JP2023537089A - １つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セルのための温度調節装置 - Google Patents

Abstract

【解決手段】１つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セル１のための温度調節装置が記載されており、この温度調節装置が、基礎本体２を有しており、この基礎本体が、前記電池セル１の周囲側の囲繞のために、それぞれ１つの接合軸線３に関して対の状態で向かい合って位置する貫通開口部４を有しており、且つ、前記接合軸線３に対して横向きに延びている、温度調節液体のための流動通路５を形成している。電池モジュールの個々の電池セルの同時に良好で均一な温度調節の際に、この電池モジュールの内部の低減された温度の相違を可能とするために、前記流動通路５は、前記接合軸線３に対して横向きに延びており且つ前記電池セル１のための貫通開口部４を有する膜体６によって、少なくとも２つのチャンバー７、８に分離されていることが提案される。

Description

本発明は、１つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セルのための温度調節装置に関し、
この温度調節装置が、基礎本体を有しており、この基礎本体が、
前記電池セルの周囲側の囲繞のために、それぞれに１つの接合軸線に関して、対の状態で向かい合って位置する貫通開口部を有しており、且つ、前記接合軸線に対して横向きに延びている、温度調節液体のための流動通路を形成している。

特許文献１から、１つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セルのための温度調節装置は公知である。
この温度調節装置は、この目的のために、２つの部材から成るように形成された基礎本体を有しており、この基礎本体が、電池セルの周囲側の囲繞のために、それぞれに１つの接合軸線に関して、対の状態で向かい合って位置する貫通開口部を形成している。基礎本体は、電池セルと共に、温度調節液体のための流動通路を区画し、この温度調節液体が、これら電池セルに向かって、これら電池セルの接合軸線に対して横向きに直接的に打ち寄せる。
確かに、電池セルと貫通開口部との間の密閉は、温度調節液体の必要な作動圧力において、技術的に手間暇がかかるが、しかしながら、外被側のほとんど完全な、電池セルの周囲流動によって、中間に位置する冷却導管無しに、個々の電池セルの均等に良好な温度調節が行われ得る。但し、それによって、温度調節液体が、流動方向において次第に加熱され、従って、流動方向における冷却能力が減少することは欠点である。
このことは、結果として、特に電池セルを有するモジュールにおいて、温度調節液体流入側に配置された電池セルと、温度調節液体流出側に配置された電池セルとの間の温度の相違が生じることを招く。そのような温度差は、低減された出力効率と同様に、電池モジュールの加速された劣化をも誘起する。

１つのモジュールの内部の全ての電池セルを、ほぼ同じ冷却能力でもって負荷するために、特許文献２から公知の温度調節装置は、電池セルの長手方向に対して横向きに延びる２つの冷却導管を有しており、その際、両方の冷却導管が、冷却されるべきそれぞれの電池セルと、熱伝達のために接触されている。
冷却導管内において延びる温度調節液体の流動方向が、互いに逆方向であることは可能である。このことによって、確かに、このモジュールの内部でのより少ない温度の相違が達成されるが、しかしながら、個々の電池セルは、自体、増大された熱的な負荷に曝されている。何故ならば、温度調節液体と電池セルとの間の熱交換が、ただ冷却導管の接触位置だけを介して行われ得るからである。
このことは、より低い冷却能力という結果だけでなく、個々の電池セルの不均等な冷却という結果も招き、このことが、これら電池セルの加速された劣化と、より低い可能な電気的な負荷とを誘起する。

オーストリア国特許発明第５２０９２０号明細書 独国特許出願公開第１０２０１３２２５５２１Ａ１号明細書

これに伴って、本発明の根底をなす課題は、冒頭に記述された様式の温度調節装置を提案することであり、この温度調節装置が、電池モジュールの個々の電池セルの同時に良好で均一な温度調節の際に、この電池モジュールの内部の低減された温度の相違を可能とする。

この提示された課題は、前記流動通路が、前記接合軸線に対して横向きに延びており且つ前記電池セルのための貫通開口部を有する膜体によって、少なくとも２つのチャンバーに分離されていることによって解決される。
本発明は、正に、円筒形の電池セルにおいて、長手方向もしくは接合方向における熱伝達がこの方向に対して横向きの熱伝達よりも明確に良好に行われ、このことが巻回されたセル芯部の積層形状の構造によって理由付けられていることの認識を基礎としている。本発明に従う特徴の結果として、それぞれの電池セルは、この電池セルの接合軸線に沿って、全てのチャンバー内において温度調節液体によって周囲を流過され、その際、チャンバーの少なくとも１つの第１のグループ内における温度調節液体が、チャンバーの第２のグループ内における温度調節液体に対して逆方向に流動する。
極めて簡単な方法において、２つのチャンバー、即ち流入チャンバーと還流チャンバーとが設けられており、これらが、膜体によって互いに分離されていることは可能である。しかしながら、同様に複数の膜体が設けられていることも可能であり、これら膜体が流動通路を複数のチャンバーに分離する。この場合に、それぞれにただ１つだけの膜体によって区画された外側に位置するチャンバーが、流入チャンバーと還流チャンバーとを形成することは可能である。
特に有利な温度調節装置は、２つの隣接するチャンバーの、温度調節液体の流動方向が、互いに反対方向を指向している場合に与えられる。それぞれに流入する温度調節液体と還流する温度調節液体との間の温度差は、電池セルの接合軸線の方向における、電池セルの内部の良好な熱伝達によって均一化される。
更に、膜体は、個々のチャンバーの間の少ない圧力差と、これと関連する少ない機械的な負荷とに基づいて薄く保持され得、従って、貫通開口部の領域内において位置する、それぞれの電池セル外被の周囲を洗流されない領域が小さいままである。これに伴って、一方では、温度調節装置の内部の温度の相違は最小限に減らされ、且つ、他方では、個々の電池セルの良好で均一な温度調節が達成される。
既に基礎本体が、流動通路内において、温度調節液体のための相応する密閉部を有する必要があることによって、この密閉部に関しての付加的な膜体により、如何なる余分な経費も誘起しない。

これらチャンバーの間の圧力差が、流動通路と基礎本体外側との間の圧力差とは異なり比較的に小さいので、膜体によるチャンバーの密閉に対して比較的に少ない要求が存在する。基礎本体外側との間の圧力差は、本発明の典型的な使用の際に、これらチャンバーの間の圧力差の１０倍以上になる可能性がある。
従って、前記基礎本体の前記貫通開口部が、基礎本体密閉材を備えていることは可能であり、この基礎本体密閉材が、前記膜体の前記貫通開口部において配置された膜体密閉材よりも大きな圧力差に耐える。
基礎本体密閉材が、通常、比較的に大きな面圧を有する環状密閉材、もしくは、相前後して位置する複数の密閉材から成る組み合わせであるのに対して、膜体密閉材が簡単な密閉リップを形成することは可能であり、この密閉リップが、特に簡単な実施形態において膜体自体によって形成される。

チャンバーのために別個の流入口と流出口とが設けられている場合、膜体は、電池セルのための貫通開口部を除いて閉鎖されていることは可能である。
密閉経費を更に低減するために、前記膜体が、少なくとも２つの前記チャンバーを結合する流動開口部を有していることは、提案される。流入口と、流出口と、流動開口部とのそれぞれの位置決めに応じて、これに伴って、個々のチャンバー内において異なる流動方向、および、従って、異なる温度状況が達成され得る。

複数の温度調節装置を簡単な方法において結合可能とするために、前記基礎本体が、流入チャンバーと流動結合される流入口、および、還流チャンバーと流動結合される流出口を有していることは、提案される。
流入チャンバーとして、基本的に、本発明の範囲内において、１つのチャンバーが理解され、このチャンバー内において、温度調節液体が、還流チャンバーとの比較において、予め与えられた目標温度に対してより小さな温度差を有している。それに応じて、流入チャンバーは流入側に、および、還流チャンバーが還流側に配置されている。
この関連において、種々の実施形態は可能であり、これら実施形態が、以下で詳細に説明される。

個々の温度調節装置の場合、または、直列に相前後して接続された複数の温度調節装置の完結として、前記膜体が、前記流入チャンバーと還流チャンバーとを結合する流動開口部を有しており、この流動開口部が、前記基礎本体の前記流入口および流出口から、前記接合軸線に対して横向きに離間されていることは可能である。
その結果として、流入口を介して流入する温度調節液体は、流入チャンバーを通って、第１の流動方向において流動し、膜体内における流動開口部を通り抜けて、還流チャンバー内へと流入し、且つ、そこで、第１の流動方向とは逆に流出口へと還流する。流入口と流出口とは、この目的のために、膜体に関して向かい合って位置しており、且つ、有利には、接合軸線に対して平行な、共通の軸線上に位置している。膜体の流動開口部が、第１の流動方向において、流入口もしくは流出口と向かい合って位置する、基礎本体の側に設けられていることは可能である。

特に有利な実施形態において、前記基礎本体が、少なくとも２つの流入口を有しており、これら流入口が、少なくとも２つの流出口と、前記接合軸線の方向において、即ち膜体に関して、向かい合って位置することは可能である。
このことは、それぞれに、少なくとも２つの流出口もしくは流入口が、膜体に関して、基礎本体の同じ側で配置されていることを意味する。このようにして、流入チャンバーおよび還流チャンバー内において、互いに対して逆の２つの流動方向、即ち、それぞれに流入口からこの場合に有利には膜体内における中央に配置されている流動開口部への、および、更に互いに向かい合って位置する少なくとも２つの流出口への流動方向の形成という事態となる。
これに伴って、それぞれに、流動開口部から流入口および流出口へと形成する両方の温度調節装置半分体は、逆流内において、即ち、流入側で流入チャンバー内においてそれぞれの流入口から流動開口部へのおよび流出側で還流チャンバー内において流動開口部からそれぞれの流出口への逆流内において、温度調節される。

複数の温度調節装置を、特に有利な方法において、互いに結合するために、流入口と流出口とが、前記接合軸線の方向においてと同様にこの接合軸線の方向に対して横向きにも、即ち膜体に関して前記基礎本体の同じ側に配置されていることは提案される。
このようにして、隣接する２つの温度調節装置が、ただ１つだけの結合位置を介して、即ち、相並んで配置されている流入口と流出口との領域内において、互いに流動結合されることは可能である。有利な実施形態において、温度調節装置の流入口と流出口とは、接合軸線の方向において延びており、且つ、電池セルのために流動開口部を有する、基礎本体の側に位置している。
この場合に、流入チャンバーおよび還流チャンバー内における電池セルに向かっての逆方向の流入のために、流入口かそれとも流出口が、これらチャンバーの内の一方のチャンバーを、それぞれの他方のチャンバーとの流動結合を形成するために貫通する。

結合位置のための更によりコンパクトな構造様式を達成するために、流入口と流出口とは、それぞれに１つの接続部片を形成し、一方の前記接続部片が、他方の前記接続部片を通って延びている。その際、一致する流動速度を達成するために、両方の接続部片に自由な断面は、値的に一致することは提案される。
１つの温度調節装置が、更に別の温度調節装置と結合されるべき場合、これら温度調節装置は、それぞれに、二重管体の様式で構成された２つのこれら接続部を有しており、その際、これら接続部が、接合軸線の方向においてと同様に、この接合軸線に対して横向きにも、基礎本体のそれぞれに他方の側において配置されている。
そのように互いに結合された複数の温度調節装置の内部での温度の相違を防止するために、一方の接続部において、流入口の接続部片が、流出口の接続部片を通って延びていることは可能であり、および、他方の接続部において、流出口の接続部片が、流入口の接続部片を通って延びていることは可能である。

温度調節装置の簡単なアセンブリ化を可能とするために、前記基礎本体が、互いに前記接合軸線の方向において向かい合って位置する２つの密閉要素を備えていること、および、
前記密閉要素の内の少なくとも１つの密閉要素が、前記流動通路内へと突出する、前記膜体のための保持ピンを有していること、は提案される。
基礎本体は、それに従って、２つの部材から成るように構成されている。このようにして、これら密閉要素は、間隔保持体によって分離された１つまたは複数の膜体の介在のもとで組み立てられ、それに従って、電池セルが、密閉要素もしくは膜体のそれぞれの貫通開口部を通って案内され得る。
膜体をこの接合プロセスにおいてと同様に温度調節装置の作動の間じゅうも支持するために、少なくとも１つの密閉要素は、流動通路内へと突出する保持ピンを有しており、これら保持ピンに膜体が載置している。有利には、両方の密閉要素から保持ピンが突出しており、これら保持ピンの間で、膜体が案内されている。

膜体の支持部によって、同時に温度調節液体と電池セルとの間の熱伝達の改善が可能とされるために、前記保持ピンが、前記温度調節液体のための流動分配装置を形成することは可能である。この処置の結果として、電池セル外被からの温度調節液体の早期の剥離は防止され、且つ、これに伴って、熱伝達を不利な方法において影響を及ぼす死水の形成は防止される。

図面内において、本発明の対象が例示的に図示されている。

本発明に従う温度調節装置の、途切れて描かれた断面図である。 第１の実施形態における、複数の温度調節装置の概略的な配置の図である。 第２の実施形態における、複数の温度調節装置の概略的な配置の図である。 第３の実施形態における、複数の温度調節装置の概略的な配置の図である。

１つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セル１のための本発明に従う温度調節装置は、特に図１から見て取れ得るように、基礎本体２を有している。この基礎本体２は、電池セル１の周囲側の囲繞のために、それぞれ１つの接合軸線３に関して対の状態で向かい合って位置する貫通開口部４を備えており、且つ、これら電池セル１と共に、接合軸線３に対して横向きに延びている、温度調節液体のための流動通路５を区画している。
１つのモジュールへと組み立てられた電池セル１の間の少ない温度の相違を引き起こすため、および、同時に個々の電池セル１の均一な温度調節を可能とするために、流動通路５は、電池セル１の接合軸線３に対して横向きに延びている膜体６を有しており、この膜体が、流動通路５を、複数のチャンバー７、８、例えば流入チャンバー７および還流チャンバー８に分離し、且つ、その内において電池セル１のための貫通開口部４が設けられている。
それぞれの流入チャンバー７もしくは還流チャンバー８内において流動する温度調節液体の流動方向は、互いに逆方向である。この処置の結果として、それぞれの電池セル１は、流入チャンバー７内における温度調節液体によってと同様に、還流チャンバー８内における温度調節液体によっても周囲を流過される。温度調節液体の温度が、冷却の場合に流動方向において上昇し、且つ、流入チャンバー７もしくは還流チャンバー８内における流動が互いに逆方向に延びているので、それぞれの電池セル１は、ほぼ同じ冷却能力によって負荷され、この冷却能力が、流入チャンバー７もしくは還流チャンバー８の冷却能力の平均値に相応する。

基本的に、基礎本体外側と流動通路５との間の圧力差は、流入チャンバー７と還流チャンバー８との間の圧力差よりも大きい。このことは、膜体密閉材９が、基礎本体密閉材１０よりも小さな圧力差に耐える必要があるということを結果として招く。膜体密閉材９が、これに伴って、簡単な密閉リップを備えることは可能であり、それに対して、基礎本体２のために、比較的に大きな面圧を有する二重リング密閉材が設けられていることは可能である。

基礎本体２が、流入チャンバー７と流動結合される流入口１１、および、還流チャンバー８と流動結合される流出口１２を有する場合、複数の温度調節装置が互いに結合されることは可能である。

図１から更に見て取れるように、膜体６は流動開口部１３を有しており、この流動開口部が、流入チャンバー７を、還流チャンバー８と流動結合する。流入チャンバー７もしくは還流チャンバー８を通って、それに従って、同じ温度調節液体が流動し、この温度調節液体が、流入口１１を介して、流入チャンバー７を通って、第１の流動方向において流動し、膜体６内における流動開口部１３を通り抜けて、還流チャンバー８内へと流入し、且つ、そこで、第１の流動方向とは逆に、流出口１２へと還流する。
流動開口部１３が、流入口１１および流出口１２から、接合軸線３に対して横向きに離間されていることによって、温度調節液体に、所望された流動経過が予め設定される。流動開口部１３が、例えば図１に従い、基礎本体２の流入口１１もしくは流出口１２と向かい合って位置する側において設けられていることは可能である。

図２は、第１の実施形態における、複数の本発明に従う温度調節装置の概略的な配置を示している。その際、第１の温度調節装置Ｔ１の流出口１２は、後続の温度調節装置Ｔ２を通って延びている結合管１４を介して、次の次の第３の温度調節装置Ｔ３の流入口１１と、第１の温度調節循環経過の形成のもとで結合されている。
温度調節装置Ｔ４の流出口１２が、温度調節装置Ｔ３を貫通する結合管１４を介して、温度調節装置Ｔ２の流入口１１と結合されている場合、第２の温度調節循環経過は、類似の方法において与えられる。

図３は、本発明に従う温度調節装置の第２の実施形態を示しており、この実施形態において、基礎本体２が、２つの流入口１１と２つの流出口１２とを有していることは可能である。流入口１１と流出口１２とは、接合軸線３の方向において、もしくは、膜体６に関して、向かい合って位置する。
特に有利な流動挙動は、その際、流動開口部１３が、膜体６内における中央に配置されている場合に与えられる。第１の温度調節装置Ｔ１の膜体６の共通の側で位置する流出口１２が、この第１の温度調節装置に引き続いての温度調節装置Ｔ２の流入口１１と、結合管１４を介して流動結合されるというやり方で、この実施形態の相前後して連続する２つの温度調節装置は、互いに結合されている。
この処置の結果として、流入チャンバー７と還流チャンバー８との内において、互いに反対の２つの流動方向の形成という事態になり、このことによって、それぞれに互いに依存しない、逆流原理でもって温度調節可能な、２つの温度調節装置半分体が与えられる。
このことが、例えば１つのモジュールへと組み立てられた電池セル１が基礎本体外側から不均等な温度負荷に曝されている場合に有利であることは可能である。図３から見て取れるように、同様に温度調節装置の第２の実施形態が更に別の温度調節装置と接続されていることも可能である。

図４は、本発明に従う温度調節装置の更に別の実施形態を示しており、この実施形態において、流入口１１と流出口１２とが、基礎本体２の同じ側で、即ち、接合軸線３の方向において同じ側と同様に接合軸線３の方向に対して横向きの同じ側でも、配置されている。有利には、流入口１１と流出口１２とは、基礎本体２の貫通開口部４を有する側に位置する。
この方法で、２つの隣接された温度調節装置は、１つの流入口１１および流出口１２を備えるただ１つだけの結合位置を介して互いに流動結合され得る。流入口１１と流出口１２とのための接続部１５は、その際、２つの接続部片１６、１７を備えており、これら接続部片の内の１つの接続部片によって、他方の接続部片が貫通されていることは可能である。図４内において図示されているように、内側の接続部片１６は、第１の温度調節装置Ｔ１の流入チャンバー７を、第２の温度調節装置Ｔ２の流入チャンバー７と結合しており、それに対して、外側の接続部片１７が、この温度調節装置Ｔ２の還流チャンバー８を、この温度調節装置Ｔ１の還流チャンバー８と結合している。
外側の接続部片１７は、その際、内側の接続部片１６を囲繞しており、この内側の接続部片が、反対に外側の接続部片１７を貫通している。接続部片１６、１７が、この実施形態において、しかしながら、同様に相並んで配置されることも可能である。
この実施形態において、流入分岐部を還流分岐部と結合するために、最後の温度調節装置Ｔ４が、ただ１つだけの接続部１５を接続位置として有することは可能であり、それに対して、この温度調節装置Ｔ４の膜体６が、流入チャンバー７を還流チャンバー８と結合する流動開口部１３を有している。上記のことに対して、先行する温度調節装置Ｔ１～Ｔ３の流入チャンバー７と還流チャンバー８とは、流動開口部１３を介して、互いに流動結合されていない。
このようにして、温度の相違は、同様に、相前後して接続された複数の温度調節装置の間で低減され得る。

図１から見て取れるように、基礎本体２は、２つの密閉要素１８を備えており、これら密閉要素が、互いに、接合軸線３の方向において向かい合って位置している。これら密閉要素１８の内の少なくとも１つの密閉要素が、流動通路５内へと突出する保持ピン１９を有していることは可能であり、これら保持ピンが膜体６を支持する。
同様に両方の密閉要素１８が保持ピン１９を有することも可能であり、従って、これら保持ピンの間で締め付けられることは可能である。

最適な流入挙動を電池セルに対して調節可能とするために、保持ピン１９が、温度調節液体のための流動分配装置を形成することは可能である。

Claims (10)

1. １つのモジュールへと組み立てられた個々の電池セル（１）のための温度調節装置であって、
   この温度調節装置が、基礎本体（２）を有しており、この基礎本体が、
   前記電池セル（１）の周囲側の囲繞のために、接合軸線（３）の方向において、対の状態で向かい合って位置する貫通開口部（４）を有しており、且つ、前記接合軸線（３）に対して横向きに延びている、温度調節液体のための流動通路（５）を形成している、上記温度調節装置において、
   前記流動通路（５）が、前記接合軸線（３）に対して横向きに延びており且つ前記電池セル（１）のための貫通開口部（４）を有する膜体（６）によって、少なくとも２つのチャンバー（７、８）に分離されている、
   ことを特徴とする温度調節装置。
2. 前記基礎本体（２）の前記貫通開口部（４）は、基礎本体密閉材（１０）を備えており、
   この基礎本体密閉材が、前記膜体（６）の前記貫通開口部（４）において配置された膜体密閉材（９）よりも大きな圧力差に耐えることを特徴とする請求項１に記載の温度調節装置。
3. 前記膜体（６）は、少なくとも２つの前記チャンバー（７、８）を結合する流動開口部（１３）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の温度調節装置。
4. 前記基礎本体（２）は、流入チャンバー（７）と流動結合される流入口（１１）、および、還流チャンバー（８）と流動結合される流出口（１２）を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の温度調節装置。
5. 前記膜体（６）は、前記流入チャンバー（７）と還流チャンバー（８）とを結合する流動開口部（１３）を有しており、
   この流動開口部が、前記基礎本体（２）の前記流入口（１１）および流出口（１２）から、前記接合軸線（３）に対して横向きに離間されていることを特徴とする請求項４に記載の温度調節装置。
6. 前記基礎本体（２）は、少なくとも２つの流入口（１１）を有しており、これら流入口が、少なくとも２つの流出口（１２）と、前記接合軸線（３）の方向において向かい合って位置することを特徴とする請求項５に記載の温度調節装置。
7. 流入口（１１）と流出口（１２）とは、前記接合軸線（３）の方向においてと同様にこの接合軸線（３）の方向に対して横向きにも、前記基礎本体（２）の同じ側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の温度調節装置。
8. 流入口（１１）と流出口（１２）とは、それぞれに１つの接続部片（１６、１７）を形成し、一方の前記接続部片（１６）が、他方の前記接続部片（１７）を通って延びていることを特徴とする請求項７に記載の温度調節装置。
9. 前記基礎本体（２）は、互いに前記接合軸線（３）の方向において向かい合って位置する２つの密閉要素（１８）を備えていること、および、
   前記密閉要素（１８）の内の少なくとも１つの密閉要素が、前記流動通路（５）内へと突出する、前記膜体（６）のための保持ピン（１９）を有していること、
   を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の温度調節装置。
10. 前記保持ピン（１９）は、前記温度調節液体のための流動分配装置を形成することを特徴とする請求項９に記載の温度調節装置。

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