(57)【要約】  本発明は、１つまたは複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）に接触させるように設けられた黒鉛含有面状材料を有する放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）と、電気エネルギー蓄積器（１）とに関し、該電気エネルギー蓄積器（１）は、少なくとも１つの電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の熱を放熱するための放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）とを有する。前記放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の少なくとも１つの外側面に配置されており、黒鉛を含有する面状材料を含む。本発明では、前記黒鉛含有面状材料は膨張黒鉛を含む。
2013519987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）に接触させるように設けられ黒鉛を含有する面状材料を含む放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）であって、
前記黒鉛を含有する面状材料は膨張黒鉛を含む
ことを特徴とする、放熱器。
【請求項２】
前記黒鉛を含有する面状材料は、０．６〜１．４ｇ／ｃｍ３の密度を有し、有利には０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の密度を有し、特に有利には０．９〜１．１ｇ／ｃｍ３の密度を有し、たとえば１．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する、
請求項１記載の放熱器。
【請求項３】
前記面状材料の面方向の熱伝導率は１２０〜２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、有利には１３０〜２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、特に有利には１８０〜１９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、
請求項１または２記載の放熱器。
【請求項４】
前記面状材料の元の厚さを基準とした、該面状材料の厚さ方向の弾性復元率は、０．５〜１５％であり、有利には１〜１０％であり、特に有利には４〜１０％である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項５】
前記面状材料の元の厚さを基準とした、該面状材料の厚さ方向の圧縮率は、１〜５０％であり、有利には５〜３５％であり、特に有利には７〜３０％であり、さらに有利には１０〜２０％である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項６】
前記面状材料は、圧縮された膨張黒鉛から形成される、
請求項１から５までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項７】
前記面状材料は、前記圧縮前に膨張黒鉛と合成樹脂粒子とを十分に均質に混合して形成された混合物から成る、
請求項６記載の放熱器。
【請求項８】
前記圧縮後に被着された合成樹脂が、前記面状材料の表面に、または該面状材料の中心領域まで含浸されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項９】
前記面状材料は金属コーティングを、少なくとも、放熱モジュール（４）と結合するための端面（８）に有し、
および／または、
少なくとも前記面状材料の１つの主面の一部領域に、金属コーティングが設けられている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項１０】
前記面状材料はトラフ形（１０〜１０''）に成形されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項１１】
前記面状材料は、波形（１６）またはメアンダ状（１２）または蜂の巣状（１８）に成形されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項１２】
少なくとも１つの電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の熱を放熱するための放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）とを備えた、電気エネルギー蓄積器（１）であって、
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の少なくとも１つの外側面に配置されており、
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、黒鉛を含有する面状材料を有する、電気エネルギー蓄積器（１）において、
前記黒鉛を含有する面状材料は膨張黒鉛を含む
ことを特徴とする、電気エネルギー蓄積器。
【請求項１３】
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の構成を有する、
請求項１２記載の電気エネルギー蓄積器（１）。
【請求項１４】
前記１つまたは複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の外側輪郭に適合された前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）によって包囲されている、
請求項１２または１３記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１５】
前記電池セル（５〜５''）は、トラフ形の前記放熱器（１０〜１０''）によって包囲されている、
請求項１２から１４までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１６】
前記電気エネルギー蓄積器（１）は、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）を複数含んでおり、
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料は、少なくとも複数の相互に隣接する電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の相互に隣接する外側面間に配置されている、
請求項１２から１５までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１７】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料の端面（８）および／または部分面と、前記電気エネルギー蓄積器（１）の放熱モジュール（４）とが、熱伝導結合されている、
請求項１２から１６までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１８】
前記電気エネルギー蓄積器（１）の筐体（２）の底部分（３）が放熱部材として形成されている、
請求項１７記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１９】
複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の熱を放熱するために、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の外側面にコンタクトさせるための前記黒鉛を含有する面状材料によって、前記筐体（２）の少なくとも１つの内壁が被覆されている、
請求項１８記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２０】
トラフ形の前記放熱器（１０〜１０''）のトラフ底部と前記底部分（３）とが熱伝導結合されている、
請求項１７から１９までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２１】
トラフ形（１０〜１０''）または波形（１６）またはメアンダ形（１２）または蜂の巣状（１８）の１つまたは複数の前記放熱器の端面と前記底部分（３）とが熱伝導結合されている、
請求項１７から１９までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の相互に隣接する側面が、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）を収容するためのポケット（９〜９''''；１１〜１１''；１３〜１３'''）を形成する、
請求項１２から２１までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２３】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）はリチウムイオンセルである、
請求項１２から２２までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２４】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料と前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）との熱伝導結合を確実に実施するため、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の体積収縮時には該面状材料が膨張し、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の体積膨張時には該面状材料が凹むように、該面状材料は形成されている、
請求項１２から２３までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２５】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は動作中に体積を収縮し、かつ、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と前記放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）との熱伝導結合を保証するために、前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の元の厚さを基準として、該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料は厚さ方向に０．５〜１５％弾性復元し、有利には１〜１０％弾性復元し、特に有利には４〜１０％弾性復元する、
請求項１２から２４までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２６】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は動作中に膨張し、かつ、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と前記放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）との熱伝導結合を保証するために、前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の元の厚さを基準として、該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料は厚さ方向に１〜５０％圧縮可能であり、有利には５〜３５％圧縮可能であり、特に有利には７〜３０％圧縮可能であり、さらに有利には１０〜２０％圧縮可能である、
請求項１２から２５までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項２７】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料の厚さ方向の圧縮が僅かのみであるように、有利には該面状材料の元の厚さに対して最大１％となるように、前記電気エネルギー蓄積器（１）が動作していない状態では該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）と前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）とが相互に押さえつけられている、
請求項１２から２６までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の放熱器と、請求項１２の上位概念に記載の電気エネルギー蓄積器とに関する。
【０００２】
ＵＳ２００６／０１３４５１４Ａ１から、筐体内に配置され相互に電気的に接続された複数の電池セルを備えた、電気自動車用の駆動用電池が公知である。このような電池において運転中に通常実施される充電‐放電サイクルにより、電池セルに熱が発生する。特に、電池セルの寿命および信頼性に関しての欠点はいわゆるホットスポット、すなわち局所的に集中した過熱点であり、このホットスポットは最悪の場合、該当する電池セルを破壊するおそれがある。この問題を解消するため、電池セルの側面と、とりわけ相互に隣接する側面の相互間とに、面方向に２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有しかつ厚さ方向に２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の熱伝導率を有する材料から成る膜または板を設ける。このような膜または板は、黒鉛から成る膜または板とすることができる。
【０００３】
黒鉛を含有する上述のような膜または板の一例が、熱伝導部材を有する電池システムを対象とするＥＰ０８０６８０５Ｂ１に開示されている。同文献では、熱伝導部材の熱伝導機能は、黒鉛を含有する繊維材料によって実現される。
【０００４】
上述の電池セルは、動作中に連続的に充電サイクルと放電サイクルとを実施することにより、大きな厚さ変化を示し、リチウムイオン電池セルの場合にはたとえば０．５〜１０％の厚さ変化を示すことが明らかになっている。上述の黒鉛板または黒鉛膜において、面方向と厚さ方向とにおいて熱伝導率の上記のような強い異方性を実現するためには、黒鉛は非常に高い密度を有さなければならず、典型的には１．５ｇ／ｃｍ３を上回る密度を有さなければならない。しかし、このように高密度化された黒鉛膜ないしは黒鉛板は非常に硬く、圧縮性および弾性は僅かのみであり、相互に押さえつけられた電池セルの体積膨張時には、このような黒鉛膜ないしは黒鉛板は僅かに凹むことしかできない。その後に体積が収縮して電池セル相互間の距離が大きくなると、このことによって生じる自由空間を黒鉛板が埋めることができなくなる。このことにより、大きな機械的応力が生じ、かつ、電池セルの側面のコンタクトが悪くなる。後者の場合には、黒鉛板と電池セルとの接続が悪いかまたは全く接続しないことにより、ホットスポットによって発生する熱が黒鉛板の面方向に迅速に分散されることを保証できなくなる。さらに、黒鉛板に持続的に多くの熱量が流入する場合、黒鉛板の蓄熱量は限られているため、ホットスポットの熱を十分に迅速に分散させることができなくなる。
【０００５】
それゆえ本発明の課題は、上述の欠点を克服し、電池セルにおいて均一に熱分散させて過剰な熱エネルギーを排熱することができる、放熱器およびエネルギー蓄積器を実現することがである。
【０００６】
前記課題は、請求項１に記載の特徴を有する放熱器と、請求項１２に記載の特徴を有する電気エネルギー蓄積器とによって解決される。従属請求項に、放熱器およびエネルギー蓄積器の有利な実施形態が記載されている。
【０００７】
冒頭に述べた放熱器および電気エネルギー蓄積器について、本発明は、放熱器の黒鉛含有の面状材料が膨張黒鉛を含むことを特徴とする。このことにより、面方向の熱伝導性を良好にすると同時に、体積膨張と体積収縮という両方向での電池セルの体積変化にも良好に適応することができる。さらに、放熱器の黒鉛含有面状材料を、電池セルの多岐にわたる種々の形状に特に良好に適合させることができる。
【０００８】
本発明の一実施形態では、前記黒鉛含有の面状材料の密度は０．６〜１．４ｇ／ｃｍ３であり、有利には０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３であり、特に有利には０．９〜１．１ｇ／ｃｍ３であり、たとえば１．０ｇ／ｃｍ３の密度が有利である。本発明の別の実施形態では、前記面状材料の面方向の熱伝導率は１２０〜２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、有利には１３０〜２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、特に有利には１８０〜１９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【０００９】
本発明の一実施形態では、元の厚さを基準とした、前記面状材料の厚さ方向の弾性復元率は、０．５〜１５％であり、有利には１〜１０％であり、特に有利には４〜１０％である。このような弾性復元率により、電池セルが体積収縮した場合、放熱器は空きスペースにおいて膨張することができる。元の厚さとはここでは、外部からの面加圧がない状態での面状材料の厚さ、すなわち、エネルギー蓄積器の取付前の圧縮されたり押さえつけられていない状態での面状材料の厚さを指す。このことにより、電池セルと放熱器とが良好な熱伝導性で、かつ持続的に結合されるのを保証することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の実施形態では、元の厚さを基準とした、前記面状材料の厚さ方向の圧縮率は、１〜５０％であり、有利には５〜３５％であり、特に有利には７〜３０％であり、さらに有利には１０〜２０％である。このような圧縮率により、電池セルの体積膨張時には放熱器は凹むことができる。
【００１１】
有利には、前記面状材料は、圧縮された膨張黒鉛から成ることができる。これに代わる択一的な実施形態では、前記面状材料は、膨張黒鉛と合成樹脂粒子とを前記圧縮前に十分に均質に混合して形成された混合物から成ることができる。さらに別の択一的な実施形態では、前記圧縮後に被着される合成樹脂を、面状材料の表面に、または該面状材料の中心領域まで含浸させることができる。このような実施形態により、有利には、形状安定性でありかつ容易に取り扱うことができる放熱器を実現することができる。有利には前記合成樹脂として、熱可塑性材料、デュロプラスト（Duloplast）またはエラストマーを使用することができ、とりわけフッ素ポリマー、ＰＥ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＥＥＫ、ベンゾアジン（Benzoaxine）および／またはエポキシ樹脂を使用することができる。
【００１２】
有利には、前記面状材料が金属コーティングを、少なくとも、放熱モジュールに結合するための端面において備えている場合、放熱器をはんだ付けすることができる。さらに、前記面状材料の少なくとも１つの主面の少なくとも一部領域に、金属コーティングを設けることもできる。このことはたとえば、面状材料の全面に金属コーティングが設けられた場合に当てはまる。
【００１３】
有利な実施形態では、短辺側が開放されているかまたは閉じられているトラフ形に面状材料を成形することにより、エネルギー蓄積器の放熱モジュールとの間に良好な熱伝導性である大面積の結合が実現され、かつ、放熱器を扱いやすくし、該放熱器に電池セルを挿入しやすくすることができるようにする。上述の実施形態に代わる択一的な実施形態では、波状、メアンダ状、蜂の巣状または８の字形に前記面状材料を形成することにより、電池セルに大面積で良好に接触させることができ、かつ、放熱器をエネルギー蓄積器に迅速に取り付けることができるようにすることもできる。
【００１４】
有利には、エネルギー蓄積器の１つまたは複数の放熱器を上述のように構成するか、または後述のように構成することができる。電池セルとの間に良好な熱移動を実現するために有利には、該電池セルの外側輪郭に適合された放熱器によって該電池セルを包囲することができる。たとえば、前記１つまたは複数の放熱器を電池セルの外側面に可能な限り大きな面積で良好に接触させることができるようにするためには、電池セルが直方体形である場合、前記１つまたは複数の放熱器をトラフ形に形成し、断面が六角形である電池セルの場合には前記１つまたは複数の放熱器を蜂の巣形に形成し、電池セルが丸形である場合には前記１つまたは複数の放熱器を波状または８の字形に形成することができる。本発明の１つの実施形態では、前記エネルギー蓄積器は、実質的に直方体形である複数の電池セルを含むことができる。その際には、前記１つまたは複数の放熱器の面状材料は、少なくとも複数の隣接する電池セルの相互に隣接する外側面間に配置される。
【００１５】
別の実施形態では、前記１つまたは複数の放熱器の面状材料の端面または部分面とエネルギー蓄積器の放熱モジュールとを熱伝導結合することができる。このことによって有利には、電池セルから放熱器に流入した熱をエネルギー蓄積器から放熱できるようにする。有利には、エネルギー蓄積器の底部または底部の一部を放熱モジュールから形成することができる。このことにより、放熱器と放熱モジュールとの接続を簡単に実現することができる。可能な限り大きな熱移動を実現するのに有利な一実施形態では、前記１つまたは複数のトラフ形の放熱器のトラフ底部と、前記底部分ないしは放熱モジュールとを熱伝導結合する。また有利には、エネルギー蓄積器の筐体の内壁を本発明の面状材料によって被覆し、該面状材料と電池セルのそれぞれ対応する側面とをぴったりコンタクトさせることにより、さらに付加的な放熱部が実現されるようにすることもできる。
【００１６】
有利には、前記複数の放熱器の相互に対向する側面によって形成された中間のポケットの底部にさらに放熱器を設けることにより、中間の電池セルの下側の端面においても熱エネルギーの迅速な熱分散および放熱が実現されるようにすることができる。また、１つの実施形態では有利には、放熱モジュールに電池セルをより良好に適合できるようにし、放熱を改善するために、放熱器相互間において底部に、放熱器から成る複数の適切なストリップを設けるか、または１つの放熱器を一続きで設けることができる。
【００１７】
有利には、前記１つまたは複数の放熱器の面状材料と電池セルとをより確実に熱伝導結合するために、該電池セルの体積縮小時には該面状材料が膨張し、該電池セルの体積膨張時には該面状材料が凹むように、該面状材料を形成することができる。電池セルの動作時にまず始めに生じる体積膨張を可能にするためには、前記１つまたは複数の放熱器の面状材料の厚さ方向の圧縮が僅かのみとなるように、有利には、該面状材料の元の厚さに対して最大１％となるように、エネルギー蓄積器が動作していない状態で放熱器および電池セルを相互に押さえつけることができる。
【００１８】
有利には、リチウムイオン電池セル電気エネルギー蓄積器において上述または後述の本発明の放熱器を使用することができる。この圧縮可能であり、かつばね復元性を有する放熱器により、エネルギー蓄積器における電池セルを押さえつけるためのばね弾性の機械的なプリロード装置は不要となる。
【００１９】
以下、図面を参照して有利な実施例を説明する。この説明から、本発明の別の特徴および利点を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の電気エネルギー蓄積器の概略的な立体図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電気エネルギー蓄積器の縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の電気エネルギー蓄積器の縦断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の電気エネルギー蓄積器の上面図である。
【図５】本発明の第５の実施形態の電気エネルギー蓄積器の上面図である。
【図６】本発明の第６の実施形態の電気エネルギー蓄積器の上面図である。
【図７】本発明の複数の種々の実施形態の放熱器の断面図である。
【００２１】
図１に、電気エネルギー蓄積器１を開けた状態の一部を立体図で概略的に示しており、該電気エネルギー蓄積器１は、筐体底部３を有する筐体２を備えている。この筐体２は実質的に箱形になっている。前記筐体底部は、図１に概略的に示された放熱モジュール４を用いて形成されている。この放熱モジュール４は能動型または受動型の放熱モジュールとすることができ、良好な熱伝導度と可能な限り良好な蓄熱容量とを有する材料から成る。この材料はたとえばアルミニウムである。前記放熱モジュール４は有利には、放熱フィン、および／または、冷媒を通流させるための流路を有することができる。前記冷媒はたとえば水である。前記放熱フィンおよび／または流路は図１には示されていない。筐体２にはリチウムイオン電池セルが完全に装着されている。見やすくするため、図１には３つの電池セル５，５'，５''のみを示す。
【００２２】
本発明では、図１の左側の筐体２の側壁と、これに隣接する電池セル５との間と、相互に隣接する電池セル５，５'間と、相互に隣接する電池セル５'，５''間とに、放熱器６ないしは６'および６''が挿入されている。図１にはさらに、放熱器６'''，６''''および６'''''が示されている。見やすくするため、他の放熱器は示されていない。
【００２３】
放熱器６〜６'''''は、硬化および膨張された黒鉛であるいわゆる膨張黒鉛から成る面状材料から形成される。膨張黒鉛の製造手法はかなり以前から知られており、たとえばＵＳ３４０４０６１ＡまたはＤＥ１０３４１２５５Ｂ４から公知である。膨張黒鉛を製造するためには、たとえば黒鉛層間結合物ないしは黒鉛硫酸水素塩等である黒鉛塩を急激に加熱する。その際には、黒鉛粒子の体積は約２００〜４００倍に増大し、それと同時にバルク密度は２〜２０ｇ／ｌの値まで減少する。このようにして得られた膨張黒鉛は、アコーディオン状の複数の凝集体から成る。次に、圧力を一定方向に加えながらこの膨張黒鉛を圧縮する。この圧縮により、黒鉛の層平面は有利には、圧力を加えた方向に対して垂直に配列され、個々の凝集体が相互に絡まるようにする。このようにして本発明の面状材料が得られる。この面状材料はとりわけプレスにより成形され、取扱いに十分な安定性を有するようにされる。本出願人ないしは本出願人と関連する企業から、本明細書にて記載された用途に適した面状材料がＳＩＧＲＡＦＬＥＸという商標で製造および販売されている。
【００２４】
放熱器６〜６'''''ないしは面状材料は、この実施例では１．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する。これは、１８０〜１９０Ｗ／（ｍ・ｋ）の面方向の熱伝導率に相当する。また、放熱器６〜６'''''は厚さ方向に少なくとも１０％だけ収縮することができる。さらに、元の厚さを基準とする放熱器６の厚さ方向の弾性復元率は１０％である。このことは、放熱器６'を例とすると、電池セル５および５'がたとえば４％体積膨張した場合に該放熱器６'が圧縮されることを意味する。リチウムイオン電池セル５，５'，５''を通常のように押さえつけた場合、体積が４％膨張した後に収縮すると、放熱器６'は厚さ方向に再び８％膨張し（弾性復元）、この膨張により、いずれの方向の電池セル５および５'の体積変化も‐体積膨張および体積収縮ともに‐完全に補償される。すなわち、前記放熱器６は電池セル５，５'間において常に、電池セル５，５'の側面に面全体で接触するので、常に良好な熱移動が保証される。他の放熱器６〜６'''''も相応の特性を有し、相応の振舞いを見せる。
【００２５】
電池セル５，５'，５''から放熱器６に流入した熱エネルギーを迅速に排熱させることができるようにするためには、放熱器６の下端面７を放熱モジュール４の溝８に挿入し、該放熱モジュール４と良好な熱伝導結合を行う。他の放熱器６'〜６'''''も同様に溝８'〜８'''''に挿入し、放熱モジュール４と良好に熱伝導結合する。有利には、熱伝導性接着材を用いて、放熱器６をここに接着することができる。
【００２６】
図中にない有利な実施形態では、放熱器が少なくとも該放熱器の下端面の領域において、または全面に金属コーティングを有する場合、該放熱器と放熱モジュール４とをはんだ付けにより接合することもできる。その代わりに択一的に、放熱器６を接着または溶接することもできる。
【００２７】
製造技術の点で有利な実施形態では、放熱器６'〜６'''''は形状安定性および剛性の膜または板として形成される。このような膜および板はとりわけ、放熱器６'〜６'''''の面状材料を加圧により圧縮するか、または後で合成樹脂を含浸させることにより形成することができる。その代わりに択一的に、膨張黒鉛および合成樹脂から成る十分に均質に混合された粒子の混合物を圧縮前に作製し、この混合物から面状材料を作製することもできる。前記粒子の混合物はその後にプレスされ、場合によっては加熱される。このようにして、剛性である形状安定性の膜ないしは板を成形可能な状態にすることができる。電気エネルギー蓄積器の製造時にはまず、このようにして作製された放熱器６'〜６'''''を底部３に装着することができる。その後は、電池セル５，５'，５''と図１に示されていない他の電池セルとを、放熱器６'〜６'''''によって形成されたポケット９'〜９'''''に差し込むだけでよい。電気エネルギー蓄積器１の電池セルは相互に押さえつけられるので、基本的には、放熱器と電池セルとを接着する必要がない。このことにより、電池セルを個別またはすべて交換するのが容易になり、場合によっては放熱器の交換も容易になる。
【００２８】
有利には、放熱器６'〜６'''''は圧縮可能であるが、動作中に電池セル５'〜５''が体積膨張したときに過度に大きな機械的応力が生じないように、該放熱器６'〜６'''''および電池セル５'〜５''を僅かにプリロードさせながら、ないしは面加圧しながら、筐体２内に挿入することができる。とりわけリチウムイオン電池の場合には、本発明の放熱器を採用することにより、電池セルの押さえつけと膨張性とを同時に実現する部材、たとえば、ばねが設けられた引張手段を追加することを避けることができる。
【００２９】
上述の構成に対する本発明の択一的な実施形態が図２に示されている。基本的に、この実施形態が図１の実施形態と相違する点は、電気エネルギー蓄積器１の底部３に放熱器が形成および取り付けることである。それゆえ、符号が同じである場合には同じ部品を示しており、基本的には相違点を説明する。
【００３０】
図１に示された実施形態との相違点として、図２に示された実施形態では、放熱器１０，１０'は、Ｕ字形ないしはトラフ形に成形された面状材料として形成されている。この面状材料は、圧縮された膨張黒鉛から作製される。ここでは、トラフ形の放熱器１０，１０'のトラフ底部が、有利には接着によって、底部３に固定されている。この面状材料が有利には合成樹脂成分を、少なくとも放熱器１０，１０'のトラフ底部の領域に含む場合、該放熱器１０，１０'を底部３に溶接することができる。場合によっては、放熱器１０，１０'を有利には局所的にのみ底部３に溶接することができる。放熱器１０ないしは１０'の側面によってポケット１１，１１'および１１''が形成され、これらのポケット１１，１１'および１１''内に電池セル５，５'および５''を挿入することができる。ここでは、電池セル５，５'および５''を上方から挿入することができ、かつ、放熱器１０，１０'の各側面を該電池セル５，５'および５''の各対応する側面に良好に接触させることができるように、該放熱器１０ないしは１０'の側面の相互間の距離、および、相互に隣接する放熱器１０，１０'の相互に向き合う側面間の距離が選択される。
【００３１】
図２に示されていない実施形態では、前記複数の放熱器１０，１０'の相互に対向する側面によって形成された中間のポケット１１''の底部３にさらに膨張黒鉛膜を設けることにより、中間の電池セル５'の下側の端面においても熱エネルギーの迅速な熱分散および放熱が実現されるようにすることができる。また、図１に示されていない実施形態では有利には、放熱モジュールに電池セルをより良好に適合して放熱を改善するため、放熱器６，６''，６'''等の相互間において、底部３に、膨張黒鉛膜から成る複数の適切なストリップを設けるか、または一続きの底部被覆部を設けることができる。
【００３２】
図２に示された実施例よりも熱分散および放熱をより迅速かつより良好に実現させたい場合には、図３に示されたように、放熱器１０および１０'の相互間にさらに、トラフ形の面状材料として適切に形成された別の放熱器１０''を挿入する。その際には、放熱器１０および１０'の相互間の距離を相応に拡大する。放熱器１０''の固定と、電気エネルギー蓄積器１の他の部分の構成は、上記にて図２について説明したものに相当する。
【００３３】
図４ないしは図５に示された本発明の電気エネルギー蓄積器１の実施形態は、基本的に、図２ないしは図３に示された実施形態に相当するが、図４ないしは図５が図２ないしは図３と相違する点は、筐体２内における放熱器の配置および固定の仕方である。それゆえ、図１〜３と同じ部品には同じ符号を使用している。
【００３４】
図４に示された電気エネルギー蓄積器１の上面図でも、圧縮された膨張黒鉛から成るトラフ形の面状材料から作製された放熱器１０，１０'を使用している。しかし、これらの放熱器１０，１０'はトラフ底部で底部３上に立てられているのではなく、該放熱器１０，１０'はトラフ形状の側面の側方端面で立てられている。その際には、放熱器１０，１０'の前記側方端面が上述のように底部に固定され、この固定により、良好な熱伝導度が保証される。図４に示されていない別の択一的な実施形態では、放熱器１０，１０'の端面を確実に保持するのを保証して熱伝導結合を改善するために、底部に溝７が設けられる。
【００３５】
図５に示された実施例においても、図３に示された実施例と同様に熱分散および放熱をより迅速かつより良好に実現するために、放熱器１０および１０'相互間に直接、さらに別の放熱器１０''が挿入されている。その他の点では、放熱器１０，１０'，１０''の向き、配置および固定は、図４に示された実施形態に相当する。
【００３６】
図６に上面図で示された本発明の別の実施例では、図１に示されたような板状の個別の放熱器６'〜６'''''や図２〜５に示されたトラフ状の放熱器１０，１０'，１０''を用いる代わりに、メアンダ形の面状材料から成る１つの放熱器１２を使用する。この実施例では、放熱器１２の側方端面が上方から、電気エネルギー蓄積器１の筐体２内に挿入され、これによってこの実施例でも、電池セル５，５'，５''を入れるためのポケット１３，１３'，１３''，１３'''等と、図中にない別の電池セルとが形成される。放熱器１２を底部３に結合して放熱モジュール４に接続する手法は、図１ないしは４および５に示された実施形態と同様である。図６に示された実施形態はさらに、取付を非常に迅速に行えるという利点も有する。というのも、すでに、メアンダ状の放熱器１２の個々の巻き部分の相互間の間隔を、電池セル５，５'，５''の幅に適合された所望の間隔にして、該個々の巻き部分を事前に成形された状態にできるからである。
【００３７】
図７には、本発明の放熱器のさらに別の実施形態を示しており、図７ａ）には、断面が８の字形である放熱器１４を示している。このような放熱器１４により、円柱形または丸形に形成された電池セル１５を入れるための２つのポケットが形成され、これにより、電池セル１５と放熱器１４とをぴったり密着させることができる。
【００３８】
図７ｂ）には、断面が波形である放熱器１６を示している。この波形の谷部分において放熱器１６の両面に、円柱形の電池セル１７が配置されており、放熱器１６の面状材料に密着している。
【００３９】
図７ｃ）では、６角形の多数の電池セル１９の側面のうち複数の側面が、蜂の巣状の形状の断面を有する放熱器１８の面状材料に密着するように、該電池セル１９が該放熱器１８に配置されている。この実施形態でも、放熱器１８の形状によって、電池セル１９を挿入するためのポケットが形成されている。
【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７ａ）】
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【図７ｂ）】
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【図７ｃ）】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年10月16日(2012.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）に接触させるように設けられ黒鉛を含有する面状材料を含む放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）であって、
前記黒鉛を含有する面状材料は膨張黒鉛を含む
ことを特徴とする、放熱器。
【請求項２】
前記黒鉛を含有する面状材料は、０．６〜１．４ｇ／ｃｍ３の密度を有し、有利には０．７〜１．３ｇ／ｃｍ３の密度を有し、特に有利には０．９〜１．１ｇ／ｃｍ３の密度を有し、たとえば１．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する、
請求項１記載の放熱器。
【請求項３】
前記面状材料の面方向の熱伝導率は１２０〜２４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、有利には１３０〜２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、特に有利には１８０〜１９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である、
請求項１または２記載の放熱器。
【請求項４】
前記面状材料の元の厚さを基準とした、該面状材料の厚さ方向の弾性復元率は、０．５〜１５％であり、有利には１〜１０％であり、特に有利には４〜１０％である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項５】
前記面状材料の元の厚さを基準とした、該面状材料の厚さ方向の圧縮率は、１〜５０％であり、有利には５〜３５％であり、特に有利には７〜３０％であり、さらに有利には１０〜２０％である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項６】
前記面状材料は、圧縮された膨張黒鉛から形成される、
請求項１から５までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項７】
前記面状材料は、前記圧縮前に膨張黒鉛と合成樹脂粒子とを十分に均質に混合して形成された混合物から成る、
請求項６記載の放熱器。
【請求項８】
前記圧縮後に被着された合成樹脂が、前記面状材料の表面に、または該面状材料の中心領域まで含浸されている、
請求項１から７までのいずれか１項記載の放熱器。
【請求項９】
少なくとも１つの電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の熱を放熱するための放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）とを備えた、電気エネルギー蓄積器（１）であって、
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の少なくとも１つの外側面に配置されており、
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、黒鉛を含有する面状材料を有する、電気エネルギー蓄積器（１）において、
前記黒鉛を含有する面状材料は膨張黒鉛を含む
ことを特徴とする、電気エネルギー蓄積器。
【請求項１０】
前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）は、請求項１から８までのいずれか１項に記載の構成を有する、
請求項９記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１１】
前記１つまたは複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の外側輪郭に適合された前記放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）によって包囲されている、
請求項９または１０記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''，１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料の端面（８）および／または部分面と、前記電気エネルギー蓄積器（１）の放熱モジュール（４）とが、熱伝導結合されている、
請求項９から１１までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１３】
前記電気エネルギー蓄積器（１）の筐体（２）の底部分（３）が放熱部材として形成されている、
請求項１２記載の電気エネルギー蓄積器（１）。
【請求項１４】
複数の電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の熱を放熱するために、該電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）の外側面にコンタクトさせるための前記黒鉛を含有する面状材料によって、前記筐体（２）の少なくとも１つの内壁が被覆されている、
請求項１３記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１５】
トラフ形（１０〜１０''）または波形（１６）またはメアンダ形（１２）または蜂の巣状（１８）の１つまたは複数の前記放熱器の端面と前記底部分（３）とが熱伝導結合されている、
請求項１２から１４までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１６】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）はリチウムイオンセルである、
請求項９から１５までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１７】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は動作中に体積を収縮し、かつ、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と前記放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）との熱伝導結合を保証するために、前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の元の厚さを基準として、該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料は厚さ方向に０．５〜１５％弾性復元し、有利には１〜１０％弾性復元し、特に有利には４〜１０％弾性復元する、
請求項９から１６までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１８】
前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）は動作中に膨張し、かつ、前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）と前記放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）との熱伝導結合を保証するために、前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の元の厚さを基準として、該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料は厚さ方向に１〜５０％圧縮可能であり、有利には５〜３５％圧縮可能であり、特に有利には７〜３０％圧縮可能であり、さらに有利には１０〜２０％圧縮可能である、
請求項９から１７までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）の前記面状材料の厚さ方向の圧縮が僅かのみであるように、有利には該面状材料の元の厚さに対して最大１％となるように、前記電気エネルギー蓄積器（１）が動作していない状態では該放熱器（６〜６'''''；１０〜１０''；１２；１４；１６；１８）と前記電池セル（５〜５''；１５，１７，１９）とが相互に押さえつけられている、
請求項９から１８までのいずれか１項記載の電気エネルギー蓄積器。
【国際調査報告】
2013519987.tif 000012
2013519987.tif 000013
2013519987.tif 000014
2013519987.tif 000015