JP4510467B2 - 高エネルギー電気化学電池のための温度制御装置および方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2002年2月19日に出願された米国仮特許出願第60/357,874号明細書の優先権を主張し、その内容を本明細書で参照することによって援用する。
米国政府は、米国エネルギー省によって授与された共同協定DE−FG02−95EE50425に準じて本発明に権利を有する。
以下に、本願発明に関連する発明の実施態様について列挙する。
[実施態様1]
電気化学的貯蔵装置であって、
間隔があけられた関係で配置された複数の電気化学電池であって、前記電気化学電池の各々は、対向する第1および第2平面を含み、かつ充放電サイクル中容量変化を受ける、電気化学電池と、
適合性熱伝導材料から形成されかつ入口および出口を有する冷却ブラダであって、前記冷却ブラダは、前記容量変化中、前記電気化学電池の各々の少なくとも前記第1平面または前記第2平面との接触を維持するように適合し、熱媒体は、前記入口と前記出口との間を通って、前記電気化学電池の動作温度を制御する、冷却ブラダとを含む、電気化学的貯蔵装置。
[実施態様2]
前記冷却ブラダは、その中を前記熱媒体が通る連続中空内部を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様3]
前記冷却ブラダは、その中を前記熱媒体が通る複数の流路を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様4]
前記冷却ブラダは、前記電池の各々の表面積の実質的に全てにわたる、実施態様1に記載の装置。
[実施態様5]
前記冷却ブラダは、冷却ブラダ曲げ位置で熱媒体流の制限を抑制する支持配置を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様6]
前記支持配置は、前記冷却ブラダの外表面上に、前記冷却ブラダ曲げ位置で位置決めされる、実施態様5に記載の装置。
[実施態様7]
前記支持配置は、前記冷却ブラダ内に、前記冷却ブラダ曲げ位置で位置決めされる、実施態様5に記載の装置。
[実施態様8]
前記冷却ブラダは、前記冷却ブラダ内に設けられる多孔質充填材を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様9]
前記冷却ブラダは、曲げを受ける冷却ブラダ位置に設けられる多孔質充填材を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様10]
前記冷却ブラダは、曲げを受ける冷却ブラダ位置に設けられる肥厚部を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様11]
前記冷却ブラダは、その中を前記熱媒体が前記入口と前記出口との間を一方向態様で通る内部コンパートメントを含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様12]
前記冷却ブラダは、前記熱媒体が通る複数のコンパートメントを含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様13]
前記冷却ブラダは、第1内部コンパートメントおよび第2内部コンパートメントを含み、前記熱媒体は、前記第2内部コンパートメント内を通る前記熱媒体の方向と反対方向に、前記第1内部コンパートメント内を通る、実施態様1に記載の装置。
[実施態様14]
前記適合性熱伝導材料は、単一材料層を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様15]
前記適合性熱伝導材料は、複数の材料層を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様16]
前記適合性熱伝導材料は、第1ポリマー層と第2ポリマー層との間に設けられる金属層を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様17]
前記冷却ブラダの前記適合性熱伝導材料の厚さは、約150ミル未満である、実施態様1に記載の装置。
[実施態様18]
前記冷却ブラダおよび前記熱媒体は、前記電池、冷却ブラダ、および熱媒体の総重量または容量の、約50重量パーセントまたは容量パーセント未満を構成する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様19]
前記複数の電気化学電池は、複数の電池セットを形成するように配置され、前記電池セットの各々には、複数の前記冷却ブラダの一つが、前記電池セットの各々の電気化学電池の動作温度が前記複数の冷却ブラダの少なくとも一つによって制御されるように設けられる、実施態様1に記載の装置。
[実施態様20]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの前記動作温度を、前記電池スタックの任意の2個の電池間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様21]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの前記動作温度を、個々の電池の前記第1または第2平面上の任意の2点間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様22]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの前記動作温度を、前記電池スタックの任意の2個の電池間または個々の電池の前記第1または第2平面上の任意の2点間で測定されるような温度差が摂氏2度を超えないように制御する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様23]
前記冷却ブラダは、蛇行形状に合致して、前記電気化学電池の各々の前記それぞれの第1および第2平面に接触する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様24]
実施態様1に記載の装置であって、
前記複数の電気化学電池の各々は、第1、第2、第3および第4端を含み、前記第1端は前記第2端に対向し、かつ前記第3端は前記第4端に対向し、
各電気化学電池の前記第1および第2端は、前記電気化学電池の各々へかつそこから電流を伝導するそれぞれの電気導体に電気的に連結し、かつ
前記冷却ブラダは、前記電気化学電池の各々のそれぞれの第3および第4端およびそれぞれの第1および第2平面に接触する、実施態様1に記載の装置。
[実施態様25]
前記熱媒体は、水を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様26]
前記熱媒体は、水とエチレングリコールとの混合物を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様27]
前記冷却ブラダの入口に入る前記熱媒体の温度は、実質的に一定である、実施態様1に記載の装置。
[実施態様28]
前記電気化学電池の前記動作温度の範囲は、摂氏約20度と摂氏約130度との間である、実施態様1に記載の装置。
[実施態様29]
その中に前記複数の電気化学電池および前記冷却ブラダが位置しているハウジングをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの前記入口へアクセスするための入口開口部および前記冷却ブラダの前記出口へアクセスするための出口開口部をさらに含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様30]
その中に前記複数の電気化学電池および複数の前記冷却ブラダが位置しているハウジングをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの各々の入口へアクセスするための少なくとも一つの入口開口部および前記冷却ブラダの各々の出口へアクセスするための少なくとも一つの出口開口部をさらに含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様31]
前記電気化学電池は、リチウム電池またはニッケル金属水素化物電池を含む、実施態様1に記載の装置。
[実施態様32]
電気化学的貯蔵装置であって、
間隔があけられた関係で配置された複数の電気化学電池であって、前記電気化学電池は、対向する第1および第2平面を含み、前記電気化学電池は、充放電サイクル中容量変化を受ける、電気化学電池と、
適合性熱伝導材料から形成される冷却ブラダであって、前記冷却ブラダは、前記電気化学電池の各々の少なくとも前記それぞれの第1平面または第2平面に接触するように適合し、熱媒体は前記冷却ブラダ内を通って、前記電気化学電池の動作温度を制御し、前記冷却ブラダは加圧されて、前記電気化学電池を充放電サイクル中圧縮状態で維持する、冷却ブラダとを含む、電気化学的貯蔵装置。
[実施態様33]
前記冷却ブラダは、その中を前記熱媒体が通る複数の流路を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様34]
前記冷却ブラダは、冷却ブラダ曲げ位置で熱媒体流の制限を抑制する支持配置を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様35]
前記支持配置は、前記冷却ブラダの外表面上に、前記冷却ブラダ曲げ位置で位置決めされる、実施態様34に記載の装置。
[実施態様36]
前記支持配置は、前記冷却ブラダ内に、前記冷却ブラダ曲げ位置で位置決めされる、実施態様34に記載の装置。
[実施態様37]
前記冷却ブラダは、前記冷却ブラダ内に設けられる多孔質充填材を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様38]
前記冷却ブラダは、曲げを受ける冷却ブラダ位置に設けられる肥厚部を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様39]
前記冷却ブラダは、前記熱媒体が通る複数のコンパートメントを含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様40]
前記適合性熱伝導材料は、単一材料層を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様41]
前記適合性熱伝導材料は、複数の材料層を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様42]
前記冷却ブラダの前記適合性熱伝導材料の厚さは、約150ミル未満である、実施態様32に記載の装置。
[実施態様43]
前記複数の電気化学電池は、複数の電池セットを形成するように配置され、前記電池セットの各々には、複数の前記冷却ブラダの一つが、前記電池セットの各々の電気化学電池の動作温度が前記複数の冷却ブラダの少なくとも一つによって制御されるように設けられる、実施態様32に記載の装置。
[実施態様44]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの前記動作温度を、前記電池スタックの任意の2個の電池間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御する、実施態様32に記載の装置。
[実施態様45]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの動作温度を、個々の電池の前記第1または第2平面上の任意の2点間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御する、実施態様32に記載の装置。
[実施態様46]
前記冷却ブラダは、蛇行形状に合致して、前記電気化学電池の各々の前記それぞれの第1および第2平面に接触する、実施態様32に記載の装置。
[実施態様47]
実施態様32に記載の装置であって、
前記複数の電気化学電池の各々は、第1、第2、第3および第4端を含み、前記第1端は前記第2端に対向し、かつ前記第3端は前記第4端に対向し、
各電気化学電池の前記第1および第2端は、前記電気化学電池の各々へかつそこから電流を伝導するそれぞれの電気導体に電気的に連結し、かつ
前記冷却ブラダは、前記電気化学電池の各々のそれぞれの第3および第4端ならびにそれぞれの第1および第2平面に接触する、実施態様32に記載の装置。
[実施態様48]
前記電気化学電池の前記動作温度の範囲は、摂氏約20度と摂氏約130度との間である、実施態様32に記載の装置。
[実施態様49]
その中に前記複数の電気化学電池および前記冷却ブラダが位置しているハウジングをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの前記入口へアクセスするための入口開口部および前記冷却ブラダの前記出口へアクセスするための出口開口部をさらに含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様50]
その中に前記複数の電気化学電池および複数の前記冷却ブラダが位置しているハウジングをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの各々の入口へアクセスするための少なくとも一つの入口開口部および前記冷却ブラダの各々の出口へアクセスするための少なくとも一つの出口開口部をさらに含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様51]
前記電気化学電池は、リチウム電池またはニッケル金属水素化物電池を含む、実施態様32に記載の装置。
[実施態様52]
電気化学的貯蔵装置内で冷却を行う方法であって、
間隔があけられた関係で配置された複数の電気化学電池を設けるステップであって、前記電気化学電池の各々は、対向する第1および第2平面を含み、かつ充放電サイクル中容量変化を受けるステップと、
適合性熱伝達性冷却ブラダを、前記冷却ブラダが、前記容量変化中前記電気化学電池の各々の少なくとも前記第1平面または前記第2平面との接触を維持するように設けるステップと、
熱媒体を前記冷却ブラダに通して、前記電気化学電池の動作温度を制御するステップとを含む、方法。
[実施態様53]
前記冷却ブラダを加圧して、前記電気化学電池を電池充放電サイクル中圧縮状態で維持するステップをさらに含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様54]
前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を一方向態様で前記冷却ブラダに通すステップをさらに含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様55]
前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダ内に設けられる複数のコンパートメントに通すステップをさらに含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様56]
前記冷却ブラダを冷却ブラダ曲げ位置で支持して、前記冷却ブラダ曲げ位置で熱媒体流の制限を抑制するステップをさらに含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様57]
前記冷却ブラダを支持するステップは、前記冷却ブラダ内の多孔質充填剤を用いて、前記冷却ブラダを前記冷却ブラダ曲げ位置で支持するステップをさらに含む、実施態様57に記載の方法。
[実施態様58]
前記複数の電気化学電池は、複数の電池セットを形成するように配置され、前記電池セットの各々には、複数の前記冷却ブラダの一つが設けられ、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダの各々に通して、前記電池セットの各々の前記電気化学電池の動作温度を制御するステップを含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様59]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダに通して、前記電池スタックの前記動作温度を、前記電池スタックの任意の2個の電池間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御するステップを含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様60]
前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダに通して、前記電池スタックの前記動作温度を、個々の電池の前記第1または第2平面上の任意の2点間で測定されるような温度差が摂氏5度を超えないように制御するステップを含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様61]
前記熱媒体は、水または水とエチレングリコールとの混合物を含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様62]
前記熱媒体を通すステップは、実質的に一定の温度で前記熱媒体を通して前記冷却ブラダの中へ入れるステップをさらに含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様63]
前記電気化学電池の前記動作温度の範囲は、摂氏約20度と摂氏約130度との間である、実施態様52に記載の方法。
[実施態様64]
前記電気化学電池は、リチウム電池またはニッケル金属水素化物電池を含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様65]
前記複数の電気化学電池および前記冷却ブラダが位置しているハウジングを設けるステップをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの前記入口へアクセスするための入口開口部および前記冷却ブラダの前記出口へアクセスするための出口開口部をさらに含み、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を、前記ハウジングの前記入口開口部、前記冷却ブラダの前記入口および前記出口、ならびに前記ハウジングの前記出口開口部に通すステップを含む、実施態様52に記載の方法。
[実施態様66]
前記複数の電気化学電池および複数の前記冷却ブラダが位置しているハウジングを設けるステップをさらに含み、前記ハウジングは、各々が前記電気化学電池に連結される正端子および負端子を含み、前記ハウジングは、前記冷却ブラダの各々の入口へアクセスするための少なくとも一つの入口開口部および前記冷却ブラダの各々の出口へアクセスするための少なくとも一つの出口開口部をさらに含み、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を、前記ハウジングの前記少なくとも一つの入口開口部、前記それぞれの冷却ブラダの前記入口および前記出口、ならびに前記ハウジングの前記少なくとも一つの出口開口部に通すステップを含む、実施態様52に記載の方法。
Claims (9)
- 電気化学的貯蔵装置であって、
間隔があけられた関係で配置された複数の電気化学電池であって、前記電気化学電池の各々は、対向する第1および第2平面を含み、かつ充放電サイクル中容量変化を受ける、電気化学電池と、
変形可能な熱伝導材料から形成されかつ入口および出口を有する冷却ブラダは、蛇行形状に合致して、前記容量変化中、前記電気化学電池の各々の少なくとも前記第1平面または前記第2平面と接触し、熱媒体は、前記入口と前記出口との間を通って、前記電気化学電池の動作温度を制御する、冷却ブラダとを含み、前記変形可能な冷却ブラダは様々な形状、大きさおよび長さをとるように形成される、電気化学的貯蔵装置。 - 前記冷却ブラダは、その中を前記熱媒体が通る複数の流れコンパートメントを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記冷却ブラダは、第1内部コンパートメントおよび第2内部コンパートメントを含み、前記熱媒体は、前記第2内部コンパートメント内を通る前記熱媒体の方向と反対方向に、前記第1内部コンパートメント内を通る、請求項1に記載の装置。
- 前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、かつ前記冷却ブラダは、前記電池スタックの任意の2個の電池間で温度差が摂氏5度を超えないように維持する、請求項1に記載の装置。
- 前記冷却ブラダは、蛇行形状に合致して、前記電気化学電池の各々の前記それぞれの第1および第2平面に接触する、請求項1に記載の装置。
- 電気化学的貯蔵装置内で冷却を行う方法であって、
間隔があけられた関係で配置された複数の電気化学電池を設けるステップであって、前記電気化学電池の各々は、対向する第1および第2平面を含み、かつ充放電サイクル中容量変化を受けるステップと、
変形可能な熱伝導冷却ブラダを、前記冷却ブラダが、蛇行形状に合致して、前記容量変化中前記電気化学電池の各々の少なくとも前記第1平面または前記第2平面との接触を維持するように設けるステップと、
熱媒体を前記冷却ブラダに通して、前記電気化学電池の動作温度を制御するステップとを含み、前記変形可能な冷却ブラダは様々な形状、大きさおよび長さをとるように形成される、方法。 - 前記冷却ブラダを加圧して、前記電気化学電池を電池充放電サイクル中圧縮状態で維持するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 複数の前記冷却ブラダを提供するステップをさらに含み、前記複数の電気化学電池は、複数の電池セットを形成するように配置され、前記電池セットの各々には、複数の前記冷却ブラダの一つが設けられ、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダの各々に通して、前記電池セットの各々の前記電気化学電池の動作温度を制御するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記複数の電気化学電池は、電池スタックを形成するように配置され、さらに前記熱媒体を通すステップは、前記熱媒体を前記冷却ブラダに通して、前記電池スタックの任意の2個の電池間で温度差が摂氏5度を超えないように維持するステップを含む、請求項6に記載の方法。
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