(57)【要約】  本発明は、長期間にわたる耐久性を有する蓄電池に関する。本発明は、自動車駆動力を供給するためのリチウムイオン蓄電池に関して説明される。しかし、本発明は、リチウムのない電池および／または自動車と無関係の電池にも適用可能になることに注目されたい。
2012523655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ジャケット（２１）によって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つのガルバーニ電池（１）を備える、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスであって、
前記ガルバーニ電池（１）に動作可能に接続された少なくとも１つの熱伝導ユニット（８）であって、前記ガルバーニ電池（１）に熱出力を供給し、かつ／または前記ガルバーニ電池（１）から熱を除去するのに適する熱伝導ユニット（８）が設けられることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
壁（９）で内部空間を部分的に囲む少なくとも１つの電池保持具（２）が設けられ、
前記内部空間が、少なくとも１つのガルバーニ電池（１）を収納するのに適しており、前記電池ジャケットが、前記壁（９）に対して動作可能に少なくとも部分的に接続され、
熱伝導手段（４）が、前記電池ジャケットと前記電池保持具（２）の前記壁（９）および／またはさらなる電池ジャケットとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ガルバーニ電池（１）の所定の位置で温度を取得するのに適する少なくとも１つの第１のユニット（７）が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記既存の第１の測定ユニット（７）の信号の評価および／または前記既存の熱伝導ユニット（８）の制御に少なくとも適する少なくとも１つの制御ユニット（１１）が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ガルバーニ電池（１）の流入電流または流出電流の電流強度を取得して前記制御ユニット（１１）に前記電流強度を伝達するのに適する少なくとも１つの第２の測定ユニット（１０）が設けられ、
かつ／または前記デバイスが、前記制御ユニット（１１）に関連づけられたメモリユニット（１２）であって、少なくともデータおよび／または計算規則を保存するのに適するメモリユニット（１２）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
好ましくは角柱の設計を有する、かつ／または熱伝導ユニット（８）の形態である前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が、前記電池の内部に配置された少なくとも１つの第１の領域および前記電池の外部に配置された第２の領域を有する少なくとも１つの実質的にプレート形の電流導体を備え、前記第２の領域が前記第１の領域と少なくとも同等の幅であり、
前記第２の領域が、好ましくは、少なくとも銅および／またはアルミニウムを含むヒートシンクに動作可能に接続され、
第１の流体が、前記第２の領域および／または前記ヒートシンクに対して少なくとも部分的流れることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
熱伝導手段（４）が、薄い壁を有する、かつ／または電気的絶縁性であるように設計されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
熱伝導手段（４）が、隣接した諸構成要素と面接触する、かつ／またはこれらの隣接した構成要素に接合されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つの熱伝導ユニット（８）を備え、
前記熱伝導ユニット（８）が、前記電池の内部に存在するかもしくは前記電池と動作可能に接続される第３の領域、および／または前記電池（１）の外部の第４の領域を有する少なくとも１つの第１の流体管路を備え、第２の流体が前記第１の流体管路の中に含まれ、
前記第２の流体が、好ましくは、前記第１の流体管路の内部を流れ、かつ／または相転移を受け、
第３の流体が前記第４の領域に対して少なくとも部分的に流れる、ならびに／あるいは前記第４の領域がヒートシンクに動作可能に接続されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスが、少なくとも部分的に第３の物質で満たされた容器をさらに備え、
前記第３の物質が、所定の温度で相転移を受け、好ましくは非導電性であり、かつ／またはさらに好ましくはＣＯ２を含み、
前記容器が、前記制御ユニットによって少なくとも部分的に開かれるのに適した少なくとも１つの閉鎖要素を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電池保持具（２）の前記壁（９）が、少なくとも１つの硬化性の第１の物質、好ましくは合成材料および埋め込まれた粒子を含み、これらの粒子の熱伝導率が、前記硬化性の第１の物質の熱伝導率と少なくとも同じくらい大きく、
ならびに／あるいは、前記ガルバーニ電池（１）が前記壁（９）によって少なくとも部分的に囲まれ、
ならびに／あるいは、前記壁（９）が、第４の流体を流す少なくとも１つの第２の流体管路（３）を備え、かつ／または、冷却および／または加熱された表面領域に対する熱的動作可能な接続のための接続表面領域、例えばこの目的のために意図された蒸発器の表面領域を備え、
ならびに／あるいは、前記壁（９）が、前記デバイスの動作を通じて、かつ／または所定の温度で相転移を受けるのに適する第２の物質を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
少なくとも１つのガルバーニ電池（１）がリチウムおよび／またはリチウムイオンを含む、ならびに／あるいは前記電解液が好ましくはリチウムイオンを含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイスを作動させる方法であって、
前記第１の測定ユニット（７）が、ガルバーニ電池の所定の場所で少なくとも間欠的に温度を取得し、ならびに／あるいは、前記第２の測定ユニット（１０）が、ガルバーニ電池（１）の流入電流または流出電流の強度を取得し、
前記制御ユニット（１１）が、前記取得された温度およびこの目的のための所定の温度に基づいて温度差を求め、前記制御ユニット（１１）が、前記測定された温度、前記検出された温度差および／または取得された電流の強度に応じて、熱伝導ユニット（８）および／または流体用の配送ユニットをオンまたはオフに切り換えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
型および少なくとも１つの硬化性の第１の物質を用いて請求項１１または１２に記載のデバイス用の電池保持具（２）を作製する方法であって、
ａ）  前記型の中にガルバーニ電池（１）を配置するステップであって、間隙が熱伝導手段（４）で満たされ、前記電池が後に互いに対して押しつけられるステップと、
ｂ）  空洞に前記硬化性の第１の物質を詰めるステップと、
ｃ）  前記硬化性の第１の物質を硬化するステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）との接触のために、具体的には前記少なくとも１つのガルバーニ電池の前記電極スタック（１７ａ、１７ｂ）との接触のために、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が少なくとも局部的に設けられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、特に流体を流すように設けられた少なくとも１つの流体管路を備えることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記流体が少なくとも１つの相転移を受けるように供給され、前記流体の前記少なくとも１つの相転移の温度が前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の動作温度に適合されることを特徴とする請求項１５または１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の前記電池ジャケット（２１）から少なくとも部分的に導かれることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、少なくとも１つの第１の領域（１８ａ）および第２の領域（２０ａ）を備え、前記第１の領域（１８ａ）が前記電池ジャケット（２１）の内部に配置され、前記第２の領域が前記電池ジャケット（２１）の外部に配置されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記電極スタック（１７ａ、１７ｂ）が、少なくとも１つの電流導体（３０ａ）を備え、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）との接触のために少なくとも局部的に設けられることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記熱伝導ユニット（１８ａ）の前記第１の領域が、前記少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタック（１７ａ、１７ｂ）との熱交換のために設けられ、前記熱伝導ユニット（２０ａ）の前記第２の領域が、それに対して、またはそれを通って第２の流体が流れるように設けられることを特徴とする請求項１５から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記熱伝導ユニット（２０ａ）の前記第２の領域が、熱交換器ユニットとの熱伝導接触のために設けられることを特徴とする請求項１５から２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）と一体化して設計され、前記熱伝導ユニット（３０ａ）が前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）の上に少なくとも部分的に延在することを特徴とする請求項１５から２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの流体管路が閉まっていることを特徴とする請求項１５から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
少なくとも１つの配送ユニットが、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）、具体的には前記少なくとも１つの流体管路に関連づけられることを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が、少なくとも１つの測定ユニット、具体的には温度測定ユニットに関連づけられることを特徴とする請求項１５から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つの制御ユニットに関連づけられ、前記制御ユニットが少なくとも１つの測定ユニットを制御するためにも設けられることを特徴とする請求項１５から２６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つのセパレータ（１６）を備え、前記セパレータ（１６）が、好ましくは部分的に物質浸透性の、すなわち少なくとも１つの物質に対して実質的に浸透性であって少なくとも１つの他の物質に対して実質的に不浸透性の、物質浸透性の担体を好ましくは含み、
前記担体が、少なくとも片面は無機材料でコーティングされており、
用いられる前記物質浸透性の担体が、好ましくは無機材料であって好ましくは不織布として設計されており、前記無機材料が、好ましくはポリマーであって、さらに好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり、
有機材料が、好ましくは−４０℃と２００℃の間の温度範囲でイオンを伝導する無機のイオン伝導材料でコーティングされており、
前記無機のイオン伝導材料が、好ましくは、成分Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうち少なくとも１つの、酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から成る群の少なくとも１つの化合物、具体的には酸化ジルコニウムを含み、
前記無機のイオン伝導材料が、好ましくは、最大直径が１００ｎｍ未満の粒子を含むことを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２９】
各ガルバーニ電池（１）がセパレータ（１６）を備えることを特徴とする請求項１から２８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が実質的に立方形または角柱の設計を有することを特徴とする請求項１から２９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第１の長手方向延長部分ｌ１が、好ましくは１５ｃｍ≦ｌ１≦５０ｃｍの間、より好ましくは２０ｃｍ≦ｌ１≦３０ｃｍの間、さらに好ましくは２４ｃｍ≦ｌ１≦２７ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第２の長手方向延長部分ｌ２が、好ましくは１０ｃｍ≦ｌ２≦４０ｃｍの間、より好ましくは１５ｃｍ≦ｌ２≦２５ｃｍの間、さらに好ましくは２０ｃｍ≦ｌ２≦２１ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第３の長手方向延長部分ｌ３が、好ましくは０．５ｃｍ≦ｌ３≦５ｃｍの間、より好ましくは１ｃｍ≦ｌ３≦２ｃｍの間、さらに好ましくは１．１ｃｍ≦ｌ３≦１．２ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３２のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先出願である独特特許出願１０  ２００９  ０１６  ８６７．２号が、参照により本出願に全面的に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、耐用年数が延長された再充電可能電池に関する。本発明は、自動車駆動力を供給するためのリチウムイオン再充電可能電池に関して説明される。しかし、本発明は、リチウムを有していない電池および／または自動車と無関係の電池にも適用され得ることに注目されるべきである。
【背景技術】
【０００３】
電気エネルギーを蓄積するためのガルバーニ電池を備える再充電可能電池は、従来技術から知られている。再充電可能電池に供給された電気エネルギーは、化学エネルギーに変換して蓄積される。この変換は損失を伴う。さらに、この変換中に不可逆化学反応が起こり、再充電可能電池の老化をもたらす。再充電可能電池のガルバーニ電池の内部温度が上昇するにつれて、エネルギー変換がより速くなるだけでなく、老化プロセスも促進される。具体的には、電気的に駆動される自動車の加速中、短期間にわたって再充電可能電池から大電流が引き出される。この大電流は、自動車の減速が電気デバイスによって支援され、得られるエネルギーが再充電可能電池に供給される場合にも生じる。
【０００４】
この短期間の大電流が、再充電可能電池の老化時期を早めるという不都合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、このように作動される再充電可能電池の耐用年数を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、本発明により、独立請求の内容によって達成される。有利な実施形態および改善は、従属請求の内容である。
【０００７】
本発明による電気エネルギーを蓄積するためのデバイスは、少なくとも１つのガルバーニ電池を備える。この電池は、電池ジャケットによって少なくとも部分的に取り巻かれている。本発明によるデバイスは、ガルバーニ電池に動作可能に結合された少なくとも１つの熱伝導ユニットを備えるという点で特徴づけられる。この熱伝導ユニットは、ガルバーニ電池に熱出力を供給する、かつ／またはガルバーニ電池から熱を放散するのに適している。
【０００８】
本発明によるデバイスは、好ましくは少なくとも１つの電池保持具を備える。この保持具は、壁と共に、内部空間を少なくとも部分的に囲む。この空間は、少なくとも１つのガルバーニ電池を収納するのに適している。この目的のために、電池ジャケットは、この壁に対して、少なくともいくつかの領域で熱的に動作可能に結合される。このデバイスは、少なくとも１つの第１の測定ユニットをさらに備える。このユニットは、ガルバーニ電池の所定の位置で温度を取得するのに適している。このデバイスは制御ユニットも備える。このユニットは、少なくとも既存の第１の測定ユニットの信号の評価および／または既存の熱伝導ユニットの制御に適している。この目的のために、熱伝導手段は、電池保持具の壁のこの電池ジャケットおよび／またはさらなる既存の電池ジャケットの間に配置される。
【０００９】
少なくとも１つのガルバーニ電池を有する電気エネルギーを蓄積するためのデバイスは、１次電池または２次電池であり、化学エネルギーからの変換によって電気エネルギーを供給する。このデバイスが２次電池として設計される場合に、これは、電気エネルギーを受け取って、該電気エネルギーを化学エネルギーに変換し、該電気エネルギーを化学エネルギーとして蓄積するのにも適している。少なくとも１つのガルバーニ電池に加えて、このデバイスは、組織化された動作のための様々な他のユニットを備えて自動車駆動力を供給する。
【００１０】
本発明によるデバイスは少なくとも１つのガルバーニ電池を備えるが、好ましくは、電圧および／または含まれる電荷を増大するように、並列接続および／または直列接続の複数の電池を備える。好ましくは、例えば、４つのガルバーニ電池が、所定の動作電圧を実現するために群を形成するように同時に直列接続される。複数のこのような群が、好ましくは並列に接続され、より大きな電荷を蓄積する。
【００１１】
このようなガルバーニ電池は、電池ジャケットによって囲まれている。この電池ジャケットは、ガルバーニ電池およびその化学物質を、例えば大気からの有害な外的影響から保護する。この電池ジャケットは、好ましくは、気密性で電気的に絶縁する固体または層複合材料、例えば溶接されたフィルムによって形成される。電池ジャケットは、好ましくは薄い壁を有し、熱を伝導するように設計される。この電池ジャケットは、好ましくはできるだけしっかりとガルバーニ電池を囲む。しかし、このガルバーニ電池を電池ジャケットで完全に囲む必要はない。この電池ジャケットは、このガルバーニ電池の一部分だけを囲むこともできる。
【００１２】
熱伝導ユニットは向上した熱伝導率を示し、動作可能に接続されているガルバーニ電池に熱エネルギーを供給するために使用される。これは、低い周囲温度で特に有利である。また、熱伝導ユニットは、動作可能に接続されているガルバーニ電池からの熱エネルギーを好ましくは放散する。これは、好ましくは、ガルバーニ電池に大電流が供給されるとき、またはガルバーニ電池から大電流が引き出されるとき行われる。この大電流によってガルバーニ電池が熱くなるが、電池温度が高すぎると電池の耐用年数が短縮される。好ましくは、動作可能に接続された熱伝導ユニットによってガルバーニ電池から熱が引き出され、電池の使用がより緩やかなものになる。この大電流は、主として自動車の加速段階または減速段階を通じて生じ、例えば、電動機が発電機として働くことによって減速するとき生じる。「動作可能に接続された」という用語は、ガルバーニ電池が、熱伝導ユニットに対して少なくとも熱的接触を有することを意味するものと理解されたい。
【００１３】
このデバイスは電池保持具を備える。この保持具は、ガルバーニ電池を収納するように幾何学的に適合する内部空間、およびこの内部空間を少なくとも部分的に囲む壁を備える。ガルバーニ電池に加えて、この電池保持具は好ましくはさらなるユニット、例えば測定ユニット、制御ユニットおよび他のユニットまたは再充電可能電池の作動に必要な構成要素を収容する。壁により、自動車への接続および取付けも可能になる。経済的配慮のために、壁は好ましくは薄く設計される。好ましくは、壁は、熱を伝導するように、収納されたガルバーニ電池をしっかりと囲み、それにより、ガルバーニ電池の電池ジャケットがこの壁と大量の熱出力を交換する。これらのガルバーニ電池は、好ましくは壁に熱を与えるかまたは壁から熱を吸収する。
【００１４】
熱伝導手段は、好ましくは向上した熱伝導率を示し、可能な限り薄い層として設計される。適切な製品には、例えばブラシまたはローラを使って塗布するペースト、配置するかもしくは接着剤で貼り付けるフィルム、または、サイズに切り取った薄いマットが含まれる。これらの熱伝導手段は、空気を含まないようにし、熱伝達する表面積を拡大して、伝達される熱出力を増大するように設けられる。これらの熱伝導手段により、内部空間によって収納されるガルバーニ電池の冷却または加熱が改善される。熱伝導手段は、あるユニットから別のユニットまで熱を伝達するように用いられるこのような表面領域に対して有利に適用される。さらに好ましくは、熱伝導手段は、個々のガルバーニ電池の間および／またはガルバーニ電池と例えば電池保持具の壁との間に配置される。
【００１５】
このデバイスは、ガルバーニ電池の所定の場所で温度を検出する第１の測定ユニットを少なくとも備える。この目的のために、ガルバーニ電池の様々な位置で温度を取得するための複数の測定手段を測定ユニットに接続することもできる。この測定ユニットは、測定手段の信号を随時記録するのに適している。実用的に考えて、また、データ量が減少するように、データ取得は、好ましくは時々実行するのみである。これは、関係している熱容量および熱伝達率にも依存している。第１の測定ユニットは、制御ユニットにも信号を転送する。この制御ユニットは、好ましくは、第１の測定ユニットによる温度取得を、動作条件の関数として起動する。
【００１６】
このデバイスは制御ユニットを備える。この制御ユニットは、少なくとも第１の測定ユニットを制御し、その信号を評価する。これは所定の計算規則に基づいて行なわれる。これらの規則は、個々の測定手段の様々な特性曲線を考慮に入れたものである。この制御ユニットは、熱伝導ユニットを制御するのにも適している。ガルバーニ電池の動作状態に応じて、個々の、またはいくつかの熱伝導ユニットが切り換えられる。本発明によるデバイスの制御ユニットの複数の機能は、別のコントローラまたは電池管理システムでも想定され得る。
【００１７】
有利には、本発明によるデバイスは、その制御ユニットが最初にガルバーニ電池の所定の場所で温度を取得するように作動する。制御ユニットは、この温度に応じて、熱伝導ユニットをオンまたはオフにする。制御ユニットは、好ましくは流体配送ユニットをオンまたはオフにする。これは、電気エネルギーを蓄積するデバイスの早期老化を改善してその耐用年数を延長する。
【００１８】
制御ユニットは、有利にはメモリユニットに接続される。このメモリユニットは、取得したデータおよび評価した測定値および／または計算規則を保存するのに使用される。測定値、または評価した測定値と一緒に、測定時間を表すさらなる値が保存される。好ましくは、例えば電池の温度である測定したパラメータに対する規格または目標値が、このメモリユニットに保存される。
【００１９】
特に有利な実施形態では、このデバイスは、制御ユニット、関連するメモリユニットおよび少なくとも１つの第１の測定ユニットを備える。制御ユニットは、この第１の測定ユニットの測定値または信号と所定の値の間の差を形成するのに適している。制御ユニットは、この温度差に応じて、熱伝導ユニットをオンまたはオフにする。制御ユニットは、好ましくは流体配送ユニットをオンまたはオフにする。これは、電気エネルギーを蓄積するデバイスの早期老化を改善してその耐用年数を延ばす。
【００２０】
本発明によるデバイスは、有利には、少なくとも１つの第２の測定ユニットを装備している。このユニットは、関連するガルバーニ電池の充電電流または放電電流を取得して、それを制御ユニットに伝達するのに適している。２つという測定ユニットの数は、ガルバーニ電池の数に相当し、好ましくはさらに少ない。電流の強さは、好ましくは制御ユニットの仕様に従って、動作条件の関数として連続的に取得される。
【００２１】
特に有利な実施形態では、このデバイスは、制御ユニット、関連するメモリユニット、少なくとも１つの第１の測定ユニット、および少なくとも１つの第２の測定ユニットを備える。制御ユニットは、第１の測定ユニットの測定値または信号と所定の値の間の差を形成するのに適している。さらに、この制御ユニットは、保存された計算規則を用いて、第１の測定ユニットの測定値を第２の測定ユニットの信号に関連付けるのに適している。測定された電流強度と検出された温度または温度差とが適切に関連づけられると、制御ユニットは、好ましくは、保存された計算規則を用いて電池温度の将来の時間的進行を推定する。ガルバーニ電池の将来の温度変化を予想する際に、制御ユニットは、好ましくは熱伝導ユニットおよび／または流体用配送ユニットをオンまたはオフにする。大きな放電電流では、制御ユニットは、例えば、電池温度が顕著に上昇する前でさえ、自動車の加速段階と同時期に流体用配送ユニットおよび／または熱伝導ユニットをオンにする。
【００２２】
好ましくは、１つまたは複数のガルバーニ電池は、角柱ベース表面領域を有し、さらに好ましくは長方形ベース表面領域を有する。このような立方形のガルバーニ電池は、互いに特に都合よく熱的接触させることができ、内部空間に収容することができる。ガルバーニ電池は、好ましくは熱伝導ユニットとして実質的にプレート形の電流導体も備える。この電流導体は、ガルバーニ電池と電流をやりとりする。電流導体は、好ましくは金属であって大きな熱伝導率を有する。この大きな熱伝導率のために、電流導体内に生じる温度勾配が小さく、大きな熱流がガルバーニ電池との間で伝導される。電流導体の第１の領域は、ガルバーニ電池の内部に配置される。電流導体の第２の領域は、ガルバーニ電池から延在する。熱放散または熱導入を改善するために、この第２の領域は、ガルバーニ電池の内部の電流導体の第１の領域と少なくとも同じくらい幅広である。電流導体は、好ましくはプレート形に設計され、プレートの厚さ、幅および高さ／長さによって画定される。高さは、第１の領域およびガルバーニ電池の外の第２の領域にわたって延在するプレート形の電流導体の縁端部に沿って測定される。実用的な配慮のために、電流導体の第２の領域は、ヒートシンクに対する熱伝導または熱対流によって冷却または加熱される。このヒートシンクは、好ましくは熱伝導手段を用いて電流導体に対して熱的に接続される。好ましくは、第１の流体が、ヒートシンクまたは電流導体のまわりを少なくとも部分的に流れる。まわりを流れる第１の流体の温度に応じて、また、電流導体もしくはヒートシンクの温度に応じて、ガルバーニ電池に熱が供給されるかまたはガルバーニ電池から熱が引き出される。ヒートシンクは、好ましくは銅を含み、より好ましくは銅およびアルミニウムを含む。さらに好ましくは、ヒートシンクの銅含有領域は電流導体と熱的に接触しており、その一方で第１の流体がヒートシンクのアルミニウム含有領域に接して流れている。
【００２３】
熱伝導率および／または導電率を向上するために、合成材料または樹脂に対して例えば金属粒子を添加することができる。隣接した構成要素の機能に応じて、熱伝導手段は、好ましくは電気的絶縁性である。電気的絶縁性であるとともに熱伝導性で所定の形状を有する熱伝導手段は、「熱パッド」と称され、例えば雲母、様々なタイプのセラミック（例えばＡｌ２Ｏ３、ＢｅＯ）、シリコンゴム、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、ポリイミドまたは別の合成材料を含む。金属粒子を追加した後に、熱伝導手段として様々な接着剤も適切である。また、熱伝導接着剤は隣接した構成要素を接合する。
【００２４】
ガルバーニ電池は、好ましくは前述の電流導体に加えて能動熱伝導ユニットを備える。これらは、好ましくは少なくとも１つの流体管路およびそれに含まれる第２の流体を備える。この第２の流体は、流体管路を通って流れるか、または流体管路が閉じた空間であれば流体管路の中に保たれる。支配的温度および第２の流体の化学組成に応じて、流体は、好ましくは液体から気体に、またはその逆に相転移しやすい。一実施形態では、この第２の流体は、所定の温度で第１の流体管路にまず供給され、熱放出または熱吸収の後に再び取り出される。流体管路は、電池内に第３の領域を備えるか、またはこの電池と熱的に接触する。流体管路は、好ましくは電池の外部に第４の領域も備える。第３の流体が、好ましくはこの第４の領域のまわりを少なくとも部分的に流れ、および／またはこの領域が熱伝導するやり方でヒートシンクに接続される。この第３の流体は、好ましくはヒートシンクにも接して流れる。
【００２５】
このデバイスは、好ましくは容器を備える。この容器は、例えば電池容器に接続される。この容器は、少なくとも１つの閉鎖要素を備え、第３の物質で満たされる。この閉鎖要素は、制御ユニットによって開かれるのに適している。その後、第３の物質がこの容器を出る。この目的のために、第３の物質は、例えば設けられた管路を通って、好ましくは少なくとも１つのガルバーニ電池の方向に出る。所定時間の後に、または所定の量の第３の物質が出た後に、制御ユニットが閉鎖要素を閉じる。この物質は、遅くとも、ガルバーニ電池に対する衝突に際して、熱エネルギーが吸収されるかまたは放出される相転移を受ける。この容器は、好ましくは様々なガルバーニ電池の方に向けられた複数の管路に接続される。個々の管路を使用するとき、この第３の物質は、必要に応じて個々のガルバーニ電池だけに供給される。このように供給された電池は、相転移エネルギーによって加熱されるかまたは冷却される。閉鎖要素は、好ましくはさらに温度感応性スイッチ、例えばバイメタルスイッチを装備している。このような設計により、有利には、コントローラ、熱伝導ユニットおよび／または流体用配送ユニットの動作準備ができないかまたは故障している場合にさえ、熱エネルギーの放出または吸収が可能になる。
【００２６】
電池保持具の壁は、有利には、少なくとも１つの硬化性の第１の物質および高度に熱導電性の埋め込まれた粒子を含む。有利には、壁は、熱抵抗を低減し、かつガルバーニ電池に接してしっかりと固定するように薄い壁として設計される。壁は、特に有利には、少なくとも部分的に収納されたガルバーニ電池を囲み、その結果、収納されたガルバーニ電池と壁との間に優れた熱伝達が存在する。この壁は、好ましくは少なくとも１つの第２の流体管路を備える。第４の流体が、この第２の流体管路を通って流れ、流体は所定の温度で供給される。第２の流体管路を通り過ぎた後、第４の流体は、例えば車両側または独立した冷却器または加熱器によって調節される。この壁は、好ましくは蒸発器または冷却器と熱的接触するための準備された接続表面領域を備える。この接続表面領域は、例えば周囲の空気または自動車のエアコンと熱エネルギーを交換する。
【００２７】
この壁は、有利には、少なくともいくつかの領域に第２の物質を含む。この第２の物質は、再充電可能電池の動作を通じて、かつ／または所定の温度で相転移を受けるのに適している。第２の物質は、例えば、電池保持具の壁の中または上の所定の空間に含まれている。この壁は、例えば、少なくともいくつかの領域またはほとんどの領域に第２の物質を含む。この第２の物質の相転移は物質に特有の温度で起こり、したがってガルバーニ電池の温度にも影響を及ぼす。このような電池保持具の壁設計により、有利には、コントローラ、熱伝導ユニットおよび／または流体用配送ユニットの動作準備ができないかまたは故障している場合にさえ、熱エネルギーの放出または吸収が可能になる。
【００２８】
大きな電力密度またはエネルギー密度を有する２次電池すなわち再充電可能電池、または１次電池における本発明の使用は、複数の利点と関連する。短期間の大電流を特徴とする動作条件では、このような再充電可能電池は、顕著な温度変化、特に温度上昇を示す。大幅な繰り返す温度増大により、再充電可能電池がより迅速に老化する。このことは、ニッケル水素再充電可能電池またはリチウムイオン再充電可能電池に特に当てはまる。本発明によるこのような再充電可能電池の設計は、予防的温度調節対策によって、すなわち個々のガルバーニ電池の計画された時間的温度曲線で、同電池の耐用年数を向上する。
【００２９】
本発明によるデバイス用の電池保持具は、型および少なくとも１つの硬化性の第１の物質を使用して有利に作製される。この目的のために、収納されるガルバーニ電池は、この型の中に互いに向かい合って位置づけることにより配置される。これらのガルバーニ電池間に存在し得るいかなる間隙も、熱伝導手段、好ましくは熱導電性フィルムで満たされる。これらの電池は、その後、これらのガルバーニ電池間に優れた熱的接続を達成するように、互いに接して押しつけられる。次に、型の中に設けられた空洞に、この硬化性の第１の物質を詰める。その後、硬化性の第１の物質を硬化させる。
【００３０】
本発明の趣旨の範囲内で、電解液は、少なくとも部分的にイオン化された形態で存在し、もたらされる電界の影響下で電圧が加えられるときに電流を伝導するように供給される物質と理解されるべきであり、導電率または電荷担体移送は、電界中でのイオンの導かれた運動によって影響を受ける。
【００３１】
本発明の趣旨の範囲内で、電極スタックは、化学エネルギーを蓄積して電気エネルギーを送出するのに使用されるガルバーニ電池のユニットとして理解されたい。この目的のために、電極スタックは、陽極および陰極の少なくとも２つの電極である複数のプレート形の要素、ならびに少なくとも部分的に電解液を収納するセパレータを備える。好ましくは、少なくとも１つの陽極、セパレータおよび陰極が、互いの頂部に配置されるかまたは積み重ねられ、セパレータは、陽極と陰極の間に少なくとも部分的に配置される。陽極、セパレータおよび陰極のこの並びは、電極スタックの中で任意の回数で繰り返すことができる。プレート形の要素は、好ましくは巻かれて電極コイルを形成する。以下では、電極コイルに関して、用語「電極スタック」も用いられる。電気エネルギーの送出に先立って、蓄積された化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。充電の期間中、電極スタックまたはガルバーニ電池に供給される電気エネルギーが、化学エネルギーに変換して蓄積される。電極スタックは、好ましくは複数の電極対およびセパレータを備える。さらに好ましくは、複数の電極が互いに接続され、具体的には電気的に接続される。
【００３２】
本発明の趣旨の範囲内で、接触は、少なくとも１つの第１の物体と少なくとも１つの第２の物体の配列であって、少なくとも１つの第１の物体から少なくとも１つの第２の物体へ、かつ／またはその逆方向に熱エネルギーを伝達することができるように設計されているものと理解されたい。
【００３３】
本発明によるデバイスは、好ましくは、少なくとも１つのガルバーニ電池との接触のために、具体的には少なくとも局部的に少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックとの接触のために、少なくとも局部的に設けられた少なくとも１つのガルバーニ電池と関連づけられた少なくとも１つの熱伝導ユニットを備える。この接触は、好ましくは、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または具体的には少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックに対して、熱エネルギーを直接やりとりすることができるように設計される。
【００３４】
少なくとも１つの熱伝導ユニットは、好ましくは、特に流体を流すように設けられた少なくとも１つの流体管路を備える。この流体管路は、好ましくは、少なくとも１つの熱伝導ユニットの少なくとも一部分の上に、横方向および／または長手方向に延在する。有利には、少なくとも１つの熱伝導ユニットの中のこの流体管路を通って、同一の寸法形状を有するが流体管路のない熱伝導ユニットよりも、より大きな熱出力が運ばれる。
【００３５】
流体は、好ましくは少なくとも１つの相転移を受け、この流体の少なくとも１つの相転移の温度は、少なくとも１つのガルバーニ電池の動作温度に適合される。好ましい流体は、少なくとも１つのガルバーニ電池の動作温度範囲内で、液体から気体状態への相転移を少なくとも部分的に受けるものである。流体の気体状態への相転移に必要な熱エネルギーは、有利には、少なくとも１つの接続しているガルバーニ電池および／または具体的には少なくとも１つのガルバーニ電池の接続している電極スタックから引き出され、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックは冷却されている。
【００３６】
少なくとも１つの熱伝導ユニットは、好ましくは少なくとも１つの第１の領域および第２の領域を備え、この第２の領域は電池ジャケットの外部に配置されている。少なくとも１つのガルバーニ電池の第１の実施形態では、流体は、好ましくは少なくとも１つの第１の領域で蒸発し、この流体を蒸発させるのに必要な熱エネルギーは、具体的には少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックから引き出され、蒸発した流体は、少なくとも１つのガルバーニ電池の中の少なくとも１つの第１の領域から吸収される熱エネルギーを、少なくとも１つのガルバーニ電池の外部の少なくとも１つの第２の領域の中へ運ぶ。気体状の流体は、好ましくは凝縮され、少なくとも１つの第２の領域で吸収される熱エネルギーの少なくとも一部分を放散する。このことが、有利には、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックの動作中の過熱を防止する。少なくとも１つのガルバーニ電池の第２の実施形態では、流体は、好ましくは少なくとも１つの第２の領域でも蒸発し、この流体を蒸発させるのに必要な熱エネルギーは、具体的には少なくとも１つの第２の領域の周囲から引き出され、蒸発した流体は、少なくとも１つのガルバーニ電池の外部の少なくとも１つの第２の領域から吸収される熱エネルギーを、少なくとも１つのガルバーニ電池の内部の少なくとも１つの第１の領域の中へ運ぶ。気体状の流体は、好ましくは圧縮され、少なくとも１つの第１の領域で吸収される熱エネルギーの少なくとも一部分を放散する。このように、必要に応じて、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックが、少なくとも１つのガルバーニ電池の動作に好ましい温度へと有利に加熱される。
【００３７】
少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックは、好ましくは少なくとも１つの電流導体を備え、少なくとも１つの電流導体との接触のために少なくとも１つの熱伝導ユニットが設けられる。具体的には、少なくとも１つのガルバーニ電池の大充電電流および／または大放電電流により、少なくとも１つの電流導体がかなり加熱されることになる。少なくとも１つの熱伝導ユニットは、好ましくは少なくとも１つの電流導体からも熱エネルギーを引き出し、それによってこの少なくとも１つの電流導体の熱負荷を減じる。
【００３８】
好ましくは、熱伝導ユニットの少なくとも１つの第１の領域が、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックとの熱交換のために設けられ、好ましくは、熱伝導ユニットの少なくとも１つの第２の領域には、少なくとも１つの第２の流体が、それに接して、またはそれを通って流れるように供給される。少なくとも１つのガルバーニ電池のこの実施形態では、少なくとも１つのガルバーニ電池および／または少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタックが、有利には、熱伝導ユニットの少なくとも１つの第１の領域または少なくとも１つの第２の領域の周囲の支配的な温度に応じて、加熱されるかまたは冷却される。
【００３９】
本発明の趣旨の範囲内で、熱交換器ユニットは、少なくとも１つの第１の流体の流れから少なくとも１つの第２の流体の流れに熱エネルギーを伝達するように設けられるユニットと理解されたい。熱交換器ユニットの熱エネルギーの間接移転が好ましく、これは、流体の流れが少なくとも１つの熱伝導性の固体によって互いから空間的に分離されるという点で特徴づけられる。
【００４０】
熱伝導ユニットの少なくとも１つの第２の領域は、好ましくは、少なくとも１つの熱交換器ユニットとの接触のために、少なくともいくつかの領域に設けられる。
【００４１】
少なくとも１つの熱伝導ユニットは、好ましくは少なくとも１つの電流導体と一体化して設計され、少なくとも１つの熱伝導ユニットが、少なくとも１つの電流導体の上に少なくとも部分的に延在する。
【００４２】
少なくとも１つの流体管路は、好ましくは閉まっている。さらに好ましくは、少なくとも１つの閉じた流体管路は熱パイプとして設計される。
【００４３】
本発明の趣旨の範囲内で、熱パイプは、これも熱伝導のために設けられるユニットと理解されるべきであり、運ばれるべき熱エネルギーは、熱パイプによって、少なくとも１つの第１の位置から少なくとも１つの第２の位置へ非常に効率的に伝達され得る。適切に設計されると、熱パイプが伝導することができる熱流は、固体の銅で作製された同じ幾何学的寸法を有する構成要素より３倍までの係数だけ大きい。熱パイプは、液体の蒸発および凝縮の期間中に変換される、固体の熱伝導期間中よりも大きな熱出力の物理的効果を利用する。作動媒体は、熱パイプの少なくとも１つの第１の位置で蒸発し、この少なくとも１つの第１の位置における温度は、熱パイプの作動媒体の対応する相転移温度より高い。気体の作動媒体は、熱パイプのこの少なくとも１つの第２の位置で圧縮され、この少なくとも１つの第２の位置における温度は、作動媒体の対応する相転移温度より低い。気体の作動媒体の流れの方向は、具体的には熱パイプ内の温度勾配の方向に実質的に対応する。熱パイプは、好ましくは蒸発ゾーン、好ましくは断熱移送ゾーン、凝縮ゾーン、およびガス貯蔵を備え、これらは好ましくは互いに連続的に接続され、好ましくは一体化して設計される。凝縮液の重さが与えられて、凝縮液は、好ましくは凝縮ゾーンから蒸発ゾーンに流れ込む。熱パイプが少なくともいくつかの領域で毛細管の区間を備えるのはさらに好ましく、同区間は、少なくとも１つの蒸発ゾーン内部に形成されてその中で作動媒体を移動させ、凝縮液をその重力と異なる方向へ配送するためにも設けられている。好ましくは、熱パイプの内部に負圧が存在して、その結果、作動媒体が既に低温で蒸発している。熱パイプは、好ましくは作動媒体として水でも動作し、適切な設計では、約３℃の温度で１パスカルの内部圧力にて熱伝導が既に可能である。
【００４４】
作動サイクル（ｗｏｒｋ  ｃｙｃｌｅ）の期間中、すなわちガルバーニ電池の連続した充電および放電の期間中、このガルバーニ電池は加熱され、充電電流および放電電流が大きければ大きいほど、この加熱はより大きくなる。ガルバーニ電池の動作を通じて、電解液の温度は、許容された最高温度を超過してはならず、これはガルバーニ電池の充電を通じて特に重要なことである。その理由は、最大の許容値を超過する電解液温度で充電すると、ガルバーニ電池の電流導体に不可逆過程が起こり、ガルバーニ電池の動作の信頼性が損なわれ、結果的にその耐用年数が損なわれるからである。ガルバーニ電池の外部に配置された熱伝導ユニットを用いる、ガルバーニ電池の壁要素を介した電解液の間接的な冷却または加熱は、より小さな熱伝達係数をもたらし、具体的には、これらの熱伝導ユニットの位置が妨げられて、互いに接する面が熱伝導剤で不均等に潤滑されると、それによって、このガルバーニ電池の外部の熱伝導ユニットの効力が低下する。
【００４５】
好ましくは、少なくとも１つのガルバーニ電池の少なくとも１つの電流導体は、少なくともいくつかの区間で熱パイプとして設計され、この区間は、電解液を冷却するかまたは加熱するために設けられる。好ましくは、電流導体の、熱パイプとして設計された区間の少なくとも１つの第１の領域が、少なくとも１つのガルバーニ電池の内部に配置され、この少なくとも１つの第１の領域も、好ましくは少なくとも１つのガルバーニ電池の電解液と相互作用する。電流導体の、熱パイプとして設計された区間の少なくとも１つの第２の領域が、少なくとも１つのガルバーニ電池の外部に配置されるのがさらに好ましく、この少なくとも１つの第２の領域も、第２の流体が、少なくともいくつかの領域で、接してかつ／または通って流れるように設けられる。この少なくとも１つの第２の領域も、好ましくは抵抗加熱によって加熱されるように設けられるのがさらに好ましい。
【００４６】
この少なくとも１つの熱伝導ユニットは、好ましくは少なくとも１つの配送ユニットに関連づけられる。この少なくとも１つの配送ユニットも、少なくとも１つの第２の流体を配送し、この流体の流れは、好ましくは少なくともいくつかの領域で、熱伝導ユニットの少なくとも１つの第２の領域に接して、または同領域を通って流れる。配送ユニットは、好ましくは少なくとも１つの熱交換器ユニットに関連づけられ、同ユニットは、少なくとも１つの第２の流体を、好ましくはあらかじめ設定された温度に制御するように設けられる。
【００４７】
少なくとも１つのガルバーニ電池は、好ましくは少なくとも１つのガルバーニ電池の所定の場所で温度を測定する少なくとも１つの測定ユニットに関連づけられる。この目的のために、少なくとも１つのガルバーニ電池の様々な位置で温度を取得するための複数の測定手段も、好ましくは測定ユニットに接続される。この測定ユニットは、測定手段の信号を随時記録するのに適している。実用上の配慮のために、またデータ量を低減するために、データ取得は低周波数で、好ましくは１Ｈｚと１００Ｈｚの間の範囲の周波数で実行される。これは、関係している熱容量および熱伝達率にも左右される。
【００４８】
少なくとも１つのガルバーニ電池は、好ましくは少なくとも１つの制御ユニットに関連づけられ、同制御ユニットは、少なくとも１つの測定ユニットを制御してその信号を評価するためにも設けられる。これは所定の計算規則に基づいて行なわれる。これらの規則は、個々の測定手段の様々な特性曲線を考慮に入れたものである。この制御ユニットは、配送デバイスを制御するのにも適している。少なくとも１つのガルバーニ電池の動作状態に応じて、個々の、またはいくつかの配送デバイスが切り換えられる。この制御ユニットの諸機能は、別のコントローラまたは電池管理システムでも想定され得る。
【００４９】
本発明によれば、好ましくは部分的浸透性の、すなわち少なくとも１つの物質に対して実質的に浸透性であって少なくとも１つの他の物質に対して実質的に不浸透性の、物質浸透性の担体を好ましくは含むセパレータが使用される。この担体は、少なくとも片面が無機材料でコーティングされている。使用される物質浸透性の担体は、好ましくは無機材料であって、好ましくは不織布として設計される。好ましくはポリマー、さらに好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である有機材料は、好ましくは−４０℃〜２００℃の温度範囲でイオンを伝導する無機のイオン伝導材料でコーティングされている。無機のイオン伝導材料は、好ましくは、成分Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうち少なくとも１つを有する酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から成る群の少なくとも１つの化合物（酸化ジルコニウムが特に好ましい）を含む。無機のイオン伝導材料は、好ましくは、最大直径が１００ｎｍ未満の粒子を含む。
【００５０】
好ましくは、本発明によるデバイスの各ガルバーニ電池は、少なくとも１つのセパレータを備える。このようなセパレータは、例えばドイツのＥｖｏｎｉｋ  ＡＧ社によって、「Ｓｅｐａｒｉｏｎ」という商標で販売されている。
【００５１】
本発明によるデバイスの少なくとも１つのガルバーニ電池は、好ましくは実質的に立方形または角柱の設計を有する。このような実質的に立方形のガルバーニ電池は、互いに特に都合よく熱的接触させることができ、内部空間に収容することができる。
【００５２】
少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第１の長手方向延長部分ｌ１は、好ましくは１５ｃｍ≦ｌ１≦５０ｃｍの間、より好ましくは２０ｃｍ≦ｌ１≦３０ｃｍの間、さらに好ましくは２４ｃｍ≦ｌ１≦２７ｃｍの間の範囲にある。
【００５３】
少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第２の長手方向延長部分ｌ２は、好ましくは１０ｃｍ≦ｌ２≦４０ｃｍの間、より好ましくは１５ｃｍ≦ｌ２≦２５ｃｍの間、さらに好ましくは２０ｃｍ≦ｌ２≦２１ｃｍの間の範囲にある。
【００５４】
少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第３の長手方向延長部分ｌ３は、好ましくは０．５ｃｍ≦ｌ３≦５ｃｍの間、より好ましくは１ｃｍ≦ｌ３≦２ｃｍの間、さらに好ましくは１．１ｃｍ≦ｌ３≦１．２ｃｍの間の範囲にある。
【００５５】
本発明のさらなる利点、特徴、および出願選択肢が、図面に関連して以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による再充電可能電池の断面図である。
【図２】本発明による制御ユニットおよび測定ユニットの配列を示す図である。
【図３】本発明によるガルバーニ電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
図１は、好ましい実施形態で電気エネルギーを蓄積するための本発明によるデバイスを示す。この図は原寸に比例したものではない。示された再充電可能電池は、それぞれが４つのガルバーニ電池の２つの群を備える。電荷を増大するために、２つの群は並列に接続される。該群の内部では、４つのガルバーニ電池１が直列に接続されている。しかし、電気的相互接続は示されていない。気密性の溶接されたフィルムとして設計されている個々の電池ジャケットも示されていない。
【００５８】
熱伝導ユニット８が、各ガルバーニ電池１に関連づけられている。この実例では、熱伝導ユニット８は、マイクロチャンネル冷却器８と称されるものとして設計されている。温度制御された第２の流体が、マイクロチャンネル冷却器８のチャンネルを通って流れ、チャンネルの寸法形状、第２の流体の物質性質およびその流速は、流れのレイノルズ数またはヌッセルト数ができるだけ大きくなるように選択されている。マイクロチャンネル冷却器に供給するために、供給ライン５および６が設けられている。ガルバーニ電池１および第２の流体の温度に応じて、ガルバーニ電池１に対して、熱が、供給されるかまたはマイクロチャンネル冷却器８を使用して引き出される。
【００５９】
図示されていない別の実施形態では、マイクロチャンネル冷却器が熱パイプと称されるもので置換される。これは、この実施形態が特許請求の範囲の特徴を欠くことなく、さらなる設計変更をもたらす。
【００６０】
図１によれば、ガルバーニ電池１は電池保持具２によって収納される。この保持具の壁９は薄く、硬化性合成材料から作製されており、ガルバーニ電池を密封して空気の包含を回避する。電池保持具２の内部空間は、壁によって分離されてそれぞれが４つのガルバーニ電池を収納する２つの空洞を備える。ガルバーニ電池１と壁９の間で大きな熱流を伝達することができるように、図示されてない電池ジャケットが壁９によって囲まれている。電池保持具２の壁９の中に、第４の流体用の管路３が構成されている。これらの管路は、電池保持具２の製作中に壁９の中に導入される。熱を供給するかまたは除去することができる第４の流体が、これらの管路３を通って流れる。これらの流体を配送するためのユニットが、図示されていない制御ユニット１１によってオンとオフを切り換えられる。
【００６１】
一例として、この図は、温度を取得するための第１の測定ユニット７だけを示している。これは熱電対７であり、その接点が、図示されていない制御ユニット１１に接続されている。図示されていないが、これらのガルバーニ電池１のそれぞれが専用熱電対７を備える。再充電可能電池のこの実施形態では、各熱電対７は１００Ｈｚの周波数でポーリングされる。このデバイスは、第２の測定ユニット１０をさらに備える。この図面は、ガルバーニ電池１に供給されるかまたは同電池から引き出される電流の強度を測定する電流計１０を示す。
【００６２】
個々のガルバーニ電池１の間に熱伝導性フォイル４が配置されている。この熱伝導性フォイル４は、実際の接触表面積も拡大することにより、個々のガルバーニ電池間の熱接触を改善するのに使用される。さらに、この熱伝導性フォイル４は、ガルバーニ電池の望ましくない運動を防止するようにガルバーニ電池に対して弾性のある復元力をさらに加える。
【００６３】
型を使用して硬化性合成材料から電池保持具２を作製するとき、好ましくは壁９とこの壁に接しているガルバーニ電池１との間に優れた熱接触が達成される。
【００６４】
図１には、デバイスを供給するための隣接した、すなわち相互作用する諸ユニットが示されていない。これらの諸ユニットは、例えば、マイクロチャンネル冷却器８および管路３に供給する冷媒回路を含む。この図面には、再充電可能電池の完全な機能に必要とされる電池保持具２の様々な接続機構も示されていない。
【００６５】
図２は、再充電可能電池の温度を制御するための制御ユニットおよび測定ユニットを備える本発明による配列を示す。制御ユニット１１が示され、メモリユニット１２に関連づけられている。このメモリユニット１２は、計算規則、取得して評価された測定値、および温度の規格または目標値を保存する。このメモリユニット１２は、再充電可能電池の温度調節のための規格をさらに含む。温度調節のためのこれらの規格は、制御ユニット１１により、先行するやり方で現存のユニットをオンまたはオフにするように用いられる。接続されているガルバーニ電池の温度を取得するための第１の測定ユニット７が、制御ユニット１１に接続されている。この第１の測定ユニット７に切換えスイッチ１３が接続され、このスイッチに様々な熱電対が接続される。さらに、電流を取得するための第２の測定ユニット１０が制御ユニット１１に接続される。この第２の測定ユニット１０に切換えスイッチ１４が接続され、このスイッチに様々な電流計が接続される。さらに、流体用の複数の配送ユニットおよび様々なスイッチに対する制御線が、制御ユニット１１に接続される。
【００６６】
制御ユニットおよび測定ユニットの配列のこの実施形態では、制御ユニット１１は、先行するやり方で作動される、再充電可能電池の温度制御を実行することができる。この目的のために、制御ユニット１１の諸機能は、別のコントローラまたはより高レベルの電池管理システムでも想定され得る。
【００６７】
図３は、本発明によるデバイスのガルバーニ電池（１）の断面を示し、このガルバーニ電池（１）は、電池ジャケット（２１）によって部分的に囲まれている。この図は原寸に比例したものではない。電池ジャケット（２１）によって囲まれた内部空間（１５）は、２つの電極（１７ａ、１７ｂ）、セパレータ（１６）および電解液（図示せず）を収容する。さらに、諸電流導体または諸熱伝導ユニットが、内部空間（１５）のいくつかの領域の中に収容される。諸電流導体および１つの熱伝導ユニットが、構成要素（３０ａ、３０ｂ）として一体化して設計されて各ケースの中にある。熱伝導ユニットは熱パイプとして構成される。熱伝導ユニット（１８ａ、１８ｂ）のそれぞれの第１の領域が、熱伝導および電流伝導のための機能ブロックとして、電流導体の第１の区間と一緒に各ケースの中に構成され、これらの領域は、電池ジャケット（２１）によって部分的に囲まれる。また、熱パイプとして構成された熱伝導ユニットの第１の領域のそれぞれが、蒸発ゾーン（１８ａ、１８ｂ）を備える。構成要素（３０ａ、３０ｂ）のそれぞれが、電池ジャケットの外部に、実質的に固体の金属領域（１９ａ、１９ｂ）を備え、これらの領域は流体管路を含まず、これらの領域（１９ａ、１９ｂ）は、好ましくはガルバーニ電池（１）を電気的に接触させるために用いられる。熱パイプとして構成された熱伝導ユニットの第２の領域のそれぞれが、ガルバーニ電池の外部に凝縮ゾーン（２０ａ、２０ｂ）を備える。凝縮領域および蒸発領域のこの配列は、ガルバーニ電池（１）、具体的には電極（１７ａ、１７ｂ）を冷却するように設けられている。ガルバーニ電池（１）の内部および外部で支配的な温度に応じて、構成要素（３０ａ、３０ｂ）の蒸発領域（１８ａ、１８ｂ）と凝縮領域（２０ａ、２０ｂ）を反対にしてもよい。次いで、電池ジャケットの内部および電池ジャケットの外部の蒸発領域（１８ａ、１８ｂ）に、凝縮領域（２０ａ、２０ｂ）が配置され、この機構を用いて、ガルバーニ電池（１）および特に電極（１７ａ、１７ｂ）が必要に応じて加熱される。
【符号の説明】
【００６８】
１  ガルバーニ電池
２  電池保持具
３  管路
４  熱伝導性フォイル
５  供給ライン
６  供給ライン
７  第１の測定ユニット
８  マイクロチャンネル冷却器
９  壁
１０  第２の測定ユニット
１１  制御ユニット
１２  メモリユニット
１３  切換えスイッチ
１４  切換えスイッチ
１５  内部空間
１６  セパレータ
１７ａ  電極
１７ｂ  電極
１８ａ  熱伝導ユニット
１８ｂ  熱伝導ユニット
１９ａ  金属領域
１９ｂ  金属領域
２０ａ  凝縮ゾーン
２０ｂ  凝縮ゾーン
２１  電池ジャケット
３０ａ  構成要素
３０ｂ  構成要素
【図１】
2012523655.tif 000003
【図２】
2012523655.tif 000004
【図３】
2012523655.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月8日(2011.12.8)
【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】
電池ジャケット（２１）によって少なくとも部分的に囲まれた少なくとも１つのガルバーニ電池（１）を備える、電気エネルギーを蓄積するためのデバイスであって、
前記ガルバーニ電池（１）に動作可能に接続された少なくとも１つの熱伝導ユニット（８、３０ａ、３０ｂ）が設けられ、この熱伝導ユニット（８）が、前記ガルバーニ電池（１）に熱出力を供給する、かつ／または前記ガルバーニ電池（１）から熱を除去するのに適しており、
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ、３０ｂ）が、蒸発ゾーン（１８ａ、１８ｂ）を備える熱パイプとして複数の領域で設計され、前記電池ジャケット（２１）によって部分的に囲まれており、前記電池ジャケットの外部が実質的に固体の金属領域（１９ａ、１９ｂ）を備え、この領域が、流体管路を含まず、前記ガルバーニ電池（１）の電気的接触のために用いられることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
壁（９）で内部空間を部分的に囲む少なくとも１つの電池保持具（２）が設けられ、
前記内部空間が、少なくとも１つのガルバーニ電池（１）を収納するのに適しており、前記電池ジャケットが、前記壁（９）に対して動作可能に少なくとも部分的に接続され、
熱伝導手段（４）が、前記電池ジャケットと前記電池保持具（２）の前記壁（９）および／またはさらなる電池ジャケットとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ガルバーニ電池（１）の所定の位置で温度を取得するのに適する少なくとも１つの第１のユニット（７）が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記既存の第１の測定ユニット（７）の信号の評価および／または前記既存の熱伝導ユニット（８）の制御に少なくとも適する少なくとも１つの制御ユニット（１１）が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ガルバーニ電池（１）の流入電流または流出電流の電流強度を取得して前記制御ユニット（１１）に前記電流強度を伝達するのに適する少なくとも１つの第２の測定ユニット（１０）が設けられ、
かつ／または前記デバイスが、前記制御ユニット（１１）に関連づけられたメモリユニット（１２）であって、少なくともデータおよび／または計算規則を保存するのに適するメモリユニット（１２）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
好ましくは角柱の設計を有する、かつ／または熱伝導ユニット（８）の形態である前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が、前記電池の内部に配置された少なくとも１つの第１の領域および前記電池の外部に配置された第２の領域を有する少なくとも１つの実質的にプレート形の電流導体を備え、前記第２の領域が前記第１の領域と少なくとも同等の幅であり、
前記第２の領域が、好ましくは、少なくとも銅および／またはアルミニウムを含むヒートシンクに動作可能に接続され、
第１の流体が、前記第２の領域および／または前記ヒートシンクに対して少なくとも部分的に流れることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
熱伝導手段（４）が、薄い壁を有する、かつ／または電気的絶縁性であるように設計されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
熱伝導手段（４）が、隣接した諸構成要素と面接触する、かつ／またはこれらの隣接した構成要素に接合されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つの熱伝導ユニット（８）を備え、
前記熱伝導ユニット（８）が、前記電池の内部に存在するかもしくは前記電池と動作可能に接続される第３の領域および／または前記電池（１）の外部の第４の領域を有する少なくとも１つの第１の流体管路を備え、第２の流体が前記第１の流体管路の中に含まれ、
前記第２の流体が、好ましくは、前記第１の流体管路の内部を流れ、かつ／または相転移を受け、
第３の流体が前記第４の領域に対して少なくとも部分的に流れる、ならびに／あるいは前記第４の領域がヒートシンクに動作可能に接続されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスが、少なくとも部分的に第３の物質で満たされた容器をさらに備え、
前記第３の物質が、所定の温度で相転移を受け、好ましくは非導電性であり、かつ／またはさらに好ましくはＣＯ２を含み、
前記容器が、前記制御ユニットによって少なくとも部分的に開かれるのに適した少なくとも１つの閉鎖要素を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記電池保持具（２）の前記壁（９）が、少なくとも１つの硬化性の第１の物質、好ましくは合成材料および埋め込まれた粒子を含み、これらの粒子の熱伝導率が、前記硬化性の第１の物質の熱伝導率と少なくとも同じくらい大きく、
ならびに／あるいは、前記ガルバーニ電池（１）が前記壁（９）によって少なくとも部分的に囲まれ、
ならびに／あるいは、前記壁（９）が、第４の流体を流す少なくとも１つの第２の流体管路（３）を備え、かつ／または、冷却および／または加熱された表面領域に対する熱的動作可能な接続のための接続表面領域、例えばこの目的のために意図された蒸発器の表面領域を備え、
ならびに／あるいは、前記壁（９）が、前記デバイスの動作を通じて、かつ／または所定の温度で相転移を受けるのに適する第２の物質を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
少なくとも１つのガルバーニ電池（１）がリチウムおよび／またはリチウムイオンを含む、ならびに／あるいは前記電解液が好ましくはリチウムイオンを含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイスを作動させる方法であって、
前記第１の測定ユニット（７）が、ガルバーニ電池の所定の場所で少なくとも間欠的に温度を取得し、ならびに／あるいは、前記第２の測定ユニット（１０）が、ガルバーニ電池（１）の流入電流または流出電流の強度を取得し、
前記制御ユニット（１１）が、前記取得された温度およびこの目的のための所定の温度に基づいて温度差を求め、前記制御ユニット（１１）が、前記測定された温度、前記検出された温度差および／または取得された電流の強度に応じて、熱伝導ユニット（８）および／または流体用の配送ユニットをオンまたはオフに切り換えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
型および少なくとも１つの硬化性の第１の物質を用いて請求項１１または１２に記載のデバイス用の電池保持具（２）を作製する方法であって、
ａ）  前記型の中にガルバーニ電池（１）を配置するステップであって、間隙が熱伝導手段（４）で満たされ、前記電池が後に互いに対して押しつけられるステップと、
ｂ）  空洞に前記硬化性の第１の物質を詰めるステップと、
ｃ）  前記硬化性の第１の物質を硬化するステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）との接触のために、具体的には前記少なくとも１つのガルバーニ電池の前記電極スタック（１７ａ、１７ｂ）との接触のために、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が少なくとも局部的に設けられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、特に流体を流すように設けられた少なくとも１つの流体管路を備えることを特徴とする請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記流体が少なくとも１つの相転移を受けるように供給され、前記流体の前記少なくとも１つの相転移の温度が前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の動作温度に適合されることを特徴とする請求項１５または１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の前記電池ジャケット（２１）から少なくとも部分的に導かれることを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、少なくとも１つの第１の領域（１８ａ）および第２の領域（２０ａ）を備え、前記第１の領域（１８ａ）が前記電池ジャケット（２１）の内部に配置され、前記第２の領域が前記電池ジャケット（２１）の外部に配置されることを特徴とする請求項１５から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記電極スタック（１７ａ、１７ｂ）が、少なくとも１つの電流導体（３０ａ）を備え、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が、前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）との接触のために少なくとも局部的に設けられることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記熱伝導ユニット（１８ａ）の前記第１の領域が、前記少なくとも１つのガルバーニ電池の電極スタック（１７ａ、１７ｂ）との熱交換のために設けられ、前記熱伝導ユニット（２０ａ）の前記第２の領域が、それに対して、またはそれを通って第２の流体が流れるように設けられることを特徴とする請求項１５から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記熱伝導ユニット（２０ａ）の前記第２の領域が、熱交換器ユニットとの熱伝導接触のために設けられることを特徴とする請求項１５から２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）が前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）と一体化して設計され、前記熱伝導ユニット（３０ａ）が前記少なくとも１つの電流導体（３０ａ）の上に少なくとも部分的に延在することを特徴とする請求項１５から２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの流体管路が閉まっていることを特徴とする請求項１５から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
少なくとも１つの配送ユニットが、前記少なくとも１つの熱伝導ユニット（３０ａ）、具体的には前記少なくとも１つの流体管路に関連づけられることを特徴とする請求項１５から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が、少なくとも１つの測定ユニット、具体的には温度測定ユニットに関連づけられることを特徴とする請求項１５から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つの制御ユニットに関連づけられ、前記制御ユニットが少なくとも１つの測定ユニットを制御するためにも設けられることを特徴とする請求項１５から２６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が少なくとも１つのセパレータ（１６）を備え、前記セパレータ（１６）が、好ましくは部分的に物質浸透性の、すなわち少なくとも１つの物質に対して実質的に浸透性であって少なくとも１つの他の物質に対して実質的に不浸透性の、物質浸透性の担体を好ましくは含み、
前記担体が、少なくとも片面は無機材料でコーティングされており、
用いられる前記物質浸透性の担体が、好ましくは無機材料であって好ましくは不織布として設計されており、前記無機材料が、好ましくはポリマーであって、さらに好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）であり、
有機材料が、好ましくは−４０℃と２００℃の間の温度範囲でイオンを伝導する無機のイオン伝導材料でコーティングされており、
前記無機のイオン伝導材料が、好ましくは、成分Ｚｒ、Ａｌ、Ｌｉのうち少なくとも１つの、酸化物、リン酸塩、硫酸塩、チタン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩から成る群の少なくとも１つの化合物、具体的には酸化ジルコニウムを含み、
前記無機のイオン伝導材料が、好ましくは、最大直径が１００ｎｍ未満の粒子を含むことを特徴とする請求項１から２７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２９】
各ガルバーニ電池（１）がセパレータ（１６）を備えることを特徴とする請求項１から２８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）が実質的に立方形または角柱の設計を有することを特徴とする請求項１から２９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第１の長手方向延長部分ｌ１が、好ましくは１５ｃｍ≦ｌ１≦５０ｃｍの間、より好ましくは２０ｃｍ≦ｌ１≦３０ｃｍの間、さらに好ましくは２４ｃｍ≦ｌ１≦２７ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第２の長手方向延長部分ｌ２が、好ましくは１０ｃｍ≦ｌ２≦４０ｃｍの間、より好ましくは１５ｃｍ≦ｌ２≦２５ｃｍの間、さらに好ましくは２０ｃｍ≦ｌ２≦２１ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記少なくとも１つのガルバーニ電池（１）の少なくとも１つの第３の長手方向延長部分ｌ３が、好ましくは０．５ｃｍ≦ｌ３≦５ｃｍの間、より好ましくは１ｃｍ≦ｌ３≦２ｃｍの間、さらに好ましくは１．１ｃｍ≦ｌ３≦１．２ｃｍの間の範囲にあることを特徴とする請求項１から３２のいずれか一項に記載のデバイス。
【国際調査報告】
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