JP2015536526A - エネルギ貯蔵セルおよびエネルギ貯蔵モジュール - Google Patents

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Abstract

本発明はエネルギ貯蔵セル（２）に関し、このエネルギ貯蔵セル（２）は少なくとも第１、第２、および第３の外壁（１１，１２，１３）を有する導電性ケース（８）を有し、その際に前記第１の外壁（１１）が前記第２の外壁（１２）から離間されており、また前記第３の外壁（１３）が、前記第１および第２の外壁（１１，１２）を互いに接続しており、またエネルギ貯蔵セル（２）は、前記ケース（８）の内部に配置され、陽極端子（１０）と陰極端子（１４）とを有する少なくとも一つの電気化学素子（９）、前記陽極端子（１０）に導電接続され、前記第１の外壁（１１）の表面上の陽極電流ピックアップ部（６）、および、前記第１または第３の外壁（１１，１３）に導電接続された陰極電流ピックアップ部（７）を有しており、前記陰極端子（１４）が、前記ケース（８）の内部で、前記第２の外壁（１２）に、電気も熱も伝導されるように接続されている。

Description

本発明は、エネルギ貯蔵セル、ならびに、内部にエネルギ貯蔵セルが幾つか一まとめにされているエネルギ貯蔵モジュールに関する。これらのエネルギ貯蔵セルおよびエネルギ貯蔵モジュールは、特に自動車の駆動装置へのエネルギ供給に利用されるものである。
従来型のエネルギ貯蔵セルは通常、内部に少なくとも一つの電気化学素子が収容されたケースを有している。このケース内部の電気化学素子は、陽極端子と陰極端子を有している。これらの両端子は、ケースを貫通して外部に取り廻されて、ケース外部で対応する陽極・陰極電流ピックアップ部に接続されている。この陽極・陰極電流ピックアップ部は、ケースの外面にはめ合わされている。通常ケースは、鍋型の本体部、いわゆる「キャン」を有している。この鍋型の本体部は、カバー、いわゆる「キャップ」により、封止されている。このカバーの上に、陽極・陰極電流ピックアップ部がはめ合わされている。
本発明の課題は、製造組付けコストが割安である上に、ローメンテナンス、優れた作動信頼性、さらには最適効率で動作可能な、エネルギ貯蔵セルおよびエネルギ貯蔵モジュールを提示することにある。特に本発明の課題は、それぞれの電気化学素子から出る熱を効率的に外部に排出可能なエネルギ貯蔵セルおよび付属エネルギ貯蔵モジュールを提示することにある。
この課題は、独立クレームの特徴により解決される。それぞれの従属クレームは、本発明の有利な展開構成例をその対象としている。
すなわちこの課題は、導電性ケースと、ケース内に配置される少なくとも一つの電気化学素子と、陽極電流ピックアップ部と、陰極電流ピックアップ部とを有するエネルギ貯蔵セルにより解決される。電気化学素子はケースの内部に配置されている。この素子は、陽極端子と陰極端子を有している。陽極電流ピックアップ部は、外側からケースの表面にはめ合わされて、ケースを貫通して電気化学素子の陽極端子に直接接続されている。陰極電流ピックアップ部も同様に外側からケースにはめ合わされるが、しかしながら電気化学素子の陰極端子には直接接続されていない。本発明によれば、この陰極端子は、ケースの内部でケースと接触されている。陰極電流ピックアップ部も同様にケースと接触されているために、電流は陰極端子から導電性ケースを通り陰極電流ピックアップ部に流れるようになっている。ケースは、少なくとも三つの外壁を有している。第１の外壁は第２の外璧から離間されており、また第３の外壁は、これによりケースが封止されると同時に第１の外壁が第２の外壁と接続されるように、配置されている。陽極電流ピックアップ部は、第１の外壁の表面に配置されている。陰極電流ピックアップ部は、同様に第１の外壁の表面に配置されるか、または第３の外壁の表面に配置されるかのいずれかとなっている。ケースの内部では、陰極端子が第２の外壁と、電気も熱も伝導されるように接続されている。ケースの内部の、電気化学素子を第２の外壁と接続している陰極端子は、同時に二つの機能を果たすようになっている。すなわち、電流が電気化学素子からケースを通り陰極電流ピックアップ部に流れることを保証している。それと同時に陰極端子は、電気化学素子と第２の外面間を直接、極めて良好な伝熱性を示すように接続するためにも利用されるようになっている。すなわち本発明によれば、電気化学素子の内部に発生する熱を、金属素子、すなわち陰極端子を介して、ケースの第２の外面に直接排出できるようになっている。本発明によれば、その際には同時に、第２の外面のところに電流ピックアップ部が一切位置しないことが保証されている。したがって、エネルギ貯蔵セルの冷却目的で、ケースの第２の外面を最適利用することが可能となる。このエネルギ貯蔵セルは、自動車の内部で使用され、そこでは、電動モータを介して自動車を単独で駆動するために、または自動車の駆動を支援するために利用されると好適である。
本発明にしたがったエネルギ貯蔵セルにより、電流ピックアップ部をケースの異なる外壁の表面に極めてフレキシブルに配置することが可能となる。それにより、エネルギ貯蔵セルを実に多種多様な方法で様々なモジュールへとまとめることができるために、極めて省スペース型のモジュール構造がもたらされることになる。それと同時に、最適冷却により、作動信頼性に優れた最適効率でのエネルギ貯蔵セルの動作が可能となる。本発明の枠内では、多くはエネルギ貯蔵セルの冷却について論じている。しかし当然ながら、第２の外璧および陰極端子を介して熱を供給することも可能である。
ケースの第１の外壁が、少なくとも部分的にカバーにより形成されているようにすると、有利である。陽極電流ピックアップ部は、このカバーの表面に配置されることが好ましい。陰極電流ピックアップ部もまた、このカバーの表面に位置していると非常に好ましい。このカバーは特に、相応の開口部を通して電気化学素子をケース内に嵌め込むことができるようなサイズに構成されている。陰極電流ピックアップ部がカバーの表面に配置されている場合、カバーは少なくとも部分的に導電性を示すとともに、ケースの残りの部分と導電接続されていなければならない。
ケースは角柱状に構成されていると有利であり、それによりエネルギ貯蔵セルを幾つか、極めて省スペース型に並列させることができる。これは特に直方体状の構成であるが、そこでは第１の外壁が第２の外壁に対して平行に配置されている。ケースが円筒状に構成される場合は、第１および第２の外壁が同様に互いに対して平行に離間されていることになるが、その場合は第３の外壁により側面が具現されることになる。
第２の外壁の外側の面は、電気絶縁されていることが好ましい。ここでは絶縁のためにフォイルが使用されると好適である。このフォイルは、極力薄いものでなければならず、また可能な限り熱が伝導されるように構成されなければならない。本発明によれば、第２の外璧のところに冷却装置があてがわれるようになっている。冷却装置は、大抵の場合は金属材料から構成されているために、ここでは冷却装置と第２の外壁間の電気絶縁が行われると有利である。
本発明の対象には、さらにその上に、特に自動車用のエネルギ貯蔵モジュールも含まれている。このエネルギ貯蔵モジュールは、上述のエネルギ貯蔵セルが少なくとも一つ含まれている。この限りにおいて、エネルギ貯蔵セルの枠内で提示した有利な構成形態および従属クレームは、このエネルギ貯蔵モジュールについても準用される。それ以外にもこのエネルギ貯蔵モジュールには、熱伝達面を有する冷却装置が含まれている。冷却装置のこの熱伝達面は、エネルギ貯蔵セルの第２の外壁と面同士で当接する。この熱伝達面と第２の外壁間には、フォイルによる有利な電気絶縁部が配置されることが好ましい。
エネルギ貯蔵セルが幾つか、互いに積層されて配置されており、またその際には、これらの幾つかのエネルギ貯蔵セルのそれぞれの第２の外璧に、同じ一つの共通冷却装置の熱伝達面を当接させるようにすると好ましいが、それにより、複数のエネルギ貯蔵セルのために、同じ一つの冷却装置を利用できるようになる。
この冷却装置の内部には、流体案内装置が配置されていることが好ましい。この流体案内装置により、相応の流体を介して熱を熱伝達面から外部に排出することができる。
エネルギ貯蔵セルは、リチウムイオン蓄電池として構成されていることが好ましい。
本発明のその他の細部、特徴および長所は、以下の説明および図面から明らかにされる。
本発明の一実施例にしたがったエネルギ貯蔵セルが複数備えられた、本発明にしたがったエネルギ貯蔵モジュールを示す図である。 図１に示される本発明の実施例にしたがったエネルギ貯蔵モジュールの断面略図である。
以下では図１および２に基づき、エネルギモジュール１の一実施例を示すものとする。エネルギ貯蔵モジュール１の内部には、幾つかのエネルギ貯蔵セル２が一まとめにされている。図示のエネルギ貯蔵モジュール１は、自動車の電気駆動装置への電圧供給に利用されるものである。
図１に示されるように、エネルギ貯蔵モジュール１の内部には、複数の角柱状のエネルギ貯蔵セル２が互いに隣り合って一列に積層されている。複数のエネルギ貯蔵セル２から成るこのスタックは、圧力板３と控え板４によりばらばらにならないように一つに保持されている。そこではそれぞれの圧力板３がこの控え板４により接続されている。
それぞれのエネルギ貯蔵セル２のところには、陽極電流ピックアップ部６と陰極電流ピックアップ部７が構成されている。それ以外にもエネルギ貯蔵モジュール１は、一つの共通冷却装置５を有している。この冷却装置５は、全てのエネルギ貯蔵セル２の裏面と当接している。
図２には、図式的に簡略化した図で、エネルギ貯蔵モジュール１の断面が示されている。そこではこの断面が、エネルギ貯蔵セル２の内の一つを切り取ったときの断面となっている。
図２に示されるように、エネルギ貯蔵セル２は一つのケース８を有している。このケース８は、第１の外壁１１、第２の外壁１２、および第３の外壁１３により形成されている。図示のエネルギ貯蔵セル２は、直方体状に構成されており、このため第３の外壁１３は四つの外面により形成されている。第１の外壁１１はカバーとして構成されており、ケース８を封止している。
ケース８の内部には一つの電気化学素子９が配置されている。この電気化学素子８はロール状に構成されている。この電気化学素子９に接して、陽極端子１０と陰極端子１４とが位置している。
陽極端子１０は、第１の外壁１１を貫通して突出して、陽極電流ピックアップ部６に導電接続されている。陰極電流ピックアップ部７は、陽極電流ピックアップ部６と共に、第１の外壁１１の表面にはめ合わされている。しかしながら陰極端子１４は、陰極電流ピックアップ部７には直接接続されていない。
図２に示されるように、陰極端子１４はケース８の第２の外壁１２に直接接続されている。ケース８が導電性に構成されていることによって、電流は陰極端子１４からケースを貫いて、図示の例においては第３の外壁１３を通り、陰極電流ピックアップ部７に流れるようになっている。
ケース８の第２の外壁１２は、冷却装置５の熱伝達面１５の表面に直接、面同士を当接されて載置されている。第２の外壁１２と熱伝達面１５間には、電気絶縁用の非常に薄いフォイル１６だけが配置されている。
陰極端子１４は、電気化学素子９と第２の外壁１２間の直接的な熱接続部を具現している。それにより、冷却装置５を利用して、電気化学素子９から極めて効率的に熱を排出することが可能となる。符号１７により、その際に生じる伝熱経路が図式的に書き込まれている。
この最適伝熱経路１７と同時に、陰極端子１４を介してケース８が直接接触することにより、ケース表面８上に陰極電流ピックアップ部７を概ね任意に設定することが可能となる。
１ エネルギ貯蔵モジュール
２ エネルギ貯蔵セル
３ 圧力板
４ 控え板
５ 冷却装置
６ 陽極電流ピックアップ部
７ 陰極電流ピックアップ部
８ ケース
９ 電気化学素子
１０ 陽極端子
１１ 第１外壁
１２ 第２外壁
１３ 第３外壁
１４ 陰極端子
１５ 熱伝達面
１６ フォイル
１７ 伝熱経路

Claims (9)

  1. エネルギ貯蔵セル（２）であって、
    ‐ 少なくとも第１、第２、および第３の外壁（１１，１２，１３）を有する導電性ケース（８）であって、前記第１の外壁（１１）が前記第２の外壁（１２）から離間されており、前記第３の外壁（１３）が、前記第１および第２の外壁（１１，１２）を互いに接続している、導電性ケース（８）と
    ‐ 前記ケース（８）の内部に配置され、陽極端子（１０）と陰極端子（１４）とを有する少なくとも一つの電気化学素子（９）と、
    ‐ 前記陽極端子（１０）に導電接続された陽極電流ピックアップ部（６）であって、前記第１の外壁（１１）の表面上の陽極電流ピックアップ部（６）と、
    ‐ 前記第１または第３の外壁（１１，１３）に導電接続された陰極電流ピックアップ部（７）と
    を有しており、
    ‐ 前記陰極端子（１４）が、前記ケース（８）の内部で、前記第２の外壁（１２）に、電気も熱も伝導されるように接続されている、
    エネルギ貯蔵セル（２）。
  2. 前記ケース（８）の前記第１の外壁（１１）が少なくとも部分的にカバーにより形成されていて、その際、前記陽極電流ピックアップ部（６）が前記カバーの表面に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のエネルギ貯蔵セル。
  3. 前記陰極電流ピックアップ部（７）が前記カバーの表面に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のエネルギ貯蔵セル。
  4. 前記ケース（８）が角柱状に、特に直方体状に構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵セル。
  5. 前記第１の外壁（１１）が、前記第２の外壁（１２）に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵セル。
  6. 前記第２の外壁（１２）の外面が、好適にはフォイル（１６）により電気絶縁されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵セル。
  7. 特に自動車用のエネルギ貯蔵モジュール（１）であって、
    ‐ 請求項１〜６のいずれか一項に記載のエネルギ貯蔵セル（２）を少なくとも一つ、および、
    ‐ 熱伝達面（１５）を備えた冷却装置（５）
    を有しており、
    ‐ 前記熱伝達面（１５）が前記エネルギ貯蔵セル（２）の前記第２の外壁（１２）と当接している、
    エネルギ貯蔵モジュール（１）。
  8. 前記エネルギ貯蔵セル（２）が複数積層され、その際に一つの冷却装置（５）の熱伝達面（１５）が、積載された複数のエネルギ貯蔵セル（１２）のそれぞれの第２の外壁（１２）と当接していることを特徴とする、請求項７に記載のエネルギ貯蔵モジュール。
  9. 前記熱伝達面（１５）の熱を排出するための、前記冷却装置（５）の内部の流体案内装置を特徴とする、請求項７または８に記載のエネルギ貯蔵モジュール。
JP2015537176A 2012-10-18 2013-09-17 エネルギ貯蔵セルおよびエネルギ貯蔵モジュール Pending JP2015536526A (ja)

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