(57)【要約】バッテリ用の熱管理システムは、内部にウィッキング成分を有する蒸気チャンバを利用する。例示的な熱管理システムは、作動流体とウィッキング成分とを含む蒸気チャンバを備える。複数のバッテリセルが少なくとも部分的に蒸気チャンバ内に配置されている。コールドプレートが蒸気チャンバに結合され、ヒートポンプがコールドプレートに結合されている。熱管理システム内の蒸気および作動流体の移動を容易にするために毛管が利用されてもよい。例示的なシステムの使用により、バッテリ用の改善された熱管理が提供される。【選択図】図１Ａ
2020513649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、ウィッキング材料、及び作動流体を備える蒸気チャンバと、
各バッテリセルが少なくとも部分的に前記蒸気チャンバ内に配置された複数のバッテリセルを備えるバッテリパックと、を備え、
各バッテリセルは、前記ウィッキング材料の一部に接触し、
前記作動流体は、前記バッテリセルから熱を運び去るために前記蒸気チャンバ内で相変化する、
熱管理システム。
【請求項２】
前記蒸気チャンバに結合されたヒートポンプを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ウィッキング材料は、前記バッテリセル間に少なくとも部分的に配置されたポストを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ポストは、蒸気が通り抜けられるように内部開口部を有して構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ポストは、前記蒸気チャンバの第１の側面から当該蒸気チャンバの反対側の第２の側面まで延びる、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記バッテリパックの前記バッテリセルは互いに接触し、前記ウィッキング材料は前記バッテリセル間のスペースに配置された一組のポストを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記ウィッキング材料は、ハニカムパターン、シリアル織りパターン（serial weave pattern）、又はパラレル織りパターン（parallel weave pattern）の少なくとも１つで構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ウィッキング材料は、前記蒸気チャンバ内に配置されたバッテリセルの表面領域の９０％未満と接触する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記ウィッキング材料は、前記蒸気チャンバ内に配置されたバッテリセルの長さの９０％未満に沿って延びる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ウィッキング材料は、前記蒸気チャンバ内に配置されたバッテリセルの長さに沿って部分的に延び、前記ウィッキング材料は、前記バッテリセルの長さに沿って延びるにつれて先細になる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数のバッテリセルにおける第１の組のバッテリセルは、第１の割合で前記蒸気チャンバに部分的に収容され、前記複数のバッテリセルにおける第２の組のバッテリセルは、前記第１の割合よりも高い第２の割合で前記蒸気チャンバに部分的に収容される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記熱管理システムは、５００ワットパーメートルケルビン（Ｗ／ｍＫ）以上２０００Ｗ／ｍＫ以下のレベルの熱伝達を提供するように動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ウィッキング材料は、射出成形可能、親水性、及び伸縮性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記熱管理システムは、重力に対する当該熱管理システムの向きに関係なく動作する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記バッテリセルは円筒形であり、前記ウィッキング材料は第１のウィッキング部分と第２のウィッキング部分とを備え、前記第１のウィッキング部分は前記バッテリセルの円筒軸に対して略垂直な方向に前記作動流体を移送するように構成され、前記第２のウィッキング部分は前記作動流体の気化を促進させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記蒸気チャンバ内の第１の高さの入口端部と、前記蒸気チャンバ内のより低い第２の高さの戻り端部と、を有する毛管を更に備え、前記作動流体は、前記毛管内で気体から液体形態へ凝縮する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ウィッキング材料からの前記作動流体の蒸発によって、前記作動流体を前記戻り端部で前記毛管から流出させる力が提供される、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コールドプレートに結合された凝縮チャンバと、
前記蒸気チャンバ内の第１の位置の入口端部と、前記蒸気チャンバ内の異なる位置の第２の位置の戻り端部と、を有する毛管であって、少なくとも部分的に前記凝縮チャンバを貫通する、毛管と、
を更に備える請求項２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コールドプレートに結合された凝縮チャンバを更に備え、
前記コールドプレートは、前記蒸気チャンバと前記凝縮チャンバとを連結する複数の開口部を有して構成され、
前記ウィッキング材料の一部は、前記複数の開口部の１つ又は複数を通って前記凝縮チャンバ内に入る、
請求項２に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ウィッキング材料は、一連のポストを備え、前記一連のポストの第１の部分は前記凝縮チャンバを完全に横切り、前記一連のポストの第２の部分は前記凝縮チャンバを部分的に横切る、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 本出願は、２０１６年１１月１８日に出願された、「蒸気チャンバを利用したバッテリ熱管理のためのシステムおよび方法」という名称の米国仮特許出願第６２／４２４，０５４号に対する優先権およびその利益を主張する。前述した出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002] 本開示は、熱管理に関し、特に、バッテリパックの熱管理に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003] 特に自動車用途におけるバッテリパックおよびセルの熱管理に対する従来のアプローチは、所望に応じてバッテリパックの迅速かつ十分に制御された加熱および／または冷却を提供することを試みてきた。しかしながら、これらの従来のアプローチは、バッテリセルを動作中に望ましい温度範囲内に維持する能力、最大および最小セル温度を制御する能力、動作設定温度を達成する能力、又はバッテリパック内のセル間の限られた範囲の熱変動を保証する能力に限定されていた。したがって、バッテリパックおよび他の電気装置の熱管理のための改良されたシステムおよび方法が依然として望まれる。
【発明の概要】
【０００４】
[0004] 例示的な実施形態では、熱管理システムは、ハウジング、ウィッキング(wicking)材料(wicking)、及び作動流体を含む蒸気チャンバと、複数のバッテリセルを含むバッテリパックと、を備える。複数のバッテリセルのそれぞれは、少なくとも部分的に蒸気チャンバ内に配置される。各バッテリセルはウィッキング材料の一部と接触し、作動流体はバッテリセルから熱を運び去るために蒸気チャンバ内で相変化する。
【０００５】
[0005] 別の例示的な実施形態では、バッテリパックの熱調節のための方法は、ハウジングとウィッキング材料と作動流体とを備える蒸気チャンバ内に、バッテリパックを形成する複数のバッテリセルを少なくとも部分的に配置することと、複数のバッテリセルのそれぞれをウィッキング材料の少なくとも一部と接触させることと、を含む。バッテリパックの充電中または放電中に、作動流体は、バッテリセルから熱を運び去るために蒸気チャンバ内で相変化する。
【０００６】
[0006] 別の例示的な実施形態では、個々のバッテリセル用の熱管理システムは、ハウジング、ウィッキング材料、および作動流体を含むコールドウェルと、バッテリセルの底部がウィッキング材料に接触するように、少なくとも部分的にコールドウェル内に配置されたバッテリセルと、を備える。バッテリセルとハウジングとの間のインターフェイスは、作動流体をハウジング内に保持するために封止されている。作動流体は、バッテリセルから熱を運び去るために、コールドウェル内で相変化する。
【０００７】
[0007] 別の例示的な実施形態では、バッテリパックのための熱管理システムは、ハウジングとウィッキング材料と作動流体とを含む蒸気チャンバと、蒸気チャンバをヒートポンプに結合するコールドプレートと、を備える。バッテリパックは複数のバッテリセルを含み、複数のバッテリセルのそれぞれは蒸気チャンバ内に少なくとも部分的に配置される。また、熱管理システムは、コールドプレートに結合された凝縮チャンバと、蒸気チャンバと凝縮チャンバとを連結する毛管と、を備える。各バッテリセルはウィッキング材料の一部と接触し、作動流体はバッテリセルから熱を運び去るために蒸気チャンバ内で相変化する。
【０００８】
[0008] この概要の項の内容は、本開示への単純化された紹介として理解されるべきであり、請求項の範囲を限定するために使用されることを意図するものではない。
【０００９】
[0009] 以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】[0010] 図１Ａは、例示的な実施形態による、バッテリセルを完全に囲む蒸気チャンバの下方に配置されたコールドプレートを有する例示的な熱管理システムを示す。
【図１Ｂ】[0011] 図１Ｂは、例示的な実施形態による、バッテリセルを完全に囲む蒸気チャンバの上方に配置されたコールドプレートを有する例示的な熱管理システムを示す。
【図１Ｃ】[0012] 図１Ｃは、例示的な実施形態による、バッテリセルを完全に囲む蒸気チャンバの下方に配置されたコールドプレートを有する例示的な熱管理システムを示す。
【図１Ｄ】[0013] 図１Ｄは、例示的な実施形態による、バッテリセルを完全に囲む蒸気チャンバの上方に配置されたコールドプレートを有する例示的な熱管理システムを示す。
【図１Ｅ】[0014] 図１Ｅは、例示的な実施形態による例示的な熱管理システムの動作のための向き独立性を示す。
【図１Ｆ】[0015] 図１Ｆは、例示的な実施形態による、バッテリパック、パワーエレクトロニクス、及び電気モータのための共通した冷却剤流路を利用する例示的な熱管理システムを示す。
【図２Ａ】[0016] 図２Ａは、例示的な実施形態による、ウィック（wick）構造体のためのハニカム状構成を示す。
【図２Ｂ】[0017]図２Ｂは、例示的な実施形態による、図２Ａのウィック構造体内に部分的に配置されたバッテリセルを示す。
【図２Ｃ】[0018] 図２Ｃは、例示的な実施形態による、ウィック構造体のポスト状構成を示す図である。
【図２Ｄ】[0019]図２Ｄは、例示的な実施形態による、図２Ｃのウィック構造体の間に散在するバッテリセルを示す。
【図２Ｅ】[0020] 図２Ｅは、例示的な実施形態による、ウィック構造体のためのシリアル織り（serial weave）構成を示す。
【図２Ｆ】[0021] 図２Ｆは、図２Ｅのウィック構造体内に部分的に配置されたバッテリセルを示す。
【図２Ｇ】[0022] 図２Ｇは、例示的な実施形態による、パラレル織り（parallel weave）構成を有するウィック構造体内に部分的に配置されたバッテリセルを示す。
【図２Ｈ】[0023] 図２Ｈは、例示的な実施形態によるテーパしたウィック構造体を示す。
【図２Ｉ】[0024] 図２Ｉは、例示的な実施形態による、バッテリパック内のバッテリセルの位置に応じた構成を有するウィック構造体を示す図である。
【図２Ｊ】[0025] 図２Ｊは、例示的な実施形態による、バッテリパック内のバッテリセルの位置に応じたバッテリセルを標的とする熱管理を示す。
【図３Ａ】[0026] 図３Ａは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図４Ａ】[0027] 図４Ａは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、様々な例示的な実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図５Ａ】[0028] 図５Ａは、様々な例示的実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、様々な例示的実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、様々な例示的実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、様々な例示的実施形態による、ウィック構造体のための二重層構成およびそれとのバッテリセルの一体化を示す図である。
【図６】[0029] 図６は、例示的な実施形態による、単一のバッテリセルおよび関連するコールドウェル（coldwell）を示す。
【図７Ａ】[0030] 図７Ａは、様々な例示的な実施形態による、電子装置の冷却のための蒸気チャンバおよびウィッキング（wicking）構成要素の使用を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、様々な例示的な実施形態による、電子装置の冷却のための蒸気チャンバおよびウィッキング構成要素の使用を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、様々な例示的な実施形態による、電子装置の冷却のための蒸気チャンバおよびウィッキング構成要素の使用を示す図である。
【図８Ａ】[0031] 図８Ａは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの共通の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図８Ｂ】図８Ｂは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの共通の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図８Ｃ】図８Ｃは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの共通の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図９Ａ】[0032] 図９Ａは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの反対側の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図９Ｂ】図９Ｂは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの反対側の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図９Ｃ】図９Ｃは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は蒸気チャンバの反対側の側部に入口端部および戻り端部を有する。
【図９Ｄ】[0033] 図９Ｄは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバにおける作動流体の所望の循環を達成するための毛管の使用を示す図である。
【図１０Ａ】[0034] 図１０Ａは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は凝縮チャンバに通じており、凝縮チャンバはウィッキングポストを介して蒸気チャンバに結合されている。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバと関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は凝縮チャンバに通じており、凝縮チャンバはウィッキングポストを介して蒸気チャンバに結合されている。
【図１１Ａ】[0035] 図１１Ａは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバに関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は凝縮チャンバに通じており、凝縮チャンバはウィッキングポストおよび作動流体管を介して蒸気チャンバに連結されている。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、様々な例示的な実施形態による、蒸気チャンバに関連して毛管を利用する例示的な熱管理システムを示す。毛管は凝縮チャンバに通じており、凝縮チャンバはウィッキングポストおよび作動流体管を介して蒸気チャンバに連結されている。
【図１２Ａ】[0036] 図１２Ａは、様々な例示的な実施形態による、熱管理システムにおける様々な高さのウィッキングポストの使用を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、様々な例示的な実施形態による、熱管理システムにおける様々な高さのウィッキングポストの使用を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、様々な例示的な実施形態による、熱管理システムにおける様々な高さのウィッキングポストの使用を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0037] 以下の説明は、様々な例示的な実施形態のみに関するものであり、本開示の範囲、適用性、または構成を決して限定することを意図するものではない。むしろ、以下の説明は、最良の形態を含む改良された様々な実施形態を実施するための便利な例証を提供することを意図している。明らかになるように、添付の記載の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に記載された要素の機能および構成において様々な変更がなされてもよい。
【００１２】
[0038] 簡潔にするために、バッテリパックの構造、構成、および使用のための従来の技術、ならびに熱管理、動作、測定、最適化、および／または制御のための従来の技術は、本明細書では詳細な説明をしない。さらに、本明細書に含まれる様々な図に示される接続線は、様々な要素間の例示的な機能的関係および／または物理的結合を表すことを意図している。実際のシステムまたは関連する使用方法、例えば電気自動車用のバッテリパックには、多くの代替的または追加の機能的関係または物理的接続が存在し得ることに留意されたい。
【００１３】
[0039] 本開示の原理に従って構成されたバッテリパックおよび関連する構成要素を利用することによって、従来のバッテリおよび／または熱管理システムなどの様々な欠点に対処することができる。例えば、従来の二相冷却アプローチは、典型的には、一体型ヒートパイプおよび／または流体中に完全に浸されたバッテリセルを利用していたため、かなりの重量が加わりエネルギ密度が低下していた。ウィッキング（wicking）を使用する他の従来の手法は、各バッテリセルをウィッキング材料で完全に包み込み、蒸気の移動を制限し、冷却がバッテリパックの下方に提供されるときに重力を乗り越える毛管力を制限し、セル間隔を増加させ、体積および重量エネルギ密度を大幅に減少させる。
【００１４】
[0040] 対照的に、本明細書に開示される例示的なシステムおよび方法は、スペースおよびバッテリセル形状に対する制限を排除することによって、並びに軽量材料を利用することによって、バッテリパックレベルでのエネルギ密度の向上を可能にする。さらに、例示的なシステムは、迅速な熱応答および最大の熱伝達を保証するために液−気相変化メカニズムを利用する。重要なことに、例示的なシステムは、重力支持状態、傾斜状態、水平状態、および反重力状態を含む全ての方向において効果的な熱管理を提供する。さらに、広い範囲の電気絶縁性であるが熱伝導性の材料が、ウィッキング材料および作動流体のために利用され得る。さらに、例示的なシステムは、バッテリパックの一部（またはその中の特定の位置）での熱伝達を向上させ、および／または標的とする。さらにまた、蒸気チャンバ内で共有する作動流体環境を使用することによって、バッテリパック内の特定のバッテリセルの熱暴走に対処し、最小化し、および／または防止することができる。
【００１５】
[0041] 本開示の原理による熱管理システムは、所望の寸法、機械的、電気的、化学的、および／または熱的特性を提供するために、任意の適切な構成要素、構造、および／または要素を用いて構成され得る。
【００１６】
[0042] 本明細書で使用される「バッテリパック」は、単一の統合されたものとして、エネルギ貯蔵および／または電力をシステムに提供するために直列もしくは並列、または直列と並列の組合せで相互接続された任意の数のバッテリセルのセットを表す。バッテリパックの一例は電気自動車のリチウムイオンバッテリパックであり、これは何千もの円筒形リチウムイオンバッテリセルからなっていてもよい。
【００１７】
[0043] 本明細書で使用される「バッテリセル」は、化学反応から電気エネルギを発生させることができる電気化学セルを表す。いくつかのバッテリセルは、セルを通して電流を導入することによって充電可能であり得る。バッテリセルは、電流を発生させるために使用される化学反応に基づいて、鉛酸、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、ニッケル金属水素化物、リチウムイオン、塩化ニッケルナトリウム（別名「ゼブラ」）などの様々な種類がある。バッテリセルは化学反応に基づいて電気を生成するので、セルの温度は電気が生成される効率に影響を及ぼし得る。バッテリセルは、水素−酸化物プロトン交換膜セル、リン酸セル、または固体酸セルなどの燃料電池にすることもできる。本開示の原理は、望ましくは多種多様なバッテリセルタイプに適用することができ、特定のバッテリセルの化学的性質、サイズ、または構成に限定されない。
【００１８】
[0044] 本明細書で使用される「ヒートポンプ」は、外部電源の適用によって、「熱源」として知られるシステムの一部分から、「ヒートシンク」として知られるシステムの別の部分に、熱エネルギを移動させるシステムを表す。典型的には、熱源とヒートシンクとの間を循環する流体の動きによって熱が伝達される。例としては、可逆的二相冷媒系および単相エチレン−グリコールシステムが挙げられる。
【００１９】
[0045] 本明細書で使用される「蒸気チャンバ」（または「ヒートパイプ」）は、２つのインターフェイス間の熱伝達を効率的に管理するために熱伝導率と相変遷の両方の原理を組み合わせた熱伝達装置を表す。
【００２０】
[0046]図１Ａから図１Ｄを参照すると、様々な例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、蒸気チャンバ１１０、コールドプレート１３０、及びヒートポンプ１５０を備える。コールドプレート１３０は、蒸気チャンバ１１０とヒートポンプ１５０との間に配置されて熱的に結合される。いくつかの実施形態では、コールドプレート１３０とヒートポンプ１５０とは別々の構成要素である。他の例示的な実施形態では、ヒートポンプ１５０の表面形成部分はコールドプレート１３０として機能すると考えることができる。さらに他の例示的実施形態では、蒸気チャンバ１１０の表面形成部分はコールドプレート１３０として機能すると考えることができる。熱管理システム１００は、熱管理システム１００および／またはその構成要素を、支持、案内、修正、および／または他の方法で動作を管理および／または制御するように構成された任意の他の適切な構成要素、例えばセンサ、ポート、シール、及び／又は電気制御などを備え得る。熱管理システム１００を利用して、例えば蒸気チャンバ１１０内に（または部分的な内部に）配置されたバッテリセル１１２に対して等温および／またはほぼ等温の状態を提供することができる。
【００２１】
[0047] いくつかの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、例えば図１Ａおよび図１Ｂに示すように、１つまたは複数のバッテリセル１１２を完全に収容するように構成される。
【００２２】
[0048] 他の例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、例えば図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、１つ又は複数のバッテリセル１１２を部分的に収容するように構成される。これらの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、作動流体１１５を蒸気チャンバ１１０内に効果的に保持しながら１つ以上のバッテリセル１１２を少なくとも部分的に受け入れるために様々なオリフィス及び／又はシールなどで構成される。これらの例示的な実施形態では、各バッテリセル１１２の十分な熱調節を提供しながら各バッテリセル１１２が蒸気チャンバ１１０内に完全に収容されるアプローチと比較して、各バッテリセル１１２の一端へのアクセス（例えば電気配線用）が容易になる。さらに、これらの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、バッテリセル１１２を互いに少なくとも部分的に保持、固定、および／または位置合わせし、他のバッテリセル１１２の保持部品および／または配置部品の必要性を低減および／または排除するように機能し得る。
【００２３】
[0049] 引き続き図１Ｃ及び図１Ｄを参照すると、ある例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、蒸気チャンバ１１０内からの作動流体１１５の漏れおよび／または蒸発を防止しながら複数のバッテリセル１１２の一部を収容することができるように、蒸気チャンバ１１０は、様々なシール、保持機構、および／または封止剤などを有して構成される。例えば、例示的な一実施形態では、各バッテリセル１１２が蒸気チャンバ１１０内に挿入されるインターフェイスに圧縮可能なシールを提供するために、蒸気チャンバ１１０はエラストマーでオーバーモールドされた（overmolded）硬質な原材料を備える。他の例示的な実施形態では、Ｏリングまたは他の機械的シール手法を利用することができる。さらに、バッテリセル１１２と蒸気チャンバ１１０との間の接合部をシールするために適切なポッティング材を利用することができる。例えば、様々な例示的な実施形態では、バッテリセル１１２と蒸気チャンバ１１０との間の接合部を可撓性または半可撓性のポッティング材、接着剤、又は密閉剤、エポキシ、またはホットメルトでシールすることができる。シーリング材料は、シリコーン、ウレタン、ポリウレタン、ポリエステル、またはポリアミドをベースとするものであってもよいし、および／または他の任意の適切なシーリングおよび／または接着材料もしくは化合物を含み得る。
【００２４】
[0050] 蒸気チャンバ１１０は、バッテリセル１１２の長さ（および／または表面領域、容積など）の任意の適切な部分を受け入れるように構成されてもよい。他の例示的な実施形態では、各バッテリセル１１２について、蒸気チャンバ１１０は、バッテリセル１１２の約１０％から約９０％の長さを受け入れるように構成されてもよい。他の例示的な実施形態では、各バッテリセル１１２について、上記チャンバ１１０は、バッテリセル１１２の約２０％から約５０％の長さを受け入れるように構成されてもよい。さらに、蒸気チャンバ１１０は、例えば、バッテリパックにおけるバッテリセル１１２の位置に応じて、異なる割合のバッテリセル１１２を受け入れるように構成されてもよい。例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、バッテリパックの端部に配置されたバッテリセル１１２の約２５％の長さ、及びバッテリパックのほぼ中央に配置されたバッテリセル１１２の約５０％の長さを収容する。さらに、蒸気チャンバ１１０は、その特定のバッテリセル１１２に望まれる温度調節の量に少なくとも部分的に基づいて、任意の適切な割合のバッテリセル１１２を受け入れるように構成されてもよい。このようにして、より高い冷却度を必要とするバッテリセル１１２を他のバッテリセル１１２よりも十分に冷却し得る。
【００２５】
[0051] 様々な例示的実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、耐久性材料、例えばプラスチック及び／又は金属などで形成された封止または再封止可能な容器を備える。いくつかの実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、アルミニウム及び／又は鋼鉄などのうちの１つ又は複数を備える。蒸気チャンバ１１０は、任意の適切なプロセス、又はプロセスの組み合わせ、例えばオーバーモールド及び／又はレーザ溶接などによって形成することができる。
【００２６】
[0052] 蒸気チャンバ１１０は、例えばそこからの圧力を解放するために、及び／又はその中の作動流体１１５のレベルを調整できるようにするために、１つ又は複数の通気口および／またはアクセスポートなどを有して構成され得る。いくつかの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０は、蒸気チャンバ１１０内の作動流体１１５の量を（例えば、間隔を置いて、特定の温度および／または圧力閾値で、リアルタイムなどで）調整できるようにするために内部温度センサおよび／または圧力センサを有して構成される。
【００２７】
[0053] 蒸気チャンバ１１０は、熱管理されるべき１つ以上の品目、例えば複数のバッテリセル１１２を収容する（または部分的に収容する）ように構成されている。バッテリセル１１２は一般に略円筒形で構成されるが、様々な例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０内で、バッテリセル１１２（又はその一部）は、任意の適切な向き、数、配置、寸法、および／または形状で構成されてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０内に高密度のバッテリセル１１２を得るために、バッテリセル１１２を水平方向および／または垂直方向にずらして（in offset）詰め込む。多くの例示的な実施形態では、バッテリセル１１２は、（例えば、図１Ａから図１Ｄに示されるように）円筒形バッテリ構造の共通端部上の正端子および負端子を有して構成される。このようにして、熱管理システム１００では、バッテリセル１１２の配線を容易にしながら、バッテリセル１１２の効果的な熱管理を可能にする。
【００２８】
[0054] 蒸気チャンバ１１０は、選択された量の作動流体１１５を収容する。作動流体１１５は、任意の適切な材料または材料の組み合わせ、例えば、水、メタノール、エタノール（エチルアルコール）、アセトン、ペンタン、ペルフルオロメチルシクロヘキサン、および／またはヘプタンなどを含み得る。作動流体１１５は、バッテリセル１１２で利用される構成要素と電気的に絶縁性および／または非反応性であることが望ましい。作動流体１１５は、蒸気チャンバ１１０の効率的な動作を可能にするように選択される。様々な例示的な実施形態では、調整および／または最適化することができる作動流体の特性としては、密度、粘度、表面張力、沸点、蒸発潜熱、熱管理システム１００の他の構成要素に対する反応性などが挙げられる。
【００２９】
[0055] 熱管理システム１００において、蒸気チャンバ１１０は、所望の量の作動流体１１５、例えば蒸気チャンバ１１０内に収容される全てのウィッキング材料１２０を飽和させるのに十分な量で、満たされてもよい。さらに、蒸気チャンバ１１０は、ウィッキング材料１２０を飽和させるのに必要な量を超える量の作動流体１１５で満たされてもよい。蒸気チャンバ１１０内に配置された作動流体１１５の量は、バッテリセル１１２に対する所望のレベルの温度調整、及び／又は蒸気チャンバ１１０からの作動流体１１５の予想損失率または予想漏洩率などに基づいて選択することができる。
【００３０】
[0056] また、蒸気チャンバ１１０は、複数のバッテリセル１１２および作動流体１１５と相互作用するように構成された、選択された量のウィッキング材料１２０を含む。
【００３１】
[0057] ウィッキング材料１２０は、作動流体１１５中に浸されてもよく、毛管作用ならびに蒸発および凝縮のための最大の濡れ性を提供するために、メッシュ状、多孔性、または樹状構造、またはそれらの組み合わせであり得る。
【００３２】
[0058] 様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、作動流体１１５と適合する電気絶縁性であるが熱伝導性の材料を含む。例えば、ウィッキング材料１２０は、微孔性構造の様々な布地、（様々な密度および／または分岐構成の）例えばアモルファスシリカ繊維、ガラス繊維、ナイロン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、及び／又はポリエチレンなどを含み得る。さらに、ウィッキング材料１２０は、粉末、フィラメント、繊維、布地、メッシュ、マット、及び／又は膜などで構成されてもよい。
【００３３】
[0059] いくつかの実施形態では、ウィッキング材料１２０は、液体固体界面と液体蒸気界面との交点間の接触角が９０度未満である（すなわち、ウィッキング材料１２０は親水性である）。接触角は、表面張力と重力などの要素の組み合わせによって決まる。ウィッキング材料１２０はまた、高い毛管効果を有することから利益を得る。材料構造／粗さ／質感のわずかな変化は、毛管力の著しい変化をもたらし得る。様々な例示的な実施形態では、選択、調整、および／または最適化することができるウィッキング材料１２０の特性としては、ウィック（wick）材料の有効半径、ウィック材料の透過性（粒径および多孔度の両方の結果として）、ウィック材料の断面積、及び／又は熱伝達経路の有効長さなどが挙げられる。
【００３４】
[0060] ウィッキング材料１２０は、蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２に沿って、向かって、及び／又はその間で少なくとも部分的に作動流体１１５を搬送するように構成されてもよい。例えば、図１Ａに示すように、コールドプレート１３０が蒸気チャンバ１１０の下に配置されている実施形態では、ウィッキング材１２０は、作動流体１１５をバッテリセル１１２の側面に沿って少なくとも部分的に上方に引き寄せるように作用し、バッテリセル１１２から作動流体１１５への熱エネルギの伝達を容易にする。さらに、作動流体１１５が凝縮によって（例えば、蒸気チャンバ１１０の上面および／または側面に沿って）液相に戻ると、ウィッキング材料１２０は、蒸気チャンバの側面を流れ落ちて蒸気チャンバ１１０の中央に向かって戻る作動流体１１５を引き込むように作用する。
【００３５】
[0061] 様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、作動流体１１５と関連して利用されるときに所望の毛管速度を達成するように構成される。いくつかの実施形態では、ウィッキング材料１２０は最大約７ｍｍ／ｓの毛管速度を達成する。他の例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、約４ｍｍ／ｓから約７ｍｍ／ｓの間の毛管速度を達成する。さらに、熱管理システム１００では、ウィッキング材料１２０（作動流体１１５と共に）は、作動流体１１５の十分な継続的な流れをバッテリセル１１２と接触するように搬送することによってバッテリセル１１２の効果的な熱調整を可能にするのに十分な毛管速度を提供するように構成され得る。
【００３６】
[0062] いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は各バッテリセル１１２に沿って約１０％未満の距離で延びる。他の例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は各バッテリセル１１２に沿って約２５％未満の距離で延びる。さらに他の例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は各バッテリセル１１２に沿って約５０％未満の距離で延びる。理解されるように、熱管理システム１００はウィッキング材料１２０が各バッテリセル１１２に沿って完全に延びる必要がないので、大幅な軽量化とコスト削減が実現できる。しかしながら、熱管理システム１００では、ウィッキング材料１２０は各バッテリセル１１２に沿って任意の適切な選択された距離を延ばすことができる。
【００３７】
[0063] 様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、任意の適切なプロセス、例えば、溶媒キャスティング、シート状成形および横方向延伸、及び／又は射出成形などによって構成され得る。さらに、ウィッキング材料１２０の特性は、製造時および／または蒸気チャンバ１１０内で利用されるときに変化し得る。例えば、ウィッキング材料１２０が射出成形される様々な例示的な実施形態では、得られたウィック構造のカスタマイズされたおよび／または目標とされた熱的性能を可能にするように、ウィッキング材料１２０の特性は射出部位ごとに異なっていてもよい。例えば、第１の材料（または材料の混合物）、密度、多孔度、及び／又は毛管現象のレベルなどを有するウィッキング材料１２０が第１の射出部位に射出され、第２の材料（または材料の混合物）密度、多孔度、及び／又は毛管現象のレベルなどを有するウィッキング材料１２０が第２の射出部位に射出されてもよい。さらに、射出成形によって製造される場合、ウィッキング材料１２０は、最小約０．７５ｍｍの厚さで構成されてもよく、それによって、バッテリセル１１２を非常に近くに配置することを可能にしながらウィッキング材料１２０を蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２間に配置することができる。
【００３８】
[0064] コールドプレート１３０は、蒸気チャンバ１１０とヒートポンプ１５０との間で熱エネルギを伝達するように構成される。例えば、熱管理システム１００が蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２を冷却するために利用されるとき、コールドプレート１３０は蒸気チャンバ１１０から熱エネルギを受け取り、その熱エネルギをヒートポンプ１５０へ送る。逆に、熱管理システム１００が蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２を温めるために利用されるとき（例えば、熱管理システム１００が寒い周囲環境に置かれた車両の一部を形成するとき）、コールドプレート１３０は、ヒートポンプ１５０から熱エネルギを受け取り、その熱エネルギを蒸気チャンバ１１０に送る。コールドプレート１３０は、任意の適切な耐久性のある熱伝導性材料、例えば、陽極酸化アルミニウムを含んでもよい。
【００３９】
[0065] 例示的な実施形態では、コールドプレート１３０は、ミニチャネル冷却および／またはマイクロチャネル冷却を用いて構成される。コールドプレート１３０内および／またはコールドプレート１３０上に形成されたチャネルは、任意の適切なサイズおよび／または幾何学形状、例えば円形、長方形、「歯」または他の突起を有する円形、及び／又は台形などであり得る。コールドプレート１３０は、ヒートポンプ１５０とインターフェイスするコールドプレート１３０の側面上のみ、蒸気チャンバ１１０とインターフェイスするコールドプレート１３０の側面上のみ、又はコールドプレート１３０の両側に、流体が流れるためのチャネルを有するように構成され得る。コールドプレート１３０上のチャネルは、関連する熱伝達を最大にするために、コールドプレート１３０を通る乱流を引き起こすおよび／またはそれを維持するように構成される。
【００４０】
[0066] 様々な例示的な実施形態では、ヒートポンプ１５０は、例えば水、水−グリコール混合物、ヒドロフルオロカーボン冷媒液などの冷却剤のポンプ循環によって、コールドプレート１３０から熱を除去する（または加熱モードで熱を提供する）ように動作する。ヒートポンプ１５０は、コールドプレート１３０へおよび／またはコールドプレート１３０から熱を伝達するために、当技術分野で知られているように、任意の適切なポンプ、インペラ、バルブ、ホース、チューブ、ラジエータなどを含んでもよい。
【００４１】
[0067] 図１Ａ及び図１Ｃを再び参照すると、様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、コールドプレート１３０が蒸気チャンバ１１０の下に配置されるように構成および／または配向され得る。図１Ｂおよび図１Ｄを参照すると、様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、コールドプレート１３０が蒸気チャンバ１１０の上方に配置されるように構成および／または配向され得る。さらに、多くの例示的な実施形態では、例えば、熱管理システム１００を上下逆さまにすること、熱管理システム１００をその側面または水平面に対する傾斜に配置することなどによって、コールドプレート１３０と蒸気チャンバ１１０との関係は変更されてもよい。したがって、図１Ｅに示すように、熱管理システム１００は、熱管理システム１００の向きに関係なく、蒸気チャンバ１００内に収容されている品目に適切な冷却および／または加熱能力を提供するように構成される。言い換えれば、熱管理システム１００は、効果的に機能するために、重力に関するいかなる特定の向きにも依存しない。対照的に、蒸気ベースの冷却に対する従来のアプローチは、典型的に凝縮および流体の戻りに関して重力に大きく依存しており、重力補助がないと適切に作動することができないであろう。理解されるように、本明細書に開示される例示的なシステムの配向非依存性の特徴は、傾斜配向で動作することが多い電気自動車などの非静止エネルギ貯蔵システムにおいて非常に望ましい。例えば、熱管理システム１００は、自動車が走行しているとき、または上り坂または下り坂に駐車しているときでも、電気自動車で利用されるときに効果的に機能するように構成される。さらに、熱管理システム１００は、電気飛行機、ドローンなどで利用されるとき、熱管理システム１００の向きが、上昇、下降、旋回中の傾きなどによって変化しているときでも、効果的に機能するように構成される。
【００４２】
[0068] 熱管理システム１００の動作中、最適性能を達成するために少なくとも２つの熱伝達経路が動作可能である。第１の熱伝達は、流体（例えば、水−グリコール流体など）を介してバッテリセル１１２から又はバッテリセル１１２へ熱を送る外部ヒートポンプ１５０によって達成される。蒸気チャンバ１１０内では、ウィッキング材料１２０に覆われる及び／又はウィッキング材料１２０によって形成されるボイド及び／又はキャビティ内の液−気相変化によって熱伝達が促進される。熱管理システム１００の冷却モードの間、蒸発潜熱によって迅速な熱応答が確立され、ウィッキング材料１２０の内部の作動流体１１５は、蒸気空間１１７内に蒸発する（本明細書において、「蒸気空間」は、固体または液体によって占められていない蒸気チャンバ１１０内の空間を指す）。熱を運び去るヒートポンプ１５０は蒸気を凝縮させ、ウィッキング材料１２０は毛管力を作用させて凝縮物を蒸発部位に引き戻し、これにより上記のサイクルを繰り返す。熱管理システム１００のバッテリ予熱モードの間、ヒートポンプ１５０は、蒸気チャンバ１１０に熱を供給する熱源として機能する。蒸気チャンバ１１０内の蒸気空間は、熱をバッテリセル１１２の壁に伝達する１つまたは複数の熱サイフォンとして動作する。大きな蒸発潜熱は予熱過程を促進し、寒冷地において有益である。
【００４３】
[0069] 少し図１Ｆを参照すると、本開示の原理はまた、バッテリパック、パワーエレクトロニクス、並びにモータ又は発電機が、バッテリパック、パワーエレクトロニクス、並びにモータ又は発電機のための二相冷却を採用する統合システムを介して冷却または加熱され得る電気自動車用の統合熱管理システムが想定される。いくつかの例示的な実施形態では、ヒートポンプ１５０は、バッテリパック１５１、パワーエレクトロニクス１５２、および電気モータ１５３（なお、バッテリパック１５１、パワーエレクトロニクス１５２、及び電気モータ１５３は、ヒートポンプ１５０によって循環される流体に関して互いに対して任意の順序で配置され得る）に流体（プロピレングリコールなどのような）を循環させる。さらに他の例示的な実施形態では、バッテリパック１５１、パワーエレクトロニクス１５２、および電気モータ１５３は、それぞれ専用の流体ラインを介してヒートポンプ１５０に結合されているが、共通の流体リザーバを共有する。様々な例示的な実施形態では、バッテリパック１５１、パワーエレクトロニクス１５２、および電気モータ１５３のそれぞれは、本明細書に開示されるように作動流体および／またはウィッキング材料を利用する二相冷却によって少なくとも部分的に冷却される。
【００４４】
[0070] 熱管理システム１００では、例えば、特定レベルの熱性能、体積エネルギ密度、バッテリセル１１２の機械的保持および／または固定等を達成するために、ウィッキング材料１２０を望み通りに構成することができる。例えば、ウィッキング材料１２０は、蒸気チャンバ１１０内の特定の位置におよび／または互いに対して少なくとも部分的にバッテリセル１１２を保持するように構成されてもよい。
【００４５】
[0071] さらに図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０はハニカム様構造で構成される。これらの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、熱流動コンタクト領域２２０を有するコンタクトリング２１０として構成され、熱流動コンタクト領域２２０は、バッテリセル１１２（バッテリセル１１２は各コンタクトリング２１０内に個別に配置されている）からコンタクトリング２１０間の蒸気経路２３０に熱を伝導する。図２Ａでは、コンタクト領域２２０は、接触リング２１０のセグメントとして示されているが、接触リング２１０内の連続面もまた利用され得る。特にバッテリセル２１２が円筒形ではない場合（例えば、長方形セル）、円形以外の形状のコンタクトリング２１０を使用してもよい。コンタクト領域２２０とバッテリセル１１２との間の接触領域は、最適な熱伝達のために接触リング２１０の形状を変えることによって調整することができる。図２Ｂは、いくつかのコンタクトリング２１０内に配置された円筒形バッテリセル１１２を有するウィッキング材料１２０を示す。実際の使用の多くの場合、すべてのコンタクトリング２１０は対応するバッテリセル１１２が挿入されている。コンタクトリング２１０は、図示のように直線の壁セグメントから形成されてもよいし、あるいは角を有さず滑らかに円形であってもよい。蒸気経路２３０は、コンタクトリング２１０の効率的な積み重ね配置のために三角形であってもよいし、任意の他の適切な形状であってもよい。さらに、コンタクトリング２１０内のウィッキング材料１２０の厚さは、コンタクトリング２１０内でおよび／またはリングごとに変化してもよい。例えば、隣接するバッテリセル１１２の間に直接位置するコンタクトリング２１０の部分は薄くてもよく、一方、蒸気経路２３０の縁部を形成するコンタクトリング２１０の部分は厚くてもよい。このようにして、所望のレベルの熱性能を提供するために十分な量のウィッキング材料１２０が各バッテリセル１１２と接触したまま（またはごく接近した状態）で、バッテリセル１１２を互いに近接して配置することができる。
【００４６】
[0072] 次に図２Ｃおよび図２Ｄを参照すると、様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は複数のポスト状構造として構成される。いくつかの実施形態では、ポスト２１１は、ウィッキング材料１２０で三面ポスト形状に形成され、ポスト２１１間およびバッテリセル１１２間に蒸気空間２３１が存在するようにパターン化される。ポスト２１１は、バッテリセル１１２の形状にしっかりと嵌合するための刻み目または他の形状を含んでもよい。ポスト２１１の三面形状は、バッテリセル１１２の効率的な積み重ね配置を可能にする。しかしながら、ポスト２１１のための任意の適切な形状が利用されてもよい。さらに、蒸気チャンバ１１０内の特定の位置で選択されたレベルの熱性能を提供するために、ポスト２１１は、サイズ、形状、材料、または他の特性がポスト２１１ごとに異なり得る。
【００４７】
[0073] さらに、蒸気チャンバ１１０では、任意の適切な数のポスト２１１が利用されてもよい。例えば、蒸気チャンバ１１０では、各バッテリセル１１２は、少なくとも１つのポスト２１１、又は少なくとも２つのポスト２１１、又は少なくとも３つのポスト２１１、又は少なくとも４つのポストと接触してもよい。さらに、蒸気チャンバ１１０では、蒸気チャンバ１１０の向きにかかわらず作動流体１１５の効果的な移動を容易にするために、特定のポスト２１１（及び／又はすべてのポスト２１１）が蒸気チャンバ１１０の内面から蒸気チャンバ１１０の反対側の対応する内面までずっと延びていてもよい。
【００４８】
[0074] いくつかの例示的な実施形態（例えば、バッテリセル１１２が概して円形である場合）において、ポスト２１１は、バッテリセル１１２が可能な限り幾何学的に近く収容されたときにバッテリセル１１２間に存在する空間に完全に収まるように寸法決め及び／又は構成され得る。このようにして、熱管理システム１００は、バッテリセル１１２間のスペースにいかなる体積も加えることなく、バッテリセル１１２の改善された熱制御を達成するように構成される。
【００４９】
[0075] 次に図２Ｅおよび図２Ｆを参照すると、様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、シリアル織り（weave）パターンで構成される。ウィッキング材料１２０のシリアル織り壁２１２は、蒸気を戻すための蒸気空間２３２を残しながら各バッテリセル１１２が部分的に接触するようにパターン化されている。シリアル織りパターンは、ウィッキング材料１２０の単一の連続したストリップから、または別々のストリップからであり得る。さらに、シリアル織り壁２１２の厚さまたは他の特性は、例えば蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２の位置に応じて変わり得る。
【００５０】
[0076] 次に図２Ｇを参照すると、様々な例示的実施形態では、ウィッキング材料１２０はパラレル織り（weave）パターンで構成されている。ウィッキング材料１２０のパラレル織り壁２１３は、蒸気を戻すための蒸気空間２３２を残しながら各バッテリセル１１２が部分的に接触するようにパターン化されている。パラレル織りパターンは、ウィッキング材料１２０の単一の連続したストリップから、または別々のストリップからであり得る。さらに、パラレル織り壁２１３の厚さまたは他の特性は、例えば蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２の位置に応じて変わり得る。
【００５１】
[0077] ここで図２Ｈを参照すると、様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、先細および／または可変の厚さで構成されてもよい。例えば、ウィッキング材料１２０は、バッテリセル１１２に沿って延びるにつれて厚さが変化してもよい。いくつかの例示的な実施形態において、ウィッキング材料１２０は、バッテリセル１１２の基部から当該バッテリセルの遠位端に向かって延びるにつれて厚さが減少してもよい。このようにして、蒸気チャンバ１１０内で使用されるウィッキング材料１２０の量を減らすことができ、重量とコストの節約をもたらす。ウィッキング材料１２０は、均等に先細になっていてもよい。あるいは、ウィッキング材料１２０は、必要に応じて、段階的または不均一な方法で先細になっていてもよい。さらに、ウィッキング材料１２０は、所望の量の利用可能な蒸気空間を提供しながらバッテリセル１１２の近くに特定の量の毛管現象を提供することの間の所望のバランスを提供するために先細にされ得る。
【００５２】
[0078] 可変の厚さに加えて、ウィッキング材料１２０は、バッテリセル１１２に沿って延びるにつれて他の特性が変化してもよい。例えば、バッテリセル１１２の基部付近に配置されたウィッキング材料１２０の部分は、毛管現象によってバッテリセル１１２に沿って作業流体１１５を効率的に伝達するように構成され、一方バッテリセル１１２に沿って離れて配置されたウィッキング材料１２０の部分は、作動流体１１５の効率的な気化を促進するように構成されてもよい。
【００５３】
[0079] 熱管理システム１００では、ウィッキング材料１２０は、蒸気チャンバ１１０内のそれらの位置に応じて、様々なバッテリセル１１２が経験する様々な熱条件を少なくとも部分的に考慮する及び／又は管理するように構成することができる。図２Ｉを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は蒸気チャンバ１１０内および／または特定のバッテリセル１１２に対して不均一に配置されている。例えば、ウィッキング材料１２０−Ａは、蒸気チャンバ１１０の側壁に隣接するバッテリセル１１２の側面に沿って第１の距離だけ延びてもよい。ウィッキング材料１２０−Ｂは、蒸気チャンバ１１０内の別のバッテリセル１１２に隣接する（および／または蒸気チャンバ１１０の縁からと離れて配置される）バッテリセル１１２の側面に沿って第２のより長い距離だけ延びてもよい。言い換えれば、蒸気チャンバ１１０は、蒸気チャンバ１１０内の他のバッテリセル１１２によって少なくとも部分的に囲まれているバッテリセル１１２（および／またはバッテリセル１１２の側面）に追加のウィッキング材料１２０を提供するように構成されてもよい。
【００５４】
[0080] さらに、様々な例示的な実施形態では、形状およびサイズ以外の特性が、特定のバッテリセル１１２に関連してウィッキング材料１２０について変化してもよい。例えば、第１のバッテリセル１１２と接触しているウィッキング材料１２０の多孔度は、第２のバッテリセル１１２と接触しているウィッキング材料１２０の多孔度と異なっていてもよい。このようにして、バッテリセル１１２は、蒸気チャンバ１１０内の特定の位置により良く合わされた異なる冷却速度および／または加熱速度を与えられ、バッテリ１１２全体にわたってより均一な熱条件を保証する。言い換えれば、熱管理システム１００は、標的ゾーンの冷却および／または加熱能力で構成することができる。ウィッキング材料１２０の量、形状、および特性は、特定のバッテリパックの熱プロファイルとともに変化させる、バッテリパックの特定の部分における利用可能な熱除去速度を変化させる、などとしてもよい。
【００５５】
[0081] ここで図２Ｊを参照すると、様々な例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、バッテリパック内の特定のバッテリセル１１２の位置に少なくとも部分的に応じて、バッテリセル１１２に異なる熱伝達率を提供するように構成される。例えば、図２Ｊを参照すると、例示的なバッテリパックでは、特定のバッテリセル１１２、例えば、バッテリパックの側面に少なくとも部分的に隣接して配置された（および／または他のバッテリセル１１２によって遮られないバッテリパックの側面への経路を有する）バッテリセル１１２は、「端部」セルと考えられる。さらに、例示的なバッテリパックでは、特定のバッテリセル１１２、例えば、少なくとも１つの端部セルに隣接しているがバッテリパックの側面には隣接していないバッテリセル１１２は、「内側」セルと考えられる。さらにまた、例示的なバッテリパックでは、特定のバッテリセル１１２、例えば内側セルおよび／または他の中央セルのみに隣接して配置されたバッテリセル１１２は、「中央」セルと考えられる。様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、内側バッテリセル１１２および／または端部バッテリセル１１２と比較して中央バッテリセル１１２へのより高い熱伝達率を提供するように構成される（例えば、追加のウィッキング材料１２０の使用、作動流体１１５のより効率的な気化を容易にするウィッキング材料１２０の使用、蒸気チャンバ１１０へのバッテリセル１１２のより深い挿入などによって）。さらに、熱管理システム１００は、端部バッテリセル１１２と比較して、内側バッテリセル１１２へのより高い熱伝達率を提供するように構成されてもよい。さらに、システム１１０は、２つの特定の中央バッテリセル１１２間で、又は２つの特定の内側バッテリセル１１２間で、および／または２つの特定の端部バッテリセル１１２間で、異なる熱伝達率を提供するように構成され得る。当然のことながら、バッテリセル１１２の標的熱管理の前述の例は単なる例示であり、熱管理システム１００では、追加の加熱および／または冷却を必要とするバッテリセル１１２には、蒸気チャンバ１１０内の等温状態により密接に近い条件を提供するために、更なる熱伝達を備えてもよい。
【００５６】
[0082] さらに、熱管理システム１００は、コールドプレート１３０に関連する熱流体の流れの方向および／または経路に少なくとも部分的に基づいて、異なる速度の熱伝達をバッテリセル１１２に提供するように構成されてもよい。例えば、ヒートポンプ１５０の動作中、熱流体は、例えば蛇行状の経路でコールドプレート１３０を横切ってポンピングされる。熱管理システム１００が冷却モードで動作しているとき、熱流体は、コールドプレート１３０を横切るにつれて熱を獲得する。したがって、熱流体は、コールドプレート１３０と接触し始めたときと比較して、コールドプレート１３０と接触し終えるときに高温になる。よって、コールドプレート１３０に対して、熱流体がコールドプレート１３０と接触し始める領域（「入口」セル）またはその付近に配置されたバッテリセル１１２には、熱流体がコールドプレート１３０と接触し終える領域またはその近傍に配置されたバッテリセル１１２（「出口」セル）に対して、異なる構成の関連したウィッキング材料１２０を設けることができる。これは、入口セルが出口セルよりもコールドプレート１３０からより高い程度の直接伝導性冷却を得ることができるからである。このようにして、熱管理システム１００の動作を介して、バッテリパック内のバッテリセル１１２は、真の等温状態により近い状態を実現し得る。
【００５７】
[0083] 熱管理システム１００において、いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、単一の種類、層、および／または構成の材料を含む。他の例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、複数の層および／またはセグメントまたは部分として構成されてもよい。第１の部分のウィッキング材料１２０は、第２の部分のウィッキング材料１２０とは異なる材料および／または特性を備え得る。例えば、孔径、材料密度、繊維の厚さなどといったウィッキング材料１２０の特性は、部分ごとに異なり得る。様々な例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０の孔径は、約１マイクロメートル（μｍ）から約１００μｍの範囲であり得る。このようにして、蒸気チャンバ１１０内では、他の特定の部分で相変化作用を促進させつつ、ウィッキング作用を特定の部分で増大させることができる。このようにして、バッテリセル１１２をより効果的に冷却するために、蒸気チャンバ１１０内の作動流体１１５の分配を最適化することができる。
【００５８】
[0084] 次に図３Ａから図３Ｄを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０は、第１の層と第２の層と（より一般的には第１のウィッキング部分３２２と第２のウィッキング部分３２６）で構成される。第１のウィッキング部分３２２は、作動流体１１５を第２の部分３２６に（例えば、一連のバッテリセル１１２に対して横方向に、すなわち、概して円筒形のバッテリセル１１２の場合、円筒軸に対して概して垂直な方向に）迅速かつ／または効果的に送るように構成され得る。第１のウィッキング部分３２２は、バッテリセル１１２の間に嵌合するために、貫通する穴または開口部３２３を有するように構成され得る。これらの例示的な例では、バッテリセル１１２の端部は、それらの間にウィッキング材料が配置されることなくコールドプレート１３０と直接接触し得る。このようにして、ウィッキング材料１２０の動作を介して蒸気チャンバ１１０内に作動流体１１５を効率的に分配することを可能にしながら、バッテリセル１１２の端部からコールドプレート１３０への伝導性熱伝達を促進させることができる。
【００５９】
[0085] 第２のウィッキング部分３２６は、第２の方向への（例えば、特定のバッテリセル１１２の長さに沿った）作動流体１１５の分配を主に促進し、および／または作動流体１１５の気化をより効果的に促進するように構成され得る。いくつかの例示的な実施形態では、第２のウィッキング部分３２６は、蒸気経路として機能するように貫通する開口部３２８をそれぞれが有する一連のほぼ三角形のポスト３２７として構成することができる。ポスト３２７はまた、追加の蒸気経路を提供するために個々のポスト３２７の間に空間３２９を有してもよい。複数の部分で構成されたウィッキング材料１２０を利用することによって、作動流体１１５の改善された分配を実現することができ、その結果、蒸気チャンバ１１０内のより良好な熱分配がもたらされる。
【００６０】
[0086] 次に図４Ａから図４Ｄを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０の第１のウィッキング部分４２２は、バッテリセル１１２の下を通るように、および／またはバッテリセル１１２と蒸気チャンバ１１０の側面、上面、又は底面との間に配置されるように構成される。これらの手法では、第１のウィッキング部分４２２は、バッテリセル１１２が通過するための穴または開口部を有しないように構成され、第２のウィッキング部分４２６は、例えば第２のウィッキング部分３２６と同様に（つまり、ポスト４２７と開口部４２８を有して）、適切な方法で構成され得る。さらに、第１のウィッキング部分４２２は、図視されるように、一群のバッテリセル１１２の輪郭に大体近似するように構成されてもよい。
【００６１】
[0087] さらに他の例示的な実施形態では、ウィッキング材料１２０の第１のウィッキング部分５２２は、図５Ａから図５Ｄに示すように、連続材料のシートまたは平面として構成することができる。第２のウィッキング部分５２６は、第２のウィッキング部分３２６および／または４２６と同様に構成することができる。さらに、第１のウィッキング材料３２２／４２２／５２２および対応する第２のウィッキング部分３２６／４２６／５２６は、互いに別々に製造されてもよい。あるいは、第１のウィッキング部分３２２／４２２／５２２および対応する第２のウィッキング部分３２６／４２６／５２６は、例えば射出成形によって一緒に製造されてもよい。
【００６２】
[0088] 理解されるように、図３Ａから図５Ｄに記載された複数部分の手法は、図２Ａから図２Ｊの議論に関連して記載されたウィッキング材料１２０のための様々な構成および形状と互換性があり、それらと一緒に使用され得る。さらに、理解されるように、熱管理システム１００の動作中、特に蒸気チャンバ１１０が重力に対して傾斜して及び／又は横向きに配置されているときには、第１のウィッキング部分３２２／４２２／５２２は、蒸気チャンバ１１０内の作動流体１１５をより均一に分配するよう機能する。
【００６３】
[0089] 従来の熱管理アプローチと比較して、本開示の原理は、様々な利点、例えば、改善された冷却性能、軽量化などを可能にする。例えば、図３Ａから図３Ｄに示された実施形態では、単一のポスト３２７の密度はアルミニウムの密度の４分の１未満でありながら、依然として少なくとも３倍の熱性能を達成する。さらに、ポスト３２７の独特の配置は、ポスト３２７ではなくバッテリセル１１２の間隔を、セル保持具の製造性によって管理することを可能にする。さらに、ポスト３２７は、隣接するバッテリセル１１２が互いに接触するときに達成される最小間隔にさえ適応し得る。言い換えれば、熱管理システム１００では、蒸気チャンバ１１０、ウィッキング材料などの動作によるバッテリセル１１２の効果的な熱管理を依然として可能にしながら、９０．６９％の最大可能体積効率（円筒形バッテリの場合）を達成するようにバッテリセル１１２を配置することができる。さらに、熱管理システム１００では、バッテリセル１１２は、８０％と９０．６９％の間、より好ましくは８５％と９０．６９％の間、さらにより好ましくは８８％と９０．６９％との間の体積効率を達成するように配置されてもよい。
【００６４】
[0090] 様々な例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０内の特定のバッテリセル１１２に関連するポスト３２７の質量は、バッテリセル１１２の０．５％未満であり、極めて高いエネルギ密度を可能にする。いくつかの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０内のすべてのウィッキング材料１２０の質量は、蒸気チャンバ１１０の動作によって熱管理されるすべてのバッテリセル１１２の質量の０．５％未満である。蒸気チャンバ１１０内のすべてのウィッキング材料１２０の質量は、蒸気チャンバ１１０の動作によって熱的に管理されるすべてのバッテリセル１１２の質量の約０．１％と約１％の間である。
【００６５】
[0091] ここで図６を参照すると、様々な例示的な実施形態において、本開示の原理は、バッテリセル１１２のパックのレベルではなく、個々のバッテリセル１１２のレベルで適用され得る。例えば、バッテリセル１１２の熱管理を提供するために、例示的な実施形態では、二相熱管理システムが単一のバッテリセル１１２の端部に結合される。例示的な実施形態では、「コールドウェル（coldwell）」６１０がバッテリセル１１２の端部に結合され、コールドウェル６１０の外壁とバッテリセル１１２の端部との間に完全に密閉された空間を形成する。コールドウェル６１０は、その底部および端部に少なくとも部分的に沿って配置されたウィッキング材料１２０を含み、コールドウェル６１０内で、ウィッキング材料１２０は、バッテリセル１１２の端部とも接触している。コールドウェル６１０は、選択された量の作動流体１１５を収容する。動作中、作動流体１１５は、バッテリセル１１２とウィキング材料１２０との間のインターフェイスまたはその近傍で気化し、概して、図６に示す「凝縮領域」で凝縮する。バッテリセル１１２およびコールドウェル６１０の向きに応じて、毛管作用（および／または重力）が、ウィッキング材料１２０を介して凝縮した作動流体１１５をバッテリセル１１２の表面に向かって引き戻し、そしてこのサイクルが繰り返される。コールドウェル６１０は、そこから熱を除去するため、またはそこへ加熱するために、任意の適切な追加の構成要素（例えば、ヒートポンプ、ファンなど）に結合されてもよい。理解されるように、サーマルレギュレーションを提供するために、コールドウェル６１０をバッテリパック内の各バッテリセル１１２（またはバッテリパック内のバッテリセル１１２の一部のみ）に結合されてもよく、さらに、関連するコールドウェル６１０の特性は、バッテリパック内のバッテリセル１１２間で異なってもよい。
【００６６】
[0092] ここで図７Ａから図７Ｃを参照すると、様々な例示的な実施形態において、本開示の２段冷却原理を利用して、バッテリパックコントローラ回路、モータまたは発電機電子制御システムなどといった電力段構成要素に熱管理を提供することができる。図７Ａから７Ｃは、バッテリパックコントローラ回路またはモータ／発電機電子制御システムなどといった電力段構成要素７３０を冷却するために利用される２段冷却システムの例を示す。外部ヒートポンプ７５０は、電力段システム全体に冷却を提供する。動力段構成要素７３０は、冷却を提供するために作動流体を動力段構成要素７３０に吸い上げるウィッキング材料７２０によって少なくとも部分的に包囲されている。チャネル７６０は、電力段構成要素７３０を外部ヒートポンプ７５０に接続する蒸気チャンバとして作用するようにウィッキング材料７２０に組み込むことができ、ウィッキング材料７２０を通じた毛管作用により、電力段構成要素７３０への液相戻りのために、外部ヒートポンプ７５０によって蒸気を冷却して凝縮ささせることができる。
【００６７】
[0093] 動作中、蒸気チャンバ１１０は、１つ又は複数の要因によって支配されるその熱輸送能力に対する上限を有する。いくつかの例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０の動作は、毛管限界、エントレインメント限界、沸騰限界、音速限界、および／または粘性限界の要因によって影響を受ける可能性がある。毛管限界は、液体循環の駆動圧力、すなわち毛管作用によって作動流体１１５を移送するためのウィッキング材料１２０の能力を示す。エントレインメント限界：動作中、蒸気速度は温度と共に増加し、凝縮領域から蒸発領域への液体作動流体１１５の戻り流に剪断力効果を生じさせるのに十分に高くなり得、それは蒸気による液体のエントレインメントを引き起こし、流体の流れが不足して最終的にはウィッキング材料１２０の一部の乾燥をもたらす。沸騰限界：温度差が核沸騰条件に関して持続可能な過熱度を超えると到達する点であり、ウィッキング材料１２０内での沸騰の開始は、作動流体１１５の液体循環を妨害し、ウィッキング材料１２０の一部の乾燥を引き起こす可能性がある。音速限界：蒸気圧限界を超える温度では、蒸気速度は音速と同程度（すなわち、Ｍａが１に近い、１に等しい、および／または１を超える）であり得、蒸気流れが「閉塞」し、熱伝達能力のさらなる増加を妨げる。粘性限界は典型的には低温で生じ、蒸気チャンバ１１０の低温始動能力の尺度を表す。様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００の動作は関連する毛管限界によって支配され、言い換えると、熱管理システム１００は他の限界に達する前に毛管限界に達し得る。
【００６８】
[0094] 以下の表１は、コールドプレート１３０が蒸気チャンバ１１０の下に配置されている例示的な熱管理システム１００（すなわち、例えば図１Ａおよび図１Ｃに示すような「反重力」配向）の例示的な動作値を示す。より低い操作温度では、粘性限界が支配的であり、これにより蒸気流れが制限される。蒸気チャンバ１１０の飽和温度は最適に設計されており、このため動作中に毛管限界が制限要因となる。熱管理システム１００では、構成要素は、重力を克服するだけでなく、作動流体１１５をバッテリセル１１２に沿って所望の高さまで引き戻すのに十分な力も付与するように構成される。表１に示すように、この例示的な実施形態では、蒸気チャンバ１１０の最大性能は、異なる構成および動作条件に応じて、バッテリセル１１２レベルで約９．２６Ｗから約２８．０３Ｗの熱損失の範囲である。したがって、様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、蒸気チャンバ１１０内がほぼ等温で、約０．０１８Ｋ／Ｗから約０．０５４Ｋ／Ｗの熱抵抗（または１メートルケルビンあたり約６１７．３３ワット（Ｗ／ｍＫ）から約５，６０６Ｗ／ｍＫの実効熱伝導率）を達成することができる。
【００６９】
[0095]
【表１】
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【００７０】
[0096] 従来のバッテリ熱管理システムと比較して、熱管理システム１００は、バッテリセル１１２レベルで極めて高いレベルの冷却を達成する。いくつかの例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、バッテリセル１１２レベルで約１５００Ｗ／ｍＫの熱伝達（すなわち、ダイヤモンドとの直接接触に匹敵する熱伝達率）を提供する。他の例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、バッテリセル１１２レベルで約５００Ｗ／ｍＫ（すなわち、銅と直接接触するレベルよりわずかに高い熱伝達のレベル）から約２０００Ｗ／ｍＫ（すなわち、銅との直接接触の約５００％の熱伝達のレベル）までの熱伝達を提供する。さらに、理解されるように、様々な例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、バッテリ１１２レベルで、アルミニウム、銅などの一般に伝導性熱伝達に利用される様々な固体材料との直接接触よりも約３倍から約５倍の大きさに相当するレベルの熱伝達レベルを提供する。
【００７１】
[0097] さらに、従来のアプローチと比較して、本開示の原理は、バッテリパックレベルで高いエネルギ密度を可能にする。例えば、蒸気チャンバ１１０は軽量になるように構成することができる。これは、バッテリパックレベルではるかに高いエネルギ密度に寄与する。例えば、様々な例示的な実施形態におけるバッテリパックレベルでの蒸気チャンバ１１０の質量は、蒸気チャンバ１１０内のウィッキング材料１２０の構成に応じて約１．４５ｋｇから約２．９ｋｇ（９８ｋＷｈバッテリパックの場合）までの範囲である。理解されるように、ウィッキング材料１２０のポストは追加の空間を占有しないので、その総体積エネルギ密度は高エネルギ密度の円筒形セルで最大にすることができる。その結果、体積エネルギ密度の損失がない。様々な既存の手法と比較して、同一容量の同一バッテリセルを利用する場合、熱管理システム１００の例示的な実施形態は、少なくとも更に５６Ｗｈ／Ｌの体積エネルギ密度（１２％超の増加）を達成し、本開示の原理の利点は、パックに対してより高い容量のみを増加する。
【００７２】
[0098] 例えば、約１０５Ｌの体積では、例示的なバッテリパックは５５ｋＷｈ超の貯蔵量を達成することができるが、同じバッテリの化学的性質およびバッテリセル寸法を利用する従来の手法では約４６ｋＷｈしか達成することができなかった。様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００において、バッテリセル１１２は、約０ｍｍ（すなわち、隣接するバッテリセル１１２が互いに接触する）と約２ｍｍとの間のセル間隔で配置されてもよい。対照的に、従来の冷却手法は、バッテリセルが少なくとも２ｍｍ離れていることをしばしば必要とする。
【００７３】
[0099] さらに、従来の二相冷却アプローチと比較して、熱管理システム１００の例示的な実施形態における重量エネルギ密度はより良好である。いくつかの例示的な実施形態において、重量エネルギ密度の改善は、約０．５％から約１５％の範囲であり得る。他の例示的な実施形態では、重量エネルギ密度の向上は、約５％から約１５％の範囲であり得る。さらに他の例示的な実施形態では、重量エネルギ密度の改善は、約８％から約１２％の範囲であり得る。さらに、従来の伝導的に結合された単相冷却の解決策と比較して、本明細書に開示される例示的なシステムは、著しく高い重量および体積エネルギ密度を提供する。
【００７４】
[00100] 本開示の原理によれば、例示的なバッテリ熱管理システムは、電気自動車または移動産業用機器、例えば、自動車、トラクタ、トラック、トロリー、電車、バン、クワッド、ゴルフカート、スクータ、ボート、飛行機、ドローン、フォークリフト、テレハンドラ、バックホーなどの品目と関連して利用されることが望ましい。
【００７５】
[00101] 様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、蒸気および作動流体１１５の移動および／または分配を容易にするために追加の構造および／または構成要素を利用することができる。図８Ａから８Ｃを参照すると、様々な例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、１つ以上の毛管１１４を使用するように構成され得る。毛管１１４は、作動流体１１５の蒸気から液体状態への凝縮を促進する。加えて、毛管１１４は、熱管理システム１００内の作動流体１１５のより均一な分配を促進する。毛管１１４はまた、毛管１１４を通る作動流体１１５の移動に起因する振動によってバッテリセル１１２から（および／またはバッテリセル１１２へ）の改善された熱伝達をもたらす。別の言い方をすれば、毛管１１４は相変化熱伝達に加えて強制対流を促進する。さらに、毛管１１４は、バッテリセル１１２から発生する熱エネルギの一部を作動流体１１５のスラッグ（slugs）および蒸気泡の運動エネルギに変換する。さらに、毛管１１４は、その動作中に熱管理システム１００内の安定したおよび／またはほぼ均一な蒸気圧を促進する。別の言い方をすれば、熱管理システム１００において、毛管は蒸発器から凝縮器への圧力降下を減少させることを促す。
【００７６】
[00102] 様々な例示的な実施形態では、毛管１１４は、アルミニウム、銅などの熱伝導性材料を備える。毛管１１４は、例えば酸化アルミニウムなどの誘電体コーティングを介して電気的に絶縁および／または隔絶されていてもよい。いくつかの例示的な実施形態では、毛管１１４はプラスチックなどの耐久性のある材料を備え得る。一般に、毛管１１４は、作動流体１１５と両立できるおよび／または非反応である材料から形成され得る。毛管１１４は円形管を備えてもよい。あるいは、毛管１１４は、楕円形の断面、長方形の断面、または他の適切な形状を有してもよい。毛管１１４は、共通の主要部分につながる（すなわち、河川をつなぐ支流と同様の配置で）複数の入口部分を有してもよい。さらに、毛管１１４は、複数の戻り部分につながる（すなわち、デルタで複数の経路に広がる川に似た配置で）共通の主要部分を有してもよい。別の言い方をすれば、毛管１１４は単一の入口端部および／または戻り端部を有してもよい。あるいは、毛管１１４は、複数の入口端部および／または戻り端部を有してもよい。さらに、毛管１１４は、所望に応じて、その経路に沿って直径、壁厚、または他の特性が変化してもよい。
【００７７】
[00103] 特定の熱管理システム１００で利用される特定の毛管１１４の直径、特定の毛管１１４の壁厚、および／または毛管１１４の数は、以下のうちの１つまたは複数に基づいて選択され得る。つまり、熱管理システム１００内の特定の熱負荷、毛管１１４の長さ、作動流体１１５の表面張力、毛管１１４の傾斜角、蒸気チャンバ１１０内の蒸気圧、毛管１１４の曲がり回数、毛管１１４を通る所望の水平方向流速および／または垂直方向流速、蒸気チャンバ１１０内に少なくとも部分的に含まれるバッテリセル１１２の数などに基づいて選択され得る。さらに、毛管１１４は、毛管１１４内の蒸気の凝縮および／または毛管１１４を通る作動流体１１５の輸送を容易にするために、内部および／または外部の構成要素、例えば、織り目加工（textured）の内面および／または外面で構成され得る。
【００７８】
[00104] 例示的な実施形態では、毛管１１４は、３ｍｍの内径を有する銅管を備える。別の例示的な実施形態では、毛管１１４は、５ｍｍの内径を有する銅管を備える。様々な例示的な実施形態では、毛管１１４は、１２ｍｍを超えない内径を有する金属管を備える。作動流体１１５がエタノールを含み、蒸気チャンバ１１０の内部が０．１８バールの蒸気圧にさらされる（約４０℃のエタノールの沸点をもたらす）さらに別の例示的な実施形態では、毛管１１４は３．６ｍｍの内径を有するように構成される。
【００７９】
[00105] 熱管理システム１００の動作中、毛管１１４内の凝縮は、蒸気／空気の泡によって分離された作動流体１１５の「スラグ」の形成をもたらす。毛管１１４内の気泡およびスラグの形成は、それを通る流体の流れの動作における摂動を招く。したがって、毛管１１４で構成された熱管理システム１００では、毛管１１４の構成は、所望の「充填比」、すなわち毛管１１４内の蒸気／空気に対する作動流体１１５の量の比を得るために調整され得る。スラグに対する気泡のより高い比率（すなわち、毛管１１４内の作動流体１１５の総量が少ない）は、毛管１１４の直径を小さくすることによって典型的に達成され、顕熱伝達のための作動流体１１５の質量流量が低くなる。気泡に対するスラグのより高い比率（すなわち、毛管１１４内の作動流体１１５の総量が多い）は、毛管１１４のより大きな直径によって典型的に達成され、ポンピング作用および熱伝達を低減しながら振動を小さくする。したがって、毛管１１４は、熱管理システム１００の動作を最適化するための所望のトレードオフ、例えばポンピング作用と質量流量との間の所望のバランスを得るように寸法決めされてもよい。
【００８０】
[00106] 毛管１１４は、様々な方法で熱管理システム１００内に配置することができる。例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、蒸気チャンバ１１０の共通側に配置された入口端部および戻り端部を有する１つまたは複数の毛管１１４を利用する。毛管１１４は、蒸気チャンバ１１０内に、蒸気チャンバ１１０を通って、および／または蒸気チャンバ１１０と熱結合される。熱管理システム１００が動作しているとき、毛管１１４内の蒸気は作動流体１１５の液体形態に凝縮し、毛管１１４内の蒸気／空気の気泡と作動流体１１５のスラグとを交互に生じる。蒸気チャンバ１１０内で発生した蒸気圧は、スラグを毛管１１４を通して押し出し、毛管１１４の戻り端部から作動流体１１５を流出させ、その結果ポスト２１１の基部に凝縮した作動流体１１５が堆積する。
【００８１】
[00107] ここで図９Ａから図９Ｃを参照すると、いくつかの例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、蒸気チャンバ１１０の第１の側面に入口端部を有し、蒸気チャンバ１００の反対の側面（または直行側面、もしくは概して任意の異なる側面）に戻り端部を有する１つ以上の毛管１１４を利用する。例えば、図９Ｃに示すように、略矩形の蒸気チャンバ１１０を有する熱管理システム１００は、２本の毛管１１４で構成され得る。第１の毛管１１４の入口端部および第２の毛管１１４の戻り端部は、略矩形の蒸気チャンバ１１０の一側面に配置され得る。矩形の反対の側面には、第１の毛管１１４の戻り端部と第２の毛管１１４の入口端部とが配置されている。このようにして、新たに凝縮された作動流体１１５の供給が蒸気チャンバ１１０の２つの反対側の側面に導入される。
【００８２】
[00108] 理解されるように、様々な例示的実施形態では、熱管理システム１００内の作動流体１１５の流れを方向付けるために複数の毛管１１４を利用することができる。そのような構成は、熱管理システム１００内に作動流体１１５を望み通りに分配するように対称的、非対称的、ループ状、または他の方法であってもよい。例えば、図９Ｄを一時的に参照すると、例示的な一実施形態では、熱管理システム１００は４面蒸気チャンバ１１０で構成され、４本の毛管１１４を利用する。第１の毛管１１４−Ａは蒸気チャンバ１１０の側面Ｓ１に入口端部を有し、隣接する側面Ｓ２に戻り端部を有する。第２の毛管１１４−Ｂは側面Ｓ２に入口端部を有し、隣接する側面Ｓ３に戻り端部を有し、第３の毛管１１４−Ｃは、側面Ｓ３に入口端部を有し、隣接する側面Ｓ４に戻り端部を有し、そして第４の毛管１１４−Ｄは、側面Ｓ４に入口端部を有し、隣接する側面Ｓ１に戻り端部を有する。熱管理システム１００の動作中、作動流体１１５は４つの毛管１１４を介してラウンドロビン方式で循環し、熱管理システム１００内の作動流体１１５のより均一な分配をもたらし、したがって内部で利用されるバッテリのよりバランスの取れた熱管理を可能にする。
【００８３】
[00109] ここで図１０Ａおよび図１０Ｂを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、毛管１１４、ならびに蒸気チャンバ１１０と凝縮チャンバ１４０との間の蒸気／流体通路または経路で構成される。これらの構成では、蒸気は毛管１１４を介して集められ、凝縮チャンバ１４０内の作動流体１１５の共通プールに導入される。凝縮チャンバ１４０内では、作動流体１１５は、重力の作用および作動流体１１５の表面張力を介して凝縮チャンバ１４０全体に行き渡ってプールされ（すなわち、容器が満たされるのにつれて容器の側全体に液体が行き渡るのと同様）、さらに、作動流体１１５は、凝縮チャンバ１４０の加速または凝縮チャンバ１４０の水平からの傾斜に応じて凝縮チャンバ１４０内に分配されてもよい。ポスト２１１は、凝縮チャンバ１４０内に収容された作動流体１１５のプール内に延び、毛管作用によって作動流体１１５を吸い上げ、作動流体１１５を蒸気チャンバ１１０内に持ち上げる。その後、上記した様々な実施形態で記載したように、作動流体１１５は蒸発してバッテリセル１１２を冷却する。
【００８４】
[00110] これらの例示的な実施形態では、コールドプレート１３０は、ポスト２１１がコールドプレート１３０を通過して凝縮チャンバ１４０内の作動流体１１５にアクセスすることを可能にするように複数の開口部１３１を有して構成されている。言い換えると、これらの例示的な実施形態では、コールドプレート１３０は、蒸気チャンバ１１０と凝縮チャンバ１４０との間に配置された有孔バリアとして構成されている。しかしながら、理解されるように、冷却剤が蒸気チャンバ１１０内へ漏れることなく及び／又は作動流体１１５と混ざり合うことなくコールドプレート１３０を通過できるように、コールドプレート１３０は開口部１３１の周囲でシールされたままである。
【００８５】
[00111] 様々な例示的な実施形態では、開口部１３１は、蒸気チャンバ１１０内のバッテリセル１１２間のスペースに対応するように寸法決めされる。言い換えれば、開口部１３１は、例示的なバッテリパックが所望のエネルギ密度を維持できるように、バッテリセル１１２間の拡張スペースを必要としない態様で寸法決めすることができる。
【００８６】
[00112] 様々な例示的な実施形態では、開口部１３１は、コールドプレート１３０の平面に対して垂直に見たときに概ね円形の穴として構成される。他の例示的な実施形態では、開口部１３１は、１つ以上の三角形、ルーロー三角形、疑似三角形（pseudotriangle）、正方形、長方形、楕円形、および/またはそれらの組み合わせのうちの１又は複数の形状を有するように構成される。様々な例示的な実施形態では、開口部１３１は、６ｍｍを超えない直径（および／または最長寸法）で構成される。例示的な一実施形態では、開口部１３１は、直径４ｍｍの円形の穴を含む。
【００８７】
[00113] 理解されるように、熱管理システム１００において、開口部１３１は、互いに異なる形状および／またはサイズで構成されてもよい。例えば、熱管理システム１００では、中に配置されたポスト２１１を有する第１の開口部１３１は、４ｍｍの直径を有する円形の穴として構成されてもよい。内部にポスト２１１が配置されていない第２の開口部１３１は、直径２ｍｍの円形の穴として構成され得る。別の例では、中に配置されたポスト２１１を有する第１の開口部１３１は、約５ｍｍの頂点間の距離を有するほぼ疑似三角形の穴として構成されてもよい。この例では、内部にポスト２１１が配置されていない第２の開口部１３１は、直径３ｍｍの円形の穴として構成され得る。さらに、熱管理システム１００では、熱管理システム１００内の作動流体１１５および蒸気の循環を提供するために、例えばチェッカーボード状、縞状、千鳥状、または他の適切なパターンなど、開口部１３１のサイズおよび形状の任意の適切な組み合わせを利用することができる。
【００８８】
[00114] 様々な例示的な実施形態では、ポスト２１１は、対応する開口部１３１の縁とほぼ面一になるように構成される。言い換えれば、ポスト２１１は、それが配置される対応する開口部１３１を完全に満たすかまたは占有し得る。いくつかの例示的な実施形態では、ポスト２１１は開口部１３１を部分的にのみ満たすかまたは占有し得る。例えば、ポスト２１１は中空円筒として構成することができ、その結果、開口部１３１の小さな円筒形領域を空けつつ、対応する円形開口部１３１の全ての縁部を占有し得る。さらに、ポスト２１１は、その側部に切り欠きを有する円筒として構成することができ、その結果、その開口部１３１の一方の縁部に沿って小さな空隙を残しつつ、ポスト２１１は円形開口部１３１の大部分を占め得る。このようにして、例えば熱管理システム１００におけるすべての関連位置においてより一定の蒸気圧（したがって、より一定の飽和温度点）が促されるように、開口部１３１を通るいずれかの方向への蒸気および／または作動流体１１５の流れが促される。
【００８９】
[00115] いくつかの例示的な実施形態では、ポスト２１１は、対応する開口部１３１の縁部と１つ又は複数の関連するバッテリセル１１２の縁部の両方とほぼ面一になるように構成される。例えば、ポスト２１１は、ポスト２１１の第１の部分（すなわち、開口部１３１内への挿入を意図する部分）についてはほぼ円筒形の形状要素を有し、ポスト２１１の第２の部分については切頭端を有する疑似三角形の形状要素（すなわち、例えば図２Ｃに示すような密集した円筒形バッテリセル１１２の間のスペースに収めることを意図した形状要素）を有し得る。これらの実施形態では、ポスト２１１の第１の部分の長さは、ポスト２１１が対応する開口部１３１を通って挿入可能である距離を決定し得る。
【００９０】
[00116] 様々な例示的な実施形態では、ポスト２１１の底部が凝縮チャンバ１４０の遠位側に接触するように（すなわち、各ポスト２１１の一部が凝縮チャンバ１４０の一方側から反対側まで横切るように）、ポスト２１１は開口部１３１を通って延び得る。このようにして、ポスト２１１は、凝縮チャンバ１４０内の任意の深さに溜まった作動流体１１５を吸い上げることができる。他の例示的な実施形態では、ポスト２１１の底部が凝縮チャンバ１４０内で完全に横断するのではなく凝縮チャンバ１４０の途中までしか到達しないように、ポスト２１１は開口部１３１を通って延び得る。これらの構成では、凝縮チャンバ１４０が水平に配置されているとき、作動流体１１５の液溜まりがポスト２１１の底部に接触する前に、作動流体１１５の最小液溜まり深さが凝縮チャンバ１４０内に存在することになる。この構成は、作動流体１１５が全方向に横方向に流れることを可能にするので、凝縮チャンバ１４０内で作動流体１１５が均一に行き渡ることを促す。対照的に、ポスト２１１が凝縮チャンバ１４０の反対側の壁までずっと延びているいくつかの実施形態では、ポスト２１１は、作動流体１１５が凝縮チャンバ１４０内を横方向に流れる速度よりも速い速度で、作動流体１１５を垂直に吸い上げて輸送し得る。これにより、「乾いた」または「より乾いた」ポスト２１１（すなわち、作動流体１１５へのアクセスが減少したポスト２１１；典型的には、このようなポストは、熱管理システム１００内のポスト２１１のアレイの中央領域内に生じ得る）が導かれる。
【００９１】
[00117] さらに、いくつかの例示的な実施形態では、いくつかのポスト２１１が凝縮チャンバ１４０内に部分的にのみ延び、他のポスト２１１が凝縮チャンバ１４０を完全に横切る組み合わせを利用することができる。例えば、市松模様のように、交互のポスト２１１を交互に配置してもよい。別の例では、ポスト２１１の列の３つおきのポスト２１１が、凝縮チャンバ１４０を完全に横切ってもよい。さらに別の例では、ポスト２１１の列の３つおきのポスト２１１が、凝縮チャンバ１４０の途中までしか延びていなくてもよい。さらに他の例では、凝縮チャンバ１４０を完全に横切るポスト２１１、および凝縮チャンバ１４０の途中までしか延びていないポスト２１１は、縞、らせん、同心の幾何学的形状などで配置されてもよい。これらの組み合わされた手法では、作動流体１１５の蒸気チャンバ１１０内への上方への十分な輸送速度を保証しながら、凝縮チャンバ１４０内の作動流体１１５の妨げられない横方向の流れがもたらされる。さらに、熱管理システム１００では、凝縮チャンバ１４０を完全に横切るポスト２１１および凝縮チャンバ１４０の途中までしか延びていないポスト２１１の任意の適切な配置が利用され得る。
【００９２】
[00118] 図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、いくつかの例示的な実施形態では、熱管理システム１００において、特定の開口部１３１はポスト２１１で部分的または完全に満たされず、代わりに蒸気チャンバ１１０と凝縮チャンバ１４０とを結ぶ障害物のない通路または経路として残される。一例では、交互の開口１３１は、例えば市松模様のパターンで空のままにされてもよい。別の例では、開口部１３１の列の３つおきの開口部１３１が空のままにされてもよい。さらに別の例では、コールドプレート１３０は、空の開口部１３１とポスト２１１で占められた開口部１３１とがコールドプレート１３０のほぼ中央に中心を置く同心円または輪郭を形成するように、開口部１３１のアレイで構成され得る。さらに別の例では、空の開口部１３１が、ポスト２１１で占められた開口部１３１と交互の列または縞で配置されてもよい。さらに、空のままにされるアパーチャ１３１の選択、およびポスト２１１によって占められるアパーチャ１３１の選択は、例えば熱管理システム１００内で蒸気および作動流体１１５の所望の循環を達成するために、任意の適切なパターンであり得る。
【００９３】
[00119] 理解されるように、様々な例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、遮られていない（および／または部分的に遮られている）開口部１３１と毛管１１４との両方を利用することができる。さらに他の例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、遮られていない（および／または部分的に遮られている）開口部１３１のみを利用することができ、毛管１１４を有しないように構成され得る。さらに他の例示的な実施形態では、熱管理システム１００は毛管１１４を利用することができ、閉塞されていない（および／または部分的に閉塞されている）開口部１３１を有しないように構成され得る。
【００９４】
[00120] 様々な例示的実施形態では、熱管理システム１００において、毛管１１４は、関連したコールドプレート１３０における冷却剤（より一般的には熱流体）の流れの方向および／または経路に少なくとも部分的に基づいて位置決め、成形、および／または別の態様で構成され得る。例えば、ヒートポンプ１５０の作動中、熱流体は、例えば蛇行状の経路でコールドプレート１３０を横切ってポンピングされる。熱管理システム１００が冷却モードで動作しているとき、熱流体は、コールドプレート１３０を横切るにつれて熱を獲得する。このため、熱流体は、コールドプレート１３０と接触し始めるときと比較してコールドプレート１３０と接触し終えるときに高い温度にある。したがって、いくつかの例示的な実施形態では、熱管理システム１００は、熱流体がコールドプレート１３０を出るコールドプレート１３０の部分（すなわち、熱管理システム１００が冷却モードで動作しているとき、コールドプレート１３０の「最も熱い」部分である部分）として蒸気チャンバ１１０の概して共通の側部に配置された戻り端を有する１つ又は複数の毛管１１４で構成される。このようにして、コールドプレート１３０によるバッテリセル１１２の直接冷却が最小である蒸気チャンバ１１０内の領域に作動流体１１５の供給量を増加させることができ、したがって作動流体の相変化を介してその領域のバッテリセル１１２をさらに冷却することができる。さらに、いくつかの例示的な実施形態では、熱管理システム１００における毛管１１４の寸法、長さ、経路、入口端部の数、戻り端部の数、および／または他の特性は、コールドプレート１３０における熱流体の流れの特性に基づいて選択され得る。例えば、特定の毛管１１４は、コールドプレート１３０内の熱流体の流れとほぼ平行な方向にコールドプレート１３０の一部に沿って横断および／または配置し得る。別の特定の毛管１１４は、コールドプレート１３０内の熱流体の流れの方向と概ね反対の又は対向する方向にコールドプレート１３０の一部に沿って横断および／または配置し得る。概して、熱管理システム１００では、毛管１１４を利用して、蒸気チャンバ１１０内の等温状態をより厳密に近づけ、および／または熱管理システム１００内の各バッテリセル１１２にほぼ等しい冷却能力をもたらし得る（例えば、バッテリセル１１２の冷却能力は、最高能力から最低能力まで１０％も変化しない）。
【００９５】
[00121] ここで図１２Ａから図１２Ｃを参照すると、様々な例示的な実施形態において、熱管理システム１００は、ポスト２１１のアレイであって、特定のポスト２１１の長さ、厚さ、材料、または他の特性が、その特定のポスト２１１のアレイにおける位置に応じて少なくとも部分的に変化するポスト２１１のアレイを利用し得る。例えば、熱管理システム１００の長さに沿った図を示す図１２Ａを参照すると、ポスト２１１のアレイの外縁近くに配置された特定のポスト２１１−Ａは、ポスト２１１のアレイの中心近くに配置された他のポスト２１１−Ｂよりも低い高さで構成されることが分かる。アレイ２１１の中心に近いポスト２１１は、例えば関連するバッテリセル１１２への冷却能力を増大させるために、より高い高さで構成されてもよい。同様に、熱管理システム１００の幅に沿った図を示す図１２Ｂを参照すると、ポスト２１１−Ｃはポスト２１１−Ｄよりも短く、ポスト２１１−Ｄはポスト２１１−Ｅよりも短いことが分かる。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すアレイの斜視図を示す図１２Ｃを参照すると、ポスト２１１の高さの変化は、熱管理システム１００の長さと幅の両方にわたって適用され得ることが分かる。このようにして、熱管理システム１００内のポスト２１１は、関連するバッテリセル１１２、特に熱負荷が最大となる傾向がある熱管理システム１００のほぼ中央に位置する領域のバッテリセル１１２に、適切な冷却能力を提供するように構成され得る。
【００９６】
[00122] ポスト２１１の高さは、直線状、曲線状、階段状、または他の適切な態様で変化してもよい。例えば、ポスト２１１の高さは、ポスト２１１のアレイの外縁にほぼ沿って配置された第１の環状領域において第１の値を有し、第１の環状形状によって囲まれた内側領域において第２のより高い値を有し得る。別の例では、熱管理システム１００の長さに沿って移動すると、ポスト２１１は、高さが徐々に大きくなり、最大に達し、その後ある点で徐々に小さくなり、三角形および／または台形のような断面（すなわち、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すような）であり得る。
【００９７】
[00123] 理解されるように、図８Ａから図１２Ｂの実施形態は、図１Ａから図１Ｅの説明に関連して開示された様々なシステム構成および向きと互換性があり、それらと任意の適切な組み合わせで使用され得る。
【００９８】
[00124] 例示的な実施形態では、蒸気チャンバとヒートポンプとの間で熱を伝達するための蒸気チャンバは、外側ハウジングと、外側ハウジング内に収容されているウィッキング材料と、ウィッキング材料によって少なくとも部分的に吸い上げられる作動流体と、を備える。蒸気チャンバは、内部に複数のバッテリセルの一部を受け入れるために複数の開口部を有するように構成される。蒸気チャンバは複数のバッテリセルの密な収容を容易にする。バッテリセルは互いに１ｍｍ未満に配置されてもよい。蒸気チャンバは、重力に対する蒸気チャンバの向きに関係なく、バッテリセルを冷却するように動作する。複数のバッテリセルのうちのバッテリセルは、第１の端部と、第１の端部から遠位の第２の端部とを有し、第１の端部と第２の端部とはそれらの間に或る長さを有する。ウィッキング材料は、バッテリセルの長さの１０％から５０％と接触していてもよい。ウィッキング材料は、第１の端部から始まってバッテリセルの長さの５％から５０％に沿って延びてバッテリセルと接触していてもよい。ウィッキング材料は、バッテリセルの長さに沿って厚さが変化してもよい。ウィッキング材料は、バッテリセルの長さに沿って多孔度が異なり得る。ウィッキング材料は、ハニカム形状を有する接触リングとして構成されてもよい。ウィッキング材料は、平行織り構成（parallel weave configuration）で構成されてもよい。ウィッキング材料は、シリアル織り構成（serial weave configuration）で構成することができる。バッテリセルは、蒸気チャンバの縁部を形成するコールドプレートに導電的に結合されてもよい。蒸気チャンバは、コールドプレートを介してヒートポンプに連結されてもよい。
【００９９】
[00125] 別の例示的な実施形態では、複数のバッテリセルを含むバッテリパックを冷却するための方法は、バッテリパックにおいて、端部セルである一組のバッテリセルを識別することを含む。方法は、バッテリパックにおいて、内部セルである一組のバッテリセルを識別することをさらに含む。方法は、バッテリパック内で、中央セルである一組のバッテリセルを識別することをさらに含む。方法はさらに、複数のバッテリセルを蒸気チャンバに結合すること、作動流体を蒸気チャンバ内に配置すること、及びウィッキング材料を蒸気チャンバ内に配置することを含む。方法はさらに、端部セルに第１の量のウィッキング材料を結合すること、内側セルに第１の量とは異なる第２の量のウィッキング材料を結合すること、および中央セルに第１の量または第２の量とは異なる第３の量のウィッキング材料を結合することを含む。方法はさらに、バッテリパックにおいて、入口セルである一組のバッテリセルを識別すること、及びバッテリパックにおいて出口セルである一組のバッテリセルを識別することを含んでもよい。方法はさらに、入口セルに結合されたウィッキング材料の量が出口セルに結合されたウィッキング材料の量とは異なるようにウィッキング材料を構成することを含んでもよい。方法はさらに、端部セルに第１のウィッキング特性を有する第１の量のウィッキング材料を結合すること、内側セルに第１のウィッキング特性とは異なる第２のウィッキング特性を有する第２の量のウィッキング材料を結合すること、及び、中央セルに第１のウィッキング特性または第２のウィッキング特性とは異なる第３のウィッキング特性を有する第３の量のウィッキング材料を結合することを含んでもよい。
【０１００】
[00126] 例示的な実施形態では、バッテリパックの熱調整のための方法は、蒸気チャンバ内に少なくとも部分的に複数のバッテリセルを配置することを含み、複数のバッテリセルはバッテリパックを形成し、蒸気チャンバはハウジング、ウィッキング材料、及び作動流体を備える。また、方法は、複数のバッテリセルのそれぞれを、ウィッキング材料の少なくとも一部と接触させることを含む。バッテリパックの充電中または放電中に、作動流体は、バッテリセルから熱を運び去るために蒸気チャンバ内で相変化する。方法は、コールドプレートを介してヒートポンプを蒸気チャンバに結合することをさらに含み得る。蒸気チャンバは、重力に対する蒸気チャンバの向きに関係なく、バッテリセルから熱を運び去るように動作し得る。方法はさらに、バッテリパックの充電中または放電中に、蒸気チャンバ内の温度または圧力の少なくとも一方を監視すること、および監視に応じて、或る量の作動流体を蒸気チャンバに追加または除去することを含んでもよい。
【０１０１】
[00127] 別の例示的な実施形態では、個々のバッテリセルのための熱管理システムは、ハウジング、ウィッキング材料、および作動流体を含むコールドウェルと、バッテリセルの底部がウィッキング材料に接触するように少なくとも部分的にコールドウェル内に配置されたバッテリセルと、を備える。バッテリセルとハウジングとの間のインターフェイスは、ハウジング内に作動流体を保持するようにシールされ、作動流体は、バッテリセルから熱を運び去るためにコールドウェル内で相変化する。
【０１０２】
[00128] 別の例示的な実施形態では、バッテリパックのための熱管理システムは、ハウジングとウィッキング材料と作動流体とを含む蒸気チャンバと、蒸気チャンバをヒートポンプに結合するコールドプレートと、複数のバッテリセルであって当該複数のバッテリセルのそれぞれは少なくとも部分的に蒸気チャンバ内に配置される複数のバッテリセルを含むバッテリパックと、コールドプレートに結合された凝縮チャンバと、蒸気チャンバと凝縮チャンバとを連結する毛管と、を備える。各バッテリセルはウィッキング材料の一部と接触し、バッテリセルから熱を逃がすために作動流体は蒸気チャンバ内で相変化する。
【０１０３】
[00129] ウィッキング材料は、バッテリセル間に配置された一組のポストとして構成されてもよい。コールドプレートは、蒸気チャンバと凝縮チャンバとの間に配置されてもよい。コールドプレートは、蒸気チャンバと凝縮チャンバとを連結するための複数の開口部を有するように構成されてもよい。複数の開口部のうちの第１の部分はウィッキング材料によって占められ、複数の開口部のうちの第２の部分はウィッキング材料によって占められなくてもよい。ウィッキング材料の一部はポストを含んでもよく、ポストは開口部を通過して凝縮チャンバを完全に横切る。ウィッキング材料の一部はポストを含んでもよく、ポストは複数の開口部のうちの１つを部分的に占める。毛管は、毛管の共通部分に通じる複数の入口端部を有するように構成されてもよい。毛管は、蒸気チャンバの第１の側に入口端部を有し、蒸気チャンバの反対側に戻り端部を有してもよい。毛管は、１ｍｍから１２ｍｍの間の内径で構成されてもよい。ウィッキング材料からの作動流体の蒸発は、蒸気を毛管に流入させる可能性がある。ウィッキング材料はポストのアレイとして構成されてもよく、ポストのアレイは互いに高さが異なる。ポストのアレイは、ポストのアレイの長さに沿って見たときに段階的に高さが異なっていてもよい。
【０１０４】
[00130] 本開示の原理を様々な実施形態で示したが、実際に使用される、特定の環境および動作要件に特に適合された構造、配置、比率、要素、材料、および構成要素の多くの修正が、本開示の原理および範囲から逸脱することなく、使用され得る。これら及び他の変更または修正は本開示の範囲内に含まれることが意図され、添付の特許請求の範囲において表現され得る。
【０１０５】
[00131] 本開示は、様々な実施形態を参照して説明された。しかしながら、当業者であれば、本開示の範囲から逸脱することなく様々な修正および変更を加えられることが理解できるであろう。したがって、本明細書は限定的な意味ではなく例示的な意味で考えられるべきであり、そのような修正はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図されている。同様に、利益、他の利点、および課題に対する解決策は、様々な実施形態に関して上記で説明されている。しかしながら、利益、利点、課題の解決策、並びに利益、利点、又は解決策が生じる又はより顕著になる可能性のある要素は、特許請求の範囲の任意またはすべての記載において、重要、必要、または必須の特徴または要素として解釈されるべきではない。
【０１０６】
[00132] 本明細書で使用されるとき、用語「備える(comprises)」、「備えた（comprising）」、又はそれらの任意の他の変形は非排他的な包含を含むことを意図し、要素のリストを備えるプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素のみを含むのではなく、明示的に列挙されていない、またはそうしたプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含んでいてもよい。また、本明細書で使用されるとき、用語「結合された（coupled）」、「結合する（coupling）」、またはその任意の他の変形は、物理的接続、電気的接続、磁気的接続、光学的接続、通信的接続、機能的接続、熱接続、及び／又は任意の他の接続を含むことを意図する。本明細書または特許請求の範囲において、「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」または「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」と同様の用語が使用される場合、その語句は以下のいずれかを意味する。（１）少なくとも１つのＡ。（２）少なくとも１つのＢ。（３）少なくとも１つのＣ。（４）少なくとも１つのＡ及び少なくとも１つのＢ。（５）少なくとも１つのＢ及び少なくとも１つのＣ。（６）少なくとも１つのＣ及び少なくとも１つのＡ。（７）少なくとも１つのＡ、少なくとも１つのＢ、及び少なくとも１つのＣ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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2020513649.tif 000051