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特許7399163バッテリーパック、およびバッテリーパックを製造するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-07
(45)【発行日】2023-12-15
(54)【発明の名称】バッテリーパック、およびバッテリーパックを製造するための方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/6568 20140101AFI20231208BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20231208BHJP
H01M 10/6557 20140101ALI20231208BHJP
H01M 10/643 20140101ALI20231208BHJP
H01M 10/658 20140101ALI20231208BHJP
H01M 10/625 20140101ALI20231208BHJP
H01M 10/615 20140101ALI20231208BHJP
【ＦＩ】
H01M10/6568
H01M10/613
H01M10/6557
H01M10/643
H01M10/658
H01M10/625
H01M10/615
【請求項の数】
50
(21)【出願番号】P 2021523965
(86)(22)【出願日】2019-10-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-17
(86)【国際出願番号】 EP2019078461
(87)【国際公開番号】W WO2020094365
(87)【国際公開日】2020-05-14
【審査請求日】2022-10-18
(31)【優先権主張番号】1818053.9
(32)【優先日】2018-11-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】521186421
【氏名又は名称】ゼロテック リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100082418
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 朔生
(74)【代理人】
【識別番号】100167601
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 信之
(74)【代理人】
【識別番号】100201329
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 真二郎
(74)【代理人】
【識別番号】100220917
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 忠大
(72)【発明者】
【氏名】フラナリー、バリー
【審査官】高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１３１０５５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２３０７６０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００２３０５６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ １０／６５６８
Ｈ０１Ｍ １０／６１３
Ｈ０１Ｍ １０／６５５７
Ｈ０１Ｍ １０／６４３
Ｈ０１Ｍ １０／６５８
Ｈ０１Ｍ １０／６２５
Ｈ０１Ｍ １０／６１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
１つまたは複数のセル、可撓性および可膨張性ダクトであって、前記ダクトと前記１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように前記１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めされている可撓性および可膨張性ダクト、
および前記ダクトの少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング手段を含み、
使用時に前記ダクトの形状が、前記１つまたは複数のセルの表面形状に部分的に追従するように、流体が前記ダクトに挿入されることを特徴とする、
バッテリーパック。
【請求項2】
前記ダクトは複数のダクトであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
【請求項3】
前記ダクトまたは各ダクトは、可膨拡性ダクトである、請求項１または２に記載のバッテリーパック。
【請求項4】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、１つまたは複数の実質的に直線状の区画を含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項5】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、蛇行ダクトであることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項6】
前記１つまたは複数のセルは複数のセルのアレイであることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項7】
前記セルまたは各セルは、円柱型セルであることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項8】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、１つもしくは複数のセルの間におよび／または１つもしくは複数のセルに隣接して位置決めされていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項9】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記１つまたは複数のセルの側面と直接的に熱接触していることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項10】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記１つまたは複数のセルの側面と、インターフェース領域またはインターフェース材料を介して間接的に熱接触していることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項11】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、冷却剤材料が前記ダクトを通って流動できるように開口形状を有することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載に記載のバッテリーパック。
【請求項12】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、前記ダクトまたは前記ダクトの各々内の加圧冷却剤流体により、および／または前記ポッティング手段との接着により、前記開口形状に維持されることを特徴とする、請求項１１に記載のバッテリーパック。
【請求項13】
前記ポッティング手段は、発泡体を含むことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項14】
前記ポッティング手段は、断熱発泡体を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリーパック。
【請求項15】
前記ポッティング手段は、膨化性、膨拡性、および／またはポリウレタン発泡体を含むことを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載のバッテリーパック。
【請求項16】
前記ポッティング手段は、熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂を含むことを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項17】
前記ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部に対する硬性支持体として作用することを特徴とする、請求項１～１６のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項18】
前記ポッティング手段は、前記セルおよび前記ダクトを前記バッテリーパック内の適所に固定することを特徴とする、請求項１～１７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項19】
前記ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部が中に配置される空洞を画成することを特徴とする、請求項１～１８のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項20】
前記ポッティング手段は、１つまたは複数のダクトの少なくとも一部に接着剤で取り付けられていることを特徴とする、請求項１～１９のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項21】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々は、可膨張性プラスチック材料で形成されていることを特徴とする、請求項１～２０のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項22】
前記可膨張性プラスチック材料は、ポリエステル、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、または高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であることを特徴とする、請求項２１に記載のバッテリーパック。
【請求項23】
前記ダクトは、単一管腔ダクトであることを特徴とする、請求項１～２２のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項24】
前記ダクトは、多管腔ダクトであることを特徴とする、請求項１～２２のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項25】
少なくとも１つのダクトに対して支持を提供するように構成されている少なくとも１つの支持手段を含むことを特徴とする、請求項１～２４のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項26】
前記支持手段または各支持手段は、前記ダクトが方向を変えるおよび／または反転させる地点でダクトに対して支持を提供するように構成されていることを特徴とする、請求項２５に記載のバッテリーパック。
【請求項27】
前記支持手段または各支持手段は、ガイドチャネルを含むことを特徴とする、請求項２５または請求項２６に記載のバッテリーパック。
【請求項28】
熱管理システムに作動可能に接続されていることを特徴とする、請求項１～２７のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
【請求項29】
バッテリーパックを製造するための方法であって、１つまたは複数のセルを準備するステップ、
可撓性および可膨張性ダクトを、前記ダクトと前記１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように前記１つまたは複数のセルの前記少なくとも１つの表面に近接して位置決めするステップ、
流体を、前記ダクトの形状が前記１つまたは複数のセルの表面形状に部分的に追従するように、前記ダクトに挿入するステップ、
および前記ダクトの少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されるポッティング手段を提供するステップ、を含む、
方法。
【請求項30】
前記１つまたは複数のセルは複数のセルのアレイであることを特徴とする、請求項２９に記載の方法。
【請求項31】
前記１つまたは複数のセルをバッテリーパックハウジングに配置するステップを含むことを特徴とする、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
１つまたは複数のさらなるダクトを、前記さらなるダクトまたは各さらなるダクトと１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように前記１つまたは複数のセルの表面に近接して位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項33】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、セルに隣接するおよび／またはセルの間の位置に位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項34】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記バッテリーパック内の蛇行経路に沿って位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項35】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記ダクトまたは前記ダクトの各々が未膨張状態にある際に、前記１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めするステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項36】
前記ダクトの少なくとも部分を、前記ダクトの少なくとも一部分に対して支持を提供するための支持手段内に配置するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項37】
前記ダクトの一部分を、前記ダクトが未膨張状態にある際に、前記支持手段の凹部内に配置するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項38】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々に流体を挿入するステップは、前記ダクトが開口形状へと膨拡することを引き起こすことを特徴とする、請求項２９～３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項39】
前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項40】
前記ポッティング手段を、前記ポッティング手段が粘性状態または液体状態にある間に、前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項41】
前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入する前に、前記ダクトまたは前記ダクトの各々に流体を挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項42】
前記ポッティング手段を前記バッテリーパックに挿入する前に、前記ダクトまたは前記ダクトの各々を加圧および／または膨張させるステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項43】
可膨拡性ポッティング手段を前記バッテリーパックに注入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項44】
発泡体を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項45】
膨化性またはポリウレタン発泡体を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項46】
熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂を前記バッテリーパックに挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項47】
前記ポッティング手段を前記バッテリーパック内で硬化または固化させるステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項48】
前記ダクトまたは前記ダクトの各々が膨張状態および／または開口形状にある間に、前記ポッティング手段を前記バッテリーパック内で硬化または固化させるステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項49】
前記ポッティング手段が固まるかまたは固化されるまで、前記ダクト内の圧力を維持するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項50】
前記ポッティング手段との接着により、前記ダクトまたは前記ダクトの各々を、前記バッテリーパック内で開口形状に維持するステップを含むことを特徴とする、請求項２９～４９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリーパック及びその製造方法に関し、特に、熱管理システムを有する車両用バッテリーパックに関する。
【背景技術】
【0002】
次世代バッテリーパック、特に、車両応用のためのリチウムイオンバッテリーパックの重要な要件は、重量エネルギー密度および体積エネルギー密度の向上、サイクル寿命の向上、および急速充電である。重量エネルギー密度および体積エネルギー密度は、セル電気化学および化学工学の進歩により大きく向上している。しかしながら、バッテリーパックの機械設計の向上は、パックの全体的な重量およびサイズにもかなりの影響を与える。バッテリーパックの機械設計は、主に熱管理システムを介してサイクル寿命および急速充電能力に影響を及ぼす。熱管理システムを使用することにより、パック内の温度変動を最小限に抑えて、最終的にはサイクル寿命の低減をもたらすことになるセル経年劣化差異を防止できる。さらに、セル寿命を最大化するには、バッテリーパック全体にわたって２５℃の比較的一定の温度を維持することが重要である。急速充電中に後者を維持するのは、パック内の発熱が大きいため、特に困難である。
【0003】
最先端バッテリーパックの熱管理システムは、典型的には、ダクト形態の熱交換器を含む。ダクトは、個々のセルを冷却または加温するために冷却剤材料がそれを通ってパックを通過できる導管を提供する。可撓性ダクトは、軽量であり、加圧状態または膨張状態にある場合、セルの形状に緊密に追従できるため、特に有用である。しかしながら、可撓性ダクトを使用する場合の重大な欠点は、可撓性ダクトが破裂し易いことであり、ダクト内に圧力が蓄積すると、ダクト壁が伸長して薄くなり、壁強度の低減が引き起こされ、パック内の冷却剤漏れに結び付く可能性がある。破裂のリスクは、ダクトの壁厚を増加させることにより軽減できるが、そうすることにより、ダクトの熱抵抗およびしたがって熱管理システムの非有効性も増加する。
【0004】
最先端のバッテリーパックのさらなる問題は、発火し易いことである。セルが高温に曝された場合、短絡が発生した場合、および／またはセルの内部構造が損傷した場合、バッテリーパック内の発火リスクが増加する。例えば、セル内のリチウムメッキおよび／または結晶形成は、内部セル誘電体膜を穿孔する場合があり、セルの壊滅的な短絡および爆発をもたらす可能性がある。このような事象がパック全体に拡散すると、セルすべての発火がもたらされる場合がある。バッテリーパック内の局所的領域から過剰な熱が拡散することを阻止または低減するための方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、上記で概説した問題を回避または軽減することである。特に、本発明の目的は、ダクトの破裂リスクが低減された熱管理システムで使用するための薄くて可撓性のダクトを提供することである。
【0006】
本発明のさらなる目的は、本質的に難燃性であるバッテリーパックを提供することである。
【0007】
本発明のまたさらなる目的は、１つまたは複数のセルと良好に熱接触する熱管理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第１の態様によると、１つまたは複数のセル、１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めされた可撓性ダクトであって、ダクトと１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得る可撓性ダクト、およびダクトの少なくとも一部の支持体として作用するように構成されているポッティング手段を含むバッテリーパックが提供される。有利なことに、可撓性ダクトは、パック内のセルの表面形状に緊密に追従できると共に、可撓性ダクトの過度な膨張および／または破裂を防止するように作用するポッティング手段により補強されている。
【0009】
任意選択で、バッテリーパックは、複数のダクトを含む。
【0010】
好ましくは、１つまたは複数のダクトは、蛇行ダクトである。
【0011】
任意選択で、１つまたは複数のダクトは、マニホールドダクトである。
【0012】
任意選択で、バッテリーパックは、１つまたは複数の実質的に直線状のダクトを含む。
【0013】
任意選択で、バッテリーパックは、１つまたは複数の平行ダクトを含む。
【0014】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、１つまたは複数の実質的に直線状の区画を含む。
【0015】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、冷却剤流体を運搬するように構成されている。
【0016】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、水－グリコール混合物を運搬するように構成されている。
【0017】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、冷却剤流体により加圧されて膨張状態にある。
【0018】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、膨張状態にある場合、１つまたは複数のセルの表面に追従する。有利なことに、その形状がセルの形状に追従するように可撓性ダクトを膨張させることにより、上記ダクトまたは各ダクトとセルとの間の熱接触が向上し、冷却剤流体は、冷却剤流体とセルとの間で熱エネルギーをより効率的に伝達できる。
【0019】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトの形状は、１つまたは複数のセルの表面の少なくとも一部に部分的に追従する。
【0020】
好ましくは、セルは円柱型セルである。有利なことに、可撓性ダクトは、ダクトが膨拡して円柱型セルの波状表面に追従し、セルとダクトとの間の良好な熱接触を保証することができるため、円柱型セルでの使用に良好に好適である。
【0021】
好ましくは、バッテリーパックは、セルのアレイを含む。
【0022】
好ましくは、セルのアレイは、最密充填構成である。
【0023】
好ましくは、セル間の最小離間は、０．５～５ｍｍである。
【0024】
好ましくは、セル間の最小離間は、２ｍｍである。
【0025】
好ましくは、可撓性ダクトは、１つまたは複数のセルに隣接して位置決めされている。
【0026】
好ましくは、可撓性ダクトは、セル間に位置決めされている。
【0027】
好ましくは、可撓性ダクトは、１つまたは複数のセルの側面と直接的に接触する。
【0028】
好ましくは、可撓性ダクトは、インターフェース領域またはインターフェース材料を介して、１つまたは複数のセルの側面と間接的に接触する。
【0029】
好ましくは、可撓性ダクトは、セルを取り囲むケーシングシースを介して、１つまたは複数のセルの側面と間接的に接触する。
【0030】
好ましくは、可撓性ダクトは、伝導性ペーストまたは接着剤などの熱伝導性フィラー材料を介して、１つまたは複数のセルの側面と間接的に接触する。
【0031】
理想的には、可撓性ダクトは、ポリマーベースの材料で形成されている。
【0032】
好ましくは、可撓性ダクトは、可膨張性プラスチック材料で形成されている。可膨張性プラスチック材料は、本来的に電気絶縁性であり、軽量であり、グリコール水混合物などの冷却剤で腐食しないかまたは化学的に相互作用しないため、有利である。
【0033】
理想的には、可膨張性プラスチック材料は、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）である。
【0034】
理想的には、可膨張性プラスチック材料は、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）である。
【0035】
理想的には、可膨張性プラスチック材料は、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）である。
【0036】
理想的には、可膨張性プラスチック材料は、ポリエステルである。
【0037】
理想的には、可撓性ダクトの壁は、１０μｍ～１５０μｍの厚さである。
【0038】
有利なことに、可膨張性プラスチック材料は非常に薄く製作でき、それにより上記ダクトまたは各ダクトとセルとの間の良好な熱伝達特性が可能になる。
【0039】
好ましくは、可撓性ダクトは、単一管腔ダクトである。
【0040】
任意選択で、可撓性ダクトは、多管腔ダクトである。多管腔ダクトは、単一管腔ダクトでは均等な温度分布を促進することが可能でない大型バッテリーパックに使用してもよい。
【0041】
理想的には、多管腔ダクトは、２つ以上の管腔を含み、冷却剤流体は管腔に沿って流動し得る。
【0042】
好ましくは、バッテリーパックは、バッテリーパックハウジングを含む。
【0043】
好ましくは、バッテリーパックは、下部クラムシェルを含む。
【0044】
好ましくは、バッテリーパックは、上部クラムシェルを含む。
【0045】
好ましくは、下部クラムシェルおよび／または上部クラムシェルは、セルを受け入れて保持するための１つまたは複数の凹部を含む。
【0046】
好ましくは、下部クラムシェルおよび／または上部クラムシェルは、セルに対する電気的接続部を受け入れるための１つまたは複数の開口部を含む。
【0047】
好ましくは、上部クラムシェルおよび／または下部クラムシェルには１つまたは複数のバスバーが設けられている。
【0048】
好ましくは、上部クラムシェルおよび／または下部クラムシェルは、セルをバスバーと電気的に接続するための１つまたは複数の開口部を含む。
【0049】
好ましくは、バッテリーパックは、１つまたは複数の側壁を含む。
【0050】
好ましくは、１つまたは複数の側壁は、下部クラムシェルに取り付けられている。
【0051】
好ましくは、１つまたは複数の側壁は、上部クラムシェルに取り付けられている。
【0052】
好ましくは、バッテリーパックは、流体入口手段を含む。
【0053】
好ましくは、流体入口手段は、上記ダクトまたは各ダクトへの流体進入口を提供する。
【0054】
好ましくは、流体入口手段は、入口ノズルを含む。
【0055】
好ましくは、バッテリーパックは、流体出口手段を含む。
【0056】
好ましくは、流体出口手段は、出口ノズルを含む。
【0057】
好ましくは、流体出口手段は、上記ダクトまたは各ダクトからの流体排出口を提供する。
【0058】
好ましくは、流体入口手段および／または流体出口手段は、側壁の開口部を通り抜ける。
【0059】
好ましくは、バッテリーパックは、さらなるセル間に位置決めされている少なくとも１つのさらなる可撓性ダクトを含む。
【0060】
好ましくは、ポッティング手段は、ポッティング材料を含む。
【0061】
理想的には、ポッティング手段は、発泡体を含む。有利なことに、発泡体は他のポッティング材料よりも軽量であり、したがって、他のポッティング材料と比較してパックの全体的な重量が低減される。
【0062】
任意選択で、ポッティング手段は、熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂を含む。
【0063】
理想的には、ポッティング手段は、断熱発泡体を含む。有益なことに、断熱発泡体は、バッテリーパック全体にわたって伝播する高エネルギー熱事象を防止できる。さらに、断熱発泡体は、バッテリーパックに対する外部温度変動の影響を低減でき、ダクトが、バッテリーパック内の熱エネルギーの主要な制御器であることの保証を支援する。
【0064】
理想的には、ポッティング手段は、膨拡された発泡体を含む。有利なことに、バッテリーパック内での可膨拡性発泡体の使用は、発泡体が、膨拡状態になるとバッテリーパック内のあらゆる隙間を実質的に満たし得ることを意味する。発泡体の断熱特性と相まって、熱事象がパックを伝わる能力は、著しく低減される。
【0065】
理想的には、ポッティング手段は、膨化性発泡体を含む。
【0066】
理想的には、ポッティング手段は、ポリウレタン発泡体である。
【0067】
理想的には、ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部の支持体として作用する。
【0068】
理想的には、ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部の硬性支持体として作用する。
【0069】
理想的には、ポッティング手段は、液体状態でパックへと注いで、パック内で固めるか、硬化させるか、または固化できる。
【0070】
理想的には、ポッティング手段は、その固まった、硬化された、または固化された状態では、実質的に硬性であり、セルおよびダクトをバッテリーパック内の適所に固定する。これは、バッテリーパック内の部品に対する振動の影響を低減するため有利である。
【0071】
好ましくは、ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部を取り囲む。
【0072】
好ましくは、ポッティング手段は、ダクトを取り囲み、少なくとも１つのダクトに対して完全な外部支持を提供する。有利なことに、ダクトをポッティング材料で取り囲むことにより、ダクトの過度な膨拡および／または破裂が防止される。
【0073】
好ましくは、ポッティング手段は、少なくとも１つのダクトの少なくとも一部が中に配置される空洞を画成する。
【0074】
好ましくは、バッテリーパックハウジング内の容積は、セル、支持構造、ダクト、およびポッティング手段で実質的に満たされている。有利なことに、バッテリーパックを実質的に満たすことにより、湿気および／または腐食剤がバッテリーパック内の空間から確実に排除される。
【0075】
好ましくは、ポッティング手段は、接着剤として作用する。
【0076】
好ましくは、ポッティング手段は、上記ダクトまたは各ダクトを適所に固定する接着剤として作用する。
【0077】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、冷却剤材料がダクトを流動できるように開口構成を有する。
【0078】
好ましくは、上記ダクトまたは各ダクトは、上記ダクトまたは各ダクト内の加圧冷却剤流体により、および／またはポッティング手段との接着により、開口構成に維持される。
【0079】
好ましくは、ポッティング手段は、１つまたは複数のダクトを開口構成に維持するための接着剤として作用する。
【0080】
好ましくは、ポッティング手段は、１つまたは複数のダクトの少なくとも一部に接着剤で取り付けられている。
【0081】
好ましくは、ポッティング手段は、セルを適所に固定するための接着剤として作用する。
【0082】
好ましくは、ポッティング手段は、外側ケーシングをバッテリーパックに固定するための接着剤として作用する。これには、追加の固定具または留め具の必要がなくなるという利益があり、バッテリーパックの複雑さが低減され、製造プロセスが向上する。
【0083】
好ましくは、バッテリーパックは、少なくとも１つのダクトに対して支持を提供するように構成されている少なくとも１つの支持手段を含む。
【0084】
好ましくは、上記支持手段または各支持手段は、下部クラムシェルに配置可能である。
【0085】
好ましくは、１つまたは複数の支持手段は、セルのアレイの周縁部に配置されている。
【0086】
好ましくは、上記支持手段または各支持手段は、ダクトが方向を変えるおよび／または反転させる地点においてダクトに支持を提供するように構成されている。有利なことに、支持手段は、ダクトが方向を反転させる地点においてダクトが捻れることを防止する。捻れの防止は、システム内の閉塞を低減し、システム内の圧力損失を低減し、ダクトを通る冷却剤流体の流速を向上させる。
【0087】
好ましくは、上記支持手段または各支持手段は、ガイドチャネルを含む。
【0088】
理想的には、ガイドチャネルは、可撓性ダクトをガイドするように構成されている。
【0089】
好ましくは、可撓性ダクトの少なくとも一部は、支持手段チャネル内に配置されている。ダクトをチャネル内に配置することは、チャネルが、ダクトの方向を反転させる地点においてダクトをガイドし、したがって捻れを防止するため有利である。さらに、チャネルはダクトを両側で支持し、それによりダクトの膨らみおよび破裂の可能性が防止される。
【0090】
好ましくは、支持手段は、ダクトにたるみが生じるように未膨張状態のダクトを部分的に受け入れるように構成された少なくとも１つの凹部を含む。有利なことに、ダクトに余分なたるみを提供することにより、ダクトが膨張した際のダクト捻れの防止が支援される。これは、ダクトが膨張すると張力がかかり、余分なたるみは、ダクトにおける過剰な張力の蓄積防止が支援されるためである。
【0091】
好ましくは、支持手段は、少なくとも１つのセルとダクトとの間に熱障壁を提供するように構成されている。これは、バッテリーの寿命を延長するためには、バッテリーパックにわたる温度分布を一定に維持することが重要であるため、有益である。ダクトとセルとの間の熱接触が過剰になると考えられる位置にてセルを断熱することにより、ダクトとセルとの間の熱接触は、バッテリーパック全体にわたって実質的に一定に保たれる。これは、次いで、バッテリーパックにわたる一定の温度分布を促進する。
【0092】
好ましくは、バッテリーパックは、熱管理システムに作動可能に接続されている。
【0093】
好ましくは、熱管理システムは、リザーバを含む。
【0094】
好ましくは、リザーバは、冷却剤ループと流体連通している。
【0095】
理想的には、リザーバは、冷却剤流体を含む。
【0096】
好ましくは、リザーバは、冷却剤ループの冷却剤流体に静水圧を提供する。
【0097】
好ましくは、熱管理システムは、冷却剤をリザーバから冷却剤ループへと圧送して冷却剤ループを加圧するように構成されているポンプを含む。有利なことに、リザーバの冷却剤流体を使用して、熱管理システムを加圧できる。有益なことに、これにより、圧力が目標作動圧力に維持されるように熱管理システム内の圧力を維持することが可能になる。リザーバを介してダクトを加圧することによりダクトが自立するため、ポンプからの流体力学的圧力損失がいずれも排除され、冷却システム内の圧力低下が大幅に低減される。
【0098】
理想的には、熱管理システムは、目標作動圧力が維持されるように冷却剤の圧力をモニターするための圧力センサを含む。
【0099】
好ましくは、ダクト材料は、マトリックスおよびフィラーを含む。理想的には、フィラーの熱伝導率は、マトリックスの熱伝導率よりも大きい。有利なことに、マトリックス内にフィラーを含めることにより、ダクト材料の熱伝導率が増加する。
【0100】
好ましくは、マトリックスは、可撓性マトリックスである。
【0101】
好ましくは、マトリックスは、電気的に絶縁性である。
【0102】
好ましくは、マトリックスは、プラスチックマトリックスである。
【0103】
好ましくは、マトリックスは、ポリマーマトリックスである。
【0104】
好ましくは、マトリクスは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）マトリクス、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）マトリクス、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）マトリクス、ポリエステル、シリコーン、またはゴムマトリクスである。
【0105】
好ましくは、マトリックスは、１５Ｗｍ－１Ｋ－１未満、１０Ｗｍ－１Ｋ－１未満、５Ｗｍ－１Ｋ－１未満、および／または１Ｗｍ－１Ｋ－１未満の熱伝導率を有する。
【0106】
好ましくは、フィラーは、フィラー材料の粒子を含む。
【0107】
このましくは、フィラー材料の粒子は、マトリックス全体にわたって分散している。
【0108】
好ましくは、フィラー材料の粒子は、１ｎｍ～１０μｍの平均直径を有する。
【0109】
好ましくは、フィラー材料の粒子は、細長い管状の繊維または実質的に球体の形状を有する。
【0110】
好ましくは、フィラー材料の細長い粒子は、１～１０ｎｍの直径、および任意選択で０．５～５ｎｍの長さを有する。
【0111】
好ましくは、フィラーは、有機フィラー材料を含む。好ましくは、フィラーは、炭素、カーボンブラック、グラファイト、グラファイトプレートレット、グラフェン、多層カーボンナノチューブ、または単層カーボンナノチューブなどの、炭素ベースのフィラー材料を含む。
【0112】
任意選択で、フィラーは、無機フィラー材料を含む。任意選択で、フィラーは、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、または酸化亜鉛などの、セラミックフィラー材料を含む。
【0113】
好ましくは、フィラーは、１０Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きく、および／または１００Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きな熱伝導率を有する。
【0114】
好ましくは、ダクト材料は、２５容積％未満のフィラー、５～１８容積％のフィラー、または１５容積％のフィラーを含む。有利なことに、限定的な量のフィラーをマトリックスに組み込むことにより、材料の低電気伝導率および好適な可撓性を維持しつつ、熱伝導率が向上する。
【0115】
好ましくは、ダクト材料は、室温で０．３３Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きく、室温で１Ｗｍ－１Ｋ－１より大きく、および／または室温で１０Ｗｍ－１Ｋ－１より大きな熱伝導率を有する。
【0116】
理想的には、支持手段は、内側ガイド形成物を有する。
【0117】
理想的には、内側ガイド形成物は、使用時に可撓性ダクトが向きを変える箇所の内側に配置可能である。
【0118】
好ましくは、内側ガイド形成物は、使用時にセルと可撓性ダクトとの間に配置される内側支持面を有する。
【0119】
理想的には、支持手段は外側ガイド構造を有し、外側ガイド構造は外側支持面を有する。
【0120】
好ましくは、支持手段のガイド経路の少なくとも一部は、内側ガイド形成物の内側支持面と外側ガイド形成物の外側支持面との間に画成される。
【0121】
内側支持面および／または外側支持面は、連続的であってもよくまたは不連続的であってもよい。
【0122】
好ましくは、支持手段の少なくとも一部は、圧縮性である。ダクトは、膨張状態では、張力によりダクト内の任意の屈曲部の方向に引っ張られる傾向がある。有利なことに、支持手段の少なくとも一部を圧縮性にすると、ダクトがそれに対して引っ張られる表面をわずかに変形させることが可能になり、ダクト容積が屈曲部で捻れて閉鎖されることが防止される。
【0123】
理想的には内側ガイド形成物は、最も好ましくは、内側支持面の少なくとも一部において圧縮性である。理想的には、内側ガイド形成物は、圧縮性発泡体を含む。
【0124】
好ましくは、支持手段の少なくとも一部は、バッテリーパックハウジングと一体的に形成されている。最も好ましくは、支持手段の少なくとも一部は、バッテリーパックハウジングの下部クラムシェル、またはバッテリーパックハウジングの上部ケーシングと一体的に形成されている。
【0125】
好ましくは、バッテリーパックハウジングの少なくとも一部は、支持構造の一部を形成する。最も好ましくは、バッテリーパックハウジングの内側側壁の少なくとも一部は、可撓性ダクトを支持するために使用される。
【0126】
本発明の第２の態様によると、バッテリーパックを製造するための方法であって、１つまたは複数のセルを準備するステップ、可撓性ダクトを、ダクトと１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めするステップ、流体をダクトに挿入するステップ、およびダクトの少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング手段を提供するステップを含む方法が提供される。有利なことに、本方法は、セルの表面形状に対して緊密に追従でき、ポッティング手段により強化されているダクトを含む、向上されたバッテリーパックを生産するための様式を提供する。
【0127】
好ましくは、本方法は、セルのアレイを準備するステップを含む。
【0128】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の円柱型セルを準備するステップを含む。
【0129】
好ましくは、本方法は、セル間の最小離間が０．５～５ｍｍである最密充填円柱型セルのアレイを準備するステップを含む。
【0130】
好ましくは、本方法は、セル間の最小離間が２ｍｍである、最密充填円柱型セルのアレイを準備するステップを含む。
【0131】
好ましくは、本方法は、バッテリーパックハウジングを構築するステップを含む。
【0132】
好ましくは、本方法は、下部クラムシェルを準備するステップを含む。
【0133】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数のセルを下部クラムシェルの凹部に配置するステップを含む。
【0134】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の側壁を準備するステップを含む。
【0135】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の側壁を下部クラムシェルに取り付けるステップを含む。
【0136】
好ましくは、本方法は、上部クラムシェルを準備するステップを含む。
【0137】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数のセルを上部クラムシェルの凹部に配置するステップを含む。
【0138】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の側壁を上部クラムシェルに取り付けるステップを含む。
【0139】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数のバスバーを上部クラムシェルおよび／または下部クラムシェルに取り付けるステップを含む。
【0140】
好ましくは、本方法は、流体入口手段を上記ダクトまたは各ダクトに嵌着するステップを含む。
【0141】
好ましくは、本方法は、流体出口手段を上記ダクトまたは各ダクトに嵌着するステップを含む。
【0142】
好ましくは、本方法は、入口ノズルおよび出口ノズルを、側壁の開口部に通すステップを含む。
【0143】
好ましくは、本方法は、上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトを、１つまたは複数のセルに隣接させて適所に位置決めするステップを含む。
【0144】
好ましくは、本方法は、上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトを、セル間に位置決めするステップを含む。
【0145】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数のさらなる可撓性ダクトを、上記さらなる可撓性ダクトまたは各さらなる可撓性ダクトと１つまたは複数のセルの少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めするステップを含む。
【0146】
好ましくは、セル間に可撓性ダクトを位置決めするステップは、下部クラムシェルの凹部に１つまたは複数のセルを配置するステップの後に実行される。
【0147】
好ましくは、２つ以上のセル間に可撓性ダクトを位置決めするステップは、上部クラムシェルの凹部に１つまたは複数のセルを配置するステップの前に実行される。
【0148】
好ましくは、本方法は、上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトを、バッテリーパック内の蛇行経路に沿って位置決めするステップを含む。
【0149】
好ましくは、本方法は、上記ダクトまたは各ダクトが実質的に未膨張状態にある際に、上記ダクトまたは各ダクトを１つまたは複数のセルの少なくとも１つの表面に近接して位置決めするステップを含む。
【0150】
好ましくは、流体を上記ダクトまたは各ダクトに挿入するステップは、ダクトの膨拡を引き起こす。
【0151】
好ましくは、流体を上記ダクトまたは各ダクトに挿入するステップは、ダクトを流体で実質的に満たすことを含む。
【0152】
好ましくは、本方法は、ダクトを流体で膨張させるステップを含む。
【0153】
好ましくは、本方法は、空気または冷却剤流体などの作業用流体でダクトを膨張させるステップを含む。
【0154】
好ましくは、流体を上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトに挿入するステップは、ダクトを加圧することを含む。
【0155】
好ましくは、流体を上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトに挿入するステップは、ダクト内の流体圧力が大気圧よりも大きくなるようにダクトを加圧することを含む。
【0156】
好ましくは、本方法は、上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトを、上記ダクトまたは各ダクトの形状が１つまたは複数のセルの表面形状の少なくとも一部に追従するように膨張させるステップを含む。有利なことに、これによりダクトとセルとの間の熱接触面積が増加し、そのためダクト中の冷却剤と個々のセルとの間の熱エネルギーの伝達が向上する。
【0157】
理想的には、本方法は、ダクトにより、１つまたは複数のセルを適所に固定するステップを含む。これは、バッテリーパック内の適所にセルを固定するための接着剤の必要性を排除するため、有利である。さらに、バッテリーパックが振動を受ける自動車または航空宇宙応用で使用されている場合、ダクトは、個々のセルを適所に固定することにより、バッテリーパックに対する振動の影響を低減できる。
【0158】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の支持手段を下部クラムシェルに位置決めするステップを含む。
【0159】
好ましくは、本方法は、１つまたは複数の支持手段を、下部クラムシェルにあるセルのアレイの周縁部に位置決めするステップを含む。
【0160】
好ましくは、本方法は、ダクトの一部分を支持手段内に配置して、ダクトの少なくとも部分に支持を提供するステップを含む。ダクトを支持手段に配置することは、ダクトが膨拡する際にダクトが捻れることを防止するため、有利である。
【0161】
好ましくは、本方法は、ダクトが実質的に未膨張状態にある際に、ダクトの一部分を支持手段の凹部内に配置するステップを含む。これは、ダクトを凹部に配置することにより、膨張前のダクトに余分なたるみが存在することが保証されるため、有利である。ダクトに余分なたるみを提供することにより、膨張プロセス中のダクトの捻れが軽減される。
【0162】
好ましくは、本方法は、ダクトの１つまたは複数の少なくとも一部を、ポッティング手段で取り囲むステップを含む。
【0163】
好ましくは、本方法は、上記ダクト全体または各ダクト全体をポッティング手段で実質的に取り囲むステップを含む。
【0164】
好ましくは、本方法は、上部クラムシェル、下部クラムシェル、および／または側壁を通してポッティング手段を挿入するステップを含む。
【0165】
好ましくは、本方法は、可膨拡性ポッティング手段をバッテリーパックに注入するステップを含む。
【0166】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入する前に、可撓性ダクトに対して圧力試験を実施するステップを含む。
【0167】
好ましくは、本方法は、発泡体をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0168】
好ましくは、本方法は、膨化性発泡体をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0169】
好ましくは、本方法は、ポリウレタン発泡体をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0170】
好ましくは、本方法は、熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0171】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0172】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段が粘性状態または液体状態にある間に、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入するステップを含む。
【0173】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入する前に、流体を上記ダクトまたは各ダクトに挿入するステップを含む。
【0174】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入する前に、上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトを加圧および／または膨張させるステップを含む。
【0175】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段をバッテリーパック内で硬化または固化させるステップを含む。
【0176】
好ましくは、流体を上記可撓性ダクトまたは各可撓性ダクトに挿入するステップは、ダクトが開口構成へと膨拡することを引き起こす。
【0177】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段との接着により、上記ダクトまたは各ダクトをバッテリーパック内で開口構成に維持するステップを含む。
【0178】
好ましくは、本方法は、上記ダクトまたは各ダクトが実質的に膨張状態および／または開口構成にある間に、ポッティング手段をバッテリーパック内で硬化または固化するステップを含む。
【0179】
理想的には、本方法は、ポッティング手段が固まるかまたは固化して実質的に硬性状態に入るまで、上記ダクトまたは各ダクト内の圧力を維持するステップを含む。有益なことに、ポッティング手段を注入する前にダクトを膨張させることにより、ポッティング手段が硬く固まっても、ダクトの膨拡に十分な空間が確保される。
【0180】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段を膨拡させて、バッテリーパック内の隙間を満たすステップを含む。有利なことに、発泡体の膨拡は、発泡体がバッテリーパック内のあらゆる隙間を満たすことを意味する。これにより、パックの全体的な機械的強度が向上する。
【0181】
好ましくは、本方法は、セルを断熱発泡体で取り囲むことによりセルを断熱するステップを含む。有益なことに、断熱発泡体は、バッテリーパック全体にわたって伝播する高エネルギー熱事象を防止できる。さらに、断熱発泡体は、バッテリーパックに対する外部温度変動性の影響を低減でき、ダクトが、バッテリーパック内の熱エネルギーの主要な制御器であることの保証を支援する。
【0182】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段により、ダクトおよび／またはセルをバッテリーパック内の適所に固定するステップを含む。
【0183】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段との接着により、上記ダクトまたは各ダクトを、バッテリーパック内で開口構成に維持するステップを含む。
【0184】
好ましくは、本方法は、ポッティング手段により、外側ケーシングをバッテリーパックに固定するステップを含む。これには、追加の固定具または留め具の必要がなくなるという利益があり、バッテリーパックの複雑さが低減され、製造プロセスが向上する。
【0185】
好ましくは、本方法は、セルをバスバーと電気的に接続するステップを含む。
【0186】
好ましくは、本方法は、超音波ボンディング、レーザー溶接、超音波溶接、または抵抗溶接を使用してセルをバスバーと電気的に接続するステップを含む。
【0187】
好ましくは、本方法は、セルが可撓性ダクトにより適所に保持されている間に、セルをバスバーと電気的に接続するステップを含む。
【0188】
好ましくは、本方法は、ポッティング材料がバッテリーパックに挿入される前に、セルをバスバーと電気的に接続するステップを含む。
【0189】
好ましくは、本方法は、セルをバスバーと電気的に接続した後、ポッティング手段をバッテリーパックに挿入するステップを含む。有利なことに、ポッティング手段は、アルミニウム超音波ワイヤボンディング部を外部湿気から保護する役目を果たし、それによりワイヤボンディング部の電解腐食が防止される。
【0190】
本発明のさらなる態様によると、セルをバスバーと電気的に接続するための方法であって、膨張した可撓性ダクトを使用して、セルを所望の位置に保持するステップ、およびセルとバスバーとの間に電気的接続を提供するステップを含む方法が提供される。有利なことに、可撓性ダクトは、セルをパック内の適所に固定でき、セルをバスバーと電気的に接続する際の接着剤の必要性が除去される。
【0191】
好ましくは、セルとバスバーとの間に電気的接続を提供するステップは、ワイヤをセルおよび／またはバスバーに超音波ボンディングすることを含む。
【0192】
好ましくは、セルとバスバーとの間の電気的接続を提供するステップは、超音波ボンディング、レーザー溶接、超音波溶接、または抵抗溶接を含む。
【0193】
好ましくは、セルとバスバーとの間に電気的接続を提供するステップは、アルミニウムワイヤボンディング部を、セルおよび／またはバスバーと接続することを含む。
【0194】
好ましくは、本方法は、セルをバスバーと超音波ボンディングした後、少なくとも１つのセルをポッティングするステップを含む。
【0195】
本発明の一態様に適用可能な任意選択の特徴は、任意の組合せおよび任意の数で使用できることが理解されるだろう。さらに、本発明の一態様に適用可能な任意選択の特徴は、本発明の他の態様のいずれとも、任意の組合せおよび任意の数で使用できる。これには、本出願の特許請求の範囲における任意の他の請求項の従属請求項として使用されている任意の請求項の従属請求項が含まれるが、それらに限定されない。
【0196】
これから、本発明による装置の一実施形態を単に例示として示す添付の図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0197】
【図1】本発明によるバッテリーパックでの使用に好適な熱管理システムおよび制御モジュールの模式図である。
【図2】上部および下部クラムシェルならびに側壁が嵌着されているバッテリーパックの斜視図である。
【図8】本発明の実施形態での使用に好適な支持構造の斜視図である。
【図10】本発明の実施形態での使用に好適な多管腔可撓性ダクトの斜視図である。
【図11】本発明の実施形態での使用に好適な複数の可撓性ダクトを含む熱交換器の上面図である。
【図13】本発明の実施形態での使用に好適な複数の可撓性多管腔ダクトを含む熱交換器の上面図である。
【図15】本発明の実施形態での使用に好適な複数の可撓性多管腔ダクトを含む熱交換器の上面図である。
【図17】上部および下部クラムシェル、側壁、ならびに加圧マニホールドが嵌着されているバッテリーパックの斜視図である。
【図18】セル間に配置されている未膨張状態の可撓性ダクトを示す断面図である。
【図19】セル間に配置されている膨張状態の可撓性ダクトの断面図である。
【図20】支持構造および未膨張状態の可撓性ダクトの拡大平面図である。
【図21】支持構造および適所に配置されている可撓性ダクトの拡大平面図である。
【図22】支持構造および膨張状態の可撓性ダクトの拡大平面図である。
【図23】ポッティング材料が自動化プロセスで充填中であるバッテリーパックの斜視図である。
【図24】リザーバを含む、本発明の実施形態での使用に好適な熱管理システムの概略図である。
【図27】本発明の実施形態での使用に好適な代替的熱管理システムの概略図である。
【図28】セルのアレイ、およびダクトの長さに沿って様々なダクト壁厚を有する蛇行ダクトの上平面図である。
【図29】ダクトの長さに沿って様々なダクト壁厚を有する複数の直線状ダクトの斜視図である。
【図30】ポッティング材料を示す、バッテリーパックの一部の切欠き斜視図である。
【図31】ダクト材料がマトリックスおよびフィラーを含むダクトの断面概略図である。
【図32】さらなる支持構造の斜視図である。
【図34】さらなる支持構造の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0198】
図１には、バッテリーパック２１の熱管理システム１８が示されている。「バッテリー」という用語は、本明細書では、１つまたは複数の個々のセル、例えば、アレイ状に配置されたセルのグループを記述するために使用される。「セル」という用語は、リチウムイオンセルまたはニッケル水素セルを含むがそれらに限定されない、任意の様々なセルを指すために使用できる。
バッテリーパック２１は、１つまたは複数のセル３０、可撓性ダクト５０／２３０であって、可撓性ダクト５０／２３０と１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つの表面に近接して位置決めされている可撓性ダクト、およびダクト５０／２３０の少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング材料２３１を含む。任意の数の個々のセルを使用して、バッテリーパック２１の所望の電圧および容量を作出できる。
バッテリーパック２１は、１つまたは複数のセル３０、可撓性ダクト５０／２３０であって、可撓性ダクト５０／２３０と１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つの表面に近接して位置決めされている可撓性ダクト、およびダクト５０／２３０の少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング材料２３１を含む。任意の数の個々のセルを使用して、バッテリーパック２１の所望の電圧および容量を作出できる。
【0199】
熱管理システム１８は、個々のセルを適切な作動温度、例えば約２５℃に維持するようにバッテリーパック２１内の熱エネルギーを管理するために使用される。バッテリーパック２１内の個々のセルは、充電および／または放電の際に熱を発生する。熱管理システム１８は、個々のセルの表面に近接しているおよび／または個々のセルと接触している可撓性ダクトを通して、グリコール－水混合物などの冷却剤流体を循環させることにより、バッテリーパック２１内の熱エネルギーを管理する。
【0200】
熱管理システム１８は、熱交換器２３、ポンプ２５、およびバッテリーパック２１を通して冷却剤を運搬する可撓性ダクト（図示せず）を含む。可撓性ダクトは、同じ冷却剤回路１８３の一部としての熱交換器２３およびポンプ２５と流体連通している。熱管理システム１８の冷却剤は加圧されており、ポンプ２５は、冷却剤回路１８３を通る冷却剤の流動を引き起こす。
冷却剤流体の圧力は、可撓性ダクトの膨拡を引き起こす。可撓性ダクトは、膨拡すると、円柱型セルの形状により表される波状表面に追従し、それにより円柱型セルの各々と接触する可撓性ダクトの表面積が増加する。これは、セルと可撓性ダクトとの間の熱接触面積および接触圧力を増加させ、可撓性ダクトと個々のセルとの間の熱エネルギーの伝達を向上させるため、有利である。
冷却剤流体の圧力は、可撓性ダクトの膨拡を引き起こす。可撓性ダクトは、膨拡すると、円柱型セルの形状により表される波状表面に追従し、それにより円柱型セルの各々と接触する可撓性ダクトの表面積が増加する。これは、セルと可撓性ダクトとの間の熱接触面積および接触圧力を増加させ、可撓性ダクトと個々のセルとの間の熱エネルギーの伝達を向上させるため、有利である。
【0201】
ポンプ２５は、可撓性ダクト内の冷却剤の流速を調節することにより、バッテリーパック２１の温度を所望の作動温度に維持するように構成されている。熱交換器２３は、バッテリーパック２１が冷却を必要とする場合、冷却剤から熱エネルギーを散逸できる。熱交換器２３は、バッテリーパック２１が加熱を必要とする場合、冷却剤から熱エネルギーを付加できる。必要に応じて、補完的な加熱または冷却システムが、熱交換器２３と協働してもよい。
【0202】
熱管理システム１８は、制御モジュール２７に接続されている。制御モジュール２７は、バッテリーパック２１内の温度を示す入力信号を受信する。制御モジュール２７は、熱管理システム１８に制御信号を出力して、所望の作動温度が維持されるように、受信した温度入力信号に応答して熱管理システム１８を調節できる。
【0203】
バッテリーパック２１は、円柱型セル３０のアレイまたはマトリクスを含む。セル３０は、図２に示されている周側壁９０、９２により接合された下部および上部クラムシェル２０、８０の間に挟まれている。図３は、パック内のセル３０を見えるようにするために、幾つかの部品（側壁９０、９２を含む）が取り除かれたパックを示す。セル３０は平行軸に沿って整列しており、直線状の平行な列のアレイに配置されている。下部および上部クラムシェル２０、８０は、個々のセル３０を電気的に接続してバッテリーパック２１を作出するバスバーを含む。
【0204】
熟練の読者であれば、セルは、円柱型以外の形状、例えば、立方体型、角柱型、またはパウチ型のセルであってもよいことを理解するだろう。しかしながら、円柱型セルは、比較的低コストであり、高いエネルギー密度を有するため、バッテリーパックでの使用に魅力的な選択肢である。さらに、円柱型セルは、パウチ型セルまたは立方体型セルなどの他のセル形状よりも大量生産が容易であり、自立型である（パウチ型セルは、キャリアまたは支持体が必要であるが、角柱型セルも自立型である）。例示的な実施形態では、セルは、１８６５０型または２１７０型リチウムイオンセルである。
【0205】
図４は、バッテリーパック２１の下部クラムシェル２０の斜視図を示す。下部クラムシェル２０は、円形ソケット２２の形態をした凹部のアレイを有するプレートである。各ソケット２２の基部は、クラムシェル２０を貫通する開口部を取り囲む内側に突出するフランジを含む。各ソケット２２は、対応する円柱型セル３０の端部部分を受け入れるように構成されている。図示されている例では、ソケット２２は、１６個の平行な列を有するアレイに配置されており、各列は、長さが１３個のソケットである。各列のソケット２２は、ほとんどのソケット２２が各々１つまたは２つの隣接する列の１対のソケット２２間に入れ子状となるように、隣接する１つまたは複数の列のソケットに対して互い違いなっている。これにより、空間効率および電力密度は最大化されるものの、セル３０を正しい作動温度に維持するという困難性が増加する。
【0206】
熟練の読者であれば、任意の適切な長さを有する任意の列数のセルをバッテリーパック２１に使用できることを理解するだろう。バッテリーパック２１内の個々のセル３０の数を増やすことにより、バッテリーパック２１の全体的な容量および／または電圧が増加する。さらに、バッテリーパック２１のセル３０は、垂直方向に積層されたバッテリーパックでは垂直方向に配置されていてもよい。
【0207】
バッテリーパック２１の製造は、１つまたは複数のセル３０、例えば、図５に示されているセルのアレイを準備することを含む。例示的な実施形態では、複数のセル３０は、下部クラムシェル２０の対応するソケット２２に挿入される。セル３０はソケット２２により配置され、下部クラムシェル２０（図示せず）の下側に位置決めされているバスバーは、個々のセル３０に接続されている。
【0208】
多数のバッテリーセル製造業者は、熱伝播を防止するために、セル間の最小間隔距離を２ｍｍにすることを推奨している。熟練の読者であれば、円柱型セルの互い違いの最密充填アレイは、最小推奨セル間間隔を維持しつつ、円柱型セルを所定の容積に充填するための最も容積的に効率的な様式であることを認識するだろう。本明細書に記載の可撓性ダクト５０は、１０μｍ～１５０μｍ厚の壁を有し、ダクト５０は、隣接する円柱型セル３０間の２ｍｍの互い違いのチャネル内に容易に嵌入できる。従来技術の熱管理システムでは、典型的には、ダクトを収容するためにセル間隔を増加させることが必要であり、全体的なパック寸法が増加し、体積エネルギー密度が低減される。この点で、本発明は、現行の技術水準に対して著しい向上を提供する。さらに、本発明は、セル製造業者が推奨する最小間隔限界、または０．５～５ｍｍの範囲にある任意の最小間隔だけ隣接セル３０を離間することを可能にする。
【0209】
図６は、温度センサ４０、例えばサーミスタのアレイが、バッテリーパック２１内の適切な間隔の選択されたセル３０にどのように接続できるかを示す。組立て中、温度センサ４０に取り付けられたケーブル４２は、自由な状態のままである。これは、上部クラムシェル８０がバッテリーパック２１に固定される際に、ケーブル４２を、上部クラムシェル８０に固定できるようにするためである。温度センサ４０は、バッテリーパック２１内の個々のセル３０の温度をモニターし、制御モジュール２７に対して温度読取値を提供する。セル３０の温度が目標作動温度から逸脱しても、制御モジュール２７は、熱管理システム１８を調整して、目標作動温度を維持できる。
【0210】
熟練の読者であれば理解するように、本発明は、概して、直線状の平行なマニホールドおよび／または蛇行熱交換器／ダクトが使用されるバッテリーパックに使用できる。角柱型セルの平坦表面はダクトとの熱接触のために大きな表面積を提供するため、蛇行ダクトは、典型的には角柱型セルと共に使用される。このように、可撓性ダクトで角柱型セル周囲を蛇行様式で包み込み、熱接触を維持するのは容易である。しかしながら、蛇行ダクトは、ダクトが方向を反転または変える屈曲点で捻れ易い。熱交換器の捻れは、冷却剤の流動を妨害または妨げる可能性のあるダクト内の閉塞および圧力上昇を引き起こす可能性がある。捻れは、可撓性ダクト５０がそれ自体に対して折り重なり、それによりダクト５０内の閉塞がもたらされる場合がある。一連の複数の屈曲部での捻れによるシステム内の圧力損失が著しくなり、熱管理システム１８の全体的な性能が低減する場合がある。さらに、圧力上昇は、ダクト壁の伸長および薄厚化をもたらす可能性があり、それにより最終的には破裂および冷却剤の喪失がもたらされる場合がある。
【0211】
捻れによる閉塞は、ダクト５０内の冷却剤流体を、屈曲部においてでさえ可撓性ダクト５０を開口構成に強制する十分なレベルにまで加圧することにより克服できる。しかしながら、捻れを克服するために高圧を使用すると、可撓性ダクト５０が伸長して薄くなり破裂を引き起こす場合がある。可撓性ダクト５０の各屈曲部での捻れを克服するために必要な圧力は、可撓性ダクト５０が破裂することなく耐え得る圧力を超えることが多い。
【0212】
可撓性ダクト５０が、バッテリーパック２１内のセル３０の間および／または周囲の蛇行経路に従う実施形態では、その捻れおよび／または潰れを防止するために、角部でダクト５０を安全に支持するための様式を提供する必要がある。図７に示されているように、支持構造７０は、可撓性ダクト５０が方向を変える場所、つまり捻れが起き易い場所におけるガイドとしてバッテリーパック２１内で使用される。支持構造７０は、可撓性ダクト５０が、セル３０のアレイから出て方向を反転させるバッテリーパック２１の縁部に配置されている。
図７は、バッテリーパック２１のセル３０の外縁に位置決めされている支持構造７０を示す。支持構造７０は、ダクト５０がセル３０のアレイから出て再び入っていく各地点で、バッテリーパック２１の相対する側面に沿って位置決めされている。
図７は、バッテリーパック２１のセル３０の外縁に位置決めされている支持構造７０を示す。支持構造７０は、ダクト５０がセル３０のアレイから出て再び入っていく各地点で、バッテリーパック２１の相対する側面に沿って位置決めされている。
【0213】
対応する支持構造７０は、可撓性ダクト５０がセル３０のアレイから出て方向を変えるバッテリーパック２１の反対側にて、可撓性ダクト５０をガイドするように位置決めされている。この目的のため、図８に示されているように、支持構造７０は、可撓性ダクト５０のガイド経路７４を画成する。ガイド経路７４は、可撓性ダクト５０を挿入でき、可撓性ダクト５０がそれに従って捻れることなく方向を変えるスロットまたはチャネルである。支持構造７０のガイド経路７４は、内側ガイド形成物７２の内側支持面７７と外側ガイド形成物７９の外側支持面７８との間に画成されている。
【0214】
可撓性ダクト５０は、ガイド経路７４に従うように未膨張状態で支持構造７０に挿入できる。ガイド経路７４は、可撓性ダクト５０の余分な長さを収容するような形状に作られている。可撓性ダクト５０に余分な長さを提供することにより、可撓性ダクト５０が膨張して張力がかかった際の捻れを軽減するある程度のたるみが作出される。可撓性ダクト５０は、組立てを容易にするために、未膨張状態でガイド経路７４に挿入される。しかしながら、熟練の読者であれば、少量の作業用流体を使用して可撓性ダクト５０を加圧し、可撓性ダクト５０にある程度の剛性を与えて組立てを補助できることを理解するであろう。作業用流体は、例えば、空気であってもよくまたは冷却剤流体であってもよい。
【0215】
内側ガイド形成物７２は、可撓性ダクト５０を連続して９０°屈曲させて１８０°にわたって、ダクト５０を捻ることなく滑らかにガイドするのに十分な程度に、内部支持面７７の曲げ半径が大きい。図８に示されているように、内側支持面７７は、２つの丸みを帯びた縁部７５の間に平坦な細長い小平面７３を含む。細長い小平面７３は、そうでなければ捻れが最も起こりそうな地点で可撓性ダクト５０を真っ直ぐに支持する役目をはたす。
【0216】
丸みを帯びた縁部７５の反対側の外側ガイド形成物７９のノッチ様凹部７６は、外側支持面７８の一部を形成し、可撓性ダクト５０の余分の長さにより画成されるたるみを収容する。具体的には、丸みを帯びた縁部７５の周囲で屈曲する可撓性ダクト５０のたるみ部分を、丸みを帯びた縁部７５から凹部７６内へと引っ張るかまたは押し込み得る。
可撓性ダクト５０を膨張させる前に可撓性ダクト５０を３５個の凹部７６へとこのように押し込むことにより、丸みを帯びた縁部７５にて可撓性ダクト５０にたるみが作出される。このたるみを膨張前の可撓性ダクト５０に提供することは、膨張する際のダクト５０の捻れの軽減を支援するため、有利である。ノッチ様凹部７６は、外側ガイド形成物７９の外側支持面７８の凹部であり、ダクト５０を部分的に受け入れて、丸みを帯びた縁部７５の周囲にたるみを作出するのに好適な任意の形状であってもよい。
可撓性ダクト５０を膨張させる前に可撓性ダクト５０を３５個の凹部７６へとこのように押し込むことにより、丸みを帯びた縁部７５にて可撓性ダクト５０にたるみが作出される。このたるみを膨張前の可撓性ダクト５０に提供することは、膨張する際のダクト５０の捻れの軽減を支援するため、有利である。ノッチ様凹部７６は、外側ガイド形成物７９の外側支持面７８の凹部であり、ダクト５０を部分的に受け入れて、丸みを帯びた縁部７５の周囲にたるみを作出するのに好適な任意の形状であってもよい。
【0217】
熟練の読者であれば理解することになるように、バッテリーパック２１が実質的な屈曲部を含まない場合および／または捻れの可能性が高くない場合（非蛇行状または概して直線状のダクトが使用される場合など）、支持構造は一般に必要ではない。
【0218】
バッテリーパック２１の製造は、可撓性ダクト５０を、可撓性ダクト５０と１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つとの間で熱が交換され得るように、１つまたは複数のセル３０の少なくとも１つの表面に近接して位置決めすることを含む。図９は、セル３０のアレイに挿入されている可撓性ダクト５０を示す。ダクト５０は、冷却剤流体２０がバッテリーパック２１を通って運搬されるように、バッテリーパック２１内に蛇行様式で配置されている。具体的には、ダクト５０は、セル３０の隣接する列の間に延在する一連の概して直線状のリムを有する。ダクト５０のリムは、ダクト５０がセル３０のアレイから出て、セル３０の次の対の列に沿ってその間に延在するように方向を反転させる屈曲部と交互になっている。
【0219】
可撓性ダクト５０が蛇行配置されていることにより、可撓性ダクト５０がバッテリーパック２１内のセル３０のすべてと熱接触することが保証される。可撓性ダクト５０は、例えば、ポリエステル、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、または可撓性であり冷却剤の圧力に耐え得る任意の他のプラスチック材料またはポリマーベース材料などのプラスチック材料の可膨張性リボンであってもよい。可膨張性プラスチック材料は、本来的に電気絶縁性であり、軽量であり、グリコール－水混合物などの冷却剤で腐食しないかまたは化学的に相互作用しないため、有利である。
【0220】
可撓性ダクト５０には、入口５２および出口５４が嵌着されている。使用中、入口５２および出口５４は、ポンプ２５に接続されている。ポンプ２５は、冷却剤が可撓性ダクト５０を通って流動するように、可撓性ダクト５０内の冷却剤の流動を誘発するように構成されている。熱管理システム１８内の冷却剤を大気圧より高い圧力に加圧することにより、可撓性ダクト５０の膨拡、および円柱型セル３０の形状へと追従が引き起こされる。冷却剤がどのように加圧されるかの詳細は、下記でさらに詳細に提供されている。
【0221】
図９に最も良好に示されているように、ノズルは、それぞれ入口５２および出口５４にて可撓性ダクトに接続される。ノズルは、冷却剤流体が熱管理システム１８を巡って運ばれ得るように、熱管理システム１８の冷却剤ループ１８３に取り付けられるように構成されている。入口ノズルおよび出口ノズルに接続される可撓性ダクト５０の領域は、ダクト５０の破裂または過度な膨拡を防止するために補強されてもよい。ダクト５０は、ダクト５０の端部をより高強度のプラスチック材料で製造することにより、または可撓性ダクト５０が入口５２または出口５４の領域で膨拡することを防止するために可撓性ダクト５０を覆うように外部スリーブの材料を提供することにより補強できる。
【0222】
図９に示されているダクト５０は、単一管腔可膨拡性ダクト５０である。しかしながら、図１０を参照すると、多管腔可膨拡性ダクト２２３を、熱管理システム１８に使用できる。多管腔ダクト２２３は、入口通路２２１および出口通路２２０を含む。入口通路２２１および出口通路２２０は、バッテリーパック２１を通して冷却剤流体を運搬するように構成されている。これは、バッテリーパック２１全体にわたる熱エネルギーの分布を向上させるため、大型バッテリーパック２１での使用に有利である。大型バッテリーパック２１では、単一管腔ダクト５０は、ダクト５０の下流に位置するセル３０に対して十分な冷却または加熱を提供できない場合がある。この問題は、バッテリーパック２１全体にわたってより均一な温度分布を提供する多管腔ダクト２２３の使用により克服される。
【0223】
多管腔ダクト２２３は、単一管腔ダクト５０と同じプラスチック材料で製造されている。多管腔ダクト２２３を作出するため、入口通路２２１と出口通路２２０との間にシール２２２が作出される。シール２２２は、ダクト２２３のプラスチック材料を溶融して結合を作出することにより作出できる。多管腔ダクト２２３の作動は、多管腔ダクトが双方向の冷却剤流を有することを除いて、単一管腔ダクト５０と実質的に同じである。多管腔ダクト２２３は、単一管腔ダクト５０と同様に支持構造７０内に配置できる。さらに、多管腔ダクト２２３は、ダクト２２３が膨拡してセル３０の表面形状に追従するように、冷却剤流体により上記に記載のように加圧できる。多管腔ダクト２２３を実装するためには、当業者であれば、ダクト２２３に対する入口の反対側のダクト２２３の端部にマニホールドが配置されることになることを理解するだろう。マニホールドは、冷却剤流体が、入口通路２２１から出口通路２２０へと移動することを可能にし、それによりダクト２２３内の双方向冷却剤流が促進される。
【0224】
図９に示されている実施形態では蛇行ダクト５０が使用されているが、当業者であれば、他の幾何ダクト形状が可能であり、本発明の実装に使用できることを理解するだろう。図１１および図１２は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の単一管腔ダクト５５０を示す（簡明性のため、セルは図示されていない）。個々の直線状ダクト５５０の各々は、入口５５２および出口５５４を介して接続されており、セルの隣接する列の間に配置されることになる。
図１３および図１４は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト６５０を示す（簡明性のため、セルは図示されていない）。各ダクト６５０の第１の管腔は、入口６５２および出口６５４に接続されている。各ダクト６５０の第２の管腔は、入口６５１および出口６５３に接続されている。図１５および図１６は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト７５０を示す（簡明性のため、セルは図示されていない）。個々の直線状ダクト７５０の各々は、入口７５２および出口７５４を介して接続されており、セルの隣接する列の間に配置されることになる。直線状ダクト７５０の各々の管腔は、入口および出口の反対側にあるダクト７５０の端部で接続されている。
図１３および図１４は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト６５０を示す（簡明性のため、セルは図示されていない）。各ダクト６５０の第１の管腔は、入口６５２および出口６５４に接続されている。各ダクト６５０の第２の管腔は、入口６５１および出口６５３に接続されている。図１５および図１６は、膨拡状態にある複数の実質的に直線状の多管腔ダクト７５０を示す（簡明性のため、セルは図示されていない）。個々の直線状ダクト７５０の各々は、入口７５２および出口７５４を介して接続されており、セルの隣接する列の間に配置されることになる。直線状ダクト７５０の各々の管腔は、入口および出口の反対側にあるダクト７５０の端部で接続されている。
【0225】
図９の実施形態に戻ると、可撓性ダクト５０を、バッテリーパック２１内のセル３０の間の／セル３０に隣接した位置に配置したら、バッテリーパックハウジングの構築は完了する。ハウジングは、図１７に示されている側壁９０、９２を含む４つの周側壁により接合される下部および上部クラムシェル２０、８０を含む。側壁９２は、可撓性ダクト５０の入口５２および出口５４に対応する２つの開口部を含む。入口５２および出口５４は、可撓性ダクト５０が熱管理システム１８のポンプ２５および熱交換器２３に接続され得るように、側壁９２の対応する開口部と位置合わせされている。
【0226】
当業者であれば理解することになるように、セル３０が、下部クラムシェル２０の対応するソケット２２に挿入される前に、および／または可撓性ダクト５０が、セル３０間および周囲に挿入される前に、側壁９０、９２の１つまたは複数を下部クラムシェル２０に取り付けることが可能である。
【0227】
上部クラムシェル８０は、可撓性ダクト５０が上記に記載のように位置決めされた後、バッテリーパック２１内のセル３０のアレイの上部に設置される。バスバー（図示せず）は、個々のセル３０を電気的に接続するように上部クラムシェル８０の上部にある凹部８２内に配置されている。サーミスタ４０に接続されている前述のワイヤ４２は、上部クラムシェル８０を通して供給され、上部クラムシェル８０の上側表面に位置する溝８４に沿って配線される。
【0228】
図１７に示されているように、加圧マニホールド１００は、入口５２および出口５４を介してバッテリーパック２１の可撓性ダクト５０に接続されている。遮断弁１０１は、加圧マニホールド１００と入口５２および出口５４との間で作用する。加圧マニホールド１００は、空気などの作業用流体を周囲圧力より高い圧力下で可撓性ダクト５０に送達することにより、可撓性ダクト５０を加圧する。例えば、加圧マニホールド１００は、組立てプロセス中に、可撓性ダクト５０を０．５バール～１．５バールのゲージ圧に加圧する。これにより、可撓性ダクト５０は膨拡して膨張状態になる。
【0229】
このように可撓性ダクト５０を加圧することにより、ダクト５０が膨拡し、セル３０の形状に、特にセル３０の列の波状形状に追従することが引き起こされる。可撓性ダクト５０に漏れがないことを保証するため、可撓性ダクト５０の圧力を、製造プロセス中の所定期間にわたってモニターしてもよい。
【0230】
組立て中は、遮断弁１０１を閉じて、加圧マニホールド１００をバッテリーパック２１から取り外してもよい。これは、バッテリーパック２１の組立てが、膨張状態の可撓性ダクト５０を用いて継続できるため、有利である。可撓性ダクト５０が膨拡状態にある際に、バッテリーパック２１を配線し、ポッティング材料をバッテリーパック２１に追加するステップを実施することが有益である。これは、可撓性ダクト５０が膨拡状態にある際にセル３０を適所に固定するためであり（下記に記載のように）、および可撓性ダクト５０が未膨拡状態である際にポッティング材料を追加することが、ダクト５０のその後の膨張を防止することになるからである。
【0231】
図１８は、バッテリーパック２１のセル３０の隣接する列の間に挿入された際の未膨拡状態の可撓性ダクト５０を示す。可撓性ダクト５０は、未膨拡状態時は実質的に直線状であり、可撓性ダクト５０と各セル３０との間の接触面積は比較的小さく、セルの表面に対して本質的に接線方向にあり、各セル３０に沿って狭いバンドとして延在し、円周方向には著しくは延在していない。
【0232】
図１９は、膨拡した作動状態の可撓性ダクト５０を示す。可撓性ダクト５０が使用前に作業用流体によりまたは使用中に冷却剤により加圧されると、可撓性ダクト５０は膨拡し、セル３０の列の波状形状に追従する。図１９から理解できるように、可撓性ダクト５０は、膨拡状態にあると、個々のセル３０の形状により完全に追従し、それによりダクト５０とセル３０との間の熱接触面積が増加される。また、ダクト５０内の加圧冷却剤は、ダクトと各々の個別セル３０との間の接触圧力を増加させ、それらの間の熱的結合を向上させる。さらに、自然な流動の衝突は、ダクト５０内の冷却剤流の強力な混合を引き起こす。
【0233】
図２０は、支持構造７０のガイド経路７４内に配置されている未膨張状態の可撓性ダクト５０を示す。図２１は、可撓性ダクトのたるみが、凹部７６に取り込まれていることを示す。図２２は、支持構造７０内の膨張状態にある可撓性ダクト５０およびセル３０を示す。
【0234】
可撓性ダクト５０をガイド経路７４内に最初に配置する際には、図２１に示されているように、細長いロッドまたはツール１２０を使用して、可撓性ダクト５０を凹部７６内に配置できる。細長いロッドまたはツール１２０は、可撓性ダクト５０にたるみが作出されるように、可撓性ダクト５０を凹部７６内に押し込む。特に、丸みを帯びた縁部７５の領域にたるみが作出されるため、可撓性ダクト５０が膨張し、したがって張力がかかった場合に、可撓性ダクト５０が捻れない。
【0235】
ダクト５０が膨張状態にある場合、可撓性ダクト５０の張力は、ダクト５０のあらゆる余分なたるみを吸収する。ダクト５０の余分なたるみが吸収されると、可撓性ダクト５０は、図２２に示されているように、凹状ノッチ７６から引き出される。膨張状態では、ダクト５０は、内側支持面７７の丸みを帯びた縁部７５と接触し、細長い小面７３により支持される。
【0236】
支持構造７０は、アレイの各列の端部に位置決めされているセル１３０が、アレイの中心に位置するセル３０と実質的に同じ、ダクト５０との熱接触面積を有するような寸法である。これは、バッテリーパック２１全体にわたるより均一な温度分布を促進し、それによりバッテリーパック２１の寿命が延長されるため、有利である。支持構造７０は、ダクト５０がアレイ内に位置するセル３０と実質的に同じ端部セル１３０との熱接触面積を有するように、端部セル１３０の部分をダクト５０との熱接触から遮蔽または断熱することによりこれを達成する。
【0237】
図２０～２２に示されているように、外側支持面７８の端部は、ガイド経路７４の外側屈曲部が、ダクト５０がアレイから出てくる地点からダクト５０がアレイへと再び入っていく地点まで外側支持面７８により画成されるように、端部セル１３０に当接する。外側支持面７８は、ダクト５０がセル１３０の外側を包み込むように膨拡することを防止し、そうでなければ、端部セル１３０とダクト５０との熱接触の増加が引き起こされることになる。
【0238】
同様に、内側支持面７７の一方の端部は、端部セル１３０に当接する。端部セル１３０と当接する内側支持面７７の端部は、ダクト５０に対する支持を提供し、それにより、ダクト５０が膨らんで端部セル１３０を包み込むことが防止される。内側支持面７７の他方の端部部分１１０は、端部部分１１０が端部セル１３０を包み込んで断熱障壁を形成するように、別の端部セル１３０の表面に部分的に続いていく。内側支持面７７の端部部分１１０は、ダクト５０をガイド経路７４内に配置した場合にダクト５０が端部部分１１０の領域では端部セル１３０と接触しないように、端部セル１３０の外側表面に部分的を包み込む。熟練の読者であれば、部分１１０が端部セル１３０周囲に延在する程度は、ダクト５０とセル３０との間の熱接触に依存することを理解するだろう。部分１１０は、ダクト５０がアレイ内の任意の他のセル３０よりも多く端部セル１３０と接触しないことを保証するように、端部バッテリー１３０の周囲に十分に延在する。
【0239】
支持構造７０は、ダクト５０がアレイから出て方向を反転させる地点でのダクト５０の捻れを軽減する役目を果たす。ガイド経路７４は、ダクト５０がアレイから出てくる地点からダクト５０がアレイに再び入って行く地点まで続くように、ダクト５０のチャネルを画成する。ガイド経路７４は、ダクト５０の過度の膨らみおよび／または潰れを防止する。
【0240】
下部および上部クラムシェル２０、８０にあるソケット２２は、個々のセル３０に対して隙間嵌を有するような寸法である。これは、自動化製造プロセスにより個々のセル３０をソケット２２内に容易に配置できるため有利であるが、セル３０は、それぞれのソケット２２内で動く場合があり、例えば、セル３０をバスバーに接続するために超音波ワイヤボンディングを使用してバッテリーパック２１を配線する場合、望ましくない。これは、超音波ワイヤボンディングプロセスでは、高品質の電気的接続をセルおよびバスバーの間に作出するためには、セルおよびバスバーの両方が機械的に剛性でなければならないからである。この問題を克服するため、従来技術では、個々のセル３０を接着剤で適所に固着して、個々のセル３０と下部および上部クラムシェル２０、８０との間の強い機械的接続を保証することが公知である。しかしながら、これは、製造プロセスでは追加の非効率的なステップである。
可撓性ダクト５０の加圧は、可撓性ダクト５０の膨拡および個々のセル３０の形状への追従を引き起こすだけでなく、個々のセル３０をソケット２２内の適所に固定する。したがって、膨張した可撓性ダクト５０は、セル３０を適所に固定するとともに、セルとバスバーとの間の電気的接続を形成するために使用できる。膨張したダクト５０を使用してセル３０を適所に固定することにより、個々のセル３０をクラムシェル２０、８０の適所に接着剤で固着させる必要性が排除される。
可撓性ダクト５０の加圧は、可撓性ダクト５０の膨拡および個々のセル３０の形状への追従を引き起こすだけでなく、個々のセル３０をソケット２２内の適所に固定する。したがって、膨張した可撓性ダクト５０は、セル３０を適所に固定するとともに、セルとバスバーとの間の電気的接続を形成するために使用できる。膨張したダクト５０を使用してセル３０を適所に固定することにより、個々のセル３０をクラムシェル２０、８０の適所に接着剤で固着させる必要性が排除される。
【0241】
個々のセル３０は、自動化超音波ワイヤボンディングプロセスにより配線してもよい。このプロセスは、下部および上部クラムシェル２０、８０の両方に対して実施される。当業者であれば、個々のセル３０が、任意の他の適切なプロセスにより配線され得ることを理解するだろう。さらに、組立てプロセスのこの段階で、制御モジュール２７がバスバーに接続される。組立てプロセスを継続する前に接続が正しくなされたことを保証するための品質保証ステップとして、バッテリーパック２１のインライン電子試験を、組立てプロセスのこの段階で実施してもよい。可撓性ダクト５０が膨拡状態にある際に、個々のセル３０が適所に固定されるようにワイヤボンディングプロセスを実施することが望ましい。これは、そうすることによりボンディングの品質が向上するからである。さらに、ポッティング材料は、アルミニウム超音波ワイヤボンド部を外部湿気から保護し、それによりワイヤボンド部の電解腐食を防止する役目を果たす。
【0242】
バッテリーパック２１の製造は、ダクト５０の少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されるポッティング材料を提供することを含む。好ましい実施形態では、ポッティング材料は、可膨拡性ポリウレタン発泡体などの膨化性発泡体であるが、熱硬化性プラスチック、シリコーンゴムゲル、またはエポキシ樹脂などの他のポッティング材料を使用できる。
【0243】
ポッティング材料は、ハウジングが完成した後およびワイヤボンディングが完了した後で、それが液体状態または粘性状態にある間にバッテリーパック２１へと注入される。膨化性発泡体などの可膨拡性ポッティング材料の場合、可膨拡性ポッティング材料は、バッテリーパック２１内の隙間を満たし、可撓性ダクト５０および個々のセル３０がポッティング材料により取り囲まれるように膨拡する。完全に膨拡すると、バッテリーパックハウジング内の容積は、セル３０、支持構造７０、ダクト５０、およびポッティング手段で実質的に満たされる。
可膨拡性ポッティング材料は、注入後に液体状態から膨拡して硬く固まるため、バッテリーパック２１を通る熱伝播を軽減および／または防止できる。可膨拡性ポッティング材料は、高温に、例えば最大で１０００℃に曝されると炭化するように設計されたポリウレタン発泡体であってもよい。これは、純粋な炭素の炭化層が優れた断熱材として作用し、それによりバッテリーパック２１を通る高エネルギー熱事象の伝播が防止されるため有利である。このように、バッテリーパックは難燃性である。
可膨拡性ポッティング材料は、注入後に液体状態から膨拡して硬く固まるため、バッテリーパック２１を通る熱伝播を軽減および／または防止できる。可膨拡性ポッティング材料は、高温に、例えば最大で１０００℃に曝されると炭化するように設計されたポリウレタン発泡体であってもよい。これは、純粋な炭素の炭化層が優れた断熱材として作用し、それによりバッテリーパック２１を通る高エネルギー熱事象の伝播が防止されるため有利である。このように、バッテリーパックは難燃性である。
【0244】
ポッティング材料は、ダクト５０が膨張状態にある際にバッテリーパック２１へと注入される。ポッティング材料は、ダクト５０がそれ内に配置される空洞が、ポッティング材料内に提供されるように、膨張したダクト５０周囲で硬く固まる。空洞は、ダクト５０に対して完全な外部支持を提供し、それによりダクト５０の過度な膨張および／または破裂が防止される。ポッティング材料は、実質的に硬く固まって、ダクト５０を適所に固定し、ダクト５０に対する外部支持体としても作用して、ダクト５０に対して機械的支持を提供する。ポリウレタン発泡体は、水性ゲルまたはシリコーンゲルなどの他のポッティング材料と比較して空気含有量が高いことにより非常に軽量であるため、有利である。
【0245】
ポッティング材料が硬化または固化した後、上記ダクト５０または各ダクト５０は、ポッティング材料との接着によりその開口構成に維持される。これは、作業用流体をダクト５０の内部から除去でき、ダクトは、その開口構成を維持し続けることになることを意味する。
【0246】
バッテリーパック２１内に発泡体などのポッティング材料を使用することにより、バッテリーパック２１は外部環境からも断熱される。これは、熱管理システム１８がバッテリーパック２１の卓越した温度調節装置であり（外部環境要因に対して）、それにより熱管理システム１８の全体的な制御がより容易になることを意味するため、有利である。バッテリーパック２１を断熱することにより、バッテリーパック２１の熱「耐久性」が向上し、バッテリーパック２１が持続的な低温または高温環境条件で使用されていない場合、バッテリーパック２１を断続的に冷却する必要性が低減される。また、バッテリーパック２１内の発泡体は、バッテリーパック２１の内部部品に対して振動保護および機械的保護の増加を提供する。発泡体は硬く固まり、これは、発泡体がセル３０および可撓性ダクト５０をパック２１内の適所に固定する役割を果たすことを意味する。これは、バッテリーパック２１が、持続的な振動期間の影響を受ける自動車応用において特に有利である。
【0247】
図２３は、ポッティング材料を注入中のバッテリーパック２１を示す。ポッティング材料は、ノズル１３０を使用してクラムシェル２０、８０の孔から自動化プロセスによりバッテリーパック２１に注入できる。ポッティング材料は、液体としてバッテリーパック２１へと流入し、それによりバッテリーパック２１を充溢する。ポッティング材料は、時間の経過と共に硬く固まる。図２３に示されているように、制御モジュール２７は、側壁９２に固定されており、制御モジュール２７もポッティング材料で充溢されている。
【0248】
バッテリーパック２１がポッティング材料で充溢されると、下部および上部クラムシェル２０、８０は、外側ケーシングにより覆われる。外側ケーシングは、ポッティング材料が硬く固まる前にバッテリーパック２１に位置決めされるシート状金属部品である。ポッティング材料が膨化性発泡体である場合、発泡体は固まると共に膨拡し、したがって外側ケーシングと接触する。ポッティング材料は、硬化すると接着剤として作用し、それにより外側ケーシングをバッテリーパック２１に固定する。実施形態では、外側ケーシングは、外部留め具およびポッティング材料によりバッテリーパック２１に固定される。別の実施形態では、外側ケーシングは、固化した／固まった／硬化したポッティング材料のみによりバッテリーパック２１に固定される。
【0249】
図２４～２６は、熱管理システム１８の模式図を示す。熱管理システム１８は、リザーバ１５０、ポンプ２５、熱交換器２３、バッテリーパック２１、三方制御弁１８０、および制御モジュール２７に接続された切替えモジュール１８１を含む。リザーバ１５０は、冷却剤流体１５１を貯蔵するように構成されたタンクである。リザーバ１５０は、リザーバ１５０内の流体を冷却剤ループ１８３に導入して冷却剤ループ１８３を加圧できるように、冷却剤ループ１８３と選択的に流体連通する。同様に、必要に応じて、冷却剤ループ１８３から冷却剤流体を除去して、冷却剤ループ１８３内の圧力を低減できる。リザーバ１５０は、大気とさらに連通していてもよく、リザーバ１５０が満杯でない場合は、冷却剤１５１の上方に空気ポケット１５２が位置してもよい。リザーバ１５０内の冷却剤１５１のレベルが閾値を下回った場合、バッテリーパック２１のユーザは、冷却剤１５１をリザーバ１５０に導入できる。
【0250】
三方制御弁１８０は、リザーバ１５０が、冷却剤ループ１８３と選択的に係合して流体連通するように制御可能である。さらに、バッテリーパック２１がオフの場合は、三方制御弁１８０を始動させて、冷却剤が冷却剤ループ１８３を廻って流動できないように冷却剤ループ１８３を閉鎖できる。
【0251】
リザーバ１５０は、冷却剤流体１５１で部分的に満たされており、空気１５２で部分的に満たされている。リザーバ１５０は、冷却剤ループ１８３内の冷却剤が、リザーバ１５０内の冷却剤１５１の圧力による静水圧下に置かれるように、冷却剤ループ１８３の上方垂直に流体連絡して位置決めされていてもよい。あるいは、リザーバ１５０内の空気１５２を加圧して、リザーバ１５０内の冷却剤１５１に力を及ぼし、次いでそれにより冷却剤ループ内の冷却剤に力を加えてもよい。
【0252】
図２４は、三方制御弁１８０が閉じている非作動状態の熱管理システム１８を示す。非作動状態では、制御弁１８０は閉じており、閉じた冷却剤ループ内の圧力は、所望の作動圧力に維持される。
【0253】
図２５を参照すると、熱管理システム１８は、リザーバ１５０からの冷却剤流体１５１を冷却剤ループ１８３へと引き込み、ループ１８３内の冷却剤の圧力を増加させる加圧サイクルを実行することにより加圧できる。加圧サイクルを実行する場合、切替えモジュール１８１は、三方制御弁１８０を始動させて３つの弁のうちの２つを開け、リザーバ１５０とポンプ２５との間に流路を提供する。第３の弁部材は閉じられており、冷却剤ループ１８３は遮断される。同時に、ポンプ２５は、ポンプ２５前後に圧力差が作出されるように駆動され、流体がリザーバ１５０から冷却剤ループ１８３へと引き込まれる。流体１５１をリザーバ１５０から冷却剤ループ１８３へと引き込むことにより、冷却剤ループ１８３内の圧力増加が引き起こされる。リザーバを介してダクトを加圧することによりダクトが自立するため、ポンプからのあらゆる流体力学的な圧力損失が排除され、冷却システム内の圧力低下が大幅に低減される。
【0254】
圧力センサー（図示せず）は、加圧サイクル中に冷却剤ループ１８３内の圧力をモニターし、冷却剤ループ１８３内の所望の圧力が達成されたら、制御弁１８０を始動させて、リザーバ１５０と冷却剤ループとの間の経路を閉じる。同時に、ポンプ２５の駆動を停止させて、熱管理システム１８を非作動状態に切り替えるか、またはその代わりにポンプ２５を駆動させ、熱管理システム１８が作動状態で作動するように制御弁１８０を始動させてさせてもよい。
【0255】
図２６は、作動状態の熱管理システム１８を示す。作動状態では、制御弁１８０は、制御弁１８０を横切る流路が提供され、冷却剤流体が冷却剤ループ１８３を通って循環することを可能にするように始動される。作動状態にある場合、リザーバ１５０は、冷却剤ループ１８３と流体連通していない。制御モジュール２７は、冷却剤ループ１８３内の冷却剤の圧力をモニターして、冷却剤圧力が所望の作動圧力に維持されることを保証できる。冷却剤ループ１８３内の圧力が閾値を下回った場合、上記に記載のように加圧サイクルを実行して、冷却剤ループ１８３内の圧力を目標作動圧力まで増加させてもよい。目標作動圧力は、例えば、０．５バール～１．５バールであってもよい。
【0256】
図２７は、熱管理システム１８の代替的な実施形態を示す。図２７に示されているように、熱管理システム１８は、リザーバ１５０の上流に位置決めされている二方制御弁１８２を含む。ポンプ２１０は、リザーバ１５０と二方向制御弁１８２との間に位置決めされている。ポンプ２１０は、二方制御弁１８２が開位置にある場合、空気を大気からリザーバ１５０へと圧送することによりリザーバ１５０を加圧するように構成されている。二方制御弁１８２は、リザーバ１５０内の所望の圧力が達成されたら閉じてもよい。これにより、リザーバ１５０内の圧力維持が保証される。
【0257】
図２７に図示されているリザーバ１５０は、冷却剤ループ１８３と常に流体連通しており、冷却剤ループ１８３の圧力は、リザーバ１５０内の空気１５２の圧力により維持されてもよい。リザーバ１５０内の圧力をモニターでき、リザーバ内の圧力が目標作動値を下回ったら、バルブ１８２およびポンプ２１０を始動させて、リザーバ１５０を、したがって冷却剤ループ１８３を目標作動圧力に加圧してもよい。
【0258】
図面、まずは図２８～２９を参照すると、熱源３０の表面積の少なくとも一部に係合することが可能なダクト２３０が示されており、ダクト２３０は、ダクト２３０と熱源３０との間の入口５２後の最初の係合位置から出口５４後の少なくとも１つの最後の係合位置まで、熱源３０の長さのすべてまたは一部に沿って、熱源３０の表面積の少なくとも一部に沿って延在および係合可能である。熱伝達流体は、ダクト２３０と熱源３０との間の係合可能な表面領域周辺の熱伝達流体を介して、ダクト２３０と熱源３０との間で熱を伝達できるように、ダクト２３０の内部導管に沿って流動する。ダクト２３０は、ダクト２３０と熱源３０との係合可能な表面領域間の熱伝達流体を介した可変熱伝達を可能にするように構成されている。
【0259】
ダクト２３０は、ダクト２３０の長さに沿った、ダクト２３０と熱源３０との係合可能な表面領域間の熱伝達流体を介した可変熱伝達を可能にするように構成されている。
【0260】
有利なことに、ダクト２３０の長さに沿った、ダクト２３０と熱源３０との係合可能な表面領域間の熱伝達流体を介した可変熱伝達を可能にするように構成されているダクト２３０は、熱伝達流体がダクト２３０の長さに沿って流動する際に進行する熱伝達の結果として、熱伝達流体の温度の変動を補償する。これにより、流体温度などの他のパラメータが変化しても、ダクト２３０の長さに沿った熱伝達流体を介した熱源３０とダクト２３０との間の均一な熱伝達が保証される。熱源３０は、複数のセル３０を含むバッテリーパック２１を含む。ダクト２３０は可撓性ダクトであるが、一部の実施形態では、ダクト２３０は硬性ダクトである。こうした硬性の実施形態では、ダクト２３０は、金属ダクトまたは金属合金ダクトである。
【0261】
ダクト２３０は、ダクト２３０と熱源３０との間で熱が交換され得るように、熱源３０の表面に近接して位置決めされている。ダクト２３０は、ダクト２３０とセル３０との間で熱が交換され得るように、セル３０の表面に近接して位置決めされている。
【0262】
ダクト２３０が可撓性ダクト５０／２３０である一実施形態では、ダクト５０／２３０の少なくとも一部に対する支持体として作用するように構成されているポッティング材料２３１（図３０を参照）が提供される。有利なことに、可撓性ダクト５０／２３０は、パック２１内の熱源／セル３０の表面形状に緊密に追従できると共に、可撓性ダクト５０／２３０の過度な膨張および／または破裂を防止するように作用するポッティング手段２３１により補強されている。
【0263】
ダクト２３０は、熱伝達流体を入口５２から出口５４へと運搬して、熱源／セル３０とダクト２３０との間の係合可能な接触表面から熱伝達流体を介して熱エネルギーを伝達するように構成されており、入口５２のダクト２３０の熱抵抗は、ダクトの出口５４の熱抵抗よりも高い。これは、ダクト２３０の長さに沿ってダクト２３０の熱抵抗を変化させることにより、熱源／バッテリーパック２１にわたる均一な温度分布が促進されるため、有利である。特に、ダクト２３０が入口でより高い熱抵抗を有することにより、熱伝達流体と熱源／セル３０との間の温度差が最も大きい入口５２に近接して位置する熱源／セル３０の過冷却または過熱が防止される。ダクト２３０の熱抵抗は、ダクト２３０の熱抵抗が減少すると共に熱伝達流体と熱源／セル３０との間の温度差も減少し、それによりダクト２３０の長さに沿って均一な出力散逸が促進されるように、ダクト２３０の長さに沿って線形的にまたは非線形的に変化させる。
【0264】
一実施形態では、ダクト２３０の壁厚は、図２９に図示されているように、出口５４と比較して入口５２でより厚くてもよい。図２９では、出口および入口におけるダクト２３０の垂直断面が示されおり、ダクト壁厚の変動が図示されている。これは、壁厚を増加させることは、ダクト２３０の熱抵抗も増加させるため有利である。このようにダクト２３０の入口の壁厚を増加させることは、ダクト２３０の熱抵抗も増加させる。
【0265】
実施形態では、ダクトの壁厚は、ダクト２３０の長手方向の長さに沿って線形的に変化してもよい。別の実施形態では、ダクト２３０の壁厚は、ダクト２３０の長手方向の長さに沿って非線形的に変化してもよい。ダクト２３０の長手方向の長さに沿ってダクト２３０の壁厚を変化させることは、その長手方向の長さに沿ってダクト２３０の熱抵抗が変化するという効果を有する。
【0266】
実施形態では、壁厚は、ダクト２３０の長手方向の長さに沿って実質的に一定の出力散逸が達成されるように変化させてもよい。これは、セル３０のアレイ全体にわたって均等な温度分布を促進するため有利である。これは、ダクト２３０の長さに沿って熱抵抗を増加させることにより達成できる。
【0267】
図３１には、一般に番号２０００で示されているバッテリーパックの概略断面図が示されている。バッテリーパック２０００は、セル２０２０を熱管理するために使用されるダクト２０１１を含む。ダクト２０１１は、マトリックス２００２およびフィラー２００３を含む可撓性ダクト材料２００１を含む。可撓性ダクトは、空気、水、または水－グリコール混合物などの流体２００４を運搬する。ダクト材料２００１を介して、セル２０２０と冷却剤２０４との間で熱が伝達される。
【0268】
マトリックス２００２は、可撓性プラスチックまたはポリマー材料であり、この場合、ＬＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ、ＨＤＰＥポリエステル、シリコーン、またはゴムである。マトリックス２００２は、電気的に絶縁性である。マトリックス２００２は、１５Ｗｍ－１Ｋ－１未満、理想的には１０Ｗｍ－１Ｋ－１、５Ｗｍ－１Ｋ－１、および／または１Ｗｍ－１Ｋ－１未満の熱伝導率を有する。
【0269】
フィラー２００３は、フィラー材料の粒子を含み、これらはマトリックス２００２全体にわたって分散されている。
好ましい実施形態では、フィラー２００３は、ＮＡＮＯＣＹＬ（ＲＴＭ）ＮＣ７０００シリーズの薄い多層カーボンナノチューブを含むが、炭素、カーボンブラック、グラファイト、グラファイトプレートレット、グラフェン、多層カーボンナノチューブもしくは単層カーボンナノチューブなどの炭素ベースのフィラー材料、または酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、もしくは酸化亜鉛などのセラミックフィラー材料などの、任意の好適なフィラー材料を使用できる。フィラー材料の粒子は、細長く管状であり、１～１０ｎｍの直径および０．５～５ｎｍの長さを有してもよい。あるいは、フィラーの粒子は、実質的に球状であり、平均直径が１ｎｍ～１０μｍであってもよい。
好ましい実施形態では、フィラー２００３は、ＮＡＮＯＣＹＬ（ＲＴＭ）ＮＣ７０００シリーズの薄い多層カーボンナノチューブを含むが、炭素、カーボンブラック、グラファイト、グラファイトプレートレット、グラフェン、多層カーボンナノチューブもしくは単層カーボンナノチューブなどの炭素ベースのフィラー材料、または酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、硝酸ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウム、もしくは酸化亜鉛などのセラミックフィラー材料などの、任意の好適なフィラー材料を使用できる。フィラー材料の粒子は、細長く管状であり、１～１０ｎｍの直径および０．５～５ｎｍの長さを有してもよい。あるいは、フィラーの粒子は、実質的に球状であり、平均直径が１ｎｍ～１０μｍであってもよい。
【0270】
フィラー２００３の熱伝導率は、マトリックス２００２の熱伝導率よりも大きい。理想的には、フィラー２００３は、１０Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きな、および／または１００Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きな熱伝導率を有する。ダクト材料２００１は、２５容積％未満のフィラー２００３、理想的には５～１８容積％のフィラー、または１５容積％のフィラー２００３を含む。限定的な量のフィラー２００３をマトリックスに組み込むことにより、低電気伝導率および好ましい機械的特性（つまり、可膨張性ダクトに好適な可撓性）を維持しつつ、熱伝導率の増加が提供される。
【0271】
この例では、ダクト材料２００１は、室温で０．３３Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きな、理想的には１Ｗｍ－１Ｋ－１および／または１０Ｗｍ－１Ｋ－１よりも大きな熱伝導率を有する。これは、ダクト材料２０１１を介した熱伝達が、従来のポリマーダクトよりも良好であることを意味する。ダクト材料２００１の電気伝導率は、非導電性マトリックス２００２の電気特性により決定されるため、ダクト材料２００１自体は、電気絶縁性である。ダクト材料／マトリックスの性質が電気絶縁性であるため、金属ダクトと比較して短絡のリスクが著しく低減される。
【0272】
ダクト２０１１は、それがセル２０２０の壁と接触しない場所でダクト２０１１を補強するように作用するポッティング材料２００５により少なくとも部分的に取り囲まれている。フィラー２００３をマトリックス２００２内に組み込むことにより、特にフィラー２００３が高濃度の場合、ダクト２００１の機械的特性を変更できる。これが機械的強度の任意の低減に結び付く場合、補強材料５を使用してそのような効果を相殺できる。この実施形態は、代替形態として、または可変壁厚の実施形態と組み合わせて使用できる。
【0273】
今度は図３２および図３３を参照すると、外側ガイド形成物、内側ガイド形成物、およびそれら間のガイドチャネル１２０５有するさらなる支持構造１２０１が示されている。支持構造１２０１は、ダクトが方向を変える際の、可撓性ダクトの捻れ、膨らみ、および／または破裂を防止するために使用される。支持構造１２０１は、アレイの各列の端部に位置決めされているセルが、アレイの中心に位置するセルと実質的に同じ、ダクトとの熱接触面積を有するような寸法である。支持構造１２０１は、端部セルの部分をダクトとの熱接触から遮蔽または断熱することにより、これを達成する。
【0274】
支持構造１２０１の外側ガイド形成物は、外側直立部１２０８、および外側パックケーシングの壁１２１０の内側表面１２１１の組合せにより形成される（図３３を参照）。外側直立部１２０８は、セルのアレイの縁部にある少なくとも１つのセルに隣接して配置されている。外側直立部１２０８は、セル側壁の形状に合わせて湾曲しているセル当接面１２３５、およびセル当接面１２３５から延在する外側支持面１２０９を有するブロックである。外側直立部１２０８は、バッテリーパックハウジング１２３６の下部クラムシェル１２３７と一体的に形成されている。
【0275】
可膨張性ダクトは、直立部１２０８の外側支持面１２０９およびバッテリーパック壁１２１０の内側表面１２１１の両方により支持される。バッテリーパック壁１２１０を外側ガイド形成物の一部として使用すると、より大きな支持構造の必要がなくなり、したがって、バッテリーパックの幅が低減され、バッテリーパック内のデッドスペースが排除される。
【0276】
支持構造１２０１の内側ガイド形成物は、内側直立部１２０６ａおよびインターフェース部分１２０６ｂとの組合せにより形成される。内側直立部１２０６ａは、外側直立部１２０８と同様に構築されている。内側直立部１２０６ａは、バッテリーパックハウジング１２３８の下部クラムシェル１２３７と一体的に形成されているブロックである。内側直立部１２０６ａは、外側ガイド形成物に対してガイドチャネル１２０５の反対側に配置されている。内側直立部１２０６ａは、２つの隣接した離間されているセルに当接するための２つの湾曲したセル当接面１２３９ａ、１２３９ｂを有する。
【0277】
内側直立部１２０６ａは、セル当接面１２３９ａ、１２３９ｂ間に延在する内側支持面１２０７をさらに有する。内側直立部１２０６ａの内側支持面１２０７は、実質的に平坦な部分、および実質的に平坦な部分からセルの側壁に向かって延在する実質的に湾曲した部分を有する。内側支持面１２０７は、ダクトに対する支持を提供し、それによりダクトが膨らんで端部セル１３０を包み込むことが防止される。
【0278】
インターフェース部分１２０６ｂは、セルの表面に接着された圧縮性パッドにより提供される。具体的には、パッドは、連続気泡ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）テープである。あるいは、独立気泡ＰＶＣもしくはポリウレタン発泡体、または他の好適な圧縮性材料を使用できる。使用時には、内側ガイド形成物のインターフェース部分１２０６ｂは、第１の部分１２０６ａのセル当接面１２３９ａから、それが接着されるセルの部分付近に延在する。可撓性ダクト（図示せず）は、膨張すると、内側直立部１２０６ａおよび内側ガイド形成物のインターフェース部分１２０６ｂに圧接する。
【0279】
インターフェース部分１２０６ｂは、ダクトと、それが取り付けられている周縁セルとの間の熱接触を制限するために使用される。インターフェース部分１２０６ｂは、ダクトがガイド経路１２０５内に配置されると、ダクトが、インターフェース部分１２０６ｂの領域で端部セルと接触しないように、端部セルの外側表面を包み込む。熟練の読者であれば、インターフェース部分１２０６ｂが端部セル周囲に延在する程度は、ダクトとセルとの間の必要とされる熱接触に依存することを理解するだろう。インターフェース部分１２０６ｂは、ダクトが、アレイ内の任意の他のセルよりも多く端部セルと接触しないことを保証するように、端部セル周囲に十分に延在しなければならない。
【0280】
当業者であれば、内側直立部１２０６ａおよびインターフェース部分１２０６ｂは両方とも圧縮性であってもよく、および／または互いに一体的に接続されていてもよいことを理解するだろう。インターフェース部分１２０６ｂは、下部クラムシェル１２３７と一体的に形成されていてもよい。
【0281】
今度は図３４～３６を参照すると、支持構造のまたさらなる実施形態が示されており、一般に参照番号１３０１で示されている。この実施形態の支持構造１３０１は、外側ガイド形成物１３０８、内側ガイド形成物１３０６、およびそれら間のガイドチャネル１３０５を有する。支持構造１３０１は、ダクトが方向を変える際の可撓性ダクトの捻れ、膨らみ、および／または破裂を防止するために使用される。支持構造１３０１は、アレイの各列の端部に位置決めされているセルが、アレイの中心に位置するセルと実質的に同じ、ダクトとの熱接触面積を有するような寸法である。支持構造１３０１は、端部セルの部分をダクトとの熱接触から遮蔽または断熱することにより、これを達成する。
【0282】
支持構造１３０１の外側ガイド形成物は、第１の外側直立部１３０８ａ、第２の外側直立部１３０８ｂ、および外側パックケーシングの壁１３１０の内側表面１３１１の組合せにより形成されている（図３６を参照）。第１および第２の直立構造１３０８ａ、１３０８ｂは離間されており、両方とも支持構造基部１３１２に接続されている。バッテリーパックハウジング１３３８の下部クラムシェル１３３７は、セルのアレイの縁部に支持構造基部１３１２を収容するための適切な凹部を含んでいてもよいが、任意選択の実施形態では、支持構造１３０１は、下部クラムシェル１３３７と一体的に形成されていてもよい。
【0283】
可膨張性ダクトは、第１の外側直立部１３０８ａ、第２の外側直立部１３０８ｂ、およびバッテリーパック壁１３１０の内側表面１３１１により支持される。外側ガイド形成物の一部としてバッテリーパック壁１３１０を使用すると、より大きな支持構造の必要がなくなり、したがって、バッテリーパックの幅が低減され、バッテリーパック内のデッドスペースが排除される。
【0284】
直立構造１３０８ａ、１３０８ｂは、湾曲しており、ガイド形成物１３０５の角部を画成する。直立構造１３０８ａ、１３０８ｂ間の隙間は、バッテリーパック内にダクトを配置する際に支持構造１３０１を介して余分な量のダクトを引っ張るために使用できる。第１の外側直立部１３０８ａと第２の外側直立部１３０８ｂは、ダクトが膨拡して、ダクトが端部セルの外側を包み込み、端部セルとダクトとの熱接触の増加が引き起こされてしまうことを防止する。
【0285】
支持構造は、可撓性ダクトを支持するのに十分な硬性を有する任意の好適な硬性、半硬性、または圧縮性の材料、例えば、金属、プラスチック、またはゴムで製作できる。重要な例では、支持構造は、バッテリーパック内で使用されるポッティング材料で製作されているか、またはバルクポッティング化合物と同様の熱伝播防止特性を保有する。例えば、支持構造は、ポッティング材料を好適な型に注ぎ入れることにより、または例えば、予め硬化された断熱発泡体のブロックから支持構造を切り出すことにより製造できる。代替の形態では、支持構造は、バッテリーパックの壁と、例えば上部または下部クラムシェルのいずれかと一体的に形成されていてもよい。そのような例では、支持構造は、バッテリーパック内の挿入物ではなく、プラスチックシェルから押し出されている。
【0286】
熟練の読者であれば、本出願の範囲から逸脱することなく、本発明に種々の変更および改変をなし得ることを理解するだろう。本明細書に記載の熱管理システムは、１つまたは複数の個々のセルを有する任意の種類のバッテリーパックと共に使用できる。例えば、本発明は、長距離輸送トラックの補助動力ユニット（ＡＰＵ）内のバッテリーパック、バッテリー式電気車両もしくはハイブリッド車両の牽引バッテリー、エネルギー貯蔵システム、または熱管理を必要とする海洋、航空宇宙、自動車、工業、およびエネルギー貯蔵分野における任意の他のバッテリーパックに採用できる。
【0287】
可撓性ダクト５０は、セル３０を取り囲むケーシングシース、または熱伝導性フィラー、ペースト、もしくは接着剤などのインターフェース領域またはインターフェース材料を介して、１つまたは複数のセル３０の側面または任意の他の表面と間接的に接触していてもよい。任意選択の実施形態では、可撓性ダクトは、セルの端部表面と少なくとも部分的に接触していてもよい。
【0288】
本発明の上述の考察では、矛盾する記載のない限り、パラメータの許容範囲の上限または下限の代替値の開示は、値の一方が、他方よりも非常により好ましいことを示すことと相まって、代替値のより好ましい値とより好ましくない値との間にあるパラメータの各中間値はそれ自体が、より好ましくない値よりも、また、より好ましくない値と中間値との間にある各値よりも好ましいということを示唆する記載であると解釈されるべきである。
【0289】
それらの特定の形態で、あるいは開示されている機能を実施するための手段または本開示の結果を得るための方法もしくはプロセスの観点で表されている、前述の記載または以下の図面で開示されている特徴は、必要に応じて、別々にまたはそのような特徴を任意に組み合わせて、本発明をそれらの多様な形態で実現するために使用できる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
