(57)【要約】  導体（４０７、４０８）およびそれに取り付けられた冷却体（１０３、１０４、１０５、１０６、４０３、４０４、４０５、４０６）を備えたガルバニ電池（１０１、４０１）。この冷却体は、導体が電池内へのまたは電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、電池からの排熱にも役立ち得るように形成されている。ガルバニ電池を冷却するための冷却体は、導体が電池へのまたは電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、電池からの排熱にも役立ち得るように、力結合、形状結合、または物質結合によりガルバニ電池の導体に取り付けることができるように形成されている。
2012523654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの導体（４０７、４０８、６０９、６１０、６１１、６１２）を備えたガルバニ電池（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）において、少なくとも１つの導体が、少なくとも１つの冷却体（１０３、１０４、１０５、１０６、２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４、４０５、４０６、５０３、５０４、６０３、６０４、６０５、６０６、７０１）を備えており、前記冷却体は、前記導体が前記電池内へのまたは前記電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、前記電池からの排熱にも役立ち得るように形成されていることを特徴とするガルバニ電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と力結合により結合されていることを特徴とする請求項１に記載のガルバニ電池。
【請求項３】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と形状結合により結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガルバニ電池。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と物質結合により結合されてい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ガルバニ電池。
【請求項５】
ガルバニ電池の導体が前記電池へのまたは前記電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、前記電池からの排熱にも役立ち得るように、力結合、形状結合、または物質結合によりガルバニ電池の導体に取り付け得るように形成されていることを特徴とするガルバニ電池を冷却するための冷却体（７０１）。
【請求項６】
複数の請求項１から５のいずれか一項に記載のガルバニ電池（６０１、６０２）から成ることを特徴とする電池スタック。
【請求項７】
接触要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項８】
絶縁要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項９】
保持要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項１０】
請求項７から９のうち少なくとも２つの請求項に記載の特徴を備えた電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガルバニ電池、電池スタック、およびガルバニ電池を冷却するための冷却体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガルバニ電池は、エネルギーを化学的な形で貯蔵し、このエネルギーを電気的な形で取り込み、かつ再び放出することができる。電池の充電の際にも放電の際にも化学反応が進行し、この化学反応はかなりの発熱を伴うことが多い。発生する熱は、電池の過熱を防止するために効果的に排出されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、ガルバニ電池を冷却するための技術的な教示を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、独立請求項の１つに係る製品によって解決される。
【０００５】
本発明は、ガルバニ電池の少なくとも１つの導体に、この導体が電池内へのまたは電池からの電気エネルギーの移送に役立つと同時に、電池からの排熱にも役立ち得るように形成された冷却体を備え付けることを提案する。
【０００６】
本発明の有利な変形形態は従属請求項の対象である。
【０００７】
次に、以下で本発明を説明するために使用される概念を、本発明の説明に関する意味において詳しく解説する。
【０００８】
本発明におけるガルバニ電池の概念は、あらゆる種類の電気エネルギー貯蔵器を含み、特に電気化学的エネルギー貯蔵器、つまり特に一次電池および二次電池も、その他の電気エネルギー貯蔵器、例えばコンデンサも含む。
【０００９】
本発明における導体の概念は、ガルバニ電池内へのまたはガルバニ電池からの電気エネルギーの移送に関わるあらゆる種類の機構、つまり特に薄板状の電極または類似の機構を含む。いわゆる「パウチ型」電池または「コーヒーバッグ型」電池に関しては、導体は好ましくは薄板状の電極であり、この電極は、電池の電極スタックと結合されており、かつ、電池のたいていはフィルム状の包材から突き出ており、したがって、導体は、適用装置の接触要素または端子と電気的に接触することができる。
【００１０】
本発明における冷却体とは、冷却体と接触している熱源からヒートシンクへの熱移送を容易にするまたは促進するのに適したあらゆる種類の機構である。冷却体は、熱伝導性に優れた、しばしば金属製の物体であることが好ましく、この物体は一方では熱源との特に強力な熱伝導性接触が可能であるように形成されており、他方では、ヒートシンクとの熱交換に関与する有効表面積、いわゆる伝熱面積ができるだけ大きくなるように形成されている。したがってこの物体は、しばしば構造上の様々な理由から冷却体がなく比較的小さな伝熱面積しか有さない熱源の有効な（効果的な）伝熱面積の拡大に役立つことが好ましい。
【００１１】
本発明における結合とは、２つの物体の機械的な、電気的な、および／または熱伝導性の結合を意味するものとする。
【００１２】
本発明における力結合とは、１つまたは複数の力の影響により成立する、または少なくとも補助または改善される、２つの物体の結合を意味するものとする。このような力結合の例は、ネジ結合、クランプ結合、または関与する物体が双方で力を及ぼし合い、この力が結合を実現し、補助し、もしくは結合の質を改善する類似の結合である。
【００１３】
本発明における形状結合とは、関与する両方の物体の形状に基づいて成立する、または改善される、２つの物体の結合を意味するものとする。その際、関与する物体はその形状が、熱伝導性結合の場合には結合された物体の間の伝熱面積ができるだけ大きくなるように、かつ／または導電性結合の場合には結合された物体の間の導電性ができるだけ大きくなるように相互に適合されていることが好ましい。
【００１４】
本発明における物質結合とは、物質により仲介される、または可能にされる、２つの物体の結合を意味するものとする。この物質は、熱伝導性のグラウト材、接着剤、ペースト、または弾性熱伝導フィルムであることが好ましく、関与する物体の間の結合、つまり熱伝達および／または電流伝達が促進または改善されるように、結合すべき物体の隙間に施され、または配置される。物質結合は同時に形状結合であってもよく、かつ／または力結合であってもよい。つまり全ての組合せが可能である。
【００１５】
本発明におけるガルバニ電池のスタックとは、複数の、好ましくは同種の電池が、電気的な直列接続および／または並列接続により、電池スタックまたは電池がバッテリとして配列されたあらゆる装置を意味するものとする。このような電池スタックは、電池ブロックまたはバッテリとも言う。
【００１６】
本発明における接触要素とは、電池をスタックへと組み立てる際に、または電池もしくは電池スタックを装置に組み込む際に、電池同士の接触、または電池もしくは電池スタックと電流源もしくは電流消費機器の接触のために用いられる導電性の構造要素を意味するものとする。
【００１７】
これに対応して絶縁要素とは、ここでは同様に、その絶縁特性により電池スタックを組み立てるために、または電池を電流源もしくは電流消費機器に接続するために、または電池もしくは電池スタックを装置に組み込むために役立つ構造要素を意味するものとする。この場合、絶縁要素は、電池の導体の相互の、または装置の接触要素との規定通りの電気的接続に役立ち、特に規定に反する電気的結合、例えば電気的短絡の回避に役立つことが好ましい。
【００１８】
これに類似して保持要素とは、電気的絶縁または電気的接触だけでなく、電池または電池スタックを装置内で機械的に固定するためにも役立つ、少なくとも部分的に絶縁性または導電性の構造要素を意味するものとする。
【００１９】
以下に本発明を、好ましい例示的実施形態に基づき、図を用いてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】電池の両方の導体に冷却体を備えた本発明の第１の実施形態に基づく本発明によるガルバニ電池を示す図である。
【図２】導体に取り付けられた冷却体を含む図１に示した図の部分拡大図である。
【図３】図２に示した部分図の断面図である。
【図４】図１に示した本発明によるガルバニ電池の例示的実施形態の分解図である。
【図５】本発明の１つの例示的実施形態に基づく、本発明による電池から成る電池スタックを示す図である。
【図６】図５に示した電池スタックの断面図である。
【図７】本発明の好ましい１つの例示的実施形態に基づく冷却体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ガルバニ電池の直接冷却、つまり冷却流体（空気、水、冷却油など）が電池ハウジング内を循環することにより、充電および放電の際に生じる損失熱を排出する既知の形態とは異なり、本発明は、ガルバニ電池の電気導体を電池の冷却に利用する。その際、本発明は、優れた電気伝導体が一般的に優れた熱伝導体でもあるという観察結果を利用する。
【００２２】
本発明はこの課題を、導体に冷却体を取り付けることによって解決する。その際、この冷却体は、導体が電気導体としての本来の機能を果たすと同時に、さらに電池からの熱の移送に役立ち得るように取り付けられる。
【００２３】
これは、一つには、冷却体が少なくとも部分的にまたは所々で導電性材料から成ることにより達成することができる。ただしこれが望ましくない場合には、比較的高い熱伝導性と優れた電気絶縁特性を兼ね備えた材料も利用可能である。そのような材料の例は、熱伝導性に優れているが電気絶縁性のセラミックである。例えば、炭化ケイ素や窒化アルミニウムのような素材が、セラミック材料にしては比較的高い熱伝導性の故に、熱伝導を目的とする電気絶縁素材として用いられる。
【００２４】
使用する冷却体は、全体として優れた熱伝導特性を有することを条件として、例えば金属、セラミック、または例えば金属／セラミック複合材料から作製することができる。その際、冷却体は、力結合、形状結合、または物質結合により、またはこれらの結合方法の組合せで、導体と結合することができる。
【００２５】
力結合または形状結合を適用する際にしばしば生じる導体と冷却体の間の隙間を、熱伝導性のグラウト材、接着剤、ペースト、または弾性熱伝導フィルムによって埋めると有利である。冷却体は、伝熱断面積を拡大するために、リブ、貫通口、または表面積を拡大させる類似の構造を備えることができる。
【００２６】
冷却体上のそのようなリブまたはそのようなリブの一部は、効果的な熱伝達を改善するために、冷却液を案内するのに適するように、または冷却液を狙い通りに渦巻かせるのにも適するように形成することができる。さらに、冷却体が同時に他の機能も担うと有利である。つまり冷却体は、例えば電池の電気的な直列接続を可能にするため、または電流消費機器もしくは電流源に対する電気的接触を可能にするために、同時に電気的接触要素として使用することもできる。
【００２７】
冷却体を保持要素として実施する本発明の実施形態も可能であり、この冷却体は、同時に電池の固定にも役立ち、または導体を接触要素に押し付ける。いずれの場合も、冷却体はその導電性に関し、冷却体の主目的である導体の冷却の改善が、他の視点、例えば導体の効果的かつ規定通りの電気的接触と両立するように形成されることが好ましい。
【００２８】
図１〜図４は本発明の１つの例示的実施形態を示している。ここで、フィルム状の包材１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６１３で被覆された電池スタックから成り、この包材から２つの導体４０７、４０８が突き出ているいわゆるパウチ型電池、つまり平たいガルバニ電池１０１、２０１、３０１、４０１は、２つの冷却体１０３、１０４、１０５、１０６、２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４、４０５、４０６を備えており、この冷却体はそれぞれ導体の上面および下面に固定されている。
【００２９】
図５および図６は本発明の一実施形態を示しており、この場合、冷却体５０３、５０４は同時に、電池ブロック内の電池を電気的に直列接続するための接触要素としても用いられる。そのために金属製の冷却体６０３、６０４、６０８が、２つの隣接する電池の間にあり、電池の導体を相互に結合している。保持要素または絶縁要素５０５、６０５、６０６、６０７は、電気的結合部の反対側で電池を離隔している。ただし絶縁要素５０５、６０５、６０６、６０７は、冷却体として実施することもできる。
【００３０】
図７は、有効表面積を拡大するためにリブおよび冷却体に付加された穴または貫通口７０２、７０３、７０４を備えた本発明による冷却体７０１の１つの例示的実施形態を示しており、穴または貫通口は、冷却体の有効表面積のさらなる拡大と同時に重量の削減にも役立つ。
【符号の説明】
【００３１】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、６０２  ガルバニ電池
１０３、１０４、１０５、１０６、２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４、４０５、４０６、５０３、５０４、６０３、６０４、６０５、６０６、７０１  冷却体
４０７、４０８、６０９、６１０、６１１、６１２  導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012523654.tif 000009
【図８】
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【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】
少なくとも２つの導体（４０７、４０８、６０９、６１０、６１１、６１２）を備えたガルバニ電池（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）において、少なくとも１つの導体が、少なくとも１つの冷却体（１０３、１０４、１０５、１０６、２０３、２０４、３０３、３０４、４０３、４０４、４０５、４０６、５０３、５０４、６０３、６０４、６０５、６０６、７０１）を備えており、前記冷却体は、前記導体が前記電池内へのまたは前記電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、前記電池からの排熱にも役立ち得るように形成されていることを特徴とするガルバニ電池ガルバニ電池において、
前記少なくとも１つの冷却体が、少なくとも部分的にまたは所々で、接触要素および/または絶縁要素および/または保持要素として用いられており、前記冷却体が前記導体の冷却を改善し、かつ前記導体の所定の電気的接触に寄与するように形成されていることを特徴とするガルバニ電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と力結合により結合されていることを特徴とする請求項１に記載のガルバニ電池。
【請求項３】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と形状結合により結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガルバニ電池。
【請求項４】
前記少なくとも１つの導体が、前記少なくとも１つの冷却体と物質結合により結合されてい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ガルバニ電池。
【請求項５】
ガルバニ電池の導体が前記電池へのまたは前記電池からの電気エネルギーの移送のために役立つと同時に、前記電池からの排熱にも役立ち得るように、力結合、形状結合、または物質結合によりガルバニ電池の導体に取り付け得るように形成されていることを特徴とするガルバニ電池を冷却するための冷却体（７０１）。
【請求項６】
複数の請求項１から５のいずれか一項に記載のガルバニ電池（６０１、６０２）から成ることを特徴とする電池スタック。
【請求項７】
接触要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項８】
絶縁要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項９】
保持要素として用いることができる少なくとも１つの前記冷却体を具備する少なくとも１つの前記導体を備えた少なくとも１つの前記ガルバニ電池を有することを特徴とする請求項６に記載の電池スタック。
【請求項１０】
請求項７から９のうち少なくとも２つの請求項に記載の特徴を備えた電池スタック。
【国際調査報告】
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