JP2013509675A - 電気化学電池 - Google Patents

Abstract

電気化学電池（２）は、電極スタック（４）と、電極スタックを少なくとも部分的に包囲する外装体（５）と、電極スタック（４）の少なくとも一部と導電結合しているとともに外装体（５）から延び出ている少なくとも１つの集電体（３）とを有している。さらに、電気化学電池（２）には面ファスナー（７）のファスナー部が取り付けられており、その際、面ファスナー（７）のファスナー部は一連の金属製ファスナー要素とくに金属製フック（８）または金属製ループ（９）によって形成されている。

Description

本発明は、特に、電気駆動車両に使用するための電気化学電池に関する。

国際公開公報第９６／２９７４９号は、電気機器にバッテリーを固定するための方法および構造物を示している。ここでは、バッテリーはマジックテープによってこの電気機器に取り付けられる。前記マジックテープの要素部材は導電性材料から製造するとよい。

国際公開公報第２００９／０８９８８１号は、金属製付着結合デバイスのための結合要素を製造するための方法を開示している。ここでは、係止結合要素が基板から起立され、折り曲げられて、フックの形を形成するようにする曲げ工程が実施される。

国際公開公報第９６／２９７４９号 国際公開公報第２００９／０８９８８１号

上記のような従来の技術から出発して、本発明の目的は、改良された電気化学電池を提供することである。

上記課題は、電極スタックと、前記電極スタックを少なくとも部分的に包囲する外装体（袋体を含む）と、前記電極スタックの少なくとも一部と導電結合（電子を受け渡せる結合）して前記外装体から延び出ている少なくとも１つの集電体とを備えている電気化学電池であって、前記電気化学電池には面ファスナーのファスナー部が取り付けられ、前記面ファスナーの前記ファスナー部は一連の金属製ファスナー要素、特に金属製フックまたは金属製ループによって形成されていることを特徴とする電気化学電池によって解決される。

本発明の趣旨において、電気化学電池とは、化学的エネルギーの貯蔵および電気エネルギーの供給に使用される装置として理解されることとする。そのため、本発明による電気化学電池は、外装体によって周囲環境に対してほぼ気密・液密封止の形態で境界付けられた少なくとも１つの電極スタックを備えても良い。また、この電気化学電池は、充電時に電気エネルギーを受容するように形成することができる。こうした場合には、この電気化学電池は二次電池または蓄電池とも称される。ここでの電極スタックなる用語はコイル形電極も含んでいる。

その際、集電体とは、導電性材料から製造された構成要素である。この構成要素は幾何学的に互いに分離された２点間の電流の受け渡しに使用される。本例において、集電体は電極スタックと接続することができる。前記集電体は、その際とくに、電極スタックのすべての同種の電極つまりカソードまたはアノードのいずれかと接続されている。いうまでもなく、短絡が生じるかもしれないことを想定して、集電体は電極スタックのカソードまたはアノードと同時に接続されないようにしている。ただし、集電体は、たとえば２個の電極スタックが直列接続されている場合がそうであるが、異なる電極スタックの異なる電極と接続することが可能である。少なくとも１つの集電体が、好ましくは、電気化学電池の外装体から外に延び出て、外部との電気化学電池の接続に使用できる。上記集電体は１つ以上の電極と一体的に形成されているかまたは実質的には別体式で形成されてもよい。集電体と電極との区分は、集電体は特に電極活物質ではコーティングされていないという点から明らかである。

本発明の範囲において、外装体とは、少なくとも１つの電極スタックを外部に対して限界する少なくとも部分的な境界を作り出すものである。外装体は好ましくは気密・液密封止されて形成されているために、周囲環境との間に物質交換が生ずることはあり得ない。少なくとも１つの集電体、特に２つの集電体が上記外装体から外に延び出て、電極スタックの電気的接続に使用される。その際、外部に延び出る集電体は、好ましくは、電気化学電池の正極端子および負極端子を表している。ただし、複数の集電体、特に２つまたは４つの集電体が外装体から外部に延び出ることも可能である。その際、バッテリーが、互いに直列接続された２個の独立した電極スタックから構成されるならば、別々の電極スタックの電極が相互に接続されていることになる。

面ファスナーは、通例、互いに着脱可能に形成されている２つの形態でのファスナー部からなる。いずれのファスナー部も１つ以上のファスナー要素によって形成されており、前記ファスナー要素は面ファスナーの他方のファスナー要素と係合して、前記ファスナー要素と着脱式に結合できる。その際、これら双方のファスナー部の間に、好ましくはファスナー要素の一定の弾性可撓性によって着脱可能とされる相補係合（ほぞ接合や凹凸接合など幾何形状のかみ合わせによる係合）掛止結合を生み出すことが可能である。面ファスナーのファスナー部は、他方の構造部品と着脱可能結合されることになるそれぞれ一方の構造部品に強固に取り付けることが可能である。その際、他方の構造部品には、同じく、面ファスナーの他方のファスナー部が強固に取り付けられている。

金属製ファスナー要素の使用によって、電気化学電池と他の構造部品とくに他の電気化学電池、熱伝導板またはハウジング部材との結合を可能とすることができる。ただし、電気化学電池の集電体と前記集電体に接触する要素たとえば他の電気化学電池の集電体の間に、改善された接触可能性を作りだすことも可能である。その際、金属製の面ファスナーは、熱的・化学的影響に対する高度な耐久力ならびに高度な耐性に点で優れている。さらに、金属製面ファスナーは導電結合をつくり出すことができる。

好ましくは、面ファスナーのファスナー部は電気化学電池の外装体に取り付けられている。特に好適には、面ファスナーのファスナー部は電気化学電池の外装体と一体的に形成される。これにより、電気化学電池の外装体と他の構造部品との容易な結合固定が可能となる。特に、面ファスナーのファスナー部が電気化学電池のファスナー部と一体的に形成されていれば、他の構造部品を結合固定するためのそれ以上の対策は不要とすることができる。

好ましくは、面ファスナーのファスナー部は集電体に取り付け可能である・好ましくは、前記ファスナー部は電気化学電池の集電体と一体的に形成される。電気化学電池の複数の、特に２個の集電体に面ファスナーのファスナー部が具備されていれば、さらに好都合である。集電体に少なくとも部分的に取り付けられた面ファスナーは、接続される要素と前記集電体との容易な接触結合のために使用することができる。とりわけ、集電体が面ファスナーのファスナー部と一体的に形成されていれば、集電体の製造も容易となる。その際、面ファスナーのファスナー部を集電体に別個に固定することは不要とすることができる。

好ましくは、面ファスナーのファスナー部は打ち出し加工によって、特には、集電体または外装体に形成することができる。これによって、容易な方法で、集電体と面ファスナーのファスナー部との一体的形成を実現することが可能である。

好ましくは、面ファスナーのファスナー要素の間に形成された間隙には、温度制御要素とりわけ１本以上の冷却筒体または１つ以上の冷却マットが配置されている。ファスナー要素間の間隙はこの温度制御要素の配置によって省スペース活用することが可能である。特に、この領域は、ファスナー要素の表面積が特に大きいことにより、電気化学電池からの良好な放熱に適している。

本発明は、さらに、上述したタイプの少なくとも１個、とりわけ２個以上の電気化学電池を有するバッテリーユニットに関する。

この場合、好ましくは、少なくとも２個の電気化学電池が面ファスナーによって相互に結合固定されている。とりわけ、２個の電気化学電池はもっぱら面ファスナーによって相互に結合固定されている。したがって、これら２個の電気化学電池間には、容易でかつ着脱可能な結合固定が実現されている。この点については、電気化学電池との関連で既に述べた面ファスナーの利点が流用できる。

本発明の好ましい実施形態において、面ファスナーを介して電気化学電池と結合された少なくとも１枚の熱伝導板が設けられている。熱伝導板は好ましくは、金属材料から製造されている。その際、好ましくは、熱伝導板は第１の面ファスナーによって第１の電気化学電池と結合され、第２の面ファスナーによって第２の電気化学電池と結合されている。その際、特に、熱伝導板は第１の電気化学電池と第２の電気化学電池の間に配置されていてよい。熱伝導板は前記面ファスナーを介して所定の場所に固定されることが可能である。つまり、熱伝導板を固定するためにさらにそれ以上の固定結合用装置は設けられていない。

好ましくは、面ファスナーのファスナー要素は熱伝導板の打ち出し加工によって形成可能である。好ましくは、第１の面ファスナーのファスナー要素は第１の方向への熱伝導板の打ち出し加工により、第２の面ファスナーのファスナー要素は第２の方向への熱伝導板の打ち出し加工によりそれぞれ形成される。第１の方向と第２の方向とは、好ましくは、互いに正反対の方向に整列されている。別な形態としてまたはそれと組み合わせて、上記の２方向は熱伝導板の平坦面に対して垂直方向に整列されていてよい。これによって、熱伝導板に２つの面ファスナー用のファスナー要素を簡易に、特に一体的に形成することが可能である。
本発明のその他の利点、特徴および適用可能性は、図面を参照して行われる以下の説明から明らかにされる。各図は以下の通りである。

本発明によるバッテリーユニットの第一の実施形態を示す図である。 本発明によるバッテリーユニットの第二の実施形態を示す図である。 本発明によるバッテリーユニットの第三の実施形態を示す図である。 本発明によるバッテリーユニット用の面ファスナーを示す図である。 ２つの面ファスナーのためのファスナー部を有する熱伝導板を示す図である。

図１には、本発明によるバッテリーユニット１の１つの断面が示されている。バッテリーユニット１は複数個の電気化学電池２を有しており、図中にはそのうちの２個が示されているだけであり、より多数個の電気化学電池２が設けられていてもよい。各々の電気化学電池２は、外装体５によって気密・液密封止された電極スタック４を有している。外装体５からは、この外装体５のそれぞれ反対側に、電極スタック４と電気的に接触している集電体３がこの外装体５の外部に延び出ている。

図中に示した２個の電気化学電池２は互いに隣接していることが理解できる。その場合、これら２個の電気化学電池２の隣接面の間には、各電気化学電池の外装体５同士の強固な、ただし容易に着脱可能な結合に使用される第１の面ファスナー７_１が設けられている。

第１の面ファスナー７_１は２つの形態のファスナー部を有しており、その際、一方のファスナー部（複数のフック８によって形成されているフックと呼ばれているもの）は一方の電気化学電池の外装体に取り付けられており、面ファスナー７_１の他方のファスナー部（複数のループ９によって形成されているループと呼ばれるもの）は他方の電気化学電池２の外装体５に取り付けられている。面ファスナー７のこれら双方のファスナー部は互いに密着することが可能である。その際、フック８とループ９とは相互に係合して結合することができる。

図１の左側の電気化学電池２の左側には、ハウジング壁６が概略的に表されている。左側の電気化学電池２の外装体５とハウジング壁６の間には、上記２個の電気化学電池２の間に配された上述した面ファスナー７_１と基本的に同じ第２の面ファスナー７_２が配置されている。

図２は、上記第一の実施形態とほぼ同様な、本発明のさらに別の実施形態を示している。以下では、両者の相違のみを説明する。

各々の電気化学電池２の集電体３は互いに結合されている。ここでは、各集電体の間にはそれぞれ１つの面ファスナー７が設けられているために、各集電体３は互いに強固に、ただし着脱可能に結合されている。その際、一方の集電体３には、他方の集電体３に形成されたループ９と係合するフック８が形成されている。フック８とループ９とは、それぞれ、各集電体３と一体的に形成されており、薄板から製造されたそれぞれの集電体に対して打ち出し加工を施すことによって作られている。これら双方の電気化学電池２はもっぱら、集電体３に設けられた面ファスナー７を介して互いに結合されており、それ以外の結合固定手段は設けられていない。ただし、さらに別の実施形態において、図示したこれら２個の電気化学電池２は、さらに、図１に示したように、それぞれの外装体５に設けられた付加的な面ファスナーを介して互いに結合されるような形態を採用することも可能である。

図３は、実質的には上述した第一の実施形態と同様な、第三の実施形態によるバッテリーユニット１を示している。以下では、もっぱら両者の相違のみを説明することとする。

第一の実施形態のバッテリーユニット１とは異なり、図示した２個の電気化学電池２は互いに直接に接してはいない。これら２個の電気化学電池２の間には、熱伝導板１０が配置されている。それぞれの電気化学電池２と熱伝導板１０の間には、図１において説明した第１の面ファスナーと実質的に同様な面ファスナー７_１が設けられている。

図中右側の電気化学電池２の集電体３と接触要素１１の間にも、さらに別の面ファスナー７_２が設けられている。この接触要素１１は薄板から製造されている。集電体３を接触要素１１と結合するための面ファスナー７_２は、第二の実施形態のバッテリーユニットによる２個の集電体３を結合するための面ファスナーと実質的に同様に形成されている。

図４は、図１〜３に示したバッテリーユニットに使用できる面ファスナーを示している。

面ファスナー７は２つの形態のファスナー部を有しており、その一方のファスナー部はフック８として形成され、他方のファスナー部はループ９として形成されている。フック８とループ９とは相互に係合して結合することができ、これによって、双方のファスナー部の強固な結合による固定がもたらされる。

フック８の間隙には、冷却筒体１２が通されている。冷却筒体１２は、その内部を冷却液が貫流可能な柔軟な管部材として形成することができる。この冷却液は、面ファスナー７に温熱ないし冷熱を給排出するために使用され、これによって、隣接する電気化学電池２の温度制御を行うことができる。

図５は熱伝導板１０を示している。熱伝導板１０は平坦に形成されている。この熱伝導板は第１の面側に第１のフック８_１を有しており、これらのフックは熱伝導板１０の面Ｅに対して垂直をなして熱伝導板１０から突き出ている。フック８_１は薄板から製造された熱伝導板１０の打ち出し加工によって作り出される。熱伝導板の第２の面側では、第１のフック８_１とは正反対の方向に第２のフック８_２が熱伝導板１０から突き出しており、これらのフックも同じく打ち出し加工によって製造されている。フック８_１と８_２とは、それぞれ、別々の面ファスナーのファスナー要素を表している。したがって、フック８_１を具備する熱伝導板は第１の面ファスナーによって第１の電気化学電池と結合可能であり、同じく、熱伝導板１０はフック８_２により第２の面ファスナーを介して第２の電気化学電池と結合可能である。

上記すべての実施形態の面ファスナーのファスナー要素は、フックとループの組み合わせに代えて、フックとフックの組み合わせによって形成されていてもよい。すべての実施形態のそれぞれ固有の特徴は、それによって矛盾が生じないかぎり、互いに組み合わせることが可能である。

１ バッテリーユニット
２ 電気化学電池
３ 集電体
４ 電極スタック
５ 外装体
６ ハウジング壁
７ 面ファスナー
８ フック
９ ループ
１０ 熱伝導板
１１ 接触要素
１２ 冷却筒体
Ｅ 面

Claims (9)

1. 電極スタック（４）と、前記電極スタック（４）を少なくとも部分的に包囲する外装体（５）と、前記電極スタック（４）の少なくとも一部と導電結合しているとともに前記外装体（５）から延び出ている少なくとも１つの集電体（３）とを備えている電気化学電池（２）であって、前記電気化学電池（２）には面ファスナー（７）のファスナー部が取り付けられている電気化学電池において、
   前記面ファスナー（７）の前記ファスナー部は一連の金属製ファスナー要素である金属製フック（８）または金属製ループ（９）によって形成されていることを特徴とする電気化学電池。
2. 前記面ファスナー（７）のファスナー部は前記電気化学電池（２）の前記外装体（５）に取り付けられ、前記電気化学電池の前記外装体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
3. 面ファスナー（７）のファスナー部は集電体（３）に取り付けられ、前記電気化学電池（２）の集電体（３）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学電池。
4. 前記面ファスナー（７）のファスナー部は前記電気化学電池に対する打ち出し加工である前記集電体（３）または前記外装体の打ち出し加工によって形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気化学電池。
5. 前記ファスナー要素（８，９）の間に間隙が形成され、前記間隙内に温度制御要素として冷却筒体（１２）または冷却マットが配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気化学電池。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の、少なくとも１個の電気化学電池（２）、特に２個以上の電気化学電池（２）からなるバッテリーユニット。
7. 少なくとも２個の電気化学電池（２）が前記面ファスナー（７）によって相互にファスナー結合されており、前記面ファスナー（７）によって相互にファスナー結合されていることを特徴とする請求項６に記載のバッテリーユニット。
8. 少なくとも１枚の熱伝導板（１０）が面ファスナー（７）によって電気化学電池（２）同士を結合するように、第１の面ファスナー（７_１）によって第１の電気化学電池（２）に結合され、第２の面ファスナー（７_２）によって第２の電気化学電池（２）に結合されていることを特徴とする請求項６または７に記載のバッテリーユニット。
9. 前記第１の面ファスナー（７_１）のファスナー要素（８_１）は第１の方向への前記熱伝導板（１０）の打ち出しによって形成され、前記第２の面ファスナー（７_２）のファスナー要素（８_２）は第２の方向への前記熱伝導板（１０）の打ち出しによって形成されていることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーユニット。

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