JP5775138B2 - 電気エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部による、同じ方向に向けられた複数の電池セルを有する特に自動車用の電気エネルギー貯蔵装置に関する。また、本発明は、上記のタイプの電気エネルギー貯蔵装置を装備した自動車に関する。

（特許文献１）に、複数の電池セルを有する一般的な電気エネルギー貯蔵装置が開示されている。この複数の電池セルは、同じ方向に向けられ、それぞれ２つの平行な側面を有し、各電池セルが、それぞれ１つのプラス極と１つのマイナス極とを有する。この電気エネルギー貯蔵装置では、熱を伝達する目的で、黒鉛から形成された放熱器が個別の電池セルの間に配置される。

（特許文献２）には、複数の電池モジュールを有する第１の電池スタックを有する電池ユニットが開示されている。この電池ユニットでは、上記の電池モジュールはそれぞれ、１つまたは複数の電池セルを収容し、第１の電池スタックの電池モジュールが第１の電池スタック側面を画定する。さらに、この電池ユニットは、やはり複数の電池モジュールおよび関連の電池セルを有する第２の電池スタックを備える。第２の電池スタックの電池モジュールが第２の電池スタック側面を画定し、この第２の電池スタック側面は、第１の電池スタック側面から離隔されて向かい合わせに配置される。ここで、２つの電池スタックの間に、１つまたは複数の流体流路を画定する熱交換機構造が配置される。ここで、熱交換器構造は弾性変形可能であり、それにより、第１および第２の電池スタックの膨張時に押し縮めることができる。

（特許文献３）には、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された少なくとも２つの電池とを有する電池モジュールが開示されている。この電池モジュールでは、少なくとも２つの電池によって発生される熱を放散させるための冷却要素が電池の間に形成されている。ここで、少なくとも１つの冷却要素は、ｚ軸方向よりもｘ軸方向およびｙ軸方向で大きく広がっており、上記の少なくとも１つの冷却要素はさらに、ｚ軸方向よりもｘ軸方向および／またはｙ軸方向で大きい熱伝導率を有する。このようにして、指向性の放熱を生じさせることができる。

さらに、（特許文献４）には、複数の電池セルを有する電池モジュールが開示されている。この電池モジュールでは、黒鉛から形成された熱伝導体が個別の電池セルの間に配置されている。

（特許文献５）には、互いに平行に配置された相互接続された複数の電池セルを有する電池モジュールが開示されており、やはり上記の電池セルが放熱器によって互いに分離されている。同様のエネルギー貯蔵装置が、（特許文献６）にも記載されている。

さらなる電気エネルギー貯蔵装置が、（特許文献７）および（特許文献８）から公知である。

現代の高性能電池、特にハイブリッド車または電気自動車でのトラクション用電池は、電池性能を維持すること、および電池寿命を延ばすことを可能にするために冷却しなければならない。そこで、既知の電気エネルギー貯蔵装置は、通常は、スタックとして互いに隣接して配置された個別の電池セルから組み立てられている。個別の電池セルの効率的な冷却を実現することができるように、しばしば、電池セルの間に放熱器が配置される。しかし、この放熱器は、かなりの構造空間を必要とし、さらに、個別の電池セルの特に重要な領域において個別の電池セルの冷却を最適に行うことができない。

米国特許出願公開第２００６／０１３４５１４ Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第２ ３５５ ２０４ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１９５２９０ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２７９１５２ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０００９４５５ Ａ１号明細書 国際公開第２０１２／０１３７８９ Ａ１号パンフレット 米国特許出願公開第２０１２／０２３１３１５ Ａ１号明細書 国際公開第２０１１／１４６９１９ Ａ２号パンフレット

したがって、本発明は、上記のタイプの電気エネルギー貯蔵装置に関して、特に向上した性能とコンパクトな設計とによって特徴付けられる改良された実施形態を提供するという課題に取り組む。

本発明によれば、上記の課題は、独立請求項の主題によって解決される。従属請求項は、有利な実施形態に関する。

本発明は、同じ方向に向けられたポーチセルの形態の複数の電池セルを有する電気エネルギー貯蔵装置を、個別のポーチセルの間に配置された黒鉛を含む箔によって冷却し、同時に、電池セルのそれぞれのセル端子を冷却管路に伝熱可能に接続するという概念に基づく。それにより、外面で大きな面積にわたって個別の電池セルの冷却を実現することができるだけでなく、同時にまた、それぞれの電池セルのセル端子の領域での電池セルの効率的な冷却も実現することができる。したがって、全体としてエネルギー貯蔵装置の特に効率的な冷却を可能にする。個別の電池セルをポーチセルとして構成することにより、それぞれの電池セルの比較的単純な製造が可能になるだけでなく、従来は各電池セルに必要とされていたハウジングをなくすこともできるようになる。それにより、この領域でも、構造空間、さらには重量を減少させることができる。さらに、黒鉛を含む個別の箔を個別のポーチセルの間に配置することにより、他の放熱器に従来必要とされていた構造空間を大幅に縮小することができる。その理由は、黒鉛を含む箔は、従来使用されている放熱器よりもかなりコンパクトな構成を有するためである。そのような冷却箔は、さらに、ポーチセルのそれぞれの表面に最適に適合し、したがって、面接触により、最適な伝熱、すなわち最適な放熱、および熱拡散効果による良好な温度均一性を実現する。ここで、この電気エネルギー貯蔵装置に特有の利点は、冷却管路が電池セルのセル端子の領域内に設けられ、この冷却管路が、セル端子および同時に箔にも伝熱可能に接続されることにより、それぞれの電池セルの側面で大きな面積にわたって電池セルを冷却することができるだけでなく、さらに電池セルのセル端子の領域内でも最適に冷却を行うことができることである。

箔は、好適には、黒鉛粒子を含むプラスチック箔として形成される。このようにすると、電池セルの冷却のための箔を比較的安価に製造することができる。ここで、例えば、黒鉛粒子はプラスチック箔のプラスチックによって取り囲まれる。

本発明による解決策のさらなる有利な実施形態では、箔が、隣接するポーチセルのそれぞれの側面だけでなく、それぞれのセル端子も覆い、これによって冷却するように形成される。したがって、箔は、それぞれのセル端子の方向に突起部を有することがあり、これらの突起部は、冷却管路と直接接触し、さらに箔とも接触することにより、上記の端子の冷却を可能にする。

また、本発明は、上の段落で述べた有利なエネルギー貯蔵装置をハイブリッド車または電気自動車でのトラクション電池として使用するという概念に基づく。これは、ハイブリッド車または電気自動車では特に、電気エネルギー貯蔵装置が比較的大型で高性能の設計でなければならないためである。本発明によるエネルギー貯蔵装置の効果的な冷却および同時にコンパクトな設計により、このエネルギー貯蔵装置を装備されたハイブリッド車または電気自動車の性能をかなり高めることができる。その理由は、冷却が改良されることにより個別のエネルギー貯蔵装置がより高い性能を示すことに加えて、同時にまた、本発明によるエネルギー貯蔵装置のコンパクトな設計により、同じ構造空間内により多数のエネルギー貯蔵装置を配置することもできるためである。

本発明のさらなる重要な特徴および利点は、下位クレーム、図面、および図面を参照する各図の関連説明から明らかになろう。

当然、上述した特徴、および以下にさらに説明する特徴は、それぞれ提示する組合せで使用することができるだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組合せでも、または単独でも使用することができる。

本発明の好ましい例示的実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に述べる。同一または同様または機能的に同一の構成要素には同じ参照符号が付されている。

本発明による電気エネルギー貯蔵装置を示す概略側面図である。 電気エネルギー貯蔵装置の概略分解図である。

図１および図２に対応して、本発明による電気エネルギー貯蔵装置１は、複数の電池セル２を有する。電池セル２は、同じ方向に向けられ、それぞれ２つの平行な側面を有する。さらに、各電池セル２は、それぞれ１つのプラス極４と１つのマイナス極５とを有するセル端子３を有する（図２参照）。本発明によれば、電池セル２がここではいわゆるポーチセルとして形成され、黒鉛粒子１４を含む箔６が、電池セル２を冷却することを目的とする冷却箔として、１つずつ電池セル２の間に配置される。黒鉛は高い熱伝導率を有し、したがって、箔６は、電池セル２の動作中に電池セル２の内部で発生される熱を、電池セル２の側面を介して大きな面積にわたって放散させることが可能である。さらに、少なくとも１つのセル端子３の領域内に冷却管路７が設けられる。冷却管路７は、それぞれのセル端子３に伝熱可能に接続され、それと同時に箔６に伝熱可能に接続される。本発明による電気エネルギー貯蔵装置１は、本明細書で説明する設計により、多くの重要な利点を有する。第１に、箔６によって、より小さな構造空間内であるにも関わらず、個別の電池セルの冷却を大きな面積にわたって実現することが可能であり、それにより、エネルギー貯蔵装置１の性能を向上させることができ、エネルギー貯蔵装置１の構造空間要件を小さくすることができる。さらに、それぞれのセル端子３への冷却管路７の直接の伝熱接続により、側面で大きな面積にわたって電池セル２の冷却を実現することができるだけでなく、セル端子３の効率的な冷却も実現することができ、それにより、内側と外側の両方で冷却を行うことができる。さらに、電池セル２としてポーチセルを使用することにより、従来は各電池セルを収容していたハウジングをなくすことができる。ハウジングは、第１に、かなりの構造空間を必要とし、第２に、エネルギー貯蔵装置１を重く高価なものにしていた。ポーチセルは、従来の電池セル、すなわちハウジングに収容される電池セルと同じ出力であるが、はるかに安価である。

ここでは、個別の電池セル２の冷却用の箔６は、黒鉛粒子１４を中に閉じ込めた、または埋め込んだプラスチック箔として形成される。箔６をプラスチック箔として形成することにより、安価に、かつ融通を利かせて箔６を製造できるようになる。それにより、一般に、対応する射出成形機によって多様な寸法および／または寸法変化に対応することが可能である。さらに、箔６は、好ましくは、その箔６が面接触している隣接する電池セル２のそれぞれの側面を覆うだけでなく、それぞれの電池端子３も覆うように設計される。このようにすると、箔６によって、電池セル２の冷却を、電池セル２の外面の面領域で行うことも、電池セル２のセル端子３の領域で行うこともできるようになる。

電気エネルギー貯蔵装置１の構造に応じて、箔６によって互いに分離された少なくとも２つの電池セル２を互いに隣接して配置し、それらを合わせて、共通のセル端子３を有する電池モジュール１３を形成することができる。この場合、個別の電池セル２は、当然、互いに電気的に接続されなければならない。次いで、いくつかのそのような電池モジュール１３を、スタックとして互いに隣接してエネルギー貯蔵装置１内に配置することができる。ここでも、電池モジュール１３の間に、それぞれ１つのさらなる箔６を配置しなければならない。

冷却管路７は、好ましくは、矩形の外側断面と、円形の内側断面を有し、矩形または長方形の外側断面は、それぞれのセル端子３に対する面接触を可能にし、円形の内側断面は、流れに関して最適な設計である。ここで、図１を見れば分かるように、冷却管路７を通って流れるクーラントがまず入口管路８を通って流れ、それぞれの冷却管路７は、それぞれの長手方向端部で、入口側で入口管路８に接続され、出口側で反対の出口管路９に接続されている。したがって、冷却流体は、矢印１０に対応して冷却管路７を通って流れ、その際、それぞれの電池セル２の個別のセル端子３を冷却するだけでなく、同時に箔６も冷却する。箔６はさらに、個別の電池セル２に伝熱可能に接続されている。当然、本発明によるエネルギー貯蔵装置１はハウジング１１に収容され、ハウジング１１は、個別の電池セル２を一体に保持する。

最後に、図２の中央の図を見ると分かるように、箔６は、その可撓性により、それぞれの電池セル２に対して面接触することができ、セル端子３の領域内で、冷却管路７に伝熱可能に接続された突起部１２を有する。

一般に、本発明によるエネルギー貯蔵装置１は、あらゆる自動車で使用することができるが、特にハイブリッド車または電気自動車、すなわち高い電気エネルギー要件を有する自動車での使用が非常に有利である。ここで、電気エネルギー貯蔵装置１は、従来独立していた冷却概念、具体的にはセル端子３の冷却と電池セル２の面領域での冷却とを組み合わせ、それにより性能を高めることができる。また、電池セル２をポーチセルとして構成し、放熱器を箔６として構成することにより、本発明による電気エネルギー貯蔵装置１は、従来のエネルギー貯蔵装置よりもかなりコンパクトな構成になり、これは、重量および性能の面でかなりの利点をもたらす。

１ 電気エネルギー貯蔵装置
２ 電池セル
３ セル端子
４ プラス極
５ マイナス極
６ 箔
７ 冷却管路
８ 入口管路
９ 出口管路
１０ 矢印
１１ ハウジング
１２ 突起部
１３ 電池モジュール
１４ 黒鉛粒子

Claims (6)

1. 複数の電池セル（２）を有する自動車用の電気エネルギー貯蔵装置（１）であって、前記電池セル（２）が、同じ方向に向けられ、それぞれ２つの平行な側面を有し、各電池セル（２）が、それぞれ１つのプラス極（４）と１つのマイナス極（５）とを有するセル端子（３）を有し、
   前記電池セル（２）がポーチセルの形態であり、前記電池セル（２）同士の間に箔（６）が配置され、前記箔（６）が、黒鉛を含み、冷却を行う働きをし、
   電池セル（２）の少なくとも１つのセル端子（３）の領域内に冷却管路（７）が設けられ、前記冷却管路（７）が、前記セル端子（３）および前記箔（６）に伝熱可能に接続され、
   前記箔（６）が、黒鉛粒子（１４）を含む熱伝導性の黒鉛充填物を用いて、電気絶縁プラスチック箔として形成されており、
   更に、前記箔（６）は、隣接する前記電池セル（２）のそれぞれの側面だけでなく、それぞれのセル端子（３）も覆い、これにより冷却するように形成してあり、
   前記箔（６）は、前記セル端子（３）に対応して設けた突起部（１２）を有し、該突起部（１２）が前記セル端子（３）を覆うように形成してある、ことを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置（１）。
2. 箔（６）によって互いに分離された前記少なくとも２つの電池セル（２）が、互いに隣接して配置され、前記電池セル（２）が合わさって、共通のセル端子（３）を有する電池モジュール（１３）を形成することを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置。
3. 前記電気エネルギー貯蔵装置（１）内に少なくとも２つの電池モジュールが設けられ、２つの電池モジュール（１３）の間に、それぞれ１つのさらなる箔（６）が配置されることを特徴とする請求項２に記載の電気エネルギー貯蔵装置。
4. 前記冷却管路（７）が、長方形の外側断面、および／または円形の内側断面を有す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電気エネルギー貯蔵装置。
5. ハイブリッド車または電気自動車でのトラクション電池の形態であ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電気エネルギー貯蔵装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気エネルギー貯蔵装置（１）を備える、少なくともハイブリッド車または電気自動車を含む自動車。

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