JP6125624B2 - 車両用電池パック、電池パックを冷却するためのシステム及び該システムで使用するための冷却板 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、例えば、電気自動車（ＥＶ）又はハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用の電池パックに関する。より具体的には、ただし排他的ではないが、本発明は、電池パックの温度を制御するためのシステムであって、該電池パック用の電池モジュールの１個以上のセルのいずれかの側に配置された２個の伝熱板が、熱伝達流体を様々な一般的な方向に流すことを可能にするように配置及び構成されている。所定の実施形態では、２個の伝熱板は、熱伝達流体を対立する略対角方向に流して１個以上のセルのより効率的な温度制御を達成することを可能にするように配置及び構成されている。本発明は、伝熱板によって分離された、直列に配置された複数のセルの列を備える１個以上の電池モジュールを備える電池パックの点で格別の利点を有することができる。

本発明の態様は次のものに関連する：電池パックの温度を制御するためのシステム；伝熱板；交互の一連の反対方向の伝熱板を備える電池パック用の電池モジュール；車両；電池パック内で１個以上のセルの温度を制御する方法；２個以上の伝熱板を備える１個以上の電池モジュールから電池パックを組み立てる方法。

背景
再充電可能電池パック（ここでは単に電池パックという）は、典型的には、一連の密封された電気化学的エネルギー蓄電池を含む。いくつかの知られているセルはリチウムイオン系であり、電池パック全体の電力は、例えば電池パックに含まれるセルの数、セルの充電状態（ＳＯＣ）、セルの温度及びセルによって供給される電圧を含めて特性の範囲に依存する。

ＷＯ２０１２／００９１４５Ａ２（Ａ１２３システムズ社）には、保持バンドを使用してセルのスタックを一緒に維持する電池パックが記載されている。また、フランジ縁部を形成するように１以上の側面に９０度に折り曲げられた縁部を有する金属板から形成されるセルヒートシンクにセルを結合させることも記載されている。また、ハウジングヒートシンクも記載され、このハウジングヒートシンクは、フランジ縁部を形成させるように１以上の側面に９０度に折り曲げられた縁部を有する基部を備える金属板からも形成される。ハウジングヒートシンクは、電池セルのフランジ縁部がハウジングヒートシンクと接触し、しかも電池セルの下面がハウジングヒートシンクの基部と接触して熱伝達を容易にするようにセルを収容することができる。

充電式電池の他の特性の中うち、性能、電力出力及び正常状態（ＳＯＨ）は、セルの動作温度に影響を受ける場合がある。したがって、セルの温度の制御及び管理のための改良されたシステムを得ることが望ましい。

国際公開第２０１２／００９１４５号パンフレット

本発明は、例えば自動車に使用できる温度制御及び管理のための改良されたシステムを提供することによって、再充電可能な電池パックの分野における改善を提供することを目的とする。

本発明は、再充電可能電池パックを使用する車両及び乗用車以外の用途に利用することができ、例えば、本発明の電池パックは、フォークリフトトラックなどの商用車又は実用車；電力グリッドストレージ；ポータブル発電機；例えば通信用途におけるバックアップ電源に有利な用途を見出すことができる。

概要
本発明の態様は、再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステム、伝熱板、連続した交互の反対方向の伝熱板を備える再充電可能電池パック用の電池モジュール、車両、再充電可能電池パック内の１個以上のセルの温度の制御方法並びに１個以上の電池モジュール及び２個以上の伝熱板から再充電可能電池パックを組み立てる方法を提供する。

保護を受けようとする発明の一態様によれば、車両用再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムであって、該電池パックがそれぞれ１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池を備え、該システムが１個以上のセルの該列のそれぞれについて２個の伝熱板を備え、ここで、各伝熱板は熱伝達流体をその内部に流すように構造化及び配置され、該列の一つについて２個の伝熱板の第１のものが熱伝達流体を第１の一般的方向に流すように構成及び配置され、該列の該一つについて２個の伝熱板の第２のものが熱伝達流体を第２の一般的方向に流すように構成及び配置され、該第１及び第２の一般的方向は実質的に互いに異なるシステムを提供する。これは、１個以上のセルの効率的な温度管理を提供することができる。有利には、１個以上のセルにわたる平均温度を最適な動作範囲内で管理及び維持することができる。さらに、これは、有利には、温度差（１個以上のセルの最高温度と最低温度との差）を許容範囲内に維持することを可能にすることができる。

任意に、第１及び第２の一般的方向は、一般に、対角であってもよく、また互いにほぼ反対であってもよい。冷媒流路のこの双方向冷却液流れ及び交差は、列におけるセルの平均温度を良好に管理してセルの平均温度を制御することを可能にすることができる。これは、列が複数のセルを含む場合に特にそうであり得る。

任意に、各伝熱板は、１個の入口及び１個の出口を備えることができ、ここで、該入口は、該出口よりも高い位置に配置できる。有利には、これは、セルのより効果的な冷却を促進させるために１個以上のセルの最も熱い領域内で最も低い温度の冷却剤を投入することを提供する。

追加的に又は代替的に、各伝熱板の入口は、出口の伝熱板の反対側に配置できる。これは、電池モジュールの両側にそれぞれの入口がフレーム部材によって隣接する入口から間隔を開けて配置され、同様に各出口がフレーム部材により隣接する出口から間隔を開けて配置されるように最も上の入口及び最も下の入口の位置を離間させることによってセル及び伝熱板のコンパクトなパッケージングを可能にする。

任意に、各伝熱板は２つの面を備えることができ、一以上の物理的構成部が、内部に流れるときに熱伝達流体を好ましい経路に従わせるための内部ガイドを与えるために面の一方又は両方に形成される。任意に、伝熱板の内部表面は滑らかではなく、内部を流れる熱伝達流体のタンブリング運動を引き起こすことがあり、これは熱伝達流体を好適な経路に従わせるのを助けることができる。

任意に、該面の一方又は両方にある１以上の物理的構成部は、１個以上のくぼみ及び／又は１個以上のフィンを備えることができる。

任意に、伝熱板の一方の面又は両面にある物理的構成部は、実質的に平行な関係で配置された一連のフィンを備えることができる。さらに、一連のフィンの各フィンの開始及び終了は、互いのフィンの開始及び終了から段階的かつ直線的に交互に配置又はずらして配置できる。

さらに、伝熱板の一方又は両面にある１以上の物理的構成部は、２個の間隔の開いた直線的な一連のくぼみを備えることができ、該２系列のそれぞれのくぼみは、実質的に間隔を開けて配置され、かつ、実質的にフィンの開始又は終了と水平に一直線になって配置される。

好ましくは、それにもかかわらず任意に、１以上の物理的構成部は、冷却板の両面に形成でき、かつ、それぞれ２つの直線的な一連の８個のくぼみ及び８個のフィンを備えることができ、それぞれは、約１６０ｍｍ、３２０ｍｍ又は４８０ｍｍの長さを有し及び／又はそれぞれは約１５ｍｍ〜約２０ｍｍずつ間隔を開けて配置される。

保護を受けようとする発明の別の態様によれば、車両用の再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムであって、該電池パックが１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池を備え、しかも該再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムが２個の温度制御回路のそれぞれについて熱伝達流体を圧送するための少なくとも１個のポンプを備えるものを提供する。これは、有利には、該セルの温度の正確な制御又はより可変的な制御を可能にすることができる。

任意に、再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムは、少なくとも２個のポンプを備えることができ、一方は、２個の温度制御回路のそれぞれについて熱伝達流体を圧送するためのものであり、他方は、２個の温度制御回路の第２のものについて熱伝達流体を圧送するためのものである。

任意に、各ポンプは、独立して制御可能であってもよく、また各ポンプは制御ユニットに結合されてもよい。

また、制御ユニットは、次のものに依存して該ポンプのそれぞれによって圧送された熱伝達流体の流量を制御するように構成できる：測定されたセル温度、電池パックについての測定負荷、測定された充電率、測定された熱伝達流体の温度、及び／又は測定された周囲温度。

任意に、このシステムは、一個以上のセルの前記列のそれぞれについて２個の伝熱板をさらに備えることができ、ここで、各伝熱板は、熱伝達流体をその内部に流すことを可能にするように構造化及び構成でき、該列の一つについての２個の伝熱板の第１のものは、熱伝達流体を第１の一般的方向に流すように構成及び配置でき、該列についての２個の伝熱板の第２のものは、熱伝達流体を第２の一般的方向に流すように構成及び配置でき、該第１及び第２の一般的方向は、任意に互いに実質的に異なっていてよく、該システムは、熱伝達流体調節器、第１温度制御回路及び第２温度制御回路を備えることができる。

任意に、第１温度制御回路は、少なくとも２個のポンプの第１のものが、熱伝達流体を第１伝熱板の第１入口マニホールドに向かって入口経路に沿って熱伝達流体調節器から離れて第１伝熱板に第１方向に圧送し、出口マニホールドを介して出口経路に沿って該第１伝熱板から出て、熱伝達流体調節器と熱的に接触した状態に戻るように構成されるように構成できる。

任意に、第２温度制御回路を、少なくとも２個のポンプの第２のものが、熱伝達流体を電池パックの反対側に配置された第２伝熱板の第２入口マニホールドに向かって入口経路に沿って熱伝達流体調節器から離れて第１入口マニホールドに圧送され、第２方向に第２伝熱板を介して出口経路に沿って圧送され、そして熱伝達流体調節器と熱的に接触した状態に戻るように構成されるように構成できる。

保護を受けようとする発明のさらに別の態様によれば、１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池を備えた車両用の再充電可能電池パック及び前段落のいずれかに記載された再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムを提供する。

保護を受けようとする発明のさらなる態様によれば、関連する前段落のいずれかに記載された再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムで使用するための伝熱板を提供する。

保護を受けようとする発明のさらに別の態様によれば、１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池と該１個以上のセルの列のそれぞれについて２個の伝熱板とを備える再充電可能電池パックの温度を制御する方法であって、熱伝達流体を該２個の伝熱板の第１のものの内部に第１の一般的方向に流し、そして熱伝達流体を該２個の伝熱板の内部に第２の一般的方向に流すことを含み、ここで、該第１及び第２の一般的方向は、互いに実質的に異なる方法を提供する。

任意に、第１方向は、第１伝熱板の頂部の近傍から第１伝熱板の底部に向かって略対角であり、第２方向は、第２伝熱板の頂部の近傍から第２熱交換器プレートの底部に向かって略対角であり、該第１及び第２の略対角方向は、第１及び第２伝熱板の実質的に中心で交差する。

保護を受けようとする発明の別のさらなる態様によれば、１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池と該１個以上のセルの該列のそれぞれについての伝熱板とを備えた再充電可能電池パックの温度を制御する方法であって、少なくとも１個のポンプを与え、２個の温度制御回路の一つについて熱伝達流体を圧送し、そして２個の温度制御回路の第２のものについて熱伝達流体を圧送するためのポンプを使用することを含む方法を提供する。

任意に、この方法は、少なくとも２個のポンプを設け、２個の温度制御回路の一つについて熱伝達流体を圧送するための第１ポンプを使用し、そして２個の温度制御回路の第２のものについて熱伝達流体を圧送するための第２ポンプを使用することをさらに含むことができる。

任意に、該方法はポンプのそれぞれを独立に制御し、そして熱伝達流体の流量を独立に制御することを含むことができる。

本出願の範囲内において、前の段落、請求の範囲及び／又は次の説明並びに図面に記載された様々な態様、実施形態、実施例及び代替例、特に特徴を独立に又は組み合わせて得ることができることが想定される。例えば、このような特徴が矛盾しない限りにおいて、一つの実施形態に関連して説明した特徴は、全ての実施形態に適用可能である。

ここで、本発明の実施の形態を次の図面を参照しながら単なる例示として説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電池パックを備えた車両の概略斜視図である。 図２Ａは、本発明の実施形態に係る電池パックの概略斜視図である。 図２Ｂは、本発明の実施形態に係る再充電可能電気蓄電池パウチの概略斜視図である。 図２Ｃは、本発明の実施形態に係る冷却システムの概略図である。 図３Ａは、本発明の実施形態に係る電池パックを形成する際に使用するための冷却板の上面、正面及び側面からの斜視図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す冷却板の上面、背面及び側面からの斜視図である。 図４は、冷却システムの入口及び出口マニホールドの任意の接続及び配置を示す図３Ａ及び図３Ｂの冷却板の正面図である。 図５Ａは、３個のセル、例えば図２Ｂに示されたセルの３個を配置することができる、間隔を開けた対向関係で配置された一対の板の上面図及び背面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示された一対の板の上面及び正面図である。 図６Ａは、本発明の実施形態に係る電池パックを形成する際に使用するための第１モジュール式フレーム部材の組立体の分解図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態に係る電池パックを形成するのに使用される第２モジュール式フレーム部材の組立体の分解図である。 図６Ｃは、６個の組み立てられたフレーム部材（図６Ａの第１モジュール式フレーム部材３個及び図６Ｂの第２モジュール式フレーム部材３個）から形成された電池モジュールの斜視図である。 図６Ｄは、フレームの両側に配置された一対の冷却板を示す電池モジュールの断面の概略斜視図であり、セル及び他の部品は、冷却板並びに任意の冷却システムの入口及び出口マニホールドを説明の容易さのために省略されている。 図７Ａは、３個のセルの列に隣接して配置された一対の冷却板の一方を介して流れる冷却剤の温度のコンピュータモデル化グラフ図である。 図７Ｂは、３個のセルの列に隣接して配置された一対の冷却板の他方を介して流れる冷却剤の温度のコンピュータモデル化グラフ図である。 図７Ｃは、図７Ａ及び図７Ｂに示されている冷却板温度の平均温度のグラフ図であり、それ自体がこれらの冷却板の間に配置された３個のセルの温度を表す。 図８は、本発明の一実施形態に係る６個の組立フレーム部材を備えるモジュールを通した断面の概略斜視図である。

図及び部品並びにそこに示された特徴の理解を助けるために、次の符号の表を参照した特徴の簡単な説明と共に提供する。

実施形態の詳細な説明
本発明の電池パック、モジュール、フレーム及び方法の具体的な実施形態の詳細な説明をここに開示する。開示された実施形態は、本発明の所定の態様を実施することができ、かつ、本発明を具体化する方法の全ての網羅的なリストを表すものではない態様の単なる例示に過ぎないものであることと解される。実際に、ここに記載した電池パック、モジュール、フレーム及び方法は、様々な形態及び代替的な形態で具現化できると解される。図面は必ずしも縮尺通りではなく、いくつかの特徴は、特定の部品の詳細を示すために誇張又は最小化されていることもある。周知の部品、材料又は方法は、本開示を不明瞭にすることを避けるために必ずしも詳細には記載されていない。ここに開示された特定の構造及び機能の詳細は、限定であると解釈すべきではなく、単に請求の範囲のための基礎及び本発明を様々に使用するに当たって当業者に教示するための代表的な基礎として解釈すべきである。

図１では、車両１０の推進用の電力を供給するための電池パック２０を備えた電気自動車（ＥＶ）であってもよい車両１０が示されている。電池パック２０は、車両１０のドライブトレイン、特にモータ（図示せず）に結合されて該モータにエネルギーを与える。電池パック２０は、任意に２個の主パックを備えることができる。他の想定される実施形態では、電池パック２０は、単一のパック又は２個を超える主パックを備えることができる。さらに他の想定される実施形態では、車両１０は、完全電気自動車ではなく、むしろハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、例えば、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）である。さらに他の想定される実施形態では、車両１０は、電力により単独又は部分的には駆動されない場合があるが、それにもかかわらず車両１０のドライブトレインの電気モータ以外の電子部品に電力を供給するための再充電可能電池パック２０を備えることができる。電池パック２０の他の用途、例えば、ポータブル電源用の電力貯蔵；電気グリッド；再生可能エネルギーの発電機及びバックアップ電源が想定される。

本発明の代表的な実施形態に係る任意の電池パック２０を図２Ａに概略的に示す。電池パック２０は、任意に、電池パック基部２４及び電池パック蓋２２を備える。電池パック基部２４は、電池パック２０の部品を支持するための表面を与え、電池パックカバー２２は、例えばダスト、水分及び汚れの電池パック２０への侵入を防止又は低減するための保護バリアを与える。基部２４及びカバー２２の形状、サイズ、構成及び構造は、中に含まれる電池パック２０の形状、サイズ及び構成、構造に依存して変更できる。

電池パック２０は、複数の密閉再充電可能電気化学的エネルギー蓄電池４４を備える。その例が図２Ｂに概略的に示されている。また、再充電可能電気化学的エネルギー蓄電池４４をセル、パウチ及びセルパウチ４４という場合もある。任意に、それぞれのセル４４は、Ｌｉイオン（リチウムイオン）系電気化学的エネルギー蓄電池４４であることができる。他の想定される実施形態では、代わりの好適な電気化学的蓄電池４４又はそれらの組み合わせを使用することができる。それぞれのセル４４は、一般的に直立の向きに配置されたときに（図２Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂにおいて例として示されているように）任意にセル４４の上方に突出するタブ４０ａ、４０ｂとして設けられていてよい一対の端子４０ａ、４０ｂを備える。それぞれのセル４４は、任意に、その両側にセルウィング５４を備えることができ、このセルウィング５４は、アルミニウムシートから形成できる。任意の一実施形態によれば、セル４４は、それぞれ約１６０ｍｍ、約７ｍｍ及び約２２７ｍｍの幅（Ｗ）、深さ（Ｄ）及び高さ（Ｈ）の寸法を有することができる。

電池パック２０は、電池パック２０に収容されるセル４４の温度を監視し調整するための、図２Ｃに概略的に示された温度制御システム１００をさらに備える。セル４４の温度の制御は、電池パック２０の性能を最適化するために望ましい。セル４４は、最適温度で又は最適温度範囲内で維持されるべきである。任意に、最適温度又は範囲は、約３２℃〜約３７℃の間であり、好ましくはそれにもかかわらず、最適温度は約３５℃とすることができる。また、温度制御システム１００を冷却システム１００ということもできる。というのは、温度制御システム１００は、電池パック２０のセル４４の冷却を管理するために使用されることがより典型的であるからである。それにもかかわらず、特定の条件下、すなわち非常に冷涼な環境では、任意に約３５℃の最適温度を達成するためにセル４４を加温する必要がある場合もあることが分かるであろう。

温度制御（冷却）システム１００の他に、電池パック２０は、追加の部品（図示せず）、例えば、個々のセル４４の充電及び放電の管理し、制御し、そしてバランスをとるための電子回路を備えることができる。

例示的かつ非限定的な実施形態では、温度制御システム（冷却システムともいう）１００は、制御部１０２；該冷却システム１００の周りに熱伝達流体（ここでは冷却剤ともいう）を循環させるための１個以上のポンプ１０４ａ、１０４ｂ；電池パックの電池モジュール３６内に配置される複数の第１熱交換器４２（伝熱板及び冷却板ともいう）；１個以上の熱伝達流体調節器１０５；温度制御システム１００について経路１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ中に熱伝達流体を送るための配管；１個以上の入口マニホールド３２ａ；及び１個以上の出口マニホールド３２ｂを備える。

本発明の目的は、主として、セル４４の温度制御に向けられ、かつ、電池パック２０に特定の利点を有しており、ここで、セル４４は、複数のセル４４の列に配置されている。このような他の構成では、平坦な金属プレート（例えばＷＯ２０１２／００９１４５Ａ２に開示されたもの）は、セルの十分な冷却を与えず、及び／又は使用時に適合若しくは制御できない場合がある。

任意に、電池パック２０は、列に配置された複数のセル４４を備えることができ、それらの列は、セル４４のマトリックス、配列又は系列を創り出すように互いに接して積層される。このように、互いに接して単一のセル４４を積層する（ＷＯ２０１２／００９１４５Ａ２に開示されているように）のではなく、ここに記載された電池パック２０及び／又は電池モジュール３６は、それぞれの列に複数のセルを備えることができる（例えば、図６Ｃを参照）。好ましくは、それにもかかわらず任意に、３個のセル４４をフレーム２６によって収容される列に並んで配置する（図６Ａ及び６Ｂを参照）。各フレームの列のセル４４は、伝熱板４２として形成された一対の第１熱交換器４２間に挟まれている。本発明の一態様の任意の実施形態に係る伝熱板４２は、図３Ａ、３Ｂ、４、５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、６Ｄ及び８に示されている。

伝熱板４２は、伝熱板４２間におけるそれぞれ列に配置されているセル４４の全体的なサイズ（個々のセル４４の数及びサイズによって決定される）に応じて適切なサイズに形成される（例えば、その長さ及び高さ）。このような本発明の他の実施形態では、伝熱板４２は、１個のみ若しくは２個のみのセル４４を含むセルの列に隣接して配置されるのに適したものにするために、より短い長さ（Ｌ）（長さ（Ｌ）は、図３Ａに示すように伝熱板４２の側部間の寸法である）を有することでき、又は２個を超えるセル４４を含むセルの列に隣接して配置されるのを好適にするようにより長い長さを有することができ、及び／又はセル４４の高さＣｙに合わせるように異なる高さのものとすることができ、及び／又はセル４４の幅Ｃｘに合わせるように異なる幅のものとすることができる。

例示実施形態では、本発明に係る温度制御システム１００は、１個以上の制御ユニット１０２によってそれぞれ独立に制御できる２個のポンプ１０４ａ、１０４ｂを備える。図示した実施形態では、各ポンプ１０４ａ、１０４ｂは、制御ユニット１０２に結合されている。本発明の他の想定される実施形態では、それぞれのポンプ１０４ａ、１０４ｂは、別々の制御ユニット１０２に結合されている。制御ユニット１０２は、各ポンプ１０４ａ、１０４ｂの頻度又は速度を制御し、管理し、そして適合させることができるように構成される。これにより、各ポンプ１０４ａ、１０４ｂによって循環される熱伝達流体の体積流量は、他のポンプ１０４ｂ、１０４ａとは独立に制御できる。

制御ユニット１０２は、電池パック２０の各セル４４に結合された温度センサ３８に直接連結できる。他の実施形態では、制御ユニット１０２は、温度センサ３８に間接的に連結され及び／又は各セル４４の温度に関する情報を受信することができる。さらに又はあるいは、制御ユニット１０２は、電池パック２０内に収容されたセル４４の平均温度に関する情報を受信することができる。この情報及び他の情報を使用して必要な加熱又は冷却速度、換言すれば、温度管理の所望の程度を決定することができる。温度管理の所望の程度に依存して、制御ユニット１０２は、ポンプ１０４ａ、１０４ｂによって達成されるべき熱伝達流体（冷媒）の流量を制御し、そうでなければ管理するように構成できる。本発明の他の想定される実施形態では、ポンプ１０４ａ、１０４ｂの一方又は両方の速度／頻度は固定できかつ制御ユニット１０２によっては変更できなくてもよい。本発明の他の実施形態では、ポンプ１０４ａ、１０４ｂの速度／頻度の制御は、セル４４の温度に加えて又はそれに代えて様々な要因に依存し得る。他の想定される実施形態では、ポンプ１０４ａ、１０４ｂの一方又は両方は、固定された頻度又は回転速度を有し、流速は、可変弁又はバイパス回路を設けることによって管理され、かつ、変更される。

温度制御（冷却）システム１００は、任意に２個の独立した温度制御（冷却）回路１０８ａ／１０８ｂ、１１０ａ／１１０ｂを備える。

第１温度制御回路１０８ａ、１１０ａは、ポンプ１０４ａ；１個以上の第１伝熱板４２；熱伝達流体調節器１０５；入口経路１０８Ａ；入口マニホールド３２ａ；出口マニホールド３４ａ；及び出口経路１１０ａを備える。熱伝達流体調節器１０５は、熱伝達流体から熱を伝達する（あるいは熱伝達流体に熱を伝達する）ための熱伝達流体と熱的に接触して配置される。それによって、熱伝達流体調節器１０５は、インプット経路１０８ａに沿ってかつ入口マニホールド３２ａに向かって、ポンプ１０４ａから離れて圧送される温度制御熱伝達流体（典型的には冷却熱伝達流体）の供給を生じさせる。そこから、温度制御熱伝達流体（典型的には冷却熱伝達流体）が１個以上の第１伝熱板４２を通って流れて伝熱板４２に隣接するセル４４温度を管理する。セル４４の冷却を生じさせるために、熱エネルギーを、セル４４から熱伝達流体に伝熱板４２を介して移す。それによって熱伝達流体の温度が上昇する。

その後、変更された温度での熱伝達流体（典型的にはセル４４からの熱エネルギーがそれに移された場合には高温）は、出口マニホールド３４ａ（図２Ｃでは見えない）を介して１個以上の伝熱板４２から、出口通路１１０ａに沿って圧送され、熱伝達流体調節器１０５と熱的に接触した状態に戻る。熱伝達流体調節器１０５に戻ると、熱伝達流体の温度を管理し、それによって状態調整することができる。典型的には、熱伝達流体からの熱エネルギーを熱伝達流体調節器１０５に移すことができる。その後、熱伝達流体が第１温度制御回路１０８ａ、１１０ａを通して循環するときに、熱伝達流体はセル４４の温度を管理するための準備が整う。

同様に、第２温度制御回路１０８ｂ、１１０ｂは、ポンプ１０４ｂ：２個以上の第１伝熱板４２；熱伝達流体調節器１０５；インプット経路１０８ｂ；入口マニホールド３２ｂ；出口マニホールド３４ｂ；及び出口経路１１０ｂを供える。熱伝達流体調節器１０５は、熱伝達流体から熱エネルギーを伝達する（又は任意に熱伝達流体に熱エネルギーを伝達する）ための熱伝達流体と熱的に接触して配置される。それによって、熱伝達流体調節器１０５は、インプット経路１０８ｂに沿ってかつ入口マニホールド３２ｂに向けてポンプ１０４ｂから離れて圧送される温度制御熱伝達流体（典型的には冷却熱伝達流体）の供給を生じさせる。そこから、温度制御熱伝達流体（典型的には冷却熱伝達流体）が１個以上の伝熱板４２を通って流れて伝熱板４２に隣接するセル４４の温度を管理する。セル４４の冷却を生じさせるために、熱エネルギーを熱伝達流体に伝熱板４２を介してセル４４から移す。それによって熱伝達流体の温度が上昇する。

次に、変更された温度での熱伝達流体（典型的には、セル４４からの熱エネルギーをそれに移してセル４４を冷却したため、より高温である）を１個以上の伝熱板４２から出口マニホールド３４ｂを介して出口経路１１０ｂに沿って圧送し、そして熱伝達流体調節器１０５と熱的に接触した状態に戻す。熱伝達流体調節器１０５に戻ったときに、熱伝達流体が第１温度制御回路１０８ｂ、１１０ｂを通して循環するため、熱伝達流体の温度を管理することができ、セル４４の温度を管理する準備が整う。

図示実施形態では、熱伝達流体調節器１０５は、車両１０の空調ユニットに連結されている。空調ユニットは、冷媒の圧力を増加させ、かつ、それを冷却することにより熱エネルギーを放出させるための圧縮器を備える。温度管理システム１００の熱伝達流体は、熱伝達流体からの熱を車両１０の空調ユニットの冷媒及び／又は冷涼空気に移すために、空調ユニットからの冷却冷媒及び／又は冷却空気と熱的に接触した状態で圧送される。したがって、熱伝達流体調節器１０５は、熱伝達流体を冷却のみするように構成される。

他の想定される実施形態では、熱伝達流体調節器１０５は、ヒータ及び／又は複数の熱交換器を備える。任意に、他の想定される実施形態では、熱伝達流体調節器１０５は、熱伝達流体調節器１０５による熱伝達流体の冷却（又は加熱）速度を決定することができる制御ユニットに連結されている。他の好適な機構は、第２熱交換器１０５で熱伝達流体の温度を制御するために使用できる。

２個の回路を設けることで、温度制御（任意に冷却）熱伝達流体を電池モジュール３６の両側に同時に送ることが提供される。これにより、電池パック２０の電池モジュール３６内に配置されたセル４４の効率的な温度制御のみならず制御の増大を提供することができる。

制御ユニット１０２は、任意に冷却速度、冷却効率を調整し及び／又は特定された最適なセル４４の温度を達成するように、第１及び第２温度制御回路についての熱伝達流体の流量を制御するように構成される。任意に、少なくとも２個のポンプのそれぞれの流量の制御は次のもののいずれか一つ又は組み合わせに依存する：測定されたセル温度；電池パックの測定負荷；セルの測定（最大値、最小値及び／又は平均値）充電率；熱伝達流体の測定（最大値、最小値及び／又は平均）温度；及び／又は測定（最大値、最小値及び／又は平均）周囲温度。

他の想定される実施形態では、第１及び第２温度制御回路は単一のポンプにより駆動され、好適な配管を、電池モジュール３６の両側での熱伝達流体の通過のために使用する。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、伝熱板／冷却板４２が示されている。図３Ａでは、冷却板４２の前面６３が最も外側であるのに対し、図３Ｂでは冷却板４２の後面６５が最も外側である。冷却板４２は、２個の金属板から構成できる。これらの金属シートは成形、例えば、プレスできる。金属シートは、単一の金属、例えば、アルミニウムから構成でき、又は２個以上の金属材料の組み合わせから構成できる。２つの面６３、６５は、互いにろう付けされていてよい。冷却板４２の両面の間には空洞が形成される。冷却板４２は、約６２０ｍｍ×約１５７ｍｍとすることができる。

図３Ａのように前面６３から見てその左側にある冷却板４２の上部には任意に入口５０ａが設けられる。図３Ａのように前面６３から見てその右側にある冷却板４２の下部には出口５２ａが任意に設けられる。反対の方向には、図３Ｂに示すように、その右側（図３Ｂのように背面６５から見て）にある冷却板の上部に入口５０ｂが任意に設けられる。その左側（図３Ｂのように後面６５から見て）にある冷却板の下部には出口５２ｂが任意に設けられる。

このような熱伝達流体（例えば、グリコール系熱伝達流体）が入口５０ａ又は５０ｂを介して冷却板４２内の空洞に入ると、その際に、これはセル４４と熱的に接触した状態にある金属製の伝熱板４２と熱的に接触しているため、セル４４と熱伝達流体との間で熱交換が生じ得る。言い換えれば、冷却剤は、間接的ではあるが、セル４４によって加熱（又は冷却）できる。冷却剤は、熱エネルギーをセル４４から離れて移す（又は加熱適用中にセル４４に熱エネルギーを移す）ため、セル４４の温度は低下（又は上昇）する。冷却剤は、出口５２ａ又は５２ｂを介して冷却板４２から流出する。

セル４４の化学的性質及び／又はセル４４の直立方向は、セルパウチ４４を横切る熱の不均一な分布を引き起こす可能性がある。したがって、任意に、冷却板４２は、冷却剤が典型的に最も高い温度を有するセル４４の領域に最も近い入口であることを提供する（冷却剤がその低い温度である場合）。一実施形態では、セル４４は、典型的はその頂部のより近くでより高い温度のものであるため、本発明の一実施形態では、冷却板４２の入口５０ａ、５０ｂは冷却板４２の頂部にある。任意に、入口５０ａ、５０ｂ及び出口５２ａ、５２ｂは、冷却板４２の端部に配置され、その結果、冷却板４２の平面部及び最狭幅部は、セル４４の効率的かつコンパクトなパッケージングのためにセル４４間に配置できる。他の実施形態では、入口５０ａ、５０ｂを交互に配置することができ、及び／又は複数の入口を設けることができる。任意に、冷却板４２は、セル４４が典型的には最低温度である場所により近い冷却板４２を冷却剤が出る（セル４４から熱を取得した最高温度である場合）ように構成される。

図３Ａは、前面６３から見たときの冷却板４２内の冷却剤の一般的な流れ方向を直線Ｆ２で示している。同様に、図３Ｂでは、後面６５から見たときの冷却板４２内の冷却剤の一般的な流れ方向を線Ｆ１で示している。第１一般的流れ方向Ｆ２及び第２一般的流れ方向Ｆ１は、互いに異なる。任意に、第１一般的な流れ方向Ｆ２及び第２一般的流れ方向Ｆ１は、略対角であり、かつ、反対向きである。様々なタイプのセル（４４）及び／又は異なって配置されたセル及び／又は異なって充填されたセルの制御のために、一般的流れ方向Ｆ１及びＦ２は、最適なセル温度管理を達成するために異なって配向できる。

セル４４の温度管理におけるさらなる考慮は、セル４４を横切る差温である。差温はセル４４の最高温度部と最低温度部分との間の差である。任意に、差温は、本発明により提供される向流熱伝導流体によって管理でき、任意に約１０℃に保持できる。

任意に、伝熱板４２の各面６３、６５は、熱伝達流体の一般的な流路を案内するための１個以上の物理的構成部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈ、 ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、４９ｆ、４９ｇ、４９ｈ’、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ、４５ｇ、４５ｈを備えることができる。これは、冷却剤／熱伝達流体が特定の経路又は方向に流れるのを促進させる又は促すためである。１個以上の構成部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈ、 ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ、４９ｆ、４９ｇ、４９ｈ’、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、４５ｆ、４５ｇ、４５ｈは、入ってくる冷却剤が冷却板を流下する前に冷却板の頂部を横切って少なくとも一次的に流れるのを促す又は促進させるための内部案内手段を与えることができる。

代表的な非限定的例示一実施形態では、物理的構成物は、一連の１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈを備える。フィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈは、冷却板４２の前面６３に物理的に形成される（図３Ａ参照）。さらに、任意の一連の１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈは、冷却板４２の後面６５に物理的に形成される（図３Ａ参照）。冷却板４２の外側から見たときに、前面及び後面６３、６５上の１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈはエンボスとして見える。言い換えれば、冷却板４２の側から見ると、１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈがエンボスである。任意に、一連の８個のフィンが各面６３、６５上に設けられる。任意に、１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈは、実質的に互いに平行である。任意に、１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈは、冷却板４２の上端及び下端と実質的に平行である。任意に、１個以上のフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈは、長さが約４８０ｍｍ±２０ｍｍである。フィン間の間隔は、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍの間、好ましくはそれにもかかわらず任意に約１７ｍｍである。任意に、各フィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈの開始及び終了は、上記及び／又は下記のフィンに対して交互に配置される。

別の例示的な実施形態では、１個以上の物理的構成部は、代替的に又は追加的に、１個以上のくぼみ４９ａ〜４９ｈ及び４５ａ〜４５ｈを備えることができる（冷却板４２の外側から見て）。任意に、１個以上の任意のくぼみ４９ａ〜４９ｈ及び４５ａ〜４５ｈは、フィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈと一直線になって設けられる。くぼみ４９ａ〜４９ｈ及び４５ａ〜４５ｈに対して、各フィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈの開始及び終了が互い違いに配置できる。任意に、入口５０ａ、５０ｂの最も近くに、最上部のフィン５１ａの開始が最上部のインデント４９ａから遠く離れて配置される。徐々に、インデント４９ｂ〜４９ｈと隣接するフィン５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈの開始との間の間隔が減少する。

冷却板４２の前面６３に設けられたフィン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ、５１ｇ、５１ｈのような任意に物理的な構成部は、後面６５に設けられた構成部に対して対称又は非対称とすることができる。

さらに、複数のセル４４が隣接する列に設けられている場合には、冷却剤は、１個のみのセル４４が一列に設けられた場合と比較して、より長い経路を移動し（セル４４の幅Ｘに比例する）、かつ、より多くの熱エネルギーを得る。したがって、冷却剤は、それが冷却剤入口３２ａ、３２ｂの最も近くに位置するセル４４を冷却する時よりも、冷却剤入口３２ａ、３２ｂから最も遠くに配置されたセル４４を冷却する時にあまり効果的でない場合がある。したがって、本発明の別の有益な任意の態様によれば、セル４４の列の両側にある冷却板４２は、逆の構成で配置される。このように、各セル４４は、２個の冷却板４２の前面６３間に配置され、又は２個の冷却板４２の後面６５間に配置される。

図５Ａ及び図５Ｂ（図６Ｃも参照）には、一対の冷却板４２が示されている。図５Ａ、５Ｂ及び６Ｃ中の冷却板４２は、それらの後面６５が互いに面して配置される。そうして、３個のセル４４の列を収容することのできる冷却板４２間には任意にギャップが存在し、それぞれのセル４４のそれぞれの側は、冷却板４２の後面６５に最も近い。２個の冷却板４２中の冷却剤は、反対方向Ｆ１及びＦ２に流れる。これは、双方向冷却又は冷却流路のクロスオーバーとして説明できる。冷却板４２間に配置された３個のセル４４の温度は、本発明の冷却システム１００により、より慎重に管理できる。

それぞれの列が３個のセル４４を備える構成を持つ電池パック２０への冷却システム１００の好ましいがただし任意の用途では、伝熱板４２の各対は、３個のセル４４の温度を制御するために必要である。したがって、冷却システム１００にかかる荷重は、従来技術の冷却システムにかかる荷重よりも３倍大きい（例えば、ＷＯ２０１２／００９１４５Ａ２に開示されている）。本発明の実施形態の温度１００を制御するためのシステムは、略斜めにかつ略反対に３個のセルの列のそれぞれの側に冷却剤流れを導くことによって、このような増大した荷重を管理する。そうして、冷却剤は、３個のセルの列の左上及び右上に投入され（列中のセルの隣接反対面）、かつ、それぞれの熱交換器の上部にわたって少し流れてから、下方に流れ、そして最も中央のセルにわたって移動し、その後３個のセル４４の列の右下及び左下から出る。

コンピュータモデルを使用して典型的な用途における一対の伝熱板４２の各伝熱板４２にわたる温度分布をグラフとして表した（例えば図５Ａ、図５Ｂ及び図６Ｃに示されるもの）。図７Ａでは、第１伝熱板４２（図５Ｂにおける最も前に配置された伝熱板に相当する）の温度分布が示されている。流れの方向は、一般に、図５ＢにおいてＦ２として描かれている。図７Ａのグラフ図は、図５Ａにおいて最も後方に位置した伝熱板４２に流れる熱伝達流体に相当する。ある程度まで、熱伝達流体／冷却剤の流路が温度マップによって示される。入口部５０ａで投入されるときの冷却剤が最も冷たく、かつ、冷却板４２を横切って下方に物理的構成部によって案内される。熱がセル４４から冷却剤に移されると、冷却板４２を横切って出口５２ａに向かって下方に移動するためその温度は上昇する。

図７Ｂを参照すると、第２伝熱板４２（図５Ａにおいて最も前に位置する伝熱板に相当する）の温度分布が示されている。図示した温度マップは、図５Ａにおいて最も前面に配置されかつＦ１として一般的に描かれた流れ方向を有する伝熱板４２のものである。ある程度まで、熱伝達流体／冷却剤の流路も示されている。示した例では、入口部５０ｂで入るときの冷却剤が最も冷たく（より明るい陰影で示す）、かつ、冷却板４２に渡りかつ下方にある１個以上の物理的構成物によって案内される。冷却剤がセル４４から熱を得ると、冷却板４２の下方にかつそれを横切って、出口５２ｂに向かって移動するため、その温度が上昇する（より明るい陰影で示す）。

冷却板４２間の列に位置する３個のセル４４に及ぼす全体的な効果は、図７Ａ及び図７Ｂの２個の冷却板の平均温度を考慮することによって示される。これは、図７Ｃに示されている。物理的構成部によって促進される双方向の流れ及び流路のため、３個のセル４４全体の平均温度は、３個のセル４４の面積の大部分がセルのための最適な動作温度に実質的に維持されることにより；ごく少数の高温度領域により；及び任意に約１０℃未満の温度差により、うまく管理される。

冷却は、中央に位置するセル４４について少なくとも効果と考えることができる。言い換えれば、セルは冷却剤入口５０ａ、５０ｂから最も遠くに配置されることが分かるであろう。他の実施形態では、１個以上の冷却剤入口は、セル４４の温度を別々に制御し管理するために別々に配置できる。しかし、中央のセル４４の温度は、本発明の温度制御システム１００なしの場合よりもはるかに良好に制御され、中央のセル４４は、電池パック２０の性能に好適な動作温度範囲内に維持できる。さらに、より低温の冷却剤及びより速い流速を使用して、中央のセルの温度を図７Ｃの例示的な図に示されたもの以外の温度に制御することができる。

これは、図７Ａ、７Ｂ、７Ｃのグラフ図は、本発明の多くの有益な態様の一つを例示する目的のものであり、本発明の読者の理解を助けるためのものであると理解されたい。グラフ図は、必ずしも、出願人、その権利相続人或いはそれらの各子会社及び／又は関連会社のいずれかにより現在販売されている又は将来的に販売される予定の任意の製品の性能、特性又は任意の他の品質を示すものではない。どのような誤解も全て避けるために、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃの概略図がモデル化された例であって、出願人、その権利相続人或いはその子会社及び／又は関連会社のいずれかによって現在販売されている又は将来的に販売される予定の任意の製品の仕様に何らかの形で関連していると解釈してはならない。

任意に、別の想定される実施形態に係る電池パック２０を冷却するためのシステム１００は、３個を超えるセル４４の列を有する電池モジュールを備える電池パックの温度を制御するために使用される。このような構成では、冷却剤の流量を増加させることができ及び／又は冷却剤の冷却温度を低下させることができ、及び／又は冷却剤の種類を全てのセル４４の十分な冷却を確保にするために変更することができ、及び／又は伝熱板４２の容量を増加させてより大容量の熱伝達流体を循環させることができる。

冷却剤が制御された流量で各セルのいずれかの側を循環しかつ熱伝達流体調節器１０５によって冷却されることを可能にする冷却板４２は、金属ブロック又は固体金属シートよりも改善され、かつ、より効率的なセル４４の冷却を提供することができる。セル４４の最も熱い部分に近い冷却剤の入口は、冷却システム１００の効率を改善することができる。冷却剤を異なる（任意に対向する）方向に各列内における各セル４４を横切って流すことで、個々のセルの温度を制御する際における冷却システム１００の効率及び／又は効果をさらに改善することができる。冷却板４２の内部で流れる冷却剤がとる経路を、セル４４を横切る熱の分布に従う方向にさらに実質的に移動するように案内すると、冷却システム１００の効率及び効果にさらに有利に影響を与えることができる。

本発明の実施形態のさらなる任意の態様によれば、分解図６Ａ及び６Ｂにそれぞれ概略的に示されるように、１個以上のセル４４を他の部品（例えば冷却板４２）と共にフレーム２６に固定して第１モジュール式フレーム部材９２Ａ（「Ａ」フレームともいう）及び第２モジュール式フレーム部材９２Ｂ（「Ｂ」フレーム）ともいう）を形成させることができる。第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂを、任意に追加の部品（後述する）と共に、積み重ねた交互配置で固定して図６Ｃに示すような電池モジュール３６を形成し、ここで、１個以上のセル４４のそれぞれの列は、セルポーチ４４のそれぞれの側が冷却板の面６３、６５と熱的に接触した状態にあり、それによって流れる冷却剤と熱的に接触するように冷却システム１００の一対の冷却板４２間に配置される。

本発明の実施形態に係る任意の例示非限定的フレーム２６を図６Ａ及び図６Ｂに示す。

フレーム２６は、セル４４が互いに密に充填され、かつ、セル４４の列に隣接した伝熱板４２の容易な組み立てを可能にすることができるように任意に複数のセル４４が複数のセル４４幅の列に互いに隣接して配置されることを可能にするため、有益な場合がある。いったんフレーム２６に組立てられたら、複数のセル４４は、マトリックス電池パック２０の組立のために、フレーム２６がない場合よりも容易に処理できる。任意の一実施形態では、フレーム２６は、３個のセルを並んで収容するように配置及び構成される。これは図６Ａ及び図６Ｂに示されている。電池パック２０を形成する際に、それぞれ任意に複数のセル４４及びそれに隣接する冷却板４２を備える複数のフレーム２６を一緒に組み立てて（以下で説明されるように）コンパクトなバッテリーパック２０配置を形成する。

電池モジュール３６、電池パック２０及び冷却板４２の前述の説明を読めば、本発明の電池パック２０を冷却するためのシステム１００が他の異なる電池パック２０の構造にも適用できること及びここに示されかつ記載された具体的に示した電池パック２０への電池パックを冷却するためのシステム１００の適用は、決して、本発明の冷却システム１００及びそれらの構成部品を例示された用途のみに限定するものではないことが分かるであろう。

ここで電池モジュール３６を参照すると、各電池モジュール３６は、任意に、第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂの交互の配列；追加の冷却板（図６には示されていない）及び一対のエンドプレート３０の（一つのみ図６に示す）を備える。第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂのそれぞれは、フレーム２６；冷却板４２；１個以上の再充電可能セル４４（この例では３個のセル４４）；１個以上のフォームセル（発泡層）４８（この例ではそれぞれ約１．６ｍｍの厚さの３個のフォームセル（発泡層））；１個以上の温度センサ３８（この例では３個のサーミスタ）；及び１個以上のフォームブロック４６（この例では３フォームブロックは、それぞれのセル４４のそれぞれの温度センサのために使用される）を備える（必ずしもこの順序ではない）。第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂのそれぞれの組立体をそれぞれ図６Ａ及び図６Ｂに示す。第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂの組立を説明する前に、図６Ａの例示的かつ任意のフレーム２６の構造的特徴をさらに詳細に説明する。

各フレーム２６は、任意に、第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂのそれぞれの構造的基盤を形成し、それ自体、冷却板４２を含めて様々な上記部品を収容し又は搭載することができる構造を提供する。さらに、フレーム２６は、任意に、次のもののコンパクトなハウジング及び／又は容易な組立を提供する：冷却板４２；それぞれのセルについての温度センサ３８；冷却システムの入口及び出口５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ；及びフォームセル（発泡層）４８。さらに、フレーム２６は、セル４４をコンパクトに、効率的かつ安全に密集配置で一緒に積み重ねできるように、セル４４をスタック又は電池モジュール３６に一緒に固定する又は取り付けるための手段を提供することができる。これらの機能を達成するために、フレーム２６には、多数の特徴であって、そのいずれか又は全てを他の特徴のいずれかとは別に使用することができるものが設けられる。つまり、図示したフレーム２６の特徴は、明示的に述べない限り、必ずしも構造的及び機能的に互いに関連するわけではない。それにもかかわらず、一緒に設けられる機能は、好ましいがただし任意の実施形態に係るフレーム２６を形成することが分かるであろう。

例示的な実施形態のフレーム２６の本体は、それぞれ個々のセル４４を縦デバイダによって部分的に収容するための３つの部分を備える。

図６Ａの例示的かつ任意のフレーム２６をさらに詳しく参照すると、実質的に長方形の本体は、任意にプラスチック材料から成形される。

再び図６Ａを参照すると、フレーム２６は、任意に追加的に、それぞれの部分の上部に適切に成形、サイズ及び構成された対の開口部を備え、それを介して、セル４４のタブ端子４０ａ、４０ｂを、それぞれのタブ端子４０ａ、４０ｂが開口部の縁部によって保持され、かつ、同じセル４４及び／又は存在するならば隣接するセル４４の隣接するタブ端子４０ｂ、４０ａから間隔を開けて配置されるように通すことができる。さらに、開口部及びこれらの開口部の縁部は、フレーム２６内にセル４４を固定するのを補助しかつセル４４の一貫した位置決めを可能にするために、セル４４のさらなる機械的な保持を与えることができ、その結果、例えば、温度センサ３８（例えば、サーミスタ）を、確実にかつ正確にセル４４に連結させることができ、このものは、フレームの部分内において設定された位置で保持されることになる（製造許容差を考慮して）。

また、頂部９６は、任意に、適切に成形、サイズ合わせ及び構成された開口部６６も備え、そこに、温度センサ３８を、任意に、セル４４を所定の最適な温度検知位置で接触させ、セル４４の温度を監視及び決定するために挿入することができる。任意に開口部６６は、フレーム２６の頂部のほぼ中央に形成され、それによって、これらの特徴は、フレーム２６がその前面を最初に又はその後面を最初に提示されたときに、同様に提示される（図６Ａ及び図６Ｂを参照）。

フレーム２６の底部は、任意に、任意の構成部、形状部、突起又はプレートのタブと相補的にサイズ合わせされ、成形され及び／又はそうでなければ構成された１個以上の構成部又は冷却板位置の切欠を備える（図６Ａ及び６Ｂ参照）。冷却板タブは、第１及び第２組立モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂの組立を容易にし；冷却板４２の正確な位置決め及び位置合わせを確保し；及び任意にそれらの組立中に冷却板４２をフレーム２６に少なくとも一時的に固定してそれぞれ第１及び第２モジュール式フレーム部材９２ａと、９２ｂの部品を一緒に保持するのを支援するために、冷却板位置切欠に配置できる。

好ましくは、ただし任意に、フレーム２６の側面には、それぞれ１個以上の所定形状の構成部が設けられている。また、これらの構成物は、冷却板入口／出口構成物ということもできる。２個のフレーム２６が互いに（並んで）隣接して配置されるときに、一方のフレーム２６の構成部が他方のクレーム２６の構成部と一緒になり、それによって、共に、２個のフレーム２６の２個の構成部が冷却板４２の入口又は出口５０ａ、５０ｂ；５２ａ、５２ｂを受け取りかつ支持するように適切に成形され、寸法合わせされかつ構成された開口部を創り出す。異なる構成のものである第１及び第２モジュール式フレーム部材９２ａ及び９２ｂを形成するためもの及び／又は冷却板入口若しくは出口５０ａ、５０ｂ；５２ａ、５２ｂを別々に設置した第１及び第２のモジュール式フレーム部材９２ａ及び９２ｂを形成するために使用できる基準フレーム２６を製造することができる。この利点は、フレーム２６を使用して第１及び第２モジュール式フレーム部材９２ａ、９２ｂを形成する方法及びその後第１及び第２モジュール式フレーム部材９２ａ及び９２ｂを使用してモジュール３６を形成する方法についての次の説明を読めばよりよく理解できる。

第１モジュール式フレーム部材９２Ａの構成に戻ると、図６Ａを参照して、該図は、第１モジュール式フレーム部材９２Ａの主要部品（冷却板４２；フレーム２６；３個のサーミスタ３８；３個のセル４４；３個のフォームブロック４６及び３個のフォームセル（発泡層）４８）を分解図で示す。第１モジュール式フレーム部材９２Ａを、任意に互いの頂部に順に該部品を配置することによって組み立てることができ、例えば、冷却板４２を最も下部にかつ冷却板４２とフレーム２６との間の相対運動で配置でき、冷却板４２をフレーム２６の後面に設置する。セル４４は、その前面からフレーム２６のそれぞれの部分内に配置できる。任意に、それぞれのセル４４は、タブ４０ａ、４０ｂを開口部に通し、その後セルウイング５４を側面及び／又はデバイダを越えて押して、任意にセル４４を所定の位置にスナップ適合させることによって該部において操作できる。その後、サーミスタ３８をそれぞれの部分のそれぞれの開口部に挿入し、そしてセル４４と接触して配置する。次に、フォームブロック４６を、セル４４のタブ４０ａ、４０ｂ間に配置し、最終的にフォームセル（発泡層）４８をそれぞれのセル４４上に配置することができる。取り付け剤又は手段、例えば樹脂、接着剤又は機械的固定手段をフレーム内及び／又は一次部品間に配置し及び／又は部分組立構造の外側に適用することができる。取り付け剤は、任意の化学的及び／又は機械的取り付け剤とすることができる。任意に、好適な化学的取り付け剤は、例えばＳｔｙｃａｓｔ（登録商標）などの二液型エポキシ系樹脂であることができる樹脂とすることができる。任意に、組立第１モジュール式フレーム部材９２Ａの樹脂は、任意にオーブン内に組立第１モジュール式フレーム部材９２Ａを置くことにより、熱によって硬化できる。完了して固定された第１モジュール式フレーム部材９２Ａを図５Ａに概略的に示す。

第２モジュール式フレーム部材９２Ｂの構成に戻ると、図６Ｂを参照して、該図は、第２モジュール式フレーム部材９２Ｂの主要部品（冷却板４２；３個のフォームブロック４６；３個のセル４４；フレーム２６；３個のサーミスタ３８及び３個のフォームセル（発泡層）４８）を分解図で示す。第２モジュール式フレーム部材９２Ｂを、任意に、互いの頂部に該部品を順に配置することによって組み立てることができ、例えば、フォームセル発泡層４８を最も下部にかつフォームセル４８とフレーム２６との間の相対運動で配置でき、フォームセル４８をフレーム２６の後面に設置する。セル４４は、その前面からフレーム２６のそれぞれの部分内に配置できる。任意に、それぞれのセル４４は、タブ４０ａ、４０ｂを開口部に通し、その後セルウィング５４を側面及び／又はデバイダを越えて押して、任意にセル４４を所定の位置にスナップ適合させることによって該部において操作できる。その後、サーミスタ３８をそれぞれの部分のそれぞれの開口部６６に挿入し、そしてセル４４と接触して配置する。次に、フォームブロック４６を、セル４４のタブ４０ａ、４０ｂ間に配置し、最終的に冷却板４２をそれぞれのセル４４上に配置しかつフレームの切り欠きに配置することができる。取り付け剤又は手段、例えば樹脂、接着剤又は機械的固定手段をフレーム内及び／又は一次部品間に配置し及び／又は部分組立構造の外側に適用することができる。取り付け剤は、任意の化学的及び／又は機械的取り付け剤とすることができる。任意に、好適な化学的取り付け剤は、例えばＳｔｙｃａｓｔ（登録商標）などの二液型エポキシ系樹脂であることができる樹脂とすることができる。任意に、組立第２モジュール式フレーム部材９２Ｂの樹脂は、任意にオーブン内に組立第２モジュール式フレーム部材９２Ｂを置くことにより、熱によって硬化できる。

第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂから電池モジュール３６を形成するために、第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂを交互に連続して積層させる。一実施形態では、モジュールは、３個の第１モジュール式フレーム部材９２Ａ及び３個の第２のモジュール式フレーム部材９２Ｂ、２枚の端板及び追加の冷却板４２を備える。追加の冷却板４２は、それぞれのセル４４を２個の冷却板４２間に配置する又はサンドイッチするように設けられる。このようにして、それぞれのセル４４の冷却又は温度管理が最適化される。任意に、電池モジュール３６は、十分な長さ及び好適な強度のボルトを主モジュール孔の２個以上に通すことによって完成できる。電池モジュール３６の斜視図を図６Ｃに示し、断面模式図を図８に示す。

３個のセル４４の各セット又は列は２個の冷却板４２間に挟まれていることが分かる。冷却システム１００の入口及び出口マニホールド３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、一連の３個の入口又は３個の出口５０ａ、５２ａ；５０ｂ、５２ｂに連絡できる（これらはそれらの位置決めの際にずらされている）。第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂは、それぞれの冷却板入口５０ａ、５０ｂ及び出口５２ａ、５２ｂが互いにモジュール３６の両側に配置されるように形成され配置される。言い換えれば、第１モジュール式フレーム部材９２Ａの冷却板４２の入口５０ａは、第２モジュール式フレーム部材９２Ｂの冷却板４２の入口５０ｂに対して電池モジュール３６の反対側に配置される。上記のように、これは、セル４４の列のいずれかの側に配置された２個の冷却板４２内での熱伝達流体の双方向の流れを可能にする。

例えば、単一の入口マニホールド３２ａを、それぞれ３個の第１モジュール式フレーム部材９２Ａによって与えられる３個の冷却板の入口５０ａにわたって連結できることが分かる図６Ｃを参照されたい。入口マニホールド３２ａは、入口部５０ａを冷却システム１００に連結して、熱伝達流体調節器１０５からの温度制御熱伝達流体（熱伝達流体の温度を制御又は調節する場合には、通常、熱伝達流体を冷却する）をポンプ１０４ａを介して冷却板４２に与える。同様に、第２入口マニホールド３２ｂは、３個の第２モジュール式フレーム部材９２Ｂによって与えられる３個の冷却板入口５０ｂの役割を果たすように電池モジュール３６の反対側に配置されている。第１モジュール式フレーム部材９２Ａの３個の冷却板４２の出口５２ａは、これらの出口５２ａを、冷却板４２から（通常は）加温された冷却剤を圧送するために冷却システム１００に連結させるための単一のマニホールド３４ａによって同様に連結される。同様に、第２モジュール式フレーム部材４２の３個の冷却板９２Ｂの出口５２ｂも同様に単一のマニホールド３４ｂによって連結される。

電池モジュール３６の構造及び配置は、同一のフレーム２６及び冷却板４２を交互の組立で使用することを可能にして、特にマニホールド３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂを電池モジュール３６に適合させることを可能にする。これらの部品のサイズはフレーム２６の幅よりも大きいにもかかわらず、マニホールド３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂの存在は、入口及び出口５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂの交互位置のためフレーム部材９２Ａ、９２Ｂ間に必要な間隔の増大を引き起こさず、電池モジュール３６の全体の寸法は、できるだけコンパクトに保たれる。モジュール式フレーム部材の第１及び第２のタイプを形成することによる冷却板４２の交互の形成は、冷却板４２を前面６３と前面６３のペア、続いて後面６５と後面６５とのペアで容易に組み立てるのを可能にすることができる。冷却板４２の交互の形成は、セル４４を非常に密接にパッキングすることを可能にすると同時に、マニホールド３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ及び入口／出口５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂのための十分な空間を提供することができる。

任意に、マニホールド３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、フレーム２６の側面にねじで固定できる。

電池パック２０を完成させるために、電池モジュール３６を、（異なるモジュール式フレーム数と同様の）１個以上の他の電池モジュール３６と共に積み重ねて、セル４４の数、すなわち電池パック２０の電力出力をさらに増加させることができる。各セル４４の端子４０ａ、４０ｂは、提供し、各セル４４に与えられかつそれから得られる電荷を制御するための適切な電気回路に接続される。冷却システム１００は、電池モジュール３６に取り付けられる。図１に示すように、電池パック２０を、任意に車両１０内にパッケージングしかつ収容することができる。

任意にかつ有益に、フレーム２６は、単一の成形ツールからのフレーム２６がフレーム２６を形成するのに好適であり、しかも依然としてフレーム２６を使用して第１及び第２モジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂを作製することができる程度に十分に対称的であり、その結果、すべてのセル４４を２個の冷却板４２間に挟み込むスタック配置を形成することができる。これは、コスト効果的かつ効率的な設計である。しかしながら、他の実施形態では、２つの別個の異なるフレームを、第１及び第２のモジュール式フレーム部材９２Ａ、９２Ｂを形成するために使用することができる。

本発明の範囲内で様々な変更を行うことができることが理解できる。

１０ 車両
２０ 電池パック
２２ 電池パックカバー
２４ 電池パック基部
２６ フレーム
３０ 端部プレート
３０ａ 入口マニホールド
３０ｂ 出口マニホールド
３６ モジュール
３８ 温度センサ
４０ａ 陽セル端子
４０ｂ 負セル端子
４２ 伝熱板
４４ セルポーチ
４６ フォームブロック
４８ フォームセル
５０ａ 冷却板入口
５０ｂ 冷却板入口
５４ セルウィング
５６ プラットフォーム
５８ａ 末端開口部
６０ 切り欠き部
６４ フレーム切り欠き部
６６ 温度開口部
６８ 温度サポートタブ
１００ 電池パックセルの温度を制御するためのシステム
１０２ 制御ユニット
１０５ 熱伝達流体調節器
１１０ａ 熱伝達流体出口経路
１０８ａ 熱伝達流体入口経路
１９３ 構成部

Claims (24)

1. １個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池を備える再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムであって、該システムは、１個以上のセルの該列のそれぞれについて２個の伝熱板を備え、該列は、該列について該２個の伝熱板間に配置され、それぞれの伝熱板は、熱伝達流体をその内部に流すように配置され、
   ここで、該列の一つについての２個の伝熱板の第１のものは、熱伝達流体を第１の一般的方向に流すように構成及び／又は配置され、
   該列についての２個の伝熱板の第２のものは、熱伝達流体を第２の一般的方向に流すように構成及び／又は配置され、
   該第１及び第２の一般的方向は、互いに実質的に異なり、
   しかも、それぞれの伝熱板が１個の入口及び１個の出口を備え、該入口が該出口よりも高い位置に配置されているシステム。
2. 前記第１及び第２の一般的方向が、互いに略対角であり、かつ、互いに略反対である、請求項１に記載のシステム。
3. それぞれの伝熱板の入口が出口に対して該伝熱板の反対側に配置されている、請求項１又は２に記載のシステム。
4. それぞれの伝熱板が２つの面を備え、しかも１個以上の物理的構成部が、内部に流れるときに熱伝達流体を好ましい経路に従わせるための内部ガイドを与えるために該面の一方又は両方に形成される、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記伝熱板の内部表面が滑らかではなく、かつ、内部を流れる熱伝達流体のタンブリング運動を生じさせ、これによって熱伝達流体を好ましい経路に従わせるのを助ける、請求項４に記載のシステム。
6. 前記面の一方又は両方の前記１個以上の物理的構成部が、１個以上のくぼみ及び／又は１個以上のフィンを備える、請求項４又は５に記載のシステム。
7. 前記面の一方又は両方の１個以上の物理的構成部が略平行な関係で配置された一連のフィンを備える、請求項６に記載のシステム。
8. 前記一連のフィンの各フィンの開始及び終了が互いのフィンの開始及び終了から段階的かつ直線的に交互に配置されている又はずれている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記面の一方又は両方の１個以上の物理的構成部が２個の間隔の開いた直線的な一連のくぼみをさらに備え、前記２個の間隔の開いた直線的な一連のくぼみが実質的に間隔を開けて配置され、かつ、フィンの開始又は終了と略水平方向の配置である、請求項６〜８のいずれかに記載のシステム。
10. 前記１個以上の物理的構成部が前記面の両方に形成され、かつ、２個の直線系列の８個のくぼみと８個のフィンとを備え、１６０ｍｍ、３２０ｍｍ又は４８０ｍｍの長さを有し及び／又は１５ｍｍ〜２０ｍｍ間隔を開けて配置された、請求項９に記載のシステム。
11. 任意に請求項１〜１０のいずれかに記載の、車両用の再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムであって、該電池パックが、１個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池を備え、該再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムが２個の温度制御回路のそれぞれについて熱伝達流体を圧送するための少なくとも１個のポンプを備えるシステム。
12. 前記再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムが少なくとも２個のポンプを備え、その一方が２個の温度制御回路の第１のものについて熱伝達流体を圧送するためのものであり、他方が２個の温度制御回路の第２のものについて熱伝達流体を圧送するためのものである、請求項１１に記載のシステム。
13. それぞれのポンプが独立して制御可能であり、しかもそれぞれのポンプが制御ユニットに連結されている、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記制御ユニットが、前記ポンプのそれぞれによって圧送される熱伝達流体の流量を、測定されたセル温度、電池パック上での測定負荷、測定された充電率、熱伝達流体の測定温度及び／又は測定された周囲温度に依存して制御するように構成された、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記１個以上のセルの列のそれぞれについて２個の伝熱板を備える請求項１１、１２又は１３に記載のシステムであって、それぞれの伝熱板が熱伝達流体をその内部に流すように構造化及び配置され、該列の一つについての２個の伝熱板の第１のものが熱伝達流体を第１の一般的方向に流すように構成及び配置され、該列についての２個の伝熱板の第２のものが熱伝達流体を第２の一般的方向に流すように構成及び配置され、該第１及び第２の一般的方向が互いに実質的に異なり、該システムは、熱伝達流体調節器と、第１温度制御回路と、第２温度制御回路とを備えるシステム。
16. 前記第１温度制御回路は、前記少なくとも２個のポンプの第１のものが、熱伝達流体を第１伝熱伝熱板の第１入口マニホールド（３２ａ）に向かって入口経路（１０８ａ）に沿って熱伝達流体調節器から離れて伝熱板に第１方向で圧送し、出口マニホールド（３４ａ）を介して出口経路（１１０ａ）に沿って伝熱板の外に圧送し、そして該熱伝達流体調節器と熱的に接触した状態に戻るように構成されるように構成される、請求項１２に記載のシステム。
17. 前記第２温度制御回路は、前記少なくとも２個のポンプの第２のものが、熱伝達流体を熱伝達流体調節器から離れて第１入口マニホールドに対して電池パックの反対側に配置された第２伝熱板の第２入口マニホールド（３２ｂ）に向かって入口経路（１０８ｂ）に沿って第２伝熱板に第２方向に圧送し、出口マニホールド（３４ｂ）を介して出口経路（１１０ｂ）に沿って第２伝熱板の外に圧送し、そして熱伝達流体調節器（１０５）と熱的に接触した状態に戻るように構成されるように構成される、請求項１６に記載のシステム。
18. １個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気蓄電池及び請求項１〜１７のいずれかに記載の再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムを備える車両用の再充電可能電池パック。
19. 請求項１〜１７のいずれかに記載の再充電可能電池パックの温度を制御するためのシステムで使用するための伝熱板。
20. １個以上のセルの列にそれぞれ配置された複数の再充電可能電気化学的蓄電池及び１個以上のセルの該列のそれぞれについて２個の伝熱板を備える再充電可能電池パックの温度を制御する方法であって、該列が該列について該２個の伝熱板間に配置され、それぞれの伝熱板が１個の入口及び１個の出口を備え、該入口が該出口よりも高い位置に配置され、該方法が次の工程：
    （ｉ）熱伝達流体を該２個の伝熱板の第１のものの内部に第１の一般的方向で流し、そして
    （ｉｉ）熱伝達流体を該２個の伝熱板の第２のものの内部に第２の一般的方向で流すことを含み、該第１及び第２の一般的方向が互いに実質的に異なる方法。
21. 前記第１の方向が前記２個の伝熱板の第１のものの底部に向かって該２個の伝熱板の第１のものの頂部近傍から略対角であり、前記第２の方向が前記２個の伝熱板の第２のものの底部に向かって該２個の伝熱板の第２のものの頂部近傍から略対角であり、該第１及び第２の方向は、該２個の伝熱板の第１及び第２のものの略中央で交差する、請求項２０に記載の方法。
22. 次の工程：
    （ｉ）少なくとも１個のポンプを準備し、
    （ｉｉ）２個の温度制御回路の一方について熱伝達流体を圧送するためのポンプを使用して熱伝達流体を該２個の伝熱板の第１のものの内部に第１の一般的方向で流し、そして
    （ｉｉｉ）２個の温度制御回路の第２のものについて熱伝達流体を圧送するためのポンプを使用して熱伝達流体を該２個の伝熱板の第２のものの内部に第２の一般的方向で流すこと
    をさらに含む、請求項２０又は２１に記載の方法。
23. （ｉ）少なくとも２個のポンプを準備し、
    （ｉｉ）熱伝達流体を２個の温度制御回路の一つについて圧送するための第１ポンプを使用し、そして
    （ｉｉｉ）熱伝達流体を２個の温度制御回路の第２のものについて圧送するための第２ポンプを使用すること
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記ポンプのそれぞれを独立に制御し、そして前記熱伝達流体の流量を独立に制御する、請求項２３に記載の方法。

Images