JP6668335B2 - グラファイト熱電および／または抵抗熱管理システムならびに方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１４年９月１２日に出願され、「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＧＲＡＰＨＩＴＥ ＴＨＥＲＭＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＡＮＤ ＲＥＳＩＳＴＩＶＥ ＴＨＥＲＭＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＤＥＶＩＣＥ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」と題された、米国仮特許出願第６２／０５０００１号の利益を米国特許法第１１９（ｅ）条の下で主張し、その開示内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す。

［技術分野］
本開示は、概して、限定されないが、電池を含む電気装置の熱管理（たとえば加熱および／または冷却）に関する。

パワーエレクトロニクスおよび電池などの他の電気装置は、過熱、低温、極端な温度、および動作温度範囲に敏感となり得る。装置が、推奨される温度範囲外で動作する場合、そのような装置の性能は、時にひどく、低下する。半導体装置の場合、集積回路のダイが過熱または誤動作し得る。たとえば、電化された自動車または電気自動車における自動車適用のために使用される電池を含む電池の場合、電池セルおよびその構成要素は、過熱または過冷却されると劣化し得る。そのような劣化は、電池蓄電容量の減少、および／または複数のデューティサイクルに亘る電池の再充電能力の低下として現われ得る。

大規模なシステム（たとえば、電気自動車に使用されるリチウム系電池を含む）に使用されるための高性能電池は、電池および／または格納システムの熱管理を望ましいものにする、いくつかの特質を有する。高性能電池の充電特性は、昇温状態において変化し、最適範囲外の温度（たとえば、高すぎる、または低すぎる温度）で充電または放電されると、電池のサイクル寿命を著しく低下させる原因となり得る。たとえば、一部のリチウム系電池のサイクル寿命は、およそ５０℃で繰り返し充電された場合、５０％を超えて低下した。サイクル寿命は大幅に減少し得るため、充電温度が適切な範囲内で制御されない場合、電池の生涯コストは大きく増加し得る。また、一部の高性能電池は、およそ−３０℃より低い温度のような、低すぎる温度で充電または動作された場合、性能の低下を示し、破損する可能性がある。さらに、高性能電池および高性能電池のアレイに、電池を回復不能に破損または破棄し得る熱的事象が起こる可能性があり、温度過上昇状態は、火災および他の安全性に関わる事象を引き起こし得る。

以下に続く発明の概要および詳細な説明のための簡潔な状況を導入するために、この背景技術の項は提供される。背景技術の項は、請求項の内容を、本明細書において提示される欠点または問題のいずれか、または全てを解決する実施に限定するものとして見られることを意図しない。

パワーエレクトロニクスおよび他の電気装置の熱条件を管理することは有利となり得る。熱管理は、過熱、過冷却、および電気装置の劣化の発生率を減少させ得る。本明細書において説明される、いくつかの実施形態は、著しい電力を伝導する、ならびに／または高電流および高効率を要する装置（たとえば、電力増幅機、トランジスタ、変圧器、電力インバータ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電動機、高出力レーザおよび発光ダイオード、電池など）の熱管理を提供する。そのような装置を熱管理するために、対流空気および液体冷却、対流冷却、液体噴流を用いた噴霧冷却、ボードおよびチップケースの熱電冷却、ならびに他の解決策を含む、幅広い範囲の解決策が使用されてもよい。本明細書において開示される、少なくとも一部の実施形態は、電気装置を加熱または冷却するための既存の技術と比較して、以下の利点、すなわち、電力効率の上昇、維持費の低減もしくは削除、信頼性の向上、耐用期間の延長、構成要素の減少、可動部の減少もしくは除去、加熱および冷却の動作モード、他の利点、または利点の組み合わせ、の少なくとも１つを提供する。

電気装置熱管理システムが開示される。いくつかの実施形態では、電気装置は電池である。電池熱管理システムは、積層される電池セルの間に位置決めされる１つまたは複数のヒートスプレッダを含んでもよい。１つまたは複数のヒートスプレッダは、加熱器および／または冷却器として機能してもよい、１つまたは複数の熱分解グラファイトシートを有してもよい。電池熱管理システムの加熱モードでは、ヒートスプレッダが抵抗加熱器として機能するように、電流がヒートスプレッダを（たとえば、グラファイトシートおよび／または基板を通って）流れてもよい。電池熱管理システムの冷却モードでは、ヒートスプレッダは、電池セルから離れてヒートシンクに熱を伝達してもよい。

いくつかの実施形態では、熱電装置が、１つまたは複数のヒートスプレッダに取り付けられてもよい。加熱モードでは、１つまたは複数の熱電装置が、熱を熱源から１つまたは複数のヒートスプレッダに伝達してもよく、ヒートスプレッダは、熱を電池セルへと伝達する。冷却モードでは、１つまたは複数の熱電装置が、熱を電池セルから伝達する１つまたは複数のヒートスプレッダからヒートシンクに熱を伝達してもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは複数の熱／電気コネクタが、ヒートスプレッダのグラファイトシートの間に位置決めされてもよい（たとえば、熱／電気コネクタが、グラファイトシートに対し略平行に延びる平面に対し直交して延びる）。１つまたは複数の熱／電気コネクタは、ヒートスプレッダの熱／電気効率を高めるために、グラファイトシートの層の間で（たとえば平行面に対し直交方向に）熱または電子を伝達する。ヒートスプレッダは、電気装置および／または熱管理システムの他の構成要素への１つまたは複数の接続を含んでもよい。ヒートスプレッダの１つまたは複数の接続は、ヒートスプレッダの、システムの他の構成要素との熱／電気連通効率を高めるための熱／電気コネクタを含んでもよい。

本開示によると、電池セルの温度を管理するように構成される熱電電池熱管理システムは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、電池セルの温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダ、主側面および廃熱側面を備える熱電装置であって、熱電装置が、熱電装置へ電流を印加する際に、熱電装置の主側面と廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、熱電装置の主側面が、熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって、電池セルを加熱または冷却するために、ヒートスプレッダと熱連通する、熱電装置、および／または、加熱モードもしくは冷却モードで動作するように構成される熱管理制御装置、のうちの１つまたは複数を含む。ヒートスプレッダは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、電池セルの温度敏感領域と熱連通し、ヒートスプレッダに沿って略平行に延在する複数のグラファイトの層を備え、熱エネルギーおよび電流を、グラファイトの層に略平行の平面に沿って伝達するように構成される熱分解グラファイト、複数のグラファイトの層の間にあり、複数のグラファイトの層の間で熱エネルギーを伝達するように構成され、平面に略直交に熱エネルギーを伝達するように構成される複数の熱エレベータ、ならびに／または、熱分解グラファイトおよび複数の熱エレベータと熱連通する導体であって、導体を介して熱分解グラファイトを通して電流を印加する際に電池セルを加熱するために、熱分解グラファイトと電気連通する導体、のうちの１つまたは複数を含む。加熱モードでは、電流が導体を介してヒートスプレッダに印加されるとき、電流が第１の極性で熱電装置に印加されるとき、または、電流が導体を介してヒートスプレッダに印加され、および第１の極性で熱電装置に印加される、両方のとき、電池セルが、電池セルの温度敏感領域に熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって加熱される。冷却モードでは、電流が第２の極性で熱電装置に印加されるとき、電池セルが、電池セルの温度敏感領域から離れるように熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって冷却される。

いくつかの実施形態では、熱電電池熱管理システムは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、ヒートスプレッダが、第１側面および第２側面を備え、第１側面は、第２側面に実質的に対向していること、ヒートスプレッダが、ヒートスプレッダの第２側面上の熱分解グラファイトと熱および電気連通する他の導体を備え、導体は、ヒートスプレッダの第１側面上にあること、加熱モードでは、複数のグラファイトの層に沿ってヒートスプレッダの第１側面から第２側面へと電流が流れるように、導体および他の導体を介して熱分解グラファイトに電流が印加されるとき、電池セルが加熱されること、他の導体が、熱管理制御装置を備えるプリント回路基板に電気接続するように構成される電気接合部を備え、電気接合部は、ヒートスプレッダに電流を供給するように構成されること、電池セルおよびヒートスプレッダが、電池ケース内に位置決めされること、導体は、ヒートスプレッダを電池ケースに対し物理的に取り付けるために、電池ケースに付着するように構成されること、電池ケース上に、導体と嵌合するように構成されるサーマルインターフェース、導体は、第１機械式コネクタを備えること、サーマルインターフェースは、導体を電池ケースに付着させるために第１機械式コネクタと嵌合するように構成される第２機械式コネクタを備えること、第１機械式コネクタは、雄の蟻継ぎ型接続部を備え、第２機械式コネクタは、導体を電池ケースに付着させるために、雄の蟻継ぎ型接続部を受容するように構成される雌の蟻継ぎ型接続部を備えること、電池ケースが、熱エネルギーを電池ケース内外に伝達するように構成されるサーマルウインドウを備え、サーマルウインドウは、サーマルインターフェースと熱連通すること、電池ケースが、サーマルウインドウ内に熱基材を備え、熱基材は、電池ケース内に物理的な障壁を設けながらも、熱エネルギーを電池ケース内外に伝達するように構成されること、熱電装置の主側面が、導体およびサーマルインターフェースを介して、熱電装置の主側面とヒートスプレッダとの間で熱連通を提供するために、熱基材と熱連通すること、熱電装置が、電池ケースの外部に位置決めされること、電池ケースに付着され、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体、熱管理制御装置は、送風機および空気路組立体の送風機からの空気流が、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成されること、熱電装置と熱連通し、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体、熱管理制御装置は、送風機および空気路組立体の送風機からの空気流が、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成されること、熱電装置の廃熱側面が、廃熱交換機によって空気と熱連通すること、熱電装置の廃熱側面は、廃熱交換機を備えること、ヒートスプレッダが、複数のグラファイトの層に複数の裂け目を備え、複数の裂け目は、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、ヒートスプレッダを通る電流のための伝導路を増加させるように構成されること、複数のグラファイトの層が、複数のグラファイトの層のうちの少なくとも１つのグラファイトの層の表面の長さを増加させるために、波状であり、少なくとも１つのグラファイトの層の表面の増加した長さは、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、少なくとも１つのグラファイトの層を通る電流のための伝導路を増加させるように構成されること、導管が、複数の熱エレベータがヒートスプレッダの実質的に端部にあるように、複数の熱エレベータの少なくともいくつかを備えること、ヒートスプレッダが、電池セルの温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダの側面とは反対側の側面上で、他の電池セルの温度敏感領域と熱連通すること、複数の熱エレベータのうちの少なくともいくつかが、実質的に、電池セルおよび他の電池セルの温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダの両方の側面の間の長さで延在すること、ヒートスプレッダの両方の側面の間で延在する複数の熱エレベータの少なくともいくつかが、ヒートスプレッダに関連する接触熱抵抗を減少させるため、電池セルおよび他の電池セルと直接熱連通すること、複数の熱エレベータが、複数のグラファイトの層と導体との間で電流を伝達するように構成される金属材料を備えること、ならびに／または、導体が、ヒートスプレッダに構造的一体性を提供するために、ヒートスプレッダの寸法の実質的に全体に亘って延在すること、のうちの１つまたは複数を含む。

本開示によると、電池セルを加熱または冷却するように構成される電池熱管理システムは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、電池セルと熱連通するヒートスプレッダ、ならびに／または、主側面および廃熱側面を備える熱電装置であって、熱電装置が、熱電装置への電流の印加の際に、熱電装置の主側面と廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、熱電装置の主側面が、熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって、電池セルを加熱または冷却するために、ヒートスプレッダと熱連通する、熱電装置、の１つまたは複数を含む。ヒートスプレッダは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、熱分解グラファイトシートであって、熱分解グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成される熱分解グラファイトシート、ならびに／または、熱分解グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、導体を介して熱分解グラファイトシートへ電流を印加する際に電池セルを加熱するために、熱分解グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーを熱分解グラファイトシートへ、および熱分解グラファイトシートから伝達するために、熱分解グラファイトシートと熱連通する導体、のうちの１つまたは複数を含む。電流が導体を介してヒートスプレッダに印加されるとき、または、電流が第１の極性で熱電装置に印加されるとき、または、電流が導体を介してヒートスプレッダに印加され、および第１の極性で熱電装置に印加される、両方のとき、電池セルが、熱エネルギーを電池セルに伝達するヒートスプレッダによって加熱される。電流が第２の極性で熱電装置に印加されるとき、電池セルが、電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって冷却される。

いくつかの実施形態では、電池熱管理システムは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、ヒートスプレッダが、第１側面および第２側面を備え、第１側面は、第２側面に実質的に対向していること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと熱および電気連通する他の導体を備えること、熱分解グラファイトシートに沿ってヒートスプレッダの第１側面から第２側面へと電流が流れるように、導体および他の導体を介して熱分解グラファイトシートに電流が印加されるとき、電池セルが加熱されること、他の導体が、プリント回路基板に電気接続するように構成される電気接合部を備え、電気接合部は、ヒートスプレッダに電流を供給するように構成されること、電池セルおよびヒートスプレッダが、電池容器内に位置決めされ、導体は、ヒートスプレッダを電池容器に固定させるために、電池容器と接続するように構成されること、電池容器上で、導体と嵌合するように構成されるサーマルインターフェース、導体は、第１機械式コネクタを備えること、サーマルインターフェースは、導体を電池容器に付着させるために第１機械式コネクタと嵌合するように構成される第２機械式コネクタを備えること、第１機械式コネクタが、雄の蟻継ぎ型接続部を備え、第２機械式コネクタが、導体を電池容器に付着させるために、雄の蟻継ぎ型接続部を受容するように構成される雌の蟻継ぎ型接続部を備えること、電池容器が、熱エネルギーを電池容器内外に伝達するように構成されるサーマルウインドウを備えること、電池容器が、サーマルウインドウ内に熱基材を備え、熱基材は、電池容器内に物理的な障壁を設けながらも、熱エネルギーを電池容器内外に伝達するように構成されること、熱電装置が、熱電装置とヒートスプレッダとの間で熱連通を提供するために、熱基材と熱連通すること、熱電装置が、電池容器の外部に位置決めされること、電池容器に付着され、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体、送風機および空気路組立体の送風機は、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように空気流が増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成されること、熱電装置と熱連通し、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体、送風機および空気路組立体の送風機は、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように空気流が増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成されること、熱電装置の廃熱側面が、廃熱交換機によって空気と熱連通すること、熱電装置の廃熱側面は、廃熱交換機を備えること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシート中に裂け目を備え、裂け目は、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、ヒートスプレッダを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、熱分解グラファイトシートが、熱分解グラファイトシートの表面の長さを増加させるために、波状であり、熱分解グラファイトシートの表面の増加した長さは、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、熱分解グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、導体が、ヒートスプレッダに構造的一体性を提供するために、ヒートスプレッダの寸法の実質的に全体に亘って延在すること、ヒートスプレッダが、導体と熱および電気連通し、熱分解グラファイトシートと略平行に延在する少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートを備えること、導体は、導体を介して少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートに電流を印加する際に電池セルを加熱するために、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートと電気連通し、導体は、熱エネルギーを少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートに、および少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートから伝達するために、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートと熱連通すること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間にサーマルコネクタをさらに備え、サーマルコネクタは、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間で熱エネルギーを伝達するように構成されること、導体が、サーマルコネクタを備えること、サーマルコネクタが、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間で電流を伝達するように構成される金属材料を備えること、ヒートスプレッダが、電池セルと熱連通するヒートスプレッダの側面とは反対側にあるヒートスプレッダの側面上で、他の電池セルと熱連通すること、サーマルコネクタが、電池セルおよび他の電池セルと熱連通するヒートスプレッダの両方の側面の間に位置決めされること、サーマルコネクタが、ヒートスプレッダと関連する接触熱抵抗を減少させるために、電池セルおよび他の電池セルと直接熱連通すること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと熱連通する金属基材をさらに備えること、熱分解グラファイトシートは、電池セルと金属基材との間でサーマルインターフェースとして機能するように、電池セルと熱連通すること、熱分解グラファイトシートが、金属基材の少なくとも２つの側面上で、金属基材の表面に沿って延在すること、熱分解グラファイトシートが、金属基材の横断面の周囲の長さの少なくとも半分に亘って延在すること、熱電装置の主側面が、金属基材の少なくとも一部の上方に位置決めされること、熱分解グラファイトシートは、熱電装置と金属基材との間でサーマルインターフェースを提供するために、熱電装置の主側面と金属基材との間にあるように延在し、サーマルインターフェースは、熱電装置の主側面と金属基材との間で熱エネルギーを伝達するように構成されること、導体を介して金属基材に電流が印加されると、電池セルが、熱エネルギーを電池セルに伝達するヒートスプレッダによって加熱されること、ならびに／または、電流が第２の極性で熱電装置に印加されると、電池が、熱分解グラファイトシートおよび導体を介して、電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって冷却されること、のうちの１つまたは複数を含む。

本開示によると、電気装置の温度を管理するためのヒートスプレッダ組立体は、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、電気装置と熱連通するグラファイトシートであって、グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成されるグラファイトシート、ならびに／または、グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、導体を介してグラファイトシートへ電流を印加する際に電気装置を加熱するために、グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーをグラファイトシートへ、およびグラファイトシートから伝達するために、グラファイトシートと熱連通する導体、のうちの１つまたは複数を含む。導体を介してヒートスプレッダに電流が印加されると、電気装置が、熱エネルギーを電気装置に伝達するグラファイトシートによって加熱される。電気装置が、電気装置から離れるように熱エネルギーを伝達するグラファイトシートによって冷却される。

いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ組立体は、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、グラファイトシートと熱および電気連通する他の導体、電流がグラファイトシートに沿って流れるように、導体および他の導体を介してグラファイトシートに電流が印加されると、電気装置が加熱されること、グラファイトシートが、第１側面および第２側面を備え、第１側面は、第２側面に実質的に対向していること、導体は、第１側面上にあり、他の導体は、第２側面上にあること、他の導体が、電気装置の温度を管理するように構成される制御装置を備えるプリント回路基板に電気的に接続するように構成される電気接合部を備え、電気接合部は、ヒートスプレッダに電流を供給するように構成されること、ヒートスプレッダ組立体が、電気装置容器内に位置決めされること、導体は、ヒートスプレッダ組立体を電気装置容器に固定させるために、電気装置容器と接続されるように構成されること、電気装置容器上にあり、導体と嵌合するように構成されるサーマルインターフェース、導体は、第１機械式コネクタを備えること、サーマルインターフェースが、導体を電気装置容器に付着させるために、第１機械式コネクタと嵌合するように構成される第２機械式コネクタを備えること、第１機械式コネクタは、雄の蟻継ぎ型接続部を備え、第２機械式コネクタは、導体を電気装置容器に付着させるために、雄の蟻継ぎ型接続部を受容するように構成される雌の蟻継ぎ型接続部を備えること、電気装置容器が、熱エネルギーを電気装置容器内外に伝達するように構成されるサーマルウインドウを備えること、電気装置容器が、サーマルウインドウ内に熱基材を備え、熱基材は、電気装置容器内に物理的な障壁を設けながらも、熱エネルギーを電気装置容器内外に伝達するように構成されること、熱電装置が、ヒートスプレッダを介して電気装置に加熱または冷却を提供するために、熱基材と熱連通すること、熱電装置が、電気装置容器の外部に位置決めされること、熱電装置が、グラファイトシートと熱連通すること、電流が第１の極性で熱電装置に印加されると、電気装置は、グラファイトシートによって加熱されること、電流が第２の極性で熱電装置に印加されると、電気装置は、グラファイトシートによって冷却されること、グラファイトシートが、グラファイトシート中の共有結合中に裂け目を備え、切れ目は、グラファイトシートの抵抗加熱能力を増加させるために、グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、グラファイトシートが、グラファイトシートの長さを増加させるために、波状であり、グラファイトシートの増加した長さは、グラファイトシートの抵抗加熱能力を増加させるために、グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、導体が、グラファイトシートに構造的一体性を提供するために、グラファイトシートの寸法の実質的に全体に亘って延在すること、導体と熱および電気連通する少なくとも１つの他のグラファイトシート、導体は、導体を介して少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートに電流を印加する際に電気装置を加熱するために、少なくとも１つの他のグラファイトシートと電気連通し、導体は、熱エネルギーを少なくとも１つの他のグラファイトシートに、および少なくとも１つの他のグラファイトシートから伝達するために、少なくとも１つの他のグラファイトシートと熱連通すること、グラファイトシートおよび少なくとも１つの他のグラファイトが、ヒートスプレッダ組立体中で略平行に延在すること、グラファイトシートと、少なくとも１つの他のグラファイトシートとの間のサーマルコネクタであって、グラファイトシートと、少なくとも１つの他のグラファイトシートとの間で熱エネルギーを伝達するように構成されるサーマルコネクタ、導体が、サーマルコネクタを備えること、サーマルコネクタが、グラファイトシートと、少なくとも１つの他のグラファイトシートとの間で電流を伝達するように構成される金属材料を備えること、グラファイトシートと熱連通する金属基材、グラファイトシートは、熱電装置の主側面と金属基材との間で熱エネルギーを伝達するように構成されるように、電気装置と熱連通すること、グラファイトシートが、金属基材の少なくとも２つの側面上で、金属基材の表面に沿って延在すること、グラファイトシートが、金属基材の横断面の周囲の長さの少なくとも半分に亘って延在すること、導体を介して金属基材に電流が印加されると、電気装置が加熱されること、グラファイトシートが、１つまたは複数の熱分解グラファイトシートを備えること、電気装置が、電池セルを備えること、ならびに／または、グラファイトシートが、電気装置の温度敏感領域と熱連通すること、のうちの１つまたは複数をさらに含む。

本開示によると、電池セルを加熱または冷却するための電池管理システムを製造する方法は、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、ヒートスプレッダを電池セルに熱的に接続すること、および／または、熱電装置に電流が印加される際に、熱電装置の主側面と廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成される熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって電池セルを加熱または冷却するために、熱電装置の主側面をヒートスプレッダに熱的に接続すること、のうちの１つまたは複数を含む。ヒートスプレッダは、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、熱分解グラファイトシートであって、熱分解グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成される熱分解グラファイトシート、および／または、熱分解グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、導体を介して熱分解グラファイトシートへ電流を印加する際に電池セルを加熱するために、熱分解グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーを熱分解グラファイトシートへ、および熱分解グラファイトシートから伝達するために熱分解グラファイトシートと熱連通する導体、のうちの１つまたは複数を含む。電流が導体を介してヒートスプレッダに印加されるとき、または、電流が第１の極性で熱電装置に印加されるとき、または、電流が導体を介してヒートスプレッダに印加され、および第１の極性で熱電装置に印加される、両方のとき、熱エネルギーを電池セルに伝達するヒートスプレッダによって電池セルが加熱される。電流が第２の極性で熱電装置に印加されるとき、電池セルが、電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって冷却される。

いくつかの実施形態では、電池管理システムを製造する方法は、以下のうちの１つまたは複数、すなわち、ヒートスプレッダが、第１側面および第２側面を備え、第１側面は、第２側面に実質的に対向していること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと熱および電気連通する他の導体を備えること、熱分解グラファイトシートに沿ってヒートスプレッダの第１側面から第２側面へと電流が流れるように、導体および他の導体を介して熱分解グラファイトシートに電流が印加されるとき、電池セルが加熱されること、他の導体が、プリント回路基板に電気接続するように構成される電気接合部を備え、電気接合部は、ヒートスプレッダに電流を供給するように構成されること、電池セルおよびヒートスプレッダを電池容器内に位置決めし、ヒートスプレッダを電池容器に固定させるために、導体を電池容器と接続させること、導体と嵌合するように構成されるサーマルインターフェースを電池容器に接続すること、導体は、第１機械式コネクタを備えること、サーマルインターフェースは、導体を電池容器に付着させるために第１機械式コネクタと嵌合するように構成される第２機械式コネクタを備えること、第１機械式コネクタが、雄の蟻継ぎ型接続部を備え、第２機械式コネクタが、導体を電池容器に付着させるために、雄の蟻継ぎ型接続部を受容するように構成される雌の蟻継ぎ型接続部を備えること、熱エネルギーを電池容器内外に伝達するように構成されるサーマルウインドウを、電池容器内に位置決めすること、サーマルウインドウ内で電池容器に熱基材を接続すること、熱基材は、電池容器内に物理的な障壁を設けながらも、熱エネルギーを電池容器内外に伝達するように構成されること、熱電装置をヒートスプレッダに熱的に接続するために、熱電装置を熱基材と熱的に接続すること、熱電装置を電池容器の外部に位置決めすること、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体を電池容器に接続し、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように空気流が増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成される送風機を、送風機および空気路組立体中に接続すること、熱電装置の廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体を熱電装置と熱連通して接続し、電池セルの加熱または冷却要求に適合するように空気流が増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成される送風機を、送風機および空気路組立体中に接続すること、熱電装置の廃熱側面が、廃熱交換機によって空気と熱連通すること、熱電装置の廃熱側面は、廃熱交換機を備えること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシート中に裂け目を備え、裂け目は、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、ヒートスプレッダを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、熱分解グラファイトシートが、熱分解グラファイトシートの表面の長さを増加させるために、波状であり、熱分解グラファイトシートの表面の増加した長さは、ヒートスプレッダの抵抗加熱能力を増加させるために、熱分解グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成されること、導体が、ヒートスプレッダに構造的一体性を提供するために、ヒートスプレッダの寸法の実質的に全体に亘って延在すること、ヒートスプレッダが、導体と熱および電気連通し、熱分解グラファイトシートと略平行に延在する少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートを備えること、導体は、導体を介して少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートに電流を印加する際に電池セルを加熱するために、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートと電気連通し、導体は、熱エネルギーを少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートに、および少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートから伝達するために、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートと熱連通すること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間にサーマルコネクタをさらに備え、サーマルコネクタは、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間で熱エネルギーを伝達するように構成されること、導体が、サーマルコネクタを備えること、サーマルコネクタが、熱分解グラファイトシートと、少なくとも１つの他の熱分解グラファイトシートとの間で電流を伝達するように構成される金属材料を備えること、ヒートスプレッダを、電池セルと熱的に接続するヒートスプレッダの側面とは反対側にあるヒートスプレッダの側面上で、他の電池セルに熱的に接続すること、サーマルコネクタが、電池セルおよび他の電池セルと熱連通するヒートスプレッダの両方の側面の間に位置決めされること、サーマルコネクタが、ヒートスプレッダと関連する接触熱抵抗を減少させるために、電池セルおよび他の電池セルと直接熱連通すること、ヒートスプレッダが、熱分解グラファイトシートと熱連通する金属基材をさらに備えること、熱分解グラファイトシートは、電池セルと金属基材との間でサーマルインターフェースとして機能するように、電池セルと熱連通すること、熱分解グラファイトシートが、金属基材の少なくとも２つの側面上で、金属基材の表面に沿って延在すること、熱分解グラファイトシートが、金属基材の横断面の周囲の長さの少なくとも半分に亘って延在すること、熱電装置の主側面が、金属基材の少なくとも一部の上方に位置決めされ、熱分解グラファイトシートは、熱電装置と金属基材との間でサーマルインターフェースを提供するために、熱電装置の主側面と金属基材との間にあるように延在し、サーマルインターフェースは、熱電装置の主側面と金属基材との間で熱エネルギーを伝達するように構成されること、導体を介して金属基材に電流が印加されると、電池セルが、熱エネルギーを電池セルに伝達するヒートスプレッダによって加熱されること、ならびに／または、電流が第２の極性で熱電装置に印加されると、電池が、熱分解グラファイトシートおよび導体を介して、電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達するヒートスプレッダによって冷却されること、のうちの１つまたは複数を含む。

上記は概要であり、詳細の簡素化、一般化、および省略を含む。当業者は、概要は例示的にすぎず、決して限定することを意図しないことを理解する。本明細書において説明される、装置および／もしくは工程ならびに／または他の主題の、他の態様、特徴、および利点は、本明細書において明らかにされる教示において明白になるであろう。概要は、以下の詳細な説明においてさらに説明される、概念の抜粋を簡素化して導入するために提供される。この概要は、本明細書において説明されるいずれの主題の主要な特徴または本質的な特徴も特定することを意図しない。

上記は概要であり、詳細の簡素化、一般化、および省略を含む。当業者は、概要は例示的にすぎず、決して限定することを意図しないことを理解する。本明細書において説明される、装置および／もしくは工程ならびに／または他の主題の、他の態様、特徴、および利点は、本明細書において明らかにされる教示において明白になるであろう。概要は、以下の詳細な説明においてさらに説明される、概念の抜粋を簡素化して導入するために提供される。この概要は、本明細書において説明されるいずれの主題の主要な特徴または本質的な特徴も特定することを意図しない。

電気装置熱管理システムの実施形態の概略図である。 電気装置熱管理システムのいくつかの構成要素の実施形態の概略図である。 電気装置熱管理システムのいくつかの構成要素の実施形態の概略図である。 電池のための電気装置熱管理システムの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダの実施形態の側面図および正面図を示す。 ヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 金属の等方性構造体の実施形態を図示する。 熱／電気接続部を備えるヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 ヒートスプレッダのグラファイトシートの実施形態を図示する。 熱／電気基材を備えるヒートスプレッダの実施形態を図示する。 電池セルおよびヒートスプレッダのスタックの実施形態を図示する。 サーマルインターフェースおよびサーマルウインドウを備える電池ケースの実施形態を図示する。 サーマルインターフェースおよびサーマルウインドウを備える電池ケースの実施形態を図示する。 サーマルインターフェースおよびサーマルウインドウを備える電池ケースの実施形態を図示する。 サーマルインターフェースおよびサーマルウインドウを備える電池ケースの実施形態を図示する。 空気路および送風機システムまたは組立体の実施形態を図示する。 空気路および送風機システムまたは組立体の実施形態を図示する。 空気路および送風機システムまたは組立体の実施形態を図示する。

以下の詳細な説明において、本明細書の一部を成す、添付の図面が参照される。図面中では、類似の記号は、典型的には、状況によってそうでないと示されない限り、類似の構成要素を特定する。詳細な説明に記載される例示的実施形態および図面は、限定的となることを意図されていない。他の実施形態が利用されてもよく、本明細書において提示される内容の意図または範囲から逸脱することなく他の変更が行われてもよい。全体として、本明細書において説明され、図面において図示されるように、本開示の態様は、幅広い種類の異なる構成で準備され、代替され、組み合わされ、および設計されてもよく、そのすべてが検討され、本開示の一部を成すことが容易に理解される。

特に、本明細書において開示される実施形態は、限定されないが、熱電システムを備える、または備えない電池を含む電気装置の熱管理（たとえば加熱および／または冷却）に関する。

熱電（ＴＥ）システムは、加熱／冷却モードまたは発電モードのいずれかで動作され得る。前者の場合、低温側面から高温側面へ、またはその逆に熱を送り込むために、電流がＴＥ装置に流される。後者の場合、ＴＥ装置中の温度勾配によって駆動される熱流が電気に変換される。両方の様相において、ＴＥ装置の性能は、ＴＥ材料の性能指数、およびシステム中の寄生損失（散逸損失）に大きく左右される。ＴＥ装置の作動要素は、典型的には、ｐ型およびｎ型半導体材料である。

本明細書において説明される熱電システムまたは装置は、熱電材料によって電力を生むために、２つの流体、２つの個体（たとえばロッド）、または固体と流体の温度差を利用する熱電発電機（ＴＥＧ）であってもよい。代わりに、本明細書において説明される熱電システムまたは装置は、１つの表面から別の表面に熱を移動させるために使用される固体ヒートポンプとして機能する加熱器、冷却器、または両方であってもよく、それによって、熱電材料によって２つの表面の間に温度差を作り出す。それぞれの表面は、固体、液体、気体、または固体、液体、気体の２つ以上の組み合わせと熱連通していてもよく、または含んでもよく、２つの表面は共に固体と、共に液体と、共に気体と熱連通してもよく、または、一方が、固体、液体、気体から選択された材料と熱連通し、他方が、固体、液体、気体の他の２つから選択された材料と熱連通してもよい。

熱電システムは、使用法、発電出力、加熱／冷却能力、動作係数（ＣＯＰ）、または電圧に応じて、単一の熱電装置（ＴＥＤ）または熱電装置（ＴＥＤ）のグループを含んでもよい。本明細書において説明される実施例は、加熱／冷却システムと関連して説明されるが、説明される特徴は、発電機または加熱／冷却システムのどちらとも共に活用され得る。

「熱連通」という用語は、本明細書においてそれらの一般的および通常の意味で使用され、（たとえば、構成要素の間での）１つの構成要素から、望ましい機能を行う、または望ましい結果を達成する別の構成要素への熱または熱エネルギーの伝達を可能にするように構成された２つまたは３つ以上の構成要素を説明している。たとえば、そのような熱連通は、一般性を失うことなく、界面部での複数の表面の間のちょうどよい接触によって、複数の表面の間での１つまたは複数の熱伝達材料または装置によって、複数の表面の間における、パッド、放熱グリス、ペースト、１つまたは複数の作動流体、または高熱伝導性を有する他の構造（たとえば熱交換器）を含んでもよい熱伝導性材料システムを使用した、複数の固体表面の間の接続によって、他の適切な構造によって、または構造の組み合わせによって、達成されてもよい。実質的な熱連通は、直接的に接続されている（たとえば、直接の熱連通を提供するために互いを接触させるが、たとえば、放熱グリスなどを含んでもよい）、または１つもしくは複数の接合材料を介して間接的に接続されている表面の間で行われてもよい。「熱連通」は、２つまたはそれ以上の構成要素間の熱伝達が、熱伝達が必要とされるときに流れるように構成される１つまたは複数の作動流体（たとえば、２つまたはそれ以上の構成要素間を循環する作動流体）、および／またはヒートパイプを介して起こらない限り、２つまたはそれ以上の別個の構成要素間の偶発的な熱（たとえば熱エネルギー）伝達を含まない。「熱連通」は、たとえば、２つまたはそれ以上の構成要素に対し、たとえば、送風機によって移動させられない空気などの、２つまたはそれ以上の構成要素間を循環しない流体によって分離される２つまたはそれ以上の構成要素間の可能な熱伝達を含まない。

本明細書において使用されるように、「分流器」、「冷却板」、「ヒートスプレッダ」、「加熱板／熱板」、「フィン」および「熱交換器」という用語は、最も広く合理的に解釈され、構成要素の１つの部分から構成要素の別の部分に熱または熱エネルギーが流れることを可能にする構成要素（たとえば熱伝導性装置または材料）を含むが、それに限定されない。いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダは、開示される機能に応じて冷却板、加熱板／熱板、および／またはフィンとして機能する熱交換器であってもよい。分流器は、１つまたは複数の熱電材料（たとえば、１つまたは複数の熱電要素）と熱連通し、熱電アセンブリまたはシステムの１つまたは複数の熱交換器と熱連通してもよい。本明細書において説明される分流器はまた、電気伝導性であってもよく、分流器の１つの部分から分流器の別の部分に電流が流れることを可能にするように（たとえば、それによって複数の熱電材料または要素の間に電気連通を提供する）、１つまたは複数の熱電材料と電気連通してもよい。熱交換器（たとえば、ヒートスプレッダ、チューブおよび／または導管）は、熱電アセンブリまたはシステムの１つまたは複数の分流器、１つまたは複数のＴＥＤ、および／または１つまたは複数の作動流体と熱連通してもよい。１つまたは複数の分流器および１つまたは複数の熱交換器の様々な構成が使用されてもよい（たとえば、１つまたは複数の分流器および１つまたは複数の熱交換器は、同一の単一要素の部分であってもよく、１つまたは複数の分流器は、１つまたは複数の熱交換器と電気連通していてもよく、１つまたは複数の分流器は、１つまたは複数の熱交換器から電気絶縁していてもよく、１つまたは複数の分流器は、熱電要素と直接的に熱連通していてもよく、１つまたは複数の分流器は、１つまたは複数の熱交換器と直接的に熱連通していてもよく、介在材料が、１つまたは複数の分流器と１つまたは複数の熱交換器との間に位置決めされてもよい）。さらに、本明細書おいて使用されるように、「低温の」、「高温の」、「より低温の」、「より高温の」、「最も低温の」、「最も高温の」、などの単語は相対的な用語であり、特定の温度または温度範囲を意味しない。本明細書において使用されるように、「短い」、「長い」、「より短い」、「より長い」、「最も短い」、「最も長い」、などの単語は相対的な用語であり、特定の長さまたは長さの範囲を意味しない。

本明細書において開示される実施形態は、直接または間接的に熱電（ＴＥ）冷却および／または加熱を電気装置に適用することで、電気装置（たとえば電池）を熱管理することが可能であるシステムおよび方法を含む。そのような装置は、熱管理によって利益を得ることが多い。いくつかの実施形態は、たとえば、電池、電池ケース、および電池セルなどの特定の電気装置に関連して説明される。しかし、本明細書において開示される少なくともいつくかの実施形態は、たとえば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、他の電気装置、または複数の装置の組み合わせなどの、他の電気装置に熱管理を提供することが可能である。少なくともいくつかのそのような装置は、好ましい温度範囲外での動作から悪影響を受け得る。いくつかの実施形態動作は、動作の冷却モードに関連して説明される。しかし、本明細書において開示される実施形態のいくつかまたはすべては、加熱モードも同様に有してもよい。いくつかの状況では、動作の加熱モードは、電気装置の温度を、それよりも低いと、電気装置が劣化し得る、または欠陥のある動作を示し得る温度である閾値温度よりも高く維持するために使用されてもよい。ＴＥ装置は、システムの構造に対する最小限の複雑さで加熱および冷却機能の両方を提供するのに比類なく適している。

電池の熱管理は、車両用電池を最適温度範囲内に維持することが望ましい。これにより、電池の性能および実用寿命の両方が最大化される。本明細書において説明される実施例は、電池のための加熱／冷却システムとの関連において説明されてもよいが、説明される特徴は、本明細書において説明されるような他の電気装置と共に活用されてもよい。

一般的に、ほとんどの電池の化学的性質の場合、温度が上昇すると、放電時間（放電容量）が増加し、電流を供給する能力が上昇し、充電時間が減少する。これらの測定基準においては、電池温度は高い方が一般的に好ましい。しかし、電池寿命の測定基準に関しては、一般的にその反対が正しい。高温によって電池の実用寿命は減少する。適切な時間に、理想的な温度範囲または既定の温度に電池を維持することで、電池寿命と他の性能の測定基準とを釣り合わせることが可能であることがわかっている。

スタート／ストップ電池は、車両のフードの下に位置してもよい。車両のフードの下の温度は、典型的には、理想または既定の温度範囲よりも高い。電池の実用寿命を改善するためには、車両のフード下環境よりも低い温度で電池を維持することが最もよい。

種々の熱管理方法が、電池のために考案されてきたが、熱電熱管理は、多くの理由から他の熱管理方法よりも有益となり得る。ＴＥ熱管理の利点の１つは、クーラントホースまたは冷却剤ラインに関して、ほとんど、またはまったく、他の（たとえば追加の）負担を車両に強いることがないということである。別の利点は、ＴＥ熱管理のための電力が、システムを「独立型」または「インライン型」にしている電池自体から提供されてもよいということである。

リチウムイオン型スタート／ストップ電池のためには、エンジンの始動前の急速加熱が、一般的に、電池セルの電流送出能力の増大に役立つ。この能力（たとえば、エンジン始動前の急速加熱）が向上すると、鉛電池のような競合製品に対し、電池パックを、低減されたコストでより小型にすることができ（たとえば、総重量がより小さい電池セル）、性能を向上させることができる。加熱システムを実用的にするためには、高出力の加熱システムを必要とする高速（たとえば熱流束）で熱が電池に送出されなければならない。

電気装置の冷却および／または加熱の役割のためにＴＥ装置を使用することができる様々な方法がある。本明細書において説明されるように、ＴＥ装置は、１つまたは複数のＴＥ要素、ＴＥアセンブリ、および／またはＴＥモジュールを含んでもよい。一部の実施形態において、ＴＥシステムは、第１側面および第１側面に対向する第２側面を備えるＴＥ装置を含んでもよい。一部の実施形態において、第１側面および第２側面は、主面（main surface）および廃熱面（waste surface）、または加熱表面および冷却表面（または主側面および廃熱側面、または加熱側面および冷却側面）であってもよい。いくつかの実施形態では、主面は、熱管理下において装置の温度を制御してもよく、一方では、廃熱面は、熱源またはヒートシンクに接続される。ＴＥ装置は、電力源に動作可能に連結されてもよい。電力源は、ＴＥ装置に電圧を印加するように構成されてもよい。電圧が１つの方向に印加されると、一方の側面（たとえば第１側面）が熱を発生させ、もう一方の側面（たとえば第２側面）は熱を吸収する。回路の極性を切り替えると、反対の効果が生じる。典型的な構成において、ＴＥ装置は、異種の材料を含む閉回路を備える。閉回路に直流電圧が印加されると、異種の材料の接合部に温度差が生じる。電流の方向に応じて、特定の接合部に熱が放出または吸収される。一部の実施形態において、ＴＥ装置は、直列に接続された、いくつかの固体のＰおよびＮ型半導体要素、または直列に接続された、ＰおよびＮ型半導体要素のグループ（たとえばモジュール）を含み、グループは、ＴＥ装置に動作上の頑健性を提供するために、並列および／または直列構成で接続される。

いくつかの実施形態において、接合部は、ＴＥ装置の低温側面および高温側面を形成してもよい２つの電気絶縁部材（たとえばセラミックプレート）の間に挟まれる。低温側面は、冷却される対象（たとえば電気伝導体、熱管理下の電気装置、電池セル、ヒートスプレッダ／フィンなど）と（直接的または間接的に）熱的に連結されてもよく、高温側面は、熱を周囲環境に放散する廃熱除去システムに（直接的または間接的に）熱的に連結されてもよい。限定されないが、熱交換器、ヒートシンク、ヒートパイプ、および／または周囲空気への露出を含む任意の適切な技術が使用されてもよい。一部の実施形態において、高温側面は、加熱される対象（たとえば電気伝導体、熱管理下の電気装置、電池セル、ヒートスプレッダ／フィンなど）と（直接的または間接的に）熱的に連結されてもよい。いくつかの非限定的な実施形態が以下に説明される。

一部の実施形態において、ヒートパイプが、廃熱除去機構または廃熱輸送機構として設けられてもよい。ＴＥ装置からの廃熱は、ヒートシンクにおいて放散されてもよい。ヒートシンクの例として、熱交換器、廃熱流、本明細書において説明される電池ケースなどの熱を放散するための他の構造、および構造の組み合わせが含まれる。ヒートシンクは、ＴＥ装置の廃熱側面または廃熱面に（直接的または間接的に）取り付けられてもよい。ヒートシンクは、空気、液体によって冷却されてもよく、あるいは、電池ケース、車両フレーム、または熱を効率的に放散する別の構造要素などの、より大きな固体ヒートシンクにＴＥ装置を接続させる固体部材であってもよい。しかし、たとえば電池熱管理システムなどの実際的応用において、冷却媒体をＴＥ装置の廃熱側面に接近して設ける可能性を限定する、包装に関する制約が存在し得る。代替的に、熱または熱的輸送装置は、ＴＥ装置の廃熱側面から、放熱が効率的に実施される別の場所に熱を移動させるために使用されてもよい。

一部の実施形態において、熱伝達装置または熱交換器は、ＴＥ装置の廃熱側面または廃熱面を、たとえば空気、液体、または固体によって熱が最終的に放出されるヒートシンクに接続させるために使用されてもよい。そのようなヒートシンクは、たとえば、車両の液冷式冷却回路、ラジエータもしくは空冷式ヒートシンク、周囲空気、作動流体、液体リザーバ、または固形体（たとえば電池ケースまたは車両フレーム）であってもよい。

電気装置熱管理システム
電気装置熱管理システム、および特に、電池熱管理システム（ＢＴＭＳ）は、電池の故障および／または安全性に関わる故障を防止するために、電池および電池のアレイの温度を制御し、状態を監視するように使用されてもよい。ＢＴＭＳは、全体のシステム性能が劣化しないように熱環境を管理すること、および十分な信頼性を有することの両方によって、電池動作の全体の状況を改善することができる。

電池熱管理システムのさまざまな実施形態が、様々な構成を例示するために、本明細書において説明される。特定の実施形態および実施例は例示に過ぎず、１つの実施形態または実施例において説明される特徴は、他の実施形態または実施例において説明される他の特徴と組み合わされてもよい。したがって、特定の実施形態および実施例は、どのような形であっても限定することを意図していない。

一部の実施形態において、ＢＴＭＳは、少なくとも一部の電池、電池ケース、電池セル、セルと接触しているプレート（たとえば、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８）、電極および／または電池アレイを含む。いくつかの実施形態では、電池熱管理システムは、電池、電池セル、および／または電池アレイの加熱および冷却の両方に使用されてもよい。たとえば、電池熱管理システムは、少なくとも１つの電池と一体化されてもよく、電池熱管理システムは、少なくとも１つの電池または電池セルが収納された筐体と一体化されてもよく、または熱管理システムは、少なくとも１つの電池または電池セルと熱連通するように位置決めされてもよい。

図１は、電気装置熱管理システムまたは電池熱管理システム（ＢＴＭＳ）１０の実施形態の概略図である。図１に図示されるように、ＢＴＭＳ１０は、電池１４の１つまたは複数の電池セル１２を含んでもよい。１つまたは複数の電池セル１２は、１つまたは複数の電極１８を含む。いくつかの実施形態では、（１つまたは複数の）電池セル１２は、電池ケーシング、ケース、容器１６（または電気装置容器）に格納または収容されてもよい。ＢＴＭＳ１０は、さらに、それぞれが第１側面２２（たとえば、直接的な熱連通または主側面熱交換器によって、１つまたは複数の電池セル１２に加熱または冷却を提供するための主面）、および第２側面２４（たとえば、直接的な熱連通または廃熱側面熱交換器によって、ＴＥＤ２０へ、またはＴＥＤ２０から離れるように熱エネルギーを伝達するための廃熱面）を有する１つまたは複数のＴＥＤ２０を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１側面２２は、ヒートスプレッダ／プレート２８の一部（たとえばフィン２６）と熱連通する。

ヒートスプレッダ２８は、（１つまたは複数の）電池セル１２の一部と熱連通する接触部３０を含む。接触部３０が、電気装置（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２）の温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダ２８を含んでもよい。電気装置の温度敏感領域は、たとえば、電気装置が動作しているときの熱点であってもよい。たとえば、電池１４が充電または放電しているとき、（１つまたは複数の）電池セル１２は、熱点（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２の他の領域に対し、より高い温度を有する１つまたは複数の領域）を有してもよい。したがって、ヒートスプレッダ２８の接触部３０は、本明細書において説明されるように（１つまたは複数の）電池セル１２を熱管理するために、少なくとも、熱点の上方にあり、熱連通することを含んでもよい。

フィン２６は、セル接触部３０に対し、同じ方向に、垂直に、または他の様々な角度に延在してもよい。一部の実施形態において、ＴＥＤ２０の第２側面２４は、（たとえば、ＴＥ装置２０に熱を供給するため、またはＴＥ装置２０からの熱を放散または除去するための）熱源および／もしくはヒートシンクシステム３２、または熱エネルギー伝達システムに連結される、または連結されるように構成される。

いくつかの実施形態では、電池ケース１６、ＴＥＤ２０の第２側面２４（たとえば廃熱面）、熱源および／もしくはヒートシンクシステム３２、ならびに／または（１つまたは複数の）電池セル１２は、熱が周囲環境（たとえば、特に図２３〜２５に関連して本明細書において説明される、空気路９０および送風機９２システム）に応じて放散または除去され得るように、周囲空気に曝露される。いくつかの実施形態では、ＴＥＤ２０が、ヒートシンクまたは熱源として機能し得る電池ケース１６と熱連通するように、電池ケース１６は密閉され、ＴＥＤ２０は電池ケース１６内に位置決めされる。

いくつかの実施形態では、熱電（ＴＥ）熱管理システム３４が、電気装置および／またはヒートスプレッダ２８の構成要素と熱連通する１つまたは複数のＴＥＤ２０を備えて提供される。ＴＥ熱管理システム３４は、本明細書において説明される電池セル１２を加熱または冷却するためにＴＥＤ２０を制御する。ＴＥ熱管理システム３４の制御装置は、独立してもよく、本明細書において説明されるように制御装置３６に一体化されてもよい。

いくつかの実施形態では、ＢＴＭＳ１０は、ヒートスプレッダ２８に、および／またはＴＥＤ２０に、および／または本明細書において説明されるように、電流を供給するための電源３８を含む。他の実施形態では、ヒートスプレッダ２８および／またはＴＥＤは、電池１４を用いてインライン（in-line）で電力供給される。いくつかの実施形態では、ＢＴＭＳ１０は、電池セル１２、電池１４、電池ケース１６、ヒートスプレッダ２８、ＴＥＤ２０、熱源および／もしくはヒートシンクシステム３２、ＴＥ熱管理システム３４、電源３８、ならびに／またはセンサ４０を含む、ＢＴＭＳ１０の様々な構成要素と電気連通する制御装置３６および／またはプリント回路基板もしくは基材７９（たとえば図１８参照）を含む。制御装置３６は、本明細書において説明される、１つまたは複数の制御装置を有するプリント回路基板７９（たとえば図１８参照）上に一体化されてもよい。制御装置３６は、それぞれ、電気装置（たとえば１つまたは複数の電池セル１２）を加熱または冷却するための加熱モードまたは冷却モードで動作できる熱管理制御装置を含んでもよい。プリント回路基板７９は、電池ケース１６内に位置してもよく、ＴＥ熱管理システム３４または電力を必要とする、本明細書において説明される他のシステムに電力を供給するための電力接続を含んでもよい。

一部の実施形態において、ＢＴＭＳ１０は、最適なレベルで電池の温度を維持するために望ましい、または必要な適切なレベルの加熱または冷却を提供するために、ＴＥＤ２０への電力（たとえば電流、電圧）を適切に調節できるように、電池セル１２、ＴＥＤ２０、周囲温度、および／または電池ケース１６内温度の電気情報および／または温度情報を制御装置３６に提供するための、１つまたは複数の（たとえば電気、温度）センサ４０を含む。

本明細書において説明されるように、電池セルを熱管理することは、１つまたは複数の熱電装置（ＴＥＤ）またはモジュールを使用することを含んでもよい。一部の実施形態において、１つまたは複数のＴＥＤは、１つもしくは複数の電池ケース、電池セル、ヒートスプレッダ、冷却板、加熱板／熱板、および／もしくは電池セルと接触するフィン、電池ケース内を、もしくは電池ケースの周りを循環する、および／もしくは吹き抜ける空気、電池の電極、電池端子、ならびに／または他の構成要素を、冷却または加熱するために使用されてもよい。本明細書において説明されるように、電池セルを熱管理することは、（ＴＥＤを用いて、または用いずに）１つもしくは複数の電池ケース、電池セル、電池ケース内を、もしくは電池ケースの周りを循環する、および／もしくは吹き抜ける空気、電池の電極、電池端子、ならびに／または他の構成要素を、加熱または冷却するために１つまたは複数のヒートスプレッダを使用することを含んでもよい。

一般的に、ＴＥＤを効率的に使用するためには、熱源からＴＥＤへの熱経路中における熱損失（たとえば熱抵抗）は減少されるべきである。したがって、１つまたは複数のＴＥＤの配置（たとえば、位置決め、配列）は、電気装置の種類（たとえば電池セルの構造）および熱発生の局在化に基づいて、最適化される必要がある。

本明細書において説明されるように、スタート／ストップ電池の熱管理に関しては、ＴＥ熱管理システムを使用することは、有利となり得る。しかし、典型的には、電池の充分な冷却のためにサイズ決めされるＴＥ熱管理システムは、高出力加熱の要件のための充分な熱容量を提供しない。抵抗加熱要素が、高出力加熱の適用によりいっそう適し得る。コスト、性能、および効率を含む多くの理由から、いくつかの実施形態では、ＴＥ熱管理システム（たとえば冷却および／または加熱システム）を高出力加熱システム（たとえば、抵抗、ジュール加熱）と組み合わせることが有益となり得る。しかし、いくつかの実施形態では、高出力加熱システムが、ＴＥ熱管理システムのない、またはＴＥ熱管理システムと組み合わされていない電気装置の熱管理のために提供される。

いくつかの実施形態では、熱分解グラファイト（炭素）が、２つの熱管理解決策を組み合わせるための媒体または接合材料として提供される。熱分解グラファイトは、電気抵抗性かつ高熱伝導性である。抵抗性により、熱分解グラファイトは、高出力加熱の適用またはシステムのための電池セルの間に設置され得る薄い抵抗加熱要素として有用となる。熱伝導性は、熱を、電池セルへ、および電池セルから伝達する、ならびに／または熱電冷却モジュールへ、および熱電冷却モジュールから伝達するために有用である。

熱分解グラファイトは、多くの独特な特性を有する。そのような特性の１つは、最大１７００Ｗ／ｍ・Ｋにもなり得る平面内（たとえば本明細書において説明される平面６３、たとえば図１２参照）熱伝導率である。比較として、銅およびアルミニウムは、それぞれ、およそ４００Ｗ／ｍ・Ｋおよび２０５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。材料の熱伝導性が高いほど、材料中の温度勾配が低くなる。熱管理される物品または装置と、周囲熱源温度との間の温度差を減少させることによって、装置の効率が大きく向上するために、これは、特定の熱電温度管理システムにとって有利となり得る。

図２は、電気装置熱管理システムのいくつかの構成要素の実施形態の概略図である。図２に図示されるように、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８の少なくとも一部を形成する熱分解グラファイトシート、層、または表面４２が、（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）に接続、付着、または連結されてもよく、それによって、それらが任意の適切な方法（たとえば、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で熱および／または電気連通する。いくつかの実施形態では、接触（たとえば、直接的熱および／または電気連通）を維持するために、任意の適切な方法で、グラファイトシート４２の表面と（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）との間の密着した接触圧が維持される。いくつかの実施形態では、そのような接触圧または付着によって、（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）の表面が、グラファイトシート４２の表面に、および／またはその逆に、適合する。

図２に図示されるように、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８の少なくとも一部を形成する１つまたは複数の熱／電気コネクタもしくはエレベータ４４が、（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）に接続、付着、または連結されてもよく、それによって、それらが任意の適切な方法（たとえば、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で熱および／または電気連通する。熱／電気コネクタ４４は、グラファイトシート４２に接続、付着、または連結されてもよく、それによって、それらが、任意の適切な方法（たとえば、オーバーモールド、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で熱および／または電気連通する。いくつかの実施形態では、そのような接触圧または付着によって、（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）の表面が、熱／電気コネクタ４４の表面に、および／またはその逆に、適合する。いくつかの実施形態では、そのような接触圧または付着によって、グラファイトシート４２の表面が、熱／電気コネクタ４４の表面に、および／またはその逆に、適合する。したがって、図２に図示されるように、（１つまたは複数の）電気部品（たとえば、１つまたは複数の電池セル１２、電池１４）、グラファイトシート４２、および熱／電気コネクタ４４は、互いに接続、付着、または連結されてもよく、それによって、それらが互いに熱および／または電気連通する。

図３は、電気装置熱管理システムのいくつかの構成要素の実施形態の概略図である。図３に図示されるように、電気接続部４６は、電源３８によってグラファイトシート４２に抵抗加熱を提供するために、グラファイトシート４２に連結される。いくつかの実施形態では、電気接続部または結合部４６は、電源を設けるために、（１つまたは複数の）電池セル１２に連結される。電気接続部４６は、任意の適切な方法（たとえば、機械連結、接着剤）でグラファイトシート４２に連結されてもよい。

図３に図示されるように、機械式、熱的および／または電気接続部４８（たとえば導体）は、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、電池ケース１６、ＴＥＤ２０、および／または熱源／ヒートシンクシステム３２に接続する。接続部４８は、ＴＥ熱管理システム３４（たとえばＴＥＤ２０）を、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４に対し物理的に取り付けるため、また、それぞれの構成要素間に熱連通を提供するために、任意の適切な方法（たとえば、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、ＴＥＤ２０に接続、付着、または連結してもよい。接続部４８は、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、電池ケース１６に対し、物理的に取り付けるため、また、それぞれの構成要素間に熱および／または電気連通を提供するために、任意の適切な方法（たとえば、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、電池ケース１６に接続、付着、または連結してもよい。接続部４８は、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、熱源および／またはヒートシンクシステム３２に対し、物理的に取り付けるため、また、それぞれの構成要素間に熱および／または電気連通を提供するために、任意の適切な方法（たとえば、接着剤、直接的に、間隙材（グリース）または他の接合部によって間接的に、プレス嵌め、ねじ、ナット、ボルト、くぎ）で、グラファイトシート４２および／または熱／電気コネクタ４４を、熱源および／またはヒートシンクシステム３２に接続、付着、または連結してもよい。

図４は、電池１４のための電気装置熱管理システムの実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、図４に図示されるように、ＢＴＭＳ１０を有する電池１４は、互いに積み重ねられた（たとえば、電池セル１２の特定の表面に対し互いに面する）電池セル１２を有してもよい。ヒートスプレッダ２８は、電池セル１２の間に位置決めされてもよい。ヒートスプレッダ２８は、本明細書において説明される任意の適切な方法で電池セル１２と熱連通する（１つまたは複数の）接触部３０を介して、電池セルと熱連通してもよい。

図４に図示されるように、ヒートスプレッダ２８は、電池セル１２の周囲または境界を越えて電池ケース１６内へと、または電池ケース１６の方向に突出するフィン２６を有してもよい。フィン２６は、ヒートスプレッダ２８と実質的に同じ材料で構成される、ヒートスプレッダ２８の延長部であってもよい。いくつかの実施形態では、フィン２６は、ヒートスプレッダに付着されてもよく、ヒートスプレッダ２８とは異なる材料で作製されてもよい（たとえば、ヒートスプレッダ２８はグラファイトであってもよく、一方でフィン２６は金属であってもよい）。

ＴＥ熱管理システム３４のＴＥＤ２０は、フィン２６を介してヒートスプレッダ２８と熱連通するように、フィン２６上に位置決めされてもよい。ＴＥＤ２０は、本明細書において説明される任意の適切な方法で（たとえば、直接熱連通または間隙材によって）フィン２６と熱連通してもよい。いくつかの実施形態では、フィン２６は、接続部４８および／またはＴＥＤ２０への熱エネルギーの伝達を集中させるためにより小さな表面積および／または容積へと先細りまたは減少する、ヒートスプレッダ２８の特徴部であってもよい。いくつかの実施形態では、フィン２６は、たとえば、電池セル１２と熱連通するヒートスプレッダ２８部分と類似の寸法を有する電池セル１２の周囲を越えたヒートスプレッダ２８の延長部である。

ＴＥＤ２０の主側面または主面２２は、フィン２６と熱連通してもよい。ＴＥＤ２０の廃熱側面または廃熱面２４は、熱源および／またはヒートシンクシステム３２と熱連通してもよい。図４に図示されるように、熱源および／またはヒートシンクシステム３２ａは、電池ケース１６と熱連通（たとえば、直接的／実質的な熱連通）してもよい。いくつかの実施形態では、電池ケース１６は、熱源および／またはヒートシンクとして機能してもよい。図４に図示されるように、熱源および／またはヒートシンクシステム３２ｂは、電池ケース１６と直接熱連通しなくてもよく、熱源および／またはヒートシンクシステムは、熱源（たとえばエンジン冷却液回路）への作動流体、および／または電池１４内または電池１４外のヒートシンク（たとえばラジエータ）による熱エネルギーの伝達などの任意の適切な手段によって、熱エネルギーを提供または除去してもよい。

図５は、ヒートスプレッダ２８の実施形態の側面図および正面図を図示する。本明細書において説明されるように、組み合わされた熱分解グラファイト抵抗加熱器およびヒートシンク２８（またはヒートスプレッダ）が、本明細書において説明される電気装置（たとえば電池１４）の電気部品（たとえば電池セル１２）の間に位置決めされる、１つまたは複数のグラファイトシート、層、または表面４２を備えて提供される。ヒートスプレッダ２８は、熱分解グラファイトシート４２に電力（たとえば電流または電圧）を供給するための電圧スプレッダ５０（たとえば導体）または他の電源を有してもよい。電力が熱分解グラファイトシート４２に供給されると、ヒートスプレッダ２８は、抵抗加熱器として機能し得る。たとえば、電流がグラファイトシート４２を通って電圧スプレッダ５０の陽極端から陰極端に流れると、電流が、グラファイトシート４２の電気抵抗によって、グラファイトシート４２を加熱する。いくつかの実施形態では、電圧スプレッダ５０は、本明細書において説明される熱／電気コネクタ４４を含むか、または熱／電気コネクタ４４で構成されてもよい。

図５に図示されるように、ＴＥ熱管理システム３４が、電気装置の構成要素および／または熱分解グラファイトシート４２と熱連通する１つまたは複数のＴＥＤ２０を備えて提供される。ＴＥＤ２０は、ヒートスプレッダ２８上に位置決めされてもよく、本明細書において説明されるフィン２６を介してヒートスプレッダ２８と熱連通してもよい。いくつかの実施形態では、組み合わされた熱分解グラファイト抵抗加熱器およびヒートシンクが、ＴＥ熱管理システム３４（たとえばＴＥＤ２０）なしに設けられてもよい。いくつかの実施形態では、抵抗加熱器には、ＴＥ熱管理システム３４および／またはＴＥＤ２０なしに、グラファイトシート４２に電力を提供するために、電圧スプレッダ５０が設けられる。

図６および図７は、ヒートスプレッダ２８のグラファイトシート４２の実施形態を図示する。図６および図７に図示されるように、熱分解グラファイト（たとえば本明細書において説明されるシート４２）の層構造が、異方熱伝導性の要因となる。炭素原子の層内部の共有結合４９が、平面内の高熱伝導性の要因となり、炭素原子の層の間の比較的弱い結合５１が、平面に対し垂直の熱および電気伝導性を減少させる。平面に対し直交する熱伝達は、熱が伝達される距離のため、組み合わされる加熱および冷却の解決策には概してさほど重要ではない。たとえば、平面に対して直交方向の、グラファイト部分（たとえばシート、表面）の厚さは２５μｍ程度の小ささでもよいが、平面内においては、数百ミリメータを超えて熱伝達が起こる。

平面に対し直交する熱および電気の伝達は概して大きな懸念ではないが、この伝達は、熱／電気「エレベータ」または「コンベヤベルト」（たとえば、熱／電気コネクタ４４）を使用して、熱または電子を（たとえば、グラファイト・金属複合物を形成する）グラファイトの様々な層へ送出することによって向上され得る。グラファイトの異方性とは対照的に、金属は等方性の熱および電気特性を有する。たとえば、銅５２のような金属の等方性構造が図８に図示される。したがって、特定の金属（たとえば銅、アルミニウム）は、熱および電子を図９で図示されるグラファイトの層の間で伝達するための良好な「エレベータ」となる。

図９は、熱／電気コネクタ４４を備えるヒートスプレッダ２８のグラファイトシート４２の実施形態を図示する。熱／電気コネクタ４４は、グラファイトシート４２の様々な層の内部に形成されてもよい。熱／電気コネクタ４４は、熱または電子を、グラファイトシート４２に対して直交または垂直の方向５４で（たとえば、実質的にグラファイトシート４２に沿って、または平行して延在する平面６３に対し直交して（たとえば図１２参照））グラファイトシート４２の別の層へと伝達してもよい。その後に、熱／電気コネクタ４４は、熱または電子を、グラファイトシート４２への平行方向５６で（たとえば、グラファイトシート４２に対し実質的に平行に延在する平面６３に沿って）グラファイトシート４２の別の層へと伝達してもよい。したがって、熱／電気コネクタ４４は、それがなければ著しく抑制または軽減されるグラファイトシート４２層の間の熱および電気連通を提供する。

熱／電気コネクタ４４の表面は、また、ただグラファイトのみをサーマルインターフェースに使用するよりも、グラファイトシート４２と電気部品（たとえば電池セル１２）との間の、またはグラファイトシート４２とＴＥＤ２０との間の接触熱抵抗を向上させてもよい（たとえば、接触熱抵抗率を低下させる、および／または接触熱伝導性を増加させる）。これは、ＢＴＭＳ１０の性能をさらに向上させ得る、熱／電気コネクタ４４接触表面の潜在的により良好な表面の特徴のためであり得る。

いくつかの実施形態では、熱／電気コネクタ４４として使用される材料が、グラファイトシートまたは表面４２内に形成される空間、アパチャ、孔内に射出（たとえば、アルミニウム射出成形）またはプレス嵌めされる。いくつかの実施形態では、グラファイトシート４２の表面は、そのような材料でドープされる。いくつかの実施形態では、グラファイトシート４２の表面は、（たとえば、円盤形状または他の形状の）特定の金属で成形される。いくつかの実施形態では、図１０〜１２に図示されるようにグラファイトシート４２は、熱／電気コネクタまたはエレベータ４４で、またはその逆でオーバーモールドされる。エレベータ４４は、任意の適切な形状またはサイズであってもよく、任意の適切な方法でグラファイトシート４２に連結または一体化されてもよい。

図１０〜１２は、ヒートスプレッダ２８の実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、電気接続部４６は、電圧スプレッダ５０または他の電源によってグラファイトシート４２に、またはグラファイトシート４２の抵抗加熱を提供するために、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８に連結される。電気接続部４６は、本明細書において説明される任意の適切な方法（たとえば、機械連結、接着剤）で、グラファイトシート４２および／または電圧スプレッダ５０に連結されてもよい。さらに、電圧スプレッダ５０は、本明細書において説明される任意の適切な方法で、グラファイトシート４２に連結されてもよい。

いくつかの実施形態では、機械、熱および／または電気接続部４８が、グラファイトシート４２の一部の上方にオーバーモールドされる。接続部４８は、本明細書において説明される多機能の接続部であってもよく、たとえば、本明細書において説明されるように、金属で構成されてもよい。いくつかの実施形態では、接続部４８は、テーパ状の蟻継ぎ形状５８を有してもよい。蟻継ぎ部５８は、電池ケース１６（たとえば、本明細書において説明されるサーマルインターフェース８２、および特に図１９〜２１を参照）の対応する構成要素に接続、連結、結合、および／または付着するように形づくられてもよい。

図１０〜１２に図示されるように、蟻継ぎ部５８は、雄の構成要素（たとえば、第１機械式コネクタ）であってもよい。電池ケース１６は、本明細書において説明される任意の適切な方法（たとえば、締りばめ、および放熱グリス）で蟻継ぎ部５８を係合または受容するために、対応する雌の構成要素（たとえば、第２機械式コネクタ）を有してもよい。接続部４８は、電池ケース１６に対し、物理的にヒートスプレッダ２８を固定または取付けしてもよい。蟻継ぎ部５８は、機械、熱および／または電気的機能の少なくとも一部を、本明細書において説明される接続部４８に提供してもよい。

図１１および図１２に図示されるように、ヒートスプレッダ２８は、孔または開口部６０を有してもよい。開口部６０は、（たとえば、グラファイトシート４２に沿って、または平行に延在するグラファイトシートまたは平面に対し直交に）グラファイトシート４２の２つ以上の層を貫通して延びてもよい。図１１に図示されるように、開口部６０は、ヒートスプレッダ２８の付近、周囲、境界、または縁にあってもよい。接続部４８は、本明細書において説明されるグラファイトシート４２間にエレベータ４４を提供するために開口部６０上にオーバーモールドされてもよい。したがって、接続部４８は、ヒートスプレッダ２８の境界部、側面、または縁部にエレベータ４４を含んでもよい。図１２に図示されるように、開口部６０は、接触部３０を含むヒートスプレッダ２８の範囲または表面領域の全体に亘って含まれてもよい。本明細書において説明されるように、熱エレベータ４４が、開口部６０に提供またはオーバーモールドされてもよい。したがって、開口部６０は、望まれるように、ヒートスプレッダ２８の全体に亘って、熱エレベータ４４の場所であってもよい。

したがって、蟻継ぎ部５８を含む接続部４８が、ヒートスプレッダ２８に熱／電気エレベータ４４を作製するために、ヒートスプレッダ２８の一部の上にオーバーモールドされてもよい。いくつかの実施形態では、グラファイトシート４２は、グラファイトシートと、たとえば、熱／電気エレベータ４４および／または電圧スプレッダ５０との間の接続部４８の接触領域を増加させるために、不規則な形状にダイカットされる。

図１１および図１２に図示されるように、オーバーモールドされた構成要素（たとえば、接続部４８を含む）は、ヒートスプレッダ２８の複数の縁部または側面に設けられてもよい。たとえば、図１１に図示されるように、オーバーモールドされた構成要素は、ヒートスプレッダ２８の対向する側面に設けられてもよい。

さらに図１１を参照すると、たとえば、本明細書において説明されるような、オーバーモールドされた接続部４３である構成要素６１（たとえば導体）が、接続部４８の反対の側面に設けられてもよい。構成要素６１は、本明細書において説明される熱エレベータ４４を有してもよい。いくつかの実施形態の構成要素６１は、たとえば電池ケース１６に接続されないが、構成要素６１は、本明細書において説明されるエレベータ４４の機能、およびさらなる構造的一体性をヒートスプレッダ２８に提供する。たとえば、構成要素６１（およびヒートスプレッダの反対の側面上のオーバーモールドされた接続部４８）は、グラファイトシート４２に構造的剛性および強度を提供してもよい。

図１１に図示されるように、オーバーモールドされた構成要素（接続部４８および構成要素６１を含む）は、少なくともある程度は、金属などのより剛性を有する材料で作製されるオーバーモールドされた構成要素のため、ヒートスプレッダ２８に構造的一体性を提供するために、ヒートスプレッダ２８の寸法（たとえば、幅、長さ）の実質的に全体に亘って延在してもよい。いくつかの実施形態では、オーバーモールドされた構成要素は、ヒートスプレッダ２８に構造的一体性を提供しながらも、ヒートスプレッダ２８の寸法よりも少なく（たとえば、半分または４分の３）延在してもよい。

図１２に図示されるように、開口部６０は、ヒートスプレッダ２８の全体に亘って位置決めされてもよい。たとえば、複数の開口部６０が、ヒートスプレッダ２８に、任意の望ましい量の任意の望ましいパターンで設けられ、グラファイトシート４２に略平行の平面６３に沿って延在してもよい。エレベータ４４が、（１つまたは複数の）接触部３０を含む、グラファイトシート４２に沿った平面６３の全体に亘って、本明細書において説明されるエレベータ４４の機能を提供するために、ヒートスプレッダ２８上またはヒートスプレッダ２８内にオーバーモールドされてもよい。

図１３は、ヒートスプレッダ２８の実施形態を図示する。ヒートスプレッダ２８は、熱／電気エレベータ４４を含み、本明細書において説明される任意の適切な方法で電圧源６２（たとえば導体）に接続されてもよい。電圧源６２は、ヒートスプレッダ２８に抵抗加熱器の機能を提供するために、電流を、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８のグラファイトシート４２を通るように駆動してもよい。抵抗加熱器として機能するヒートスプレッダ２８の効果を向上させるために、グラファイトシート４２を通る電流の伝導路の長さは、増加され、または伸ばされてもよい（たとえば、グラファイトシート４２を通る電流の流れに対する抵抗を増加させる）。

図１３に図示されるように、ヒートスプレッダ２８が、グラファイトシート４２に平行の平面６３に沿ってヒートスプレッダ２８に設けられる、１つまたは複数の切れ目または裂け目６４を有してもよい。裂け目６４は、グラファイトシート４２中で、グラファイトシート４２に平行の平面６３に沿って炭素原子が共有結合されていないヒートスプレッダ２８の部分であってもよい。裂け目６４は、グラファイトシート４２の製造中に、および／またはグラファイトシート４２の製造後に、たとえば、図１３に図示される裂け目６４に沿って、グラファイトシートに切れ目を入れる、または裂け目を入れる（たとえば、共有結合を切断する）ことによってヒートスプレッダ２８に設けられてもよい。

グラファイトシート４２内に電流が駆動されると、電流は次に、ヒートスプレッダ２８の一方の端部から別の端部へと移動または伝導しなければならないだけでなく、電流は、グラファイトシート内に作製される蛇行路に沿って、電圧源６２の正極端子から電圧源６２の負極端子へと移動または伝導しなければならない。ヒートスプレッダ２８の１つの角から反対側の角への蛇行路が図示されているが、ヒートスプレッダ２８を通る任意の蛇行路が設けられてもよい。または、他の任意のパターンの裂け目６４が、ヒートスプレッダ２８を通る電流の流れの路の長さを増加させるために、ヒートスプレッダ２８に設けられてもよい。

図１３に図示されるように、接続部４８および構成要素６１が、電流の流れのための蛇行路を設けながら、本明細書において説明されるように含まれてもよい。電流を蛇行路に沿って流すために、そして（たとえば、本明細書において説明されるように、図５に図示される電圧スプレッダ５０のための）接続部４８および構成要素６１の全体に亘って電流を流さないために、電気絶縁部６６が、電流の流れが望ましくない接続部４８および構成要素６１の部分に沿って設けられてもよい。電気絶縁部６６は、さらにＢＴＭＳ１０の構成要素の間において望ましい熱連通（たとえば熱エネルギーの伝達）を可能にしてもよい。

図１４〜１６は、ヒートスプレッダ２８のグラファイトシート４２の実施形態を図示する。グラファイトシート４２を通る電流の流れの路の長さを増加させる別の方法として、ヒートスプレッダ２８内のグラファイトシート４２は、図１４〜１６に図示されるように「波状に」されてもよい。たとえば、グラファイトシートは、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８に対し略平行である平面６３に沿った屈曲、角、湾曲、ジグザグを有してもよい。実質的に同じ寸法のヒートスプレッダ２８に対し、グラファイトシート４２自体の全体の長さがより長くなると、本明細書において説明される抵抗加熱を増加させるために、電流の流れのための路または移動の長さが増加する。波状のヒートスプレッダ２８は、本明細書において説明されるエレベータ４４を組み込んでもよい。エレベータ４４の寸法に対するグラファイトシート４２の寸法は、縮尺通りに示される必要はない。

図１４に図示されるように、グラファイトシート４２が、ヒートスプレッダ２８に平行の平面６３に対し直交方向の、ヒートスプレッダの寸法の全体に亘って延在しない（たとえば、１つまたは複数の接触部３０などのヒートスプレッダ２８の側面または面の間で延在するためにヒートスプレッダ２８の厚さに亘って延在しない）ように、グラファイトシート４２は、ヒートスプレッダ２８に略平行である平面６３に沿ってジグザグ状であってもよい。それに応じて、エレベータ４４は、熱または電子を（たとえば、ヒートスプレッダ２８に略平行の平面６３に対し直交に）ヒートスプレッダ２８の面と面との間で伝達してもよい。

図１５に図示されるように、グラファイトシート４２がヒートスプレッダ２８に平行の平面６３に対し直交方向の、ヒートスプレッダの寸法の全体に亘って（たとえば、１つまたは複数の接触部３０などのヒートスプレッダ２８の側面または面の間で延在するように、ヒートスプレッダ２８の厚さに亘って）延在するように、グラファイトシートは、ヒートスプレッダ２８に略平行の平面６３に沿ってジグザグ状であってもよい。それに応じて、熱または電子が、（たとえば、１つまたは複数の接触部３０の間で）より少ないエレベータ４４を用いて、またはエレベータ４４なしで、本明細書において説明される平面６３に対し直交または垂直方向に伝達されてもよい。図１５に図示されるように、ヒートスプレッダ２８は、本明細書において説明される熱または電子の伝達を高めるために、依然としてエレベータ４４を使用してもよい。

図１６に図示されるように、グラファイトシート４２が、ヒートスプレッダ２８に平行の平面６３に対し直交方向の、ヒートスプレッダの寸法の全体に亘って延在しない（たとえば、１つまたは複数の接触部３０などのヒートスプレッダ２８の側面または面の間で延在するためにヒートスプレッダ２８の厚さに亘って延在しない）ように、グラファイトシート４２は、ヒートスプレッダ２８に略平行である平面６３に沿ってジグザグ状であってもよい。グラファイトシート４２の湾曲は、グラファイトシート４２がかなりの部分（たとえば、ヒートスプレッダ２８の平面６３に対し直交する厚さの大部分）に亘って延在するようなパターンであってもよい。ヒートスプレッダ２８の長さに亘って延在しない、比較的より短いエレベータ４４ａが、本明細書において説明されるグラファイトシート４２間で熱または電子を効率的に伝達するために設けられてもよい。図１４に図示されるように、ヒートスプレッダ２８は、また、本明細書において説明される、ヒートスプレッダ２８の厚さに亘って延在するエレベータ４４ｂを含んでもよい。

図１７は、熱／電気基材６８を備えるヒートスプレッダ２８の実施形態を図示する。基材６８は、本明細書において説明されるような、充分な、および／または望ましい熱および／または電気特性を有する金属材料であってもよい。たとえば、基材６８は、アルミニウム、銅などであってもよい。

１つまたは複数のグラファイトシート４２が、基材６８の周りまたは上に配置されてもよい。基材６８の周りに配置されるグラファイトシート４２の数は、望ましい熱電気的特徴を基に決定されてもよい。たとえば、基材６８上に配置されるグラファイトシート４２は、本明細書において説明される任意の適切な方法で基材６８と接触または接続してもよいサーマルインターフェース材料として機能してもよい。

いくつかの実施形態では、単一のグラファイトシートまたは層４２が、基材６８上に配置されてもよい。図１７に図示されるように、グラファイトシート４２は、図１７に示される基材６８の断面または側面の周囲の長さの大部分または少なくとも半分の周りで配置、位置決めされる、または延在してもよい。グラファイトシート４２が基材６８の周囲の長さの少なくとも半分の周りで延在するように、グラファイトシート４２は、基材６８の１つ、２つ、３つ、または４つの側面の周りで延在してもよい。グラファイトシート４２は、図１７に図示されるように、基材６８の角を含む、基材６８の周りの連続した、または一体型の層または部品であってもよい。いくつかの実施形態では、グラファイトシート４２は、たとえば、基材の角６８に裂け目を有する、基材６８の周りに位置決めされる個別の部品であってもよい。

図１７に図示されるように、ヒートスプレッダ２８は、本明細書において説明される電池セル１２の間に配置または位置決めされてもよい。ヒートスプレッダ２８は、本明細書において説明される、フィン２６に付着されるＴＥＤ２０を備えるフィン２６を有してもよい。ＴＥＤ２０は、本明細書において説明されるヒートスプレッダ２８によって、電池セル１２を加熱または冷却してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書において説明される電圧スプレッダ５０または電圧源６２が、ヒートスプレッダ２８に接続されてもよい。基材６８上に配置されるグラファイトシート４２は、本明細書において説明される抵抗加熱器として機能してもよい。グラファイトシート４２は、抵抗加熱能力を増加させるために、本明細書において説明される裂け目６４を有してもよい。ヒートスプレッダ２８は、ヒートスプレッダのための、たとえば、接続部４６、接続部４８、電圧スプレッダ５０、蟻継ぎ部５８、電圧源６２、構成要素６１などを含む他の任意の適切な機能または構成要素を有してもよい。

いくつかの実施形態では、電圧源６２は、基材６８と電気連通してもよい。基材６８は、グラファイトシート４２よりもより高い電気抵抗を有する材料（たとえば金属）製であってもよい。それに応じて、電池１４が加熱されると、電池セル１２を加熱するために、電流が基材６８を通る。電池１４が冷却されると、ＴＥＤ２０の主面２２が熱をグラファイトシート４２から離れるように伝達するように、電流が、望ましい極性でそのＴＥＤ２０を流れる。本明細書において説明されるように、グラファイトシート４２は、基材６８に対し、より大きな熱伝導性を有してもよい。図１７に図示される実施形態は、基材６８を抵抗加熱器として使用して電池セル１２に有効な加熱を提供する能力を有しながらも、ＴＥＤ２０を用いて電池セル１２に有効な冷却を提供してもよい。

本明細書において説明されるように、いくつかの実施形態では、エレベータ４４を熱分解グラファイトシート４２または表面に組み込むことによって、グラファイトシート４２と、ＴＥＤ２０、熱管理下の装置（たとえば、電気部品、電池１４、電池セル１２）、および／または間隙材（放熱グリス）との間で接触熱伝導性が増加するか、または接触熱抵抗性が減少する。

いくつかの実施形態では、熱分解グラファイトおよび／またはグラファイト・金属複合物シート４２または表面は、電気部品（たとえば電池セル１２）および／またはＴＥＤ２０の表面または部分に直接連結される、または直接接触する。いくつかの実施形態では、それぞれの表面は、間隙材（たとえば放熱グリス）を介して、間接的に互いに連結され、または互いに接触する。いくつかの実施形態では、グラファイトシート４２、グラファイト・金属複合物、電気部品（たとえばセル１２）、および／またはＴＥＤ２０の表面は、それらの間の接触熱伝導性を増加させるように、または接触熱抵抗性を減少させるように仕上げられる。

ある実施形態では、そのような（たとえば熱分解）グラファイト加熱器／ヒートシンクを提供する、または組み込むことの利点は、限定されないが、以下を含む。
・熱電冷却および高出力抵抗加熱の可能性
・コスト節約
・軽量化
・高温耐性
・簡素さ、信頼性
・ダイカット可能、接着剤付け可能（たとえば、不規則形状でカットされたグラファイト）
・（たとえば金属に対し）比較的高い熱伝導性
・環境への配慮（純粋炭素および金属）

ある実施形態では、加熱器／ヒートシンク電池熱管理の適用またはシステムを提供するまたは組み込むことの利点は、限定されないが、以下を含む。
・柔軟性および厚みにより、ヒートシンク／加熱器の平坦度に関する懸念がない。
・加熱により、リチウムイオン型スタート／ストップ電池パックの小型化（たとえば、電池セルの総量の減少）、コストおよび重量の低減が可能になる。
・低温性能を向上させ、スタート／ストップ電池が、鉛電池に対しより競合力を持つことを可能にする。
・熱電冷却により、リチウムイオン型スタート／ストップ電池が鉛電池の当座の代替品となり、したがってより競合力を持つことを可能にする。

本明細書において説明される構成要素の視点から、熱伝導性グラファイト（たとえば熱分解）またはグラファイト・金属複合物、熱電装置（たとえば、モジュール、システム）、および、高能力加熱機能（たとえば、抵抗、ジュール加熱）を提供するためのグラファイトまたはグラファイトの一部（たとえば、シート、表面）の電圧差動を提供するための手段（たとえば、電圧スプレッダ、電源）の組み合わせは、自動車用蓄電池の加熱および冷却以外の熱管理の多様な領域に適用可能である。自動車用蓄電池熱管理は、単に特定の一例である。他の適用可能な領域は、限定されないが、電子装置、エネルギーの変換および貯蔵、人のための快適性（たとえば環境制御）、医療器具、航空宇宙科学、ならびに自動車の適用を含む。

図１８は、電池セル１２およびヒートスプレッダ２８のスタックまたは組立体７０の実施形態を図示する。電池セル１２に熱管理を提供するために、電池セル１２は、本明細書において説明される電池セル１２の間に、ヒートスプレッダ２８と共に積み重ねられてもよい。スタック７０は、支持プレート７２間に位置決めされてもよい。支持プレート７２は、電池セル１２のための、構造的一体性、および任意の望ましい熱伝導性／絶縁を提供してもよい。スタック７０の支持プレート７２は、ストラップ７４を使用して固定されてもよい。

電池セルおよびヒートスプレッダ２８のスタック７０は、接続部４８によってさらに固定されてもよい。たとえば、接続部４８は、ボルト７６が接続部４８の揃ったボルト孔のすべてを通過することを可能にするボルト孔を含んでもよい。ボルト７６は、電池セルのスタック７０をヒートスプレッダ２８にさらに物理的に取り付けてもよい。本明細書において説明されるものを含む任意の適切な接続部が、組立体７０の固定を容易にするために接続部４８において使用されてもよい。

加熱器バスバー７８が、また、ボルト７６によって接続部４８へ固定され、および支持プレート７２への接続によってスタック７０に固定されてもよい。スタック７０は、電池ケース１６によって内部に収容されてもよく、ケース内に入れられてもよい。スタック７０は、支持プレート７２および電池ケース１６に付着されてもよい支持腕金８０を含む任意の適切な方法で、電池ケース１６と接続、付着、結合、および／または係合してもよい。

本明細書において説明される制御装置３６を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）７９は、加熱器バスバー７８およびスタック７０への他の任意の適切な接続部に付着または取付けされてもよい。プリント回路基板７９は、本明細書において説明される電気接続部４６に接続されてもよい。ＰＣＢ７９および／または制御装置３６は、電池セル１２、電池１４、熱源および／またはヒートシンクシステム３２、ＴＥ熱管理システム３４、電源３８、および／またはセンサ４０の機能を含む、本明細書において説明されるいずれかのＢＴＭＳ１０構成要素の機能も制御する、１つまたは複数の制御装置（熱管理制御装置または電池制御装置）であってもよい。いくつかの実施形態では、制御装置３６によって監視されるデータまたは状態が、システム効率を最適化するために、電池セル１２、電池１４、熱源および／またはヒートシンクシステム３２、ＴＥ熱管理システム３４、電源３８、および／またはセンサ４０を調整および制御するために使用されてもよいように、ＰＣＢ７９および／または制御装置３６が接続されてもよい。

図１９〜２２は、サーマルインターフェース８２およびサーマルウインドウ８４を備える電池ケース１６の実施形態を図示する。本明細書において説明されるように、いくつかの実施形態では、接続部４８は、テーパ状の蟻継ぎ部５８を含んでもよい。蟻継ぎ部５８は、熱管理下の装置（たとえば、電池１４、電池セル１２）と電池ケース１６の外部に位置決めされるＴＥＤ２０との間で熱連通を提供するために、ＴＥＤ２０の表面とともにサーマルインターフェース８２を形成する、対応する雌型蟻継ぎ部８６または後部表面に連結されるように構成される。

図１９〜２２に図示されるように、いくつかの実施形態では、サーマルインターフェース８２は、電池ケース１６または電気装置（たとえば、電池１４）の外殻中のサーマルウインドウ８４または開口部を介してＴＥＤ２０と熱連通する蟻継ぎ部５８または連結部の後部表面８６を含む。いくつかの実施形態では、熱伝導性材料または熱基材８８（たとえば、銅製表面またはプレート）が、ＴＥＤ２０と蟻継ぎ型連結部８６との間のサーマルウインドウ８４に位置してもよい。熱基材８８は、電池ケース１６内に物理的な障壁を設けながら（たとえば、電池ケース１６内の電池セル１２を囲繞しながら）、電池ケース１６内外に熱エネルギーを伝達してもよい。

図１０〜１２および図１９〜２２に図示されるように、いくつかの実施形態では、接続部４８は、テーパ状の蟻継ぎ部５８を含んでもよい。しかし、接続部４８は、任意の適切な形状または構成（たとえば、正方形、矩形、多角形、三角形）を含んでもよい。熱分解グラファイトシート４２と、電池ケース１６および／またはＴＥＤ２０との間の接続部４８、付着部、または連結部は、機械式雄雌接続部または結合部に限定されない。むしろ、接続部４８は、それらが本明細書において説明される電気および／または熱連通するような（たとえば、接着剤、ナットおよびボルト、ねじ、クギ、プレス嵌め、または締りばめなどの）任意の適切な構成または方法を含んでもよい。さらに、接続部４８は、任意の適切な方法（たとえば、オーバーモールド、プレス嵌め）で、グラファイトシート４２に付着されてもよい。

蟻継ぎ型接続部５８の後部表面８６は、図２２に図示されるように、電池ケース１６の外部に位置決めされるＴＥＤ２０の主面２２と、直接熱連通（たとえば、表面と表面との接触）、または（たとえば、銅製表面８８を介した）間接熱連通してもよい。図２２中には１つのＴＥＤ２０が図示されるが、個別のＴＥＤ２０と組をなす個別のヒートスプレッダ２８の熱管理（たとえば図４参照）を含む、大規模な熱管理のために、本明細書において説明される手段を用いて、複数のＴＥＤ２０が設けられてもよい。本明細書において説明されるように、放熱グリスまたは他の間隙材もまた、構成要素間で使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、ＴＥＤ２０またはＴＥ熱管理システム３４なしで、熱分解グラファイトヒートスプレッダおよび抵抗加熱器２８が設けられてもよいため、電池ケース１６は、サーマルウインドウ８４および／またはウインドウ内の熱伝導性材料を含まない。

図２３〜２５は、空気路９０および送風機９２システムまたは組立体の実施形態を図示する。空気路９０および送風機９２システムは、空気を、本明細書において説明されるＴＥＤ２０の廃熱側面または廃熱面２４を横切るように引き込むおよび／または押し出してもよい。図２２に図示されるように、ＴＥＤ２０の廃熱側面２４は、廃熱交換器９３（たとえば、空気熱交換器）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、空気路９０および他の通気構成要素は、ＴＥＤ２０および／または空気路９０に亘っての圧力損失を減少させるように最適化またはサイズ決めされてもよく、空気分配または空気の引き込みをも提供してもよい。

図２４に図示されるように、送風機９２は、空気を、ＴＥＤ２０を横切るように吸い込む、または引き込むために、空気路９０に付着または接続されてもよい。一体化された制御装置は、ＴＥＤ２０を横切るように空気を押し出す、または引き込むためのスイッチを設けてもよい。冷却モードまたは加熱モードでは、それぞれ加熱または冷却された廃熱空気が、送風機９２に向けて、または送風機９２から離れるように引き込まれるまたは押し出されてもよく、送風機９２の送風機出口／入口９４を通って、または空気路出口／入口９６を通って脱出するように活性化され、または脱出することを可能にされる。いくつかの実施形態では、廃熱空気は、必要に応じて加熱または冷却された空気を提供するために（たとえば、座席および／または乗客室を加熱または冷却するために）、外部環境に、電池１４が位置決めされるハウジング、外殻、もしくは容器の外部に、または送風機出口／入口９４に接続される別の導管（たとえば廃熱除去システム）内へと通気されてもよい。

図２５に図示されるように、空気路出口／入口９６は、フラッパ９８を含んでもよい。フラッパ９８は、サーマルダイオードによって作動（たとえば開放）されてもよい。いくつかの実施形態では、フラッパ９８は、送風機９２が動作していない限り、閉鎖したままである。送風機９２が動作していない限りフラッパ９８が閉鎖したままであることによって、ＴＥＤ２０の廃熱側面２４が、周囲温度から断熱される（ＴＥＤ２０の加熱が防止される）。いくつかの実施形態では、ＴＥＤ２０の断熱をさらに促進するために、空気路９０が断熱されてもよい。

いくつかの実施形態では、送風機９２は、空気を、ＴＥＤ２０を横切るように押し出すよりもむしろ引き込む。空気が、ファンまたは送風機９２によって押し出されるよりもむしろ引き込まれると、空気はＴＥＤ２０の廃熱側面２４に達する前に、たとえば、送風機９２を通過して移動する必要がない。空気は、代わりに、ＴＥＤ２０の廃熱側面２４を横切るように引き込まれ、送風機出口／入口９４にて排出される。たとえば、空気が引き込まれるとき、空気は、送風機９２のモータからの熱によって加熱されない。空気の引き込みは、冷却モードで使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、送風機９２は、空気を、ＴＥＤ２０を横切るように、引き込むよりもむしろ押し出す。空気が、ファンまたは送風機９２によって引き込まれるよりもむしろ押し出されると、空気はＴＥＤ２０の廃熱側面２４に達する前に、送風機９２を通過して移動する。空気は、代わりに、ＴＥＤ２０の廃熱側面２４を横切るように引き込まれ、空気路出口／入口９６にて排出される。たとえば、空気が押し出されるとき、空気は、効果を高めるために、送風機９２のモータからの熱によって加熱される（たとえば、要望に応じて、空気をあらかじめ加熱する）。空気の押出しは、加熱モードで使用されてもよい。いくつかの実施形態では、加熱モードにおいて空気をあらかじめ加熱することが望ましくない場合、本明細書において説明されるように、空気は、送風機９２によって引き込まれてもよい。

自動車の場合、空気は、引き込まれるときに、ＴＥＤ２０の廃熱側面２４を横切るように押し出される前に排気システムによって加熱されない。そのような実施形態では、空気の入口は、ＴＥＤ２０の熱交換器もしくはフィン９３の付近、近傍、または熱交換器もしくはフィン９３にあり（たとえば、出口／入口９６）、空気の出口／入口９４は送風機９２にある。空気が押し出されるとき、入口は、送風機９２の出口／入口９４にあり、出口は、ＴＥＤ２０の熱交換器もしくはフィン９３の付近、近傍、または熱交換器もしくはフィン９３にある（たとえば、出口／入口９６）。いくつかの実施形態では、空気が押し出され、出口がＴＥＤ２０の熱交換器もしくはフィン９３の付近、近傍、または熱交換器もしくはフィン９３にあるとき、追加の導管が、ＴＥＤ２０、（１つまたは複数の）電池セル１２、および／または電池ケース１６から離れるように廃熱を輸送するために、設けられてもよい。空気が引き込まれるとき、空気は、送風機９２の出口／入口９６から出るように排気されてもよい。いくつかの実施形態では、これによって、追加の導管または廃熱除去システムなしに、空気が出口／入口９６から出るように廃棄されることが可能であるため、システムの複雑さが減少される。いくつかの実施形態では、空気温度は、ＴＥＤ２０の廃熱交換器またはフィン９３を横切るように押し出すときに対し、引き込むときは、０．５度低い。

いくつかの実施形態では、送風機９２および空気路９０を管理するための接続部および制御装置は、制御装置３６に一体化されてもよい。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ７９および／または制御装置３６は、システムの効率を最適化するために送風機９２の出力を調整する（たとえば、電池セル１２の冷却または加熱要求に適合するように送風機９２の空気流、出力、モータ速度を増加および減少させる）。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ７９および／または制御装置３６は、制御装置３６によって監視されるデータまたは状態がシステム効率を最適化するように送風機９２の出力を調整するために使用されてもよいように接続されてもよい。

上に開示された実施形態の特定の特徴および態様の様々な組み合わせまたは部分的組み合わせが、行われてもよく、依然として本発明の１つまたは複数に該当すると考えられる。さらに、実施形態に関連する、いずれの特定の特徴、態様、方法、特質、特性、特色、属性、要素などの本明細書における開示も、本明細書において明記された他の全ての実施形態において使用されてもよい。したがって、開示された実施形態の様々な特徴および態様は、開示された発明の異なる形態を形成するために、互いに組み合わされてもよく、または置き換えられてもよいことが理解されるべきである。したがって、本明細書において開示される本発明の範囲は、上記の特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。さらに、本発明は、様々な修正形態および代替形式を受け入れるが、そのうちの特定の実施例が、図中に示され、本明細書において詳細に説明された。しかし、本発明は、開示される特定の形式または方法に限定されず、それとは逆に、本発明は、開示される様々な実施形態および添付の請求項の趣旨および範囲に該当する全ての修正形態、同等形態および代替形態を包含することが理解されるべきである。本明細書において開示されるいずれの方法も、列挙される順番で実行される必要はない。本明細書において開示される方法は、専門家によって行われる行為を含むが、それらは、任意の第三者によるそれらの行為に関する指示を明示的に、または暗示的に含んでもよい。たとえば、「舌の付け根にサスペンションラインを通す」という行為は、「舌の付け根にサスペンションラインを通すことを指示すること」を含む。そのような説明された構成は例に過ぎず、実際には、同じ機能性を達成する他の多数の構成が実施されてもよいことが理解されるべきである。概念上では、同じ機能性を達成するための構成要素の任意の配置は、望ましい機能性が達成されるように、効率的に「関連付けられている」。したがって、本明細書において、特定の機能性を達成するために組み合わされる任意の２つの構成要素は、構成または中間構成物質とは関係なく望ましい機能性が達成されるように、互いに「関連付けられている」として考えられる。本明細書において開示される範囲は、任意のおよびすべての重複、部分範囲、ならびにその組み合わせを包含する。「に至るまで」、「少なくとも」、「より大きい」、「未満」、「の間」などの用語は、記載される数字を含む。本明細書において使用されるような「おおよそ」、「約」および「実質的に」などの用語が先行する数字は、記載される数字を含み、依然として望ましい機能を実行する、または望ましい結果を達成する、述べられる量に近い量を意味する。たとえば、「おおよそ」、「約」および「実質的に」の用語は、述べられる量の１０％未満の範囲内の、５％未満の範囲内の、１％未満の範囲内の、０．１％未満の範囲内の、および０．０１％未満の範囲内の量のことをいってもよい。本明細書において使用されるような「おおよそ」、「約」および「実質的に」などの用語が先行する、本明細書において開示される実施形態の特徴は、依然として望ましい機能を実行する、または望ましい結果を達成する、いくつかの変動を伴う特徴を表す。

本明細書における実質的にいずれの複数形および／または単数形の用語の使用に関しても、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形へ、および／または単数形から複数形へと置き換えることが出来る。様々な単数形／複数形の入れ替えが、明確さのために、本明細書において明示されてもよい。

一般的に、本明細書において使用される用語は、「オープンな（open）」用語として一般的に意図されている（たとえば、「含んでいる」という用語は、「含んでいるがそれに限定されない」として解釈されるべきであり、「有する」という用語は、「少なくとも有する」として解釈されるべきであり、「含む」という用語は、「含むがそれに限定されない」として解釈されるべきである）ということが当業者に理解されるであろう。導入される実施形態の詳述で特定の数が意図される場合、そのような意図は、実施形態において明示的に詳述されることになるし、そのような詳述がなければ、そのような意図は存在しない、ということが当業者にさらに理解されるであろう。たとえば、理解する手助けとして、本開示は、実施形態の詳述を導入するために、「少なくとも１つの」、および「１つまたは複数の」などの導入句の使用を含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、たとえ同じ実施形態が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」、および「ａ」または「ａｎ」のような不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による実施形態の詳述の導入が、そのような導入された実施形態の詳述を含むいずれの特定の実施形態も、そのような詳述を１つだけ含む実施形態に限定することを意味すると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、典型的に、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味するとして解釈されるべきである）。実施形態の詳述を導入するために使用される定冠詞の使用に関しても同じことが当てはまる。さらに、たとえ導入された実施形態の詳述に特定の数が明示的に詳述されたとしても、当業者は、そのような詳述は、少なくとも詳述された数を意味すると典型的に解釈されるべきであると認識するであろう（たとえば、他の修飾語句のない「２つの詳述」という単なる詳述は、典型的に、少なくとも２つの詳述、または２つもしくは３つ以上の詳述を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用される事例において、そのような構文は、一般的に、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、およびＣなどの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用される事例において、そのような構文は、一般的に、当業者はその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。明細書中、実施形態中、または図面中に関わらず、２つ以上の代替の用語を示す、実質的にいずれの離接語および／または離接句も、用語の１つ、用語のいずれか、または用語の両方を含む可能性を企図すると、当業者によってさらに理解されるであろう。たとえば、「ＡまたはＢ」という句は、「Ａ」もしくは「Ｂ」、または「ＡおよびＢ」であるという可能性を含むと理解されるであろう。

本発明の主題が、本明細書において、いくつかの実施形態、およびいくつかの例示的方法に関して説明されたが、主題の範囲はそれにより限定されないということが理解されるべきである。代わりに、本出願人は、当業者にとって明白である、本明細書において開示される方法および材料に関する変形例は、開示される主題の範囲に含まれることを意図する。

Claims (20)

1. 電池セルの温度を管理するように構成される熱電電池熱管理システムであって、前記システムが、
   電池セルの温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダと、
   主側面および廃熱側面を備える熱電装置と、
   加熱モードまたは冷却モードで動作するように構成される熱管理制御装置と、
   を備え、
   前記ヒートスプレッダが、
   前記電池セルの前記温度敏感領域と熱連通し、前記ヒートスプレッダに沿って略平行に延在する複数のグラファイトの層を備え、熱エネルギーおよび電流を、前記グラファイトの層に略平行の平面に沿って伝達するように構成されるグラファイトと、
   前記複数のグラファイトの層の間にあり、前記複数のグラファイトの層の間で熱エネルギーを伝達するように構成され、前記平面に略直交して熱エネルギーを伝達するように構成される複数の熱エレベータと、
   前記グラファイトおよび前記複数の熱エレベータと熱連通する導体であって、前記導体を介して前記グラファイトを通して電流を印加する際に前記電池セルを加熱するために、前記グラファイトと電気連通する導体と、を備え、
   前記熱電装置が、前記熱電装置への電流の印加の際に、前記熱電装置の前記主側面と前記廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、前記熱電装置の前記主側面が、前記熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって、前記電池セルを加熱または冷却するために、前記ヒートスプレッダと熱連通し、
   前記加熱モードでは、電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加されるとき、電流が第１の極性で前記熱電装置に印加されるとき、または、電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加され、および前記第１の極性で前記熱電装置に印加される、両方のとき、前記電池セルが、前記電池セルの前記温度敏感領域に熱エネルギーを伝達する前記ヒートスプレッダによって加熱され、
   前記冷却モードでは、電流が第２の極性で前記熱電装置に印加されるとき、前記電池セルが、前記電池セルの前記温度敏感領域から離れるように熱エネルギーを伝達する前記ヒートスプレッダによって冷却される、
   システム。
2. 前記電池セルおよび前記ヒートスプレッダが、電池ケース内に位置決めされ、前記導体は、前記ヒートスプレッダを前記電池ケースに対し物理的に取り付けるために、前記電池ケースに付着するように構成される、請求項１記載のシステム。
3. 前記電池ケースに付着され、前記熱電装置の前記廃熱側面を横切るように空気を押し出す、または引き込むように構成される送風機および空気路組立体をさらに備え、前記熱管理制御装置は、前記送風機および空気路組立体の送風機からの空気流が、前記電池セルの加熱または冷却要求に適合するように増加または減少するように、システム効率を最適化するように構成される、請求項２記載のシステム。
4. 電池セルを加熱または冷却するように構成される電池熱管理システムであって、前記システムが、
   電池セルと熱連通するヒートスプレッダと、
   主側面および廃熱側面を備える熱電装置と、
   を備え、
   前記ヒートスプレッダが、
   グラファイトシートであって、前記グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成されるグラファイトシートと、
   前記グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、前記導体を介して前記グラファイトシートへ電流を印加する際に前記電池セルを加熱するために、前記グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーを前記グラファイトシートへ、および前記グラファイトシートから伝達するために、前記グラファイトシートと熱連通する導体と、を備え、
   前記熱電装置が、前記熱電装置への電流の印加の際に、前記熱電装置の前記主側面と前記廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、前記熱電装置の前記主側面が、前記熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって、前記電池セルを加熱または冷却するために、前記ヒートスプレッダと熱連通し、
   電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加されるとき、または、電流が第１の極性で前記熱電装置に印加されるとき、または、電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加され、および前記第１の極性で前記熱電装置に印加される、両方のとき、前記電池セルが、熱エネルギーを前記電池セルに伝達する前記ヒートスプレッダによって加熱され、
   電流が第２の極性で前記熱電装置に印加されるとき、前記電池セルが、前記電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達する前記ヒートスプレッダによって冷却される、
   システム。
5. 前記ヒートスプレッダが、前記グラファイトシートと熱連通する金属基材をさらに備え、前記グラファイトシートは、前記電池セルと前記金属基材との間でサーマルインターフェースとして機能するように、前記電池セルと熱連通する、請求項４記載のシステム。
6. 前記熱電装置の前記主側面が、前記金属基材の少なくとも一部の上方に位置決めされ、前記グラファイトシートは、前記熱電装置と前記金属基材との間でサーマルインターフェースを提供するために、前記熱電装置の前記主側面と前記金属基材との間にあるように延在し、前記サーマルインターフェースは、前記熱電装置の前記主側面と前記金属基材との間で熱エネルギーを伝達するように構成される、請求項５記載のシステム。
7. 前記導体を介して金属基材に電流が印加されると、前記電池セルが、熱エネルギーを前記電池セルに伝達する前記ヒートスプレッダによって加熱される、請求項５または６記載のシステム。
8. 電気装置の温度を管理するためのヒートスプレッダ組立体であって、前記ヒートスプレッダ組立体が、
   電気装置と熱連通するグラファイトシートであって、前記グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成されるグラファイトシートと、
   前記グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、前記導体を介して前記グラファイトシートへ電流を印加する際に前記電気装置を加熱するために、前記グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーを前記グラファイトシートへ、および前記グラファイトシートから伝達するために、前記グラファイトシートと熱連通する導体と、
   前記グラファイトシートと熱連通する金属基材と、
   を備え、
   前記グラファイトシートは、前記電気装置と前記金属基材との間で熱エネルギーを伝達するように構成されるように、前記電気装置と熱連通し、
   前記グラファイトシートが、前記金属基材の少なくとも２つの側面上で、前記金属基材の表面に沿って延在し、
   前記導体を介して前記ヒートスプレッダ組立体に電流が印加されると、前記電気装置が、熱エネルギーを前記電気装置に伝達する前記グラファイトシートによって加熱され、
   前記電気装置が、前記電気装置から離れるように熱エネルギーを伝達する前記グラファイトシートによって冷却される、
   組立体。
9. 前記グラファイトシートと熱および電気連通する他の導体をさらに備え、電流が前記グラファイトシートに沿って流れるように、前記導体および前記他の導体を介して前記グラファイトシートに電流が印加されると、前記電気装置が加熱される、請求項８記載の組立体。
10. 前記他の導体が、前記電気装置の温度を管理するように構成される制御装置を備えるプリント回路基板に電気的に接続するように構成される電気接合部を備え、前記電気接合部は、前記ヒートスプレッダ組立体に電流を供給するように構成される、請求項９記載の組立体。
11. 前記グラファイトシートが、前記グラファイトシート中の共有結合中に裂け目を備え、前記裂け目は、前記グラファイトシートの抵抗加熱能力を増加させるために、前記グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成される、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の組立体。
12. 前記グラファイトシートが、前記グラファイトシートの長さを増加させるために、波状であり、グラファイトシートの増加した長さは、前記グラファイトシートの抵抗加熱能力を増加させるために、前記グラファイトシートを通る電流のための移動路を増加させるように構成される、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の組立体。
13. 電池セルを加熱または冷却するための電池熱管理システムを製造する方法であって、前記方法が、
    ヒートスプレッダを電池セルに熱的に接続することと、
    熱電装置に供給される電流の極性を調節することによって前記電池セルを加熱または冷却するために、熱電装置の主側面を前記ヒートスプレッダに熱的に接続することと、
    を含み、
    前記ヒートスプレッダが、
    グラファイトシートであって、前記グラファイトシートに沿って熱エネルギーおよび電流を伝達するように構成されるグラファイトシートと、
    前記グラファイトシートと熱および電気連通する導体であって、前記導体を介して前記グラファイトシートへ電流を印加する際に前記電池セルを加熱するために、前記グラファイトシートと電気連通し、熱エネルギーを前記グラファイトシートへ、および前記グラファイトシートから伝達するために前記グラファイトシートと熱連通する導体と、を備え、
    前記熱電装置は、前記熱電装置に電流が印加される際に、前記熱電装置の前記主側面と廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、
    電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加されるとき、または、電流が第１の極性で前記熱電装置に印加されるとき、または、電流が前記導体を介して前記ヒートスプレッダに印加され、および前記第１の極性で前記熱電装置に印加される、両方のとき、熱エネルギーを前記電池セルに伝達する前記ヒートスプレッダによって前記電池セルが加熱され、
    電流が第２の極性で前記熱電装置に印加されるとき、前記電池セルが、前記電池セルから離れるように熱エネルギーを伝達する前記ヒートスプレッダによって冷却される、
    方法。
14. 前記ヒートスプレッダが、前記グラファイトシートと熱連通する金属基材をさらに備え、前記グラファイトシートは、前記電池セルと前記金属基材との間でサーマルインターフェースとして機能するように、前記電池セルと熱連通する、請求項１３記載の方法。
15. グラファイトシートにより電気装置の温度敏感領域を加熱する方法であって、前記方法が、
    電気装置の温度敏感領域と熱連通するヒートスプレッダの導体に電流を印加することと、
    前記ヒートスプレッダのグラファイトシートに沿って電流を流すことであって、前記導体が、前記グラファイトシートと電気連通し、電流が、前記導体から前記グラファイトシートに沿って流される、電流を流すことと、
    前記グラファイトシートを通して流される電流によって前記グラファイトシート内に熱を生成することと、
    前記グラファイトシート内に生成される熱を用いることにより前記電気装置の前記温度敏感領域を加熱するために、前記グラファイトシートから前記電気装置の前記温度敏感領域に熱エネルギーを伝達することと、
    主側面および廃熱側面を備える熱電装置に電流を印加することと、
    前記電気装置の前記温度敏感領域を加熱するために、前記熱電装置の前記主側面から前記ヒートスプレッダに熱エネルギーを伝達することと、
    を含む、方法。
16. 前記グラファイトシート内の蛇行路またはジグザグ路の少なくとも１つに沿って電流を流すことをさらに含む請求項１５記載の方法。
17. 電気装置の温度敏感領域の温度を管理するためのヒートスプレッダであって、前記スプレッダが、
    電気装置の温度敏感領域と熱連通し、基板に沿って熱エネルギーを伝達するように構成される基板と、
    前記基板上に配置されるグラファイトシートと、を備え、
    前記グラファイトシートが、前記電気装置の前記温度敏感領域と熱連通し、前記グラファイトシートが、前記グラファイトシートに電力を印加することで前記電気装置の前記温度敏感領域に熱エネルギーを伝達するように構成され、前記グラファイトシートが、前記グラファイトシートに電力を印加することなく前記電気装置の前記温度敏感領域から離れるように熱エネルギーを伝達するように構成され、
    前記基板または前記グラファイトシートのうちの一方が、前記電気装置の前記温度敏感領域から、前記基板または前記グラファイトシートのうちの他方を介して、ヒートシンクに熱エネルギーを伝達するように構成され、
    前記基板が、前記基板に沿って電流を伝達するように構成され、前記基板が、前記基板に電力を印加することにより前記電気装置の前記温度敏感領域を加熱するように構成される、
    ヒートスプレッダ。
18. 電気装置の温度敏感領域の温度を管理するためのヒートスプレッダであって、前記スプレッダが、
    電気装置の温度敏感領域と熱連通し、基板に沿って熱エネルギーを伝達するように構成される基板と、
    前記基板上に配置されるグラファイトシートと、を備え、
    前記グラファイトシートが、前記電気装置の前記温度敏感領域と熱連通し、前記グラファイトシートが、前記グラファイトシートに電力を印加することで前記電気装置の前記温度敏感領域に熱エネルギーを伝達するように構成され、前記グラファイトシートが、前記グラファイトシートに電力を印加することなく前記電気装置の前記温度敏感領域から離れるように熱エネルギーを伝達するように構成され、
    前記基板または前記グラファイトシートのうちの一方が、前記電気装置の前記温度敏感領域から、前記基板または前記グラファイトシートのうちの他方を介して、ヒートシンクに熱エネルギーを伝達するように構成され、
    前記グラファイトシートが、前記基板の少なくとも２つの側面に沿って延在する、
    ヒートスプレッダ。
19. 前記グラファイトシートが、前記ヒートシンクと熱連通し、前記基板が、前記グラファイトシートを介して、前記電気装置の前記温度敏感領域から前記ヒートシンクに熱エネルギーを伝達するように構成される、請求項１７記載のヒートスプレッダ。
20. 前記グラファイトシートが、主側面および廃熱側面を備える熱電装置と熱連通し、前記熱電装置が、前記熱電装置に電力を印加することにより前記熱電装置の前記主側面と前記廃熱側面との間で熱エネルギーを伝達するように構成され、前記熱電装置の前記主側面が、前記ヒートスプレッダと熱連通し、前記熱電装置の前記主側面が、前記熱電装置に電力を印加することにより前記電気装置の前記温度敏感領域を加熱または冷却するように構成され、前記熱電装置の前記廃熱側面が、前記ヒートシンクと熱連通する、請求項１７または１９記載のヒートスプレッダ。

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