(57)【要約】  本発明は、熱伝達流体を受容する入口と、１つまたは複数の電気化学セル（２０）を受容する１つまたは複数の電気化学セル区画（１２）と、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料（１８）を収容する１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画（１４）と、デバイスを通して熱伝達流体を流す１つまたは複数の熱伝達流体区画（１６）とを備えるデバイス（１０）を含み、１つまたは複数の熱伝達流体区画（１６）と１つまたは複数の電気化学セル区画（１２）との間の空間は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料（１８）が実質的にない１つまたは複数の第１の領域（２２）（すなわち部分）を含み、１つまたは複数の熱伝達流体区画（１８）と１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画（１４）との間の空間は、好ましくは、電気化学セル（２０）が実質的にない１つまたは複数の第２の領域（２４）（すなわち部分）を含み、そのため、熱伝達流体区画（１６）は、熱エネルギー貯蔵材料区画（１４）および電気化学セル区画（１２）の両方と直接熱連絡する、電気化学セルの温度を管理するデバイス、システム、およびプロセスを対象としている。
2013516742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｉ）熱伝達流体を受容する入口と、
ｉｉ）１つまたは複数の電気化学セルを受容する、１つまたは複数の電気化学セル区画と、
ｉｉｉ）１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料を収容する、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画と、
ｉｖ）デバイスを通して前記熱伝達流体を流す、１つまたは複数の熱伝達流体区画とを備えるデバイスであって、
前記デバイスが温度調整デバイスであり、
前記１つまたは複数の熱伝達流体区画と前記１つまたは複数の電気化学セル区画との間の空間が、前記熱エネルギー貯蔵材料が実質的にない１つまたは複数の領域を含み、
前記１つまたは複数の熱伝達流体区画と前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画との間の空間が、電気化学セルが実質的にない１つまたは複数の領域を含むことにより、
前記熱伝達流体区画が、前記熱エネルギー貯蔵材料区画および前記電気化学セル区画の両方と直接熱連絡する、デバイス。
【請求項２】
前記１つまたは複数の電気化学セル区画が、ある動作温度範囲を有する電気化学セルを含み、前記熱エネルギー貯蔵材料が、前記電気化学セルの動作温度範囲内の液相温度を有する相変化材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料が、第１の液相温度を有するある量の第１の相変化材料と、第２の液相温度を有するある量の第２の相変化材料とを含み、前記第１の液相温度が前記第２の液相温度よりも低い、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記デバイスが、最低ターゲット温度および最高ターゲット温度を有する電気化学セル区画内の電気化学セルを含み、前記デバイスが、前記電気化学セルの温度が前記最高ターゲット温度を超えるときは電気化学セル区画から熱を除去することができ、前記電気化学セルの温度が前記最低ターゲット温度未満のときは電気化学セル区画に熱を供給することができる、請求項１から３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記熱エネルギー貯蔵材料区画が複数のカプセルを含み、前記複数のカプセルが、第１の金属製シートをエンボス加工して複数の凹所を形成し、少なくとも部分的に前記凹所を前記熱エネルギー貯蔵材料で充填し、第２の金属製シートを前記第１の金属製シート上に配置し、前記熱エネルギー貯蔵材料が前記第１の金属製シートと前記第２の金属製シートとの間に封入されるように前記第１の金属製シートおよび前記第２の金属製シートを接合することによって形成される、請求項１から４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の金属製シートが、熱エネルギー貯蔵材料区画の外部に外面を有し、前記外面の１つまたは複数の部分が、電気化学セルまたは電気化学セルを収容する区画に接触し、前記外面の１つまたは複数の部分が、熱伝達流体を収容する区画に接触する、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
熱エネルギー貯蔵材料区画が、体積と表面積の比が約１０ｍｍ未満になる体積および表面積を有する、請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記熱伝達流体区画が、体積と表面積の比が約０．５ｍｍ未満になる体積および表面積を有する、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画が、熱エネルギー貯蔵材料が、隣接する２つのカプセル間を流れないように、個別に独立した複数のカプセルを含む、請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の金属製シートがアルミニウムシートまたは銅シートである、請求項１から９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の金属製シートの厚さが約０．１ｍｍ未満である、請求項１から１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
ｉ）請求項１から１１のいずれかに記載の前記温度調整デバイスと、
ｉｉ）出口を有する断熱容器、前記断熱容器内にあり熱エネルギー貯蔵材料を含む１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画、および蓄熱デバイスを通して熱伝達流体を流すための１つまたは複数の熱伝達流体区画を含む蓄熱デバイスであって、前記熱伝達流体区画が前記熱エネルギー貯蔵材料区画と熱連絡している、蓄熱デバイスと、
ｉｉｉ）前記蓄熱デバイスの出口から前記温度調整デバイスの入口に熱伝達流体を流す手段とを含むシステムであって、
前記システムが１つまたは複数の電気化学セルの温度を調整する温度調整システムである、システム。
【請求項１３】
前記蓄熱デバイスから前記温度調整デバイスへの前記熱伝達流体の流れを制御するコントローラを備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コントローラによって調整される１つまたは複数のバルブを備える、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラが、前記蓄熱デバイスからの熱が、所定の最低動作温度未満の温度の前記電気化学セルを含む条件で前記１つまたは複数の電気化学セルに伝達されるように、１つまたは複数のバルブを制御する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
ポンプ、ファン、ブロワ、またはそれらの任意の組み合わせを備える、請求項１２から１５のいずれかに記載のシステム。
【請求項１７】
ラジエータを含む、請求項１２から１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
前記熱伝達流体を含む、請求項１２から１７のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
前記蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料が、前記温度調整デバイスの熱エネルギー貯蔵材料とは異なる、請求項１２から１８のいずれかに記載のシステム。
【請求項２０】
前記蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料の液相温度が、バッテリの好ましい動作温度範囲内にある、請求項１２から１９のいずれかに記載のシステム。
【請求項２１】
前記蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料区画が、前記熱エネルギー貯蔵材料を含む複数のカプセルを含み、前記蓄熱デバイスのカプセルが、第１の金属製シートをエンボス加工して複数の凹所を形成し、少なくとも部分的に前記凹所を前記熱エネルギー貯蔵材料で充填し、第２の金属製シートを前記第１の金属製シート上に配置し、前記熱エネルギー貯蔵材料が前記第１の金属製シートと前記第２の金属製シートとの間に封入されるように前記第１の金属製シートおよび前記第２の金属製シートを接合することによって形成される、請求項１２から２０のいずれかに記載のシステム。
【請求項２２】
前記蓄熱デバイスの第１の金属製シートが第１の外面を有し、前記蓄熱デバイスの第２の金属製シートが第２の外面を有し、前記熱伝達流体が、前記第１の外面、前記第２の外面、またはその両方と熱接触する、請求項１２から２１のいずれかに記載のシステム。
【請求項２３】
前記蓄熱デバイスの第１の金属製シートが第１の外面を有し、前記蓄熱デバイスの第２の金属製シートが第２の外面を有し、前記熱伝達流体が、前記第１の外面、前記第２の外面、またはその両方と直接接触する、請求項１２から２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
前記蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料が相変化材料を含み、前記温度調整デバイスが出口を有し、前記蓄熱デバイスが入口を有し、前記システムが、バッテリから生成された熱を前記蓄熱デバイスの相変化材料を融解するために使用できるように、前記温度調整デバイスの出口から前記蓄熱デバイスの入口に熱伝達流体を伝達する手段を含む、請求項１２から２３のいずれかに記載のシステム。
【請求項２５】
前記熱伝達流体を前記温度調整デバイスと前記蓄熱デバイスとの間で循環させる毛細管ポンプ式ループを含む、請求項１２から２４のいずれかに記載のシステム。
【請求項２６】
熱伝達流体を使用して請求項１から１１のいずれかに記載の前記バッテリ温度調整デバイスに熱を伝達するステップを含む、電気化学セルの温度を調整する方法。
【請求項２７】
前記熱伝達流体を使用して前記温度調整デバイスから熱を伝達するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項１２から２５のいずれかに記載のバッテリ温度調整システムを使用して電気化学セルの温度を調整する方法であって、前記蓄熱デバイスから前記バッテリ温度調整デバイスに熱を伝達するステップを含む方法。
【請求項２９】
前記熱伝達流体を使用して前記温度調整デバイスから熱を伝達するステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（出願日の利益の主張）
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される２０１０年１月８日出願の米国仮出願第６１／２９３，２２９号の出願日の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、熱伝達流体と熱エネルギー貯蔵材料の組み合わせを用いた二次電池などの電気化学セルの熱管理に関する。
【背景技術】
【０００３】
産業界では、一般に、電気化学セルに蓄積した電気を用いて車両に部分的または全面的に電力を供給する新しい手法を積極的に探している。自動車業界が認識している問題の一つは電気化学セルの温度を制御する必要があることである。電気化学セルの発電容量は温度に応じて変化することが知られており、電気化学セルは加熱されて高温になると故障することが知られている。
【０００４】
電気化学セルの温度を調整する様々な手法が、米国特許第６，５９６，４３３Ｂ２号（Ｇｏｄｍｕｎｄｓｓｏｎら、２００３年７月２２日発行）、第５，８１７，４３４号（Ｂｒｏｏｋｅｒら、１９９８年１０月６日発行された）、第５，４４９，５７１号（Ｌｏｎｇａｒｄｎｅｒら、１９９５年９月１２日発行）、第６，７９７，４２７Ｂ２号（Ｍａｌｅｋｉら、２００１年８月９日発行）、および第６，９４２，９４４Ｂ２号（Ａｌ−Ｈａｌｌａｊら、２００５年９月１３日発行）に記載されており、それらの文献はその全体が参照により本明細書に援用される。これらの各手法は１つまたは複数の面で非効率である。例えば、Ｇｏｄｍｕｎｄｓｓｏｎら（米国特許第６，５９６，４３３Ｂ２号）により、空気を流すための通路から電気化学セルが完全に分離した、相変化材料を収容する区画を含むデバイスが教示されている。したがって、空気の流れが直接電気化学セルを冷却することはできない。熱はまず、空気の流れに到達する前に相変化材料を通して拡散するはずである。この配置は、特に、（自動車両の高速運転中または上り坂の運転中など）長時間にわたる高いバッテリ放電出力が必要なことがある用途を扱う場合に非効率である。さらに、Ｇｏｄｍｕｎｄｓｓｏｎは、相変化材料が冷却されたときに電気化学セルを加熱するシステムは教示していない。
【０００５】
その基本的な考えは、電気化学セルの温度が最低ターゲット温度未満のときは熱を供給し、最高ターゲット温度を超えるときは熱を除去し、ターゲット温度範囲内のときは熱エネルギー貯蔵材料の内外に熱を伝達することによって電気化学セルをターゲット温度内で動作可能にすることである。現実的な解決策とするには、電気化学セルを加熱する手法に、車両を低温環境に駐車した後で電動機などの電気負荷に十分な電力をその温度で供給できる温度に電気化学セルを急速に加熱できるように、長時間（例えば、少なくとも４時間以上）にわたって効率的に熱を蓄積するデバイスを採用すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
熱を効率的に蓄積するために電気化学セルから急速に熱を除去し、電気化学セルに急速に熱を供給し、電気化学セルを最低ターゲット温度と最高ターゲット温度との間に維持するデバイスおよびシステムか、またはそれらを組み合わせたデバイスおよびシステムが引き続き必要とされている。例えば、電気化学セルから熱伝達流体および熱エネルギー貯蔵材料の両方に直接熱を伝達できるデバイスが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、熱伝達流体を受容する入口と、１つまたは複数の電気化学セルを受容する１つまたは複数の電気化学セル区画と、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料を収容する１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画と、デバイスを通して熱伝達流体を流す１つまたは複数の熱伝達流体区画とを含むデバイスであって、１つまたは複数の熱伝達流体区画と１つまたは複数の電気化学セル区画との間の空間が、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料が実質的にない１つまたは複数の第１の領域（すなわち１つまたは複数の第１の部分）を含み、１つまたは複数の熱伝達流体区画と、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画との間の空間が、好ましくは、電気化学セルが実質的に１つまたは複数の第２の領域（すなわち１つまたは複数の第２の部分）を含み、そのため、熱伝達流体区画が、熱エネルギー貯蔵材料区画および電気化学セル区画の両方と直接熱連絡しているデバイスである。
【０００８】
本発明の別の態様は、本明細書で説明する温度調整デバイスと；蓄熱デバイスであって、出口を有する断熱容器、断熱容器内にあり熱エネルギー貯蔵材料を含む１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画、および蓄熱デバイスを通して熱伝達流体を流す１つまたは複数の熱伝達流体区画を含む蓄熱デバイスにおいて、熱伝達流体区画が、熱エネルギー貯蔵材料区画と熱連絡している、蓄熱デバイスと；蓄熱デバイスの出口から温度調整デバイスの入口に熱伝達流体を流す手段と；を含み、システムが、１つまたは複数の電気化学セルの温度を調整する温度調整システムである、システムである。
【０００９】
本発明の態様に関連するプロセスは、熱伝達流体を使用して本明細書で説明するバッテリ温度調整デバイスに熱を伝達するステップを含む、電気化学セルの温度を調整する方法である。
【００１０】
本発明の態様に関連する別のプロセスは、蓄熱デバイスからバッテリ温度調整デバイスに熱を伝達するステップを含む、本明細書で説明するバッテリ温度調整システムを用いて電気化学セルの温度を調整する方法である。
【００１１】
本発明のデバイス、システム、およびプロセスは、好都合に、電気化学セルから熱伝達流体および熱エネルギー貯蔵材料の両方に直接熱を伝達することができる。本発明のデバイス、システム、およびプロセスは、驚くべきことに、電気化学セルから熱を急速に除去するか、電気化学セルに熱を急速に供給するか、電気化学セルを最低ターゲット温度と最高ターゲット温度との間の温度に効率的に維持するか、熱を効率的に蓄積するか、またはそれらの任意の組み合わせを行うことができる。
【００１２】
以下の詳細な説明において本発明の実施形態の非限定的な例による留意される複数の図面を参照しながら本発明をさらに説明する。同様の参照番号は複数の図面を通して同様の部品を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示のバッテリ温度調整デバイスの部分断面図である。
【図２Ａ】例示のバッテリ温度調整デバイスの部分断面図である。図２Ａに示すように、熱伝達流体区画が、概して平面の面を有することができる。
【図２Ｂ】例示のバッテリ温度調整デバイスの部分断面図である。図２Ｂに示すように、バッテリ温度調整デバイスは、第１の熱伝達流体のための第１の熱伝達流体区画および第２の熱伝達流体のための第２の熱伝達流体区画を含むことができる。
【図３】別の例示のバッテリ温度調整デバイスの部分断面図である。
【図４】例示の温度調整デバイスの部分断面図である。図４に示すように、そのデバイスは、概して平面の面を有する電気化学セル区画を含むことができる。
【図５】例示の蓄熱デバイスの部分断面図である。
【図６】例示の蓄熱デバイスの部分断面図である。図６に示すように、蓄熱デバイスは毛細管構造を含むことができる。
【図７】バッテリ温度調整システムの概略図である。
【図８Ａ】バッテリ温度調整システムの概略図である。図８Ａに示すように、そのシステムは、電熱器を有する蓄熱デバイスを含むことができる。
【図８Ｂ】バッテリ温度調整システムの概略図である。図８Ｂに示すように、そのシステムが電熱器を有する蓄熱デバイスを含むことができるか、蓄熱デバイスがバッテリ温度調整デバイスを内部に組み込むことができるか、またはその両方である。
【図９】バッテリ温度調整システムの概略図である。図９に示すように、そのシステムは、バッテリ温度調整デバイスから熱を除去する第１の熱伝達流体と、バッテリ温度調整デバイスに熱を供給する第２の熱伝達流体とを含むことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明では、好ましい実施形態に関連付けながら本発明の特有の実施形態を説明する。しかし、以下の説明は、本技法の特定の実施形態または特定の使用に特有のものである限り、単なる図示のものであり、単に例示的な実施形態の簡潔な説明を提示するに過ぎない。したがって、本発明は以下に説明する特有の実施形態に限定されず、むしろ、添付の請求項の真の範囲内に包含される全ての代替形態、修正形態、および等価物を含む。
【００１５】
本明細書の教示から分かるように、本発明は、より効率的であるか、より信頼できるか、またはその両方の利益を有する電気化学セルの温度を調整する、固有のデバイス、システム、およびプロセスを提供する。
【００１６】
本発明のバッテリ温度調整システムは、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料および１つまたは複数の熱伝達流体を含む。例えば、バッテリ温度調整システムは、新規のバッテリ温度調整デバイスを含むことができ、そのバッテリ温度調整デバイスは、１つまたは複数の電気化学セル、熱エネルギー貯蔵材料、および１つまたは複数の熱伝達流体区画を収容する。デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料から熱を除去するか、電気化学セルから熱を除去するか、デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料に熱を供給するか、電気化学セルに熱を供給するか、またはそれらの任意の組み合わせを行うために、デバイスを通して熱伝達流体を流すために、１つまたは複数の熱伝達流体区画を採用することができる。好ましくは、１つまたは複数の熱伝達流体区画は、熱エネルギー貯蔵材料と熱連絡する１つまたは複数の部分と、電気化学セルと熱連絡する１つまたは複数の部分とを含む。
【００１７】
（バッテリ温度調整デバイス）
バッテリ温度調整デバイスは、１つまたは複数の熱伝達流体区画と、１つまたは複数の電気化学セル区画と、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画とを含むことができる。１つまたは複数の熱伝達流体区画と１つまたは複数の電気化学セル区画との間の空間は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料が実質的にまたは全くない１つまたは複数の領域（すなわち、電気化学セル区画と熱伝達流体区画との間に挿入される熱エネルギー貯蔵材料がない１つまたは複数の領域）を含む。１つまたは複数の熱伝達流体区画と１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画との間の空間は、好ましくは、電気化学セルが実質的にまたは全くない１つまたは複数の領域（すなわち、熱エネルギー貯蔵材料区画と熱伝達流体区画との間に挿入された電気化学セルまたは電気化学セルの一部分がない１つまたは複数の領域）を含む。したがって、熱伝達流体区画は、好ましくは、電気化学セル区画および熱エネルギー貯蔵材料区画の両方と熱連絡（例えば、直接熱連絡）している。
【００１８】
その様々な態様では、本発明は、電気化学セルから熱を除去するか、電気化学セルに熱を供給するか、電気化学セルの温度を維持するか、またはそれらの任意の組み合わせを行うなど、電気化学セルの温度を制御することによってバッテリ温度調整デバイス内の１つまたは複数の電気化学セルの性能を改善または維持することに基づいている。
【００１９】
バッテリ温度調整デバイスは、バッテリ内の電気化学セルの温度を電気化学セル最高動作温度未満の温度に冷却されるか、電気化学セルの最低動作温度を超える温度に加熱されるか、ターゲット温度範囲内に維持するか、またはそれらの任意の組み合わせを行うように好都合に採用することができる。したがって、バッテリ温度調整デバイスは、デバイスに熱エネルギーを伝達する１つもしくは複数の手段、デバイスから熱エネルギーを除去する１つもしくは複数の手段、デバイス内の温度を高温限界未満の温度に維持する１つもしくは複数の手段、デバイス内の温度を低温限界を超える温度に維持する１つもしくは複数の手段、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。好ましくは、バッテリ温度調整デバイスは、少なくとも、電気化学セルを加熱する手段、電気化学セルを冷却する手段、および電気化学セル内の温度を維持する手段を含む。
【００２０】
バッテリ温度調整デバイスは、１つまたは複数の電気化学セルを受容するかまたは別法で収容する１つまたは複数の電気化学セル区画と、１つまたは複数の熱伝達流体区画とを含む。１つまたは複数の熱伝達流体区画は、好ましくは、熱伝達流体が電気化学セルに入らないように、１つまたは複数の電気化学セル区画から独立している。バッテリ温度調整デバイスは、熱伝達流体区画を熱伝達流体に流入させるための１つまたは複数の熱伝達流体入口を収容することができる。バッテリ調整デバイスは、好ましくは、デバイスから熱伝達流体を取り出すための１つまたは複数の熱伝達流体出口を有する。
【００２１】
好ましくは、バッテリ温度調整デバイスは、デバイス中に熱を伝達する手段と、デバイス外に熱を伝達する手段とを含む。例えば、バッテリ温度デバイスは、デバイスの外側にある構成要素と熱連絡することができる。こうした熱連絡には、デバイスに熱を急速に供給するかまたはデバイスから熱を急速に除去できるように、熱伝達流体などの流体、または熱伝導率および接触面積の十分に高い固体を含むことができる。バッテリ温度調整デバイスに熱を伝達する手段は、好ましくは、温度調整デバイスを通して熱伝達流体を循環させるステップを含む。バッテリ温度調整デバイスの外に熱を伝達する手段は、好ましくは、デバイスを通して熱伝達流体を循環させるステップを含む。バッテリ温度調整デバイスを加熱する熱伝達流体と冷却する熱伝達流体は、互いに同じでもよく、異なっていてもよい。バッテリ温度調整デバイスを加熱する熱伝達流体および冷却する熱伝達流体は、両方とも、同じ熱伝達流体区画を通して循環させることができる。あるいは、バッテリ温度調整デバイスは、デバイスを冷却する第１の熱伝達流体およびデバイスを加熱する第２の熱伝達流体を含むことができる。任意選択で、バッテリ温度調整デバイスに用いられる熱伝達流体のうちのいずれかは、本質的に作動流体を含むかまたは作動流体から構成することができる。例えば、デバイスは、デバイス内に熱を伝達する作動流体、デバイス外に熱を伝達する作動流体、またはその両方を含むことができる。
【００２２】
（熱エネルギー貯蔵材料区画）
上記で説明したように、熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、１つまたは複数の区画から独立している。通例、熱エネルギー貯蔵材料は、単位がＷ／ｍ・Ｋの熱伝導率が比較的低いか、単位がｍ２／ｓの熱拡散率が比較的低いか、またはその両方である。例えば、熱エネルギー貯蔵材料の熱伝導率、熱拡散率、またはその両方を、熱エネルギー貯蔵材料がその中に供給される区画の材料よりも低くすることができる。熱伝導率が比較的高いか、熱拡散率が比較的高いか、またはその両方である熱エネルギー貯蔵材料を用いることもできる。好ましくは、１つまたは複数の区画の形状および／またはサイズは、熱エネルギー貯蔵材料に熱エネルギーを急速に供給するかまたは熱エネルギー貯蔵材料から熱エネルギーを急速に除去できるように選択される。したがって、熱エネルギー貯蔵材料区画は、熱エネルギー貯蔵材料の内外への熱伝達速度を高める１つまたは複数の手段を用いることができる。熱伝達速度は、熱エネルギー貯蔵材料の体積当たりの電力（すなわち、ワット／ｍ３）として測定することができる。例えば、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料は、（例えば、１つまたは複数の他の寸法と比べて）比較的小さい少なくとも１つの寸法を有することができるか、熱エネルギー貯蔵材料を、複数の区画内に蓄積することができるか、１つまたは複数の区画は、内部に熱伝導性の物体（例えば、フィン、ワイヤ、メッシュなど）を有することができるか、またはそれらを任意に組み合わせることができる。
【００２３】
熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、十分な数のセルまたはカプセルの間に供給され、そのため、１つまたは２つのセルまたはカプセルが故障した場合は、場合によっては逃げてしまう熱エネルギー貯蔵材料の量は少ないか、デバイスが機能し続けるか、またはその両方が起こる。例えば、単一のセル内の熱エネルギー貯蔵材料の量は、デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料全体の量に基づいて、好ましくは、３５パーセント未満、より好ましくは１０パーセント未満、さらにより好ましくは約５パーセント未満、最も好ましくは約２パーセント未満である。好ましくは、セルの一部または全部は、熱エネルギー貯蔵材料の少なくとも０．０１パーセントを収容する。
【００２４】
熱エネルギー貯蔵材料区画と熱伝達流体区画との間の接触領域は、熱伝達流体によって熱エネルギー貯蔵材料を効率的に除去できるように十分高くすることができる。ＡＴＥＳＭは、１つまたは複数の熱伝達流体区画と１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画との間の接触領域であり、ＡＥＣは、１つまたは複数の熱伝達流体区画と１つまたは複数の電気化学セル区画との間の接触領域である。ＡＴＥＳＭ／（ＡＴＥＳＭ＋ＡＥＣ）の比は、０．０１超、好ましくは０．０５超、より好ましくは０．１０超、さらにより好ましくは約０．２超、最も好ましくは約０．２５超とすることができる。ＡＴＥＳＭ／ＶＴＥＳＭの比は、熱エネルギー蓄積区画の中心からの熱拡散による熱の遅れが小さくなるように、十分に高くすることができる。ここで、ＶＴＥＳＭは、（温度２５℃で測定した）１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画内の熱エネルギー貯蔵材料の体積である。例えば、ＡＴＥＳＭ／ＶＴＥＳＭの比は、好ましくは約０．０５ｍｍ−１超、より好ましくは約０．２ｍｍ−１超、さらにより好ましくは約０．５ｍｍ−１超、最も好ましくは約１ｍｍ−１超である。
【００２５】
熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、個別に独立した複数の（カプセルなどの）セル内にあり、それらのセルは、複数のセルの全表面積が比較的大きいか、セルの表面からセルの中心までの距離が比較的短いか、またはその両方である。複数のセル（例えば、カプセル）を１つまたは複数の層のセルに配置することができる。例えば、蓄熱デバイスは、複数の層のセル（例えば、カプセル）を含むことができる。各セル層は、単一のセルまたは複数のセルを収容することができる。概して、セル層は、１つのセル、または構造上互いに接続された複数のセルを指す。例えば、セル層は、熱エネルギー貯蔵材料を収容する１つまたは複数の空間が形成されるように、熱エネルギー貯蔵材料をそれらの間に有する２枚のシート（例えば、２枚のフォイル）の少なくとも外周をシールして取り付けることによって形成することができる。１層のセル（例えば、１層のカプセル）は比較的厚さが薄いか、表面積と体積の比が比較的大きいか、またはその両方であり、そのため、セルの内部から熱を急速に除去できることが理解されよう。セルを層内でどのような配置にしてもよい。例えば、セルは互いに同じサイズまたは形状のものとしてもよく、サイズおよび形状が異なるものとしてもよく、セルを繰り返しパターン（例えば、１、２、またはそれ以上のセルを収容するパターン）に配置することもでき、概して繰り返さないパターンに配置することもできる。本発明の好ましい態様では、セルは、各カプセル層においてある配列（例えば、１次元の配列、２次元の配列、または放射状の配列）のカプセルとして配置される。
【００２６】
蓄熱デバイスは、複数のカプセル層を含むことができ、１対または複数対の隣接するカプセル層の間に空間がある。その空間を熱伝達流体区画の一部分として使用することができる。カプセル層は、片面に空間を有するか、対抗する２つの面に空間を有するか、空間を有しないか、またはそれらの任意の組み合わせでよい。例えば、全ての対の隣接するカプセル層の間に空間があってよい。
【００２７】
カプセル層は、弓形の面と、概して平坦な対抗する面とを有することができる。概して弓形の面は、熱伝達流体のために特に魅力的なことがあるか、弓形の通路は、カプセルを概して弓形の電気化学セル区画と接触させるように熱伝達流体とカプセルとの間の熱の流れを増大させることができるか、またはその両方である。概して平坦な面は、熱伝達流体区画を通って流れるときの熱伝達流体の圧力効果を低減するために、カプセルを概して平坦な電気化学セル区画に接触させるために、またはその両方のために、特に魅力的なことがある。概して平坦な面は、熱伝達流体区画を毛細管ポンプ式ループのコンデンサとして使用できるように、任意選択の毛細管構造を配置するのに特に魅力的なこともある（毛細管構造の厚さは、作動流体区画の一部分の両側にある２つのカプセル層の間の離隔距離を決めることができる）。両方とも概して平坦な面を有する層、または両方とも弓形の対抗する面を有する層を用いることもできる。部分的または実質的に全体に互いに入れ子になる隣接する２つのカプセル層を用いることもできる。例えば、隣接する２つのカプセル層は、互いに入れ子にしてもよく、２つの層の間で熱伝達流体を流すことができるように隙間によって分離してもよい。
【００２８】
カプセルのサイズおよび形状を、カプセル内に収容された相変化材料への熱伝達およびそこからの熱伝達を最大にするように選択することができる。カプセルの（例えば、カプセル層）の平均の厚さは、カプセルの中心から急速に熱を逃がすことができるように選択することができる。カプセルの平均の厚さは、好ましくは、約１００ｍｍ未満、より好ましくは約３０ｍｍ未満、さらにより好ましくは約１０ｍｍ未満、さらにより好ましくは約５ｍｍ未満、最も好ましくは約３ｍｍ未満である。カプセルは、熱エネルギーを効果的に蓄積するのに十分に厚くなければならない。カプセルの平均の厚さは、好ましくは、約０．１ｍｍ超、より好ましくは約０．５ｍｍ超、さらにより好ましくは約０．８ｍｍ超、最も好ましくは１．０ｍｍ超である。
【００２９】
カプセルは、好ましくは、表面積と体積の比が比較的大きく、そのため、作動流体との接触領域、熱伝達流体との接触領域、またはその両方が比較的大きくなり、したがって、急速にカプセルに熱を供給しかつ／またはカプセルから熱を除去することができる。例えば、カプセルは、作動流体区画との接触を最大にする面を有することができるか、カプセルと作動流体区画との間の熱伝達を最大にする形状を有することができるか、またはその両方が可能である。作動流体区画と相変化材料区画との間のインターフェースの全表面積と、蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の全体積の比は、約０．０２ｍｍ−１超、好ましくは約０．０５ｍｍ−１超、より好ましくは約０．１ｍｍ−１超、さらにより好ましくは約０．２ｍｍ−１超、最も好ましくは約０．３ｍｍ−１超になるように選択することができる。作動流体区画と相変化材料区画との間のインターフェースの全表面積と、蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の全体積の比は、デバイスが熱を蓄積するのに十分な熱エネルギー貯蔵材料を収容するように十分に低くなければならない。作動流体区画と相変化材料区画との間のインターフェースの全表面積と、蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の全体積の比は、好ましくは、約３０ｍｍ−１未満になるように選択される。
【００３０】
熱エネルギー貯蔵材料区画は、ブリスタパックまたはブリスタパック積層体の形態でよい。例えば、複数の独立したカプセルを形成するように互いにシールされた、エンボス加工された金属層と平坦な金属層との間に熱エネルギー貯蔵材料を封入することができる。限定されるものではないが、蓄熱デバイスは、２００９年２月２０日出願の米国特許出願第１２／３８９，５９８号「Ｈｅａｔ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」に記載されている、カプセルまたはカプセルの構成（例えば、ブリスタパックまたはブリスタパック積層体）を用いることができる。
【００３１】
（カプセルの形成）
熱エネルギー貯蔵材料のカプセルは、熱エネルギー貯蔵材料の封入を行う任意の方法を用いて形成することができる。限定されるものではないが、そのプロセスは、以下のうちの１つまたはそれらの任意の組み合わせを用いることができる。シートにパターンを画定するように薄い材料シート（例えば、フォイル）をエンボス加工するかまたは別法で変形するステップ、エンボス加工したシートの窪みを熱エネルギー貯蔵材料で充填するステップ、エンボス加工したシートを第２のシート（例えば、概して平坦なシート）でカバーするステップ、またはそれらの２枚のシートを貼付するステップ。カプセルを形成するプロセスには、２００９年２月２０日出願の米国特許出願第１２／３８９，５９８号「Ｈｅａｔ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」に記載されたプロセスを用いることができる。
【００３２】
熱エネルギー貯蔵材料を封入するための適切なシートには、好ましくはシートが漏出なしに熱エネルギー貯蔵材料を収容できるように、耐久性があるか、腐食抵抗性があるか、またはその両方である、薄い金属シート（例えば、金属フォイル）が含まれる。金属シートは、１年超の、好ましくは５年超の繰り返し熱サイクル車両環境で機能可能とすることができる。そうでない場合に金属シートは、動作中に熱エネルギー貯蔵材料に接触する、実質的に不活性の外面を有することができる。限定されるものではないが、利用できる例示的な金属シートには、少なくとも１つの層の真鍮、銅、アルミニウム、ニッケル鉄合金、青銅、チタン、ステンレス鋼などを有する金属シートが含まれる。そのシートは、概して貴金属でもよく、酸化物層（例えば、自然酸化物層または表面に形成できる酸化物層）を有する金属を含むものであってもよい。例示的な一金属シートはアルミニウムフォイルであり、そのアルミニウムフォイルは、アルミニウム層またはアルミニウム含有合金（例えば、アルミニウム５０重量パーセント超、好ましくはアルミニウム９０重量パーセント超を含有するアルミニウム合金）の層から構成される。別の例示的な金属シートはステンレス鋼である。適切なステンレス鋼には、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、またはマルテンサイト系ステンレス鋼が含まれる。限定されるものではないが、ステンレス鋼は、濃度約１０重量パーセント超、好ましくは約１３重量パーセント超、より好ましくは約１５重量パーセント超、最も好ましくは約１７重量パーセント超のクロムを含むことができる。ステンレス鋼は、濃度約０．３０重量パーセント未満、好ましくは約０．１５重量パーセント未満、より好ましくは約０．１２重量パーセント未満、最も好ましくは約０．１０重量パーセント未満の炭素を含むことができる。例えば、ステンレス鋼３０４（ＳＡＥ呼称）は、クロム１９重量パーセントおよび炭素約０．０８重量パーセントを含有する。適切なステンレス鋼は、３１６（ＳＡＥ呼称）など、モリブデンを含有するステンレス鋼も含む。
【００３３】
シートを形成するとき、カプセルを熱エネルギー貯蔵材料で充填するとき、カプセルを使用する間、またはそれらの任意の組み合わせのときに、穴またはひび割れが形成されないように、金属シートの厚さは十分に厚い。輸送などの用途のために、金属シートは、好ましくは、比較的薄く、そのため、蓄熱デバイスの重さが金属シートによって大幅に増加されることがない。金属シートの適切な厚さは、約１０μｍ超、好ましくは約２０μｍ超、より好ましくは約５０μｍ超でよい。金属フォイルの厚さは、厚さ約３ｍｍ未満、好ましくは１ｍｍ未満、より好ましくは０．５ｍｍ未満（例えば、約０．２５ｍｍ未満）でよい。
【００３４】
（熱エネルギー貯蔵材料）
限定されるものではないが、蓄熱デバイスに関する適切な熱エネルギー貯蔵材料には、顕熱、潜熱、または好ましくはその両方として比較的高い熱エネルギー密度をとることができる材料が含まれる。熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、蓄熱デバイスの動作温度範囲と適合している。例えば、熱エネルギー貯蔵材料は、好ましくは、蓄熱デバイスの動作温度が低いときは固体であるか、蓄熱デバイスの動作温度が最高のときは少なくとも部分的に液体（例えば、全てが液体）であるか、デバイスの動作温度が最高のときは（例えば、少なくとも約１，０００時間、好ましくは少なくとも約１０，０００時間にわたって）あまり劣化も分解もしないか、またはそれらの任意の組み合わせとなる。熱エネルギー貯蔵材料は、固体から液体への転移温度（例えば、液相温度、融解温度、または共融温度）を有する相変化材料でよい。固体から液体への転移温度は、約３０℃超、好ましくは約３５℃超、より好ましくは約４０℃超、さらにより好ましくは約４５℃超、最も好ましくは約５０℃超でよい。熱エネルギー貯蔵材料の固体から液体への転移温度は、約４００℃未満、好ましくは約３５０℃未満、より好ましくは約２９０℃未満、さらにより好ましくは約２５０℃未満、最も好ましくは約２００℃未満でよい。熱エネルギー貯蔵材料の融解熱密度は、約０．１ＭＪ／リットル超、好ましくは約０．２ＭＪ／リットル超、より好ましくは約０．４ＭＪ／リットル超、最も好ましくは約０．６ＭＪ／リットル超でよい。通例、熱エネルギー貯蔵材料の融解熱密度は、約５ＭＪ／リットル未満である。しかし、融解熱密度が高い熱エネルギー貯蔵材料を用いることもできる。熱エネルギー貯蔵材料の密度は、約５ｇ／ｃｍ３未満、好ましくは約４ｇ／ｃｍ３未満、より好ましくは約３．５ｇ／ｃｍ３未満、最も好ましくは約３ｇ／ｃｍ３未満でよい。
【００３５】
熱エネルギー貯蔵材料区画は、当技術分野で知られた熱エネルギー貯蔵材料を収容することができる。その熱エネルギー貯蔵材料区画に採用できる熱エネルギー貯蔵材料の例には、Atul Sharma、V.V.Tyagi、C.R.Chen、D.Buddhi、「Review on thermal energy storage with phase change materials and applications」、Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 318-345、およびBelen Zalba、Jose Ma Marin、 Luisa F. Cabeza、Harald Mehling、「Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications」、Applied Thermal Engineering 23 (2003) 251-283に記載の材料が含まれる。それらの文献は両方とも参照によりその全体が本明細書に援用される。熱伝達デバイスに採用できる適切な熱エネルギー貯蔵材料の他の例には、２００９年２月２０日出願の米国特許出願第１２／３８９，４１６号「Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、および２００９年２月２０日出願の米国特許出願第１２／３８９，５９８号「Ｈｅａｔ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」に記載された熱エネルギー貯蔵材料が含まれる。
【００３６】
熱エネルギー貯蔵材料は、有機材料、無機材料、または有機材料と無機材料の混合物を含むことができる。利用できる有機化合物には、パラフィン、および脂肪酸などの非パラフィン系有機材料が含まれる。利用できる無機材料には、含水塩および金属が含まれる。熱エネルギー貯蔵材料は、固体から液体への転移が概して単一の温度である化合物または混合物（例えば、共融混合物）でよい。熱エネルギー貯蔵材料は、ある範囲の温度（例えば、約３℃超、または約５℃超の範囲）で固体から液体に転移する化合物または混合物でよい。
【００３７】
限定されるものではないが、単独でまたは混合物として使用できる適切な非パラフィン系有機材料には、ポリエチレングリコール、カプリン酸、エラジン酸（ｅｌａｄｉｃ  ａｃｉｄ）、ラウリン酸、ペンタデカン酸、トリステアリン、ミリスチン酸、パルマチン酸（ｐａｌｍａｔｉｃ  ａｃｉｄ）、ステアリン酸、アセトアミド、フマル酸メチル、ギ酸、カプリル酸、グリセリン、Ｄ−乳酸、パルミチン酸メチル、カンフェニロン（ｃａｍｐｈｅｎｉｌｏｎｅ）、臭化ドカシル（ｄｏｃａｓｙｌ  ｂｒｏｍｉｄｅ）、カプリロン（ｃａｐｒｙｌｏｎｅ）、フェノール、ヘプタデカノン（ｈｅｐｔａｄｅｃａｎｏｎｅ）、１−シクロヘキシロオクタデカン（ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｏｏｃｔａｄｅｃａｎｅ）、４−ヘプタデカノン、ｐ−トルイジン、シアナミド、メチルエイコサナーテ（ｍｅｔｈｙｌ  ｅｉｃｏｓａｎａｔｅ）、３−ヘプタデカノン、２−ヘプタデカノン、ヒドロケイ皮酸（ｈｙｄｒｏｃｉｎｎａｍｉｃ）、セチルアルコール、ネフチルアミン（ｎｅｐｔｈｙｌａｍｉｎｅ）、カンフェン、ｏ−ニトロアニリン、９−ヘプタデカノン、チモール、ベヘン酸メチル、ジフェニルアミン、ｐ−ジクロロベンゼン、オキソレート（ｏｘｏｌａｔｅ）、次リン酸（ｈｙｐｏｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ）、二塩化ｏ−キシレン、クロロ酢酸（ｃｈｌｏｒｏａｃｅｔｉｃ）、ニトロナフタレン、トリミリスチン、ヘプタウデカン酸（ｈｅｐｔａｕｄｅｃａｎｏｉｃ）、蜜ろう、グリオリック酸（ｇｌｙｏｌｉｃ  ａｃｉｄ）、グリコール酸、ｐ−ブロモフェノール、アゾベンゼン、アクリル酸、ジントトルエント（ｄｉｎｔｏ  ｔｏｌｕｅｎｔ）、フェニル酢酸、チオシナミン、ブロムしょうのう（ｂｒｏｍｃａｍｐｈｏｒ）、ズレン、ベンジルアミン、メチルブロムブレンゾアーテ（ｍｅｔｈｙｌ  ｂｒｏｍｂｒｅｎｚｏａｔｅ）、アルファナプトール（ａｌｐｈａ  ｎａｐｔｈｏｌ）、グラウタリック酸（ｇｌａｕｔａｒｉｃ  ａｃｉｄ）、二塩化ｐ−キシレン、カテコール、キノン、アセトアニリド、無水コハク酸、安息香酸、スチベン、ベンズアミド、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。
【００３８】
限定されるものではないが、単独でまたは混合物として使用できる適切な無機塩類には、Ｋ２ＨＰＯ４・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＢｒ３・６Ｈ２Ｏ、ＣａＣｌ２・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・２Ｈ２Ｏ、ＬｉＮＯ３・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ、ＫＦｅ（ＳＯ３）２・１２Ｈ２Ｏ、ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ、ＬｉＢｒ２・２Ｈ２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、Μｎ（ΝＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＫＦ・２Ｈ２Ｏ、ＭｇＩ２・８Ｈ２Ｏ、ＣａＩ２・６Ｈ２Ｏ、Ｋ２ＨＰＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｚｎ（ＮＯ３）２・４Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）・４Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＳｉＯ３・４Ｈ２Ｏ、Κ２ΗΡＯ４・３Ｈ２Ｏ、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、Ｃａ（ＮＯ３）２・３Ｈ２Ｏ、Ζｎ（ΝＯ３）２・２Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・２Ｈ２Ｏ、Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・４Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＮａＡｌ（ＳＯ４）２・１０Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ・Ｈ２Ｏ、Ｎａ３ＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ、ＬｉＣＨ３ＣＯＯ・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）２・９Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ、ＫＡｌ（ＳＯ４）２・１２Ｈ２Ｏ、ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。濃度が水よりも高いまたは低い無機塩類を使用できることが理解されよう。
【００３９】
熱エネルギー貯蔵材料は、少なくとも１つの第１の金属含有材料、より好ましくは少なくとも１つの第１の金属含有材料と少なくとも１つの第２の金属含有材料の組み合わせを含むことができる（あるいは、さらに、それらから本質的に構成されるかまたはそれらから構成されてよい）。第１の金属含有材料、第２の金属含有材料、またはその両方が、実質的に純金属、実質的に純金属および１つもしくは複数の追加の合金化材料（例えば、１つまたは複数の他の金属）を含有するような合金、金属間化合物、金属化合物（例えば、塩、酸化物、またはそれ以外のもの）、またはそれらの任意の組み合わせでよい。好ましい一手法は、金属化合物の一部として１つまたは複数の金属含有材料を用いることであり、より好ましい手法は、少なくとも２つの金属化合物の混合物を用いることである。一例として、適切な金属化合物を、酸化物、水酸化物、窒素および酸素を含有する化合物（例えば、硝酸塩、亜硝酸塩、またはその両方）、ハロゲン化合物、またはそれらの任意の組み合わせから選択することができる。３成分、４成分、または他の複数成分の材料システムを利用可能にすることもできる。本明細書の熱エネルギー貯蔵材料は２つ以上の共融材料の混合物でよい。
【００４０】
（断熱）
バッテリ温度調整デバイスは、好ましくは、電気化学セルが熱を生成していないときにデバイスからの熱損失が低減されるかまたは最低限に抑えられるように少なくとも部分的に断熱されている。断熱すると、電気化学セルが比較的長時間にわたって熱を生成していないときに、デバイスが温度を最低ターゲット温度を超える温度に維持可能にすることができる。断熱により、断熱材を収容しておらずそれ以外は同一であるデバイスよりもある時間だけ長く、好ましくは少なくとも５０パーセント長く、最も好ましくは１００パーセント長く、温度を最低ターゲット温度を超える温度にデバイスが維持可能にすることができる。デバイスを最高ターゲット温度に加熱し、次いで、デバイスをさらに加熱することなしに（すなわち、熱伝達流体は循環せず、電気化学セルは充電も放電もされずに）デバイスを−３０℃の外気温にさらすことによって、デバイスが最低ターゲット温度を超える温度のままである時間を測定することができる。このように測定すると、バッテリ温度調整デバイスは、好ましくは少なくとも約５分間、より好ましくは少なくとも２０分間、最も好ましくは少なくとも約６０分間にわたって最低ターゲット温度を超える温度に維持する。
【００４１】
蓄熱デバイスによる熱損失を防止する既知の任意の形態の断熱を利用することができる。例えば、参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許第６，８８９，７５１号に記載された任意の断熱を用いることができる。蓄熱デバイスは、好ましくは、１つまたは複数の面で断熱されるように（熱に関して）断熱した容器である。好ましくは、周囲または外部に露出した一部または全部の表面が、隣接した断熱材を有する。断熱材は、対流熱損失を低減し、放射熱損失を低減し、伝導熱損失を低減し、またはそれらの任意の組み合わせを低減することによって機能することができる。好ましくは、好ましくは比較的熱伝導が低い断熱材料または断熱構造を使用することで断熱することができる。離間した対向する壁の間の隙間を使用することで断熱することができる。その隙間は、空気空隙など、気体状媒体によって占有されてよく、あるいは、場合によっては、（例えば、デュワー瓶を使用して）真空にされた空間、熱伝導率が低い材料もしくは構造、熱放射率が低い材料もしくは構造、対流が低い材料もしくは構造、またはそれらの任意の組み合わせでもよい。限定されるものではないが、断熱には、セラミック断熱（石英またはガラス断熱など）、ポリマー断熱、またはそれらの任意の組み合わせが含まれてよい。断熱は、繊維形態、フォーム形態、高密度層、コーティング、またはそれらの任意の組み合わせの形態でよい。断熱材は、織物材料、不織材料、またはそれらの組み合わせの形態でよい。熱伝達デバイスを、デュワー瓶、より具体的には、内部貯蔵空洞を画定するように構成された概して対抗する壁と、大気圧未満に真空引きされているそれらの対抗する壁の間の壁の空洞とを含む容器を用いて断熱することができる。それらの壁はさらに、放射熱損失を最小限に抑えるために反射性の表面コーティング（例えば、鏡面）を利用することができる。
【００４２】
好ましくは、システムの周りに真空断熱が用いられる。より好ましくは、参照によりその全体が本明細書に援用される米国特許第６，８８９，７５１号に記載されている真空断熱が用いられる。
【００４３】
図１は、例示的なバッテリ温度調整デバイス１０の図示の部分断面図である。図１を参照すると、バッテリ温度調整デバイス１０は、１つまたは複数の電気化学セル区画１２、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画１４、および１つまたは複数の熱伝達流体区画１６を含むことがある。その熱エネルギー貯蔵材料区画は、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料１８を収容することがある。電気化学セル区画は、１つまたは複数の電気化学セル２０を収容することがある。熱伝達流体区画と電気化学セル区画２２との間の空間の一部分には、熱エネルギー貯蔵材料が実質的にまたは全くない。熱伝達流体区画と熱エネルギー貯蔵材料区画２４との間の空間の一部分には、電気化学セルが実質的にないかまたは全くない。図１に示すように、熱エネルギー貯蔵材料区画１４と電気化学セル区画１２との間の接触領域は、比較的小さいかまたはそれどころかゼロであることがある。例えば、熱エネルギー貯蔵材料のうちの電気化学セル区画または熱伝達流体区画のいずれかと接触する全表面積に基づいて、熱エネルギー貯蔵材料区画の表面積のうちの約５パーセント未満、約３パーセント未満、約２パーセント未満、または約１パーセント未満が、電気化学セル区画に接触することがある。
【００４４】
図２Ａは、例示的なバッテリ温度調整デバイス１０’の別の図示の部分断面図である。図２Ａに示すように、熱エネルギー貯蔵材料区画１４’の形状は、電気化学セル区画１２が少なくとも部分的に熱エネルギー貯蔵材料区画内に入れ子になるように選択されることがある。熱エネルギー貯蔵材料区画と電気化学セル区画との間の接触領域２６は、熱エネルギー貯蔵材料が電気化学セルと直接熱連絡するように比較的高いことがある。例えば、熱エネルギー貯蔵材料のうちの電気化学セル区画または熱伝達流体区画のいずれかと接触する全表面積に基づいて、熱エネルギー貯蔵材料区画の表面積のうちの少なくとも約５パーセント、少なくとも約１０パーセント、少なくとも約２０パーセント、または少なくとも約３０パーセントが、電気化学セル区画に接触することがある。熱エネルギー蓄積区画は、複数のブリスタパックなど、複数のカプセルから構成することができる。図２Ａに示すように、熱エネルギー蓄積区画は、少なくとも第１のブリスタパック２８および第２のブリスタパック３０を含むことができる。第１のブリスタパック２８と第２のブリスタパック３０とを互いに分離することができ、第１のブリスタパックと第２のブリスタパックとの間の空間は、熱伝達流体区画１６’の少なくとも一部分を画定することができる。例えば、第１のブリスタパックの概して平坦な第１の面２９と、第１の面に面する第２のブリスタパックの概して平坦な面２９’を、空間が熱伝達流体を流すことが可能になるように互いに分離することができる。図２Ｂに示すように、バッテリ温度調整デバイスは、熱を除去し熱を供給するための別個の熱伝達流体区画を含むことができる。例えば、バッテリ温度調整デバイス１０’’は、第１の熱伝達流体区画１６’および第２の熱伝達流体区画３２を有することができる。図２Ｂに示すように、熱伝達流体区画のうちの１つ（または両方）が、使用時に作動流体３４を収容することができる。
【００４５】
第１のブリスタパックおよび第２のブリスタパックを、概して対称的に配置された熱エネルギー貯蔵材料のカプセルと位置合わせすることができる。こうした配置を図１、図２Ａ、および図２Ｂに示す。第１および第２のブリスタパックを非対称の配置に位置合わせすることができる。例えば、図３に示すように、第１のブリスタパック２８’を第２のブリスタパック３０’に対して輸送することができる。したがって、熱伝達流体区画と電気化学セル区画との間の空間の少なくとも一部分は、熱エネルギー貯蔵材料を収容することができる（すなわち、熱伝達流体区画を電気化学セル区画との間に熱エネルギー貯蔵材料を部分的に挿入することができる）。
【００４６】
図４に示すように、電気化学セル区画１２’が、概して平坦な面を有することができる。１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画１４’’を含む第１のブリスタパック２８’’は、ブリスタパックの概して平坦な面が電気化学セル区画の概して平坦な面と接触するように配置することができる。隣接する第２のブリスタパック３０’’が、第１のブリスタパック２８’’と部分的に入れ子になることができる。２つのブリスタパック間の空間を熱伝達流体区画１６’’の一部分として用いることができる。
【００４７】
電気化学セル区画／電気化学セル
電気化学セル区画は、好ましくは、１つまたは複数の電気化学セルを受容するかまたは別法で収容することができる。電気化学セル区画は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料区画および熱伝達流体区画の両方と熱連絡している。
【００４８】
電気化学セルは、電気を生成する当技術分野で知られた電気化学セルでよい。例えば、電気化学セルは、１つまたは複数の化学反応から電気エネルギーを誘導することができる。電気化学セルは、一次電気化学セルまたは二次電気化学セルでよい。好ましくは、電気化学セルは、再充電できる二次電気化学セルである。限定されるものではないが、適切な二次電気化学セルには、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。好ましい電気化学セルは、１つまたは複数のアノードおよび１つまたは複数のカソードを含む。好ましくは、半透膜などのセパレータがアノードとカソードとの間に用いられる。電気化学セルは、好ましくは、電解質を含む。使用できる一次電気化学セルの一例は、燃料から電気を生成する燃料電池である。
【００４９】
（熱伝達流体区画）
バッテリ温度調整デバイスは熱伝達流体区画を有し、その熱伝達流体区画は、デバイスを通って循環する熱伝達流体を収容することができる。熱伝達流体区画は、好ましくは、熱伝達流体区画に熱伝達流体を流すための１つまたは複数の入口に接続される。熱伝達流体区画は、好ましくは、熱伝達流体を熱伝達流体区画の外に流すための１つまたは複数の出口に接続される。熱伝達流体区画は、１つまたは複数の熱伝達流体区画の壁によって少なくとも部分的に画定された空間、１つまたは複数の熱エネルギー蓄積区画によって少なくとも部分的に画定された空間、１つまたは複数の電気化学セル区画によって少なくとも部分的に画定された空間、バッテリ温度調整デバイスのハウジングまたは容器によって少なくとも部分的に画定された空間、またはそれらの任意の組み合わせとすることができる。
【００５０】
熱伝達流体区画は、好ましくは、電気化学セルおよび熱エネルギー貯蔵材料の両方から熱を除去できるかまたはそれに熱を供給できるように、１つまたは複数の電気化学セル区画および１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画の両方と十分に熱連絡している。熱伝達流体区画は、好ましくは、１つまたは複数（またはより好ましくは全ての）電気化学セル区画と直接熱連絡している。直接熱連絡は、熱伝達流体区画のうちの熱エネルギー貯蔵材料も熱伝導率が低い材料もない部分と電気化学セルとの間の最短距離の任意の経路とすることができる。熱伝導率が低い材料には、熱伝導率が約１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満、好ましくは約１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満、より好ましくは約３Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の材料が含まれる。例えば、熱伝達流体または熱伝達流体区画は、１つまたは複数（または好ましくは全て）の電気化学セル区画の壁に接触してもよく、熱伝導率が高い（例えば、約５Ｗ／（ｍ・Ｋ）超、約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）超、または約１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）超の）材料によって電気化学セル区画から実質的にまたは全面的に分離してもよい。熱エネルギー貯蔵材料または熱伝導率の低い材料の非常に薄い（例えば、約０．１ｍｍ未満、好ましくは約０．０１ｍｍ未満、より好ましくは約０．００１ｍｍ未満の）層は、認識可能な程熱伝達に影響を及ぼすことなく、熱伝達流体区画と電気化学セルとの間にあってよいことが理解されよう。したがって、１つまたは複数の電気化学セル区画と１つまたは複数の熱伝達流体区画との間の空間は、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料が実質的にない１つまたは複数の領域を含む。熱伝達流体区画は、好ましくは、１つまたは複数（またはより好ましくは全て）の熱エネルギー蓄積区画と直接熱連絡している。直接熱連絡は、熱伝達流体区画のうちの電気化学セルがないか、熱伝導率が低い材料がないか、またはその両方がない部分と、熱エネルギー蓄積区画との間の最短距離の任意の経路とすることができる。例えば、熱伝達流体または熱伝達流体区画は、１つまたは複数（または好ましくは全て）の熱エネルギー貯蔵材料区画の壁に接触してもよく、熱伝導率の高い（例えば、約５Ｗ／（Ｍ・Ｋ）超、約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）超、または約１１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）超の）材料によって熱エネルギー貯蔵材料区画から実質的にまたは全面的に分離してもよい。熱伝導率の低い材料の非常に薄い（例えば、約０．１ｍｍ未満、好ましくは約０．０１ｍｍ未満、より好ましくは約０．００１ｍｍ未満）の層は、認識可能なほど熱伝達に影響を及ぼすことなく、熱伝達流体区画と熱エネルギー貯蔵材料区画との間にあってよいことが理解されよう。したがって、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画と１つまたは複数の熱伝達流体区画との間の空間は、好ましくは、電気化学セルが実質的にない１つまたは複数の領域を含む。
【００５１】
（バッテリ温度調整システム）
デバイスから熱を除去するか、デバイスに熱を伝達するか、またはその両方を行うために、バッテリ温度調整デバイスを通って流れる１つまたは複数の熱伝達流体を含むバッテリ温度調整デバイスをシステムに用いることができる。バッテリ温度調整システムは、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスから熱を受容するための１つまたは複数の要素（すなわち、熱除去要素）、バッテリ温度調整デバイスに熱を供給するための１つまたは複数の要素（すなわち、熱供給要素）、またはその両方を含む。熱除去要素は、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスと流体接続しており、そのため、その両方を通って熱伝達流体が循環することができる。熱除去要素は、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスに接続され、そのデバイスは、熱伝達流体を熱除去要素に伝達する第１のラインと、熱伝達流体を熱除去要素の外に伝達する第２のラインとを含む２以上のライン（例えば、チューブ）を有する。熱供給要素は、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスに接続され、そのデバイスは、熱伝達流体を熱供給要素に伝達する第１のラインと、熱伝達流体を熱供給要素の外に伝達する第２のラインとを含む２以上のライン（例えば、チューブ）を有する。熱供給要素は、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスと流体接続しており、そのため、その両方を通って熱伝達流体が循環することができる。そのシステムは、好ましくは、熱伝達流体を循環させる１つまたは複数のポンプを含む。システムは、好ましくは、システム内の１つまたは複数の温度を測定するための１つまたは複数の温度プローブを含む。その１つまたは複数の温度プローブは、電気化学セル、熱伝達流体、熱供給要素、熱除去要素、外気温、バッテリ温度蓄積デバイス、熱エネルギー貯蔵材料、またはそれらの任意の組み合わせの温度を測定することができる。システムは、好ましくは、熱供給要素への熱伝達流体の流れが開始もしくは終了できるか、熱除去要素への熱伝達流体の流れが開始もしくは終了できるか、またはその両方ができるように、１つまたは複数のライン上に１つまたは複数のバルブを含む。システムは、任意選択で、電気抵抗ヒータなどのヒータを１つまたは複数含むことができる。その電気抵抗ヒータを、存在する場合は、熱供給要素を加熱するための熱を生成するために用いることができる。システムは、好ましくは、コントローラを１つまたは複数含む。コントローラは、熱供給要素への熱伝達流体の流れ、熱除去要素への熱伝達流体の流れ、またはその両方を制御することができる。コントローラは、１つもしくは複数のバルブ、１つもしくは複数のポンプ、１つもしくは複数のヒータ、またはそれらの任意の組み合わせを制御することができる。システムは、熱供給要素を断熱する１つもしくは複数の手段、熱供給要素をバッテリ温度調整デバイスに接続する１つもしくは複数（例えば、全ての）ライン、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００５２】
（熱供給要素／蓄熱デバイス）
バッテリ温度調整システムは、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスに熱を供給する熱供給要素を含む。熱供給要素は、バッテリ温度調整デバイス内の電気化学セルに熱を伝達できるように熱伝達流体を加熱できるどんな要素でもよい。適切な熱供給要素は、熱を蓄積するか、１つまたは複数の他の要素から熱を伝達するか、またはその両方を行うことができる。熱供給要素は、存在する場合は、好ましくは、バッテリ温度調整デバイスを加熱する熱エネルギーを効率的に蓄積する蓄熱デバイスから本質的に構成されるか、またはその蓄熱デバイスを含む。蓄熱デバイスは、バッテリ温度調整デバイスの外部にあってもよく、バッテリ温度デバイスに組み込んでもよい。蓄熱デバイスは、（例えば、断熱材を除く）デバイスの全体積に基づいて（例えば、Ｊ／ｍ３で測定して）比較的密度の高い熱エネルギーを蓄積することができる。例えば、蓄熱デバイスは、バッテリ温度調整デバイスの密度を超える、好ましくは少なくとも２０パーセントを超える、より好ましくは少なくとも５０パーセントを超える熱エネルギー密度を蓄積可能とすることができる。
【００５３】
蓄熱デバイスは、好ましくは、蓄熱デバイスからの熱損失割合が低減されるかまたはなくなるように少なくとも部分的に断熱される。バッテリ温度調整デバイスに関して説明した断熱はいずれも、蓄熱デバイスの断熱に用いることができる。
【００５４】
蓄熱デバイスを用いることで、バッテリ温度調整デバイスの断熱材を低減するかまたはなくすことが可能でよい。例えば、（体積が比較的大きいことがある）バッテリ温度調整デバイスを断熱するよりも、（１つまたは複数の電気化学セルを全体に収容しないときは体積が比較的小さくなることがある）蓄熱デバイスを断熱するのをより効率的にすることができる。
【００５５】
蓄熱デバイスは、好ましくは、１つまたは複数の熱伝達流体区画および１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画を含む。
【００５６】
蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料区画は、本明細書で説明したバッテリ温度調整デバイス用の任意の熱エネルギー貯蔵材料区画でよい。好ましくは、蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料区画は、熱伝達流体区画から熱エネルギー貯蔵材料を断熱する構造の１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料を含む。熱エネルギー貯蔵材料を、１つもしくは複数のセルまたはカプセルに封入することができる。例えば、熱エネルギー貯蔵材料を、１つまたは複数のブリスタパックなど、より多くのカプセル層に設けることができる。
【００５７】
蓄熱デバイスの出力が比較的高いか、蓄熱デバイスの全体積が比較的小さいか、またはその両方になるように、蓄熱デバイスの体積の大部分を熱エネルギー貯蔵材料によって占有することができる。例えば、蓄熱デバイスの熱伝達流体区画の体積と熱エネルギー貯蔵材料（例えば、相変化材料）の体積の比は、約２０：１未満（好ましくは約１０：１未満、より好ましくは約５：１未満、さらにより好ましくは約２：１未満、最も好ましくは約１：１未満）でよい。蓄熱デバイスは、好ましくは水圧に対する過度の抵抗なしに、蓄熱デバイスから熱を効率的に除去するのに十分に大きい熱伝達流体区画を有することができる。例えば、蓄熱デバイスの熱伝達流体区画の体積と熱エネルギー貯蔵材料（例えば、相変化材料）の体積の比は、好ましくは、少なくとも約１：２００、より好ましくは少なくとも約１：１００、さらにより好ましくは少なくとも約１：５０、最も好ましくは少なくとも約１：２５である。
【００５８】
蓄熱デバイスは、加熱される物体（バッテリ温度調整デバイスの電気化学セルなど）を所望の温度まで加熱できるように、十分な量の熱エネルギー貯蔵材料を収容することができる。例えば、蓄熱デバイスは、少なくとも１０℃、好ましくは少なくとも約２０℃、より好ましくは少なくとも約３０℃、最も好ましくは少なくとも約４０℃だけバッテリ温度調整デバイスの温度を上昇させるように、十分な量の熱エネルギー貯蔵材料を収容することができる。
【００５９】
図５および図６に、２つの蓄熱デバイス４２、４２’の断面を示す。それらの蓄熱デバイスは、複数のブリスタパック２８’’’に封入された熱エネルギー貯蔵材料１８’を含む。ブリスタパックは、熱伝達流体区画１６’’’’、１６’’’’’がカプセルと熱連絡するように配置される。ブリスタパックは、概して平坦な面および弓形の面を有する。図５に示すように、熱伝達流体区画１６’’’’は、隣接するブリスタパックの２つの弓形面の間に空間を含むことができる。図６に示すように、熱伝達流体区画１６’’’’’は、隣接するブリスタパックの２つの概して平坦な面の間に空間を含むことができる。図６に示すように、熱伝達流体区画は、任意選択で、毛細管力を用いて熱伝達流体区画を通して熱伝達流体（例えば、作動流体３４）をポンプ輸送できるように、毛細管構造３３を含むことができる。毛細管ポンプ式ループを用いる毛細管構造およびシステムの例は、参照によりその全体が本明細書に援用されるＳｏｕｋｈｏｊａｋらによる２００９年１２月１４日出願のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０９／６７８２３号に記載されている。例えば、毛細管構造は、平均の孔の半径は、約２ｍｍ未満、好ましくは約１ｍｍ未満、より好ましくは約４００μｍ未満、さらにより好ましくは約１００μｍ未満、さらにより好ましくは約３０μｍ未満、さらにより好ましくは約２０μｍ未満、最も好ましくは約１０μｍ未満とすることができる。蓄熱デバイスは、熱伝達流体が蓄熱デバイスに流入できるように入口３７を１つまたは複数含む。蓄熱デバイスは、熱伝達流体が蓄熱デバイスから流出できるように出口３９を１つまたは複数含む。蓄熱デバイスは、好ましくは、１つまたは複数の断熱手段から部分的にまたは完全に断熱される。蓄熱デバイスが比較的低い割合で外気へ熱を失うように、好ましくは、十分な断熱材が使用される。図５および図６に示すように、断熱３６は、真空チャンバを含むことができる。図６に示すように、蓄熱デバイスに用いられる熱伝達流体は、任意選択で、作動流体３４でよい。
【００６０】
熱の蓄積に用いられる熱エネルギー貯蔵材料は、バッテリ温度調整デバイスに使用する本明細書で説明する任意の熱エネルギー貯蔵材料でよい。蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料は、バッテリ温度調整デバイスの熱エネルギー貯蔵材料と同じでもよい。蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料は、バッテリ温度調整デバイスの熱エネルギー貯蔵材料と異なっていてもよい。例えば、蓄熱デバイスは、バッテリ温度調整デバイスに用いられる熱エネルギー貯蔵材料の転移温度とは転移温度（例えば、液相温度、融解温度、または共融温度）が異なる熱エネルギー貯蔵材料を用いることができる。好ましくは、蓄熱デバイスは、比較的転移温度の高い熱エネルギー貯蔵材料を用いる。例えば、蓄熱デバイスは、バッテリ温度調整デバイスの熱エネルギー貯蔵材料の転移温度よりも転移温度が高い熱エネルギー貯蔵材料を含むことができる。本発明の特定の態様では、蓄熱デバイスは、転移温度が約６０℃超、約８０℃超、または約１００℃超の熱エネルギー貯蔵材料を含むことができる。蓄熱デバイスは、転移温度が約３５０℃未満、約２５０℃未満、約２００℃未満、または約１５０℃未満の熱エネルギー貯蔵材料を含むことができる。
【００６１】
（温度調整デバイスと蓄熱デバイスとの間のライン／接続）
上記で論じたように、システムは、好ましくは、熱伝達流体を循環させるための熱伝達流体ラインを含む。それらのラインは、循環ループを形成するように、２以上の構成要素（例えば、熱除去要素または熱供給要素、およびバッテリ温度調整デバイス）を接続することができる。それらのラインは、好ましくは、熱伝達流体の温度および圧力で漏出もひび割れもしない。ラインは、好ましくは、熱伝達流体による腐食に実質的にまたは完全に抵抗する材料から作製される。システムは、漏出なしに流れることができるように、熱を収容するラインを用いることができる。
【００６２】
（熱伝達流体／作動流体）
低温のときにそれを通って循環するバッテリ温度調整デバイスおよび他の構成要素（例えば、熱供給要素、１つもしくは複数の接続チューブもしくはライン、熱除去要素、またはそれらの任意の組み合わせ）を通って流体が（例えば、凝固することなく）流れるように、１つまたは複数の電気化学セルを加熱および／または冷却するのに使用される熱伝達流体は、どんな液体または気体でもよい。熱伝達流体は、バッテリ温度調整システムに用いられる温度で熱を伝達できる当技術分野で知られた熱伝達流体またはクーラントでよい。熱伝達流体は、液体でも気体でもよい。好ましくは、熱伝達流体は、使用中に曝露されることがある最低動作温度（例えば、予期される最低の外気温）で流動することができる。例えば、熱伝達流体は、圧力約１気圧、温度約２５℃、好ましくは約０℃、より好ましくは−２０℃、最も好ましくは約−４０℃で液体または気体でよい。限定されるものではないが、１つまたは複数の電気化学セルを加熱および／または冷却する好ましい熱伝達流体は、約４０℃で液体である。
【００６３】
熱伝達流体は、大量の熱エネルギーを、通例、顕熱として輸送可能であるべきである。適切な熱伝達流体は、（例えば約２５℃で測定した）比熱が少なくとも約１Ｊ／ｇ・Ｋ、好ましくは少なくとも約２Ｊ／ｇ・Ｋ、さらにより好ましくは少なくとも約２．５Ｊ／ｇ・Ｋ、最も好ましくは少なくとも約３Ｊ／ｇ・Ｋでよい。好ましくは、熱伝達流体は液体である。例えば、当技術分野で知られたエンジンクーラントを熱伝達流体として用いることができる。システムは、電気化学セルを加熱しかつ電気化学セルを冷却するための単一の熱伝達流体を用いることができる。あるいは、そのシステムは、電気化学セルを加熱するための第１の熱伝達流体と、電気化学セルを冷却するための第２の熱伝達流体とを用いることができる。
【００６４】
限定されるものではないが、単独でまたは混合物として使用できる熱伝達流体には、当業者に知られた熱伝達流体が含まれ、水を含有する流体、１つもしくは複数のアルキレングリコール、１つもしくは複数のポリアルキレングリコール、１つもしくは複数の油、１つもしくは複数の冷却材、１つもしくは複数のアルコール、１つもしくは複数のベタイン、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。熱伝達流体は、本明細書に後で説明するような作動流体を（例えば、前記で説明した流体に加えてまたはその代わりに）含むかまたは本質的にそれから構成されてよい。使用されることがある適切な油には、天然油、合成油、またはその組み合わせが含まれる。例えば、熱伝達流体は、鉱油、ひまし油、シリコーン油、フッ化炭素油、またはそれらの任意の組み合わせを含むかまたは実質的に（例えば、少なくとも８０重量パーセント、少なくとも９０重量パーセント、または少なくとも９５重量パーセント）それから構成することができる。
【００６５】
特に好ましい熱伝達流体は、１つまたは複数のアルキレングリコールを含むかまたは本質的にそれから構成される。限定されるものではないが、適切なアルキレングリコールには、約１から約８のアルコキシ基が含まれる。例えば、アルキレングリコールは、約１から約６の炭素原子を含有するアルコキシ基を含むことができる。アルキレングリコール分子のアルコキシ基は、互いに同じでもよく、異なっていてもよい。任意選択で、アルキレングリコールは、異なるアルコキシ基または異なる比のアルコキシ基をそれぞれ含有する異なるアルキレングリコールの混合物を含むことができる。好ましいアルコキシ基には、エチレン酸化物、プロピレン酸化物、およびブチレン酸化物が含まれる。任意選択で、アルキレングリコールを代わりに使用することができる。例えば、アルキレングリコールの代わりに、約１から約６炭素原子を含有する１つまたは２つのアルキル基など、１つまたは２つのアルキル基を使用することができる。したがって、アルキレングリコールは、１つもしくは複数のアルキレングリコールモノルキルエーテル、１つもしくは複数のアルキレングリコールジアルキルエーテル、またはそれらの組み合わせを含むかまたは本質的にそれから構成することができる。アルキレングリコールは、ポリアルキレングリコールを含むこともできる。特に好ましいアルキレングリコールには、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、およびブチレングリコールが含まれる。上記のグリコールはいずれも、単独でまたは混合物として使用することができ、例えば、水との混合物としてグリコールを用いることができる。特に好ましい熱伝達流体には、グリコールと水から実質的に（例えば、熱伝達流体の全重量に基づいて少なくとも８０重量パーセント、少なくとも９０重量パーセント、または少なくとも９６重量パーセント）構成された混合物、またはグリコールと水の混合物から全体的に構成された混合物が含まれる。混合物中の水の濃度は、熱伝達流体の全重量に基づいて、好ましくは、約５重量パーセント超、より好ましくは約１０重量パーセント超、さらにより好ましくは約１５重量パーセント超、最も好ましくは約２０パーセント超である。混合物中のグリコールの濃度は、熱伝達流体の全重量に基づいて、好ましくは、約５重量パーセント超、より好ましくは約１０重量パーセント超、さらにより好ましくは約１５重量パーセント超、最も好ましくは約２０パーセント超である。
【００６６】
任意選択で、１つもしくは複数の電気化学セルを加熱および／または冷却するための熱伝達流体には、作動流体を含むかまたは実質的に全体がそれから構成されてよい。例えば、システムは、加熱され蒸発する場合は蓄熱デバイスを通って、次いで、凝縮する場合はバッテリ温度調整デバイスに（すなわち、第１の熱伝達流体区画を通って）流れる作動流体を含むことができる。したがって、蓄熱デバイスは、作動流体用の蒸発器として機能することができ、バッテリ温度調整デバイスは、作動流体用のコンデンサとして機能することができる。作動流体が用いられる場合は、コンデンサに（例えば、バッテリ温度調整デバイスに）供給される熱は、好ましくは、作動流体の蒸発熱を含む。そのシステムは、蓄熱デバイスに作動流体を返すコールドラインと、蓄熱デバイスから作動流体を除去するヒートラインとを含むことができる。コールドラインおよびヒートラインは、好ましくは、作動流体がループを通って流れるときに漏出なしに作動流体を収容することができる。蓄熱デバイス（例えば、蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料）が作動流体の全ての要素を合わせた蒸気圧が約１気圧を超えるのに十分な温度であり、作動流体が流動できるようにバルブが開いているときに、作動流体は、ａ）毛細管構造によってポンプ輸送され、ｂ）少なくとも部分的に蒸発し、ｃ）少なくとも部分的にコンデンサに輸送され、ｄ）コンデンサ内で少なくとも部分的に凝縮して、蓄熱デバイスから熱を除去することができる。したがって、システムは、任意選択で、毛細管ポンプ式ループを含むことができる。
【００６７】
（作動流体）
作動流体は、熱エネルギー貯蔵材料が液相温度以上のときに、蓄熱デバイス内で部分的または完全に蒸発（液相から気相に転移）できる任意の流体とすることができる。限定されるものではないが、例示的な作動流体は、１つもしくは複数のアルコール、１つもしくは複数のケトン、１つもしくは複数の炭化水素、フッ化炭素、ハイドロフルオロカーボン（例えば、当技術分野で知られたハイドロフルオロカーボン自動車用冷却材など、当技術分野で知られたハイドロフルオロカーボン冷却材）、水、アンモニア、またはそれらの任意の組み合わせを含むかまたは本質的にそれから構成することができる。
【００６８】
適切な作動流体（例えば、毛細管ポンプ式ループ用の作動流体）は、以下の特徴のうちの１つまたはそれらの任意の組み合わせを有する純物質および混合物を含む：熱エネルギー蓄積システムの最高温度における良好な化学的安定性、低粘性（例えば、約１００ｍＰａ?ｓ未満）、毛細管構造の良好な濡れ（例えば、良好なウィックの濡れ）、毛細管ポンプ式ループの材料（容器の材料、熱エネルギー貯蔵材料を封入するのに用いられる材料、蒸気および液体ラインの材料など）との化学的適合性（例えば、作動流体がその材料の腐食をあまり引き起こさない）、蒸発器およびコンデンサ温度の両方に伝導される温度依存性の蒸気圧、高体積蒸発潜熱（すなわち、融解潜熱の生成、および約２５℃のときのジュール／リットル単位の作動流体密度）、またはコンデンサの熱伝達流体の凝固点以下の凝固点（例えば、不凍液の凝固点以下の凝固点、約−４０℃以下の凝固点、またはその両方）。例えば、作動流体の平衡状態は、温度−４０℃、圧力１気圧で、少なくとも９０パーセントが液体でよい。
【００６９】
作動流体の蒸気圧は、作動流体をポンプ輸送するのに十分な蒸気の流れが生成されるように蒸発器内で十分に高くすべきである。好ましくは、作動流体の蒸気圧は、蒸発器からコンデンサにワットで測定される所望の火力を運ぶのに十分な蒸気の流れが生成されるように蒸発器内で十分に高くすべきである。蒸発器内の作動流体の蒸気圧は、好ましくは、毛細管ポンプ式ループが漏出も破裂もしないように十分に低い。
【００７０】
毛細管構造に対する作動流体の濡れは、毛細管構造の材料上の作動流体の接触角を特徴とすることができる。好ましくは、その接触角は、約８０度未満、より好ましくは約７０度未満、さらに好ましくは約６０度未満、最も好ましくは約５５度未満である。
【００７１】
作動流体は、好ましくは、中程度の圧力、温度約９０℃未満で凝縮する。例えば、作動流体は、約９０℃で、圧力約２ＭＰａ未満、好ましくは約０．８ＭＰａ未満、より好ましくは約０．３ＭＰａ未満、さらにより好ましくは約０．２ＭＰａ未満、最も好ましくは約０．１ＭＰａ未満で凝縮することができる。
【００７２】
作動流体は、好ましくは、非常に低い温度で流動することができる。例えば、作動流体を非常に低い周囲温度に曝露することができ、好ましくは、作動流体は温度約０℃、好ましくは約−１０℃、より好ましくは約−２５℃、さらにより好ましくは約−４０℃、最も好ましくは約−６０℃で、コンデンサから蓄熱デバイスに流動することができる。作動流体は、好ましくは、蓄熱デバイスが完全にチャージされたときの温度では気体状態である。例えば、作動流体の沸点は、１気圧のときには、蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも低く、好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも少なくとも２０℃低く、より好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料の相転移温度よりも少なくとも４０℃低くすることができる。本発明の様々な態様では、１気圧のときの作動流体の沸点（または作動流体の全ての成分を合わせた蒸気圧が１気圧に等しいときの温度）が、（例えば、作動流体が周囲条件で液体になるように）約３０℃超、好ましくは約３５℃超、より好ましくは約５０℃超、さらに好ましくは約６０℃超、最も好ましくは約７０℃超であることが望ましいことがある（でよい）。本発明の様々な態様では、作動流体が１気圧のときの沸点（または作動流体の全ての成分を合わせた蒸気圧が１気圧に等しいときの温度）は、約１８０℃未満、好ましくは約１５０℃未満、より好ましくは約１２０℃未満、最も好ましくは約９５℃未満でよい。
【００７３】
特に好ましい作動流体は、水およびアンモニアを含むかまたは実質上それらから構成される。例えば、作動流体の水とアンモニアとの複合濃度は、作動流体である水およびアンモニアの全重量を基準に少なくとも約８０重量パーセント、より好ましくは少なくとも約９０重量パーセント、最も好ましくは少なくとも約９５重量パーセントでよい。アンモニア濃度は、作動流体の沸点を水の沸点より低く（例えば、水の沸点よりも少なくとも１０℃低く）維持するのに十分なものにすることができる。アンモニア濃度は、作動流体の全重量を基準に約２重量パーセント超、好ましくは約１０重量パーセント超、より好ましくは約１５重量パーセント超、最も好ましくは約１８重量パーセント超でよい。アンモニア濃度は、作動流体の全重量を基準に約８０重量パーセント未満、好ましくは約６０重量パーセント未満、より好ましくは約４０重量パーセント未満、最も好ましくは約３０重量パーセント未満でよい。作動流体の水の濃度は、作動流体の全重量を基準に約２０重量パーセント超、好ましくは約４０重量パーセント超、より好ましくは約６０重量パーセント超、最も好ましくは約７０重量パーセント超でよい。作動流体の水の濃度は、作動流体の全重量を基準に約９８重量パーセント未満、好ましくは約９５重量パーセント未満、より好ましくは約９０重量パーセント未満、さらに好ましくは約８５重量パーセント未満、最も好ましくは約８２重量パーセント未満でよい。例えば、アンモニア約２１重量パーセントおよび水約７９重量パーセントの溶液は、液相点が約−４０℃であり、沸点域の上限が１気圧で約１００℃未満である。この溶液を、室温で非圧力容器に（例えば、液体として）貯蔵することができる。
【００７４】
好ましくは、作動流体は全ての成分を合わせた蒸気圧が、約０℃から約２５０℃までのある温度で１気圧に等しい。
【００７５】
作動流体は、熱エネルギーを蓄熱デバイスから効率的に伝達することができ、そのため、（例えば、熱を除去するために作動流体ではない熱伝達流体を使用するデバイスと比較すると）蓄熱デバイスから熱量を除去するのに必要な作動流体の量は比較的少ない。好ましくは、作動流体によって伝達される熱の大部分は、蒸発熱の形態で伝達される。作動流体の体積、作動流体の流量、またはその両方は、作動流体ではない熱伝達流体を用い初期出力が同じシステムと比較すると、熱エネルギー蓄積において比較的小さくてよい。蓄熱デバイス容器１リットル当たりの作動流体の流量（すなわち、蓄熱デバイスに流入する液体状態の作動流体）は、約５リットル／分未満、好ましくは約２リットル／分未満、より好ましくは約１リットル／分未満、さらに好ましくは約０．５リットル／分未満、最も好ましくは約０．１リットル／分未満でよい。システム内の作動流体の体積と蓄熱デバイス容器の全体積の比、またはシステム内の作動流体の体積と蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の体積の比を、システムの全重量が作動流体の重量によって過度に衝撃を受けないように十分に低くすべきである。システム内の作動流体の体積（例えば、毛細管ポンプ式ループ内の）と蓄熱デバイス容器全体積（すなわち、容器内の体積）の比（またはさらには、システム内の作動流体の体積と、蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の体積の比）は、約２０未満、好ましくは約１０未満、より好ましくは約４未満、さらに好ましくは約２未満、最も好ましくは約１未満でよい。
【００７６】
上記に説明したように、作動流体は、熱エネルギーの一部を蒸発熱の熱の形態で伝達することができる。作動流体は、好ましくは、蒸発熱が高く、そのため、伝達できる熱量が高い。蓄熱デバイスの適切な作動流体は、蒸発熱が約２００ｋＪ／モル超、好ましくは約５００ｋＪ／モル超、より好ましくは約７５０ｋＪ／モル超、さらに好ましくは約１０００ｋＪ／モル超、最も好ましくは約１２００ｋＪ／モル超でよい。
【００７７】
作動流体の温度が０℃未満でよい適用例では、作動流体は、好ましくは、（例えば、作動流体が凍結せず、破裂を起こさず、または凍結も破裂もしないように）水ではない。
【００７８】
作動流体と接触する材料は作動流体による腐食に抵抗できることが理解されよう。例えば、作動流体（例えば、作動流体蒸気ラインの内部、作動流体液体ラインの内部、蓄熱デバイスの熱伝達流体区画の表面、１つまたは複数のバルブの内面、コンデンサの作動流体区画の表面、作動流体リザーバの内面など）と接触できる、蓄熱デバイスまたはバッテリ温度調整システムの任意の１つまたは全ての面は、ステンレス鋼から作製されてよい。
【００７９】
本明細書で説明する熱エネルギー蓄積システムに用いられる作動流体または熱伝達流体はいずれも追加のパッケージを含むことができることが理解されよう。例えば、追加のパッケージは、安定剤、腐食抑制剤、潤滑油、極圧添加剤、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００８０】
（バルブ／分流加減器）
バッテリ温度調整システムは、１つもしくは複数のバルブまたは他の当技術分野で知られた熱伝達流体の流路を制御する手段を含むことができる。そのシステムは、開いているときはバッテリ温度調整デバイスに熱を供給する要素を通る熱伝達流体の流れを可能にし、閉じているときは、その要素を通る流れを防止するバルブを含むことができる。例えば、そのシステムは、蓄熱デバイスを通る熱伝達流体の循環を開閉するバルブを１つまたは複数含むことができる。システムは、開いているときはバッテリ温度調整デバイスから熱を除去する要素を通る熱伝達流体の流れを可能にし、閉じているときはその要素を通る流れを防止するバルブを含むことができる。例えば、システムは、ラジエータなどの熱伝達デバイスを通る熱伝達流体の循環を開閉するバルブを１つまたは複数含むことができる。熱を供給する要素から熱を除去する要素に熱伝達流体の流れを分流するための１つまたは複数のバルブ単一のバルブを使用できることが理解されよう。例えば、システムは、熱を供給する要素を通して熱伝達流体を循環させるための第１の位置と、熱を除去する要素を通して熱伝達流体を循環させるための第２の位置とを有する、切り換えバルブを含むことができる。切り換えバルブは、熱供給要素および熱除去要素の両方に流れるように熱伝達流体を循環させ、２つの流れの相対速度を制御することもできることが理解されよう。システムは、バッテリ温度調整デバイスを通る熱伝達流体の流れを停止および開始するバルブを１つまたは複数含むこともできる。
【００８１】
（熱受容要素／熱交換器）
そのシステムは、バッテリ温度調整デバイスからの熱を受容する熱受容要素を含む。熱受容要素は、熱伝達流体が熱受容要素を通って１つまたは複数の入口に流入でき、１つまたは複数の出口から流出できるように熱伝達流体区画を有することができる。熱受容要素は、出口を通って流れるときの熱伝達温度が入口に流入するときの温度よりも低くなるように、熱伝達流体から熱を除去することによって機能することができる。熱受容要素は、熱伝達流体から受容した熱の一部または全部をヒートシンクにまたは別の流体に伝達することができる。したがって、熱受容要素は熱交換器でよい。熱交換器は、液体または気体でよい第２の熱伝達流体に熱を伝達することができる。熱交換器は、バッテリ温度調整デバイスから熱を除去する熱伝達流体と同じかまたは異なる第２の熱伝達流体を用いることができる。好ましくは、第２の熱伝達流体はクーラント（車両のクーラントなど）または空気である。例えば、熱交換器は、空気との接触表面積が大きいラジエータでよい。ラジエータは、バッテリ温度調整デバイスから（熱伝達流体を介して）ラジエータの周りの空気に熱を伝達することができる。別の例として、熱交換器は、クーラント流体などの液体に熱を伝達することができ、その液体はその後（例えば、ラジエータに）循環する。
【００８２】
熱受容要素を用いる代わりに、デバイスを通して空気流を流すことによってバッテリ温度調整デバイスを冷却できることが理解されよう。こうした空気流は、任意選択で、空気の流れを調整するために、ファン、ブロワ、ダンパ、またはそれらの任意の組み合わせを使用することができる。
【００８３】
（コントローラ）
そのシステムは、好ましくは、コントローラを１つまたは複数含む。そのコントローラを用いて、熱受容要素への熱伝達流体の流れを制御することができる。コントローラを用いて、熱供給要素への熱伝達流体の流れおよび熱供給要素からの熱伝達流体の流れを制御することができる。コントローラは、熱供給要素内に位置するかまたは熱供給要素と熱連絡しているヒータなどのヒータを制御することができる。コントローラは、熱伝達流体をポンプ輸送する１つまたは複数のポンプを制御することができる。例えば、コントローラは、ポンプが始動するか、停止するか、ポンプ輸送速度を上昇させるか、ポンプ輸送速度を低下させるか、またはそれらの任意の組み合わせのときに制御することができる。コントローラは、システムの１つまたは複数の温度などの予め選択した１つまたは複数の条件を監視することができる。コントローラは、１つまたは複数の電気化学セルの温度、熱伝達流体、バッテリ温度調整デバイス、熱エネルギー貯蔵材料、外部条件、またはそれらの任意の組み合わせを監視することができる。コントローラは、電気化学セルによって生成される熱量、（例えば、放散して、熱伝達流体を通して、またはその両方によって）バッテリ温度調整デバイスから除去される熱量、熱伝達流体によって供給される熱量、またはそれらの任意の組み合わせなど、予め選択した熱流束に関連する１つまたは複数の条件を監視することができる。車両に使用されるシステムでは、コントローラは、車両が動作中であるかどうか、車両が加速しているかどうか、車両が減速しているかどうか、車両が停止しているかどうか、車両が外部電源にプラグ接続されているかどうか、車両が動作中であることが予期される時間、外気温の予報、またはそれらの任意の組み合わせに関連した、１つまたは複数の予め選択した条件を監視することができる。コントローラは、所定の値との１つまたは複数の予め選択した条件の測定値を比較することができる。その比較は、１つもしくは複数のバルブを開閉すべきかどうか（および場合によってはその範囲）、１つもしくは複数のポンプを動作させるべきかどうか、電流を電熱器に供給すべきかどうか、またはそれらの任意の組み合わせを判定するために、コントローラによって使用することができる。
【００８４】
（任意選択のヒータ）
バッテリ温度調整システムは、任意選択で、ヒータを１つまたは複数含むことができる。そのヒータは、蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料の温度を転移温度を超える温度に上昇させることができる任意のヒータでよい。ヒータは、エネルギー（例えば、電気エネルギー、機械エネルギー、化学エネルギー、またはそれらの任意の組み合わせ）を熱（すなわち、熱エネルギー）に変換する任意のヒータでよい。１つまたは複数のヒータは１つまたは複数の電熱器でよい。１つまたは複数のヒータを用いて、バッテリ温度調整システムの熱エネルギー貯蔵の一部または全部を加熱することができる。例えば、ヒータを用いて、蓄熱デバイスの熱エネルギー貯蔵材料を加熱するか、バッテリ温度調整デバイスの熱エネルギー貯蔵材料を加熱するか、またはその両方を加熱することができる。好ましくは、そのシステムは、蓄熱デバイスと熱連絡するヒータを１つまたは複数含む。例えば、そのシステムは、蓄熱デバイスの断熱材内にヒータを１つまたは複数含むことができる。電熱器が電気化学セルから、外部電源から、またはその両方から電気を用いることができる。例えば、車両が静止した物体に接続されたコンセントにプラグ接続されているときは、蓄熱デバイスを、外部電源からの電気を使用して蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の液相温度を超える温度に維持することができる。車両が静止した物体に接続されたコンセントにプラグ接続されていないときは、蓄熱デバイスを、電気化学セルによって生成される電気を使用して蓄熱デバイス内の熱エネルギー貯蔵材料の液相温度を超える温度に維持することができる。
【００８５】
後で電気化学セルを加熱するために使用される蓄熱デバイスを加熱するために電熱器を使用することは、電熱器からの熱で電気化学セルを直接加熱するのと比べて、高効率であるか、必要な断熱が少ないか、またはその両方であるなどの利点を有することが分かっている。
【００８６】
図７に示すように、バッテリ温度調整システム４０は、バッテリ温度調整デバイス１０を含むことができ、そのバッテリ温度調整デバイス１０は、蓄熱デバイス４２およびラジエータ５８などの熱交換器に、熱伝達流体５０を循環して流すための１つまたは複数のラインによって接続されている。熱伝達流体は、バッテリ温度調整デバイスから出て、ラジエータ５８につながるラジエータ送出ライン６４と、蓄熱デバイス４２につながる蓄熱デバイス送出ライン４６とに分かれる。システムは、蓄熱デバイス４２に対するラジエータ５８に入る熱伝達流体５０の流れの量を調整する切り換えバルブ４８などのバルブを１つまたは複数含む。蓄熱デバイス４２を出る熱伝達流体５０は、蓄熱デバイス返還ライン４４を通ってバッテリ温度調整デバイス１０に戻ることができる。ラジエータ５８を出る熱伝達流体５０は、ラジエータ返還ライン６６を通ってバッテリ温度調整デバイス１０に戻ることができる。それらの２つの返還ライン４４、６６は互いに一緒になってよい。図７に示すように、システムは、温度プローブ５４、５６を１つまたは複数含むこともできる。例えば、そのシステムは、バッテリ温度調整デバイス、蓄熱デバイス温度プローブ５４、またはその両方の温度を測定するための電気化学セルプローブ５６を含むことができる。蓄熱デバイス４２内の熱エネルギー貯蔵材料の温度を測定するための蓄熱デバイス温度プローブ５４を使用することができる。システム４０は、好ましくは、ポンプ６２または熱伝達流体を循環させる他の手段を含む。システム４０は、コントローラ５２を１つまたは複数含むこともできる。コントローラ５２は、熱伝達流体がその速度でポンプ輸送される速度を調整するポンプ６２を制御し、熱伝達流体の循環を防止することができる。コントローラ５２は、切り換えバルブ４８など、蓄熱デバイス４２およびラジエータ５８への熱伝達流体５０の流れを制御する１つまたは複数のバルブを制御することができる。
【００８７】
図８Ａに示すように、システム４０’は、蓄熱デバイス４２と熱連絡している電熱器６８を含むことができる。例えば、電熱器６８は、蓄熱デバイス４２の内側にあってもそれに隣接していてもよい。好ましくは、電熱器６８は、断熱材の内側にあり、そのため、概して断熱材が電熱器と蓄熱デバイスとの間には挿入されない。
【００８８】
図８Ｂを参照すると、システム４０’’は、バッテリ温度調整デバイスに組み込まれた蓄熱デバイスを含むことができる。こうした構成は、蓄熱デバイスが熱を蓄積する間に、蓄熱デバイスが電気化学セルを加熱するために熱を放出している間、またはその両方が行われる間に、環境への熱損失を最小限に抑えることができる。
【００８９】
図９に示すように、システム４０’’’は、バッテリ温度調整デバイス１０を通して第１の熱伝達流体５０と第２の熱伝達流体７４とを独立して循環させる手段を含むことができる。バッテリ温度調整デバイス１０は、ラジエータ送出ライン６４およびラジエータ返還ライン６６によってラジエータ５８に接続される。第１の熱伝達流体５０は、バッテリ温度調整デバイス１０から熱を除去しラジエータ５９に伝達できるように、ラジエータ送出ライン６４およびラジエータ返還ライン６６を通って循環する。バッテリ温度調整デバイス１０は、蓄熱デバイス送出ライン４４および蓄熱デバイス返還ライン４６によって蓄熱デバイス４２に接続される。第２の熱伝達流体７４は、蓄熱デバイス４２からバッテリ温度調整デバイス１０に熱を供給できるように、蓄熱デバイス送出ライン６４および蓄熱デバイス返還ライン６６を通って循環する。第２の熱伝達流体７４は作動流体でよく、蓄熱デバイスは毛細管構造を含むことができ、そのため、作動流体の流れは毛細管力によって蓄熱デバイスにポンプ輸送される。したがって、蓄熱デバイスは、任意選択で、作動流体のための蒸発器であってよく、バッテリ温度調整デバイスは作動流体のためのコンデンサであってよい。そのシステムは、第１の熱伝達流体の流量を制御するバルブ７０およびポンプ６２を１つまたは複数含むことができる。システムは、第２の熱伝達流体の流量を制御するための１つまたは複数のバルブ７２および任意選択でポンプ（図示せず）を含むことができる。
【００９０】
（システムの動作）
電気化学セルの温度を管理するプロセスにおいて、本明細書で説明するデバイスおよびシステムを用いることができる。そのプロセスは、バッテリ温度調整デバイス内のバッテリ温度を、最低ターゲット温度以上、最高ターゲット温度以下、またはその両方（すなわち、ターゲット温度範囲内）に維持するステップを含むことができる。バッテリ温度がターゲット温度範囲内であると、熱伝達流体は循環することができないか、または比較的低速でバッテリ温度調整デバイスを通って循環することができる。好ましくは、バッテリ温度がターゲット温度範囲内であるときは、熱伝達流体はバッテリ温度調整デバイスを通って循環しない。バッテリ温度が最高ターゲット温度を超えるときは、バッテリ温度調整デバイスを冷却することができる。したがって、バッテリ温度が最高ターゲット温度を超えるときは、熱伝達流体はバッテリ温度調整デバイスを通って循環し、デバイスから熱を除去することができる。例えば、熱伝達流体は、バッテリ温度が最高遮断温度に達するまで、バッテリ温度調整デバイスを通って循環することができる。冷却サイクル遮断温度は、最高ターゲット温度でもよく、最高ターゲット温度未満の温度でもよい。例えば、冷却サイクル遮断温度は、最低ターゲット温度と最高ターゲット温度との間の温度でよい。バッテリ温度がターゲット温度未満のときは、バッテリ温度調整デバイスを加熱することができる。したがって、バッテリ温度がターゲット温度未満のときは、熱伝達流体がバッテリ温度調整デバイスを通って循環して、デバイスに熱を供給することができる。例えば、熱伝達流体は、バッテリ温度が加熱サイクル遮断温度に達するまで、バッテリ温度デバイスを通って循環することができる。加熱サイクル遮断温度は、最低ターゲット温度でもよく、最低ターゲット温度未満の温度でもよい。例えば、加熱サイクル遮断温度は、最低ターゲット温度と最高ターゲット温度との間の温度でもよい。
【００９１】
電気化学セルの充電中、電気化学セルの放電中、またはその両方を行う間に、バッテリ温度調整デバイス内で熱を生成することができることが理解されよう。冷却サイクルを用いて、バッテリ温度が最高動作温度に達するかそれを超えるのを防止することができる。例えば、最高動作温度を超える温度では、一時的にまたは永久にバッテリが損傷することがある。バッテリ温度が最高動作温度に達するかまたはそれを超える場合は、そのプロセスは、バッテリ温度調整デバイス内の１つまたは複数のまたはそれどころか全ての電気化学セルを遮断することができる。
【００９２】
上記で説明したように、バッテリ温度調整デバイスは、熱エネルギー貯蔵材料を１つまたは複数含む。好ましくは、熱エネルギー貯蔵材料は、ターゲット温度範囲内の転移温度（例えば、融解温度、液相温度、または共融温度）を有する。したがって、熱エネルギー貯蔵材料を用いて、バッテリ温度をターゲット温度範囲内に（すなわち、転移温度にまたはそれに近い温度に）維持することができる。任意選択で、バッテリ温度調整デバイスは、比較的転移温度の高い（例えば、最高ターゲット温度以下の）第１の熱エネルギー貯蔵材料と、第１の熱エネルギー貯蔵材料よりも転移温度の低い第２の熱エネルギー貯蔵材料とを含むことができる。例えば、第１の熱エネルギー貯蔵材料は、最高ターゲット温度以下の転移温度を有することができ、第２の熱エネルギー貯蔵材料は、最低ターゲット温度以上の転移温度を有することができる。
【００９３】
熱エネルギー貯蔵材料を用いて、好都合に、電気化学セルが熱を生成しているときに（例えば、電気化学セルが充電または放電されているときに）、電気化学セルから熱エネルギーを除去することができる。電気化学セルの動作中には、バッテリ温度は、最初は、ターゲット温度範囲内であり、熱エネルギー貯蔵材料（例えば、第１の熱エネルギー貯蔵材料）の転移温度未満でよい。電気化学セルが熱を生成すると、熱エネルギーの一部を、熱エネルギー貯蔵材料を加熱するのに使用することができる。熱エネルギー貯蔵材料がその転移温度に達するときは、熱エネルギーの一部を使用して熱エネルギー貯蔵材料を融解することができる。したがって、熱エネルギーの一部を、熱エネルギー貯蔵材料の融解潜熱に変換することができる。バッテリ温度が上昇する速度を、熱エネルギーが融解潜熱に変換されるときに（例えば、熱エネルギー貯蔵材料なしの同一のデバイスと比較して）低下させることができる。熱エネルギー貯蔵材料（例えば、第１の熱エネルギー貯蔵材料）の一部または全部が融解するときは、バッテリ温度は最高ターゲット温度に達することができる。熱エネルギーを融解潜熱に変換することによって（すなわち、熱エネルギー貯蔵材料を融解することによって）、バッテリ温度調整デバイスから（例えば、熱伝達流体を用いて）熱エネルギーを除去する必要性が低減できるか、延引できるか、またはその両方が可能である。
【００９４】
バッテリ温度が最高ターゲット温度を超えるときは、熱伝達流体の循環を開始するステップまたは熱伝達流体が循環する速度を増加するステップを含む冷却サイクルを開始することができる。冷却サイクル中に、バッテリからの熱エネルギーを、バッテリ温度よりも低温のデバイスの外にあるバッテリ温度調整デバイスから１つまたは複数の構成要素に伝達することができる。限定されるものではないが、冷却サイクル中にバッテリ温度調整デバイスから除去される熱エネルギーの一部または全部を熱伝達デバイスに伝達することができる。使用できる例示的な熱伝達デバイスには、ラジエータ、熱リザーバ、（本明細書で説明したような）蓄熱デバイス、またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。好ましくは、（例えば、冷却サイクル中に）バッテリ温度調整デバイスから除去される熱エネルギーの一部または全部が（例えば、ラジエータを通して）外気を加熱するために使用される。冷却サイクル中には、電気化学セルの冷却は、電気化学セル区画に、熱エネルギー貯蔵材料区画に、または好ましくはその両方に熱伝達流体を接触させるステップを含むことができる。
【００９５】
外気温がターゲット最低温度を下回ってよいことが理解されよう。１つまたは複数の電気化学セルが放電も充電もしていないかまたは平均の充電量および放電量が比較的低い期間中に、バッテリ温度調整デバイスから熱エネルギーが環境に失われることがある。転移温度が最低ターゲット温度以上の熱エネルギー貯蔵材料（例えば、第２の熱エネルギー貯蔵材料）を用いることによって、熱エネルギー貯蔵材料の結晶化の熱により、バッテリ温度が低下する速度を（例えば、熱エネルギー貯蔵材料のないデバイスと比べて）低くすることができる。
【００９６】
バッテリ温度が最低ターゲット温度未満の温度まで下がるときは、加熱サイクルを使用してバッテリ温度を上昇させることができる。加熱サイクル中は、バッテリ温度調整デバイス内で熱エネルギーを生成するか、デバイスに伝達するか、またはその両方を行うことができる。好ましくは、加熱サイクル中に、熱エネルギーがバッテリ温度調整デバイスに伝達される。例えば、熱エネルギーをバッテリ温度調整デバイスに熱伝達流体を使用して伝達することができる。したがって、加熱サイクルは、バッテリ温度調整デバイスを通して熱伝達流体の循環を開始するステップ、またはデバイスを通る熱伝達流体の流量を増加させるステップを含むことができる。例えば、熱伝達流体は、流体を加熱するために温度がバッテリ温度を超える（好ましくは最低ターゲット温度を超える）１つまたは複数の構成要素（例えば、１つまたは複数の熱源）を通って、熱エネルギーの少なくとも一部をデバイスに伝達するためにバッテリ温度調整デバイスを通って流動することができる。熱伝達流体は、同じ相のままとすることができ（例えば、熱伝達流体が液体または気体のままとすることができ）、熱を顕熱として伝達することができるか、または、熱伝達流体を作動流体とすることができ、熱の少なくとも一部を凝縮熱としてデバイスに伝達する（蒸発熱として熱源から流体に伝達する）ことができる。加熱サイクル中には、電気化学セルの加熱は、熱伝達流体を電気化学セル区画に、熱エネルギー貯蔵材料区画に、または好ましくはその両方に接触させるステップを含むことができる。
【００９７】
冷却サイクル用の熱伝達流体および加熱サイクル用の熱伝達流体は互いに同じでよく、バッテリ温度調整デバイスの同じ部分を通って循環することができる。したがって、加熱サイクル中に、熱源を通して熱伝達流体を循環させるか、熱伝達デバイスを通る熱伝達流体の循環を防止するか、または好ましくはその両方を行うための、１つまたは複数のバルブを用いることができる。同様に、冷却サイクル中に、熱源を通る熱伝達流体の循環を防止するための、熱伝達デバイスを通して熱伝達流体を循環させるための、または好ましくはその両方のためのバルブを１つまたは複数用いることができる。
【００９８】
任意選択で、車両が停止しているときに車両の外の電源にプラグ接続されたバッテリ温度調整システムを車両に用いることができる。車両が停止しているときは、電熱器を用いてシステム内の熱エネルギー貯蔵材料を加熱することができる。例えば、熱エネルギー貯蔵材料の一部または全部が冷却されたときは、電熱器を用いて熱エネルギー貯蔵材料の温度を上昇させることができる。そのプロセスは、車両の外の電源から電気を受け取る電熱器で車両内において熱エネルギー貯蔵材料（例えば、バッテリ温度調整デバイス、蓄熱デバイス、またはその両方の、熱エネルギー貯蔵材料）を加熱するステップを含むことができる。電熱器を使用して熱エネルギー貯蔵材料を加熱するステップは、熱エネルギー貯蔵材料の一部または全部が液体から固体に相転移したときに用いることができる。したがって、そのプロセスは、電熱器からの熱によって熱エネルギー貯蔵材料の一部または全部を融解するステップを含むことができる。電熱器を用いて熱エネルギー貯蔵材料を加熱するステップは、熱エネルギー貯蔵材料の全てが液体状態にあるときに用いることができる。したがって、そのプロセスは、電熱器を用いて熱エネルギー貯蔵材料の温度を上昇させるステップを含むことができる。
【００９９】
本発明のデバイス、システム、およびプロセスがバッテリを用いる自動車用途に、特に、電気エンジンから動力を受け取るドライブトレインを有する自動車用途に有効なことがあることが理解されよう。限定されるものではないが、ハイブリッド電気車両およびプラグイン式電気車両に本発明を用いることができる。
【０１００】
図７を参照すると、温度プローブ５６がバッテリ温度調整デバイスの温度を測定することができる。コントローラ５２は、バッテリ温度調整デバイスの温度を所定のターゲット温度範囲と比較することができる。温度が所定のターゲット温度範囲内のときは、コントローラ５２は、ポンプ６２を停止するか、ポンプ６２のポンプ速度を低下させるか、バルブ４８を閉じるか、またはそれらの任意の組み合わせを行うことができる。バッテリ温度調整デバイスの温度が最高ターゲット温度に近い（例えば、最高ターゲット温度に向けて上昇している）かまたはそれを超えるときは、コントローラは、熱交換器に供給するライン６４を通って流体が流動できる位置まで切り換えバルブ４８を開くことができる。コントローラは、２つの構成要素を接続するライン６４、６６を使用して熱伝達流体がバッテリ温度調整デバイス１０と熱交換器５８との間を循環するように、ポンプ６２を始動するか、またはポンプ６２の速度を上昇させることもできる。バッテリ温度調整デバイスの温度が最低ターゲット温度に近い（例えば、最低ターゲット温度に向けて低下している）かまたはその温度未満のときは、コントローラは、蓄熱デバイスがバッテリ温度調整デバイスを加熱できるかどうかを判定するために、温度プローブ５４を用いて蓄熱デバイス４２の温度を得ることができる。温度コントローラは、熱伝達流体がライン４４を通って蓄熱デバイス４２に流動可能になるように切り換えバルブ４８を開く。コントローラは、２つの構成要素を接続するライン４４、４６を使用して熱伝達流体がバッテリ温度調整デバイス１０と蓄熱デバイス４２との間を循環するように、ポンプ６２を始動させるか、またはポンプ６２の速度を上昇させることもできる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０  デバイス
１２  電気化学セル区画
１４  熱エネルギー貯蔵材料区画
１６  熱伝達流体区画
１８  熱エネルギー貯蔵材料
２０  電気化学セル
２２  第１の領域
２４  第２の領域
２８  第１のブリスタパック
３０  第２のブリスタパック
２９  第１の面
２９’  平坦な面
【図１】
2013516742.tif 000003
【図２Ａ】
2013516742.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
2013516742.tif 000007
【図５】
2013516742.tif 000008
【図６】
2013516742.tif 000009
【図７】
2013516742.tif 000010
【図８Ａ】
2013516742.tif 000011
【図８Ｂ】
2013516742.tif 000012
【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月7日(2012.9.7)
【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】
ｉ）熱伝達流体を受容する入口と、
ｉｉ）１つまたは複数の電気化学セルを受容する、１つまたは複数の電気化学セル区画と、
ｉｉｉ）１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料を収容する、１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画と、
ｉｖ）デバイスを通して前記熱伝達流体を流す、１つまたは複数の熱伝達流体区画とを備えるデバイスであって、
前記デバイスが温度調整デバイスであり、
前記１つまたは複数の熱伝達流体区画と前記１つまたは複数の電気化学セル区画との間の空間が、前記熱エネルギー貯蔵材料が実質的にない１つまたは複数の領域を含み、
前記１つまたは複数の熱伝達流体区画と前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画との間の空間が、電気化学セルが実質的にない１つまたは複数の領域を含むことにより、
前記熱伝達流体区画が、前記熱エネルギー貯蔵材料区画および前記電気化学セル区画の両方と直接熱連絡する、デバイス。
【請求項２】
前記１つまたは複数の電気化学セル区画が、ある動作温度範囲を有する電気化学セルを含み、前記熱エネルギー貯蔵材料が、前記電気化学セルの動作温度範囲内の液相温度を有する相変化材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料が、第１の液相温度を有するある量の第１の相変化材料と、第２の液相温度を有するある量の第２の相変化材料とを含み、前記第１の液相温度が前記第２の液相温度よりも低い、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記デバイスが、最低ターゲット温度および最高ターゲット温度を有する電気化学セル区画内の電気化学セルを含み、前記デバイスが、前記電気化学セルの温度が前記最高ターゲット温度を超えるときは電気化学セル区画から熱を除去することができ、前記電気化学セルの温度が前記最低ターゲット温度未満のときは電気化学セル区画に熱を供給することができる、請求項１から３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記熱エネルギー貯蔵材料区画が複数のカプセルを含み、前記複数のカプセルが、第１の金属製シートをエンボス加工して複数の凹所を形成し、少なくとも部分的に前記凹所を前記熱エネルギー貯蔵材料で充填し、第２の金属製シートを前記第１の金属製シート上に配置し、前記熱エネルギー貯蔵材料が前記第１の金属製シートと前記第２の金属製シートとの間に封入されるように前記第１の金属製シートおよび前記第２の金属製シートを接合することによって形成される、請求項１から４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１の金属製シートが、熱エネルギー貯蔵材料区画の外部に外面を有し、前記外面の１つまたは複数の部分が、電気化学セルまたは電気化学セルを収容する区画に接触し、前記外面の１つまたは複数の部分が、熱伝達流体を収容する区画に接触する、請求項１から５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
熱エネルギー貯蔵材料区画が、体積と表面積の比が約１０ｍｍ未満になる体積および表面積を有する、請求項１から６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記熱伝達流体区画が、体積と表面積の比が約０．５ｍｍ未満になる体積および表面積を有する、請求項１から７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記１つまたは複数の熱エネルギー貯蔵材料区画が、熱エネルギー貯蔵材料が、隣接する２つのカプセル間を流れないように、個別に独立した複数のカプセルを含む、請求項１から８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１の金属製シートがアルミニウムシートまたは銅シートである、請求項１から９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１の金属製シートの厚さが約０．１ｍｍ未満である、請求項１から１０のいずれかに記載のデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
（出願日の利益の主張）
本願は、全ての目的のために参照により本明細書に援用される２０１０年１月８日出願の米国仮出願第６１／２９３，２２９号と、２０１０年１２月２０日出願の国際出願番号ＰＣＴ／ＵＳ１０／０６１２１３との出願日の利益を主張するものである。
【国際調査報告】
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