JP2022536974A - エネルギー貯蔵装置およびエネルギー貯蔵装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、外部ケーシング（２０１）と、少なくとも１つのセルホルダ構造（２０２ａ）において保持される複数のエネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）を備えるセルアセンブリ（２０２）とを備えるエネルギー貯蔵装置（２００）を説明する。前記複数のセル（２０２ｂ）を含有するセルアセンブリ（２０２）は、高導電性熱発泡体（２０４）により予め内張りされた前記外部ケーシング（２０１）内へ挿入され、前記セルアセンブリ（２０２）は、相変化材料（２０５）により充填されて、前記複数のセル（２０２ｂ）を熱的に接続する。高導電性熱発泡体（２０４）および前記相変化材料（２０５）は、前記外部ケーシング（２０１）内の空所を１５％から８５％の割合で充填する。本発明は、前記エネルギー貯蔵装置の軽量および低い製造コストも達成しつつ、高い熱吸収および放散能力、改善された冷却速度を達成することに役立つ。

Description

本発明は、一般に、エネルギー貯蔵装置に関する。より詳細には、本発明は、エネルギー貯蔵装置およびエネルギー貯蔵装置を製造するための方法に関するが、これらに限定されない。

典型的には、鉛蓄電池は、様々な製品、例えば、車両、電動工具、フォークリフト等において、安価な電源として使用される。車両において、鉛蓄電池は、典型的には、内燃エンジンのスタータモータ、又はモータ等に電力供給するために使用される。しかしながら、鉛蓄電池の低いエネルギー密度、及び鉛蓄電池が適切に排熱することができないことは、特に電気自動車に対して鉛蓄電池を非実用的な電源にする。特に、鉛蓄電池を使用する電気自動車は、短い航続距離を有する。また、鉛蓄電池を使用する電気自動車は、緩慢な加速、重放出に対する不十分な耐性、および短い電池寿命を有する。

鉛蓄電池に関連付けられた欠点の結果として、リチウムイオン電池を含有するエネルギー貯蔵装置は、それらが再充電可能であること、非常に軽量であること、及び高いエネルギー密度が理由で、様々な商用電子デバイスを含む多くの製品において、ますます普及してきている。しかしながら、リチウムイオン電池を含有するエネルギー貯蔵装置を最適な動作温度で貯蔵及び動作させることは、装置が長期間にわたり電荷を保持することを可能にし、より速い充電速度を可能にするために非常に重要である。

典型的には、リチウムイオン電池パックなどのエネルギー貯蔵装置は、直列接続もしくは並列接続のいずれか、又は直列接続と並列接続との組み合わせにおいて、互いに電気的に接続された１つ又は複数のエネルギー貯蔵セルから構成される電池ユニットを備える。典型的には、前記電池パックは、１つ又は複数のエネルギー貯蔵セルを保持するために、１つ又は複数のホルダ構造から構成される。

前記電池パックの動作状態期間中、電流は、電池ユニットを流れて、デバイス又は製品に電力供給する。電流が電池ユニットから引き出されるにつれて、前記電池パック内で熱が生成される。前記電池パックの充電期間中にも、充電プロセス期間中に熱が同様に蓄積される。電池ユニットの充電だけでなく、電池ユニットの放電期間中に生じた熱は、温度の上昇につながり、電池ユニットの平均寿命および性能に対して重大な影響を及ぼす。したがって、安全温度限界の超過、製造プロセスにおいて誘発されたセル短絡、過充電のいずれかを通じて、又はセル用のホルダ構造を製造するために使用された材料のタイプに依存して、１つ又は複数のエネルギー貯蔵セルが熱暴走した場合、放出されるエネルギー量は、隣接するエネルギー貯蔵セルも熱暴走させることがあり、この連鎖反応は電池パックを破壊する。これは、製品のユーザにとって安全リスクおよび潜在的な致命的事故につながることがあり、これは非常に望ましくない。

詳細な説明は、対応する図を伴って、製品としての二輪車両についての実施形態を参照しつつ説明される。同一の数字は、同様の機能および構成要素を指すために、図面全体にわたって使用される。

本発明の一実施形態に係るエネルギー貯蔵装置を含む鞍型車両の側面図である。 本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵装置の斜視図である。 本発明の一実施形態による前記エネルギー貯蔵装置の分解図である。 本発明の一実施形態による、空所を備える前記エネルギー貯蔵装置のセルアセンブリの一部を描く断面図である。 本発明の一実施形態による、空所を有しないセルアセンブリの少なくとも一部を描くエネルギー貯蔵装置の断面図である。 本発明の一実施形態による、前記エネルギー貯蔵装置を製造する方法を描くフローチャートである。

典型的には、電池パックなどのエネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵セルをその中に保持するように構成された少なくとも１つのホルダ構造で構成されるセルアセンブリを備える。典型的には、前記エネルギー貯蔵セルは、前記少なくとも１つの電池ホルダ内に置かれ、前記少なくとも１つの電池ホルダは、高導電性の金属などの剛性材料で作製された外部ケーシング内へ挿入される。一般に、前記少なくとも１つの電池ホルダの大部分は、５ｍｍの最小限のエアギャップを有して外部ケーシングから離間して置かれる。そのようなエネルギー貯蔵装置において、フィンの形態の冷却構造が、前記外部ケーシングの側壁の少なくとも一部において形成される。前記１つまたは複数のエネルギー貯蔵セルの充放電プロセス期間中に生成される熱は、前記冷却構造を通じて効果的に放散される。多くの場合、前記エネルギー貯蔵セル、特にリチウムイオン電池の充放電プロセス期間中に生成される熱は、非常に高いので、その熱は、前記ホルダ構造内の電気部品の溶解につながり、電池パック内の電気的短絡をもたらす。前記エネルギー貯蔵セルに対してアルミニウム外部ケーシングを提供することは、エネルギー貯蔵セルからの熱を放散させることに役立つが、空気は熱伝導性が悪いので、前記エネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリとアルミニウム外部ケーシングとの間のエアギャップの存在は、Ａｌケーシングへの熱の効率的な放散を妨害する。

エネルギー貯蔵装置の前記エネルギー貯蔵セルを支持するための知られている構造において、前記少なくとも１つのホルダ構造は、相変化材料（ＰＣＭ）を用いて提供される。前記知られている構造において、エンモールドされた（ｅｎｍｏｕｌｄｅｄ）ＰＣＭブロックは、前記エネルギー貯蔵セルからの熱を吸収するために使用される。相変化材料（ＰＣＭ）の融解潜熱は高いので、相変化材料は、温度をあまり上昇させることなく、著しい量の熱を吸収する。前記エネルギー貯蔵装置の充放電期間中に、相変化材料は、前記エネルギー貯蔵セルによって生成される熱を吸収し、したがって、その状態を固体から液体へ変化させる。しかしながら、その低い熱伝導性および不十分な熱放散性に起因して、ＰＣＭ単独での使用は、前記エネルギー貯蔵セルからの有効な熱放散には不十分であると判明しており、電池パックの冷却速度を改善する必要が存在する。さらに、ＰＣＭが、外部ケーシング内およびセルアセンブリの周りに完全に充填される場合、それはエネルギー貯蔵装置の重さの実質的な増加につながり、エネルギー貯蔵装置のコストの実質的な増加ももたらし、これは望ましくない。エネルギー貯蔵装置／電池パックの重さの増加は、デバイスまたは製品の重さの著しい増加につながる。これは、ポータブル装置および可動性を必要とする製品、例えば、リチウムイオン電池の巨大なアレイを備えるエネルギー貯蔵装置が車両に電力供給するために使用される電気自動車にとって、特に重要である。

さらに、電池パック内でのエンモールドされたＰＣＭブロックの使用により、ＰＣＭの予めエンモールドされたブロックの形状／輪郭に対して、外部ケーシングの形状／輪郭における相違が存在する可能性があるので、外部ケーシングとセルホルダアセンブリとの間のエアギャップが増加する見込みは、より高い。そのような場合において、エンモールドされたＰＣＭブロックから外部ケーシングへの熱の伝導は、非常に不十分になる。さらに、エンモールドされたＰＣＭブロックの使用は、より大きな製造コスト、および、より大きな製造の複雑さを必然的に伴う。また、極端な状態において、ＰＣＭ溶解は、外部ケーシングからのＰＣＭの漏れを引き起こす。

したがって、エネルギー貯蔵装置の低い製造コスト、及び製造の容易さを確実にしつつ、エネルギー貯蔵セルの効率的な冷却が達成される前記エネルギー貯蔵装置に対する必要性がある。

上記の目的を踏まえて、本発明は、熱暴走と、熱暴走に起因する、複数のエネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリへの損傷とから保護されるエネルギー貯蔵装置を提供する。特に、前記エネルギー貯蔵装置は、前記エネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリの効率的な冷却速度を確実にするように設計される。セルアセンブリについての効率的な冷却速度は、前記エネルギー貯蔵セル上の熱吸収を改善すること、及び前記エネルギー貯蔵セルから前記セルアセンブリを保持する外部ケーシングへの熱伝導性を改善することによって確実にされる。さらに、セルアセンブリの効率的な冷却速度を確実にしつつ、エネルギー貯蔵装置の重さが増えないことも確実にされ、エネルギー貯蔵装置の製造の容易さも確実にされる。

本発明の一態様によれば、エネルギー貯蔵装置は、外部ケーシング内に収容されたセルアセンブリを備え、外部ケーシングは、その左端部及び右端部において端部カバー部材のペアによって固定される。特に、前記セルアセンブリは、少なくとも１つのセルホルダ構造に置かれる複数のエネルギー貯蔵セルを備え、前記複数のセルは、前記セルホルダ構造に恒久的に取り付けられる複数の相互接続部材によって互いに電気的に接続されている。さらに、前記複数のエネルギー貯蔵セルは、セルアセンブリ全体にわたる均一な熱分布、及び前記複数のエネルギー貯蔵セルを均一な温度に維持することに役立つ相変化材料（ＰＣＭ）によって、互いに熱的に接続される。

さらに、互いに電気的にかつ熱的に接続される複数のエネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリは、アルミニウムなどの高剛性の高導電性材料から作製される外部ケーシングによって収容される。本発明の一態様によれば、エネルギー貯蔵装置の前記外部ケーシングは、高導電性熱発泡体により内張りされる。セルアセンブリが外部ケーシングと共に組み立てられた状態において、前記複数のエネルギー貯蔵セルを熱的に接続する相変化材料は、前記導電性発泡材料と熱接触した状態に維持され、それによって、前記複数のエネルギー貯蔵セルからＰＣＭによって吸収される熱が外部ケーシングへ効果的に伝導されることを確実にし、これは最終的に、エネルギー貯蔵装置内で生成される熱を外部へ放散させる。ＰＣＭと前記導電性発泡材料との接触は、外部ケーシングに対する前記導電性熱発泡体の内張りによって、熱がＰＣＭから外部ケーシングへ迅速に伝導されるので、エネルギー貯蔵装置の冷却速度を改善することを可能にする。特に、外部ケーシングは前記導電性熱発泡体により内張りされ、前記導電性熱発泡体はＰＣＭと接触するので、外部ケーシングと、前記複数のエネルギー貯蔵セルを熱的に接続するＰＣＭとの間に、最小限のエアギャップが存在することが確実にされる。前記複数のエネルギー貯蔵セルの冷却速度は、外部ケーシングとＰＣＭとの間に最小限のエアギャップを維持する結果として、著しく増加される。一実施形態によれば、導電性発泡体は、エネルギー貯蔵セルだけでなく、外部ケーシングに対しても弾性的に付勢され、これは部品の寸法における任意の潜在的な変動に対処し、それによって、堅固かつ確かな熱接触を確実にする。付勢は、発泡体の体積の最大１０％までの体積範囲にあり得る圧入構成の形態とすることができる。

本発明は、熱的に接続され、外部ケーシング内に設置される複数のエネルギー貯蔵セルを備えるエネルギー貯蔵装置を製造する方法を有利に提供する。前記エネルギー貯蔵装置の製造に含まれるステップは、まず、前記外部ケーシングを高導電性熱発泡体により内張りすることを含む。前記エネルギー貯蔵装置の製造の方法における第２のステップは、複数のエネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリを、前記高導電性熱発泡体により内張りされた前記外部ケーシング内に設置することを含む。さらに、第３のステップは、５０℃を超える温度に加熱された相変化材料を、前記導電性熱発泡体により内張りされている前記外部ケーシング内へ注入し、前記複数のエネルギー貯蔵セルと、前記セルを保持する少なくとも１つのセルホルダ構造との間の空所／エアギャップ内へ前記ＰＣＭが流れ込むことを可能にするステップを含む。５０℃を超える温度に加熱された前記ＰＣＭを注入することに続いて、ＰＣＭが凝固し、３０～３５℃の周囲温度を実現するように、所定の硬化時間が許容される。さらに、第４のステップは、前記導電性熱発泡体により内張りされた外部ケーシングを閉じ、ＰＣＭを通じて互いに熱的に接続される前記複数のエネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリを端部カバー内に含有することを含む。

したがって、エネルギー貯蔵装置を製造する方法は、外部ケーシングを前記導電性熱発泡体により内張りする前ステップを含み、その後に、前記複数のエネルギー貯蔵セルを備えるセルアセンブリと、前記導電性熱発泡体により内張りされた外部ケーシングとの間の前記空所を充填する後ステップが続く。前記エネルギー貯蔵セルとＰＣＭとを熱的に接続することに先立って、外部ケーシングを前記導電性熱発泡体により内張りすることは、前記導電性熱発泡体がない状態において、セルアセンブリと外部ケーシングとの間に存在し得る空間の全体積を充填するのではなく、前記複数のエネルギー貯蔵セル間の空所、および前記複数のセルとセルアセンブリの前記セルホルダとの間の空所のみが、ＰＣＭにより充填されることを確実にする。したがって、エネルギー貯蔵装置を製造する本方法は、ＰＣＭの最適な体積のみが前記複数のエネルギー貯蔵セルを熱的に接続するために使用されることを確実にし、それによって、外部ケーシングの著しい内部体積を充填するＰＣＭに起因して、エネルギー貯蔵装置の重さが著しく増えないことを確実にする。本主題の一態様によれば、熱発泡体の密度または比重は、ＰＣＭの密度よりも小さく、それによって、熱放散効率について妥協せずに、重さ低減の付加価値をもたらす。さらに、前記エネルギー貯蔵セルからの熱を吸収するために前記複数のエネルギー貯蔵セル上に配設されるエンモールドされたＰＣＭブロックを使用するのではなく、複数のエネルギー貯蔵セル間の空所、および前記エネルギー貯蔵セルと前記セルホルダ構造との間の空所を充填するために、前記導電性熱発泡体により内張りされた外部ケーシング内へＰＣＭを注入することは、製造コストが低いことも確実にしつつ、エネルギー貯蔵装置を製造する容易さを確実にする。

上記に提供した概要は、本発明の基本的な特徴を解説しており、本発明の範囲を限定しない。

本発明に係る、その中に含有される前記複数のエネルギー貯蔵セルの改善された冷却速度のために構成されたエネルギー貯蔵装置の機能を詳述する例示的な実施形態は、以下に説明されることになる。本明細書において説明される実施形態は、電池パックなどのエネルギー貯蔵装置を有し、モータ単独、または内燃エンジンとモータとの両方のいずれかによって電力供給される車両に適用される。また、実施形態は、２輪鞍型車両について例証されてきたが、本発明は、エネルギー貯蔵装置を有し、モータ単独、または内燃エンジンとモータとの両方によって電力供給される、可動性を有する製品だけでなく、あらゆるタイプのポータブル装置に対して適用可能である。エネルギー貯蔵装置／電池パックは、リチウムイオンセル等から構成され得る。

図１を参照して、本発明の一実施形態に係る、ハイブリッド２輪鞍型車両である車両１００について説明する。図１は、前記車両１００の側面図である。例示される前記車両１００は、ステップスルー型フレームアセンブリを有する。ステップスルー型フレームアセンブリは、ステアリングチューブ１０１と、メインチューブ１０２と、サイドチューブ１０３のペアとを含む。特に、メインチューブ１０２は、ステアリングチューブ１０１の後部から下方へ延在し、次いで、傾斜した様式で後方へ延在する。さらに、サイドチューブ１０３のペアは、メインチューブ１０２から上方へ傾斜して延在する。したがって、フレームアセンブリは、車両の前部から後部へ延在する。

車両１００は、前記フレームアセンブリを覆うための複数の本体パネルをさらに含み、そこに搭載されている。本実施形態において、前記複数のパネルは、前面パネル１０４と、レッグシールド１０５と、アンダーシートカバー１０６と、左側サイドパネルおよび右側サイドパネル１０７とを含む。さらに、グローブボックスが、前記レッグシールド１０５に搭載され得る。

前記レッグシールド１０５と前記アンダーシートカバー１０６との間に形成されたステップスルー空間に、床板１０８が提供される。さらに、シートアセンブリ１１０が、前記アンダーシートカバー１０６の上方に配設され、サイドチューブ１０３のペアに搭載される。ユーティリティボックス（図示せず）が、シートアセンブリ１１０の下方に配設される。燃料タンク（図示せず）が、ユーティリティボックスの一方の端部に位置付けられる。後輪１１２の少なくとも一部を覆うためのリアフェンダー１１１が、ユーティリティボックスの下方に位置付けられる。

１つ又は複数のサスペンション／ショックアブソーバ１２０が、快適な走行のために前記車両１００の後部に提供される。さらに、前記車両１００は、ヘッドライト１１５、テールライト（図示せず）、トランジスタ制御イグニッション（ＴＣＩ）ユニット（図示せず）、スタータモータ（図示せず）等を含む、複数の電気部品および電子部品から構成される。タッチ画面ＬＣＤユニット（図示せず）は、様々な動作モード、パワーフローパターンおよび警報信号を表示するために、ハンドルバー１０９上に提供される。バックミラー１１３は、ハンドルバー１０９の右側および左側に搭載される。前記車両１００には、ハザードランプ（図示せず）も提供される。さらに、前記車両は、計器群のタッチ画面の近くにアーク故障検出インジケータ（図示せず）も含む。このインジケータは、車両における任意のアーク故障の検出時に点灯し、車両が間もなく機能しなくなることを示す。

内燃エンジン１３５、以下「エンジン」は、前記床板１０８の後ろに配置され、サイドチューブ１０３のペア間に支持される。特に、前記内燃エンジン１３５は、スイングアーム１３６によって支持される。スイングアーム１３６は、トグルリンク（図示せず）を用いて、メインチューブ１０２の下部部分に取り付けられる。スイングアーム１３６の他方の端部は、後輪１１２を保持する。後輪１１２およびスイングアーム１３６は、前記車両１００の両側に提供される１つまたは複数のショックアブソーバ１２０を用いて、サイドチューブ１０３のペアに接続される。

前記車両１００は、後輪１１２のハブ上に搭載されるトラクションモータ１５０をさらに含む。前記トラクションモータ１５０は、車両の後部に配設されるエネルギー貯蔵装置２００（図２に示される）によって電力供給される。ただし、別の実施形態において、エネルギー貯蔵装置２００は、車両の前部に配設されてもよい。エネルギー貯蔵装置２００は、前記車両１００の全ての電気部品にも電力供給する。モータ制御ユニット（ＭＣＵ）（図示せず）も、様々な車両動作モードを制御するために提供される。

前記車両１００は、エンジン１３５単独で、又はトラクションモータ１５０単独で、またはエンジン１３５とトラクションモータ１５０との両方によって同時に、推進されるように構成される。車速ゼロにおいて、運転者は、モードスイッチを活用して、以下の４つの動作運転モードのいずれかを選択することができる。前記車両１００の４つの動作運転モードは、（ａ）エンジン１３５が単独で車両に電力供給する単独エンジンモードと、（ｂ）トラクションモータ１５０が単独で車両に電力供給する単独モータモードと、（ｃ）エンジン１３５とトラクションモータ１５０とが共に車両１００に電力供給するハイブリッド電力モードと、（ｄ）エンジン１３５のみ、又はトラクションモータ１５０のみ、又は両方が、車両動作状態に応じて、車両に電力供給するハイブリッドエコノミモードとである。

言いかえれば、車両の後輪１１２は、エンジン１３５単独で、又はモータ１５０単独で、又はエンジン１３５とモータ１５０との両方によって同時に、駆動される。特に、エンジン１３５から後輪１１２への電力は、本発明の一実施形態によれば、駆動システム（図示せず）を含むトランスミッションアセンブリによって伝送される。ただし、トラクションモータ１５０が駆動する場合、モータ１５０からの電力は、後輪１１２へ直接伝送される。本実施形態において、前記トラクションモータ１５０は、少なくとも一方の側からモータシュラウド（図示せず）によって覆われる。

図２を参照して、本発明の一実施形態による前記車両１００のエネルギー貯蔵装置２００の概略表現について、説明する。図２は、本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵装置２００の斜視図である。一実施形態によれば、及び図２において見られ得るように、前記車両１００のトラクションモータ１５０および他の電気部品に電力供給するように構成された前記エネルギー貯蔵装置２００は、その中に複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂ（図３に示される）を備えるセルアセンブリ２０２（図３に示される）を格納するための外部ケーシング２０１を備える。したがって、セルアセンブリ２０２を包含する外部ケーシング２０１は、その左端部および右端部において、エンドカバー部材のペア２０１Ｌおよび２０１Ｒによって覆われる。別の実施形態において、前記エネルギー貯蔵装置２００は、車両に電力供給するように構成される。特に、複数個の積み重ねられた上述したエネルギー貯蔵装置が、車両に電力供給するために使用されてもよい。本実施形態においても、複数個の上述したエネルギー貯蔵装置が、車両１００のトラクションモータおよび他の電気部品に電力供給するために、積み重ねられる。

図３は、本発明の１つの実施形態による前記エネルギー貯蔵装置２００の分解図である。１つの実施形態において、及び、図３において見られ得るように、前記エネルギー貯蔵装置２００は、セルアセンブリ２０２を格納するための前記外部ケーシング２０１を備える。前記セルアセンブリは、前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂを保持するための、少なくとも１つのホルダ構造２０２ａを備える。前記エネルギー貯蔵セル２０２ｂは、前記少なくとも１つのセルホルダ構造２０２ａにおいて形成されるスロットに配置される。このように配置された前記セル２０２ｂは、前記セル２０２ｂの各列に配設される複数の相互接続部材２０２ｃによって電気的に接続され、前記少なくとも１つのホルダ構造２０２ａの少なくとも一部に恒久的に取り付けられる。前記セルアセンブリ２０２の一部分に対して、エネルギー貯蔵装置２００の動作を制御するのに役立つ制御ユニット２０３が提供される。このように前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂを備え、前記制御ユニット２０３に取り付けられるセルアセンブリ２０２は、エネルギー貯蔵装置２００の前記外部ケーシング２０１内へ挿入される。一実施形態において、前記外部ケーシング２０１は、金属アルミニウムなどの高剛性の高導電性材料から作製される。さらに、前記外部ケーシング２０１には、前記外部ケーシング２０１内に前記セルアセンブリ２０２を収容するための前記エンドカバー部材のペア２０１Ｌ、２０１Ｒが提供される。

図４は、図３における線Ａ－Ａに沿った、セルアセンブリ２０２の一部の断面図を例示する。図に見られ得るような前記セルアセンブリ２０２は、前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂ間の第１のセットの空所２０２ｄと、前記複数のセル２０２ｂと前記ホルダ構造２０２ａの少なくとも一部との間の第２のセットの空所２０２ｅとを含めて、複数の空所を含む。言いかえれば、典型的には、エアギャップは、前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂの前記セルの各々の間、および前記セル２０２ｂと前記セルホルダ構造２０１ａの少なくとも一部との間に存在する。さらに、空所／エアギャップは、前記外部ケーシング２０１の内部に前記セルアセンブリ２０２が組み立てられた状態において、前記セルアセンブリ２０２と前記外部ケーシング２０１の内面との間にも存在する。

前記エネルギー貯蔵装置２００の動作状態期間中に、電流は、前記セル２０２ｂを流れて、車両に電力供給し、または車両の様々な構成要素に電力供給する。電流が前記セル２０２ｂから引き出されるにつれて、前記セルアセンブリ２０２内で熱が生成される。前記セル２０２ｂ間、および前記セルと前記セルホルダ構造の少なくとも一部との間のエアギャップ／空所（２０２ｄ、２０２ｅ）の存在は、前記セル２０２ｂから前記外部ケーシング２０１（図３に示される）への熱の放散に影響を及ぼし、それによって、前記セルアセンブリ２０２内および前記外部ケーシング２０１内での熱の蓄積につながる。前記セルアセンブリ２０２内での熱の蓄積は、セルの熱暴走につながることがあり、最終的には、前記エネルギー貯蔵装置２００の破壊につながることがある。

前記セルの熱暴走を防止し、前記セルの冷却速度を改善するために、本発明は、１つの実施形態による、前記エネルギー貯蔵装置２００の製造の方法を提供する。図５は、前記エネルギー貯蔵装置２００を製造する方法において含まれるステップを描くフローチャート３００を例示する。ブロック３０１において描かれる、前記方法の第１のステップは、前記外部ケーシングを、高導電性熱発泡体２０４（図６に示される）、例えばシリコン発泡体により内張りすることを含む。前記外部ケーシング２０１を、前記セルアセンブリ２０２の輪郭と同じ輪郭で、高導電性熱発泡体２０４により内張りすることは、前記外部ケーシング２０１と前記セルアセンブリ２０２と間の空所／エアギャップが最小限にされることを確実にする。１つの実施形態によれば、０．２５未満の比重を有する高導電性の接着性の熱発泡体が、前記外部ケーシング２０１の前記内面を内張りするために使用される。例えば、一実施形態において、前記外部ケーシング２０１の前記内面を内張りする前記熱発泡体２０４は、２ｍｍ～５ｍｍの範囲の厚さを有する。さらに、ブロック３０２において描かれる第２のステップは、前記熱発泡体２０４により予め内張りされた前記外部ケーシング２０１内に前記セルアセンブリ２０２を設置／挿入し、前記エンドカバー部材のペアのうちの一方のエンドカバー部材２０１Ｒにより、前記外部ケーシング２０１の一方の端部を閉じることを含む。ブロック３０３において描かれる、前記方法の第３のステップは、５０～５５℃の範囲の相転移温度を有し、１より大きい比重を有する相変化材料２０５（図６に示される）を、前記熱発泡体２０４により内張りされ、前記セルアセンブリ２０２をその中に含有する前記外部ケーシング２０１内へ注入することを含む。言いかえれば、５０～５５℃に予め加熱された相変化材料が、前記熱発泡体により予め内張りされた前記外部ケーシング内へ注入される。一実施形態によれば、セルアセンブリ２０２内の空所を充填するために前記外部ケーシング内へ注入されるべきＰＣＭ２０５の体積は、空所の予め計算された体積、すなわち、セルアセンブリにおける第１のセットの空所２０２ｄ（図４に示される）と、第２のセットの空所２０２ｅ（図４に示される）とに基づいて決定される。前記方法の第４のステップは、前記セルアセンブリの前記セル２０２ｂ間、および前記セルアセンブリの前記セルと少なくとも１つのホルダ構造２０２ａとの間に充填されるＰＣＭ２０５が凝固し、３０～３５°Ｃの周囲温度を実現するための所定の硬化時間を許容するステップを含む（ブロック３０４を参照）。典型的には、一実施形態によれば、ＰＣＭ２０５が凝固するために、１．５～２時間の硬化時間が許容される。さらに、前記方法の第５のステップは、ブロック３０５において描かれるように、前記エンドカバー部材のペアのうちのエンドカバー２０１Ｌを置いて、前記熱発泡体２０４により内張りされた前記外部ケーシング２０１内に、ＰＣＭ２０５により充填された前記セルアセンブリ２０２を収容することを含む。前記熱発泡体２０４の提供は、ＰＣＭが溶解した場合において、前記外部ケーシング２０１からのＰＣＭ２０５の漏れを防止することにも役立つ。

図６は、図４において説明されたステップにより準備／製造されたエネルギー貯蔵装置の断面図を例示する。図に見られるように、ＰＣＭ２０５は、前記セル２０２ｂ間の前記第１のセットの空所２０２ｄを充填し、前記セル２０２ｂと前記セルホルダ構造２０２ａの少なくとも一部との間の前記第２のセットの空所２０２ｅを充填する。したがって、ＰＣＭ２０５は、前記セルアセンブリ２０２内の前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂを熱的に接続する。特に、一実施形態によれば、ＰＣＭ２０５および前記熱発泡体２０４によって前記外部ケーシング内の空所を充填する割合は、最良の熱放散効率を達成するために、８５％から１５％の範囲にある。言いかえれば、前記セルアセンブリ内のエアギャップの大部分がＰＣＭによって充填される一方で、外部ケーシング２０１とセルアセンブリ２０２との間のエアギャップは、前記熱発泡体２０４によって充填される。したがって、ＰＣＭ２０５は、セルアセンブリ２０２内およびセルアセンブリ２０２と外部ケーシング２０１との間の空所の体積を完全には充填しないので、エネルギー貯蔵装置２００の重さが著しく増えないことが確実にされる。さらに、前記高導電性熱発泡体２０４は、前記外部ケーシング２０１を内張りするために使用されるので、ＰＣＭ２０５によって吸収された熱が前記発泡体２０４によって外部ケーシング２０１へ効果的に伝導されることが確実にされ、それによって、前記複数のエネルギー貯蔵セル２０２ｂの改善された冷却速度を確実にする。また、ＰＣＭ２０５は、セルアセンブリ２０２上に液体の形態で注入され、続いて凝固されるので、エンモールドされた／機械加工されたＰＣＭブロックがセルアセンブリにおいて使用される装置と比較して、エネルギー貯蔵装置の製造の容易さが確実にされる。したがって、ＰＣＭブロックの成形／機械加工コストが回避され、エネルギー貯蔵装置の低い製造コストが確実にされる。さらに、予め成形された／予め機械加工されたセルアセンブリを外部ケーシング内へ挿入するのではなく、ＰＣＭが外部ケーシング内へ注入されるので、前記外部ケーシングおよび前記予め成形された／機械加工されたＰＣＭブロックの輪郭における相違という問題が回避されることが確実にされる。これは、ひいては、セルアセンブリと外部ケーシングとの間に最小限のエアギャップが存在することを確実にすることに役立ち、それによって、ＰＣＭからエネルギー貯蔵装置の外部ケーシングへの効果的な熱伝達／伝導性を確実にする。したがって、ハイブリッド熱放散システムは、エネルギー貯蔵装置がその熱放散効率を改善し、それによって、エネルギー貯蔵装置の耐久性だけでなく、性能も向上させるように構成される。

したがって、本明細書において説明される本発明は、その中に含有されるエネルギー貯蔵セルの冷却速度が改善された、軽量なエネルギー貯蔵装置を製造する、経済的かつ容易な方法を有利に提供し、それによって、エネルギー貯蔵装置の改善された性能を確実にする。

改善例および変形例が、本発明の範囲から逸脱せずに、本明細書に組み込まれ得る。

Claims (15)

1. エネルギー貯蔵装置（２００）であって、
   高導電性熱発泡体（２０４）により内張りされた外部ケーシング（２０１）と、
   少なくとも１つのセルホルダ構造（２０２ａ）と、前記ホルダ構造（２０２ａ）内に保持される複数のエネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）とを備え、相変化材料（２０５）によって熱的に接続されているセルアセンブリ（２０２）であって、前記外部ケーシング（２０１）内に含有されるセルアセンブリ（２０２）と
   を備え、
   前記高導電性熱発泡体（２０４）および前記相変化材料（２０５）は、前記外部ケーシング（２０１）内の空所を１５％から８５％の割合で充填する、エネルギー貯蔵装置（２００）。
2. 前記高導電性熱発泡体（２０４）は、相変化材料（２０５）の比重よりも小さい比重を有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
3. 前記熱発泡体は、０．２５未満の比重を有する、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
4. 前記高導電性熱発泡体（２０４）は、前記セルアセンブリ（２０２）を内張りする前記外部ケーシング（２０１）の内面に貼付されるように設計されている、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
5. 前記相変化材料（２０５）は、５０～５５℃の範囲の相変化温度と、１よりも大きい比重とを有する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
6. 前記導電性発泡体（２０４）は、圧入構成を使用して、前記エネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）だけでなく、前記外部ケーシング（２０１）に対しても弾性的に付勢される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
7. 達成される前記圧入構成は、前記発泡体（２０４）の体積の最大１０％までの体積範囲にある、請求項６に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
8. 前記エネルギー貯蔵装置は、
   前記外部ケーシング（２０１）を前記高導電性熱発泡体（２０４）により内張りするステップと、
   前記複数の前記エネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）を備える前記セルアセンブリ（２０２）を、前記熱発泡体（２０４）により内張りされた前記外部ケーシング（２０１）内へ挿入するステップと、
   前記熱発泡体（２０４）により内張りされ、前記セルアセンブリ（２０２）を含有する前記ケーシング（２０１）内へ、５０～５５℃の間の温度に予め加熱された前記相変化材料（２０５）を注入して、前記セル（２０２ｂ）間の第１のセットの空所（２０２ｄ）を充填し、前記セル（２０２ｂ）と前記セルホルダ構造（２０２ａ）の少なくとも一部との間の第２のセットの空所（２０２ｅ）を充填するステップと、
   前記第１のセットの空所（２０２ｄ）を充填し、前記第２のセットの空所（２０２ｅ）を充填するように注入された前記相変化材料を、所定の持続時間の間、硬化させて、前記相変化材料が３０～３５℃の温度を実現することを可能にするステップと、
   前記熱発泡体により内張りされた前記外部ケーシング（２０１）内で相変化材料（２０５）により充填された前記セルアセンブリ（２０２）を、エンドカバー部材（２０１Ｌ、２０１Ｒ）により収容するステップと
   を含む方法を使用して製造される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
9. 前記相変化材料（２０５）は、１．５～２時間の持続時間の間、硬化させられる、請求項６に記載のエネルギー貯蔵装置（２００）。
10. エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法であって、前記エネルギー貯蔵装置（２００）は、
    高導電性熱発泡体（２０４）により内張りされた外部ケーシング（２０１）と、
    少なくとも１つのセルホルダ構造（２０２ａ）と、前記ホルダ構造（２０２ａ）内に保持される複数のエネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）とを備え、相変化材料（２０５）によって熱的に接続されているセルアセンブリ（２０２）であって、前記外部ケーシング（２０１）内に含有されるセルアセンブリ（２０２）と
    を備え、
    前記製造する方法は、
    前記外部ケーシング（２０１）を前記高導電性熱発泡体（２０４）により内張りするステップと、
    前記複数の前記エネルギー貯蔵セル（２０２ｂ）を備える前記セルアセンブリ（２０２）を、前記熱発泡体（２０４）により内張りされた前記外部ケーシング（２０１）内へ挿入するステップと、
    前記熱発泡体（２０４）により内張りされ、前記セルアセンブリ（２０２）を含有する前記ケーシング（２０１）内へ、５０～５５℃の間の温度に予め加熱された前記相変化材料（２０５）を注入して、前記セル（２０２ｂ）間の第１のセットの空所（２０２ｄ）を充填し、前記セル（２０２ｂ）と前記セルホルダ構造（２０２ａ）の少なくとも一部との間の第２のセットの空所（２０２ｅ）を充填するステップと、
    前記第１のセットの空所（２０２ｄ）を充填し、前記第２のセットの空所（２０２ｅ）を充填するように注入された前記相変化材料を、所定の持続時間の間、硬化させて、前記相変化材料が３０～３５℃の温度を実現することを可能にするステップと、
    前記熱発泡体により内張りされた前記外部ケーシング（２０１）内で相変化材料（２０５）により充填された前記セルアセンブリ（２０２）を、エンドカバー部材（２０１Ｌ、２０１Ｒ）により収容するステップと
    を含む、エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。
11. 前記高導電性熱発泡体（２０４）および前記相変化材料（２０５）は、前記外部ケーシング（２０１）内の空所を１５％から８５％の割合で充填する、請求項８に記載の前記エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。
12. 前記高導電性熱発泡体（２０４）は、０．２５未満の比重を有する、請求項８に記載の前記エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。
13. 前記高導電性熱発泡体（２０４）は、２ｍｍ～５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項８に記載の前記エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。
14. 前記高導電性熱発泡体（２０４）は、前記セルアセンブリ（２０２）を内張りする前記外部ケーシング（２０１）の内面に貼付されるように設計されている、請求項８に記載の前記エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。
15. 前記相変化材料（２０５）は、５０～５５℃の範囲の相変化温度と、１よりも大きい比重とを有する、請求項８に記載の前記エネルギー貯蔵装置（２００）を製造する方法。

Images