(57)【要約】  少なくとも１つの貫通穴（３２）を含む少なくとも１つの端部パネル（１６）を含むハウジング（１２）を備えるエネルギー貯蔵装置（１０）。装置は、ハウジングに収容されたバッテリセル（４０）をさらに含む。バッテリセルは、互いに対向する第１および第２の面をさらに含み、第１および第２の面がそれらの縁部（１１２ａ、１１２ｂ）で接合される。装置は、バッテリセルに隣接するとともにバッテリセル（４０）の第１の面と熱接触するヒートシンク（３４）をさらに含む。ヒートシンク（３４）は、隣のバッテリセルの面と平行に延びる少なくとも１つの冷媒通路（３６）を形成する。冷媒通路（３６）は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴（３２）を貫通して開口する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの貫通穴（３２）を含む少なくとも１つの端部パネル（１６）を備えるハウジング（１２）と、
前記ハウジング（１２）に収容されたバッテリセル（４０）であり、前記バッテリセル（４０）が、互いに対向する第１および第２の面（３８）を備え、前記第１および第２の面（３８）が前記第１および第２の面（３８）の縁部（１１２ａ、１１２ｂ）で接合される、バッテリセル（４０）と、
前記バッテリセル（４０）に隣接するとともに前記バッテリセル（４０）の前記第１の面（３８）と熱接触するヒートシンク（３４）であり、前記ヒートシンク（３４）が、前記バッテリセル（４０）の前記第１の面（３８）と平行に延びる少なくとも１つの冷媒通路（３６）を形成し、前記冷媒通路（３６）が、前記ハウジング（１２）の前記少なくとも１つの端部パネル（１６）を貫通して形成された前記少なくとも１つの穴（３２）の上に開口する、ヒートシンク（３４）と、
を備えるエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項２】
前記ハウジング（１２）が、前記ハウジング（１２）の前記端部パネル（１６）を覆って固定されたカバーパネル（１８）をさらに含み、前記カバーパネル（１８）が、前記端部パネル（１６）の前記少なくとも１つの穴（３２）と位置合せされた少なくとも１つの空気ガイド（２０）を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項３】
前記バッテリセル（４０）が、前記ハウジング（１２）の開放側部（２２）に配された、負電極（５０）および正電極（４６）を含む、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項４】
前記ハウジング（１２）の前記開放側部（２２）に配されて前記バッテリセル（４０）の少なくとも前記負および正電極（５０、４６）を覆う封止材（２８）をさらに備える、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項５】
前記バッテリセル（４０）が、前記ハウジング（１２）に収容された複数のバッテリセル（４０）のうちの第１のバッテリセル（４０）であり、
前記ヒートシンク（３４）が、前記複数のバッテリセル（４０）にそれぞれ隣接する複数のヒートシンク（３４）のうちの第１のヒートシンク（３４）であり、
前記複数のバッテリセル（４０）の電極（５０、４６）が、直列または並列またはそれらの組合せで電気的に相互接続される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項６】
前記第１のバッテリセル（４０）の前記負電極（５０）に電気的に接続された負端子（２６）と、前記複数のバッテリセル（４０）のうちの第２のバッテリセル（４０）の正電極（４６）に電気的に接続された正端子（２４）とをさらに備える、請求項５に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項７】
前記ハウジング（１２）の前記開放側部（２２）に配されて前記複数のバッテリセル（４０）の少なくとも前記電極（５０、４６）を覆う封止材（２８）をさらに備え、前記負端子（２６）および前記正端子（２４）が前記封止材（２８）を貫通する、請求項６に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項８】
前記ハウジング（１２）の前記開放側部（２２）を覆って固定されたフェースプレート（２９）をさらに備え、前記負端子（２６）および前記正端子（２４）が前記フェースプレート（２９）を貫通する、請求項６に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項９】
前記バッテリセル（４０）が、前記ハウジング（１２）に収容された複数のバッテリセル（４０）のうちの１つであり、
前記ヒートシンク（３４）が複数のヒートシンク（３４）のうちの１つであり、
前記バッテリセル（４０）が、前記複数のヒートシンク（３４）の間に介在するとともに前記複数のヒートシンク（３４）に取り付けられたパウチセル（４０）である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１０】
前記複数のヒートシンク（３４）の少なくとも１つが、前記ハウジング（１２）内に前記複数のバッテリセル（４０）を支持するために前記端部パネル（１６）に機械的に係合する、請求項９に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１１】
前記ヒートシンク（３４）が、前記端部パネル（１６）の対応する穴（３２）に機械的に係合し、前記穴（３２）が、前記端部パネル（１６）が前記複数のバッテリセル（４０）を圧縮して保持するように、前記ヒートシンク（３４）の１つおよび前記バッテリセル（４０）の１つの組合せ厚よりも短い距離で連続して離間する、請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１２】
前記バッテリセル（４０）が、組立前厚の約９９％よりも小さく圧縮される、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１３】
約４０Ｗｈ／ｋｇを超すエネルギー密度を有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１４】
請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）を複数備えるバッテリアセンブリであって、空気（ａ）が、前記複数のエネルギー貯蔵装置（１０）のうちの第１のエネルギー貯蔵装置（１０）の前記冷媒通路（３６）を通って流れ得、次いで前記複数のエネルギー貯蔵装置（１０）のうちの第２のエネルギー貯蔵装置（１０）の前記冷媒通路（３６）を通って流れ得るように、前記複数のエネルギー貯蔵装置（１０）が配置される、バッテリアセンブリ。
【請求項１５】
前記ヒートシンク（３４）がアルミニウムであり、前記冷媒通路（３６）の横断面が矩形である、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１６】
対向する第１および第２の端部パネル（１６ａ、１６ｂ）を備えるハウジング（１２）であり、前記第１および第２の端部パネル（１６ａ、１６ｂ）が実質的に互いに平行であり、前記第１の端部パネル（１６ａ）が第１の複数のスロット（３２ａ）を形成し、前記第２の端部パネル（１６ｂ）が第２の複数のスロット（３２ｂ）を形成し、前記第１の複数のスロット（３２ａ）が前記第２の複数のスロット（３２ｂ）と位置合せされる、ハウジング（１２）と、
前記ハウジング（１２）に収容された複数のバッテリモジュール（４２）であり、前記バッテリモジュール（４２）が、
第１および第２の側縁部（１１２ａ、１１２ｂ）をそれぞれに有する複数のバッテリセル（４０）と、
前記複数のバッテリセル（４０）の間に介在するとともに前記セル（４０）と熱接触する複数のヒートシンク（３４）であり、前記ヒートシンク（３４）が、前記ヒートシンク（３４）の第１および第２の端部（１１６ａ、１１６ｂ）のそれぞれに第１および第２の冷媒通路開口（１１４ａ、１１４ｂ）を有する複数の冷媒通路（３６）を形成し、前記複数の冷媒通路（３６）が、前記バッテリセル（４０）の前記第１および第２の側縁部（１１２ａ、１１２ｂ）を越えて延びる、複数のヒートシンク（３４）と、を備える複数のバッテリモジュール（４２）と、を備え、
前記バッテリセル（４０）または前記ヒートシンク（３４）のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を封入する封止材（２８）と、
を備え、
前記ヒートシンク（３４）の前記第１および第２の端部（１１６ａ、１１６ｂ）が、前記第１の複数のスロット（３２ａ）および前記第２の複数のスロット（３２ｂ）にそれぞれに配され、それによって、前記バッテリモジュール（４２）が前記スロット（３２ａ、３２ｂ）によって支持される、エネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１７】
ハウジング（１２）と、
前記ハウジング（１２）に収容されたバッテリセル（４０）であり、前記バッテリセル（４０）が面（３８）を有する、バッテリセル（４０）と、
前記バッテリセル（４０）に隣接するとともに前記バッテリセル（４０）の前記面（３８）と熱接触するヒートシンク（３４）であり、前記ヒートシンク（３４）が、前記バッテリセル（４０）の前記面（３８）と平行に延びる複数の冷媒通路（３６）を形成し、前記冷媒通路（３６）の横断面が矩形であり、前記冷媒通路（３６）が前記ハウジング（１２）を貫通して開口する、ヒートシンク（３４）と、
前記バッテリセル（４０）または前記ヒートシンク（３４）のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆う封止材（２８）と、
を備えるエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１８】
第１の複数の冷媒通路（３６）を有する第１のエネルギー貯蔵装置（１０）であり、前記第１の複数の冷媒通路（３６）が前記第１のエネルギー貯蔵装置（１０）を貫通して形成される、第１のエネルギー貯蔵装置（１０）と、
第２の複数の冷媒通路（３６）を有する第２のエネルギー貯蔵装置（１０）であり、前記第２の複数の冷媒通路（３６）が前記第２のエネルギー貯蔵装置（１０）を貫通して形成される、第２のエネルギー貯蔵装置（１０）と、
を備え、
前記第１のエネルギー貯蔵装置（１０）および前記第２のエネルギー貯蔵装置（１０）が、前記第１および第２の複数の冷媒通路（３６）を通って空気（ａ）が流れ得るように、前記第１および第２の複数の冷媒通路（１０）を互いに位置合せして配置される、バッテリアセンブリ。
【請求項１９】
エネルギー貯蔵装置（１０）を製作する方法であって、前記方法が、
冷媒通路（３６）を形成するヒートシンク（３４）のアレイと共にバッテリセル（４０）を積み重ねる工程であり、前記バッテリセル（４０）の面（３８）が、前記ヒートシンク（３４）の対応するアレイの面に接触する、工程と、
積み重ねられた前記バッテリセル（４０）および前記ヒートシンク（３４）を、前記冷媒通路（３６）の開口端部（１１４ａ、１１４ｂ）と位置合せされた空気流用穴（３２）を有するハウジング（１２）内に封入する工程と、
を備える方法。
【請求項２０】
複数のバッテリセル（４０）をヒートシンク（３４）の複数のアレイを介在させて積み重ねる工程と、
前記複数のバッテリセル（４０）の正および負電極（４６、５０）を電気的に相互接続する工程と、
電気的に相互接続された前記電極（４６、５０）を覆って封止材（２８）を配する工程と、
をさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数のバッテリセル（４０）の電極（４６、５０）と電気的に接続された電力端子（２４、２６）を設ける工程をさらに備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電力端子（２４、２６）が前記封止材（２８）を貫通する、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、概してエネルギー貯蔵装置に関する。幾つかの実施形態は、密封換気式エネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン（「Ｌｉイオン」）再充電バッテリは、比較的高いエネルギー密度および良好な再充電率を呈するので、広範に使用されている。これらのバッテリの具体的な一用途は、露天採掘作業、地下採掘作業等に用いる、ハイブリッド採鉱トラックおよび他のハイブリッド不斉地用自動車（「ＯＨＶ」）等の、回生制動システムを有する自動車にある。
【０００３】
ハイブリッドＯＨＶ用途は、非常に高い充電率と同時に高いエネルギー貯蔵容量を可能にするバッテリ技術を必要とする。現在、Ｌｉイオンバッテリ技術は、高い充電率を満たすとともに十分な寿命を維持することが可能な唯一の技術である。残念なことに、高い充電率は、バッテリセルの過熱を防ぐために放散させる必要がある、バッテリの高い内部抵抗（Ｉ2Ｒ）損失を作り出し得る。Ｌｉイオンの最高セル動作温度は、典型的に５５〜６５℃であるが、ＯＨＶトラックが動作する最高周囲温度は、５５℃に達し得、大半の動作は、４５℃に達する周囲温度で行われる。結果として、セル温度と最大周囲温度の間には、利用可能な熱ヘッドルームが殆ど存在しない。
【０００４】
Ｌｉイオンセルのための既知の冷却アプローチは、液冷および間接換気を含む。一般に、液冷は、冷媒の損失を生じる潜在的な故障モードによりＯＨＶ用途には好ましくない（例えば、水または冷却液の漏れ）。典型的に、液冷アプローチは、個々のＬｉイオンセルの間に挟まれたアルミニウムまたは銅のプレートを伴っている。少なくとも１つの冷却プレート（液冷パイプを伴う）は、次いで、挟まれた各プレートの少なくとも１つの表面に近接して取り付けられて熱を伝導する。セル内で放散した熱は、まず、挟まれたプレートに伝導し、次いで、プレートを介して、液冷される１つまたは複数の冷却プレートに運ばれる。液状冷媒は、次いで、熱を熱交換器に運び、そこでは、熱が最終的に周囲空気中に放散される。間接換気式システムにおいて、アルミニウムまたは銅のプレートは、同様にセル同士の間に挟まれる。液冷される冷却プレートは、１つ以上のフィン付きヒートシンクに置き換えられる。両方のアプローチにおいて、冷却プレートまたはヒートシンクは、冷却式エネルギー貯蔵装置の達成可能なエネルギー密度を制限する。
【０００５】
したがって、既知の冷却モードを用いて達成されているよりも高いエネルギー密度を有する冷却式エネルギー貯蔵装置を有することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２１２７０号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明のある実施形態は、少なくとも１つの貫通穴を含む少なくとも１つの端部パネルを含むハウジングを含むエネルギー貯蔵装置に関する。装置は、ハウジングに収容されたバッテリセルをさらに含み、バッテリセルは、互いに対向する第１および第２の面を有し、第１および第２の面がそれらの縁部で接合される。装置は、バッテリセルに隣接するとともにバッテリセルの第１の面と熱接触するヒートシンクをさらに含む。ヒートシンクは、バッテリセルの第１の面と平行に延びる少なくとも１つの冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴に開口する。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、ハウジングを備えるエネルギー貯蔵装置に関する。ハウジングは、対向する第１および第２の端部パネルを含む。端部パネルは、実質的に互いに平行である。第１の端部パネルは、第１の複数のスロットを形成し、第２の端部パネルは、第２の複数のスロットを形成する。第１および第２の複数のスロットは、互いに位置合せされる。複数のバッテリモジュールは、ハウジングに収容される。バッテリモジュールは、第１および第２の側縁部をそれぞれに有する複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルの間に介在するとともにセルと熱接触する複数のヒートシンクとを備える。ヒートシンクは、ヒートシンクの第１および第２の端部のそれぞれに第１および第２の冷媒通路開口を有する複数の冷媒通路を形成し、冷媒通路は、バッテリセルの第１および第２の側縁部を越えて延びる。封止材は、バッテリセルまたはヒートシンクのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を封入する。ヒートシンクの第１および第２の端部は、スロットがバッテリモジュールを支持するように、第１の複数のスロットおよび第２の複数のスロットにそれぞれ配される。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、ハウジングと、ハウジングに収容されたバッテリセルと、バッテリセルに隣接するヒートシンクとを含むエネルギー貯蔵装置に関する。ヒートシンクは、バッテリセルの面と熱接触する。ヒートシンクは、バッテリセルの面と平行に延びる複数の冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングを貫通して開口する。封止材は、バッテリセルまたはヒートシンクのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆う。
【００１０】
本発明の他の実施形態は、第１のエネルギー貯蔵装置および第２のエネルギー貯蔵装置を備えるバッテリアセンブリに関する。第１のエネルギー貯蔵装置は、第１のエネルギー貯蔵装置を貫通して形成された第１の複数の冷媒通路を有し、第２のエネルギー貯蔵装置は、第２のエネルギー貯蔵装置を貫通して形成された第２の複数の冷媒通路を有する。第１のエネルギー貯蔵装置および第２のエネルギー貯蔵装置は、第１および第２の複数の冷媒通路を通って空気が流れ得るように、第１および第２の複数の冷媒通路を互いに位置合せして配置される。
【００１１】
本発明の他の態様は、バッテリセルの面をヒートシンクの対応するアレイの面に接触させて、冷媒通路を形成するヒートシンクのアレイと共にバッテリセルを積み重ねることによって、エネルギー貯蔵装置を製作する方法に関する。積み重ねられたバッテリセルおよびヒートシンクは、次いで、冷媒通路の開口端部と位置合せされる空気流用穴を有するハウジング内に封入される。
【００１２】
本明細書において、用語「実質的に」および「約」は、構成要素または組立体の機能的目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、合理的に達成可能な製造および組立の許容誤差内の条件を示すことを意図している。
【００１３】
本発明は、添付図面を参照して非限定的な実施形態の以下の説明を読むことによって、より理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のある実施形態による直接換気密封式エネルギー貯蔵装置の斜視図である。
【図２】端部パネルが除去された、図１に示すエネルギー貯蔵装置の斜視図である。
【図３】図１および図２に示すエネルギー貯蔵装置のバッテリモジュールの斜視分解組立図である。
【図４】図１および図２に示すエネルギー貯蔵装置を製作するための、複数のバッテリモジュールのスタックの斜視図である。
【図５】バッテリモジュールが圧縮および固定されている、図４のスタックの斜視図である。
【図６】モジュールが電気的に接続されて封入されている、図４〜図５のバッテリモジュールのスタックの斜視図である。
【図７】図４〜図６に示すバッテリモジュールのスタックを封止する工程の斜視図である。
【図８】本発明のある実施形態による複数のエネルギー貯蔵装置を含む水平換気式バッテリシステムの斜視図である。
【図９】本発明のある実施形態による複数のエネルギー貯蔵装置を含む垂直換気式バッテリシステムの斜視図である。
【図１０】ある実施形態による、必ずしも縮尺が正確でない、エネルギー貯蔵装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、本発明の例示的な実施形態であり、それらの例が添付図面に図示されている実施形態が詳細に参照される。可能な場合、図面を通して用いられる同じ参照文字は、同じまたは同様の部品を参照している。本発明の例示的な実施形態がオフハイウェイ自動車に関して記述されているが、本発明の実施形態は、一般に電力貯蔵装置での使用にも適用可能である。
【００１６】
本発明の実施形態は、内部においてバッテリセルが環境から密封される直接換気式エネルギー貯蔵装置に関する。図１は、例示的な実施形態によるエネルギー貯蔵装置１０を示している。装置１０は、ハウジング１２内に位置するバッテリセル（不図示）を含む。ハウジング１２は、複数の側部パネル１４ならびに端部パネル１６およびカバーパネル１８を含む。カバーパネルは、最小の圧力低下でエネルギー貯蔵装置を通じて換気流ａを案内するためのルーバーまたは空気ガイド２０を含む。側部パネル１４および端部パネル１６は、ハウジングの開放側部２２を形成し、そこからは正および負の電力端子２４、２６が突出する。ハウジングの開放側部は、電力端子を取り囲むとともに、ハウジングを取り囲む環境から離してエネルギー貯蔵装置のセルを密封する、封止材２８で充填される。封止材は、低粘性樹脂Ｄｏｗ  Ｄ．Ｅ．Ｒ．（商標）７３２または７３６等、電気的用途でよく用いる任意数のエポキシ封止樹脂または埋込用樹脂であり得る。
【００１７】
代わりに、図２は、ハウジングの開放側部を覆って固定される取り外し可能なフェースプレート２９を示している。フェースプレートは、電力端子を越えて密封的にスライドするための貫通孔を含む。
【００１８】
図２および図３を参照すると、カバーパネル１８は、ある実施形態ではスロットである穴３２を形成するバー３０を含む端部パネル１６を露わにするために取り外され得る。各スロットまたは他の穴３２は、スロットに沿って線状配列に配置される多数のチューブ状ヒートシンク３４の端部と位置合せされる。図示する実施形態において、少なくとも一部のヒートシンクの端部は、スロット３２に係合し、それによって、ハウジング１２内でヒートシンクを支持する。ヒートシンクは、並列して示されるとともに本質的に互いに接続されるが、本発明から逸脱しない範囲で、隣接するヒートシンクの間に隙間が存在し得る。
【００１９】
図３は、チューブ状ヒートシンク３４のそれぞれが、空気等の冷媒の流れを受容するための冷媒通路３６を形成することを示している。隣接するヒートシンク同士の間の隙間も、冷媒通路３６を形成し得る。ヒートシンク３４の各アレイは、バッテリパウチセル４０の面３８に近接して位置し、または面３８に固定されて、バッテリモジュール４２を形成する。「パウチセル」は、電解質が硬質ケースに封入される「角柱セル」とは対照的に、変形可能かつ可撓性の膜によって電解質が内部に封入される形式のバッテリセルである。例えば、定格６０Ａｈ、２．２５ｖｄｃであるＬｉイオンパウチセルは、合計５４個のチューブ状ヒートシンクを備え得、各チューブは、公称３／１６インチ（４．８ｍｍ）平方、壁厚０．０１４インチ（０．３６ｍｍ）であり得る。アレイの各ヒートシンク３４は、パウチセル４０の面と接触して示されている。よって、冷媒通路３６を通って流れる空気は、ヒートシンク３４の比較的薄い壁を通じてパウチセル４０から熱を受け得、それによって、バッテリモジュール４２内で発生した熱を素早く放散させる。加えて、各ヒートシンクは、端部パネル１６に形成されたスロット３２の１つに係合されるように、隣のバッテリセルを越えて突出し、それによって、ヒートシンクとバッテリパウチセル４０の両方をハウジング１２内に支持する。この配置は、Ｌｉイオンパウチセルのようにバッテリセル壁が比較的弱い実施形態において特に有利である。また、隣接するヒートシンク３４同士の間に隙間が存在する場合でも、ヒートシンクは、それにもかかわらず、少なくとも隙間幅がヒートシンクチューブのサイズを越えない限り十分な構造的支持を提供し得る。
【００２０】
チューブ状ヒートシンクは、押出し成形されたアルミニウムから製造されるが、非限定的に銅および高分子を含む他の材料でも作られ得る。加えて、チューブ状ヒートシンクの冷媒通路３６は、正方形または長方形の断面を有し得るが、円形および楕円形を含む他の形状の断面も有し得る。さらに、チューブ状ヒートシンクは、単一の押出し成形品に組み込まれた複数の冷却通路を有する複数のチューブで構成され得、それによって、パウチセル４０の面と接触する個々のヒートシンクの数を１つを含む少ない数に低減する。
【００２１】
図４〜図６を参照すると、本発明のある実施形態によれば、多数のバッテリモジュール４２を積み重ねることによって、密封直接換気式エネルギー貯蔵装置が形成される。例えば、２０個のバッテリモジュールが積み重ねられてバッテリモジュールスタック４３を形成し、スタックの一端（頂部または底部）には、全てのパウチセル４０の大面積の両面がヒートシンクと接触するように（図４）、ヒートシンクの追加層４４が追加される。スタックは、次いで圧縮されまたは押し潰される。スタック４３内では、各セル４０がヒートシンク３４の２つの層の間に挟まれることに留意されたい。同時に、一方の側部にのみセルを有する、スタックの頂部および底部のヒートシンクを除いて、ヒートシンク３４の各層が２つのセル４０の間に挟まれる。
【００２２】
仮止接着剤は、モジュール４２の組立中にヒートシンク３４をセル４０に固定するために使用され得、次いで、積重ね中にパック１０を形成するためにモジュール同士の間で使用され得る。例えば３Ｍ（商標）ＴＣ−２７０７またはＴＣ−２８１０等の高熱伝導性用の接着剤が選択され得る。代わりに、モジュールの組立中および積重ね中にヒートシンクおよびセルを位置合せおよび保持するために、仮組立用ジグが利用され得る（不図示）。
【００２３】
バッテリセル４０およびヒートシンク３４のスタックがその仮組立厚よりも小さく圧縮される一方で、端部パネル１６のスロットまたは穴３２は、突出するヒートシンク３４を越えてスライドされる（図５）。各穴３２は、パウチセル４０およびヒートシンク３４の組み合わされた仮組立厚よりも短い距離で、その隣の穴から離間する。端部パネル１６は、それによって、バッテリモジュール４２同士を結合し、スタックの圧縮を維持し、パウチセル４０のための構造的支持を提供する。例えば、バッテリセルは、仮組立厚の約９９％よりも小さく、または仮組立厚の約９５％よりも小さく圧縮され得る。一部の実施形態において、ヒートシンクの少なくとも１つは、端部プレートに機械的に係合して、ハウジング内に複数のバッテリセルを支持する。
【００２４】
端部パネルがスタックを結合するために組み立てられると、次いで、図６に示すように、各パウチセルの正電極４６は、ジャンパ４８によって隣のパウチセルの負電極５０、または正電力端子２４に電気的に接続される。加えて、負電極５０の１つ以上は、負電力端子２６に電気的に接続される。側部パネル１４は、次いで端部パネル１６およびカバーパネル１８と組み立てられ得、図７に示すように、少なくとも１つの開放側部２２を有するハウジング１２を形成する。
【００２５】
図７は、ハウジング１２の開放側部２２でパウチセル４０を封止する工程をさらに示している。封止樹脂２８が冷媒通路３６に進入することを防止するために、端部パネル１６のスロット３２を覆って仮カバー５２が配置される。凝固すると、封止樹脂は、パウチセル４０に追加の構造的支持を提供するとともに、電極４６、５０を電気的に絶縁する。
【００２６】
図８は、空気ガイド２０を左右に開口してエネルギー貯蔵装置１０の複数の平面アレイが積み重ねられる、水平空気流ａを備える実施形態８０を示している。空気流ａは、左でシステムに進入し、直列の３つのエネルギー貯蔵装置１０を通って流れ、右でシステムから離脱する。空気ガイド２０は、空気流ａを分割するとともに、著しい圧力低下を伴わずにエネルギー貯蔵装置１０を通じて案内するために、幾分三角形の断面を有し得る。各エネルギー貯蔵装置内では、ヒートシンクの内部壁が対流的な熱除去のための相当な表面積を提供する。よって、各バッテリセル内で発生した熱は、隣接するヒートシンクを通って、移動する空気中に直接放散する。例えば、２０個のバッテリセルを収容する４８Ｖ、６０Ａｈ、２．７ｋＷｈのエネルギー貯蔵装置において、全質量は、５５ｋｇであり、４９Ｗｈ／ｋｇのエネルギー密度を有する。ある実施形態において、各セルから周囲への熱抵抗は、ヒートシンク内の比較的大きな対流面積を考慮すると、３６０Ａの連続充電／放電中に５５℃の周囲状況で内部セル温度が６５℃を超えないために十分小さい。ある実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、約４０Ｗｈ／ｋｇを超すエネルギー密度を有する。
【００２７】
図９は、空気ガイド２０を上方および下方に開口してエネルギー貯蔵装置１０が積重ねられる、垂直空気流ａを有する実施形態９０を示している。空気流ａは、底部でシステムに進入し、直列の４つのエネルギー貯蔵装置を通って上向きに流れ、頂部でシステムから離脱する。空気流ａは、（図９のような）自然対流によって、または電動送風機、ファン等の強制対流によって提供され得る。
【００２８】
他の実施形態において、図１０を参照すると、エネルギー貯蔵装置１０は、ハウジング１２およびハウジングに収容された複数のバッテリモジュール４２を備える。ハウジングは、対向する第１および第２の端部パネル１６ａ、１６ｂを備える。第１および第２の端部パネルは、実質的に互いに平行である（製造および組立の許容誤差を除けば平行であることを意味する。）。第１の端部パネルは、第１の複数の平行スロット３２ａを形成し、第２の端部パネルは、第２の複数の平行スロット３２ｂを形成する。第１の複数の平行スロットは、第２の複数の平行スロットと位置合せされる。バッテリモジュール４２（複数のバッテリモジュールのうちの１つのみが図１０に示されている。）は、第１および第２の側縁部１１２ａ、１１２ｂをそれぞれに有する複数のバッテリセル４０を備える。バッテリモジュールは、複数のバッテリセルの間に介在するとともにセルと熱接触する複数のヒートシンク３４をさらに備える（介在するとは、例えば、第１のセル、次いで第１のヒートシンク、次いで第２のセル、次いで第２のヒートシンク等、隣接するセル同士の間にヒートシンクが挟まれることを意味する。）。ヒートシンク３４は、第１および第２の冷媒通路末端開口１１４ａ、１１４ｂを有する複数の平行な冷媒通路３６を形成する（通路３６は、横断面が正方形さもなければ長方形であり得、ヒートシンクは、アルミニウムであり得る。）。第１および第２の冷媒通路末端開口とそれぞれ同一延長上にあるヒートシンクの第１および第２の末端部１１６ａ、１１６ｂは、バッテリセルの側縁部１１２ａ、１１２ｂを越えて延びる（距離「Ｄ」を参照）。ヒートシンクの第１および第２の末端部１１６ａ、１１６ｂは、第１の複数の平行スロット３２ａおよび第２の複数の平行スロット３２ｂにそれぞれ配され、それによって、バッテリモジュールは、スロットによって支持される。装置１０は、バッテリセルの少なくとも一部を封入する封止材２８（図１０に概略的に示す。）をさらに備え得る。
【００２９】
上述したように、本発明の実施形態は、直接換気式エネルギー貯蔵装置に関する。直接換気式エネルギー貯蔵装置において、熱は、装置のセルの隣に位置するとともにセルと熱接触するヒートシンクの空気（または他の冷媒）貫通通路を通過することによって、セルから移送される。つまり、各セルのためにセルと熱接触するヒートシンクがそれぞれに存在し、熱は、セルからヒートシンクまで、次いでヒートシンクの空気通過貫通内部通路まで通過する。対照的に、従来の間接換気式エネルギー貯蔵装置は、熱伝導プレートと一体となった外部のフィン付きヒートシンクを利用する。バッテリ内で発生した熱は、プレートを横切ってフィンにのみ放散され得、フィンは、対流熱除去のための比較的限定された表面積を呈する。２０個のバッテリを収容する４８Ｖ、６０Ａｈ、２．７ｋＷｈの従来のエネルギー貯蔵装置の場合、合計質量は、７０〜８０ｋｇであり、エネルギー密度は、３４〜３９Ｗｈ／ｋｇである。各セルから周囲までの熱抵抗は、各伝導プレートを横切る伝導距離およびフィンの比較的小さな対流面積を考慮すると、直接換気式セルの場合に期待される熱抵抗を２０％超上回る。
【００３０】
これにより、本発明の実施形態による直接換気式エネルギー貯蔵装置は、低重量（例えば、同じエネルギー容量の間接換気式パックよりも２０〜３５％低い）であり、既知の装置と比べて冷却が向上するという利点を呈する。バッテリ重量の低下は、既知の装置と比べて採鉱輸送トラックの積載量を増加させることによって、生産性の増加および燃費の恩恵を提供する。冷却の向上は、周囲温度に対するバッテリセルの温度上昇を低減し（同じ冷却出力の場合）、それによって、熱的に制限されるときにバッテリの充電率および放電率を増加させることができる。直接換気は、個々のセルを横切る熱勾配を低減することによって冷却をさらに向上させ、したがって、各セルの最高（高温点）温度は、間接換気式セルの場合よりも平均セル温度に著しく近くなり、それによって、セルの電力性能をさらに増加させる。
【００３１】
冷却の向上は、大きなマーケットセグメントが高い周囲温度環境にある、ＯＨＶ採鉱用途に特に有利である。
【００３２】
本発明の一実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの貫通穴を含む少なくとも１つの端部パネルを含むハウジングを含む。装置は、ハウジングに収容されたバッテリセルをさらに含む。バッテリセルは、互いに対向する第１および第２の面を含み、それらの面は、面同士の縁部で接合される。装置は、バッテリセルに隣接するとともにバッテリセルの第１の面と熱接触するヒートシンクも含む。ヒートシンクは、バッテリセルの第１の面と平行に延びる少なくとも１つの冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴の上に開口する。
【００３３】
優良な実施形態において、ハウジングは、ハウジングの端部パネルを覆って固定されたカバーパネルをさらに含む。カバーパネルは、端部パネルの少なくとも１つの穴と位置合せされた少なくとも１つの空気ガイドを含む。一部の実施形態において、バッテリセルは、ハウジングの開放側部に配された、負電極および正電極を含む。幾つかの実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、ハウジングの開放側部に配されてバッテリセルの少なくとも電極を覆う封止材も含む。バッテリセルは、ハウジングに収容された複数のバッテリセルのうちの第１のバッテリセルであり得、ヒートシンクは、複数のバッテリセルにそれぞれ隣接する複数のヒートシンクのうちの第１のヒートシンクである。複数のバッテリセルの電極は、直列または並列またはそれらの組合せで電気的に相互接続され得る。幾つかの実施形態において、負端子は、第１のバッテリセルの負電極に電気的に接続され得、正端子は、複数のバッテリセルのうちの第２のセルの正電極に電気的に接続され得る。封止材は、少なくとも複数のバッテリセルの電極、封止材を貫通する負端子および正端子を覆うようにハウジングの開放側部に配され得る。代わりに、フェースプレートは、負端子および正端子がフェースプレートを貫通するように、ハウジングの開放側部を覆って固定され得る。一部の実施形態において、複数のバッテリセルは、複数のヒートシンクの間に介在するとともに複数のヒートシンクに取り付けられたパウチセルであり得る。一部の実施形態において、ヒートシンクの少なくとも１つは、端部パネルに機械的に係合してハウジング内に複数のバッテリセルを支持する。優良な実施形態において、各ヒートシンクは、端部パネルの対応する穴に機械的に係合し、穴は、圧縮時に端部パネルが複数のバッテリセルを保持するように、ヒートシンクとバッテリセルの組合せ厚より短い距離で連続的に離間する。例えば、バッテリセルは、組立前厚の約９９％よりも小さく圧縮され得る。ある実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、約４０Ｗｈ／ｋｇを超すエネルギー密度を有する。
【００３４】
複数のエネルギー貯蔵装置は、まず空気が複数のエネルギー貯蔵装置のうちの第１のエネルギー貯蔵装置の冷媒通路を通って、次いで複数のエネルギー貯蔵装置のうちの第２のエネルギー貯蔵装置の冷媒通路を通って流れるように配置されるバッテリアセンブリに組み立てられ得る。
【００３５】
本発明の他の実施形態は、対向する第１および第２の端部パネルを含むハウジングに関する。第１および第２の端部パネルは、実質的に互いに平行である。第１の端部パネルは、第１の複数のスロットを形成し、第２の端部パネルは、第２の複数のスロットを形成する。第１の複数のスロットは、第２の複数のスロットと位置合せされる。複数のバッテリモジュールは、ハウジングに収容される。バッテリモジュールは、第１および第２の縁部をそれぞれに有する複数のバッテリセルと、複数のバッテリセルの間に介在するとともにセルと熱接触する複数のヒートシンクとを含む。ヒートシンクは、ヒートシンクの第１および第２の端部のそれぞれに第１および第２の冷媒通路開口を有する複数の冷媒通路を形成する。ヒートシンクの第１および第２の端部は、バッテリセルの第１および第２の縁部を越えて延びる。封止材は、バッテリセルまたはヒートシンクのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を封入する。ヒートシンクの第１および第２の端部は、第１の複数のスロットおよび第２の複数のスロットにそれぞれ配され、それによって、バッテリモジュールは、スロットによって支持される。
【００３６】
本発明の他の実施形態は、ハウジングと、ハウジングに収容されたバッテリセルと、バッテリセルに隣接するヒートシンクとを含むエネルギー貯蔵装置に関する。ヒートシンクは、バッテリセルの面と熱接触する。ヒートシンクは、バッテリセルの面と平行に延びる複数の冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングを貫通して開口する。封止材は、バッテリセルまたはヒートシンクのうちの少なくとも１つの少なくとも一部を覆う。
【００３７】
本発明の他の実施形態は、第１のエネルギー貯蔵装置および第２のエネルギー貯蔵装置を備えるバッテリアセンブリに関する。第１のエネルギー貯蔵装置は、第１のエネルギー貯蔵装置を貫通して形成された第１の複数の冷媒通路を有し、第２のエネルギー貯蔵装置は、第２のエネルギー貯蔵装置を貫通して形成された第２の複数の冷媒通路を有する。第１のエネルギー貯蔵装置および第２のエネルギー貯蔵装置は、空気が複数の第１および第２の冷媒通路を通って流れ得るように、第１および第２の複数の冷媒通路を互いに位置合せして配置される。
【００３８】
本発明の他の態様は、バッテリセルの面をヒートシンクの対応するアレイの面に接触させて、冷媒通路を形成するヒートシンクのアレイと共にバッテリセルを積み重ねることによって、エネルギー貯蔵装置を製作することに関する。積み重ねられたバッテリセルおよびヒートシンクは、次いで、冷媒通路の開口端部と位置合せされる空気流用穴を有するハウジング内に封入される。幾つかの態様において、本発明は、ヒートシンクの複数のアレイを介在させて複数のバッテリセルを積み重ねることに及ぶ。複数のバッテリセルの正および負電極は、電気的に相互接続される。封止材は、電気的に相互接続された電極を覆って配される。一部の態様において、電力端子は、複数のバッテリセルの電極と電気的に接続される。電力端子は、封止材を貫通し得る。
【００３９】
他の実施形態は、エネルギー貯蔵装置に関する。エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの貫通穴を有する少なくとも１つの端部パネルを含むハウジングを備える。エネルギー貯蔵装置は、ハウジングに収容されたバッテリセルをさらに備える。バッテリセルは、互いに対向する第１および第２の面を有し、第１および第２の面は、面同士の縁部で接合される。エネルギー貯蔵装置は、バッテリセルに隣接するとともにバッテリセルの第１の面と熱接触するヒートシンクをさらに備える。ヒートシンクは、バッテリセルの第１の面と平行に延びる少なくとも１つの冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴の上に開口する。
【００４０】
エネルギー貯蔵装置の他の実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの貫通穴を含む少なくとも１つの端部パネルを有するハウジングを備える。エネルギー貯蔵装置は、ハウジングに収容された複数のバッテリセルをさらに備える。バッテリセルは、互いに対向する面をそれぞれに有し、面は、面同士の縁部で接合される。エネルギー貯蔵装置は、バッテリセルの面と熱接触する複数のヒートシンクをさらに備える。ヒートシンクは、バッテリセルの面と平行に延びる複数の冷媒通路を形成する。冷媒通路は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴の上に開口する。
【００４１】
エネルギー貯蔵装置の他の実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの貫通穴を含む少なくとも１つの端部パネルを有するハウジングを備える。エネルギー貯蔵装置は、ハウジングに収容された少なくとも１つのバッテリセルをさらに備える。少なくとも１つのバッテリセルの各バッテリセルは、互いに対向する第１および第２の面をそれぞれに有し、第１および第２の面は、第１および第２の面の縁部で接合される（このことは、第１および第２の面で接合された互いに対向する第１および第２の面を有しない他のバッテリセルの存在を除外するものではない。）。エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つのヒートシンクをさらに備える。少なくとも１つのヒートシンクの各ヒートシンクは、少なくとも１つのバッテリセルのうちのそれぞれ隣のバッテリセルの第１または第２の面の１つと熱接触する（このことは、少なくとも１つのバッテリセルのうちのそれぞれ隣のバッテリセルの第１または第２の面の１つと熱接触しない他のヒートシンクの存在を除外するものではない。）。少なくとも１つのヒートシンクの各ヒートシンクは、少なくとも１つのバッテリセルのうちのそれぞれ隣の第１または第２の面の前記１つと平行に延びる複数の冷媒通路をそれぞれに形成する（このことは、少なくとも１つのバッテリセルのうちのそれぞれ隣のバッテリセルの第１または第２の面の前記１つと平行に延びる複数の冷媒通路をそれぞれに形成しない他のヒートンシンクの存在を除外するものではない。）。冷媒通路は、ハウジングの少なくとも１つの端部パネルを貫通して形成された少なくとも１つの穴の上に開口する。
【００４２】
エネルギー貯蔵装置の他の実施形態において、エネルギー貯蔵装置は、ハウジングと、ハウジングに収容されたバッテリセルと、ヒートシンクとを備える。バッテリセルは、面を有する。ヒートシンクは、バッテリセルに隣接するとともにバッテリセルの面と熱接触する。ヒートシンクは、バッテリセルの面と平行に延びる複数の冷媒通路を形成する。冷媒通路は、横断面が矩形であり、ハウジングを貫通して開口する（横は、通路の長軸と垂直な平面を意味する。）。エネルギー貯蔵装置は、バッテリセルおよび／またはヒートシンクの少なくとも１つの少なくとも一部を覆う、エポキシまたは他の封止材をさらに備える。
【００４３】
上記説明は、例示的であることを意図しており、限定的であることを意図していないことを理解すべきである。例えば、上述した実施形態（および／または実施形態の態様）は、互いに組み合わせて使用され得る。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の教示を具体的な状況または材料に適応するために多くの修正が成され得る。本明細書に記述される寸法および材料形式は、本発明のパラメータを規定することを意図しているが、それらは、決して限定的な実施形態ではなく、例示的な実施形態である。多くの他の実施形態は、上記説明を検討すれば当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項を参照して、そのような請求項が権利を与える均等物の充分な範囲と共に決定されるべきである。添付の請求項において、用語「含む」および「それには（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、用語「備える」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同義語としてそれぞれに使用される。また、以下の請求項において、用語「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」等は、単なる目印として使用され、それらの物体に数値的または配置的な要件を課すことを意図していない。さらに、以下の請求項の限定事項は、ミーンズプラスファンクション形式で書かれておらず、そのような請求項の限定事項が、更なる構造が欠けた機能的な文言が続く、「するための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」というフレーズを明確に使用しない限りおよび使用するまでは、米国特許法第１２２条第６パラグラフに基づく解釈を意図していない。
【００４４】
この明細書は、ベストモードを含めて、本発明の複数の実施形態を開示するために、ならびに、任意の装置またはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて、当業者が本発明の実施形態を実践することも可能にするために例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の文言から相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言から実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることが意図される。
【００４５】
本明細書において、単数形で列挙するとともに用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」に続く要素または工程は、複数の前記要素または工程を除くことが明示的に示されない限り、複数の前記要素または工程を除かないことを理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」の参照は、列挙する特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除くと解釈されることを意図していない。また、反対であることが明示的に示されない限り、具体的な特性を有する要素または複数の要素を「備える」、「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加的なそのような要素を含み得る。
【００４６】
上記のエネルギー貯蔵装置およびエネルギー貯蔵方法において、本明細書に含まれる本発明の主旨および範囲から逸脱せずに幾つかの変更が成され得るので、上記説明または添付図面に示す主題の全ては、本明細書における発明概念を例示する単なる例として解釈すべきであり、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００４７】
、
１０  エネルギー貯蔵装置、パック
１２  ハウジング
１４  側部パネル
１６、１６ａ、１６ｂ  端部パネル
１８  カバーパネル
２０  空気ガイド
２２  開放側部
２４  正電力端子
２６  負電力端子
２８  封止材
２９  フェースプレート
３０  バー
３２、３２ａ、３２ｂ  穴、平行スロット
３４  チューブ状ヒートシンク
３６  冷媒通路
３８  面
４０  バッテリパウチセル
４２  バッテリモジュール
４３  バッテリモジュールスタック
４４  追加層
４６  正電極
４８  ジャンパ
５０  負電極
５２  仮カバー
８０  実施形態
９０  実施形態
１１２ａ、１１２ｂ  側縁部
１１４ａ、１１４ｂ  冷媒通路末端開口
１１６ａ、１１６ｂ  末端部
ａ  換気流、空気流
Ｄ  距離
【図１】
2015528189.tif 000003
【図２】
2015528189.tif 000004
【図３】
2015528189.tif 000005
【図４】
2015528189.tif 000006
【図５】
2015528189.tif 000007
【図６】
2015528189.tif 000008
【図７】
2015528189.tif 000009
【図８】
2015528189.tif 000010
【図９】
2015528189.tif 000011
【図１０】
2015528189.tif 000012
【国際調査報告】
2015528189.tif 000013
2015528189.tif 000014
2015528189.tif 000015