(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ボックスの内部に入れ子にされた内側ボックスおよび該内側ボックスの外側の側壁に接する複数の熱流束センサを含む試験チャンバと、
前記内側ボックスの床と前記外側ボックスの床との間の少なくとも１つの断熱装置と、
前記内側ボックスの外側の側壁の各々と、当該外側の側壁の各々に対応する前記外側ボックスの内側の側壁の各々との間の熱伝導手段であって、少なくとも１つの熱伝導手段が第１の楔形状物と第２の楔形状物とを含んでいる、前記熱伝導手段と、
前記内側ボックスの内壁に接する少なくとも１つのバスバーと、
試験チャンバ蓋と、
を含んでおり、
前記試験チャンバが、熱量計が作動している間、恒温槽に完全に沈められるように構成される大容量熱量計。
【請求項２】
前記内側ボックスの容量が略４リットル〜略１００リットルである請求項１記載の熱量計。
【請求項３】
前記内側ボックスの容量が９６リットルである請求項２記載の熱量計。
【請求項４】
前記恒温槽が、前記試験チャンバより大きい槽空洞を含んでいる恒温槽容器と、該空洞の中に配された恒温液と、蓋とを含む請求項１記載の熱量計。
【請求項５】
前記槽空洞の容量が略３７８リットル〜略７５７リットルである請求項４記載の熱量計。
【請求項６】
前記槽空洞の容量が略６０５リットルである請求項５記載の熱量計。
【請求項７】
前記少なくとも１つの断熱装置が、前記外側ボックスの前記床からの前記内側ボックスの前記床の熱的な分離を提供する請求項１記載の熱量計。
【請求項８】
前記少なくとも１つの断熱装置が、セラミックボールとシリンダーとの交互配列を覆う被覆を含んでいる柱状体を含む請求項７記載の熱量計。
【請求項９】
前記少なくとも１つのバスバーが、該バスバーに接続されたケーブルを含み、該ケーブルが前記内側ボックスの内部に配置された第１の端部と前記熱量計の外側に配置された第２の端部とを含む請求項１記載の熱量計。
【請求項１０】
前記ケーブルが前記バスバーへの接続の前に前記恒温槽を通る請求項９記載の熱量計。
【請求項１１】
前記蓋がシュノーケルと、バーストディスクと、少なくとも１つの密閉機構とを含む請求項１記載の熱量計。
【請求項１２】
前記第１の楔形状物及び前記第２の楔形状物は、断面において三角形である請求項１記載の熱量計。
【請求項１３】
前記恒温槽が、前記恒温槽内の前記恒温液の温度を制御するように構成された少なくとも１つの加熱要素と少なくとも１つの冷却要素とを含む請求項４記載の熱量計。
【請求項１４】
モーターと細長いシャフトと少なくとも１つの撹拌翼とを含んでいる少なくとも１つの撹拌要素を含む請求項１３記載の熱量計。
【請求項１５】
外側ボックスの内側の床に接する複数の熱流束センサを含んでいる外側ボックスと、
前記熱流束センサのいくつかの上面にそれぞれ接する第１の熱伝導プレート、第２の熱伝導プレートおよび第３の熱伝導プレートであって、前記第１の熱伝導プレート、前記第２の熱伝導プレートおよび前記第３の熱伝導プレートの少なくとも一つが前記外側ボックスの内側の床に接する、前記第１の熱伝導プレート、前記第２の熱伝導プレートおよび前記第３の熱伝導プレートと、
前記外側ボックスの内側の床に接する少なくとも１つのバスバーと、
試験チャンバ蓋と、
を含んでいる試験チャンバを含んでおり、
前記試験チャンバが、熱量計が作動している間、恒温槽に完全に沈められるように構成される熱量計。
【請求項１６】
前記第１の熱伝導プレートが陽極酸化され、複数の孔を含む請求項１５記載の熱量計。
【請求項１７】
前記恒温槽が、前記試験チャンバより大きい内部槽空洞を含んでいる容器と、該空洞に配された恒温液と、外箱と、蓋とを含んでおり、
前記容器が前記外箱の内部に入れ子にされている請求項１記載の熱量計。
【請求項１８】
前記容器と前記外箱との間に断熱材を含む請求項１７記載の熱量計。
【請求項１９】
前記第２の熱伝導プレートおよび前記第３の熱伝導プレートが、少なくとも１つの断熱装置によって、前記第１の熱伝導プレートからそれぞれ熱的に分離される請求項１５記載の熱量計。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの断熱装置がセラミックボールを含む請求項１９記載の熱量計。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのバスバーが、該バスバーに接続されたケーブルを含み、該ケーブルが前記試験チャンバの内部に配置された第１の端部と前記熱量計の外側に配置された第２の端部とを含む請求項１５記載の熱量計。
【請求項２２】
前記ケーブルが前記バスバーへの接続の前に前記恒温槽を通る請求項２１記載の熱量計。
【請求項２３】
前記試験チャンバ蓋がシュノーケルと、バーストディスクと、少なくとも１つの密閉機構とを含む請求項１５記載の熱量計。
【請求項２４】
前記シュノーケルを通って前記バスバーに接続されるケーブルを含む請求項２３記載の熱量計。
【請求項２５】
前記第１の楔形状物は、第１の方向にテーパーが付いた幅を有し、
前記第２の楔形状物は、第１の方向とは反対の第２の方向にテーパーが付いた幅を有し、
前記第１の楔形状物及び前記第２の楔形状物は、前記熱伝導手段が長方形断面形状を有するように方向付られている請求項１記載の熱量計。
【請求項２６】
前記第１の楔形状物及び前記第２の楔形状物の少なくとも一つと、前記内側ボックスの外側の側壁との間に、熱伝導材が配置されている請求項１記載の熱量計。
【請求項２７】
前記熱伝導手段は、前記複数の熱流束センサに圧力を均一にかけるように構成されている請求項１記載の熱量計。
【請求項２８】
前記熱伝導手段は、前記内側ボックスの外側の側壁に圧力を均一にかけるように構成されている請求項２７記載の熱量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国政府は、米国エネルギー省（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ）と国立再生可能エネルギー研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）のマネージャーでありオペレーターであるアライアンス  フォー  サステイナブル  エナジー  リミテッド  ライアビリティ  カンパニー（Ａｌｌｉａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ，ＬＬＣ）との間の契約番号ＤＥ−ＡＣ３６−０８ＧＯ２８３０８の下で、本開示における権利を有する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年３月１１日に出願された「ＬＡＲＧＥ  ＶＯＬＵＭＥ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＣＡＬＯＲＩＭＥＴＥＲ」と題された米国仮特許出願第６１／４５１，８８４号明細書の優先権を主張し、２０１１年９月９日に出願された「ＣＡＬＯＲＩＭＥＴＥＲＳ  ＦＯＲ  ＴＥＳＴＩＮＧ  ＥＮＥＲＧＹ  ＳＴＯＲＡＧＥ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＰＯＷＥＲ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ」と題された米国仮特許出願第６１／５３２，８６９号明細書の優先権を主張する。これらの出願の開示内容は、その全体を参照することによって含まれている。
【背景技術】
【０００３】
今日の社会では電力を消費する装置は至る所に存在する。これらの装置の多くは、動作するために電池および例えばコンデンサなどの他のエネルギー貯蔵装置に保存された電力に依存し、一方で壁コンセントのような異なる種類の電力に依存する装置もある。電池駆動装置に関しては、一般的に装置が使用されていない時に充電され、装置が使用されると少なくとも一部放電され、それによって電池から電力が消費される。電子装置の重要性が増すにつれて、装置の製造者は、より効率的に動作し（例えば、少ない電力を消費する装置や１回の充電で長く使用でき廃熱が少ない電池）、有用な耐用期間の長い装置と電池を製造することを目指している。電子装置と電池の性能の向上のために、例えば、性能を向上させるために熱管理システムを設計する、および／または装置もしくは電池を再設計するために、装置および電池の熱的動作特性を含む動作特性を理解することが有用である。
【０００４】
熱量計は、以前は小型電池（例えば補聴器用電池）の熱的動作特性、その中でも特に電池が充電および／または放電される時に発生する熱を含めた熱的動作特性を測定するために使用された。しかしながら、こうした熱量計は一般的に非常に小型のため、大型電池の熱的動作特性の測定、または他の種類の電子装置の熱的動作特性の測定には有用性が限られている。さらに、大型電池および他の種類の電子装置を試験するためにこうした比較的小型の熱量計のサイズを大きくしようとする試みはあまり効果を上げてきていない。
【０００５】
従来の熱量計を使用して試験するのが特に難しい電池には、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、完全な電気自動車（ＥＶ）、および他の種類の電気自動車で使用される電池がある。これらの電池は通常、非常に大きく、非常に重く、非常に大きい定格電流を持つ。ＨＥＶ、ＰＨＥＶ，ＥＶ、および他の種類の電気自動車は自動車の世界市場のシェアを増しているので、自動車メーカーは、効率的に動作でき、多くの充電・放電サイクルに持ちこたえられる、より高度な自動車と電池の開発を行っている。この変化は、国の無公害車の要求、高度な企業別平均燃費基準、温室効果ガス規制、原油価格急騰の恐れ、新しいスマートグリッドおよびビークルツーグリッド（vehicle-to-grid）技術、ならびに電池技術の進歩のような多くの要素が集まって促進されている。次世代の電化された自動車および軽量トラックに関しては、電力のみでより遠くへ走行することを目指し、より多くの電力が自動車の電池パックに求められている。これらの要求を満たすために、自動車メーカーは高度な電池技術を用いて大きな電池パックを製造し、より大きな充電状態間を電池に循環させている。しかしながら、電池は通常、充電や放電の際に廃熱を生む。この熱は、高温にさらされることによる電池の寿命への悪影響を防ぐために、熱制御および／または熱管理によって電池から除去されなければならない。したがって、こうした電池パックの熱管理は電池パックのライフサイクルコストおよび自動車の効率的な運転に非常に重要である。
【０００６】
より一般的に言えば、いろいろな電子装置と電池の熱的動作特性を理解および制御することは、電子装置と電池の性能および予想耐用年数の推定および／または向上において重要なことがある。例えば、電池の性能（例えば瞬時電流容量、許容全電荷量など）、充電サイクル寿命および／またはカレンダー寿命は、電池が適切に冷却されない場合、または電池があまりに頻繁にまたはあまりに急速に循環する場合、著しく低下することがある。電気自動車との関連においては、電池の性能が低下すると、燃費効率の低下を引き起こすことがあり、また電池の早期故障につながる可能性がある。他の例として、リチウムイオン電池パックに関して、過熱は電池パックの燃焼または破裂につながり得る。さらに別の例として、動作中に相転移を起こす電池もある。こうした相転移は電池の構成要素の膨張および／または収縮を引き起こす可能性があり、また電池の亀裂や他の損傷を引き起こす可能性があり、それらは電池の耐用年数を低下させる。熱量計はこうした相転移が起こる電池の動作点を特定でき、こうした動作点を回避し電池の寿命を延ばすために制御システムが設計され得る。
【０００７】
しかしながら、例えば電子装置または電池の高い電流放電の間に発生する熱量などの熱的動作特性がわかっている場合、製造者は例えば装置や電池の過熱によって引き起こされ得る性能損失や他の問題を緩和するのに役立つ適切な熱管理システムを設計できる可能性がある。製造者はまた電子装置および／または電池の改良も設計できる可能性がある。
【０００８】
関連技術とそれに関連した制限の前述した例は例示を目的としており、限定するものではない。関連技術の他の制限は、本明細書を読んで図面を参照すると、当業者には明らかになるであろう。
【発明の概要】
【０００９】
以下の実施形態とその態様は、例示を意図しているシステム、ツール、および方法とともに説明され、例示されていて、範囲を限定するものではない。様々な実施形態において、１つまたは２つ以上の上記の問題は減らされたり、取り除かれたりしているが、一方で他の実施形態は他の改善を対象としている。
【００１０】
様々な態様において、本開示は熱量計とその製造方法および使用方法に基づくものである。本明細書に記載の熱量計は、電池が充電および放電される時または装置が作動する時発生する熱を測定することによって、ならびに、熱が電気化学的におよび／または抵抗により発生しているかどうかを判断することなどによって、製造者が電子装置または電池の熱的動作特性を理解するのに役立ち得る。さらに本明細書に記載の熱量計は、様々な温度で電子装置と電池の熱的動作特性を測定するために、様々な試験温度で動作させることができる。電子装置および電池の熱的動作特性を知ることは、電子装置および／または電池の性能を向上させ、耐用期間を延ばし、全体的な改良を行うために、製造者が熱管理システムを設計および実現することに役立ち得る。また熱的動作特性は、製造者が電子装置および／または電池の設計および製造を改良させるのに役立ち得る。
【００１１】
様々な態様において、本開示は、本明細書に記載された熱量計の試験チャンバの内部に置かれた電池または電子装置の熱的分離に基づくものである。本開示によって提供された熱量計は、例えば熱量計の周りの周囲環境などの外因からの熱的干渉を最小限に抑え、多くの場合取り除く。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
いくつかの態様において、本開示は、外側ボックスの内部に入れ子にされた内側ボックスおよび内側ボックスの外側の側壁に接する複数の熱流束センサを含む試験チャンバと、内側ボックスの床と外側ボックスの床との間の少なくとも１つの断熱装置と、内側ボックスの内壁に接する少なくとも１つのバスバーと、蓋とを含んでおり、前記試験チャンバが、熱量計が作動している間、恒温槽に完全に沈められるように構成される大容量熱量計を提供する。
【００１３】
いくつかの実施形態において、前記内側ボックスの容量は略４リットル〜略１００リットルである。
【００１４】
いくつかの実施形態において、前記内側ボックスの容量は９６リットルである。
【００１５】
いくつかの実施形態において、前記恒温槽は、前記試験チャンバより大きい槽空洞を含んでいる恒温槽容器と、槽空洞に配された恒温液と、蓋とを備える。
【００１６】
いくつかの実施形態において、前記槽空洞の容量が略１００ガロン〜略２００ガロンである。
【００１７】
いくつかの実施形態において、前記槽空洞の容量が略１６０ガロンである。
【００１８】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの断熱装置が、前記外側ボックスの前記床からの前記内側ボックスの前記床の熱的な分離を提供する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの断熱装置は、セラミックボールとシリンダー（cylinder）との交互配列を覆う被覆を含んでいる柱状体（column）を含む。
【００２０】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つのバスバーが、前記バスバーに接続されたケーブルを含み、該ケーブルが前記内側ボックスの内部に配置された第１の端部と前記熱量計の外側に配置された第２の端部とを含む。
【００２１】
いくつかの実施形態において、前記ケーブルがバスバーへの接続の前に前記恒温槽を通る。
【００２２】
いくつかの実施形態において、前記蓋はシュノーケルとバーストディスク（burst disk）と少なくとも１つの密閉機構とを含む。
【００２３】
いくつかの実施形態において、前記内側ボックスの外側の側壁のそれぞれが、一組の楔形状物を通して、外側ボックスの対応する内側の側壁に熱的に結合される。
【００２４】
いくつかの実施形態において、前記楔形状物が熱伝導材を含み、断面において三角形である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、前記恒温槽が、前記恒温槽内の前記恒温液の温度を制御するように構成された少なくとも１つの加熱要素と少なくとも１つの冷却要素とを含む。
【００２６】
いくつかの実施形態において、前記恒温槽がまた、モーターと細長いシャフトと少なくとも１つの撹拌翼（impeller）とを含んでいる少なくとも１つの撹拌要素を含む。
【００２７】
いくつかの態様において、本開示は、外側ボックスの底部に接する複数の熱流束センサを含んでいる外側ボックスと、前記熱流速センサのいくつかの上面にそれぞれ接する第１の熱伝導プレート、第２の熱伝導プレートおよび第３の熱伝導プレートと、前記外側ボックスの内壁に接する少なくとも１つの内壁と、前記外側ボックスの内側の床に接する少なくとも１つのバスバーと、蓋とを含んでいる試験チャンバを含んでおり、前記試験チャンバが、熱量計が作動している間、恒温槽に完全に沈められるように構成される熱量計を提供する。
【００２８】
いくつかの実施形態において、前記第１の熱伝導プレートは複数の孔を含む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、前記第１の熱伝導プレートは陽極酸化されている。
【００３０】
いくつかの実施形態において、前記恒温槽が、前記試験チャンバより大きい内部槽空洞を含んでいる容器と、該空洞に配された恒温液と、外箱と、蓋とを含んでおり、前記容器が前記外箱の内部に入れ子にされている。
【００３１】
いくつかの実施形態において、前記容器と前記外箱との間に断熱材が存する。
【００３２】
いくつかの実施形態において、前記第２の熱伝導プレートおよび前記第３の熱伝導プレートが、少なくとも１つの断熱装置によって前記第１の熱伝導プレートからそれぞれ熱的に分離される。
【００３３】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つの断熱装置がセラミックボールを含む。
【００３４】
いくつかの実施形態において、前記少なくとも１つのバスバーが、該バスバーに接続されたケーブルを含み、該ケーブルが前記試験チャンバの内部に配置された第１の端部と前記熱量計の外側に配置された第２の端部とを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態において、前記ケーブルが前記バスバーへの接続の前に前記恒温槽を通る。
【００３６】
いくつかの実施形態において、前記蓋がシュノーケルとバーストディスクと少なくとも１つの密閉機構とを含む。
【００３７】
上述の態様と実施形態に加えて、さらなる態様と実施形態が図面を参照し、以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
【００３８】
当業者は本明細書に記載の図面が例示目的のみのものであるということを理解するであろう。これらの図面は本開示の範囲を限定することを目的としていない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本開示によって提供される熱量計の一実施形態の斜視図である。
【図２】図１の２−２線における図１に示される熱量計の断面図である。
【図３】図１の熱量計の試験チャンバの内側ボックスの斜視図である。
【図４】図３に示される内側ボックスと内部の電池の斜視図である。
【図５】図１に示される熱量計で用いられる試験チャンバの外側ボックスと蓋を示す図である。
【図６】図２に示される断面図の一部の拡大図である。
【図７】本開示によって提供される熱量計の第２の実施形態の斜視図である。
【図８】図７に示される熱量計の断面図である。
【図９】図７に示される熱量計の試験チャンバの外側ボックスの斜視図である。
【図１０】図７に示される熱量計で用いられる試験チャンバの外側ボックスと蓋の斜視図である。
【図１１】図８に示される断面図の一部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
熱量計のいくつかの実施形態をここで詳細に参照する。開示される実施形態は請求項を限定することを目的としていない。それとは逆に、請求項は代替物、修正、および同等物の全てを含むことを目的としている。
【００４１】
様々な態様において、本開示は熱量計とその製造方法および使用方法を説明する。本明細書に記載された熱量計は、電池が充電および放電される時または装置が作動する時に発生する熱を測定することによって、および熱が電気化学的におよび／または抵抗により発生しているかどうかを判断することなどによって、製造者が電子装置または電池の熱的動作特性を理解するのに役立ち得る。さらに本明細書に記載の熱量計は、広範囲な試験温度および条件で動作できるため、様々な温度での電子装置と電池の熱的動作特性を測定することができる。電子装置と電池の熱的動作特性を知ることは、電子装置および／または電池の性能を向上させ、耐用期間を延ばし、全体的な改良を行うために、製造者が熱管理システムを設計および実現することに役立ち得る。また熱的動作特性は、製造者が電子装置および／または電池の設計および製造を改良するのに役立ち得る。
【００４２】
様々な態様において、本開示は、本明細書で提供される熱量計の試験チャンバの内部に置かれた電池または電子装置の熱的分離に基づくものである。その点で、本開示によって提供される熱量計の試験チャンバは、外的環境から熱的に分離される試験環境を提供する。電池および／または電子装置が試験チャンバの内部に置かれる時、熱的動作条件の試験は、試験チャンバの外側の環境からの熱の影響が最小限に抑えられ、また多くの場合、熱の影響なく行われる。
【００４３】
様々な態様において、本開示によって提供された熱量計は、試験チャンバの内側に置かれた電池または装置から発生した熱が測定前に失われたり、または、分散されたりしないように構成される。したがって、熱量計の熱的経路は、電池または電子装置から発生した熱の放散を最小限に抑えるか全く放散させないで、直接、熱流束計に向かうよう設計されている。
【００４４】
様々な態様において、本明細書に開示される熱量計は、恒温槽に沈められる試験チャンバを備える。いくつかの実施形態において、例えば電子装置や電池などの試験試料が試験チャンバに置かれ、試験チャンバは、その後密閉され、恒温槽の中に入っている恒温液の中に沈められる。１つまたは２つ以上のバスバーは熱量計に連結され、熱を試験試料の接続端子から熱量計に向けるのに役立ち、それによって接続端子からの熱が熱量計によって測定される。試験チャンバの内部と外部コンピュータ等および外部電源等とを接続する電源ケーブルならびに／またはデータケーブルは、外気の温度変化がケーブルを通して試験チャンバの内部に伝導するのを防ぐために、恒温槽の液体の中を通ってもよい。いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上の断熱装置が、熱が熱量計の特定部分に流れるのを防ぐために使用されてもよい。
【００４５】
様々な態様において、本開示によって提供される熱量計のサイズと構造は多様であってよい。熱量計のサイズは、特に熱量計において試験される電池や他の電子装置のサイズや重さによって決まってもよい。例えば、ハイブリッド電気自動車用の電池は、比較的大きいサイズであるためにかなり大きい熱量計を必要とする場合があり、熱量計は比較的大重量の電池を支持できる必要がある。しかし、小型の電池は大型の熱量計を必要とせず、小型の熱量計の方が、利点がある場合がある（例えば、小型の熱量計の製造および／または使用の方がコスト効率が良い、小型の熱量計の方が正確な熱測定を行い得る、などのため）。審議のために、本開示は熱量計の２つの異なる実施形態１００（図１）、７００（図７）を説明し、その内の１つは大容量の熱量計１００で、もう１つは小容量の熱量計７００である。しかしながら、大容量および小容量の熱量計１００と７００の両方に関して説明される概念と原理は、どのサイズの熱量計にも当てはまるため、本開示における「大型」「小型」の言及は単なる例示であり、限定するものではない。
【００４６】
［大型熱量計］
図１〜６は、本開示によって提供される大容量の熱量計の実施形態を開示する。図１〜６に示すように、いくつかの実施形態において、熱量計１００は、電気自動車で使用することができる電池パック１０１のような比較的大きいおよび／または比較的重い試験試料１０１を収容するのに十分なサイズであってよい。熱量計１００は、特に充電および放電サイクルの間に電池パック試験試料１０１から発生する熱の正確な測定のために使用することができる。そうした測定は電池パック試験試料１０１の予想寿命を特定すること、および電池パック試験試料１０１の熱管理システムを設計することに役立ち得る。
【００４７】
熱量計１００は、上級車両に関連する他の応用をさらに有してもよい。いくつかの実施形態において、熱量計１００は、電力変換装置、インバーターなどの装置を含む、そうした車両のパワーエレクトロニクスを試験するのに使用することができ、いくつかの実施形態において、電池パックへの電気的負荷を減らすための手段として重要性が増しているスーパーキャパシタを試験するのに使用することができる。いくつかの実施形態において、熱量計１００は、電池パック１０１の効率性を判定することに、およびエネルギー貯蔵システムにおける欠陥を同定するのに役立てることに使用することもできる。いくつかの実施形態において、熱量計１００は電池から発生した熱と、電池間の相互接続から発生した熱とを別々に測定するのに使用することができる。様々な態様において、試験のための熱量計１００の使用は、電池パック１０１に関する安全性問題に対処することができる。さらに、いくつかの実施形態において、熱量計１００は、例えば、内燃機関自動車（すなわち自動車、トラックなど）、大衆消費電化製品（すなわちテレビ、サージ保護装置、携帯電話など）および他の目的のための電池などの他の種類の電池および他の種類の電子装置、ならびに他の物理的特質または化学的特質により自己発熱をする非電気的装置の熱的動作特性を測定するのにも使用することができる。
【００４８】
［試験チャンバ］
図２〜５に示すように、熱量計１００は試験チャンバ１０２を備えることができる。いくつかの実施形態において、試験チャンバ１０２は「箱の中の箱」の構造を有する。すなわち、内側ボックス１０４は試験試料１０１を中に入れ、外側ボックス１０３の中に入っている。
【００４９】
いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４は、内側ボックス１０４よりわずかに大きい外側ボックス１０３の内部に配置されている。様々な態様において、試験チャンバ１０２はまた、試験試料１０１を内部に入れた後、１つまたは２つ以上の密閉機構１３０で密閉することができる取り外し可能な蓋１２０を備える。密閉機構１３０は、Ｏリング、トグルクランプ、プランジャー型トグルクランプ、スプリング式クランプ、他の密閉および締結部品、ならびにそれらの組み合わせを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、密閉機構１３０はクランプを備える。このクランプはスプリング式であってもよく、恒温槽の温度に関係なく、蓋１２０と内側ボックス１０４および外側ボックス１０３との間の密閉を維持できる。すなわちスプリング式クランプは実に一貫した密閉力を与え、そのため、密閉材とユニットとの熱膨張および収縮の差を補う。図１に示される実施形態において、取り外し可能な蓋１２０は、複数のスプリングクランプを密閉機構１３０として使用して、試験チャンバ１０２の内側ボックス１０４および外側ボックス１０３の両方を密閉する。
【００５０】
図１に示される試験チャンバ１０２は、入れ子になった長方形のアルミニウムボックス１０３、１０４を備えるが、試験チャンバ１０２は、通常、特定の試験試料１０１に適した任意の適切な形であってもよい。内側ボックス１０４と外側ボックス１０３の両方を備える試験チャンバ１０２は、構造的に剛性で熱伝導性のあるいかなる金属または他の材料から構成されてもよい。
【００５１】
［内側ボックス］
内側ボックス１０４の製造に使用される材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材は、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ（Hastalloy）、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４はアルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から製造される。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４はアルミニウムである。
【００５２】
内側ボックス１０４の容量は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、内側ボックスの容量は約０．５リットル〜約２００リットルである。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の容量は約４リットル〜約１００リットルである。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の容量は、約０．５リットル、約１リットル、約１．５リットル、約２リットル、約２．５リットル、約３リットル、約３．５リットル、約４リットル、約５リットル、約１０リットル、約１５リットル、約２０リットル、約２５リットル、約３０リットル、約３５リットル、約４０リットル、約４５リットル、約５０リットル、約５５リットル、約６０リットル、約６５リットル、約７０リットル、約７５リットル、約８０リットル、約８５リットル、約９０リットル、約９５リットル、約１００リットル、約１１０リットル、約１２０リットル、約１３０リットル、約１４０リットル、約１５０リットル、約１６０リットル、約１７０リットル、約１８０リットル、約１９０リットル、約２００リットルから選択される。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の容量は約９５リットルである。いくつかの実施形態において、内側ボックスの容量は９６リットルである。
【００５３】
内側ボックス１０４の形は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、内側ボックスの形は正方形と長方形から選択される。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４は長方形のアルミニウムのボックスで容量が約９６リットルである。この容量の内側ボックス１０４を備える本開示で提供される熱量計は、２３．６インチ×１５．７インチ×１５．７インチ以下の寸法の試験試料１０１を試験することができる。
【００５４】
様々な態様において、内側ボックス１０４は、熱流束計などの複数の熱流束センサ１１０を備える。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は内側ボックス１０４の側壁に連結される。例えば、図３に示される実施形態において、内側ボックス１０４の４つの側壁のそれぞれは、側壁の外側に連結される１つまたは２つ以上の熱流束センサ１１０を備える。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は内側ボックス１０４の側壁の内部に連結される。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は内側ボックス１０４の側壁の内部に埋め込まれる。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は、内側ボックス１０４の側壁に沿って列を成して設けられる。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は、内側ボックス１０４の側壁に沿って少なくとも１列に、いくつかの実施形態においては少なくとも２列に、いくつかの実施形態においては少なくとも３列に、いくつかの実施形態においては少なくとも４列に、いくつかの実施形態においては内側ボックス１０４の最上部まで何列にも設けられる。熱流束センサ１１０は、例えば熱電式の熱流束ゲージ、熱電対式の熱流束ゲージ、およびそれらを組み合わせたものを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は、熱流束比に対して低シグナルを与える多数の異種材料（セラミック、ビスマス、テルル化物、はんだなど）からなる。熱流束センサ１１０は、試験チャンバ１０２の製造に使用される材料の熱膨張差に感度を有してもよく、熱がそれらの中を通って外側ボックス１０３の中に流入できるように構成され得る。
【００５５】
いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０は、熱量計１００の中に置かれた大重量の試験試料１０１を収容する内側ボックス１０４の底面ではなく側壁に連結される。例えば、熱流束センサ１１０が内側ボックス１０４の底面に連結され、その結果、大重量の試験試料１０１を支持する必要がある場合、試験試料１０１が２００キログラム以上の電池パックであると、熱流束センサ１１０にひびが入り、損傷する可能性がある。熱流束センサ１１０が内側ボックス１０４の側壁に連結されるため、様々な態様において、内側ボックス１０４は、熱が試験チャンバの底面から熱流束センサ１１０を備える側壁に流れるように構成される。いくつかの実施形態において、下記で詳細に説明するように、１つまたは２つ以上の断熱装置１０８および／または断熱材１２３によって、内側ボックス１０４を外側ボックス１０３の中に浮かせることによって、これは達成される。
【００５６】
内側ボックス１０４の底部は、熱伝導体として機能するのに適した厚さにすることができ、内側ボックス１０４の側壁と熱的に結合させることができる。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の底部の厚さと側壁の厚さは、それぞれ約０．５インチ〜約２インチである。いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の底部の厚さと側壁の厚さは、それぞれ０．５インチ、０．７５インチ、１．０インチ、１．２５インチ、１．５インチ、１．７５インチ、および２インチから選択される。いくつかの実施形態において、底部の厚さと側壁の厚さは同じである。いくつかの実施形態において、底部の厚さと側壁の厚さは異なる。いくつかの実施形態において、底部と側壁の厚さは両方とも１インチである。この構造において、電池からの熱のほとんどまたは全ては、内側ボックス１０４の底部に伝わり、次に内側ボックス１０４の側壁に伝わって熱流束センサ１１０の中に入り、それによって伝わってきた熱の量が測定され、その後外側ボックス１０３に移る。
【００５７】
［外側ボックス］
外側ボックス１０３の製造に使用される材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、外側ボックス１０３は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材は、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、外側ボックス１０３は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から製造される。いくつかの実施形態において、外側ボックス１０３はアルミニウムである。
【００５８】
外側ボックス１０３の側壁の厚さと底部の厚さは多様であってもよい。いくつかの実施形態において、外側ボックス１０３の底部の厚さと側壁の厚さは、それぞれ約０．５インチ〜約２インチである。いくつかの実施形態において、外側ボックス１０３の底部の厚さと側壁の厚さは、それぞれ０．５インチ、０．７５インチ、１．０インチ、１．２５インチ、１．５インチ、１．７５インチ、および２インチから選択される。いくつかの実施形態において、底部の厚さと側壁の厚さは同じである。いくつかの実施形態において、底部の厚さと側壁の厚さは異なる。いくつかの実施形態において、底部の厚さと側壁の厚さはともに０．７５インチである。
【００５９】
様々な態様において、外側ボックス１０３は、（後述の）恒温槽内の小さな変化が熱流束センサ１１０によって検知されないようにする熱緩衝器として機能する。外側ボックス１０３によって提供される緩衝は、熱量計１００が熱流束センサ１１０によって測定された熱流束において比較的低いベースライン変動を持つことを可能にし、それはいくつかの実施形態において約±５．０ｍＷである。熱流束センサ１１０の測定においてベースライン変動が低いことは、熱流束センサ１１０による測定の向上された感度と向上された正確性を可能にさせる。
【００６０】
［内側ボックスと外側ボックスの間］
図２および図６が示すように、試験チャンバ１０２の内側ボックス１０４は、試験チャンバ１０２の外側ボックス１０３の中で１つまたは２つ以上の断熱装置１０８によって浮かされてよい。様々な態様において、断熱装置１０８は、内側ボックス１０４の中に置かれた試験試料１０１からの熱が内側ボックス１０４の床から外側ボックス１０３に伝わることを防ぐ。これに関して、熱は内側ボックス１０４の床から内側ボックス１０４の側壁へ移動させられ、熱流束センサ１１０の中に入れられる。したがって、様々な態様において、断熱装置１０８は断熱材料から製造され、その中を通る熱の流れを最小限に抑えるように構成される。
【００６１】
いくつかの実施形態において、断熱装置１０８は、断熱ボールおよびシリンダー１０８ｂの交互配列を保持する被覆１０８ａを有する柱状体を備える。断熱装置１０８の高さは多様であってよい。いくつかの実施形態において、断熱装置１０８の高さは約１インチ〜約６インチである。いくつかの実施形態において、断熱装置１０８の高さは、約１インチ、約１．５インチ、約２インチ、約２．５インチ、約３インチ、約３．５インチ、約４インチ、約４．５インチ、約５インチ、約５．５インチ、および約６インチから選択される。いくつかの実施形態において、断熱装置１０８の高さは約３インチである。
【００６２】
被覆１０８ａの作製に使用される材料は多様であってよい。いくつかの実施形態において、被覆１０８ａは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、被覆１０８ａはアルミニウムである。様々な態様において、被覆はボールおよびシリンダー１０８ｂの交互配列を覆い、かつ、内側ボックス１０４の床との接触を避けるのに差し支えない高さであってよい。
【００６３】
ボールおよびシリンダー１０８ｂの材料は多様であってよい。いくつかの実施形態において、ボールおよびシリンダー１０８ｂは、無機材料、非金属材料、結晶性酸化物材料、窒化物材料または炭化物材料から選択された断熱材料から作製される。いくつかの実施形態において、ボールおよびシリンダー１０８ｂはセラミックである。
【００６４】
ボールおよびシリンダー１０８ｂは、内側ボックス１０４と外側ボックス１０３との間の伝導性熱伝達を減らす。様々な態様において、断熱装置１０８は、図６に示すように、内側ボックス１０４の床との最初の接触点はボールであるように構成され、それによって内側ボックスの底面との接触点が小さくなることを可能にする。この小さな接触点は、熱が内側ボックス１０４の床から外側ボックス１０３に流れること阻み、それによって熱を内側ボックス１０４の側壁へ流れるようにし、そして熱流束センサ１１０の中へ流れるようにする。いくつかの実施形態において、断熱装置１０８の配置は、ボールおよびシリンダー１０８ｂの最後の接触点もまた外側ボックス１０３の床と接触して配置されたボールであるように構成される。セラミックのボールおよびシリンダー構造内での点接触は伝導性熱伝達をさらに制限する。断熱装置１０８は、１つまたは２つ以上のセラミックのボールおよびシリンダー１０８ｂを有してもよく、例えば３つのセラミックのボールと２つのセラミックのシリンダーが図６の実施形態に示されている。もちろん、他の断熱装置１０８（セラミック以外の断熱材料から作製されたボールとシリンダーを有する）もまた、あるいは代わりに使用されてもよく、あるいはいくつかの実施形態では、断熱装置は使用されなくてもよい。
【００６５】
また図２および図６を参照すると、いくつかの実施形態において、試験チャンバ１０２の内側ボックス１０４の底面と外側ボックス１０３の底面の間に、断熱装置１０８によって作られた空間は、内側ボックス１０４の底面を通って外側ボックス１０３へ伝導性熱伝達が行われるのを減らすために断熱材１２３で満たすことができる。断熱材１２３は、内側ボックス１０４から外側ボックス１０３への熱伝達を防げられるものならどんな種類のものでもよい。いくつかの実施形態において、断熱材１２３は、積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、断熱材１２３はエアロゲルである。使用される断熱材１２３の量は、断熱装置１０８の高さと同じか、異なってもよい。いくつかの実施形態において、断熱材１２３の量は断熱装置１０８の高さに合わせるように選択される。例えば、いくつかの実施形態において、断熱装置１０８の高さは３インチで、断熱材１２３の厚さは３インチである。いくつかの実施形態において、断熱材１２３は、熱量計１００に構造的安定性を加えるために選択できる。例えば、いくつかの実施形態において、断熱材１２３はエアロゲルで、内側ボックス１０４の重さを支持するために構造的強度を与える。エアロゲルは約０．００８Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持ち、２３．６インチ×１５．７インチで厚さ３インチのエアロゲルは、摂氏１度の温度差につきたった２５ｍＷだけ伝導することができる。内側ボックス１０４の側壁の方へ熱を伝導するよう設計されている内側ボックス１０４の底面に結合される時、断熱材１２３の幅における温度差は０．１℃未満のこともあり、その場合、断熱材１２３を通って伝導する熱は２．５ｍＷ未満に制限される。
【００６６】
いくつかの実施形態において、内側ボックス１０４の側壁は、１つまたは２つ以上の楔形状物１０５を通して外側ボックス１０３の側壁に熱的に結合される。楔形状物１０５は熱伝導材を含み、例えば図２に示すように断面が三角形である。楔形状物１０５の原料は多様であってよい。いくつかの実施形態において、楔形状物１０５は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材は、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、楔形状物１０５は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、楔形状物１０５はアルミニウムである。
【００６７】
いくつかの実施形態において、図２に示すように、１つのプレートが長手方向に渡って対角線で切断され、長方形のプレートを形成するように共にスライドする２つの楔形の部分を形成するように、楔形状物１０５が、切断されて配置されてもよい。図２に示す実施形態において、一方の楔形状物１０５は、厚い最上部から、薄い最下部へとテーパーを付けており（例えば、幅１インチから１／４インチになる）、適合する楔形状物１０５は、薄い最上部から厚い最下部へとテーパーを付けている（例えば、幅１／４インチから１インチになる）。いくつかの実施形態において、２つの楔形状物１０５の接合部分は放熱グリースでコーティングされていてもよく、外側の楔形状物１０５と外側ボックス１０３の側壁との接合部分も同様であってよい。いくつかの実施形態において、グリースは、ｓｉｌ−ｐａｄなどの可撓性熱伝導パッドで代用できる。いくつかの実施形態において、楔形状物１０５は単一構造の長方形のプレートに置き換えてもよい。
【００６８】
楔形状物１０５は、内側ボックス１０４の側壁に連結された熱流束センサ１１０に圧力を均一にかけることに役立ち、熱が内側ボックス１０４から熱流束センサ１１０を通って外側ボックス１０３に流れるための熱伝導経路を与えることができる。いくつかの実施形態において、熱流束センサ１１０への均一な圧力は、比較的柔軟性のないセラミック熱流束センサ１１０を、熱流束センサ１１０にひびが入る恐れなく内側ボックス１０４の側面に平坦に取り付けることを可能にする。内側ボックス１０４の側面の厳密な平面公差によって、熱流束センサ１１０を側面に平坦に取り付けることができ、隙間が熱流束センサ１１０を通る熱の伝導を妨げないようにする。いくつかの実施形態において、楔形状物１０５は、楔形状物１０５と同様の熱伝導性と均一な圧力を与える単一構造の長方形プレートに置き換えることができる。
【００６９】
［バスバー］
図２および図４に示すように、いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上の導電体１１２は、内側ボックス１０４の内側側壁に取り付けることができる。いくかの実施形態において、導電体１１２はバスバーである。いくつかの実施形態において、導電体１１２は、例えば０．１３ｍｍの厚さのｓｉｌ−ｐａｄなどの熱伝導性電気的絶縁パッドによって、内側ボックス１０４の内側側壁に取り付けられる。
【００７０】
導電体１１２の作製に使用する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、導電体１１２は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材は、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、導電体１１２は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、導電体１１２は銅である。
【００７１】
導電体１１２のサイズは多様であってよい。いくつかの実施形態において、導電体１１２は、ほとんど内側ボックス１０４の側壁の幅にわたる。いくつかの実施形態において、導電体１１２の幅は、約１ｃｍ〜約１０ｃｍであり得る。いくつかの実施形態において、導電体１１２の幅は、約１ｃｍ、約２ｃｍ、約３ｃｍ、約４ｃｍ、約５ｃｍ、約６ｃｍ、約７ｃｍ、約８ｃｍ、約９ｃｍ、約１０ｃｍから選択される。いくつかの実施形態において、導電体１１２の厚さは、約０．５ｃｍ〜約５ｃｍにすることができる。いくつかの実施形態において、導電体１１２の厚さは、約０．５ｃｍ、約１ｃｍ、約１．５ｃｍ、約２ｃｍ、約２．５ｃｍ、約３ｃｍ、約３．５ｃｍ、約４ｃｍ、約４．５ｃｍ、約５ｃｍから選択される。いくつかの実施形態において、導電体１１２は幅約５ｃｍ、厚さ約２．５ｃｍである。
【００７２】
導電体１１２は、試験試料１０１と外部電源とを結合する。いくつかの実施形態において、外部電源は試験試料１０１を充電および放電するように構成される。例えば、図４に示す実施形態において、電池の試験試料１０１の正端子１０１ａは、第１のバスバー１１２を通して外部の市販の電池サイクラーに連結でき、電池の試験試料１０１の負端子１０１ｂは、第２のバスバー１１２を通して市販の電池サイクラーに連結できる。より詳細に下記で述べるように、バスバー１１２と外部電源との間の電源ケーブルは、試験チャンバ１０２への熱の影響を最小限に抑えるため、恒温槽の液１５８を通ることができる。
【００７３】
導電体１１２は、熱量計１００が試験試料１０１、例えば、電池試験試料１０１の正端子１０１ａと負端子１０１ｂからの熱を（熱流束センサ１１０によって）取り込んで測定するのに役立つ。さもなければ、電源ケーブルが、周囲空気または恒温液１５８へと熱量計の蓋１２０を通って直接外部電源に送られる場合、熱は蓋を通って失われるだろう。これは、導電体１１２なしでは、電源ケーブルが熱量計１００の熱流束センサ１１０を迂回する蓋１２０からの熱漏れ経路を与えるためである。導電体１１２は内側ボックス１０４と熱的に結合しているため、内側ボックス１０４へ熱を向けるか、または沈め、次に熱流束センサ１１０および楔形状物１０５を通って外側ボックス１０３に熱を向けるか、または沈めるため、導電体１１２は熱量計１００が熱を取り込んで測定することに役立つ。導電体１１２は試験試料１０１の電源ケーブルの熱の流れを内側ボックス１０４の側壁へ向かわせ、熱流束センサ１１０を通らせるのに役立ち、それによって測定が可能になる。電気的絶縁パッドは、試験試料１０１へのおよび試験試料１０１からの電流が内側ボックス１０４に流れないようにする。
【００７４】
導電体１１２によって、比較的大量の電流を伴うとしても、大定格電流の電池、電気モーター、発電機、インバーターやコンバーターなどのパワーエレクトロニクスなどの試験試料１０１から発生した熱を熱量計１００が収容して測定することができる。
【００７５】
［蓋］
いくつかの実施形態において、図２の実施形態に示すように、熱量計１００の蓋１２０は、上部１２４と下部１２２を含む。いくつかの実施形態において、上部１２４と下部１２２の間に空間が存在し、少なくとも部分的に断熱材１２３で満たされてもよい。
【００７６】
蓋１２０の上部１２４を作製する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、蓋１２０の上部１２４は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材は、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、蓋１２０の上部１２４は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、蓋１２０の上部１２４はアルミニウムである。いくつかの実施形態において、蓋１２０の下部１２２はプラスチックケースである。断熱材１２３は、蓋１２０から熱が伝達するのを防ぐことができるどんな種類のものでもよい。いくつかの実施形態において、断熱材１２３は、積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、断熱材１２３はエアロゲルである。選択される断熱材１２３の量は、蓋１２０の上部１２４と下部１２２の間の空間を完全に満たすか、あるいは蓋１２０の上部１２４と下部１２２の間の空間を部分的に満たし得る。
【００７７】
様々な態様において、蓋１２０は、試験試料１０１の熱暴走の際に緊急の圧力除去を行うシュノーケル１２５を備える。いくつかの実施形態において、シュノーケル１２５は、蓋１２０の中央から上方に延びる小さい導管を備え、バーストディスク１２６が取り付けられていてもよい。シュノーケル１２５は試験チャンバ１０２の最上部から恒温槽を通って熱量計１００の最上部の外まで通り、そこでバーストディスク１２６がシュノーケル１２５の導管を覆う。試験チャンバ１０２の内部から外部への圧力差がある場合（例えば５ｐｓｉ以上）、バーストディスク１２６は破裂することが可能であり、それによって、例えば電池爆発によって引き起こされる超過圧力によって損傷されることから試験チャンバ１０２を保護することに役立つ。さらに、バーストディスク１２６は恒温槽の液面より上方に設けられ、バーストディスク１２６が破裂した場合に液体が熱量計１００に入るのを防ぐ。
【００７８】
熱流束センサ１１０を迂回できる潜在的な熱経路を遮断するために、いくつかの実施形態において、シュノーケル１２５はシュノーケル１２５の導管の中に断熱材１２３を入れることによって断熱される。いくつかの実施形態において、断熱材１２３は熱流を遮断するが、試験チャンバ１０２の過加圧の際にシュノーケル１２５の導管から排出されるほどに十分軽い。シュノーケル１２５の導管は恒温槽の液１５８の中を通るため、その温度は試験チャンバの外側ボックス１０３の温度と基本的に同じであってよく、それによって熱伝導を制限することに役立つ。断熱材１２３は熱伝達を防ぐことができるどんな種類のものでもよい。いくつかの実施形態において、断熱材１２３は、積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、断熱材１２３はエアロゲルである。
【００７９】
［恒温槽］
様々な態様において、試験チャンバ１０２は熱的に分離されるため、周囲温度は熱流束センサ１１０による測定に影響を及ぼさない。試験チャンバ１０２を熱的に分離する任意の適切な手段が使用できる。いくつかの実施形態において、試験チャンバ１０２は、恒温液１５８の入った恒温槽容器１５０に浸すことによって熱的に分離される。図１および図２に示すように、いくつかの実施形態において、恒温槽容器１５０は内側ボックス槽空洞１５４を備え、槽空洞１５４は試験チャンバ１０２より大きいため、試験チャンバ１０２が内側ボックス槽空洞１５４の中に入れられると、恒温液１５８の中に完全に沈められる。
【００８０】
恒温槽容器１５０の槽空洞１５４の容積は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、槽空洞１５４の容積は約１００ガロン〜約２００ガロンである。いくつかの実施形態において、槽空洞１５４の容積は約１００ガロン、約１１０ガロン、約１２０ガロン、約１３０ガロン、約１４０ガロン、約１５０ガロン、約１６０ガロン、約１７０ガロン、約１８０ガロン、約１９０ガロン、および約２００ガロンから選択される。いくつかの実施形態において、槽空洞１５４は約１６０ガロンの容積を有する。
【００８１】
内側ボックス槽空洞１５４の作製に使用する材料は多様であってよい。いくつかの実施形態において、内側ボックス槽空洞１５４は、大量の液体を入れることができる頑丈で構造的に堅固な材料から作製される。いくつかの実施形態において、材料はアルミニウム、鉄、鉛、ステンレス鋼、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、内側ボックス槽空洞１５４はステンレス鋼である。
【００８２】
いくつかの実施形態において、図１および図２に表された実施形態に示すように、試験チャンバ１０２は、１つまたは２つ以上の支持構造体１５５によって内側ボックス槽空洞１５４の中で支持される。図２に示すように、いくつかの実施形態において、蓋１５６は恒温槽容器１５０に設けられ、恒温槽容器はいくつかの実施形態において断熱されている。いくつかの実施形態において、蓋１５６は空洞と少なくとも１つの入り口と少なくとも１つのアウトポート（out port）を備え、それらは環境条件の影響を減らすために、ポンプによって恒温液１５８が空洞の中を循環可能であるよう構成されている。蓋１５６は、試験チャンバ１０２のシュノーケル１２５とバーストディスク１２６の上方に配されたフード（hood）または通気口１５７を備えていてもよい。
【００８３】
恒温液１５８の温度は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、恒温液１５８の温度は摂氏−４０度〜１００度の範囲内で、±０．００１度まで制御することができる。恒温液１５８の温度は、いくつかの実施形態において、加熱要素１６２と冷却要素１６４によって、および複数の撹拌要素１６０によって制御することができ、下記により詳細に述べる。
【００８４】
いくつかの実施形態において、内側ボックス槽空洞１５４は断熱材１５３によって囲まれ、次に外箱１５２に包み込まれている。断熱材１５３は、異なる周囲温度にかかわらず、恒温槽を比較的一定の温度に保つことに役立ち得る。断熱材１５３は熱伝達を防ぐことができるいかなる種類のものであってもよい。いくつかの実施形態において、断熱材１５３は、積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。
【００８５】
恒温槽の液１５８は、内側ボックス槽空洞１５４を満たすために使用できる。いくつかの実施形態において、恒温槽の液１５８はＤｙｎａｌｅｎｅ（登録商標）、鉱油、シリコーン油、エチレングリコール／水、プロピレングリコール／水、ハロカーボン、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、Ｄｙｎａｌｅｎｅ（登録商標）は、低温での低粘度のため、図１に示される実施形態の熱量計１００のような比較的大きい熱量計で使用でき、恒温液１５８に熱ポケットが生じることを防ぐことができる。いくつかの実施形態において、内側ボックス槽空洞１５４は液体よりむしろ空気で満たされ、それによって空気は試験チャンバ１０２と外部環境との間の熱緩衝器として機能する。いくつかの実施形態において、内側ボックス槽空洞１５４は液体よりむしろ気体で満たされ、それによって気体は試験チャンバ１０２と外部環境との間の熱緩衝器として機能する。いくつかの実施形態において、気体は熱量計１００の構成要素と反応する可能性の低い不活性気体を含む。いくつかの実施形態において、気体は水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、酸素ガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスから選択される。いくつかの実施形態において、気体は窒素ガスである。
【００８６】
恒温槽容器１５０は、試験チャンバ１０２が恒温液１５８に完全に沈められる（すなわち試験チャンバ１０２の５面だけが恒温槽に沈められるのではなく）ため、試験チャンバ１０２を熱的に分離するのに役立つ。試験チャンバ１０２の６面全てを浸すことによって提供される追加された熱的分離は、熱量計１００が使用される室内の気温が、試験チャンバの蓋１２０を通って熱量計１００の測定に影響を及ぼすことを防ぐ。
【００８７】
［加熱と冷却］
図１および図２に示すように、および上記のように、いくつかの実施形態において、恒温槽における細かいレベルの温度制御は、恒温槽容器１５０内に設置された加熱要素１６２と冷却要素１６４を用いて、また恒温液１５８を撹拌要素１６０で撹拌することによって、達成することができる。いくつかの実施形態において、加熱要素１６２と冷却要素１６４は、恒温槽容器１５０の内側ボックス槽空洞１５４のそれぞれの角に設置することができる。
【００８８】
冷却要素１６４はいくつかの実施形態において、コイルであってもよい。いくつかの実施形態において、冷却要素１６４の中を流れる冷却剤の蒸発温度は、恒温液１５８の所望の温度よりわずかに低く設定してもよい。これは蒸発器上で引かれる真空度を調節するために冷却要素１６４を通してポンプで冷却剤を送るのに使用される圧縮機の吸引力をスロットルで調整することによって達成できる。冷却剤は、熱量計１００の高い熱容量のため、かなりの冷却能力を有する冷却装置によって冷却することができ、冷却要素１６４が摂氏−４０度で４キロワットの冷却を行うのを可能にする。いくつかの実施形態において、冷却剤は、２０秒ごとに約０．５秒間、冷却要素１６４の中に一気に注入され得る。冷却材は恒温液１５８を効率的に冷却する任意の適切な種類のものでよい。いくつかの実施形態において、冷却剤はＲ−４０４冷却剤である。
【００８９】
また加熱要素１６２は、いくつかの実施形態において、電気抵抗コイルなどのコイルであってもよい。（恒温液１５８の温度を所望の温度よりわずかに低く保とうとする）冷却要素１６４と協同で、加熱要素１６２は恒温液１５８の温度を所望の温度まで上げる。いくつかの実施形態において、加熱要素１６２は、冷却要素１６４と同一場所に配置してもよい。例えば、加熱要素１６２は冷却要素１６４のコイルの中に配置してもよく、それによって槽内で熱い場所と冷たい場所ができるのを防ぐことができる。
【００９０】
いくつかの実施形態において、熱量計１００は、恒温液１５８が目標温度に近づくと徐々に冷却を弱め、目標温度に達すると恒温液１５８を目標温度に保つために、冷却要素１６４と加熱要素１６２とを接続した、いくつかの比例積分微分（ＰＩＤ）制御器を使用する。いくつかの実施形態において、熱量計１００の動作中に、恒温液１５８の温度を、目標温度の±０．００１度以内に保持することができる。
【００９１】
図２に示すように、いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上の撹拌要素１６０が、恒温槽容器１５０における試験チャンバ１０２の周りの恒温液１５８を循環するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、それぞれの撹拌要素１６０は、モーター、細長いシャフト、１つまたは２つ以上の撹拌翼を備えてもよい。いくつかの実施形態において、それぞれの撹拌要素１６０は、循環ポンプと配管を備えていてもよい。いくつかの実施形態において、４つの撹拌要素１６０が使用されてもよく、２つの撹拌要素１６０は恒温槽容器１５０の向かい合う角に配置され、２つの撹拌要素１６０は試験チャンバ１０２の長辺を斜めに横切って配置される。撹拌要素１６０のそうした構成によって、撹拌要素１６０は連動し、試験チャンバ１０２の周りを回る恒温液１５８の一方向の流れを作り、周期振動のパターンで試験チャンバ１０２の周りを蛇行する流れを引き起こす。いくつかの実施形態において、撹拌は流体力学モデルを使用することによって高められてもよい。
【００９２】
［槽を通るケーブル］
熱量計１００の動作中に、試験試料１０１を外部電源につなげることが必要であり、それによって試験試料１０１は動作できる。様々な態様において、これは試験試料１０１と外部電源の間に延びるケーブル１７０を使用することによって行われる。いくつかの実施形態において、ケーブルは金属線と絶縁保護層とを含む。図１に示すように、いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上のケーブル１７０は、外部電源から恒温液１５８を通って試験チャンバ１０２まで延びてもよい。恒温液１５８を通るケーブル１７０は、試験試料１０１と外部電源とを（上記のように）つなぐ電源ケーブル、および、熱流束センサ１１０から外部コンピュータへ測定値を送るデータケーブルなどを含んでいてもよい。ケーブル１７０は、周囲空気の温度の熱の逆流が熱流束センサ１１０によって測定された熱流量に影響を及ぼすことを減らすため、またケーブルによって生じた熱が熱流束センサ１１０によって測定された測定値を妨げないように、恒温液１５８の中を通る。いくつかの実施形態において、ケーブル１７０のいくつか（例えば電池の試験試料１０１を外部の電池サイクラーにつなぐ電源ケーブルなど）は、電池の試験試料１０１の端子１０１ａと１０１ｂからの伝導リード損失（conduction lead loss）を減らすため、恒温液１５８の中を数回向きを変えて通ってもよく、それによって正確さが増す。
【００９３】
［液体冷却システム］
いくつかの実施形態において、熱量計１００は、液体冷却ループパイプ（piping）またはチューブ（tubing）を備え、冷却液を熱量計１００の外側から試験チャンバ１０２内の試験試料１０１に循環させる。図４に示すように、いくつかの実施形態において、電池試験試料１０１は、試験試料１０１内で冷却液を受け取るための入力ポート１０１Ｃと、冷却液を試験試料１０１から排出するための出力ポート１０１ｄを備えてもよい。いくつかの実施形態において、容積型ポンプに接続された外部の恒温槽は、試験試料１０１に冷却液を供給し、正確に制御された温度と量の冷却液を注入可能であってもよい。いくつかの実施形態において、冷却液は、水、グリコール（例えばポリ（プロピレングリコール）、ポリ（エチレングリコール）など）、変圧器油、シリコーン油、合成または有機系配合物（synthetic or organic based formulas）を含む伝熱流体などの他の伝熱流体、およびそれらを組み合わせたものから選択される。
【００９４】
冷却液によって取り除かれた熱を測定するために、いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上の熱流束センサが、交換された熱を測定する手段を与えるため、冷却液入力ポート１０１ｃおよび出力ポート１０１ｄに配置されてもよい。いくつかの実施形態において、熱量計の中に入ってくる冷却液および熱量計から出てくる冷却液の温度は、抵抗温度検出器（ＲＴＤ、例えば摂氏０．００１度まで正確な４線式白金ＲＴＤ）および／または正確な熱電対で測定することができる。正確な量と温度の測定値の組み合わせは、どのくらいの熱が冷却液によって取り除かれているかという特定を可能にする。
【００９５】
さらに他の実施形態において、冷却液は、冷却液が恒温液１５８の温度と平衡を保つために、試験チャンバ１０２の中に入る前に熱交換機の中を通る。冷却液が試験試料１０１を冷却した後、冷却液は試験チャンバ１０２から出て、試験試料と冷却液の間で交換された熱を測定できる別の熱交換機の中を通る。いくつかの実施形態において、熱交換機は恒温液１５８と接触して設置される。いくつかの実施形態において、熱交換機は恒温液容器１５０の外側に設置される。
【００９６】
［動作］
図１〜６に示すように、本明細書に開示された熱量計１００のいくつかの実施形態の動作手順をここで説明する。様々な態様において、電池パック１０１などの試験試料１０１は、試験チャンバ１０２の中に配置され、電気的接続が試験試料１０１の正端子１０１ａと負端子１０１ｂを通して行われる。必要に応じて、液体冷却管が、冷却液入力ポート１０１ｃと出力ポート１０１ｄを通して試験試料１０１につなげられる。試験チャンバ１０２の蓋１２０は、閉鎖機構１３０によって固定され、閉鎖機構は、いくつかの実施形態において複数のスプリング式のクランプを含み、恒温液１５８の温度変化にかかわらず密閉を保つ。試験チャンバ１０２はパージ（purge）され、不活性気体で少し加圧されてもよく（例えば窒素で２ｐｓｉに）、熱爆発等の事象の場合に恒温液１５８が試験チャンバ１０２に入るのを防ぐため、試験の間、加圧を保持することができる。その後、恒温液１５８は、恒温槽容器１５０の内側ボックス槽空洞１５４の中の試験チャンバ１０２の蓋１２０より約２インチ上の高さまで入れられ、それによって試験チャンバ１０２は、シュノーケル１２５の上部を除いて、恒温液１５８の中に完全に浸される。
【００９７】
恒温槽容器１５０の蓋１５６が試験チャンバ１０２とシュノーケル１２５の上方に配置され、閉じられ、恒温液１５８が所望の試験温度にされる。その後、試験試料１０１の試験を開始することができる。
【００９８】
試験試料１０１が熱量計１００の試験チャンバ１０２の中に固定されると、様々な試験を行うことができる。プログラム可能な外部電源／負荷が、試験試料１０１の試験を行うために、いくつかの実施形態において実社会での使用をシミュレートするために、あるいはいくつかの実施形態において試験試料１０１の仕様の限度を試験するために、使用されてもよい。例えば、試験試料の電池パック１０１は、市販の電池サイクラーによる１つまたは２つ以上の充電・放電サイクルで、少なくとも部分的に充電され、そして、少なくとも部分的に放電されてもよい。試験が進行すると、試験試料１０１より生じた熱が、熱流束センサ１１０を通って流れ、外側ボックス１０３に送られ、そこから恒温液１５８の中に放散される。熱流束センサ１１０の測定値の精度は、いくつかの実施形態において±１５ｍＷである。試験試料が恒温液１５８の温度と平衡を保つように熱流量を基準レベルに戻すために、試験完了後もデータ収集を続けてもよい。恒温液１５８の温度は、異なる試験において、または１つの試験の間にも変化してもよい。例えば、試験試料１０１は、恒温液１５８を摂氏−４０度にして試験されてもよく、そうした試験が終わると、恒温液１５８の温度は摂氏−３０度に上昇してもよく、そしてさらなる試験が行われてもよい。恒温液１５８の温度は、同様に摂氏１００度までずっと、様々な増分で上昇してもよい。いくつかの実施形態において、試験試料１０１は、少なくとも部分的に恒温液１５８を排出し、試験チャンバ１０２を開くことによって、各試験間で取り替えられてよい。
【００９９】
試験試料１０１の１つまたは２つ以上の試験から得られたデータは、温度に応じた試験試料の効率性の指標を含むことができ、および／または特に試験試料１０１の熱管理システムを設計または改良するために、または試験試料１０１自体の改良設計をするために使用することができる。試験から得られたデータは、温度がこれらの電池の効率性に比較的大きな影響を及ぼすため、電気自動車で使用される電池や電池パックに特に有用であり得る。
【０１００】
熱量計１００が試験試料１０１に対して行うことができる多くの様々な試験のいくつかは以下を含むが、これに限定されるものではない。それらは、電池および電池パックの自己放電の直接測定、電池管理システム（例えばリチウム電池システム）からの消費電力の測定、（充電・放電の組み合わせだけができることの反対として、充電のみまたは放電のみを含めて）充電および／または放電時の電池および／または電池バック全体が発する熱の測定、１つの電池および／または電池パックが充電および放電されるときに電池パックの１つの電池において発せられる熱の測定（電池パックの中のいくつかの電池における効率性の違いの特定が可能）、電子装置が作動している時に発する熱の測定、電池パックが使用されないで長期間保存されている間の（もしあれば）電池パックの変化の測定、または長期間保存の後のかかる電池パックの性能の測定などである。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、特定の試験試料１０１に関して収集されるデータの種類は、熱量計の中の試験試料１０１に対して行われる試験の種類を決めることがある。例えば、特定の方法で電池の試験試料１０１を循環させることによって、電池の特定の部分に熱が発生する（例えば相互接続）ことが知られている場合、電池の試験試料１０１は、電池の特定部分の熱的動作特性を特定する方法で、試験することができる。また、赤外線、または他の種類の温度感知カメラを、試験中の試験試料１０１の温度変化を視覚化するために、試験チャンバ１０２の中に設置することができる。熱量計１００は、特定の試料の中の熱が発生する場所に関してデータを与えることができるため、このデータは、事故（例えば熱爆発）が起こらないようにする設計変更を含めて試験試料１０１の改良を設計するために使用できる。一般的に、試験チャンバ１０２内に置かれた特定の試験試料１０１に対する様々な試験に関して、熱量計１００が使用できる。
【０１０２】
［小型の熱量計］
図７〜１１は、本開示によって提供された小容量またはセル熱量計の実施形態を開示する。図７〜１１を参照して、セル熱量計７００の実施形態を説明する。熱量計７００は、いくつかの実施形態において、図１〜６に関連した上記の熱量計１００と比較して相対的に小型であり得る。図７〜１１に示され、後述する熱量計７００は、比較的小型の電池または電池のサブパック、および他の比較的小型の電子装置を収容するのに十分なサイズであってもよい。熱量計７００は、特に試験試料７０１が発した熱の精密な測定に使用することができ、通常、電池および他の種類の電子装置の熱的動作特性を測定するのに使用することができる。試験試料７０１の形状および／または形態は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、試験試料７０１は円筒形電池、円筒形モジュール、角柱缶または角柱状パウチ電池であってもよい。
【０１０３】
様々な態様において、図７〜１１に示された熱量計７００は、図１〜６に示された熱量計１００と、熱流と熱管理に関して類似した構造と概念を有するという点で類似している。
【０１０４】
［試験チャンバ］
いくつかの実施形態において、熱量計７００は外側ボックス７０３を有する試験チャンバ７０２を備える。また熱量計７００は、試験チャンバ７０２の外側ボックス７０３の底部に配置される１つまたは２つ以上の熱流束センサ７１０を備える。熱量計７００は比較的小さいため、試験チャンバ７０２は比較的小型で軽量の試験試料７０１のみ収容することができる。したがって、熱流束センサ７１０は、比較的軽量の試験試料７０１によってもたらされる圧力によく耐えることができるので、試験チャンバ７０２の外側ボックスの底面に配置することができる。これは大きい試験試料１０１が、試験チャンバ１０４の側壁上に熱流束センサ１１０が配置されることを要求した、上記の大容量の熱量計１００と対照的である。いくつかの実施形態において、外側ボックス７０３は、恒温液７５８の温度変化が熱流束センサ７１０における熱測定に影響を及ぼさないように熱緩衝器として機能する。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上の熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃが熱流束センサ７１０の上に配置されてもよい。熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃの作製に使用する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃは熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材はアルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃはアルミニウムである。いくつかの実施形態において、熱伝導プレートの１つである７０４ａは、試験試料７０１をボルトで留める、またはその他の方法でプレート７０４ａに固定するための穴を有してもよい。いくつかの実施形態において、熱伝導プレート７０４ａの厚さは、ベースとなるプレート７０４ａの厚さを増すために追加のプレートをベースとなるプレート７０４ａに連結できるという点で多様であってもよい。いくつかの実施形態において、熱伝導プレート７０４ａは、いくつかの実施形態において下記のように内壁７２２から反射される熱を含めて、試験チャンバ７０２からの熱の吸収力を増すために黒色に塗装されても、および／または陽極酸化されてもよい。熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃは、試験試料７０１によって発せられ、試験チャンバ７０２の底部の熱流束センサ７１０まで到達する熱をバッファするように機能する。
【０１０６】
様々な態様において、試験チャンバ７０２は一組の内壁７２２を備える。いくつかの実施形態において、内壁７２２は低い放射率を示すよう構成され、それによって内壁は熱を吸収するよりも反射する。このようにして、試験チャンバ７０２における熱は内壁７２２から反射され、熱伝導プレート７０４ａの方へ、そして熱伝導プレートから熱流束センサ７１０まで移動させられる。内壁７２２を形成する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、内壁７２２は低い放射率を示す材料から作製されている。いくつかの実施形態において、前記材料は熱反射を高めるために高度に研磨されている。いくつかの実施形態において、低い放射率の材料はアルミニウム、ＰＶＣ、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、内壁７２２はアルミニウムである。断熱材７２３は、内壁７２２と外側ボックス７０３の間に入れられてもよい。断熱材７２３は熱伝達を防ぐことができるどんな種類のものでもよい。いくつかの実施形態において、断熱材７２３は、積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、断熱材７２３はエアロゲルである。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、試験チャンバ７０２は蓋７２０を備える。蓋７２０を形成する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、蓋７２０は熱伝導材からなる。いくつかの実施形態において、熱伝導材はアルミニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、スズ、タングステン、鉛、ステンレス鋼、チタン、ハスタロイ、インコネル、黄銅、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、蓋７２０は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、スチール、チタン、ハスタロイ、インコネル、およびそれらを組み合わせたものから選択された構造的に剛性で熱伝導性のある材料から作製される。いくつかの実施形態において、蓋７２０はアルミニウムである。いくつかの実施形態において、蓋７２０は、図１および図２に関連して前述されたシュノーケル１２５およびバーストディスク１２６と同様に構成された、導管とバーストディスク７２６とを備えるシュノーケル７２５を含む。蓋７２０は、１つまたは２つ以上の密閉機構７３０によって試験チャンバ７０２の外側ボックス７０３に固定することができる。密閉機構７３０は、Ｏリング、トグルクランプ、プランジャー型トグルクランプ、スプリング式クランプ、他の密閉および締結部品、およびそれらを組み合わせたものを備えていてもよい。いくつかの実施形態において、密閉機構７３０はクランプを備える。クランプはスプリング式であってもよく、恒温槽の温度に関係なく蓋７２０と試験チャンバ７０２との間の密閉を維持することができ、すなわちスプリングは実に一貫した密閉力を与え、それによって密閉材とユニットとの熱膨張および収縮の差を補う。
【０１０８】
熱量計７００の動作中に、いくつかの実施形態において、試験チャンバ７０２は、前述の恒温槽容器１５０によく似た恒温槽容器７５０の中の恒温液７５８に沈められてもよい。いくつかの実施形態において、恒温液７５８はＤｙｎａｌｅｎｅ（登録商標）、鉱油、シリコーン油、エチレングリコール／水、プロピレングリコール／水、ハロカーボン、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、恒温槽容器７５０は液体よりも空気で満たされ、それによって空気は試験チャンバ７０２と外部環境との間の熱緩衝器として機能する。いくつかの実施形態において、恒温槽容器７５０は液体より気体で満たされ、それによって気体は試験チャンバ７０２と外部環境との間の熱緩衝器として機能する。いくつかの実施形態において、気体は熱量計７００の構成要素と反応する可能性の低い不活性気体を含む。いくつかの実施形態において、気体は水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、酸素ガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガスから選択される。いくつかの実施形態において、気体は窒素ガスである。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、恒温槽容器７５０は、外箱７５２の中に入った断熱材７５３に囲まれた内部槽空洞７５４を備える。断熱材７５３は熱伝導を防ぐことができるいかなる種類のものでもよい。いくつかの実施形態において、断熱材７５３は積層断熱材、真空断熱材、グラスファイバー断熱材、セラミック断熱材、エアロゲル、ＳＥＡｇｅｌ、カルコゲル、セレン化カドミウム断熱材（例えば量子ドット）、およびそれらを組み合わせたものから選択される。いくつかの実施形態において、断熱材７５３はエアロゲルである。
【０１１０】
図７に示すように、いくつかの実施形態において、上記のように、１つまたは２つ以上のケーブル１７０（電源ケーブルおよび／またはデータケーブルを含む）は恒温液７５８の中を通ることができる。いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上のケーブル１７０（電源ケーブルおよび／またはデータケーブルを含む）は、シュノーケル７２５の導管を通って試験チャンバ７０２の内部へ到達することができる。いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上のケーブル１７０（電源ケーブルおよび／またはデータケーブルを含む）は、前述のようにケーブル１７０が恒温液７５８を通った後、シュノーケル７２５の導管を通って試験チャンバ７０２の内部へ到達することができる。いくつかの実施形態において、１つまたは２つ以上のケーブル１７０（電源ケーブルおよび／またはデータケーブル）は、ケーブル１７０が恒温液７５８の中を通る必要なく、シュノーケル７２５の導管を通って試験チャンバ７０２の内部に到達することができる。いくつかの実施形態において、恒温槽容器７５０は、恒温液７５８の温度を比較的一定の目標温度に保つために、前述のように加熱要素と冷却要素と撹拌要素とを含んでもよい。いくつかの実施形態において、恒温槽容器７５０は、シュノーケル７２５とバーストディスク７２６とを収容するためにフードまたは通気口７５７を備えた蓋７５６を含み、それらは全体で恒温槽容器７５０を覆う。いくつかの実施形態において、蓋７５６は空洞と少なくとも１つの入り口と少なくとも１つのアウトポートを備え、それらは環境条件の影響を減らすために、恒温液７５８が空洞の中をポンプによって循環可能であるように構成されている。
【０１１１】
上記のように、いくつかの実施形態において、熱流束センサ７１０は、試験チャンバ７０２の１つの面に配置され、いくつかの実施形態において、その面は外側ボックス７０３の底面である。１つの面に熱流束センサ７１０を配置することは、特に次のような利点を与える。寸法公差の管理がより簡単にできる。熱流束センサ７１０は平端で、圧力を受けた状態であって、それは熱流束センサが正確に動作するのに役立つ。熱流束センサ７１０で保持された均一な圧力は、広い動作温度範囲を可能にし、熱量計の製作に使用される材料の熱膨張差を考慮することを可能にする。熱流束センサの電気配線を簡略化できる。熱流束センサの数を減らすことができる。熱量計７００の製造コストを減らすことができる。熱量計７００の熱容量を減らし、それにより試験の間の時間が短縮され、試験の処理能力を上げることができる。少しの熱流束センサが使用され、それは恒温液７５８における温度変化によるノイズを減らすことによって熱流束信号の測定精度を上げることができるので、熱量計の精度を上げることができる、などである。
【０１１２】
［バスバー］
図８、９および１１に示すように、いくつかの実施形態において、熱量計７００は、１つまたは２つ以上のバスバー７１２を備える。前述の導電体／バスバー１１２と同様に、図８、９、１１に示すバスバー７１２によって試験試料７０１と外部電源とを連結する。しかしながら、前述の開示された導電体１１２とは異なって、図８、９、１１に示すバスバー７１２は、熱伝導プレート７０４ａにも試験チャンバ７０２の側壁７２２にも熱的に結合する必要はない。代わりに、いくつかの実施形態において、バスバー７１２は、専用の熱伝導プレート７０４ｂか７０４ｃのいずれか、または両方に結合してもよい。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、一方のバスバー７１２は、例えばｓｉｌ−ｐａｄなどの熱伝導性電気的絶縁パッドを通して熱伝導プレート７０４ｂに結合する。
【０１１４】
熱伝導プレート７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃの間の熱流を防ぐおよび／または最小限に抑えるため、様々な態様において、熱伝導プレート７０４ｂ、７０４ｃは、１つまたは２つ以上の断熱装置７０８（図１１）を通して、熱伝導プレート７０４ａから熱的に分離してもよい。図１１に示す実施形態において、断熱装置７０８はボールである。様々な態様において、断熱装置７０８は図１１に示すように構成され、熱伝導プレート７０４ａと各々の熱伝導プレート７０４ｂ、７０４ｃとの間の接触点はボールであり、それによってプレート間の接触点を少なくできる。少ない接触点は、熱が熱伝導プレート７０４ａから熱伝導プレート７０４ｂまたは７０４ｃに流れることを妨げ、それによって熱を熱流束センサ７１０に流れるようにする。
【０１１５】
断熱装置７０８を構成する材料は多様であってもよい。いくつかの実施形態において、断熱装置７０８は、無機材料、非金属材料、結晶性酸化物材料、窒化物材料または炭化物材料から選択された断熱材から作製される。いくつかの実施形態において、断熱装置７０８はセラミックである。
【０１１６】
様々な態様において、熱伝導プレート７０４ｂ、７０４ｃは、それぞれのバスバー７１２において、またはそれぞれのバスバー７１２から発生した熱を区画する。この熱は熱伝導プレート７０４ａに流れないので、専用の熱流束センサ７１０は熱伝導プレート７０４ｂ、７０４ｃに結合され、試験試料７０１自体からの熱ではなく、バスバー７１２からの熱をそれぞれ測定する。試験試料７０１自体からの熱とは別にバスバー７１２からの熱をそれぞれ測定することは、より正確な測定を可能にし、および／または試験試料７０１の熱的動作特性をより詳細に特定することを可能にすることになる。しかしながら、いくつかの実施形態において、バスバー７１２は熱伝導プレート７０４ａに直接、熱結合し、その場合、熱流束センサ７１０は、試験試料７０１自体とバスバー７１２からの複合熱を測定することができる。図９に示すように、いくつかの実施形態において、バスバー７１２は、熱伝導プレート７０４ａの下部に結合され、１つまたは２つ以上のバスバーの延長部分が上方に延び、断熱装置を通して熱伝導プレート７０４ａの上面に結合されてもよく、それによって試験試料７０１はバスバー７１２に電気的に結合され得る。
【０１１７】
［動作］
様々な態様において、熱量計７００の動作は、先に詳述された熱量計１００の動作に類似している。いくつかの実施形態において、熱量計７００の動作は、先に詳述された熱量計１００の動作と同じである。様々な態様において、熱量計７００の動作は、先に詳述された熱量計１００の動作に類似していて、試験前に試験試料７０１を熱伝導プレート７０４ａに固定する手順を含む。
【０１１８】
最終的に、本明細書に開示の実施形態を実施する別の方法があることに留意すべきである。いくつかの態様と実施形態が先に述べられたが、当業者はある程度の修正、置換、追加、およびそれらの部分的な組み合わせに気付くだろう。
【０１１９】
また前述のように、本明細書に記載の「大型」および「小型」の熱量計は、単なる例示的な実施形態であって、例えば大型熱量計の実施形態の多くの概念は、小型の熱量計に適用されてもよい。例えば、具体的には試験試料１０１が特に重くない場合、または支持構造体が試験試料１０１のほとんどの重さを支持するのに使用される場合、「大型」熱量計１００の側面に設けられた熱流束センサが、「大型」熱量計の底面に別の方法としてまたは追加で設けられてもよい。同様に、熱流束センサは、「小型」熱量計７００の側壁に設けられてもよい。修正の別の例として、熱量計１００、７００の蓋１２０、７２０は水中に浸す必要はないが、代わりに恒温液１５８、７５８がポンプによって蓋を通り抜けるようにさせてもよい。また、特定の材料（例えば、Ｄｙｎａｌｅｎｅ（登録商標）、エアロゲル、アルミニウム、など）について言及されてきたが、当業者には、これら前述の材料の代わりにまたは加えて、同様の材料を使用できることがわかるだろう。
【０１２０】
したがって、本実施形態は、例示的なものであって、限定するものではないと考えられる。さらに、請求項は、本明細書に与えられた詳細に限定されず、請求項の真の主旨と範囲内にある修正、置換、追加、および部分的組み合わせなどを含めた全範囲とそれらの同等物に権利が与えられるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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