグ14aが設けられている。これらを実現することにより、マトリクスを配置する前にも、エレメント1の機械抵抗を向上することができ、エレメント同士の接触を防ぐことができる。
図4を参照して、電池の第二の実施形態を以下に説明する。この電池では、各処理モジュール9が、上流ポート10が設けられた上行部と下流ポート11が設けられた下行部とを有するダクトで形成されるループ15からなる。これらの上行部と下行部は、上方の曲線部により実現される。
処理システムはさらに、熱伝導性のある材料、とくにループ15のような金属で形成された、プレート16を有し、このプレート16はループの上行部と下行部に結合されている。さらに詳細には、プレート16は各処理ループ15の、上行部と下行部との間に配置される。また、プレート16は、ループ15同士を接続するように配置される。プレート16により、熱伝導の向上に加えて、電池の剛性をさらに上げることができる。図において、各エレメント1は、以下の順に並ぶループ15、プレート16、ループの部分、プレート16、ループ15、プレート16、ループの部分、プレート16によって囲まれている。
Claims (14)
- 電力を発生させる複数のエレメント(1)と、
上記エレメントのための熱処理・機械的処理システムとを有する電池であって、
上記処理システムは、熱処理液の床であって、その上に、隣り合うエレメント(1)同士の間に左右の間隔を空けてエレメント(1)が配置された床(2)を有し、
上記処理システムはさらに、それぞれに、上流ポート(10)と下流ポート(11)との間を上記熱処理液が行き来するための通路が備えられた、複数の熱処理モジュール(9)を有し、各通路は、中の液体が上記床と繋がるように、上記ポート(10、11)を介して左右の間隔内に延伸し、
上記処理システムはさらに、熱伝導性で電気絶縁性のポリマー樹脂で形成された構造マトリクスを有し、
上記構造マトリクスは、上記エレメントと上記処理モジュールの少なくとも一部をコーティングすることによって、上記左右の間隔を充填することを特徴とする電池。 - 上記構造マトリクスがさらに、上記エレメント(1)の温度処理を向上することができる温度範囲において相が変化する特性を持つことを特徴とする、請求項1に記載の電池。
- 上記通路が、液体の上記床(2)によって、平行に供給されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の電池。
- 液体の上記床(2)が、液体によって分離される二つの層(3、4)からなり、上記上流ポート(10)が層(3)と接続され、上記下流ポート(11)が層(4)と接続されていることを特徴とする、請求項3に記載の電池。
- 上記層(3、4)がそれぞれ筐体(5、6)からなり、これらの筐体は互いに接続されており、上記通路の片方の端部が上層(4)と交差して、対応するポート(10)と下層(3)とが接続されていることを特徴とする、請求項4に記載の電池。
- 上記筐体(5、6)が、上記筐体を互いに結合したサブ筐体で形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の電池。
- 処理モジュール(9)は、上行性チューブ(12)とそれを覆う部材(13)を有し、上記チューブの下端が上記上流ポート(10)を形成し、上記チューブの上端が部材内に配置され、
上記部材の上部はモックになっており、上記部材は、上記チューブ(12)の上端から、上記部材内に形成された上記下流ポート(11)への液体の通路(13a)を少なくとも一つ含むことを特徴とする、請求項4から6までのいずれか1項に記載の電池。 - 上記部材(13)の側面(13b)は、向かい側に配置されたエレメント(1)の周壁の形状と類似した形状の筐体を有することを特徴とする、請求項7に記載の電池。
- 上記部材(13)の上端はキャップ(14)で閉じられており、上記キャップは、エレメント(1)を保持するための周辺保持部(14a)を少なくとも一つ有していることを特徴とする、請求項7または8に記載の電池。
- 処理モジュール(9)は、上記上流ポート(10)が設けられた上行部と上記下流ポート(11)が設けられた下行部とを有するダクトで形成されるループ(15)を有し、上記上行部および上記下行部は、上方の曲線部によって接続されていることを特徴とする、請求項4から6までのいずれか1項に記載の電池。
- 上記処理システムはさらに、熱伝導性のある材料で形成されたプレート(16)を有し、上記プレートは、上記ループ(15)の上記上行部および上記下行部に結合されていることを特徴とする、請求項10に記載の電池。
- プレート(16)は、各処理ループ(15)の上記上行部と上記下行部との間に配置されることを特徴とする、請求項11に記載の電池。
- プレート(16)は、ループ(15)間でループ(15)と接続するように配置されることを特徴とする、請求項11または12に記載の電池。
- 上記エレメント(1)が円筒形状であり、六角形をなして配置されていることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の電池。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0702855A FR2915320B1 (fr) | 2007-04-19 | 2007-04-19 | Batterie electrique comprenant des modules de conditionnement thermique enrobes par une matrice structurelle |
PCT/FR2008/000349 WO2008142223A1 (fr) | 2007-04-19 | 2008-03-17 | Batterie électrique comprenant des modules de conditionnement thermique enrobés par une matrice structurelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010525507A true JP2010525507A (ja) | 2010-07-22 |
Family
ID=38440169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010503540A Pending JP2010525507A (ja) | 2007-04-19 | 2008-03-17 | 構造マトリクスでコーティングされた熱処理モジュールを含む電池 |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100119929A1 (ja) |
EP (1) | EP2149173A1 (ja) |
JP (1) | JP2010525507A (ja) |
KR (1) | KR20100016371A (ja) |
CN (1) | CN101682095A (ja) |
BR (1) | BRPI0808323A2 (ja) |
CA (1) | CA2679559A1 (ja) |
FR (1) | FR2915320B1 (ja) |
MX (1) | MX2009011225A (ja) |
WO (1) | WO2008142223A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022500833A (ja) * | 2018-09-27 | 2022-01-04 | リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー | ナトリウム二次電池モジュール |
Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2929760B1 (fr) * | 2008-04-08 | 2010-10-01 | Vehicules Electr Soc D | Batterie electrique comprenant des elements generateurs souples et un systeme de conditionnement mecanique et thermique desdits elements |
CN102301502B (zh) | 2008-11-28 | 2014-10-01 | 西门子有限公司 | 电能模块的组装系统 |
DE102009043443A1 (de) | 2009-09-29 | 2011-03-31 | Volkswagen Ag | Verfahren zur Kühlung eines Batteriemoduls und Batteriemodul für ein Fahrzeug |
FR2968460B1 (fr) * | 2010-12-06 | 2016-11-25 | Valeo Equip Electr Moteur | Flasque stockeur d'energie |
DE102011000574A1 (de) * | 2011-02-09 | 2012-08-09 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Batterie |
DE102011000575A1 (de) * | 2011-02-09 | 2012-08-09 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Batterie |
US9196939B2 (en) * | 2011-11-02 | 2015-11-24 | GM Global Technology Operations LLC | Method for thermal management and mitigation of thermal propagation for batteries using a graphene coated polymer barrier substrate |
DE102011086799A1 (de) * | 2011-11-22 | 2013-05-23 | Robert Bosch Gmbh | System mit einem Handwerkzeugkoffer und einem Handwerkzeugakku |
DE102012020516A1 (de) * | 2011-12-09 | 2013-06-13 | W.E.T. Automotive Systems Ag | Temperier-Einrichtung für eine elektrochemische Spannungsquelle |
CN103682191B (zh) * | 2012-09-06 | 2016-08-24 | 阿提瓦公司 | 框架具有点胶挡止的电池组件 |
CN103700904B (zh) * | 2012-09-27 | 2018-04-20 | 高达能源科技股份有限公司 | 具有散热系统的电池组 |
US9296310B2 (en) * | 2014-03-18 | 2016-03-29 | Ford Global Technologies, Llc | Traction battery thermal management system |
JP6256439B2 (ja) * | 2015-09-15 | 2018-01-10 | 株式会社デンソー | 電池パック |
DE102016121173A1 (de) * | 2016-11-07 | 2018-05-09 | Erbslöh Aluminium Gmbh | Batteriemodul |
DE202018103268U1 (de) * | 2018-06-11 | 2019-09-13 | Akg Verwaltungsgesellschaft Mbh | Wärmeaustauscher und Anordnung eines Wärmeaustauschers an einer Batterie |
US11329329B2 (en) * | 2019-01-09 | 2022-05-10 | Chongqing Jinkang Powertrain New Energy Co., Ltd. | Systems and methods for cooling battery cells |
CN111477994B (zh) * | 2020-06-28 | 2020-11-13 | 四川大学 | 具有分流结构的一体式动力电池组冷却系统及电池组 |
CN216389517U (zh) * | 2021-11-05 | 2022-04-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池组、电池的热管理系统以及用电装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61114767U (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-19 | ||
JP2005026219A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ヒートシンクおよび均一な冷却方法 |
JP2005518642A (ja) * | 2002-02-19 | 2005-06-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 高エネルギー電気化学電池のための温度制御装置および方法 |
JP2006184272A (ja) * | 1997-03-13 | 2006-07-13 | Honda Motor Co Ltd | 電気自動車用バッテリの検査装置、電気自動車用バッテリの検査システム及び電気自動車用バッテリの検査方法 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4013269A1 (de) * | 1990-04-26 | 1991-10-31 | Abb Patent Gmbh | Hochtemperaturspeicherbatterie |
GB2289976B (en) * | 1994-06-04 | 1997-01-15 | Rover Group | A battery |
DE19503085C2 (de) * | 1995-02-01 | 1997-02-20 | Deutsche Automobilgesellsch | Batteriemodul mit mehreren elektrochemischen Zellen |
US5731568A (en) * | 1995-10-13 | 1998-03-24 | Arctic Fox, Inc. | Battery heating device and method |
US6255015B1 (en) * | 1998-08-23 | 2001-07-03 | Ovonic Battery Company, Inc. | Monoblock battery assembly |
US6942944B2 (en) * | 2000-02-29 | 2005-09-13 | Illinois Institute Of Technology | Battery system thermal management |
DE10223782B4 (de) * | 2002-05-29 | 2005-08-25 | Daimlerchrysler Ag | Batterie mit wenigstens einer elektrochemischen Speicherzelle und einer Kühleinrichtung und Verwendung einer Batterie |
-
2007
- 2007-04-19 FR FR0702855A patent/FR2915320B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-03-17 US US12/596,452 patent/US20100119929A1/en not_active Abandoned
- 2008-03-17 BR BRPI0808323-1A2A patent/BRPI0808323A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2008-03-17 CA CA 2679559 patent/CA2679559A1/fr not_active Abandoned
- 2008-03-17 MX MX2009011225A patent/MX2009011225A/es not_active Application Discontinuation
- 2008-03-17 KR KR20097023390A patent/KR20100016371A/ko not_active Application Discontinuation
- 2008-03-17 WO PCT/FR2008/000349 patent/WO2008142223A1/fr active Application Filing
- 2008-03-17 JP JP2010503540A patent/JP2010525507A/ja active Pending
- 2008-03-17 CN CN200880012244A patent/CN101682095A/zh active Pending
- 2008-03-17 EP EP08787804A patent/EP2149173A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61114767U (ja) * | 1984-12-28 | 1986-07-19 | ||
JP2006184272A (ja) * | 1997-03-13 | 2006-07-13 | Honda Motor Co Ltd | 電気自動車用バッテリの検査装置、電気自動車用バッテリの検査システム及び電気自動車用バッテリの検査方法 |
JP2005518642A (ja) * | 2002-02-19 | 2005-06-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 高エネルギー電気化学電池のための温度制御装置および方法 |
JP2005026219A (ja) * | 2003-06-13 | 2005-01-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ヒートシンクおよび均一な冷却方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022500833A (ja) * | 2018-09-27 | 2022-01-04 | リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー | ナトリウム二次電池モジュール |
JP7194818B2 (ja) | 2018-09-27 | 2022-12-22 | リサーチ インスティチュート オブ インダストリアル サイエンス アンド テクノロジー | ナトリウム二次電池モジュール |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101682095A (zh) | 2010-03-24 |
FR2915320B1 (fr) | 2010-10-22 |
WO2008142223A1 (fr) | 2008-11-27 |
MX2009011225A (es) | 2009-11-02 |
KR20100016371A (ko) | 2010-02-12 |
BRPI0808323A2 (pt) | 2014-07-15 |
US20100119929A1 (en) | 2010-05-13 |
FR2915320A1 (fr) | 2008-10-24 |
EP2149173A1 (fr) | 2010-02-03 |
CA2679559A1 (fr) | 2008-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010525507A (ja) | 構造マトリクスでコーティングされた熱処理モジュールを含む電池 | |
CN106935927B (zh) | 电池模块和包括其的车辆 | |
KR102416527B1 (ko) | 일체형 냉매 회로 부재를 갖는 프레임 프로파일을 포함한 전지 팩 | |
KR102253247B1 (ko) | 열전-기반 열 관리 시스템 | |
US8197958B2 (en) | Electric battery comprising a mechanical and thermal conditioning system | |
CN105932352B (zh) | 具有用于锂电池的冷却流体的冷却回路,以及包括所述冷却回路的车辆 | |
EP2697860B1 (en) | Battery system having an external thermal management system | |
JP6818054B2 (ja) | 電池モジュールキャリア、電池モジュール、および電池システムを含む自動車 | |
WO2018186566A1 (ko) | 루버 핀 형상의 열전도 매개체를 구비한 배터리 팩 | |
US8785025B2 (en) | Air-cooled battery pack | |
US9452683B2 (en) | Traction battery thermal plate with longitudinal channel configuration | |
US20150263397A1 (en) | Side mounted traction battery thermal plate | |
WO2014196778A1 (ko) | 액상 냉매 유출에 대한 안전성이 향상된 전지팩 | |
US9819062B2 (en) | Traction battery assembly with thermal device | |
KR102058688B1 (ko) | 간접 냉각 방식의 배터리 모듈 | |
CN111585097A (zh) | 具有模块化冷却特征的电连接器组件 | |
US20140170462A1 (en) | Electrical energy store | |
CN213026305U (zh) | 动力电池包和车辆 | |
CN104868197B (zh) | 车辆 | |
JP2022516829A (ja) | エネルギー貯蔵装置におけるエネルギー貯蔵セル用ホルダ構造体 | |
CN219066956U (zh) | 电池包以及用电装置 | |
CN111048866B (zh) | 用于车辆的电池组 | |
US20220200079A1 (en) | Thermal barriers for traction battery pack venting systems and nearby vehicle components | |
CN114709544A (zh) | 一种电池包及用电设备 | |
KR20200042419A (ko) | 자동차용 전지 팩 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110203 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131203 |