JP2013510385A - エネルギー蓄積装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 電気化学エネルギー蓄積ユニットを冷却するための改良された装置と冷却装置の新たな使用とを提示する。
【解決手段】 エネルギー蓄積装置(500;600;700)が、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されて冷却流体が貫流できる複数の冷却通路(130)と、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されて前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク(110、120)と、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)からなる積層体と、前記複数の冷却通路のうちの2つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも1つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体とを有する。
【選択図】 図11

Description

本発明は、エネルギー蓄積装置と、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体を冷却するための冷却装置の使用とに関する。
セル、特にリチウムイオンセルをヒートシンクに結合する場合、冷却金属薄板を様々な実施態様で冷却板に結合することが可能である。
特許文献1は、とりわけ、熱伝導経路として冷却金属薄板を有する、バッテリフラットセルの冷却器を開示している。そこでは、これらの金属薄板が冷却板に熱接触しており、この接触部を注型によって製造すべきことが言及されている。
特許文献2は、基板と、側方で長手方向にセルに当接した冷却要素とからなる円形セル用冷却機構を開示している。これらのセルは、摩擦結合によって前記冷却機構に接合されており、前記当接する冷却要素は伸縮継手を具備し、これにより、間隙形成や熱伝導の諸問題について改善を施すことができる。
非特許文献1はモジュール式の電池構造について述べているが、この電池構造の場合、ヒートシンクは予めモジュール内に組み込まれている。電池を完成する際は、個々の冷却通路を接続するだけでよい。
特許文献3は電池のモジュール構造を開示しており、この電池の場合、モジュールはセルと冷却金属薄板とからなる。完成した電池は空気で冷却される。
前記冷却通路あるいは蒸発器板では、大抵の場合、セルの一方の側を結合することしかできず、このことがセル内の熱分布を悪化させる。構造スペースが原因で、ヒートシンクへの熱伝達を行うための接触面が制限されており、そのために、特に熱の発生が大きい場合に放熱が困難となる。この場合に用いられる摩擦結合によるヒートシンクへの接合法は、高コストで部分的に複雑であり、しかも材料結合による接合よりも劣っている。組み立てに関するアクセス性のせいで、特にコーヒーバッグ型セルを例えばフレームまたは形状結合のインサート成形により補足的に機械的に支持することがしばしば妨げられる。材料結合による接合には、主にろう付けまたは溶接などの方法が用いられるが、これらの方法はセルを損傷してしまう。
さらに、前記ヒートシンクあるいは蒸発器板は、モジュールまたは電池全体の各々の設計概念に関連して、新たな設計をしなければならず、従って開発コストが嵩み、また選択肢の多様性が拡大してしまう。
さらに、個々の冷却モジュールをそれぞれ独自のヒートシンクに接続することは、高コストであり、漏出の危険性を増大させる。また、1つの冷却板全体を複数のモジュールに対して共用すると、その構造スペースの寸法が、冷却板の製造を複雑にするようなものになってしまいがちである。その上、ヒートシンクと追加的な接合要素とが部分的に中実構造であることは、電池の総重量に好ましくない影響を及ぼす。
独国特許出願公開第102007066944.4号明細書 独国特許第10223782号明細書(2次公報) 米国特許出願公開第2008/0090137号明細書
レクチャー「The Impact of Simulation Analysis on the Development of Battery Cooling Systems for Hybrid_Vehicles」 (von Peter Pichler, Product Manager Battery Systems, MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & Co. KG) auf der Advanced Automotive Battery Conference (AABC) 2008
本発明の課題は、電気化学エネルギー蓄積ユニットを冷却するための改良された装置と冷却装置の新たな使用とを提示することである。
この課題は、請求項1に記載のエネルギー蓄積装置と請求項13に記載の冷却装置の使用とによって解決される。
本発明の根底をなす認識は、変更が加えられた量産部品と扁平管冷媒冷却器あるいは扁平管蒸発器を基盤にした方法とを用いることで、開発コストと製造コストとを低減することが可能となり得るということである。本発明の根幹は、モジュール性の改善の他に、放熱の向上、セルの複数の側面にヒートシンクを結合することによるセル内の熱分布の改善、および冷却金属薄板とヒートシンクとを結合する際の組み立て可能性の改善である。さらに、冷却金属薄板の適合とセルの未使用の中間スペースにおける扁平管の結合とによって、パッケージング密度を最適化することができる。また、重量の低減および機械的安定性の向上が、同時に組み立ての簡素化を実現することと共に可能となる。
有利には、変更が加えられた量産部品の使用によって開発コストと製造コストとを低減することができる。扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器を用いることで、非常に可変性の大きなモジュール構造が可能となる。空きスペースを最適に利用することによって、高いパッケージング密度が実現できる。冷却需要と集電体の位置とに応じてヒートシンクを可変に配置することが実現できるので、さらに放熱の向上とセル内の熱分布の改善とが可能となり得る。重量の低減の他にまた、機械的安定性を支援することが、同時に組み立ての簡素化と結合の質の改善とを行いながら実現されている。
さらに別の実施形態では、前記進歩性を有する方式が特に角柱状のハードケースセルおよびコーヒーバッグ型セルに対して利用可能である。セルを前記ヒートシンクに直接結合することによって放熱の向上が実現される。さらに、扁平管の個数が可変であることによって、冷却能力を適合させることが可能である。有利には、前記進歩性を有する方式は、電池接合体における公差補償と適応性とを実現可能にする。さらに、境界抵抗が小さいので、比較的高い供給温度で電池セルを冷却することが可能となり得る。
従って、本発明に係る前記方式では、前記扁平管と収集タンクとを材料結合によってプロセス信頼性を有するように接合すること、前記ヒートシンクに直接結合することによってセルの放熱を改善すること、および、扁平管の個数が可変であることによって冷却能力を需要に合わせることが実現される。
本発明のさらに別の実施形態では、ここで説明されている前記方式を特にコーヒーバッグ型セルに用いることが可能である。セルあるいはセル集電体をヒートシンクに直接結合することによって、セル内の放熱を向上あるいは改善することが実現できる。
本発明のさらに別の実施形態では、組み立てを改善すること、接触面を拡大すること、および、構造コンポーネント等の中へエネルギー蓄積モジュールを係止することといった利点が得られる。
本発明は、以下の特徴を備えたエネルギー蓄積装置を提示する。すなわち、複数の冷却通路であって、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却流体が貫流できる冷却通路、少なくとも1つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより、前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク、および、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体であって、前記複数の冷却通路のうちの2つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも1つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、これらの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体、を備えたエネルギー蓄積装置を提示する。
前記エネルギー蓄積装置は、電気化学エネルギー蓄積ユニットと少なくとも1つの冷却装置とで構成されており、ハイブリッド駆動部または電気駆動部を備えた車両で用いることができる。前記電気化学エネルギー蓄積ユニットは、電池または蓄電池であることが可能であり、例えばリチウムイオンセルを含むことができる。前記冷却装置は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットのためのヒートシンクであり得る。前記冷却通路は、互いに並んで配置され、それらの各端部を収集タンクに結合しておくことができる。前記収集タンクは、冷却流体を冷却回路から収容し、再びこの冷却回路に放出することができる。各電気化学エネルギー蓄積ユニットは、2つの対向する大きな主面と4つの小さな側面とを有することができる。前記側面は縁部領域を構成できる。前記積層体は、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記主面が互いに重なり合っているか、または互いに向き合っているように構成することができる。様々な実施形態において、前記冷却通路は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットにこれらのユニットの様々な領域で接触することが可能である。前記冷却通路は、冷却管によって形成することができる。
前記エネルギー蓄積装置のさらに別の実施形態では、前記複数の冷却通路を扁平管として構成しておくことができる。扁平管は、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間の凹部に、より良好に適合させて嵌め込むことができるという利点を有する。
前記エネルギー蓄積装置のさらに別の実施形態では、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットの各々が少なくとも1つの先細の縁部領域に突出部を有することができる。前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットは、これらのユニットの前記突出部の間にそれぞれ凹部が形成されるように構成しておくことができる。例えば、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットは、それぞれ1つのケーシングを有することができ、前記突出部は前記ケーシングのシールによって形成することができる。このようなシールは、例えばコーヒーバッグ型セルの場合、前記セルケーシングを閉鎖するために用いられる。この場合、前記冷却通路は、前記シール間に配置することができる。また、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットは、それぞれ少なくとも1つの集電体を有することができ、この集電体は前記突出部を構成できる。この場合、前記冷却通路は前記集電体の間に配置することが可能である。
さらに、前記突出部と前記冷却通路との間に絶縁体を配置しておくことができる。前記絶縁体は、材料片として、または塗料として構成することができる。前記絶縁体は、前記集電体と前記冷却装置との間の不所望な電流フローを防止することができる。
1実施形態では、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に冷却金属薄板を配置することができる。その際、前記冷却金属薄板は、前記冷却通路に熱的に連結しておくことができる。この場合、冷却金属薄板と冷却通路とは互いに接触することができ、これにより、前記冷却通路は、前記冷却金属薄板を介して前記電気化学エネルギー蓄積ユニットから熱を放散させることができる。冷却金属薄板とエネルギー蓄積ユニットとの間および冷却金属薄板と管との間には摩擦結合または材料結合があり得る。
さらに、前記冷却金属薄板は、先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の方向に湾曲部を有することができる。こうして、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記縁部領域間に前記管を適合させて嵌め込むための十分なスペースが設けられている。
さらに別の実施形態では、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に配置された前記冷却金属薄板が、折り曲げられており、かつ、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の方向に湾曲部を有している。この場合、前記冷却通路の断面が楔形を有することが可能であり、この楔形は、2つの隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記先細の縁部領域によって形成された凹部に対応する。
さらに、前記複数の冷却通路の各々が冷却突出部を有することができる。前記複数の冷却通路の2つの隣接する冷却突出部の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも1つの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットを配置することができる。従って、前記冷却突出部は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に配置することができ、前記冷却通路は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの外部に位置することができる。その際、前記複数の冷却通路は、冷却板の中または上に配置することができる
さらに別の実施形態では、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちの前記少なくとも1つの電気化学エネルギー蓄積ユニットのそれぞれ1つの中間領域を、前記複数の冷却通路のうちの2つの隣接する冷却通路の間に配置しておくことができる。有利には、このようにすることで、電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる前記積層体を冷却するためにただ1つの冷却装置で十分となり得る。
本発明は、さらに、複数の冷却通路であって、互いに離間して平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却媒体が貫流できる冷却通路と、少なくとも1つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出して複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体を冷却することができる収集タンクと、を備えた冷却装置の使用を提示する。従って、本発明に係る前記方式は、変更が加えられた量産部品からなる冷却装置の新たな種類の使用を提示する。
本発明の有利な実施例について、以下において、添付した図面を参照しながらさらに詳述する。
本発明の実施例に係る冷却装置を示す図である。 本発明に係る前記冷却装置を示すさらに別の図である。 本発明の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積部を示す図である。 本発明の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 図7の本発明に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 図10の本発明に係るエネルギー蓄積装置を示すさらに別の図である。 本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係る冷却装置を示す図である。 図15の本発明に係る冷却装置を示す詳細図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。 本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す詳細図である。
本発明の好ましい実施例についての下記説明では、様々な図面に示された、類似の働きをする要素に対して同一または類似の符号が用いられており、これらの要素について繰り返し説明されることはない。また、煩雑にならないように、1つの図に同一の要素が複数現れる場合、同一の要素のうちそれぞれただ1つのみに当該の符号が付されている。
図1は、本発明の実施例に従った冷却装置を示す図であり、この冷却装置は本発明に係るエネルギー蓄積装置に用いることができる。波形フィンのない扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100が示されている。前記扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100は、以下において冷却装置100とも呼ばれる。これは、第1の収集タンク110、第2の収集タンク120および複数の冷却通路130を含み、前記冷却通路は、前記第1の収集タンク110と前記第2の収集タンク120との間に配置されている。図1が示すように、前記冷却通路130は直線状の管の形態で構成されており、これらの管は平行にかつ互いに離間して配置されている。前記冷却装置100全体を冷却流体が貫流できるように、前記管は、それらの各端部において前記収集タンク110、120に接合されている。前記冷却通路130は、例えば扁平管として構成しておくことができる。
図2は、図1に示された冷却装置100を示すさらに別の図である。前記第1の水タンク110、前記第2の水タンク120および冷却通路130が示されている。
図3は、本発明の実施例に係るエネルギー蓄積部300を示す図である。前記エネルギー蓄積部300は、突出部320と冷却金属薄板330とを備えた電気化学エネルギー蓄積ユニットまたはセル310を含む。前記電気化学エネルギー蓄積ユニット310と前記冷却金属薄板330とは積層体として配置されている。その際、前記冷却金属薄板330は、それぞれ2つの電気化学エネルギー蓄積ユニット310の間に配置されてこれらのユニットに接触する。前記冷却金属薄板330は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニット310の縁部領域の輪郭に沿った湾曲部を有する。前記突出部320は、例えば前記電気化学エネルギー蓄積ユニット310のシールまたは集電体として構成しておくことができ、前記エネルギー蓄積ユニット310の端部に配置されている。前記冷却金属薄板330の端部と前記突出部320との間に中間スペースまたは凹部340が構成されている。
前記エネルギー蓄積部300は、図3およびその他の図に示されているよりも多数の、または少数のエネルギー蓄積ユニット310と冷却金属薄板330とを有することもできる。
図4は、本発明の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積部300を示すさらに別の図である。前記エネルギー蓄積ユニット310がさらに別の突出部320を有し、これらの突出部は集電体として構成されている。
図5および図6は、本発明の様々な実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置500、600を示す図である。
図5では、前記エネルギー蓄積装置500が、前記エネルギー蓄積部300と、前記エネルギー蓄積部300の前記セルの周囲に配置された3つの冷却装置または冷却器100とを含む。この実施例では、それぞれ1つの冷却装置100が、前記エネルギー蓄積部300の側部および下部に配置されている。前記エネルギー蓄積部300の上面は、前記集電体320を有し、露出されたままである。前記冷却装置100の前記冷却通路は、前記エネルギー蓄積部300の前記セルの前記突出部の間にある前記凹部内に配置しておくことができる。そのために、前記冷却通路の寸法と隣接し合う冷却通路間の距離とを、前記エネルギー蓄積部300の前記凹部の寸法に適合させておくことが可能である。さらに、前記冷却通路の長さおよび前記冷却装置100の前記収集タンクの長さを、前記エネルギー蓄積部300の外形寸法に適合させておくことができる。
これに対し、図6に示されたエネルギー蓄積装置600の場合、それぞれ1つの冷却装置100がエネルギー蓄積部300の上部と下部とに配置されており、一方、前記集電体320を有する前記エネルギー蓄積部300の側面は、露出されたままである。
図7は、本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。前記エネルギー蓄積装置も、やはり、突出部320を備えた電気化学エネルギー蓄積ユニット310と冷却金属薄板330とを有する。前記エネルギー蓄積ユニット310は機械的支持部を備えることができる。図7に示された実施例の場合、前記突出部320は集電体を構成する。前記冷却装置100の前記冷却通路130は、ここでは扁平管として構成されている。図7から見て取れるように、前記冷却通路130は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニット310から熱を放散するために前記冷却金属薄板330に接触する。前記冷却通路130と前記集電体320との間の電流フローを回避するために、前記集電体320は絶縁体710を備えている。前記絶縁部は、前記集電体320の両側に配置しておくことができる。
図8には、図7の本発明に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図が示されている。前記エネルギー蓄積部300の対向する側部に、それぞれ1つの冷却装置が冷却通路130を備えた冷却器100の形態で配置される。この冷却装置は、それぞれ、図1に示された冷却装置100であり得る。図8では、前記エネルギー蓄積部300の右側部が前記絶縁体710を有し、これにより、図7に見られるような、前記エネルギー蓄積装置700が組み立てられた状態において、前記集電体320と前記冷却通路130との間の電流フローを回避することができる。左側には絶縁体は必要とされない。ここでは、前記突出部は例えばシールであってもよい。
セル310を冷却金属薄板330を介して扁平管130を備えた前記ヒートシンク100に結合することが、図1から図8に示された諸実施例との関連において示されたが、この結合について、以下においてさらに説明する。
既に量産されている扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100は、波形フィン形状を有さず、かつ、必要に応じて変更が加えられた収集タンク110、120を有するように製造され、さらに幅が前記セル310および/または前記冷却金属薄板330に適合され、全長が前記それぞれ所望の個数のセル310に適合されている。変更が加えられたこれらの量産部品を使用することによって、開発コストおよび製造コストが削減され、非常に可変性の大きなモジュール構造が可能となる。
前記セル310は、例えば接着によって前記冷却金属薄板330に結合されている。前記冷却金属薄板330は、前記セル310の表面あるいは前記セル310のケーシングの幾何学的形状に適合されており、これは例えば図3に示されている。前記冷却金属薄板330を前記セルの幾何学的形状にこうして適合させることによって、前記配列されたセル310の間に、特にコーヒーバッグ型セルの場合には前記シール320の高さに中間スペースまたは凹部340が生じる。
前記冷却金属薄板330は、例えば接着によって前記扁平管130に結合することができる。前記扁平管130は、前記セルの間にある前記利用されていない中間スペース340を通って、特にコーヒーバッグ型セルの場合には前記シール縁部320に沿って延在する。これにより、前記具備される構造スペースを最適に有効利用することができ、パッケージング密度を向上させることができる。
図5および図6が示しているように、冷却能力に対する要求に応じて、1つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100を前記セル310の周囲に配置することができる。前記冷却器100は、その際、前記集電体320の近傍に位置しないように、例えば集電体320が上方に設置されている場合は下部および側部に配置し、あるいは集電体320が側部に設置されている場合は上部および下部に配置することができる。前記適当な絶縁部710があることによって、前記セル310の間で前記セル310の前記集電体320あるいは前記シール320の領域において前記集電体320の下方に配置することも可能である。これに対応する実施例は図7および図8に示されている。
コーヒーバッグ型セル310は、前記結合された冷却金属薄板330と共に前もってフレーム、形状結合によるインサート成形または封入材によって機械技術的に支持することが可能である。この場合、後に組み立てる際に前記扁平管130に熱伝達のために接合される箇所は、空いたままにされている。この種の構造では、接合要素、例えば係止フック、クリップ等を事前に組み込んでおくことができ、これらの接合要素により、前記個々の要素を容易に留め合わせることができる。さらに、これによって前記セルを互いに対して絶縁することができる。このように組み立てられたセル310の積層体において、次に1つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100を前述の方式で設置することができる。前記扁平管130間の間隙によって、前記扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器100を前記積層体あるいは前記冷却金属薄板330の中に容易に運び入れること、あるいは設置することが可能となっている。このことは、図8の組み立て図との関連で示されている。前もって塗布された接着剤層が、これにより損傷されなくなる。さらに、前記扁平管130間の間隙によって、例えば、扁平管130と冷却金属薄板330との間の接着結合を接触圧力に関する最適なパラメータの下で実現することが可能となる。冷却板の代わりに管130を用いることで、冷却部全体の重量が低減される。
あるいは、冷却金属薄板330を適当に変更することで、扁平管130の代わりに冷却板を設置することも可能である。
さらに、セルハウジングあるいはセル外装部の厚さが前記冷却金属薄板330と同様にそれに適した良好な熱伝導性を有する場合、前記扁平管130を直接前記セル310に結合することも可能であろう。対応するこの方式の実施例が図9〜図13に示されている。
図9は、本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図であり、扁平管130とセル310とからなる配置を示す。ここでは、それぞれ1つの扁平管130が前記セル310の中間領域において2つのセル310の間に配置されている。その際、前記扁平管130は、ちょうど中央にまたは中央からずらして配置することができ、小さな厚さでしかも大きな高さを有することができる。このようにして、前記扁平管と前記セル310との間の接触面は可能な限り大きくなっているが、前記セル310からなる積層体の幅は、ほんの僅かにしか大きくならない。前記扁平管130は、図1および図2に示された冷却装置の冷却通路を形成することができる。
図10は、図9に示された代替的実施例の断面図であり、この実施例の場合、それぞれ2つの隣接する電池セル310が、2つの扁平管130の間に前記中間領域を有するように配置されている。それぞれ前記セル310の方を向いた前記扁平管130の面と前記セル310のケーシングとの間に、前記冷却器の前記扁平管130に前記電池セル310を結合するための接着部または封入部1010がある。前記扁平管130は、それぞれ複数の冷却通路を有することができる。
図11は、図10の本発明に係るエネルギー蓄積装置を示すさらに別の図である。この場合、前記扁平管130と前記扁平管130に接合された収集タンク110、120との間に前記セル310が対として配置されることが示されている。
以下において、図9〜図11との関連で説明された、収集タンク110、120の扁平管130を介した電池セル310の外装冷却と、電池冷却器100を製造するための、冷媒冷却器製造に基づく生産方法の利用とについて詳述する。
ここでも、既に量産されている扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器は、波形フィン形状を伴わず、かつ必要に応じて変更が加えられた収集タンクを伴った状態で用いることができ、然るべく適合させることが可能である。また、例えば連続炉のような既存の生産設備は、冷媒冷却器のような今日普及している部品と共に利用可能である。
前記セル310は、例えば接着によって前記扁平管130に直接結合されている。その位置は、中央であり、かつ前記セル310の外装面全体には接触しないように定められる。前記接触していない面の放熱は、セル外装部を介した熱伝導によって行われる。冷却能力に対する要求に応じて、1つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器を前記セル310の周囲に配置することができる。あるいはまた、前記電池セル310自体が十分な内部熱伝導を提供できない場合には、前記管130の幅を適合させることも可能である。前記扁平管130は、冷媒または冷却剤を用いて運用することができる。冷却板の代わりに管130を用いることによって、冷却部全体の重量が低減される。熱的接触のために、必要であれば、冷却器とセル310とからなるセル接合体は、エンクロージャを備えることができ、注型成形して材料結合によるユニットにすることが可能である。前記エンクロージャは、例えば絶縁ボックスとして前記セル接合体に残すことができ、あるいは、封入材の硬化後に取り除くこともできる。
あるいは、前記セル接合体は、クランプ装置を介して熱的に接触させることもできる。この場合、扁平管130とセル310との間には接触しかなく、材料結合は存在しない。その際、前記クランプ装置は、例えば腹帯またはクランプ板として構成しておくことができる。場合によっては電位を有する前記電池セル310に対して電気絶縁するために、前記冷却器には、例えば塗料などの保護コーティングを施すことができる。
あるいは、冷却金属薄板を備えた冷却板を設置することもできる。さらに、前記扁平管130を冷却金属薄板を介して前記セル310に結合することも可能であろう。
図12は、本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。集電体320と扁平管130とを備えた電気化学エネルギー蓄積ユニット310からなる配置が示されている。図12に示された実施例では、前記扁平管130は前記集電体320に直接接触する。その際、それぞれ1つの扁平管130が、2つの隣接する集電体320の間の凹部に配置されて、前記両集電体320のうちの1つに接合され、それぞれ他方の集電体320からは離間されている。前記扁平管130は、図1および図2に示された冷却装置の冷却通路を形成できる。
図13には、図12の本発明に係る配置の組み立てが図示されている。そこから見て取れるように、前記冷却器100の前記扁平管130間の距離が、前記配置の組み立てが行われた状態において、それぞれ1つの扁平管130が集電体320に接触するように設定されている。
図12および図13との関連で述べられている、収集タンクにつながった扁平管130を介した電池セル310の集電体冷却の実施例では、前記セル310の前記集電体320を例えば接着によって直接前記扁平管130に結合しておくことができる。このことは、とりわけ、前記セル310の一方の側面に位置決めされた集電体320の場合に有利である。放熱は、直接前記セル310から前記集電体320を介して前記ヒートシンク130へと行われる。十分な結合面を得るために、前記集電体320は伸長させることができる。従ってまた、セル接合体を電路に良好に組み立てることが可能である。前記扁平管130は、冷媒または冷却剤を用いて運用できる。冷却板の代わりに管130を用いることによって、冷却部全体の重量が低減される。前記集電体320に対して電気絶縁するために、かつ、熱伝導経路と電路とを分離するために、前記扁平管130を含む前記冷却器100全体に、保護コーティング、例えば塗料を施すことができる。
あるいは、冷却金属薄板を備えた冷却板を設置することもできる。さらに、前記扁平管130を冷却金属薄板を介して前記セル310に結合すること、または前記扁平管130を直接セル外装部に設置することも可能であろう。
図14は、2つのセル310からなり、それらの間に折り曲げられた冷却金属薄板330が配置された構成を示す。前記折り曲げられた冷却金属薄板330は2つの脚部を有し、これらの脚部は前記セル310のそれぞれ1つの主側面に当接している。一端部において、前記脚部はそれぞれ、前記セル310の縁部領域の輪郭に従い、これにより、前記脚部は、前記セル310の前記突出部320に対してそれぞれ1つの湾曲部を有する。従って、図14に示された実施例の場合、前記折り曲げられた冷却金属薄板330の前記脚部の前記端部間に漏斗状の凹部340が形成されている。
図15は、図14の配置に適した冷却装置100の実施例を示す斜視図である。明らかなように、前記冷却装置100が、平行に延在する楔状の扁平管130を有する。
図16は、図15の前記扁平管130のうちの1つの断面を示す。前記扁平管130の外輪郭が、図14に示された、前記冷却金属薄板の端部領域の漏斗状の凹部に対応していることが見て取れる。
図17は、セル積層体300の冷却金属薄板における扁平管冷却器100の前記扁平管の組み立てを示す図である。矢印1710は、前記冷却器100が、例えば挿入接着によって前記セル積層体300に接合される際の方向を示す。
図18は、扁平管130と冷却金属薄板330とからなる配置を示す断面図であり、このような配置は、図17との関連で示された組み立てによって生じ得る。楔状の扁平管130は、その外面が、前記折り曲げられた冷却金属薄板330によって形成された漏斗状の凹部の内面に当接している。接着剤1810によって、前記冷却金属薄板330が前記扁平管130に結合される。
図19は、本発明に係る代替的な実施例に従ったエネルギー蓄積装置を示す図である。間にそれぞれ1つの折り曲げられた冷却金属薄板330が配置された、それぞれ対のセル310が示されている。セル310の、隣接し合う対同士の間には、冷却金属薄板を配置することはできない。前記折り曲げられた冷却金属薄板は、図14を用いて説明した通りに成形することができる。この実施例では、前記冷却通路130を板1910に接合しておくことができる。従って、図19には、折り曲げられた冷却金属薄板330と通路130を備えた板1910とからなる配置および位置決めが示されている。ここに示された実施例の場合、前記冷却金属薄板1910は、例えば冷却突出部を備えた押し出し成形部品であることが可能であり、この押し出し成形部品は前記管あるいは冷却通路130を有する。
図19には、前記冷却板1910の2つの可能な実施態様が示されている。1つの実施例では、前記通路130が前記冷却板1910の前記突出部内に配置されている。図19のこの実施態様では、前記冷却板1910が前記冷却金属薄板に配置されている。あるいは、前記通路130は、直接前記冷却板1910内に、前記突出部に隣接させて配置することも可能であり、それがこの図の下部に示されている。
図20は、2つのセル310の間における前記折り曲げられた冷却金属薄板330の折り曲げ領域を示す詳細図である。前記脚部の間に、例えば、エネルギー蓄積装置を保持するためのピンを収容できる開口部2010が形成されている。
収集タンクにつながった扁平管130を介して電池セル310を冷却するために、図14〜図20の諸実施例では、例えば1つまたは複数のセル310を二重の冷却金属薄板330に例えば接着によって結合しておくことができる。前記二重の対称的な冷却金属薄板330は、中央で折り曲げられた金属薄板からなり、その開いた端部は∨字形あるいは楔形開口部340を形成する。この形状によって、例えば熱伝導性接着剤を用いた接着、または用いない接着による前記扁平管冷却器100の組み立てが容易になる。楔状の扁平管130を用いることによって、前記組み立てがさらに改善され、扁平管130と∨字形あるいは楔形に広げられた冷却金属薄板330との間の良好な接着が可能となる。その際、前記管130は押し出し形材として構成しておくことができる。前記楔状の結合によって、接触面は、平行な結合に比して大きくなる。
前記扁平管130は、ただ1つの押し出し部品として成形することも可能であり、例えば管130が載設された板1910の形態で、前記集電体の対向する側面に設置することもできる。これにより、前記冷却部は、同時にまた構造上の課題にも対処できる。前記流路は、前記管130内または前記板1910内に位置することができる。冷却金属薄板を備えた複数のセルを押し出し成形部品と統合して1つのモジュールにすることが可能である。
前記冷却金属薄板330は、屈曲領域を丸く成形しておくことが可能である。前記折り曲げられた冷却金属薄板330の場合、これにより、この屈曲領域は管状になり、ピン等の収容部2010としての働きを担うことができる。挿入されるこれらのピンは、例えばハウジングの収容部内またはその他の構造部品の収容部内に係止することができる。これにより、構造全体の中に前記モジュールを容易に組み立てることが可能となる。
上述の諸実施例は、単に典型例として選択されたものであり、互いに組み合わせることも可能である。
100 扁平管冷却器、扁平管蒸発器、冷却装置、冷却器、ヒートシンク、電池冷却器
110 第1の収集タンク、第1の水タンク
120 第2の収集タンク、第2の水タンク
130 冷却通路、扁平管、管、ヒートシンク、通路
300 エネルギー蓄積部、セル積層体
310 電気化学エネルギー蓄積ユニット、セル、電池セル
320 突出部、シール、シール縁部、集電体
330 冷却金属薄板
340 中間スペース、凹部、∨字形あるいは楔形開口部
500 エネルギー蓄積装置
600 エネルギー蓄積装置
700 エネルギー蓄積装置
710 絶縁体、絶縁部
1010 接着部、封入部
1710 矢印
1810 接着剤
1910 板、冷却金属薄板、冷却板
2010 開口部、収容部

Claims (13)

  1. エネルギー蓄積装置であって、以下の特徴、すなわち、
    複数の冷却通路であって、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却流体が貫流できる冷却通路(130)、
    少なくとも1つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより、前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク(110、120)、および、
    複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)からなる積層体であって、前記複数の冷却通路のうちの2つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも1つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体、
    を備えたエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  2. 前記複数の冷却通路(130)が扁平管として構成されている請求項1に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  3. 前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)の各々が少なくとも1つの先細の縁部領域に突出部(320)を有し、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の間にそれぞれ凹部(340)が形成されており、かつ、前記冷却通路(130)が前記凹部内に配置されている、請求項1または2に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  4. 前記電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)がそれぞれ1つのケーシングを有し、前記突出部(320)が前記ケーシングのシールによって形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  5. 前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)がそれぞれ少なくとも1つの集電体を有し、この集電体が前記突出部(320)を構成する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  6. 前記突出部(320)と前記冷却通路(130)との間に絶縁体(710)が配置されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  7. 隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)の間に冷却金属薄板(330)が配置されており、前記冷却金属薄板が前記冷却通路(130)に熱的に連結されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  8. 前記冷却金属薄板(330)が、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)の前記突出部(320)の方向に湾曲部を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  9. 隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)の間に配置された前記冷却金属薄板(330)が、折り曲げられており、かつ、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部(320)の方向に湾曲部を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  10. 前記複数の冷却通路(130)が冷却突出部を有し、かつ、前記複数の冷却通路の2つの隣接する冷却突出部の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも1つの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されるように前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)が配置されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  11. 前記複数の冷却通路(130)が冷却板(1910)の中または上に配置されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  12. 前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちの前記少なくとも1つの電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)のそれぞれ1つの中間領域が、前記複数の冷却通路のうちの2つの隣接する冷却通路(130)の間に配置されている、請求項1〜11のいずれか1項に記載のエネルギー蓄積装置(500;600;700)。
  13. 複数の冷却通路であって、互いに離間して平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却媒体が貫流できる冷却通路(130)と、少なくとも1つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出して複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット(310)からなる積層体を冷却することができる収集タンク(110、120)と、を備えた冷却装置(100)の使用。
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