(57)【要約】【課題】  電気化学エネルギー蓄積ユニットを冷却するための改良された装置と冷却装置の新たな使用とを提示する。【解決手段】  エネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）が、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されて冷却流体が貫流できる複数の冷却通路（１３０）と、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されて前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク（１１０、１２０）と、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）からなる積層体と、前記複数の冷却通路のうちの２つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも１つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体とを有する。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー蓄積装置であって、以下の特徴、すなわち、
複数の冷却通路であって、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却流体が貫流できる冷却通路（１３０）、
少なくとも１つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより、前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク（１１０、１２０）、および、
複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）からなる積層体であって、前記複数の冷却通路のうちの２つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも１つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体、
を備えたエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項２】
前記複数の冷却通路（１３０）が扁平管として構成されている請求項１に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項３】
前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）の各々が少なくとも１つの先細の縁部領域に突出部（３２０）を有し、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の間にそれぞれ凹部（３４０）が形成されており、かつ、前記冷却通路（１３０）が前記凹部内に配置されている、請求項１または２に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項４】
前記電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）がそれぞれ１つのケーシングを有し、前記突出部（３２０）が前記ケーシングのシールによって形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項５】
前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）がそれぞれ少なくとも１つの集電体を有し、この集電体が前記突出部（３２０）を構成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項６】
前記突出部（３２０）と前記冷却通路（１３０）との間に絶縁体（７１０）が配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項７】
隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）の間に冷却金属薄板（３３０）が配置されており、前記冷却金属薄板が前記冷却通路（１３０）に熱的に連結されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項８】
前記冷却金属薄板（３３０）が、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）の前記突出部（３２０）の方向に湾曲部を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項９】
隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）の間に配置された前記冷却金属薄板（３３０）が、折り曲げられており、かつ、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部（３２０）の方向に湾曲部を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項１０】
前記複数の冷却通路（１３０）が冷却突出部を有し、かつ、前記複数の冷却通路の２つの隣接する冷却突出部の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも１つの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されるように前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）が配置されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項１１】
前記複数の冷却通路（１３０）が冷却板（１９１０）の中または上に配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項１２】
前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちの前記少なくとも１つの電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）のそれぞれ１つの中間領域が、前記複数の冷却通路のうちの２つの隣接する冷却通路（１３０）の間に配置されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエネルギー蓄積装置（５００；６００；７００）。
【請求項１３】
複数の冷却通路であって、互いに離間して平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却媒体が貫流できる冷却通路（１３０）と、少なくとも１つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出して複数の電気化学エネルギー蓄積ユニット（３１０）からなる積層体を冷却することができる収集タンク（１１０、１２０）と、を備えた冷却装置（１００）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー蓄積装置と、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体を冷却するための冷却装置の使用とに関する。
【背景技術】
【０００２】
セル、特にリチウムイオンセルをヒートシンクに結合する場合、冷却金属薄板を様々な実施態様で冷却板に結合することが可能である。
【０００３】
特許文献１は、とりわけ、熱伝導経路として冷却金属薄板を有する、バッテリフラットセルの冷却器を開示している。そこでは、これらの金属薄板が冷却板に熱接触しており、この接触部を注型によって製造すべきことが言及されている。
【０００４】
特許文献２は、基板と、側方で長手方向にセルに当接した冷却要素とからなる円形セル用冷却機構を開示している。これらのセルは、摩擦結合によって前記冷却機構に接合されており、前記当接する冷却要素は伸縮継手を具備し、これにより、間隙形成や熱伝導の諸問題について改善を施すことができる。
【０００５】
非特許文献１はモジュール式の電池構造について述べているが、この電池構造の場合、ヒートシンクは予めモジュール内に組み込まれている。電池を完成する際は、個々の冷却通路を接続するだけでよい。
【０００６】
特許文献３は電池のモジュール構造を開示しており、この電池の場合、モジュールはセルと冷却金属薄板とからなる。完成した電池は空気で冷却される。
【０００７】
前記冷却通路あるいは蒸発器板では、大抵の場合、セルの一方の側を結合することしかできず、このことがセル内の熱分布を悪化させる。構造スペースが原因で、ヒートシンクへの熱伝達を行うための接触面が制限されており、そのために、特に熱の発生が大きい場合に放熱が困難となる。この場合に用いられる摩擦結合によるヒートシンクへの接合法は、高コストで部分的に複雑であり、しかも材料結合による接合よりも劣っている。組み立てに関するアクセス性のせいで、特にコーヒーバッグ型セルを例えばフレームまたは形状結合のインサート成形により補足的に機械的に支持することがしばしば妨げられる。材料結合による接合には、主にろう付けまたは溶接などの方法が用いられるが、これらの方法はセルを損傷してしまう。
【０００８】
さらに、前記ヒートシンクあるいは蒸発器板は、モジュールまたは電池全体の各々の設計概念に関連して、新たな設計をしなければならず、従って開発コストが嵩み、また選択肢の多様性が拡大してしまう。
【０００９】
さらに、個々の冷却モジュールをそれぞれ独自のヒートシンクに接続することは、高コストであり、漏出の危険性を増大させる。また、１つの冷却板全体を複数のモジュールに対して共用すると、その構造スペースの寸法が、冷却板の製造を複雑にするようなものになってしまいがちである。その上、ヒートシンクと追加的な接合要素とが部分的に中実構造であることは、電池の総重量に好ましくない影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０６６９４４．４号明細書
【特許文献２】独国特許第１０２２３７８２号明細書（２次公報）
【特許文献３】米国特許出願公開第２００８／００９０１３７号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】レクチャー「Ｔｈｅ  Ｉｍｐａｃｔ  ｏｆ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｈｙｂｒｉｄ＿Ｖｅｈｉｃｌｅｓ」  （ｖｏｎ  Ｐｅｔｅｒ  Ｐｉｃｈｌｅｒ，  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｍａｎａｇｅｒ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ＭＡＧＮＡ  ＳＴＥＹＲ  Ｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ  ＡＧ  ＆  Ｃｏ．  ＫＧ）  ａｕｆ  ｄｅｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （ＡＡＢＣ）  ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、電気化学エネルギー蓄積ユニットを冷却するための改良された装置と冷却装置の新たな使用とを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１に記載のエネルギー蓄積装置と請求項１３に記載の冷却装置の使用とによって解決される。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の根底をなす認識は、変更が加えられた量産部品と扁平管冷媒冷却器あるいは扁平管蒸発器を基盤にした方法とを用いることで、開発コストと製造コストとを低減することが可能となり得るということである。本発明の根幹は、モジュール性の改善の他に、放熱の向上、セルの複数の側面にヒートシンクを結合することによるセル内の熱分布の改善、および冷却金属薄板とヒートシンクとを結合する際の組み立て可能性の改善である。さらに、冷却金属薄板の適合とセルの未使用の中間スペースにおける扁平管の結合とによって、パッケージング密度を最適化することができる。また、重量の低減および機械的安定性の向上が、同時に組み立ての簡素化を実現することと共に可能となる。
【００１５】
有利には、変更が加えられた量産部品の使用によって開発コストと製造コストとを低減することができる。扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器を用いることで、非常に可変性の大きなモジュール構造が可能となる。空きスペースを最適に利用することによって、高いパッケージング密度が実現できる。冷却需要と集電体の位置とに応じてヒートシンクを可変に配置することが実現できるので、さらに放熱の向上とセル内の熱分布の改善とが可能となり得る。重量の低減の他にまた、機械的安定性を支援することが、同時に組み立ての簡素化と結合の質の改善とを行いながら実現されている。
【００１６】
さらに別の実施形態では、前記進歩性を有する方式が特に角柱状のハードケースセルおよびコーヒーバッグ型セルに対して利用可能である。セルを前記ヒートシンクに直接結合することによって放熱の向上が実現される。さらに、扁平管の個数が可変であることによって、冷却能力を適合させることが可能である。有利には、前記進歩性を有する方式は、電池接合体における公差補償と適応性とを実現可能にする。さらに、境界抵抗が小さいので、比較的高い供給温度で電池セルを冷却することが可能となり得る。
【００１７】
従って、本発明に係る前記方式では、前記扁平管と収集タンクとを材料結合によってプロセス信頼性を有するように接合すること、前記ヒートシンクに直接結合することによってセルの放熱を改善すること、および、扁平管の個数が可変であることによって冷却能力を需要に合わせることが実現される。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態では、ここで説明されている前記方式を特にコーヒーバッグ型セルに用いることが可能である。セルあるいはセル集電体をヒートシンクに直接結合することによって、セル内の放熱を向上あるいは改善することが実現できる。
【００１９】
本発明のさらに別の実施形態では、組み立てを改善すること、接触面を拡大すること、および、構造コンポーネント等の中へエネルギー蓄積モジュールを係止することといった利点が得られる。
【００２０】
本発明は、以下の特徴を備えたエネルギー蓄積装置を提示する。すなわち、複数の冷却通路であって、互いに離間してほぼ平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却流体が貫流できる冷却通路、少なくとも１つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより、前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出することができる収集タンク、および、複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体であって、前記複数の冷却通路のうちの２つの隣接する冷却通路の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも１つのエネルギー蓄積ユニットが配置されるように、これらの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されている積層体、を備えたエネルギー蓄積装置を提示する。
【００２１】
前記エネルギー蓄積装置は、電気化学エネルギー蓄積ユニットと少なくとも１つの冷却装置とで構成されており、ハイブリッド駆動部または電気駆動部を備えた車両で用いることができる。前記電気化学エネルギー蓄積ユニットは、電池または蓄電池であることが可能であり、例えばリチウムイオンセルを含むことができる。前記冷却装置は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットのためのヒートシンクであり得る。前記冷却通路は、互いに並んで配置され、それらの各端部を収集タンクに結合しておくことができる。前記収集タンクは、冷却流体を冷却回路から収容し、再びこの冷却回路に放出することができる。各電気化学エネルギー蓄積ユニットは、２つの対向する大きな主面と４つの小さな側面とを有することができる。前記側面は縁部領域を構成できる。前記積層体は、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記主面が互いに重なり合っているか、または互いに向き合っているように構成することができる。様々な実施形態において、前記冷却通路は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットにこれらのユニットの様々な領域で接触することが可能である。前記冷却通路は、冷却管によって形成することができる。
【００２２】
前記エネルギー蓄積装置のさらに別の実施形態では、前記複数の冷却通路を扁平管として構成しておくことができる。扁平管は、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間の凹部に、より良好に適合させて嵌め込むことができるという利点を有する。
【００２３】
前記エネルギー蓄積装置のさらに別の実施形態では、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットの各々が少なくとも１つの先細の縁部領域に突出部を有することができる。前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットは、これらのユニットの前記突出部の間にそれぞれ凹部が形成されるように構成しておくことができる。例えば、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットは、それぞれ１つのケーシングを有することができ、前記突出部は前記ケーシングのシールによって形成することができる。このようなシールは、例えばコーヒーバッグ型セルの場合、前記セルケーシングを閉鎖するために用いられる。この場合、前記冷却通路は、前記シール間に配置することができる。また、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットは、それぞれ少なくとも１つの集電体を有することができ、この集電体は前記突出部を構成できる。この場合、前記冷却通路は前記集電体の間に配置することが可能である。
【００２４】
さらに、前記突出部と前記冷却通路との間に絶縁体を配置しておくことができる。前記絶縁体は、材料片として、または塗料として構成することができる。前記絶縁体は、前記集電体と前記冷却装置との間の不所望な電流フローを防止することができる。
【００２５】
１実施形態では、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に冷却金属薄板を配置することができる。その際、前記冷却金属薄板は、前記冷却通路に熱的に連結しておくことができる。この場合、冷却金属薄板と冷却通路とは互いに接触することができ、これにより、前記冷却通路は、前記冷却金属薄板を介して前記電気化学エネルギー蓄積ユニットから熱を放散させることができる。冷却金属薄板とエネルギー蓄積ユニットとの間および冷却金属薄板と管との間には摩擦結合または材料結合があり得る。
【００２６】
さらに、前記冷却金属薄板は、先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の方向に湾曲部を有することができる。こうして、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記縁部領域間に前記管を適合させて嵌め込むための十分なスペースが設けられている。
【００２７】
さらに別の実施形態では、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に配置された前記冷却金属薄板が、折り曲げられており、かつ、前記先細の縁部領域の高さにおいて、隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記突出部の方向に湾曲部を有している。この場合、前記冷却通路の断面が楔形を有することが可能であり、この楔形は、２つの隣接する電気化学エネルギー蓄積ユニットの前記先細の縁部領域によって形成された凹部に対応する。
【００２８】
さらに、前記複数の冷却通路の各々が冷却突出部を有することができる。前記複数の冷却通路の２つの隣接する冷却突出部の間に前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちのそれぞれ少なくとも１つの電気化学エネルギー蓄積ユニットが配置されるように、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットを配置することができる。従って、前記冷却突出部は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの間に配置することができ、前記冷却通路は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニットの外部に位置することができる。その際、前記複数の冷却通路は、冷却板の中または上に配置することができる
さらに別の実施形態では、前記複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットのうちの前記少なくとも１つの電気化学エネルギー蓄積ユニットのそれぞれ１つの中間領域を、前記複数の冷却通路のうちの２つの隣接する冷却通路の間に配置しておくことができる。有利には、このようにすることで、電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる前記積層体を冷却するためにただ１つの冷却装置で十分となり得る。
【００２９】
本発明は、さらに、複数の冷却通路であって、互いに離間して平行に一平面に配置および構成されており、これにより冷却媒体が貫流できる冷却通路と、少なくとも１つの収集タンクであって、前記複数の冷却通路を含む前記平面において前記冷却通路に対してほぼ垂直に配置されて前記冷却通路に接合されており、これにより前記冷却流体を前記冷却通路から収容または前記冷却通路に放出して複数の電気化学エネルギー蓄積ユニットからなる積層体を冷却することができる収集タンクと、を備えた冷却装置の使用を提示する。従って、本発明に係る前記方式は、変更が加えられた量産部品からなる冷却装置の新たな種類の使用を提示する。
【００３０】
本発明の有利な実施例について、以下において、添付した図面を参照しながらさらに詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例に係る冷却装置を示す図である。
【図２】本発明に係る前記冷却装置を示すさらに別の図である。
【図３】本発明の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す図である。
【図４】本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積部を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図８】図７の本発明に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図１１】図１０の本発明に係るエネルギー蓄積装置を示すさらに別の図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施例に係る冷却装置を示す図である。
【図１６】図１５の本発明に係る冷却装置を示す詳細図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積部を示す詳細図である。
【実施例】
【００３２】
本発明の好ましい実施例についての下記説明では、様々な図面に示された、類似の働きをする要素に対して同一または類似の符号が用いられており、これらの要素について繰り返し説明されることはない。また、煩雑にならないように、１つの図に同一の要素が複数現れる場合、同一の要素のうちそれぞれただ１つのみに当該の符号が付されている。
【００３３】
図１は、本発明の実施例に従った冷却装置を示す図であり、この冷却装置は本発明に係るエネルギー蓄積装置に用いることができる。波形フィンのない扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００が示されている。前記扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００は、以下において冷却装置１００とも呼ばれる。これは、第１の収集タンク１１０、第２の収集タンク１２０および複数の冷却通路１３０を含み、前記冷却通路は、前記第１の収集タンク１１０と前記第２の収集タンク１２０との間に配置されている。図１が示すように、前記冷却通路１３０は直線状の管の形態で構成されており、これらの管は平行にかつ互いに離間して配置されている。前記冷却装置１００全体を冷却流体が貫流できるように、前記管は、それらの各端部において前記収集タンク１１０、１２０に接合されている。前記冷却通路１３０は、例えば扁平管として構成しておくことができる。
【００３４】
図２は、図１に示された冷却装置１００を示すさらに別の図である。前記第１の水タンク１１０、前記第２の水タンク１２０および冷却通路１３０が示されている。
【００３５】
図３は、本発明の実施例に係るエネルギー蓄積部３００を示す図である。前記エネルギー蓄積部３００は、突出部３２０と冷却金属薄板３３０とを備えた電気化学エネルギー蓄積ユニットまたはセル３１０を含む。前記電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０と前記冷却金属薄板３３０とは積層体として配置されている。その際、前記冷却金属薄板３３０は、それぞれ２つの電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０の間に配置されてこれらのユニットに接触する。前記冷却金属薄板３３０は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０の縁部領域の輪郭に沿った湾曲部を有する。前記突出部３２０は、例えば前記電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０のシールまたは集電体として構成しておくことができ、前記エネルギー蓄積ユニット３１０の端部に配置されている。前記冷却金属薄板３３０の端部と前記突出部３２０との間に中間スペースまたは凹部３４０が構成されている。
【００３６】
前記エネルギー蓄積部３００は、図３およびその他の図に示されているよりも多数の、または少数のエネルギー蓄積ユニット３１０と冷却金属薄板３３０とを有することもできる。
【００３７】
図４は、本発明の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積部３００を示すさらに別の図である。前記エネルギー蓄積ユニット３１０がさらに別の突出部３２０を有し、これらの突出部は集電体として構成されている。
【００３８】
図５および図６は、本発明の様々な実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置５００、６００を示す図である。
【００３９】
図５では、前記エネルギー蓄積装置５００が、前記エネルギー蓄積部３００と、前記エネルギー蓄積部３００の前記セルの周囲に配置された３つの冷却装置または冷却器１００とを含む。この実施例では、それぞれ１つの冷却装置１００が、前記エネルギー蓄積部３００の側部および下部に配置されている。前記エネルギー蓄積部３００の上面は、前記集電体３２０を有し、露出されたままである。前記冷却装置１００の前記冷却通路は、前記エネルギー蓄積部３００の前記セルの前記突出部の間にある前記凹部内に配置しておくことができる。そのために、前記冷却通路の寸法と隣接し合う冷却通路間の距離とを、前記エネルギー蓄積部３００の前記凹部の寸法に適合させておくことが可能である。さらに、前記冷却通路の長さおよび前記冷却装置１００の前記収集タンクの長さを、前記エネルギー蓄積部３００の外形寸法に適合させておくことができる。
【００４０】
これに対し、図６に示されたエネルギー蓄積装置６００の場合、それぞれ１つの冷却装置１００がエネルギー蓄積部３００の上部と下部とに配置されており、一方、前記集電体３２０を有する前記エネルギー蓄積部３００の側面は、露出されたままである。
【００４１】
図７は、本発明のさらに別の実施例に従った、本発明に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。前記エネルギー蓄積装置も、やはり、突出部３２０を備えた電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０と冷却金属薄板３３０とを有する。前記エネルギー蓄積ユニット３１０は機械的支持部を備えることができる。図７に示された実施例の場合、前記突出部３２０は集電体を構成する。前記冷却装置１００の前記冷却通路１３０は、ここでは扁平管として構成されている。図７から見て取れるように、前記冷却通路１３０は、前記電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０から熱を放散するために前記冷却金属薄板３３０に接触する。前記冷却通路１３０と前記集電体３２０との間の電流フローを回避するために、前記集電体３２０は絶縁体７１０を備えている。前記絶縁部は、前記集電体３２０の両側に配置しておくことができる。
【００４２】
図８には、図７の本発明に係るエネルギー蓄積装置の組み立てに関する図が示されている。前記エネルギー蓄積部３００の対向する側部に、それぞれ１つの冷却装置が冷却通路１３０を備えた冷却器１００の形態で配置される。この冷却装置は、それぞれ、図１に示された冷却装置１００であり得る。図８では、前記エネルギー蓄積部３００の右側部が前記絶縁体７１０を有し、これにより、図７に見られるような、前記エネルギー蓄積装置７００が組み立てられた状態において、前記集電体３２０と前記冷却通路１３０との間の電流フローを回避することができる。左側には絶縁体は必要とされない。ここでは、前記突出部は例えばシールであってもよい。
【００４３】
セル３１０を冷却金属薄板３３０を介して扁平管１３０を備えた前記ヒートシンク１００に結合することが、図１から図８に示された諸実施例との関連において示されたが、この結合について、以下においてさらに説明する。
【００４４】
既に量産されている扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００は、波形フィン形状を有さず、かつ、必要に応じて変更が加えられた収集タンク１１０、１２０を有するように製造され、さらに幅が前記セル３１０および／または前記冷却金属薄板３３０に適合され、全長が前記それぞれ所望の個数のセル３１０に適合されている。変更が加えられたこれらの量産部品を使用することによって、開発コストおよび製造コストが削減され、非常に可変性の大きなモジュール構造が可能となる。
【００４５】
前記セル３１０は、例えば接着によって前記冷却金属薄板３３０に結合されている。前記冷却金属薄板３３０は、前記セル３１０の表面あるいは前記セル３１０のケーシングの幾何学的形状に適合されており、これは例えば図３に示されている。前記冷却金属薄板３３０を前記セルの幾何学的形状にこうして適合させることによって、前記配列されたセル３１０の間に、特にコーヒーバッグ型セルの場合には前記シール３２０の高さに中間スペースまたは凹部３４０が生じる。
【００４６】
前記冷却金属薄板３３０は、例えば接着によって前記扁平管１３０に結合することができる。前記扁平管１３０は、前記セルの間にある前記利用されていない中間スペース３４０を通って、特にコーヒーバッグ型セルの場合には前記シール縁部３２０に沿って延在する。これにより、前記具備される構造スペースを最適に有効利用することができ、パッケージング密度を向上させることができる。
【００４７】
図５および図６が示しているように、冷却能力に対する要求に応じて、１つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００を前記セル３１０の周囲に配置することができる。前記冷却器１００は、その際、前記集電体３２０の近傍に位置しないように、例えば集電体３２０が上方に設置されている場合は下部および側部に配置し、あるいは集電体３２０が側部に設置されている場合は上部および下部に配置することができる。前記適当な絶縁部７１０があることによって、前記セル３１０の間で前記セル３１０の前記集電体３２０あるいは前記シール３２０の領域において前記集電体３２０の下方に配置することも可能である。これに対応する実施例は図７および図８に示されている。
【００４８】
コーヒーバッグ型セル３１０は、前記結合された冷却金属薄板３３０と共に前もってフレーム、形状結合によるインサート成形または封入材によって機械技術的に支持することが可能である。この場合、後に組み立てる際に前記扁平管１３０に熱伝達のために接合される箇所は、空いたままにされている。この種の構造では、接合要素、例えば係止フック、クリップ等を事前に組み込んでおくことができ、これらの接合要素により、前記個々の要素を容易に留め合わせることができる。さらに、これによって前記セルを互いに対して絶縁することができる。このように組み立てられたセル３１０の積層体において、次に１つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００を前述の方式で設置することができる。前記扁平管１３０間の間隙によって、前記扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器１００を前記積層体あるいは前記冷却金属薄板３３０の中に容易に運び入れること、あるいは設置することが可能となっている。このことは、図８の組み立て図との関連で示されている。前もって塗布された接着剤層が、これにより損傷されなくなる。さらに、前記扁平管１３０間の間隙によって、例えば、扁平管１３０と冷却金属薄板３３０との間の接着結合を接触圧力に関する最適なパラメータの下で実現することが可能となる。冷却板の代わりに管１３０を用いることで、冷却部全体の重量が低減される。
【００４９】
あるいは、冷却金属薄板３３０を適当に変更することで、扁平管１３０の代わりに冷却板を設置することも可能である。
【００５０】
さらに、セルハウジングあるいはセル外装部の厚さが前記冷却金属薄板３３０と同様にそれに適した良好な熱伝導性を有する場合、前記扁平管１３０を直接前記セル３１０に結合することも可能であろう。対応するこの方式の実施例が図９〜図１３に示されている。
【００５１】
図９は、本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図であり、扁平管１３０とセル３１０とからなる配置を示す。ここでは、それぞれ１つの扁平管１３０が前記セル３１０の中間領域において２つのセル３１０の間に配置されている。その際、前記扁平管１３０は、ちょうど中央にまたは中央からずらして配置することができ、小さな厚さでしかも大きな高さを有することができる。このようにして、前記扁平管と前記セル３１０との間の接触面は可能な限り大きくなっているが、前記セル３１０からなる積層体の幅は、ほんの僅かにしか大きくならない。前記扁平管１３０は、図１および図２に示された冷却装置の冷却通路を形成することができる。
【００５２】
図１０は、図９に示された代替的実施例の断面図であり、この実施例の場合、それぞれ２つの隣接する電池セル３１０が、２つの扁平管１３０の間に前記中間領域を有するように配置されている。それぞれ前記セル３１０の方を向いた前記扁平管１３０の面と前記セル３１０のケーシングとの間に、前記冷却器の前記扁平管１３０に前記電池セル３１０を結合するための接着部または封入部１０１０がある。前記扁平管１３０は、それぞれ複数の冷却通路を有することができる。
【００５３】
図１１は、図１０の本発明に係るエネルギー蓄積装置を示すさらに別の図である。この場合、前記扁平管１３０と前記扁平管１３０に接合された収集タンク１１０、１２０との間に前記セル３１０が対として配置されることが示されている。
【００５４】
以下において、図９〜図１１との関連で説明された、収集タンク１１０、１２０の扁平管１３０を介した電池セル３１０の外装冷却と、電池冷却器１００を製造するための、冷媒冷却器製造に基づく生産方法の利用とについて詳述する。
【００５５】
ここでも、既に量産されている扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器は、波形フィン形状を伴わず、かつ必要に応じて変更が加えられた収集タンクを伴った状態で用いることができ、然るべく適合させることが可能である。また、例えば連続炉のような既存の生産設備は、冷媒冷却器のような今日普及している部品と共に利用可能である。
【００５６】
前記セル３１０は、例えば接着によって前記扁平管１３０に直接結合されている。その位置は、中央であり、かつ前記セル３１０の外装面全体には接触しないように定められる。前記接触していない面の放熱は、セル外装部を介した熱伝導によって行われる。冷却能力に対する要求に応じて、１つまたは複数の扁平管冷却器あるいは扁平管蒸発器を前記セル３１０の周囲に配置することができる。あるいはまた、前記電池セル３１０自体が十分な内部熱伝導を提供できない場合には、前記管１３０の幅を適合させることも可能である。前記扁平管１３０は、冷媒または冷却剤を用いて運用することができる。冷却板の代わりに管１３０を用いることによって、冷却部全体の重量が低減される。熱的接触のために、必要であれば、冷却器とセル３１０とからなるセル接合体は、エンクロージャを備えることができ、注型成形して材料結合によるユニットにすることが可能である。前記エンクロージャは、例えば絶縁ボックスとして前記セル接合体に残すことができ、あるいは、封入材の硬化後に取り除くこともできる。
【００５７】
あるいは、前記セル接合体は、クランプ装置を介して熱的に接触させることもできる。この場合、扁平管１３０とセル３１０との間には接触しかなく、材料結合は存在しない。その際、前記クランプ装置は、例えば腹帯またはクランプ板として構成しておくことができる。場合によっては電位を有する前記電池セル３１０に対して電気絶縁するために、前記冷却器には、例えば塗料などの保護コーティングを施すことができる。
【００５８】
あるいは、冷却金属薄板を備えた冷却板を設置することもできる。さらに、前記扁平管１３０を冷却金属薄板を介して前記セル３１０に結合することも可能であろう。
【００５９】
図１２は、本発明のさらに別の実施例に係るエネルギー蓄積装置を示す図である。集電体３２０と扁平管１３０とを備えた電気化学エネルギー蓄積ユニット３１０からなる配置が示されている。図１２に示された実施例では、前記扁平管１３０は前記集電体３２０に直接接触する。その際、それぞれ１つの扁平管１３０が、２つの隣接する集電体３２０の間の凹部に配置されて、前記両集電体３２０のうちの１つに接合され、それぞれ他方の集電体３２０からは離間されている。前記扁平管１３０は、図１および図２に示された冷却装置の冷却通路を形成できる。
【００６０】
図１３には、図１２の本発明に係る配置の組み立てが図示されている。そこから見て取れるように、前記冷却器１００の前記扁平管１３０間の距離が、前記配置の組み立てが行われた状態において、それぞれ１つの扁平管１３０が集電体３２０に接触するように設定されている。
【００６１】
図１２および図１３との関連で述べられている、収集タンクにつながった扁平管１３０を介した電池セル３１０の集電体冷却の実施例では、前記セル３１０の前記集電体３２０を例えば接着によって直接前記扁平管１３０に結合しておくことができる。このことは、とりわけ、前記セル３１０の一方の側面に位置決めされた集電体３２０の場合に有利である。放熱は、直接前記セル３１０から前記集電体３２０を介して前記ヒートシンク１３０へと行われる。十分な結合面を得るために、前記集電体３２０は伸長させることができる。従ってまた、セル接合体を電路に良好に組み立てることが可能である。前記扁平管１３０は、冷媒または冷却剤を用いて運用できる。冷却板の代わりに管１３０を用いることによって、冷却部全体の重量が低減される。前記集電体３２０に対して電気絶縁するために、かつ、熱伝導経路と電路とを分離するために、前記扁平管１３０を含む前記冷却器１００全体に、保護コーティング、例えば塗料を施すことができる。
【００６２】
あるいは、冷却金属薄板を備えた冷却板を設置することもできる。さらに、前記扁平管１３０を冷却金属薄板を介して前記セル３１０に結合すること、または前記扁平管１３０を直接セル外装部に設置することも可能であろう。
【００６３】
図１４は、２つのセル３１０からなり、それらの間に折り曲げられた冷却金属薄板３３０が配置された構成を示す。前記折り曲げられた冷却金属薄板３３０は２つの脚部を有し、これらの脚部は前記セル３１０のそれぞれ１つの主側面に当接している。一端部において、前記脚部はそれぞれ、前記セル３１０の縁部領域の輪郭に従い、これにより、前記脚部は、前記セル３１０の前記突出部３２０に対してそれぞれ１つの湾曲部を有する。従って、図１４に示された実施例の場合、前記折り曲げられた冷却金属薄板３３０の前記脚部の前記端部間に漏斗状の凹部３４０が形成されている。
【００６４】
図１５は、図１４の配置に適した冷却装置１００の実施例を示す斜視図である。明らかなように、前記冷却装置１００が、平行に延在する楔状の扁平管１３０を有する。
【００６５】
図１６は、図１５の前記扁平管１３０のうちの１つの断面を示す。前記扁平管１３０の外輪郭が、図１４に示された、前記冷却金属薄板の端部領域の漏斗状の凹部に対応していることが見て取れる。
【００６６】
図１７は、セル積層体３００の冷却金属薄板における扁平管冷却器１００の前記扁平管の組み立てを示す図である。矢印１７１０は、前記冷却器１００が、例えば挿入接着によって前記セル積層体３００に接合される際の方向を示す。
【００６７】
図１８は、扁平管１３０と冷却金属薄板３３０とからなる配置を示す断面図であり、このような配置は、図１７との関連で示された組み立てによって生じ得る。楔状の扁平管１３０は、その外面が、前記折り曲げられた冷却金属薄板３３０によって形成された漏斗状の凹部の内面に当接している。接着剤１８１０によって、前記冷却金属薄板３３０が前記扁平管１３０に結合される。
【００６８】
図１９は、本発明に係る代替的な実施例に従ったエネルギー蓄積装置を示す図である。間にそれぞれ１つの折り曲げられた冷却金属薄板３３０が配置された、それぞれ対のセル３１０が示されている。セル３１０の、隣接し合う対同士の間には、冷却金属薄板を配置することはできない。前記折り曲げられた冷却金属薄板は、図１４を用いて説明した通りに成形することができる。この実施例では、前記冷却通路１３０を板１９１０に接合しておくことができる。従って、図１９には、折り曲げられた冷却金属薄板３３０と通路１３０を備えた板１９１０とからなる配置および位置決めが示されている。ここに示された実施例の場合、前記冷却金属薄板１９１０は、例えば冷却突出部を備えた押し出し成形部品であることが可能であり、この押し出し成形部品は前記管あるいは冷却通路１３０を有する。
【００６９】
図１９には、前記冷却板１９１０の２つの可能な実施態様が示されている。１つの実施例では、前記通路１３０が前記冷却板１９１０の前記突出部内に配置されている。図１９のこの実施態様では、前記冷却板１９１０が前記冷却金属薄板に配置されている。あるいは、前記通路１３０は、直接前記冷却板１９１０内に、前記突出部に隣接させて配置することも可能であり、それがこの図の下部に示されている。
【００７０】
図２０は、２つのセル３１０の間における前記折り曲げられた冷却金属薄板３３０の折り曲げ領域を示す詳細図である。前記脚部の間に、例えば、エネルギー蓄積装置を保持するためのピンを収容できる開口部２０１０が形成されている。
【００７１】
収集タンクにつながった扁平管１３０を介して電池セル３１０を冷却するために、図１４〜図２０の諸実施例では、例えば１つまたは複数のセル３１０を二重の冷却金属薄板３３０に例えば接着によって結合しておくことができる。前記二重の対称的な冷却金属薄板３３０は、中央で折り曲げられた金属薄板からなり、その開いた端部は∨字形あるいは楔形開口部３４０を形成する。この形状によって、例えば熱伝導性接着剤を用いた接着、または用いない接着による前記扁平管冷却器１００の組み立てが容易になる。楔状の扁平管１３０を用いることによって、前記組み立てがさらに改善され、扁平管１３０と∨字形あるいは楔形に広げられた冷却金属薄板３３０との間の良好な接着が可能となる。その際、前記管１３０は押し出し形材として構成しておくことができる。前記楔状の結合によって、接触面は、平行な結合に比して大きくなる。
【００７２】
前記扁平管１３０は、ただ１つの押し出し部品として成形することも可能であり、例えば管１３０が載設された板１９１０の形態で、前記集電体の対向する側面に設置することもできる。これにより、前記冷却部は、同時にまた構造上の課題にも対処できる。前記流路は、前記管１３０内または前記板１９１０内に位置することができる。冷却金属薄板を備えた複数のセルを押し出し成形部品と統合して１つのモジュールにすることが可能である。
【００７３】
前記冷却金属薄板３３０は、屈曲領域を丸く成形しておくことが可能である。前記折り曲げられた冷却金属薄板３３０の場合、これにより、この屈曲領域は管状になり、ピン等の収容部２０１０としての働きを担うことができる。挿入されるこれらのピンは、例えばハウジングの収容部内またはその他の構造部品の収容部内に係止することができる。これにより、構造全体の中に前記モジュールを容易に組み立てることが可能となる。
【００７４】
上述の諸実施例は、単に典型例として選択されたものであり、互いに組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１００  扁平管冷却器、扁平管蒸発器、冷却装置、冷却器、ヒートシンク、電池冷却器
１１０  第１の収集タンク、第１の水タンク
１２０  第２の収集タンク、第２の水タンク
１３０  冷却通路、扁平管、管、ヒートシンク、通路
３００  エネルギー蓄積部、セル積層体
３１０  電気化学エネルギー蓄積ユニット、セル、電池セル
３２０  突出部、シール、シール縁部、集電体
３３０  冷却金属薄板
３４０  中間スペース、凹部、∨字形あるいは楔形開口部
５００  エネルギー蓄積装置
６００  エネルギー蓄積装置
７００  エネルギー蓄積装置
７１０  絶縁体、絶縁部
１０１０  接着部、封入部
１７１０  矢印
１８１０  接着剤
１９１０  板、冷却金属薄板、冷却板
２０１０  開口部、収容部
【図１】
2013510385.tif 000003
【図２】
2013510385.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2013510385.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013510385.tif 000009
【図８】
2013510385.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2013510385.tif 000012
【図１１】
2013510385.tif 000013
【図１２】
2013510385.tif 000014
【図１３】
2013510385.tif 000015
【図１４】
2013510385.tif 000016
【図１５】
2013510385.tif 000017
【図１６】
2013510385.tif 000018
【図１７】
2013510385.tif 000019
【図１８】
2013510385.tif 000020
【図１９】
2013510385.tif 000021
【図２０】
2013510385.tif 000022
【国際調査報告】
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2013510385.tif 000024
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