JP2013543239A - 熱伝導性バッテリを冷却する熱交換器およびバッテリユニット構造 - Google Patents

Abstract

【解決手段】バッテリの熱伝導性によって冷却経路が形成されるバッテリユニット（またはセル）を冷却するための熱交換器およびバッテリユニット構造を提供する。熱交換器は、バッテリユニット（またはセル）の対応する係合部を受容する、および／または、対応する係合部に係合するべく冷却プレートの外面に形成または取り付けられた係合装置が設けられた冷却部材である。バッテリユニット（またはセル）と熱交換器との相互接続によって、これら２つの部材の間が機械的にインターロックされ、これら２つの部材間の熱伝達特性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、機械的インターロックによる熱伝導性バッテリの冷却に関する。
本願は、２０１０年１０月２９日に発明の名称「熱伝導性ケースバッテリを冷却する熱交換器およびバッテリユニット構造」で出願された米国仮出願第６１／４０７，９７２号の利益および優先権を主張する。上記特許出願の内容を本明細書の詳細な記載に参照として明示的に組み込むものとする。

円形セル、角柱状セル、ポーチ状セル等の多様な種類のバッテリセルが知られている。円形セルまたは角柱状セルの場合、一般的に、電極およびセパレータを含む活物質をコイル状に巻き、剛性のアルミニウム筐体内に設置する。ポーチ状セルの場合、各層の活物質を積層もしくは折り畳み、可撓性のアルミニウムコンポジット膜に詰める。

動作時、充電であるか放電であるかに拘らず、電流が流れると、電気化学的インピーダンスおよび電気的インピーダンスの両方の作用によって発熱が生じる。温度の上限および下限があるので、バッテリの動作温度範囲を制御して、バッテリの最適性能が保証されるようにすることが望ましい。

熱伝導性バッテリを冷却（および／または加熱）するための多様な熱交換器構造およびバッテリユニット構造が開発されている。たとえば、（ｉ）バッテリ筐体の外面を循環空気にさらすことにより、または、（ｉｉ）流体搬送型の熱交換器冷却プレートであるか非流体搬送型の金属伝導プレートであるかに拘らず、冷却（または加熱）された面をバッテリセル表面間に押し付ける、もしくは接触させることにより、バッテリ筐体の外面から（または、外面へと）熱が放散もしくは移動されることが知られている。バッテリセル表面を冷却（または加熱）面に接触させる場合、接触熱抵抗および熱的収縮抵抗だけでなく、特に、自動車の動力バッテリに使用される場合は、これら２つのバッテリセルの表面間の接触状態／圧力を十分に保つための機械的な構成にも懸念がある。また、バッテリユニットと冷却プレートとが良好に熱的接触できるように、接触面自体が十分に適合的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）でなければならない。バッテリセル表面を循環空気にさらすことにより冷却する場合、各バッテリユニットまたはセルを離間させることで、余分な空間が増える。また、この方法では、冷却効果がより限定され、自動車のその他のシステムに利用する熱の回収がより困難になる。したがって、周知のバッテリ冷却方法では、コストが高くなり、空間が増え、および／または、重量的に不利になり、さらに、許容差要件が厳しくなる。これらは全て、克服することが望ましい。

一つの観点では、本発明は、ベース部を含む外側筐体を有する少なくとも一つのバッテリユニットと、離間した第１の壁面および第２の壁面を有し、その間に流体チャネルが規定され、流体チャネルに連通した流体流入口および流体流出口を有する少なくとも一つの熱交換器プレートと、バッテリユニットの外側筐体に形成または取り付けられた第１係合装置と、熱交換器プレートの第１の壁面および第２の壁面の少なくとも一方の外面に形成または取り付けられた第２係合装置とを備え、第１係合装置および第２係合装置の一方が第１係合装置および第２係合装置の他方の中に受容され、第１係合装置および第２係合装置が係合することで、少なくとも一つのバッテリユニットおよび少なくとも一つの熱交換器プレートが互いにロックされる熱交換器およびバッテリユニット構造に関する。

一つの実施形態では、本発明は、少なくとも一つの熱交換器プレートが１対の対応する第１プレートおよび第２プレートを含む熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

別の実施形態では、本発明は、少なくとも一つの熱交換器プレートの流体チャネルに設けられたタービュライザをさらに備える熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらなる実施形態では、本発明は、少なくとも一つのバッテリユニットの第１係合装置と少なくとも一つの熱交換器プレートの第２係合装置との間に設けられた電気的絶縁層をさらに備え、電気的絶縁層がそれらの間に係合する熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、少なくとも一つのバッテリユニットが複数のバッテリユニットであり、ベース部が電流コレクタプレートの形態であり、複数のバッテリユニットが電流コレクタプレートにスポット溶接されている熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、電流コレクタプレートと熱交換器プレートとの間に設けられる電気的絶縁層をさらに備える熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、第１係合装置が複数の離間した凸部材に結合されたベースプレートを有し、複数の離間した凸部材がバッテリユニットを取り外し可能に取り付ける熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、第１係合装置が第２係合装置に結合された複数の離間した凸部材を有し、複数の離間した凸部材がバッテリユニットを取り外し可能に取り付ける熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

一つの実施形態では、本発明は、凸部材がフィンである熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

別の実施形態では、本発明は、フィンが第１係合装置のベースプレートに溶接、ろう付け、または半田付けされる熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらなる実施形態では、本発明は、バッテリの外側筐体が剛性のケースまたは可撓性のポーチである熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、凸部材が、凸部材の動きに付勢する付勢手段を含む熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、本発明は、付勢手段が全体的にＳ形状の構造である熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

さらに別の実施形態では、バッテリが、熱交換器プレートの第１の壁面に接触している、または第１の壁面から離間している熱交換器およびバッテリユニットシステムに関する。

添付の図面を参照して、本発明の実施形態を例示としてだけ記載する。

本発明の一例示的実施形態に係るバッテリユニットおよび熱交換器構造の斜視図である。

熱交換器構造に組み立てられるバッテリユニットのうち一つの、図１の切断線２Ｂ−２Ｂに沿った、部分断面組み立て図である。

図２Ａにおいて組み立てられたバッテリユニットおよび熱交換器構造の、図１の切断線２Ｂ−２Ｂに沿った部分断面図である。

本発明の別の例示的実施形態に係るバッテリユニットおよび熱交換器構造の斜視図である。

円筒状バッテリユニットのうち一つおよび熱交換器構造の一部の、図３の切断線４Ｂ−４Ｂに沿った部分断面組み立て図である。

図４Ａにおいて組み立てられたバッテリユニットおよび熱交換器構造の、図３の切断線４Ｂ−４Ｂに沿った部分断面図である。

本発明の別の例示的実施形態の、図２Ａに示すのと同様の、部分断面組み立て図である。

図５Ａに示す例示的実施形態のバッテリユニットおよび熱交換器構造の、図２Ｂに示すのと同様の、部分断面図である。

本発明の別の例示的実施形態に係るバッテリユニットおよび熱交換器構造の斜視図である。

例示的な熱交換器構造の斜視図である。

本発明のさらに別の例示的実施形態に係る熱交換器およびバッテリユニットシステムを、フィンを示すべくバッテリのいくつかを省略して示す斜視図である。

図８に開示される実施形態に係る熱交換器およびバッテリユニットシステムの斜視図である。

本発明のさらに別の例示的実施形態に係る熱交換器およびバッテリユニットシステムの第１の壁面の斜視図である。

図を参照すると、図１は、本発明の一例示的実施形態に係る５個のバッテリユニット１１と熱交換器構造１２とを備えるモジュール１０を示す。５個のバッテリユニット１１を示しているが、本実施形態は５個のバッテリユニットの場合に限定されることが意図されておらず、熱交換器構造１２は、装置の特定的用途によって、より多くの、または、より少ない、バッテリユニット１１を収容するよう調整してよいことは理解されよう。

図に示すように、各バッテリユニット１１は、本技術分野で知られているように、バッテリユニット１１の内部部材（不図示）を収容する外側ケースまたは筐体１４を有する。本実施形態では、外側筐体１４は第１係合装置を内部に含む溶接もしくは押し出し成形されたベース部１６上に組み立てられる。いくつかの実施形態では、ベース部１６は、アルミニウムまたは鋼で形成してよく、また、インパクト成形または溶接部材として形成してよい。図に示す実施形態では、第１係合装置は、バッテリユニット１１のベース部１６の下面に形成された複数のソケットまたは凹開口１８として形成されている。凹開口１８は、バッテリユニット１０および熱交換器構造１２の特定の設計および用途に基づいて、所定の間隔で外側筐体１４の長さに沿って離間されている。

各バッテリユニット１１を冷却するべく、熱交換器構造１２は、冷却部材もしくは冷却プレート２０として設けられる。一般的に、冷却プレート２０は、離間して設けられた第１および第２の壁面２２および２４を有し、それらの間に流体チャネル２６が規定された、平坦な管状の部材である。冷却プレート２０は、流体を流体チャネル２６に流入、または、液体チャネルから流出するよう方向付ける流体流入構造２７および流体流出構造２８と連通している。流体流入構造２７および流体流出構造２８は、冷却プレート２０の外面上に形成され、そこから外側に離間する方向に延伸しているように示されているが、いくつかの実施形態では、流体流入構造２７および流体流出構造２８を、流体プレート２０の外周上に形成してもよい（たとえば、図６に示すように）。さらに、流体流入構造２７および流体流出構造２８は、冷却プレート２０の同じ側に形成されているように示されているが、流体流入構造２７および流体流出構造２８を、冷却プレート２０の互いに反対側に形成してよく、つまり、流入構造２７を冷却プレート２０の一方側に形成し、流出構造２８を冷却プレート２０の他方側に形成してよい。

流体チャネル２６については、流体チャネル２６を、バッテリユニット１１を冷却（および／または加熱）するための所望の熱交換プロファイルを与える、冷却プレート２０内を通る任意の一般的な蛇行流路（ｓｅｒｐｅｎｔｉｎｅ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）としてよいことは理解されよう。たとえば、流体チャネル２６は、一般的に、Ｕ形状であってよく（たとえば、流体流入構造２７および流体流出構造２８が冷却プレート２０の同じ側に形成される例において）、または、冷却プレート２０内を一方側から他方側へと通る任意の蛇行経路もしくは遠回り経路であってよい（たとえば、流体流入構造および流体流出構造が、冷却プレート２０の互いに反対側に形成される例において）。図７は、一例に係る冷却プレート２０を、その上に形成された第２係合装置または凸部材を省略して、流体チャネル２６の例示的Ｕ形状流路（流れ矢印２９を参照）がより明確になるよう示している。他の実施形態では、流体チャネル２６の断面は、冷却プレート２０の断面の実質的な部分に一致してよく、または、流体チャネル２６が冷却プレート２０の周の近傍に形成される場合は、それよりずっと小さく限定されてよい。したがって、流体チャネル２６は、必ずしもバッテリユニット１１の下面の下を全面的に流れなくてよく、一般的に、冷却プレート２０の特定の設計、装置に意図される用途、および装置に所望される熱伝達要件に基づいて、異なる形状を有してよい。

冷却プレート２０の第１および第２の壁面２２および２４の一方は、各バッテリユニット１１が持つ第１係合装置と協働する第２係合装置を有する。本実施形態では、第２係合装置は、たとえば、冷却プレート２０の第１または第２の壁面２２または２４の外面に溶接、ろう付け、または半田付けされるペグまたは凸部材３０として形成される。他の実施形態では、凸部材３０は、第１または第２の壁面２２または２４内に形成してよい。凸部材３０は、バッテリユニット１１のベース部１６に形成された複数の凹開口１８の位置に一致するように、冷却プレート２０の長さに沿って間隔を置いて配置される。バッテリユニット１１は、冷却プレート２０に接触するようその上に位置付けられるので（図２Ａ参照）、「ペグ及びソケット」構成のように、凸部材３０は凹開口１８に受容され、バッテリユニット１１の第１係合装置と熱交換器構造１２の第２係合装置との間に機械的なインターロックが形成される。凸部材３０と凹開口１８との係合の結果、バッテリユニット１１と冷却プレート２０とを互いに押圧すると、これら２つはロックされる。第１および第２の係合装置の特定的用途および構造の厳密性によっては、バッテリユニット１１は、冷却プレート２０に除去可能または除去不可能にロックされる。バッテリユニット１１および冷却プレート２０を互いに押圧することにより、これら２つの部材間に十分な接触状態および圧力が得られ、望ましい冷却結果が達成される。より具体的には、凸部材３０および凹開口１８の「ペグ及びソケット接続」によって設けられるバッテリユニット１１と冷却プレート２０との間の機械的インターロックによって、従来構成ではバッテリユニットとその対応する冷却プレートとを分離させる結果となることが多い機械的付加および温度変動を、バッテリユニット１１および冷却プレート２０は耐久できるようになり、ユニット全体の温度制御の向上させることができる。

さらに、凸部材３０および凹開口１８の「ペグ及びソケット接続」によって設けられる機械的インターロックによって、その他の熱流路における熱抵抗に比べて、バッテリユニと１１と冷却プレート２０との間の熱抵抗が全体的に小さくなる。同じく、凹開口１８および対応する突部材３０の数、および、冷却プレート２０上でのこれらの空間的分布を、バッテリユニット１１の外側筐体１４および冷却プレート２０の両方における熱的収縮（伝導）抵抗が最小化されるように選択する。

さらに、バッテリユニット１１を個々に冷却プレート２０に接続することで、複数のバッテリユニット１１（またはセル）をモジュール内に拘束（ｂｉｎｄ）する必要が低下する。また、バッテリユニット１１と熱交換器構造１２との接続もしくは接触が、第１および第２の係合装置の間の、つまり凹開口１８と凸部材３０との間の機械的な係合により与えられ、２つの対応面どうしの明らかな接触だけによっていないので、数多くの周知の従来技術の構成で必要とされていたように、各バッテリユニット１１と冷却プレート２０とが平坦または適合的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）な接触面を持っている必要性はもはやあまり高くない。

凹開口１８が形成されたベース部１６を有するバッテリユニット１１と、凸部材３０を持つ冷却プレート２０とで例示的な実施形態を記載したが、反対の構成も可能であり、つまり、バッテリユニット１１のベース部１６に凸部材３０が形成され、凹開口１８が冷却プレート２０の第１および第２の壁面２２および２４の一つに形成されてもよく、熱交換器およびバッテリユニット構造全体の特定的な用途および／または設計によっては望ましい場合もあることは、当業者に理解されよう。また、熱交換器構造１２を、離間された壁面２２および２４を持つ全体的に長方形の管状部材として示したが、熱交換器構造１２を、互いにろう付けされ、もしくは適切に結合されて、互いの間に流体チャネル２６が形成された１対の対応するプレートから形成してよいことは理解されよう。さらに、手短に上記したように、流体チャネル２６を流入構造２７から流出構造２８に延伸する全体的にＵ形状の流路にして、熱交換器構造１２に出入りする冷却流体が、確実に冷却プレート２０の長さの全体に沿って流れるようにしてよい。Ｕ形状の流路は、第１および第２の壁面２２および２４のそれぞれの内面に形成された互いに対応する内部方向にもたれ合うリブ（ｉｎｗａｒｄｌｙ ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｒｉｂｓ）によって形成してよく、または、流体チャネル２６内に挿入されたバッフル部材によって形成してよい。流体チャネル２６がＵ形状であろうと、その他の任意の形状であろうと、流体チャネル２６には、流体チャネル２６内に配置されたタービュライザ、または、たとえば、第１および第２の壁面２２および２４の内面に形成され内部に配置されたディンプル等の追加的な熱伝達強化装置を設けてよく、それによって、本技術分野で知られているように、熱伝達の有効性を高める作用を果たすチャネル２６を流れる流体の乱流が増える。

したがって、上記の例示的な実施形態は、関連図面に記載もしくは示した特定の構成に限定されない。さらに、第１および第２の係合装置を、凹開口１８および突部材３０をそれぞれ有するものと記載したが、第１および第２の係合装置を、バッテリユニット１１および熱交換器構造１２の互いに協働する面に設けられる任意の適切な対応し合う係合構造とすることで、バッテリユニット１１と熱交換器構造１２との機械的インターロックが形成されるようにしてよいことは理解されよう。

さらに、全体的に長方形セルの形状に形成されたバッテリユニット１１に関して例示的な実施形態を記載したが、バッテリユニット１１は、円筒状もしくは長方形状の外側ケーシングもしくは筐体、またはその他の任意の角柱形状に形成されたバッテリユニット等の多様な形状のうちの一つとして形成してよいが、これらに限定されない。

図３、図４Ａ、および図４Ｂを参照すると、本発明の別の例示的な実施形態が提示されており、各バッテリユニット１１の外側筐体１４は、円形の上面３２および下面３４を有する円筒状のカンである。この実施形態では、各バッテリユニット１１のベース部１６は、外側筐体１４の底部に一致し、上記の実施形態でのように、外側筐体１４の下面に後から取り付けられる別個に形成された部材ではない。したがって、本実施形態では、バッテリユニット１１のベース部１６は、それ自体が第１係合装置となる。

本実施形態では、熱交換器１２の冷却プレート２０は、適切な手段（つまり、溶接、ろう付け、半田付け等）によって冷却プレート２０の第１および第２の壁面２２および２４の一方の外面に取り付けられ、カラー付き開口として機能する一つ以上の環状リング３６を備える。したがって、環状リング３６は、第２係合装置を構成し、バッテリユニット１１のベース部１６を受容する大きさの内径３８を有する。したがって、バッテリユニット１１は、冷却プレート２０に設けられた対応する環状リング３６のカラー付き開口内に受容される。複数の円筒状バッテリユニット１１が設けられる場合、各バッテリユニット１１を冷却プレート２０に取り付けて「ロック」（取り外し可能または取り外し不能に）することができる。上記の実施形態でのように、冷却プレート２０上に設けられる環状リング３６の数およびそれらを冷却プレート２０上で分布および離間させる態様は、周知の熱抵抗（熱伝導）原理にしたがって最適な冷却特性が得られるように、特定的に選択する。

図４Ａおよび図４Ｂにより明確に示されているように、環状リング３６は、バッテリユニット１１の突出したベース部１６もしくは「ペグ」を受容する「ソケット」のように機能する。環状リング３６は、バッテリユニット１１の主端面（ｍａｊｏｒ ｅｎｄ）および副端面（ｍｉｎｏｒ ｅｎｄ）が交差もしくは遷移する点において、バッテリユニット１１のベース部１６の周囲を包囲する。これにより、環状リング３６は、バッテリユニット１１の長軸および短軸に沿って流れる熱を、冷却プレート２０に接するバッテリユニット１１の下面３４に、より良好に伝導することができるようになる。バッテリユニット１１と冷却プレート２０との機械的インターロックにより、これら２つの部材が相互接続される結果、バッテリユニット１１自体は、第１および第２の壁面２２および２４の外面に実際に物理的に接触してもしなくてもよく、つまり、バッテリユニット１１の下面と冷却プレート２０との間に空隙が存在してもしなくてもよい。多くの従来技術構成では、２つの対応する実質的に平坦な面どうしが実際に接触することが必要であり、２つの部材間に空隙が存在すると要求される機能を果たせない。本実施形態では、２つの部材（つまり、バッテリユニット１１および冷却プレート２０）間は、バッテリユニット１１の下面と冷却プレート２０とが実際に接触するかに拘らず、第１および第２の係合装置によって物理的に相互接続される。

上記したように、円形の上面３２および下面３４を有する円筒状カン形状の外側筐体１４を有するバッテリユニット１１と、対応する全体的に円形のカラー付き開口もしくは環状リング３６が設けられた冷却プレート２０に関連して本実施形態を記載したが、バッテリユニット１１の外側筐体１４は、正方形、長方形、三角形、もしくはその他の任意の形状の上面３２および下面３４を持つ筒状カンの形状として形成してよいことは理解されよう。同様に、カラー付き開口３６は、バッテリユニット１１の特定形状に一致するように形成してよく、図に示す円形のリングに限定されない。

図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、バッテリユニット１１と冷却プレート２０とを電気的に絶縁する必要がある用途では、バッテリユニット１１および冷却プレート２０の一方または両方の構成材料によって電気的絶縁を設けてよい。しかし、構成材料（バッテリユニット１１および冷却プレート２０の一方または両方の）の熱伝導性の低さによって十分な冷却が妨げられるような状況では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、電気的絶縁層４０を機械的インターロック領域（つまり、バッテリユニット１１と冷却プレート２０との間）に挿入してよい。

図６は、本発明に係るバッテリユニットおよび熱交換器構造のさらに別の例示的な実施形態を示す。図に示すように、いくつかの実施形態では、バッテリユニット１１（またはセル）を電流コレクタプレート４２にスポット溶接する。コレクタプレート４２には、インターロック部材を受容するための凹開口１８等の第１係合装置が含まれ、もしくは形成される。したがって、本実施形態では、コレクタプレート４２はベース部１６と均等であり、冷却プレート２０に設けられる第２係合装置と係合する第１係合装置を有し、冷却プレート２０には、コレクタプレート４２の開口１８に受容される突部材３０が形成もしくは含められる。図６では、電気的絶縁層４０が、電流コレクタプレート４２の下面と冷却プレート２０の上面もしくは外面との間に設けられるよう示されているが、絶縁層４０は必ずしも必要ではない。

図８および図９を参照すると、少なくとも一つのバッテリユニット１１および少なくとも一つの熱交換器構造１２を備える熱交換器およびバッテリユニットシステム５０のさらに別の実施形態が開示されている。

熱交換器１２は、上記したように、互いに離間された第１および第２の壁面２２および２４から形成され、その間に流体チャネル２６が規定される。熱交換器１２にはさらに流体流入口２７および流体流出口２８が設けられ、上記したように、流体チャネル２６と連通して、流体を流体チャネル２６に流入、もしくは、流体チャネルから流出するように方向付ける。第１係合装置は、第１係合装置のベースプレート５１に結合された複数の離間した凸部材５２を有する。複数の離間した凸部材５２は、バッテリユニット１１を取り外し可能に取り付けるように調整される。ベースプレート５１は凹みまたはペグを有してよく、それにより、図１を参照して記載したように、熱交換器１２に設けられる第２係合装置に結合される。

本実施形態では、各バッテリユニット１１のベース部は、前の実施形態で記載したように、外側筐体１４の底部と同じであり、外側筐体１４の下面に後から取り付けられる別個に形成された部材ではない。さらに、多様な種類のバッテリを使用することができ、たとえば、剛性のカバーまたは可撓性のポーチで形成される外側筐体を有するバッテリを使用することができる。図８および図９に示されるように、熱交換器１２のベースプレート５１は、一つの実施形態では、図８および図９に示すように、第１フィン５４および第２フィン５６を含む複数の凸部材５２を有し、第１フィン５４と第２フィン５６との間にバッテリユニット１１が取り外し可能に取り付けられる。図８では、バッテリユニット１１のいくつかを除去して、第１フィン５４および第２フィン５６を示している。他方、図９では、バッテリユニット１１が複数の凸部材５２間に存在する組み立てた状態の熱交換器およびバッテリユニットシステム５０を開示している。

複数の凸部材５２をベースプレート５１に取り付ける方法は、特に限定されない。一つの実施形態では、複数の凸部材５２は、ベースプレート５１に、ろう付け、半田付け、溶接、または機械的に取り付けられる。

図１０は、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０の別の例示的な実施形態を開示しており、第１係合装置は複数の凸部材であり、これらは、一つの例示的な実施形態では、図１０に示すように、フィン５４および５６を含み、これらには、フィン５４および５６のベース６０から突出した一つ以上のピン５８が設けられ、これによりフィン５４および５６は、たとえば、熱交換器１２の第１壁面２２に結合される。したがって、熱交換器１２の第１壁面２２には、フィン５４および５６が熱交換器１２の第１壁面２２に結合されるようにピン５８を受容する一つ以上のブラケット６２が設けられる。機械的な取り付けに加えて、フィン５４および５６を、さらに、ろう付け、溶接、または半田付けして、熱交換器が使用されていないときに、フィン５４および５６が第１壁面２２から容易に取り外れないようにすることができる。

凸部材５２に設けられるピン５８の形状および数は、特に限定されておらず、熱交換器１２、並びに、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０の特定の用途および要件にしたがって設定することができる。同様に、ブラケット６２の形状は、フィン５４および５６を第１壁面２２に結合させるべくピン５８を受容するのに十分に相補的である限り、特に限定されていない。また、ブラケット６２の数は、特に限定されておらず、フィン５４および５６を第１壁面２２に結合できる限り、ピン５８の数より多くても少なくてもよい。図１０に示す実施形態では、フィン５４および５６の端部に設けられたピン５８は、ブラケット６２に係合しない。

熱交換器１２並びに熱交換器およびバッテリユニットシステム５０では、バッテリユニット１１を凸部材５２に取り外し可能に取り付けることができる。図８および図９に開示される実施形態では、一つ以上のバッテリユニット１１を第１フィン５４と第２フィン５６との間に挟んで、一つ以上のバッテリユニット１１を摩擦力により定位置に保持することができる。フィン５４と５６との間の間隔は、特に限定されず、フィン５４および５６がバッテリユニット１１に接触してバッテリユニット１１から熱交換器１２に熱が伝達されるように、かつ、バッテリユニット１１が定位置に保持されるように設定してよい。

図１０に開示される実施形態に示すように、フィン５４および５６には、バッテリユニット１１を熱交換器１２に取り外し可能に取り付ける補助となることができる付勢手段６４を設けることができる。このような付勢手段６４は、さらに、バッテリユニット１１がフィン５４と５６との間に設置されているとき、フィン５４および５６の変形を防止する補助となることもできる。フィンに設けられる付勢手段６４は、特に限定されず、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０の特定の用途および要件に基づいて決定することができる。図１０に示す付勢手段６４は、フィン５４および５６にＳ形状構造等の蛇行した屈曲を設けることにより形成することができる。付勢手段６４の位置も特に限定されていない。一つの実施形態では、図１０に示すように、付勢手段６４は、フィン５４および５６のベース６０に設けられている。

代替的な実施形態では、バッテリユニット１１をフィン５４および５６に取り付けて、バッテリユニット１１とフィン５４および５６とでユニットを形成して、熱交換器１２の第１壁面２２に一緒に結合できるようにすることができる。この実施形態では、フィン５４および５６またはバッテリユニット１１に変形もしくは何らかの影響を受けさせることなく、バッテリユニット１１を、フィン５４および５６から分離されないように、フィン５４および５６に取り付ける。

熱交換器１２または熱交換器およびバッテリユニットシステム５０に存在するフィン５４および５６の形状および数は、特に限定されておらず、用途における要件に基づいて決めることができる。図８および図９に開示する実施形態では、フィン５４および５６は、それぞれがバッテリユニット１１の全面に接触して熱伝達を補助する平坦なプレート上の構造により形成されている。しかし、バッテリユニット１１の半面だけに接触する櫛形状のフィン構造等のその他の実施形態を使用することもできる。しかし、図８および図９に開示するフィン５４および５６は、バッテリユニット１１の全面からの熱伝達を補助することができる。さらに、第１および第２のフィン５４および５６は、図８〜図１０に示すように同一であっても、違ってもよい。

熱交換器およびバッテリユニットシステム５０におけるバッテリユニット１１の数は、特に限定されておらず、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０の用途および要件を考慮して決めることができる。一つの実施形態では、一つのバッテリユニット１１を複数の凸部材５２により取り外し可能に取り付ける。図８〜図１０に開示する実施形態では、一つ以上のバッテリユニット１１を第１フィン５４と第２フィン５６との間に設けることができる。熱交換器およびバッテリユニットシステム５０におけるバッテリユニット１１の種類も特に限定されておらず、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０の要件を考慮して決めることができる。一つの実施形態では、バッテリは、剛性の外殻を有する。別の実施形態では、可撓性のバッテリまたはバッテリユニットを使用することができる。

バッテリユニット１１からの熱伝達は、バッテリユニット１１および熱交換器１２の第１の壁面２２に接触するフィン５４および５６等の凸部材５２を通じて生じうる。フィン５４および５６に設けられたピン５８によって、熱交換器１２の第１壁面２２と接触するさらなる表面積を設けることができ、熱伝達効率の向上を補助することができる。さらにバッテリユニット１１自体が、図８および図９に示すように、熱交換器１２の第１壁面２２に接触する面を有することができる。図１０に開示する実施形態では、熱交換器およびバッテリユニットシステム５０は、熱交換器１２の第１壁面２２とバッテリユニット１１との間に空隙を有することができる。図１０に開示するような付勢手段６４は、バッテリユニット１１を熱交換器１２の第１壁面２２と接触させないようにするさらなる補助となることができる。

上に提示した多様な実施形態は単なる例であり、本発明の範囲を限定する意図はまったくない。本明細書に記載したイノベーションの変形が、当業者には明らかとなるであろうし、そのような変形は、本発明の意図した範囲に含まれる。したがって、本明細書および特許請求の範囲に記載される主題は、あらゆる適切な技術的変更を範囲に含むことが意図されることは理解されよう。

Claims (20)

1. ベース部を含む外側筐体を有する少なくとも一つのバッテリユニットと、
   離間した第１の壁面および第２の壁面を有し、前記第１の壁面と前記第２の壁面との間に流体チャネルが規定され、前記流体チャネルと連通する流体流入口および流体流出口を有する少なくとも一つの熱交換器プレートと、
   前記バッテリユニットの前記外側筐体に形成または取り付けられた第１係合装置と、
   前記熱交換器プレートの前記第１の壁面および前記第２の壁面の少なくとも一方の外面に形成された第２係合装置と
   を備え、
   前記第１係合装置および前記第２係合装置の一方が、前記第１係合装置および前記第２係合装置の他方の中に受容され、前記第１係合装置および前記第２係合装置が係合することで、少なくとも一つの前記バッテリユニットおよび少なくとも一つの前記熱交換器プレートが互いにロックされる
   熱交換器およびバッテリユニット構造。
2. 前記ベース部は、前記外側筐体とは別個に形成される請求項１に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
3. 前記バッテリユニットおよび前記熱交換器プレートは、取り外し可能に互いにロックされる請求項１または２に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
4. 前記バッテリユニットおよび前記熱交換器プレートは、取り外し不能に互いにロックされる請求項１または２に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
5. 前記ベース部は、前記外側筐体に溶接、ろう付け、または半田付けされる請求項２から４のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
6. 前記ベース部は、押し出し成形体である請求項２から４のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
7. 前記バッテリユニットは、上面および下面を有する筒形状であり、前記上面および下面は、長方形、円形、正方形、三角形、または任意のその他の角柱形状のいずれか一つの形状を有する請求項１から６のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
8. 前記第１係合装置は、凹開口の形態であり、前記第２係合装置は、凸部材の形態である請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
9. 前記第１係合装置は、前記バッテリユニットの前記外側筐体の下部にあり、前記第２係合装置は、前記バッテリユニットの前記下部を受容するカラー付き開口の形態である請求項１から７のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
10. 前記バッテリユニットの前記外側筐体は、円形の上面および下面を有する円筒状カンの形態であり、前記第１係合装置は、前記外側筐体の前記ベース部であり、前記第２係合装置は、前記熱交換器プレートの前記第１の壁面および前記第２の壁面の少なくとも一方の前記外面に取り付けられた環状リングの形態である請求項１から７および９のいずれか１項に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
11. 前記第１係合装置は、複数の離間した凸部材に結合されたベースプレートを有し、複数の離間した前記凸部材は、前記バッテリユニットを取り外し可能に取り付けるよう構成される請求項１に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
12. 前記凸部材は、フィンである請求項１１に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
13. 複数の前記凸部材は、第１フィンおよび第２フィンを含み、前記第１フィンおよび前記第２フィンは、前記バッテリユニットを取り外し可能に取り付けるケーシングを規定する請求項１１に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
14. 前記第１係合装置は、複数の離間した凸部材を含み、複数の前記凸部材のそれぞれは、前記熱交換器プレートの前記第１の壁面または前記第２の壁面に結合するための一つ以上のピンを前記凸部材のベースから突出させている請求項１に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
15. 前記凸部材は、フィンである請求項１４に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
16. 前記熱交換器プレートの前記第１の壁面は、前記一つ以上のピンを受容するための一つ以上のブラケットをさらに含む請求項１４または１５に記載の熱交換器およびバッテリユニット構造。
17. 離間した第１の壁面および第２の壁面を有し、前記第１の壁面と前記第２の壁面との間に流体チャネルが規定され、前記流体チャネルと連通した流体流入口および流体流出口を有する熱交換器プレートと、
    第１係合装置に結合するべく前記熱交換器プレートの前記第１の壁面および前記第２の壁面の少なくとも一方の外面に形成された第２係合装置と
    を備え、
    前記第１係合装置は、バッテリユニットの外側筐体に形成または取り付けられる
    熱交換器。
18. 前記第１係合装置は、凹開口の形態であり、前記第２係合装置は、凸部材の形態である請求項１７に記載の熱交換器。
19. 前記第１係合装置は、前記バッテリユニットの前記外側筐体の下部にあり、前記第２係合装置は、前記バッテリユニットの前記下部を受容するカラー付き開口の形態である請求項１７に記載の熱交換器。
20. 前記第１係合装置は、複数の離間した凸部材を含み、前記凸部材のそれぞれは、前記熱交換器プレートの前記第１の壁面または前記第２の壁面に結合するための一つ以上のピンを前記凸部材のベースから突出させている請求項１７に記載の熱交換器。

Images