JP2013513212A

JP2013513212A - 電気化学エネルギー貯蔵装置および多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体

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Publication number: JP2013513212A
Application number: JP2012542396A
Authority: JP
Inventors: ティム・シェーファー
Original assignee: リ−テック・バッテリー・ゲーエムベーハー
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2013-04-18
Also published as: EP2510567A1; DE102009057368A1; BR112012013762A2; CN102640325A; KR20120101521A; WO2011069651A1; US20120295143A1

Abstract

ハウジングと、電気的接続部(１０２，１０３，２０２，２０３，２０４，６０２，６０３，６０４，７０２，７０３，７０４，８０２，８０３，８０４)を備える電気化学エネルギー貯蔵装置（１０１，２０１，６０１，７０１，８０１）であって、ハウジング面を有するとともに、空間充填多面体の形であるハウジングを備える電気化学エネルギー貯蔵装置であり、前記ハウジング面上、または前記ハウジング面に接して、または前記ハウジング面において前記電気的接続部は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続がこのようなエネルギー貯蔵装置の電気的な直列および並列接続となるか、あるいは、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成され得るように配置されている。

Description

本発明は電気化学エネルギー貯蔵装置および多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体に関する。

電気化学エネルギー貯蔵装置の多くの応用、特に電気的に駆動される車、またはハイブリッド式に駆動される車に関連する応用は、多数の電気化学エネルギー貯蔵装置をコンパクトかつフレキシブルに配置するとともに、当該多数の電気化学エネルギー貯蔵装置をフレキシブルに電気的に相互接続して直列および／または並列接続とすることを要求する。これによって個々の電気化学エネルギー貯蔵装置の電圧から、その時々の応用に対して必要とされる電圧が提供され得る。

このとき構造体における個々のエネルギー貯蔵装置の空間的配置は、構造的な状況、特に個々の応用における構成空間の利用可能性に影響される場合が多い。従って、個々の応用状況が許すように空間的にフレキシブルに配置され得るとともに、出来る限り簡単な方法で、個々の応用に必要とされる電圧を提供する直列および／または並列接続となるように相互接続され得る電気化学エネルギー貯蔵装置が望ましい。

従来技術では、多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体であって、異なる特性と有利点と条件を有するものについて、様々な説明がなされている。

すなわち既に１９３２年の特許文献１は、爆発物を有する空間内で動作させるためのバッテリーの容器を開示している。当該バッテリー容器は、単独または複数の隔壁によって区画に分割され、当該区画は互いに防爆性を有するようにシールされていることを特徴としている。

特許文献２はバッテリーキャビネットを説明している。当該バッテリーキャビネットにおいて複数のバッテリーは隣接しながら列をなすとともに、列ごとに積み重ねて設けられている。

特許文献３はモジュール式バッテリートレイユニットを記載している。当該モジュール式バッテリートレイユニットは多数のバッテリートレイを含んでおり、当該バッテリートレイは上下に積み重ねられるとともに互いに連結されており、個々のバッテリートレイは後部と、対向する側部とを有しており、当該後部と側部は、当該後部に対向する開放側を介してアクセス可能であるように配置されており、前記後部と側部のうちの少なくとも二つは、少なくとも一つのバッテリー区画部と、バッテリートレイに取り付けられているとともにバッテリーを前記バッテリー区画部内に保持する拘束装置と、バッテリートレイのそれぞれに付属するとともに、一つのバッテリートレイを複数のバッテリートレイのうちの他のバッテリートレイに取り付けるための取り付け装置とを含んでいる。

特許文献４は複数のセルを含む貯蔵装置バッテリーを開示している。当該貯蔵装置バッテリーにおいてセルは、標準化されたマルチセル・モジュールを用いて異なる空間的およびスペース的条件が考慮され得るように配置することができる。

独国特許第５６９８６５号明細書欧州特許出願公開第０３６２０８３号明細書欧州特許第０５７５０６０号明細書米国特許第５１４０７４４号明細書

本発明は、電気化学エネルギー貯蔵装置であって、特に多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体を構成するのに適している電気化学エネルギー貯蔵装置を提供することを課題とする。当該課題は、物の独立請求項のうちの一つに記載の物と、方法の独立請求項のうちの一つに記載の方法とによって解決される。従属請求項は本発明のさらなる有利な構成について保護を求めている。

本発明はハウジングと、少なくとも二つの電気的接続部を備える電気化学エネルギー貯蔵装置を提供しており、当該電気化学エネルギー貯蔵装置のハウジングは、少なくとも一つのハウジング面を有するとともに概ね空間充填多面体の形を有しており、前記ハウジング面上、または前記ハウジング面に接して、または前記ハウジング面において前記電気的接続部は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続がこのようなエネルギー貯蔵装置の電気的な直列および並列接続となるか、あるいは、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成され得るように配置されている。

本発明の詳細な説明に関連して用いられる概念を以下に説明する。

電気化学エネルギー貯蔵装置とは、電気エネルギーが取り出され得るあらゆる種類のエネルギー貯蔵装置と理解すべきであり、エネルギー貯蔵装置内部では電気化学反応が経過している。当該概念は特にあらゆる種類のガルバニセルを含んでおり、特に一次セルと、二次セルと、このようなセルを相互接続してこのようなセルから成るバッテリーとしたものとを含んでいる。このような電気化学エネルギー貯蔵装置は通常、負極と正極を有しており、当該負極と正極はいわゆるセパレータによって分離されている。電極同士の間で、電解質を介してイオン輸送が行われる。それぞれ一つの極性を有する電極同士は、電導体によって導電接続され、当該電導体はハウジングの壁部を貫通して外部にガイドされるとともに、エネルギー貯蔵装置の電気的接続部に連結される。

（三次元）多面体（Polyeder）（Vielfach, Vielflachner またはEbenflachnerとも言う）は、直線的な面（平面）のみによって画定される三次元空間の一部であって、例えば正六面体または（三次元）座標系の八分空間などである。日常見られる多面体の例は（当該多面体の通常の構成方法において）、キャビネット、ピラミッド、家、結晶、さいころなどである。球、円錐、ビン、一切れのケーキは、多面体ではない。これらは湾曲した側面を有しているからである。幾何学的応用において最も重要な多面体は直方体と、角柱と、角錐と、平行六面体である。

空間充填多面体とは、三次元多面体であって、多数のこのような多面体を並べて連結および／または重ねて連結する際に、隣接する多面体同士の間に隙間または間隙を有さずに、三次元的物体が構成され得るように形成されている三次元多面体と理解すべきである。空間充填多面体の例は、直方体、すなわち特に正六面体またはいわゆる平行六面体である。平行六面体（Parallelepiped）（同義語：Spat, Parallelflach, Parallelotop）とは、対ごとに一致する（合同である）とともに平行な面に設けられている六つの平行四辺形によって画定されている幾何学的物体のことである。Spatという名称は、石灰スパー（カルサイト、化学記号：ＣａＣｏ_３）に由来する。カルサイトの結晶は平行六面体の形を有している。

空間充填多面体のさらなる例は、結晶格子を特徴づけるためのいわゆる基本セルとして好適な多面体である。基本セル（単位セルと呼ばれることも多い）とは、三方向に並進を繰り返すことによって当該単位から結晶構造が構成され得る単位である。基本セルは六つの格子パラメータ（格子定数ａ，ｂおよびｃと、当該格子定数間の角λ，β，γ）によって規定されるとともにあらゆる対称要素を含んでいる。しかしながら所定の結晶構造に対して基本セルを規定する可能性は一つではなく、無数にある。

概ね空間充填多面体の形を有する物体とは、多数のこのような物体を並べて連結および／または重ねて連結することによって、このような物体の第一の構造体が構成され得るという特徴を有する三次元的物体のことである。前記第一の構造体において、当該第一の構造体の個々の物体は概ね同じ位置を取り、このような空間充填多面体、すなわち当該空間充填多面体の形を前記物体が概ね有しているか、有するべきである空間充填多面体は、第二の構造体において前記同じ位置を取ると思われる。当該第二の構造体は、多数のこれらの空間充填多面体を隙間または間隙なしに、相応に並べて連結および／または重ねて連結することによって成立するはずのものである。このような物体は必ずしも凸形である必要はない。物体が凸形であるのは、当該物体の二点ごとに、当該二点を結ぶ連結経路が完全に当該物体内にある場合をいう。

このような物体の例は（当該物体の通常の構成方法において）概ね直方体のレンガまたは概ね直方体の係合ブロックであって、外部面(「上面」)に多数のこぶの構成体を有する係合ブロックである。当該係合ブロックの配置は、係合ブロックを並べて連結および／または重ねて連結する際に、前記こぶが、「上面」に対向する外部面における空洞内にはめ込まれるように行われる。係合ブロックまたは空洞のレンガは（当該ブロックまたはレンガの通常の構成方法において）、概ね空間充填多面体の形を有する非凸物体の例である。このような係合ブロックは取分け、前記のこぶゆえに、空間充填多面体の形を「概ね」有しているにすぎない。概ね直方体の係合ブロックの場合、当該空間充填多面体は、当該空間充填多面体の形を特徴づける直方体にほかならないはずである。

概ね空間充填多面体の形を有するハウジングとは、当該ハウジングの外形が概ねある物体の形であるハウジングのことであり、当該物体は空間充填多面体の形を概ね有している。

概ね空間充填多面体の形を有する多数の物体、特に多数のこのようなハウジングを、並べて連結および／または重ねて連結するとは、このような物体の第一の構造体を構成することと理解すべきである。当該第一の構造体において、当該第一の構造体の個々の物体は概ね同じ位置を取り、このような空間充填多面体、すなわち当該空間充填多面体の形を前記物体が概ね有しているか、有するべきである空間充填多面体は、第二の構造体において前記同じ位置を取ると思われる。当該第二の構造体は、多数のこれらの空間充填多面体を隙間または間隙なしに、相応に並べて連結および／または重ねて連結することによって成立するはずのものである。概ね空間充填多面体の形を有する多数の物体を、このように並べて連結および／または重ねて連結することによって、このような物体、特にこのようなハウジングの構造体が成立するのであり、当該構造体は多面体、すなわち当該多面体の形を前記物体が概ね有している多面体を密に、または空間充填的にまとめたものに相当する。

このような構造体の例は、レンガまたは係合ブロックから成る壁（当該壁の通常の構成方法において）またはブロック（例えばピラミッド）である。このような（第一の、現実の）構造体におけるレンガまたは係合ブロックの位置は、当該レンガまたは係合ブロックをそれぞれ表す多面体（例えば直方体）が、対応する（第二の、仮想の）構造体において取る位置によって規定されている。当該第二の構造体において前記多面体は当該多面体の面同士の間に隙間または間隙なしに設けられるが、その他の点では任意に設けられていてよい。

このように本発明において定義される意味で、概ね空間充填多面体の形を有する多数の物体を、並べて連結および／または重ねて連結することによって、当該物体の現実的な（第一の）構造体が成立する。当該現実的な（第一の）構造体は必ずしも隙間または間隙なしに設けられていなくてもよい。しかしながら対応する仮想の（第二の）構造体は隙間または間隙を有さない。当該仮想の（第二の）構造体は、空間充填多面体、すなわち当該空間充填多面体の形を前記物体が概ね有している空間充填多面体を、相応に並べて連結および／または重ねて連結することによって成立するはずのものである。

特に本発明の実施の形態であって、当該実施の形態においてハウジングが少なくとも一つの第一の成形要素を有している実施の形態は好適である。当該第一の成形要素は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を、規定に反するように並べて連結および／または重ねて連結することが不可能であるか、あるいは、空間充填的でない構造体を作り出してしまうように形成されている。このような第一の成形要素の例は、対称性を破壊する成形要素であり、当該対称性を破壊する成形要素は、例えばこのような第一の成形要素がなければ存在するハウジングの回転対称性が破壊、すなわち除去される結果を生じさせる。これによって、多数のこのようなハウジングの構造体を構成する際に、ハウジングを規定に応じた向きに対して誤って反転させた場合、隙間のない構成または間隙のない構成の成立が妨げられる。このようなことは通常、気づかれないままでは済まないために、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を、規定に反するように並べて連結および／または重ねて連結することと、それによって生じ得る破損または危険とを回避するのに役立ち得る。

このような第一の成型要素は好ましくはこぶまたは溝の形を有しており、当該こぶまたは溝は、ハウジング面上、またはハウジング面に接して、またはハウジング面内に設けられている。しかしながら、例えば接続部自体がこのようなこぶまたは溝の形を有しているか、または例えば当該接続部の配置が必要とされる対称性の破壊につながる場合に限って、これらの成型要素は接続部の形および／または配置によっても実現され得る。

例えば他の実施の形態において、多面体であって、当該多面体の形を前記ハウジングが概ね有している多面体が、それ自体回転対称でなく、例えば当該多面体の軸の一つを中心として９０°回転させた状態で対称である場合、前記第一の成型要素は、ハウジングに対して非対称な多面体を基本形として選択することによっても実現され得る。すなわちこのような場合、ハウジングは概ね非対称な多面体の形を有しており、当該非対称な多面体は唯一の方法で、すなわち他の隣接する多面体に対して唯一の空間的な向きで、多数のこのような多面体とともに、空間充填構造物、すなわち、隙間がなく、かつ、間隙がない構造物に統合され得る。

本発明のさらなる実施の形態であって、当該実施の形態においてハウジングが少なくとも一つの第二の成型要素を有している実施の形態も好ましい。当該第二の成型要素は、多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の空間充填構造体を機械的に安定させるために用いられる少なくとも一つの固定手段が、ハウジングを貫通して押し込まれ得るように形成されている。このような第二の成型要素は好ましくは、空隙部、穴、または理想的な多面体の形からのハウジングの形の同様の逸脱によって実現される。このような空隙部または穴を貫通して、例えば連結棒またはボルトまたは同様の固定手段がガイドされ得る。

本発明のさらなる実施の形態であって、当該実施の形態においてハウジングが、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電的な接続を成立させるための締結装置を有している実施の形態も好ましい。このような締結装置は好ましくは、例えばバネのような弾性要素を有しており、当該弾性要素は接続部を導電的に接続させるために用いられる要素を所定の力で押し付け、それによって当該要素は当該要素の接続が意図せずに切断されることに対して、ある程度保護されている。

前記弾性要素は好ましくは、当該弾性要素のために設けられているハウジングの空洞内に支承されているとともに、緊締装置、たとえば締め付けレバーを備えており、それによって、当該弾性要素は隣接するハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、取り付け作業者が緊締装置を操作することによってわずかに締め付けられ得る。従って緊締装置を解除するとき、隣接するエネルギー貯蔵装置の対向する接続部同士の間の導電的な締結接続が成立させられる。

本発明のさらなる実施の形態であって、当該実施の形態においてハウジング内に少なくとも一つの冷却装置が組み込まれている実施の形態も好ましい。このような実施の形態を実現するために、ハウジングまたは当該ハウジングの壁の一部は好ましくは熱伝導性の材料から製造され、当該熱伝導性の材料は、周囲への熱伝達を増大させるために液体または気体の冷却媒体を通過させるための経路を備えているのが好ましい。当該経路は好ましくは、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、隣接するハウジングの経路の開口部ができるだけ密にシールし合うように配置されており、これもまた好ましくは当該開口部に取り付けられた弾性シール部によって実現され得る。

このように、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、個々のハウジングの冷却経路から当該冷却経路の網状組織が成立し、当該網状組織は好ましくは構造体全体にわたって設けられており、構造体の全てのエネルギー貯蔵装置の効率的な冷却を可能にしている。ハウジングにおける冷却経路の代わりに好ましくは空隙部が、好適に熱伝導性のハウジング壁内に形成されていてもよく、それによって多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、好ましくは気体の冷却媒体、例えば空気のための流れ経路の網状組織が形成される。

本発明のさらなる実施の形態であって、当該実施の形態において少なくとも一つのハウジング面に少なくとも一つの冷却装置が取り付けられている実施の形態も好ましい。当該実施の形態においてもハウジングまたは当該ハウジングの壁の一部は好ましくは熱伝導性の材料から製造されている。しかしながら当該ハウジング壁は好ましくは、当該ハウジング壁が冷却装置と熱伝導的に良好に接触させられるように形成されており、当該冷却装置は外部から当該壁に取り付けられ得る。このように本来のハウジングと当該ハウジングに取り付けられた冷却装置から成る構造物はその場合、前記および他の実施の形態の説明の意味でのハウジングと見なされるとともに、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結することによって構造体を構成するために相応に用いられ得る。

本発明の上記の実施の形態およびさらなる実施の形態の特徴はまた、好適な方法で互いに組み合わせられ得る。

好適な実施の形態に基づくとともに図面を用いて、本発明を以下により詳しく説明する。図面に示すのは以下の通りである。

二つのハウジング面に電気的接続部を有する本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の第一の実施の形態を概略的に示す図である。三つのハウジング面に電気的接続部を有する本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の第二の実施の形態を概略的に示す図である。本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の一例としての構造体を概略的に示す図である。本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置のさらなる例としての構造体を概略的に示す図である。本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置のさらなる例としての構造体を概略的に示す図である。三つのハウジング面に電気的接続部を有するとともに固定手段のための穴を有する本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の第三の実施の形態を概略的に示す図である。三つのハウジング面に電気的接続部を有するとともに冷却装置を有する本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の第四の実施の形態を概略的に示す図である。三つのハウジング面に電気的接続部を有するとともに、固定手段のための穴と冷却装置とを有する本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の第五の実施の形態を概略的に示す図である。

ハウジングと、二つのハウジング面に取り付けられたこぶ状の電気的接続部の二つのグループ１０２，１０３とを有する図１に示す電気化学エネルギー貯蔵装置は、概ね正六面体または直方体の形、すなわち概ね空間充填多面体の形を有している。本図に示す例において、理想的な空間充填多面体、すなわち立方体または直方体の形とハウジングの形の相違は、こぶ状の電気的接続部によって規定されている。しかしながら理想的な空間充填多面体の形とハウジングの形の相違が、例えば空隙部または取り付け構造体などのさらなる成形要素、または、他の成形要素によって規定されている、他のハウジングの形も想定可能である。

ハウジング面において前記電気的接続部の配置は以下のように行われる。すなわち、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続がこのようなエネルギー貯蔵装置の電気的な直列および／または並列接続となるか、あるいは、前記エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成され得るように配置されている。

そのために図１では見えない隠されたハウジング面であって、同一の正六面体または直方体上でこぶ状の接続部１０２，１０３を担持しているハウジング面に対向しているハウジング面に、前記接続部１０２，１０３に適合する接続部が設けられており、当該接続部は好ましくは当該ハウジング面における円柱形の凹所の形を有しており、多数のこのようなエネルギー貯蔵装置が正しい向きで並べて連結または重ねて連結されるやいなや、当該凹所内に電気化学エネルギー貯蔵装置の図１に示す実施の形態による、好ましくは円柱形のこぶ状の接続要素１０２，１０３が受容される。

図３はこのとき成立する多数のこのようなエネルギー貯蔵装置の可能な構造体を示している。エネルギー貯蔵装置３１１，…，３３３の接続部はそれぞれ、当該エネルギー貯蔵装置に対して側方または垂直方向に隣接するエネルギー貯蔵装置の、図に示されていない対応する凹所内に突出しており、その際、当該凹所内に設けられている、それぞれ隣接するエネルギー貯蔵装置の接続要素との電気的な接触が成立し得る。

エネルギー貯蔵装置の接続要素の好適な電気的配線によって、技術的応用の要件に応じて、構造体において必要とされるエネルギー貯蔵装置の直列接続および／または並列接続を実現することが可能である。このときエネルギー貯蔵装置の純粋な直列接続は当該エネルギー貯蔵装置によって作り出される電圧を加算する結果をもたらすが、純粋な並列接続の場合、電圧は変わらないままである一方、電気容量は相応に積算される。従って直列接続および／または並列接続を好適に組み合わせることによって、実際に必要とされるあらゆる電圧を、必要とされる電気容量と共に提供することができる。

本発明に係るエネルギー貯蔵装置は従って好適に様々な配線の変化形態において提供される。当該変化形態において、このようなエネルギー貯蔵装置を並べて連結もしくは重ねて連結することは、直接的に隣接し、かつ、並べて連結または重ねて連結されているエネルギー貯蔵装置をその時々で直列接続もしくは並列接続した状態で、互いに直接的に対向する接続要素の接触がそれによって成立させられることを伴う。

このとき、並べて連結および／または重ねて連結する際に直接的に対向している接続部を電気的に接触させることは、好ましくは自動的に、すなわち例えば簡単な入れ子式構造によって行われるか、あるいは、結合要素を用いて実現され得る。このような結合要素として、好ましくは小さな導体部品、例えば金属のクランプや管の形、または、導電性であるとともに、好ましくは金属粉を含んでいるシリコーンシーリングの形の導体部品が考慮される。当該導体部品は直接的に対向する接続部の間に挿入され得る。導電性であるとともに、好ましくは金属粉を含んでいるシリコーンシーリングにはさらに、当該シリコーンシーリングがエネルギー貯蔵装置の弾性的な支承を実現させるという有利点もある。

図２に示す電気化学エネルギー貯蔵装置はハウジングを有しており、当該ハウジングは少なくとも一つの第一の成形要素（２０５）を有しており、当該第一の成形要素は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を規定に反するように並べて連結および／または重ねて連結することが不可能であるか、または、空間充填しない構造体を作り出してしまうように形成されている。さらに当該電気化学エネルギー貯蔵装置のハウジングは、同一平面上になく、かつ、好ましくは、こぶ状の接続部２０２，２０３，２０４を有する三つのハウジング面を有しており、こぶ状の接続部には、図２において見えない隠されたハウジング面に設けられた、こぶ状の接続部に適合する接続部が対応している。

図２に示す電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結することによって、例えば図４および５に示す多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体が構成され得る。これら全ての構造体は、以下のような意味において空間充填的である。すなわち、現実に隣接するハウジング同士の間には、理想的な多面体の形からの逸脱に基づいて、例えばハウジング面またはハウジング辺における空隙部ゆえに、当然ながら隙間または間隙が存在し得るが、ハウジングを表している隣接する（仮想の）多面体同士の間には隙間または間隙が存在していないという意味において空間充填的である。これらの構造体は、図５に示す例から分かるように、必ずしも凸形である必要はない。これらの構造体の２点を結ぶ任意の連結線上の各点が必ずしも当該構造体内にある必要はないという理由による。

図２に示す第一の成形要素（２０５）は例えばハウジング面の一つに設けられたこぶ、および、対向するハウジング面であって図に示されていない隠れたハウジング面に設けられている前記こぶに適合する凹所であり、こぶおよび凹所の配置は、こぶおよび凹所がなければ成立している可能性のあるハウジングの対称特性、例えば軸を中心として例えば９０°回転させた場合のハウジングの不変性を破壊するように行われている。しかしながら本発明に係るエネルギー貯蔵装置の接続部を相応に、対称性を破壊するように配置かつ構成する場合、特にこの目的のために用いられる成形要素さえも放棄することができる。接続部自体がすでにこのような第一の成形要素となっているためである。

本発明の上記の実施の形態および他の実施の形態は、例えば図６および８に示されている本発明のさらなる実施の形態の特徴と組み合わせられ得る。当該さらなる実施の形態において、ハウジングは少なくとも一つの第二の成形要素（６０５，８０５）を有しており、当該第二の成形要素は、少なくとも一つの固定手段がハウジングを貫通するように押し込まれ得るように形成されており、当該固定手段は多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の空間充填構造体を機械的に安定化させるのに役立つ。このような第二の成形要素はハウジング、例えばハウジングの辺縁部分、例えばハウジングの壁を貫通する穴として実現されていてよい。穴の代わりに他の形状の空隙部または袋ネジも想定可能である。このような穴または空隙部を介して、棒、ボルト、連結棒または同様の固定手段がハウジングと、隣接するエネルギー貯蔵装置のハウジングとを通過するように押し込まれるか、当該ハウジング内にねじ込まれ得る。

本発明の上記の実施の形態および他の実施の形態は、本発明のさらなる実施の形態の特徴と組み合わせられ得る。当該さらなる実施の形態においてハウジングは、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電的な接続を成立させるための締結装置を有している。このような締結装置は好ましくは、例えばバネのような弾性要素を有しており、当該弾性要素は接続部を導電的に接続させるために用いられる要素を所定の力で押し付け、それによって当該要素は当該要素の接続が意図せずに切断されることに対して、ある程度保護されている。前記弾性要素は好ましくは、当該弾性要素のために設けられているハウジングの空洞内に支承されているとともに、緊締装置、たとえば締め付けレバーを備えており、それによって、当該弾性要素は隣接するハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、取り付け作業者が緊締装置を操作することによってわずかに締め付けられ得る。従って緊締装置を解除するとき、隣接するエネルギー貯蔵装置の対向する接続部同士の間の導電的な締結接続が成立させられる。

本発明の上記の実施の形態および他の実施の形態は、本発明のさらなる実施の形態の特徴と組み合わせられ得る。当該さらなる実施の形態において、ハウジング内に少なくとも一つの冷却装置(７０６，８０６)が組み込まれている。このような実施の形態を実現するためにハウジングまたは当該ハウジングの壁の一部は好ましくは熱伝導性の材料から製造され、当該熱伝導性の材料は、周囲への熱伝達を増大させるために液体または気体の冷却媒体を通過させるための経路を備えているのが好ましい。当該経路は好ましくは、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、隣接するハウジングの経路の開口部ができるだけ密にシールし合うように配置されており、これもまた好ましくは当該開口部に取り付けられた弾性シール部によって実現され得る。

このように、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、個々のハウジングの冷却経路からこのような冷却経路の網状組織が成立し、当該網状組織は好ましくは構造体全体にわたって設けられており、構造体の全てのエネルギー貯蔵装置の効率的な冷却を可能にしている。ハウジングにおける冷却経路の代わりに好ましくは空隙部が、好適に熱伝導性のハウジング壁内に形成されていてもよく、それによって多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結する際に、好ましくは気体の冷却媒体、例えば空気のための流れ経路の網状組織が形成される。

本発明の上記の実施の形態および他の実施の形態は、本発明のさらなる実施の形態の特徴と組み合わせられ得る。当該さらなる実施の形態において、少なくとも一つのハウジング面に少なくとも一つの冷却装置(７０６，８０６)が取り付けられている。当該実施の形態においてもハウジングまたは当該ハウジングの壁の一部は好ましくは熱伝導性の材料から製造されている。しかしながら当該ハウジング壁は好ましくは、当該ハウジング壁が冷却装置と熱伝導的に良好に接触させられるように形成されており、当該冷却装置は外部から当該壁に取り付けられ得る。このように本来のハウジングと当該ハウジングに取り付けられた冷却装置から成る構造物はその場合、前記および他の実施の形態の説明の意味でのハウジングと見なされるとともに、多数のこのようなハウジングを並べて連結および／または重ねて連結することによって構造体を構成するために用いられ得る。

本発明に係る構造体のモジュール（バッテリー、セル）は、例えば熱伝導プレートと交互に積み重ねられ得る。このときモジュールの接触は好ましくは接触スリーブを用いて行われる。当該接触スリーブは好ましくは熱伝導プレート内の対応する切り欠き部を介してガイドされ得る。

図３，４および５は本発明に係る多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体を、例えば上記の実施の形態の一つに従って構成するためのいくつかの例としての可能性を示しているにすぎない。本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置が用いられている実施の形態に応じて特に、フレキシブルかつ場所を取らないように所定の応用のスペース条件に適合する構造体の構成が可能である。例えば構造に規定された状態で存在する電気自動車の空洞部内に場所を取らないように牽引用バッテリーを収容する場合などである。このように本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置を相応に並べ、かつ、重ねることによって、様々な応用環境の複雑な構成空間も有効に利用することができる。このときいわゆる多角形押し出し成形断面材から成るハウジングが好適に用いられ得る。当該多角形押し出し成形断面材から成るハウジングには、好ましくは締結接続部が備えられている。本発明はハウジング内部の個々の貯蔵モジュールまたはセルをグループ化すること、例えばグループごとに直列接続および／または並列接続を行うことにおいて、多大な可変性を可能にする。それによって広範な電圧領域がカバーされ得る。

セルを整数型による２の累乗でグループ化する際、すなわち基本モジュールにおけるセルの数が２の整数乗であるとき、様々な直列接続および／または並列接続によって異なる電圧が提供され得る。例えば８個のセルを直列接続すると２８．８Ｖ、それぞれ４個のセルを２列に接続したものを並列接続すると１４．４Ｖ、それぞれ４個のセルを並列接続した二つのグループを直列接続すると７．２Ｖ、８個のセルを並列接続すると３．６Ｖとなる。こうして極めて多様な産業用または自動車技術上の応用、例えば蓄電池式芝刈り機や自動車の電動機器の要件、あるいは園芸器具の要件を備える応用に適合する構造体が可能となる。

本発明により、例えば上記の実施の形態のうちの一つに応じた、多数の本発明に係る電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体を製造するための方法も提供される。当該方法において、多数の電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、当該エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続は、このようなエネルギー貯蔵装置の電気的な直列および／または並列接続となるように行われ、あるいは、当該エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続は隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成される。このために前記エネルギー貯蔵装置は、所定の応用の要件に応じて必要とされる、このようなエネルギー貯蔵装置の電気的な直列および／または並列接続が成立するか、あるいは、隣接するエネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって、当該エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が達成されるように連結される。この場合、すでに述べた締結接続部が好適に用いられ得る。

１０１電気化学エネルギー貯蔵装置
１０２電気的接続部のグループ
１０３電気的接続部のグループ
２０１電気化学エネルギー貯蔵装置
２０２こぶ状の接続部
２０３こぶ状の接続部
２０４こぶ状の接続部
２０５第一の成形要素
３１１エネルギー貯蔵装置
３１２エネルギー貯蔵装置
３１３エネルギー貯蔵装置
３２１エネルギー貯蔵装置
３２２エネルギー貯蔵装置
３２３エネルギー貯蔵装置
３３１エネルギー貯蔵装置
３３２エネルギー貯蔵装置
３３３エネルギー貯蔵装置
６０１電気化学エネルギー貯蔵装置
６０２こぶ状の接続部
６０３こぶ状の接続部
６０４こぶ状の接続部
６０５第二の成形要素
７０１電気化学エネルギー貯蔵装置
７０２こぶ状の接続部
７０３こぶ状の接続部
７０４こぶ状の接続部
７０６冷却装置
８０１電気化学エネルギー貯蔵装置
８０２こぶ状の接続部
８０３こぶ状の接続部
８０４こぶ状の接続部
８０５第二の成形要素
８０６冷却装置

Claims

ハウジングと、少なくとも二つの電気的接続部(１０２，１０３，２０２，２０３，２０４，６０２，６０３，６０４，７０２，７０３，７０４，８０２，８０３，８０４)を備える電気化学エネルギー貯蔵装置（１０１，２０１，６０１，７０１，８０１）において、前記ハウジングは少なくとも一つのハウジング面を有するとともに、概ね空間充填多面体の形を有しており、前記ハウジング面上、または前記ハウジング面に接して、または前記ハウジング面において前記電気的接続部は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、前記電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続がこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的な直列および並列接続となるか、あるいは、前記電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が、隣接する電気化学エネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成され得るように配置されていることを特徴とする電気化学エネルギー貯蔵装置。
前記ハウジングは少なくとも一つの第一の成形要素（２０５）を有しており、当該第一の成形要素は、多数のこのような電気化学エネルギー貯蔵装置を規定に反するように並べて連結および／または重ねて連結することが不可能であるか、または、空間充填しない構造体を作り出してしまうように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
前記ハウジングは少なくとも一つの第二の成形要素（６０５，８０５）を有しており、当該第二の成形要素は、少なくとも一つの固定手段が前記ハウジングを貫通するように押し込まれ得るように形成されており、当該固定手段は多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の空間充填構造体を機械的に安定化させるのに役立つことを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
前記ハウジングは、隣接する電気化学エネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電的な接続を成立させるための締結装置を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
前記ハウジング内に少なくとも一つの冷却装置(７０６，８０６)が組み込まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
少なくとも一つのハウジング面に少なくとも一つの冷却装置(７０６，８０６)が取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学エネルギー貯蔵装置。
請求項１から６のいずれか一項に記載の多数の電気化学エネルギー貯蔵装置の構造体。
請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体を製造するための方法において、多数の電気化学エネルギー貯蔵装置を並べて連結および／または重ねて連結する際に、当該電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続がこのような電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的な直列および／または並列接続となるか、あるいは、前記電気化学エネルギー貯蔵装置の電気的相互接続が、隣接する電気化学エネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電接続を成立させることによって達成されることを特徴とする方法。
少なくとも一つの固定手段が、多数の隣接する電気化学エネルギー貯蔵装置の前記ハウジングを貫通するように押し込まれることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
隣接する電気化学エネルギー貯蔵装置のそれぞれ対向する接続部の導電的な接続は、締結装置を用いて成立させられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
前記ハウジング内に冷却装置が組み込まれることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
前記ハウジングに冷却装置が取り付けられることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。