JP2010536127A - 特にハイブリッド駆動のためのバッテリー - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの、冷却パネルとして形成された温度調節装置（７）と、それぞれ金属筐体（２）を具備した少なくとも２つのガルバニ単一セル（１）を備えたバッテリー（６）に関し、金属筐体（２）は少なくともその一部が温度調節装置（７）のそれぞれの凹所（８）で保持可能である延長部（３）を備えている。

Description

本発明は、温度調節効果のある温度調節装置との、少なくとも間接的に熱を伝導する接触を、少なくとも１つの縁側の領域に備えた複数の単一セルから構成され、例えばエネルギー技術分野、この場合特に少なくとも補助的にバッテリーで駆動される車両技術分野に導入されてここで公知と前提されているような、請求項１の前段に従ったバッテリーに関する。

バッテリー、特にニッケル水素又はリチウムをベースとしたいわゆる高出力バッテリーは、今日例えば電気自動車又はハイブリッドカーなどの車両駆動用に応用されているように高い頻度で使用されており、通常積み重ねられた角柱状ガルバニ電池（単一セルとも呼ばれる）から構成されている。複数のこのようなガルバニ単一セルはそれぞれバッテリーとしてまとめられる。ガルバニ単一セルは稼動中に著しく熱くなる場合があり、そのために冷却する必要がある。

１つのバッテリーボックス内に配置されている複数の単一セルを温度調節するために、好ましくは冷却するために、単一セルの少なくとも１つの縁側の領域を少なくとも間接的に温度調節効果のある温度調節装置上に設置することが公知である。

特に高出力バッテリー、例えばマイルドハイブリッドカー用リチウムイオンセルは、発生する損失熱を排出するために強力に冷却しなければならない。このために、温度調節装置は好ましくは冷却パネルとして及び特に熱交換器として形成される。有利には、この冷却はエアコン回路による液体を用いた間接的冷却、又は例えば温度調節装置とエアコンディショナを同時に貫流することのできる液体を使用した直接的冷却である。

これまでのエアコン回路による冷却の場合は、冷媒が貫流する冷却パネル、又はエアコン冷媒の気化によって冷却される、温度調節効果のある温度調節装置がセルブロックに配置されている。熱は個々のセルの間に配置された独立した熱伝導プレートを使って冷却パネルに導かれる。この解決法は費用も取付けスペースも多く必要とする。

特許文献１により、複数の単一セルから構成され、複数の単一セルの少なくとも２つが１つの角柱状のモジュールにまとめられている角柱状のバッテリーが公知である。それぞれ少なくとも２つのモジュールが再度積み重ねられてバッテリーが構成され、２枚の終端プレート間に一緒に固定されている。角柱状バッテリーはさらに、少なくとも１つのモジュールと熱を伝導するように接触している少なくとも１つの放熱器を備えている。本発明に従い、この放熱器は張力の方向と平行して形成された少なくとも１つの冷却フィンを備えている。

独国特許出願公開第１０２００５０３１５０４Ａ１号明細書

本発明の課題は、費用及び取付けスペースが低減され、冷却が改善されたバッテリーを提供することである。

この課題は、本発明に従い、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。

さらなる有利な発展形態は、従属請求項に開示される。

本発明に従ったバッテリーは、少なくとも１つの冷却パネルと、それぞれ１つの筐体、特に１つの金属筐体を具備している少なくとも２つのガルバニ単一セルを備えている。いずれの筐体も、温度調節効果のある温度調節装置（冷却パネルとも呼ばれる）の各溝として形成された凹所内に少なくともその一部を保持可能な延長部を備えている。このようにして損失熱が直接、例えばアルミニウムから形成されている金属筐体を経由して、冷却パネルへ排出される。金属筐体の従来型形状と比較すると、発明に従ったバッテリーの筐体には１つの縁側の領域に、少なくともその一部を温度調節装置の凹所内に保持可能な延長部が備えられている。本発明に従ったバッテリーにより、費用と取付けスペースを低減できる。

有意義にはこれによって、伝熱断面を大きくするために筐体（セル筐体とも呼ばれる）を冷却パネル又は温度調節装置の凹所内に部分的に埋め込むことができる。必要に応じ、特に筐体のセル壁を全面にわたって、又は部分的に厚くすることができる。

本発明の特別な発展形態では、温度調節装置は溝の形状をした凹所を各単一セルのために備えている。これによって単一セルは良好に、及び防振的に固定される。

本発明の特別な発展形態では、単一セルは角柱状及び特に直方体状である。このことにより、容易に積み重ねが可能で、取付けスペースを有効利用でき、単一セルの平坦な配置又は相互に押しつける配置によって安定した設置が可能になる。

本発明の特別な発展形態では、１つの単一セルは直方体状に形成され、凹所内に配置可能な縁側の長辺側の長さが、相応する縁側の短辺側の長さに対して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、特に好ましくは少なくとも２０倍ある。このために、単一セルは特に平型セルとして形成される。これによって床側の固定だけでなく縁側の固定も良好になる。これによって単一セルを防振的に固定し、保持することができる。特に平型セルとして形成された単一セルは、容易に積み重ねが可能で、取付けスペースを有効利用でき、単一セルの平坦な配置又は相互に押しつける配置によって安定した設置が可能になり、厚みが薄いために２つの平らな面の間が広範囲にわたって同じ温度に調節され維持されることが可能である。

本発明の特別な発展形態では、単一セルの筐体壁が少なくとも凹所の領域に熱を良好に伝導する材料を備えている。これによって簡単な方法で良好な熱接触が可能になる。

本発明の特別な発展形態では、熱を良好に伝導する筐体壁は隣接する単一セルと少なくとも部分的に互いに間隔が空いており、このようにして大きな面積を通りぬけて単一セルの温度調節を可能にする、好ましくは液体が貫流可能な１つの貫流チャンネルを形成する。

本発明の特別な発展形態では、２つの凹所間の間隔は相応する単一セルの最大厚さよりも大きい。さらに、それはこの寸法の３倍より、好ましくは２倍より小さい。これにより、簡単な方法で液体が貫流可能な貫流チャンネルが形成される。

本発明の特別な発展形態では、２つの凹所間の間隔は、相応する単一セルの最大厚さと、相応する付属の貫流チャンネルの内法との合計に相当する。このような貫流チャンネルの可変的な寸法決めは、取付けスペースの節約を結果としてもたらす。

本発明の特別な発展形態では、１つの単一セルの筐体は、縁側で互いに接続している２つの筐体板を備える。少なくとも１つの、流入側から見て単一セルの前側にある筐体板が延長され、少なくとも部分的に温度調節装置の凹所内に配置されることが好ましい。このことにより、安価に製造できる簡素な筐体が可能となる。本発明は、床側及び縁側も良好に固定することのできる特に平型セルに適している。それによって高い防振性、積み重ねの容易さ、取付けスペースの有効利用、単一セルの平坦な配置又は相互に押しつける配置による安定した設置がもたらされ、厚みが薄いために２つの平らな面の間が広範囲にわたって同じ温度に調節され維持される。

本発明の特別な発展形態では、１つの単一セルの筐体は縁側を少なくとも間接的に互いに接続された２つの筐体板を備えている。２つの隣接する単一セルの少なくとも１つの筐体板は、貫流チャンネルの形成のために複数のスペーサを備えている。これによって簡素な筐体を安価に簡単に製造することが可能となる。平型セルとして単一セルを形成すると床側だけでなく縁側でも良好な固定が可能になり、それによって単一セルは以下の利点を有する。それは、防振性、積み重ねの容易さ、取付けスペースの有効利用、単一セルの平坦な配置又は相互に押しつける配置による安定した設置、厚みが薄いために２つの平らな面の間が広範囲にわたって同じ温度に調節され維持されること、特に双極セルの場合の貫流チャンネルの内法の確保、電気的絶縁状態における良好な熱伝導である。

本発明の特別な発展形態では、１つのスペーサが１つの筐体板に一体化されている。本発明の特別な発展形態では、スペーサは単一セルの筐体板から隣接する単一セルの筐体板の方向へと伸びている。本発明の特別な発展形態では、１つのスペーサは該当する筐体壁から打ち出された、又は押し出された、材料隆起部及び／又は突出部及び／又は突起部として構成される。これは製造時に特に簡単で安価である。

本発明の特別な発展形態では、このバッテリーは１つのバッテリーボックスを備えており、単一セルは液体が貫流可能なバッテリーボックスの中に配置されている。このことにより、良好な温度調節、閉じたシステムがもたらされ、すべての単一セル内が同じ温度になり、場合によっては流れ方向内での温度勾配が小さくなる。

本発明の特別な発展形態では、液体は少なくとも間接的に熱を伝導するように、好ましくは自動車のエアコンディショナの熱伝導媒体と接続されており、それによって簡単で効果的な温度調節が可能になる。

本発明の特別な発展形態では、液体と熱伝導媒体間の熱交換のために熱交換器が配置されている。これは簡単で安価な構造を意味している。

本発明の特別な発展形態では、冷却パネル内の凹所（溝）とセル筐体の間に生じる隙間に熱伝導性が良好なシール剤が充填され、それによって熱接触の改善が得られる。

本発明の特別な発展形態では、各溝内壁と１つの単一セルの筐体との間の溝の領域には好ましくはＵ字型のはめ込みピース（スペーサ）が配置されており、はめ込みピースの半分の壁厚みがこの領域の筐体の厚みと、相応するこの領域の溝の内法との差に相当する。これによって熱接触の改善が可能になる。

本発明の特別な発展形態では、特に双極セルの場合、溝と筐体間に残存するスペースの中に電気的に絶縁されているが好ましくは熱を良好に伝導するシール剤が配置されている。これによって特に双極セルの場合に電気的に絶縁した状態で良好な熱伝導が可能になる。

本発明の特別な発展形態では、特に双極セルの場合、はめ込みピースは導電性がないが好ましくは熱伝導性の良好な材料から製造される。これによって特に双極セルの場合に電気的に絶縁した状態で良好な熱伝導が可能になる。

本発明のその他の有意義な実施形態は残りの従属請求項で開示される。

以下では、本発明の実施例を図を使用して詳細に説明する。

熱伝導用延長部を具備した金属筐体を備えた平型ガルバニ単一セルの斜視図及び側面図である。 スペーサとして形成されたＵ字型のはめ込みピースを延長部領域に備えた、図１のガルバニ単一セルである。 互いに溶接された独立したセル極によって互いに接触している、図２の複数のガルバニ単一セルの配置の斜視図である。 図３の配置の側面図である。 ガルバニ単一セルの延長部が冷却パネルの各溝に差し込まれて配置された、図３及び図４の配置を含むバッテリーの斜視図である。 図５のバッテリーの側面図である。 延長部周囲の溝に熱伝導性のシール剤が充填されている、図６のバッテリーの詳細図である。

全図において互いに対応する部材には同一の符号を付している。

図１には、熱伝導のための延長部３を具備した、特に金属筐体として形成された筐体２を備えた平型ガルバニ単一セル１の斜視図及び側面図が示されている。ガルバニ単一セル１は、絶縁体で分離されたそれぞれ２つの筐体半体２．１、２．２を備えている双極セルとして形成されている。別の形状に形成されたガルバニ単一セル１を備えていてもよい。筐体半体２．１、２．２の少なくとも１つの壁内には、４つの、例えば突起部として形成されたスペーサ１１が取り付けられている。

図２には、延長部３の領域にＵ字型の、スペーサとして機能するはめ込みピース４を具備した図１のガルバニ単一セル１が示されている。

図３には、互いに溶接された独立したセル極５によって互いに接触している、図２の複数のガルバニ単一セルが示されている。図４は、この配置の側面図である。接触は他の方法で実施することも可能である。

図５には、例えば冷却パネルとして形成された温度調節装置７を含んだ、図３及び図４の配置のバッテリー６の斜視図が示されている。ガルバニ単一セル１の延長部３は、温度調節装置７の、それぞれ溝の形状に形成された凹所８内に埋め込まれている。温度調節装置７は媒体接続部９を備えており、この接続部を通って冷却媒体が図示していないチャンネル経由で温度調節装置７内に流れることができる。図６には、バッテリー６の側面図が示されている。

図７は、図６のバッテリー６の詳細図を示しており、延長部３の周囲の溝又は凹所８に熱伝導性のシール剤１０が充填されている。

延長部３は、部分的又は完全に温度調節装置７の凹所８内に埋め込まれている。必要に応じ、延長部３は全面的に又は部分的に厚くすることができる。

温度調節装置７は、特にそれぞれ１つの凹所８を各ガルバニ単一セル１のために備えており、その結果これが防振的に固定される。

ガルバニ単一セル１は、好ましくは角柱状及び特に直方体状に形成され、その結果これは簡単な方法で積み重ねることができる。同時に、取付けスペースの有効利用及びバッテリー６の安定した設置がもたらされる。

ガルバニ単一セル１は、延長部の長辺側の長さが相応する延長部３の短辺側の長さに対して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、特に好ましくは少なくとも２０倍であるように、直方体状に形成されるとよい。このように平らに形成されたガルバニ単一セル１は、床側及び縁側の良好な固定が可能である。筐体半体２．１、２．２の間の温度は、厚みが薄いために広範囲にわたって同じに調節して維持されることが可能である。

延長部３は、特に良好に熱を伝導する材料から形成されていてよく、その結果熱伝導が改善される。

ガルバニ単一セル１は、生じたスペースに補助的冷却のための液体が貫流できるように少なくとも部分的に互いに間隔をあけられてよい。このために温度調節装置７のそれぞれ２つの凹所８の間の間隔は、特に相応するガルバニ単一セル１のうちの１つの最大厚さより大きいとよい。好ましくは、この間隔はこの寸法の３倍より、特に好ましくは２倍より小さい。好ましくは、スペーサ１１は間隔の調整に使用される。

２つの隣接する凹所８の間の間隔は、好ましくはガルバニ単一セル１のうちの１つの最大厚さと、それに属するスペースの内法との合計に相当する。

ガルバニ単一セル１の金属筐体２は、縁側で互いに接続された２つの筐体板２．１、２．２を備えてもよい。ガルバニ単一セル１の少なくとも１つの筐体板２．１、２．２は延長され、及び少なくともその一部が凹所８内に配置されている。このように形成された簡素な金属筐体２は、安価に製造できる。

筐体半体２．１、２．２は、縁側で少なくとも間接的に互いに接続されているとよい。２つの隣接するガルバニ単一セル１の筐体半体２．１、２．２のうちの少なくとも１つが、スペースの形成と内法の確保のためにスペーサ１１を備えているとよい。各スペーサ１１は、特に、スペーサ１１がガルバニ単一セル１の筐体半体２．１、２．２から隣接する単一セル１の筐体半体２．１、２．２の方向へ伸びるように、筐体半体２．１、２．２に一体化されるとよい。

各スペーサ１１は、該当する筐体半体２．１、２．２内に成形された材料隆起部及び／又は突出部及び／又は突起部として形成されるとよい。

バッテリー６は、１つのバッテリーボックス内に配置されてよく、すべてのガルバニ単一セル１で広範囲にわたって均一な温度調節を達成するために、ガルバニ単一セル１は液体が貫流可能なバッテリーボックス内に配置されている。

この液体は、好ましくは自動車内でエアコンディショナの熱伝導媒体と少なくとも間接的に熱を伝導するように接続しているとよい。このために、熱交換器が配置されるとよい。

温度調節装置７内の凹所８は、延長部３周囲に熱伝導性の良好なシール剤１０が充填されるとよい。

凹所８と延長部３の間に、少なくとも好ましくはＵ字型のスペーサ又ははめ込みピース４（スペーサとも呼ばれる）が配置されるとよく、スペーサの半分の壁厚は、この領域での延長部３の厚さと、この領域での凹所８の相応する内法との差とおよそ一致する。

特に、ガルバニ単一セル１が双極セルとして形成されている場合、熱伝導性のシール剤１０は電気的に絶縁して形成されるとよい。

特に双極セルの場合に、スペーサ又ははめ込みピース４は、電気的に導電性を持たないが好ましくは熱伝導性の良好な材料から製造されるとよい。

Claims (22)

1. 単一セル（１）がそれぞれ、温度調節効果のある温度調節装置（７）との、少なくとも間接的に熱を伝導する接触を、少なくとも１つの縁側の領域に備えている、複数の単一セル（１）から構成されたバッテリー（６）において、
   該温度調節装置（７）が、該単一セル（１）の縁側の領域（３）の少なくとも一部を保持するために凹所（８）を備えていることを特徴とするバッテリー。
2. 前記温度調節装置（７）が、前記各単一セル（１）のための凹所（８）を備え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. 冷却パネルとして形成された前記温度調節装置（７）内の前記凹所（８）と前記単一セル（１）の筐体（２）との間に生じた隙間内に、熱伝導性の良好なシール剤（１０）が配置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。
4. 前記凹所（８）と１つの単一セル（１）の前記筐体（２）との間の溝領域に、好ましくはＵ字型のはめ込みピース（４）が配置されており、その半分の壁厚みが、この領域の筐体（２）の厚みと、相応するこの領域の溝の内法との差に相当することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
5. 双極の単一セルの場合、溝と前記筐体（２）との間に電気的に絶縁された、好ましくは良好に熱を伝導するシール剤が配置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. 双極の単一セルの場合、前記はめ込みピース（４）は電気的に導電性がなく、好ましくは熱伝導性が良好な材料を有することを特徴とする、請求項４に記載のバッテリー。
7. １つの単一セル（１）が角柱状であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
8. １つの単一セル（１）が直方体状であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
9. １つの単一セル（１）が直方体状であり、前記凹所（８）内に配置可能な縁側の長辺側の長さが、相応するこの縁側の短辺側の長さに対して少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍、特に好ましくは少なくとも２０倍であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
10. 前記各単一セル（１）の前記縁側の領域（３）が、前記単一セル（１）の筐体壁の延長部として形成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。
11. 前記単一セル（１）の筐体壁、特に筐体壁の延長部が、少なくとも前記凹所（８）の領域で良好に熱を伝導するように形成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。
12. 良好に熱を伝導する隣接する単一セル（１）の筐体壁は少なくとも部分的に互いに間隔をあけており、好ましくは液体が貫流可能な貫流チャンネルを形成していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
13. ２つの凹所（８）の間隔が、相応する単一セル（１）の最大の厚さより大きいことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
14. ２つの凹所（８）の間隔が、相応する単一セル（１）の最大厚さと、相応する付属の貫流チャンネルの内法との合計に相当することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
15. １つの単一セル（１）の前記筐体（２）が、縁側で互いに接続された２つの筐体板（２．１、２．２）を備え、少なくとも１つの、流入側から見て単一セル（１）の前側にある筐体板（２．１）が延長され、この延長部（３）が少なくとも部分的に前記凹所（８）内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
16. １つの単一セル（１）の前記筐体（２）が、縁側で少なくとも間接的に互いに接続された２つの筐体板（２．１、２．２）を備え、２つの隣接する単一セル（１）の少なくとも１つの筐体板（２．１、２．２）が貫流チャンネルの形成のためのスペーサ（１１）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
17. １つのスペーサ（１１）が１つの筐体板（２．１、２．２）内に一体化されていることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリー。
18. １つのスペーサ（１１）が、該当する前記筐体板（２．１、２．２）から打ち出された、又は押し出された材料隆起部及び／又は突出部及び／又は突起部であることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリー。
19. 前記バッテリー（６）が１つのバッテリーボックスを備え、前記単一セル（１）が液体の貫流可能なバッテリーボックス内に配置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。
20. 液体が少なくとも間接的に熱を伝導するように、好ましくは自動車の、特に好ましくは乗用車の、エアコンディショナの熱伝導媒体と接続していることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。
21. 液体と熱伝導媒体との熱交換のために熱交換器が配置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。
22. 金属筐体（２）が少なくとも局部的に厚く形成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。

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