JP6856682B2 - バッテリに組み込まれた電力エレクトロニクスシステムを冷却するための方法およびシステム - Google Patents

バッテリに組み込まれた電力エレクトロニクスシステムを冷却するための方法およびシステム Download PDF

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Description

本発明は、電力エレクトロニクスシステムが組み込まれたバッテリモジュールを冷却する方法およびシステムに関し、この方法およびシステムでは、バッテリモジュールからの放熱システムへの電力エレクトロニクスシステムの熱結合が考慮される。
電力エレクトロニクスシステムが、例えば、電気車両のバッテリモジュールに組み込まれた場合に、多数のエネルギセルのほかに、２つの熱源が存在する。第１に、充電時、さらに放電時の両方で、エネルギセルの無視できない内部抵抗により、エネルギセルが昇温する。この場合に、バッテリ冷却システムにより、電気車両にとって最大限に利用可能な電力が決まる。多くの場合、このために液体冷却装置が使用され、前記液体冷却装置は、空調用圧縮機を使用する場合でさえ、エネルギセルをほぼ室温まで冷却する。第２に、電力エレクトロニクスシステムの方は、高電流、例えば、バッテリ電流を電子部品に流し、次に、電子部品は、電力損失および／またはスイッチング損失をさらに発生させる。しかし、この場合に電力エレクトロニクスシステムによってもたらされるさらなる熱源は、今まで従来のバッテリ概念にはなかった。従来の車両バッテリも同様に、特に、バッテリを監視する、かつ／またはバッテリを管理するために、バッテリエレクトロニクスシステムを含むことが多いが、これらは、電力エレクトロニクスシステムではなく、微小レベルの熱損失を発生させる。
例として、（特許文献１）は、バッテリエレクトロニクスシステムおよび冷却装置と共に組み付けられた、多数の角柱エネルギセルを含むバッテリについて記載している。しかし、この場合に、バッテリエレクトロニクスシステムは、例えば、電圧を監視するために、または個々のエネルギセル間の充電等化のために、単に、低電圧領域で個々のエネルギセルを相互接続する働きをし、バッテリ電流規模の電流を相互接続する、さらなる熱源としての電力エレクトロニクスシステムではない。
原理的に、電力エレクトロニクスシステムおよびバッテリの典型的な動作温度範囲は異なる。Ｌｉ系またはＺｎ系バッテリなどの最新のバッテリでは、（ナトリウム系バッテリなどの高温バッテリと異なり）、通常、０℃のすぐ上から約４０℃にわたる（絶対限界はかなり広い）理想的動作温度が有利である。反応速度は、温度と共に速くなり（発熱反応の場合など）、したがって、バッテリの通電能力が温度と共に高くなり、オーバヒートのリスクおよび発火のリスクも高くなる。したがって、バッテリの電力は、高温でも低温でも減少し、前記バッテリでは室温程度が有利である。これとは異なり、電子部品は、低温において、熱的に明確に定義された、不完全なフェルミ−ディラック状態密度が動作に悪影響を及ぼす前に、０℃よりもはるかに低く、例えば、半導体の場合に少なくとも−２０℃で動作することができる。温度尺度の最上値については、半導体は、１２０℃を遙かに超える、いわゆる接合部温度までの温度を可能にし、その結果、１００℃を超えるハウジング温度が可能である。同じことが、少なくとも高い確度で電力損失に対して当てはまる。バッテリは、電力損失の大部分を占めるが、前記電力損失を大きな面にわたって生じさせ、高質量および高体積からすでに明らかなように、通常、かなりの熱容量を有する。電力エレクトロニクスシステムは、多くの場合、かなり小さい（この場合に約１／５〜１／１０）絶対熱パワーを発生させる。しかし、この絶対熱パワーは、通常、非常に集中した態様で電力エレクトロニクス部品に発現する。さらに、電力エレクトロニクスシステムは、通常、バッテリと比較して熱容量がきわめて小さい。エレクトロニクスシステムから放熱されない場合、前記エレクトロニクスシステムは、相応して、その破壊限界を超えるまで昇温する。
（特許文献２）は、熱伝導プレートと共にそれぞれ配置された多数の角柱エネルギセルをバッテリハウジング内に組み込んだバッテリを開示している。それぞれの角柱エネルギセルとそれぞれの熱伝導プレートとの間のそれぞれの機械結合は、繰り返して解放することもできる。
（特許文献３）はバッテリに関するものであり、このバッテリのエネルギ貯蔵ユニットは、電気化学貯蔵セルおよび／またはコンデンサからなる。冷却または冷蔵手段を介して放熱するラジエータブロックが、エネルギ貯蔵ユニットに結合される。
独国特許出願公開第１０ ２０１２ ０１８ １１３Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００８／００９０１３７Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３０ ０１７Ａ１号明細書
こうした背景の下で、本発明の１つの目的は、電力エレクトロニクスシステムが組み込まれたバッテリに対する冷却問題、結果的に、２つの熱源に対する冷却問題を解決する方法を提供することである。特に、バッテリからの放熱システムへの電力エレクトロニクスシステムの熱結合が考慮されなければならない。本発明のさらなる目的は、この種の方法を実施するための対応するシステムを提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明は、バッテリモジュールに組み込まれた電力エレクトロニクスシステムを冷却する方法を提案し、その方法では、バッテリモジュールは、多数のエネルギ貯蔵ユニットと、エネルギ貯蔵ユニットに隣接して組み込まれ、電力半導体スイッチを実装した印刷回路板を含む電力エレクトロニクスシステムと、それぞれのエネルギ貯蔵ユニットと電力エレクトロニクスシステムとの間に熱的な接触を形成する熱伝導要素とを収容するバッテリハウジングを有し、この方法では、電力エレクトロニクスシステムの冷却は熱伝導要素によって行われ、熱伝導要素は、可能な場合に、電力エレクトロニクスシステムからエネルギ貯蔵ユニットに熱エネルギを移動させ、この方法では、バッテリハウジングの少なくとも一面は冷却システムに結合され、熱伝導要素はそれぞれのエネルギ貯蔵ユニットに面結合され、それぞれのエネルギ貯蔵要素に隣接する電力エレクトロニクスシステムの一部により、熱伝導要素に一体的に形成されたそれぞれの湾曲部分で接触され、電力エレクトロニクスシステムと熱伝導要素との間のばね作用が湾曲部分によって形成され、結果として、熱的接触が増大する。
本発明による方法は、先行技術によってすでに提供されている、エネルギ貯蔵ユニットから放熱するための効果的な概念を使用する。例えば、エネルギ貯蔵ユニットは、バッテリハウジングの面状ベース部と熱的に接触することができ、同様に、バッテリハウジングは冷却システムに面結合され、この冷却システムを用いて、バッテリモジュールから十分な程度に放熱することができる。さらに、本発明による方法は、２つの熱源の熱特性を利用する。例えば、エネルギ貯蔵ユニットで発生する熱エネルギと比較してかなり少ないと分かっている電力エレクトロニクスシステムの付加的な熱エネルギは、エネルギ貯蔵ユニットの冷却システムによって容易に補償することができ、冷却システムを増強することを全く、または小程度しか必要としない。さらに、電力エレクトロニクスシステムおよびエネルギ貯蔵要素の熱的動作範囲が異なる領域にあることで、比較的大きな温度勾配を形成することが可能になり、その結果、電力エレクトロニクスシステムからエネルギ貯蔵ユニットへの、相応して高い熱の流れが可能である。
電力エレクトロニクスシステムとエネルギ貯蔵ユニットとの間の距離を可能な限り短くすることも有益であり、したがって、熱エネルギは、熱伝導要素からエネルギ貯蔵ユニットに極力直接的に伝導される。本発明による方法が、主に電力半導体スイッチで発生する高いエネルギ密度の熱を熱伝導要素に前もって分散させ、その熱を大きな面積にわたってエネルギ貯蔵ユニットに伝えることもさらに有益である。
本発明による方法の一実施形態では、櫛状の態様の単片シートメタルで構成される熱伝導要素が提供される。この場合に、この種の熱伝導要素は、それぞれの櫛歯または脚部間にそれぞれのエネルギ貯蔵要素を受け入れる。本発明による方法のこの実施形態を技術的に導入することで、コストが下がり、設置空間が小さくなり、重量が減る。
それぞれのエネルギ貯蔵要素と前記エネルギ貯蔵要素に支持されるメタルシートの一部との間に接触領域が形成され、この接触領域は、いくつかの部分だけで熱的に接触することから、シートメタル曲げ工程での予測される許容誤差は十分に大きくすることができる。同様に、電力エレクトロニクスシステムと、メタルシートに一体的に形成された湾曲部分との間の接触領域は、有利にも、電力半導体スイッチに形成された電力エレクトロニクスシステムのいくつかの突出領域に限定することができる。メタルシートで覆われるエネルギ貯蔵ユニットの他のすべての領域および電力エレクトロニクスシステムは、通常、薄いが断熱性の空気膜によって分離される。
これらの許容誤差は、若干の弾性をもたせた導電性ホイル、いわゆるギャップパッドによって補償することができる。しかし、ギャップパッドは、電力エレクトロニクスシステムとメタルシートとの間の伝熱抵抗を増大させる。代替案として、この場合にメタルシートにきわめて薄いラッカー塗装を施して、かなり良好な熱伝導性と共に、必要な電気絶縁性を付与することができる。
熱伝導性であるが、同時に、少なくとも局所電圧差に対して電気絶縁効果を有する熱伝導要素のきわめて薄い塗装が想定できる。これらの特性を有する材料には、例えば、ポリマーがある。挙げることができるポリマーには、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、テフロン（登録商標）、またはエポキシがあり、これらはすべて、１０ｋＶ／ｍｍ〜１００ｋＶ／ｍｍの範囲までの絶縁効果を有する。熱伝導要素の塗装は、１０Ｗ／（ｍＫ）を超える熱伝導率を有する高熱伝導性材料の充填と併せて実施されるのが好ましい。挙げることができる材料には、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＺｒＯ、またはＴｉＯ２がある。全体としては、前記電気絶縁材料および前記熱伝導材料を組み合わせることで、２Ｗ／（ｍＫ）を超える熱伝導率が得られ、これは、０．３Ｗ／（ｍＫ）未満の熱伝導率を有する典型的なプラスチックと比較して有利である。さらに、例えば、セラミック材料などの無機材料で塗装することも想定できる。これらの塗装は、プラスチックを含浸することができる。熱伝導要素の塗装面への損傷を回避するために、塗装は、例えば、曲げ加工またはスタンピングによる熱伝導要素の機械処理後にのみ行われなければならない。
本発明による方法は、説明した許容誤差を補償する可能な方法を創出する。メタルシートの湾曲部分は、有利にも、ばね作用を可能にするので、第１に、電力エレクトロニクスシステムへのメタルシートの圧接が確実に行われ、さらに、電力エレクトロニクスシステムの高さの不均一が補償される。第２に、ばね作用は、メタルシートの非湾曲部分にも作用を続け、そこでも、メタルシートのうちのそれぞれのエネルギ貯蔵ユニットを覆う部分の圧接が増強される。その結果、エネルギ貯蔵ユニットの厚さの相違も許容される。これは、特に、充電状態および環境条件で厚さが変わるエネルギ貯蔵ユニットの場合に当てはまる。
本発明による方法の一実施形態では、熱伝導要素は、複数の湾曲シートメタル部片で構成される。熱伝導要素は、それぞれの湾曲シートメタル部片が、各エネルギ貯蔵ユニットに関連する本発明による方法の実施形態に応じて、少なくとも２つの湾曲シートメタル部片を含むことができる。
本発明による方法のさらなる実施形態では、それぞれの湾曲シートメタル部片は、「Ｕ字」形状の態様で提供され、それぞれのエネルギ貯蔵ユニットは、「Ｕ字」の２つの脚部間に受け入れられ、湾曲部分は、「Ｕ字」の湾曲部によって具現化される。
本発明による方法のさらに別の実施形態では、それぞれの湾曲シートメタル部片は、「Ｊ字」形状の態様で提供され、それぞれのエネルギ貯蔵ユニットには、「Ｊ字」の脚部が接触し、湾曲部分は、「Ｊ字」の湾曲部によって具現化される。
本発明による方法の一実施形態では、選択されるそれぞれのエネルギ貯蔵ユニットは、角柱セルの形態のバッテリセルか、またはパウチセルの形態のバッテリセルか、または直列に配置された複数の丸形セルの形態のバッテリセルかのいずれかである。丸形セルの形態のバッテリセルとの熱的な接触を最大限にするために、それぞれの湾曲シートメタル部片がスリーブの形態に設計されることも想定できる。
本発明による方法の一実施形態では、湾曲部分のばね作用は、電力エレクトロニクスシステムを押圧するハウジングカバーによって増強される。例えば、ハウジングカバーは、締付け機構によってバッテリハウジングに連結することができる。
本発明による方法のさらに別の実施形態では、湾曲部分のばね作用は、電力エレクトロニクスシステムをバッテリハウジング内に固定することで増強される。この場合に、固定は、バッテリハウジングおよび／またはエネルギ貯蔵ユニットに対して行うことができる。例えば、ねじ連結部を有するエネルギ貯蔵ユニットの場合、このねじ連結部を使用して、例えば、第１に、電力エレクトロニクスシステムとエネルギ貯蔵ユニットとの間の電気接続を確立するが、第２に、さらに、電力エレクトロニクスシステムをエネルギ貯蔵ユニットと間に入る熱要素とに押圧することができる。特に、角柱セルの形態のバッテリセルの場合に、ねじボルトあるいは雌ねじの付いた穴が採用される。
本発明は、バッテリモジュールに組み込まれた電力エレクトロニクスシステムを冷却するためのシステムについてさらに主張し、そのシステムは、多数のエネルギ貯蔵ユニットと、エネルギ貯蔵ユニットに隣接して組み込まれ、電力半導体スイッチを実装した印刷回路板を含む電力エレクトロニクスシステムと、それぞれのエネルギ貯蔵ユニットと電力エレクトロニクスシステムとの間に熱的な接触を形成する熱伝導要素とを収容するバッテリハウジングを有し、このシステムでは、熱伝導要素は、電力エレクトロニクスシステムからエネルギ貯蔵ユニットに伝熱することで、電力エレクトロニクスシステムを冷却するように設計され、このシステムでは、バッテリハウジングの少なくとも一面は冷却システムに結合され、熱伝導要素はそれぞれのエネルギ貯蔵ユニットに面結合され、それぞれのエネルギ貯蔵要素に隣接する電力エレクトロニクスシステムの一部により、熱伝導要素に一体的に形成されたそれぞれの湾曲部分で接触される。
本発明によるシステムの改良形態では、熱伝導要素は、単片のシートメタルから形成される。
本発明によるシステムのさらなる改良形態では、熱伝導要素は、個々の「Ｕ字」形状および／または「Ｊ字」形状の湾曲シートメタル部片から形成される。
最後に、本発明は、本発明によるシステムを装備し、本発明による方法を実施するように設計されたバッテリモジュールについて主張する。
本発明のさらなる利点および改良形態が、明細書および添付図面から分かる。
当然のことながら、上記の特徴および引き続き下記に説明される特徴は、それぞれ示される組み合わせだけでなく、他の組み合わせで、またはそれらの特徴単独で、本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。
図は明瞭に、かつ概略的に示されており、同じ構成要素は同じ参照数字をあてがわれている。
湾曲部分のない櫛状熱伝導要素の概略図を示している。 本発明による方法の実施形態で形成される湾曲シートメタル部片の概略的な側面図を示している。 本発明による方法の一実施形態で形成される熱伝導要素の斜視図を示している。 本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュールの概略的な側断面図を示している。 図４に示され、本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュールの断面斜視図を示している。 本発明による方法の一実施形態によって得られ、ハウジングカバーのないバッテリモジュールの斜視図を示している。 本発明による方法の一実施形態によって得られ、水平に配置された電力エレクトロニクスシステムを含むバッテリモジュールの分解図を示している。 本発明による方法の一実施形態によって得られ、側面に配置された電力エレクトロニクスシステムを含むバッテリモジュールの分解図を示している。 本発明による方法の一実施形態用の電力エレクトロニクスシステムの連結部の斜視図を示している。 本発明による方法を実施するために形成される熱伝導要素の製造時における構築段階の概略図を示している。 本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュールの分解図を示している。
図１は、湾曲部分のない櫛状熱伝導要素１０２の概略図を示している。斜視図１００は、一片のシートメタルから製造され、多数の櫛歯１０４を有する熱伝導要素１０２を示している。上面に見ることができる、丸みの付いた長円形の切取り部は、熱伝導要素１０２が多数のエネルギ貯蔵ユニットに装着されると、エネルギ貯蔵ユニットの上部接続部を受け入れ、このようにして、前記エネルギ貯蔵ユニットの相互接続装置へのアクセスを可能にする。図１１０は、エネルギ貯蔵ユニット１１６に取り付けられた熱伝導要素１０２の側面からの図を示している。電力エレクトロニクスシステムの印刷回路板１１１は、特に電力半導体スイッチ１１２を実装し、熱伝導要素１０２の上に配置されている。熱伝導要素１０２の熱的接触領域は、エネルギ貯蔵ユニット１１６のサイズの違い１１９と、さらに、印刷回路板１１１の構造高さ１１８との両方により制限され、この構造高さは、前記印刷回路板が、様々な厚さの電子部品を実装していることによる。特定の環境下では、熱源としての電力半導体スイッチと、エネルギ貯蔵ユニット１１６に熱を伝えることを意図された熱伝導要素との間に断熱空気膜が存在する。同様に、いくつかのエネルギ貯蔵ユニット１１６は、上縁部で熱伝導要素１０２と接触しないこともあり、そのようなときに、熱は、側面櫛歯１０４を用いてのみ、それぞれのエネルギ貯蔵ユニット１１６に伝えることができる。図１２０は、熱伝導要素１０２が剛性構造である場合のさらなる問題を示している。個々のエネルギ貯蔵ユニット１２６は、充電状態および環境条件に応じて様々な厚さを有することができる。したがって、特定の環境下で、２つのエネルギ貯蔵ユニット間のギャップ１２２が、櫛歯の位置に一致しない場合に、櫛状熱伝導要素をエネルギ貯蔵ユニット１２６に差込取付けすることができない。あるいは、断熱効果を有するエアギャップ１２４が差込取付け作業後に残ることがある。これらの起こり得る問題は、本発明による方法の実施形態によって解決される。
図２は、本発明による方法の実施形態で形成されるそれぞれの湾曲シートメタル部片２１２、２２２のそれぞれの概略的な側面図２１０、２２０を示している。本発明によれば、それぞれの湾曲シートメタル部片２１２、２２２は、電力エレクトロニクスシステムと熱的に接触する湾曲部分２０２と少なくとも１つの脚部２０４とを有し、それぞれの複数の湾曲シートメタル部片２１２同士および複数の湾曲シートメタル部片２２２同士が整列し、側面で見て櫛状である場合に、脚部２０４は、１つのそれぞれの櫛歯を示し、それぞれのエネルギ貯蔵要素と熱的に接触する。図２１０は、それぞれが１つの湾曲部分２０２と２つの脚部２０４とを含む、２つの「Ｕ字」形状湾曲シートメタル部片２１２を示している。エネルギ貯蔵要素は、２つの脚部２０４間に受け入れられる。図２２０は、それぞれが１つの湾曲部分２０２と、片側でそれぞれのエネルギ貯蔵要素と熱的に接触する１つの脚部２０４とを含む２つの「Ｊ字」形状湾曲シートメタル部片２２２を示している。
図３は、本発明による方法の一実施形態で形成され、多数の湾曲部分２０２および脚部２０４を有する熱伝導要素３０２の斜視図３００を示している。それぞれの湾曲部分は、丸みの付いた２つの長円形切取り部を含み、この切取り部は、それぞれのエネルギ貯蔵要素が受け入れられた後、前記エネルギ貯蔵要素の接続部への上からのアクセスを可能にする。熱伝導要素３０２は、櫛状の態様の単片シートメタルで構成するか、または部分量（untermenge）の単片シートメタルをなす複数の湾曲シートメタル部片で構成するかのいずれかで提供することができる。この場合に、熱伝導要素３０２は、図２に示す「Ｕ字」または「Ｊ字」形状の湾曲シートメタル部片で構成することができる。
図４は、本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュール４０２の概略的な側断面図４００を示している。バッテリモジュール４０２は、ここでは示していない冷却システムの冷却プレートにその下面で着座している。バッテリハウジングは、エネルギ貯蔵ユニットおよび熱伝導要素の一体物４０６を収容し、熱伝導要素の櫛歯または脚部２０４および湾曲部分２０２が、エネルギ貯蔵ユニット２０６用にそれぞれ設けられている。湾曲部分２０２の領域にそれぞれ設けられた開口、すなわち、（図４００には示していないが、図３に関連して説明した）対応する切取り部は、それぞれのエネルギ貯蔵ユニット２０６のそれぞれの上部接続部４０８を受け入れている。一体物４０６を用いて放熱される電力エレクトロニクスシステム４０４は、熱伝導要素の湾曲部分２０２の上に置かれている。本発明によれば、前記放熱は、熱伝導要素の湾曲部分２０２を用いて行われ、湾曲部分２０２は、最初に電力エレクトロニクスシステム４０４と接触し、次いで、熱をそこから脚部２０４に散逸させ、最後にエネルギ貯蔵ユニットに散逸させる。さらに、示した実施形態と同様に、脚部２０４が、セル長全体にわたって冷却プレートの方向に下向きに引き出され、前記冷却プレートと熱的に接触する場合に、熱伝導要素を用いてバッテリハウジングのベース部に直接放熱することもできる。側部での脚部の面積範囲がバッテリハウジングの側壁まで広がり、そこで放熱されることも想定できる。しかし、通常、本発明に従って、電力エレクトロニクスシステム４０４が熱伝導要素と接触する部分に湾曲部分２０２が形成され、熱伝導要素が個々のエネルギ貯蔵ユニット２０６との一体物４０６を形成するように図られる。
図５は、図４に示され、本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュール４０２の断面斜視図５００を示している。図５は、特に、エネルギ貯蔵ユニットおよび熱伝導要素の一体物４０６と、上から接続することができて、熱伝導要素のそれぞれの開口内にあるエネルギ貯蔵ユニットのそれぞれの接続部４０８と、前記接続部に接して置かれた電力エレクトロニクスシステム４０４とに関して示している。
図６は、本発明による方法の一実施形態によって得られ、ハウジングカバーのないバッテリモジュール４０２の斜視図６００を示している。図６は、特に、上から接続することができて、熱伝導要素のそれぞれの開口内にあるエネルギ貯蔵ユニットのそれぞれの接続部４０８と、前記接続部に接して置かれた電力エレクトロニクスシステム４０４とを示している。
図７は、本発明による方法の一実施形態によって得られ、水平に配置された電力エレクトロニクスシステム４０４を含むバッテリモジュール４０２の分解図７００を示している。分解図７００では、エネルギ貯蔵要素７０４は、熱伝導要素３０２の両側に２つの半体で示されている。組み立てた状態では、エネルギ貯蔵要素７０４は、熱伝導要素３０２が挿入されてバッテリモジュール４０２内に着座する。図７は、エネルギ貯蔵要素７０４の接続部４０８を明瞭に示している。電力エレクトロニクスシステム４０４は、熱伝導要素３０２の上に水平に置かれ、ハウジングカバー７０２によって、熱伝導要素３０２の湾曲部分に押圧される。冷却は、バッテリモジュール４０２のベース部を用いて行われるのが好ましい。バッテリモジュール４０２のハウジング側面を用いて冷却することも、またはベース部での冷却に加えて、ハウジング側面から冷却することも想定できる。
図８は、本発明による方法の一実施形態によって得られ、側面に配置された電力エレクトロニクスシステム４０４を含むバッテリモジュール４０２の分解図８００を示している。相応して、熱伝導要素８０２は、電力エレクトロニクスシステム４０４に対向する側面にある本発明による湾曲部分を有する。本発明による方法のこの種の実施形態は、有利にも、別の方法では、熱伝導要素８０２においてそれぞれのエネルギ貯蔵ユニット２０６の接続点用に必要とされる開口を不要にする。さらに、図８００は、熱伝導要素８０２が、それぞれのエネルギ貯蔵ユニット２０６の全長を内包するのではなくて、底部において小部分を開放された状態にする、すなわち、バッテリハウジング４０２のベース部と熱接触しないことを示している。
図９は、本発明による方法の一実施形態用の電力エレクトロニクスシステム４０４の接続部の斜視図９００を示している。示した実施形態では、電力エレクトロニクスシステム４０４は、金属接点９１０を用いて、ここでは、定型化した態様のボックス形状で示す下部構造物９０２の同様の金属接点９０４と接触する。例えば、下部構造物９０２は、エネルギ貯蔵ユニットと、熱伝導要素と、さらに、金属接点９０４につながったすべてのエネルギ貯蔵ユニットの相互接続部とを含む。図９００は、様々な厚さの複数の電子部品を示しており、電子部品は、同様に、ここには示していない電力エレクトロニクスシステム４０４の底面にさらに配置することができる。特に、電力半導体スイッチ９０６と、バッテリ電流の領域に位置して電流を流し、例えば、表面に被覆された銅で形成されたバスバー９０８とが熱源を形成している。電力半導体スイッチ９０６およびバスバー９０８は共に、それらの表面で熱伝導要素と接触することができる。バスバー９０８は、銅層が厚いことから、電力半導体スイッチ９０６と同じ全高を有することができるし、または電力半導体スイッチ９０６を越えて突出することさえできる。例えば、最新の低圧電力トランジスタなどの様々な電子部品は、電気接点を用いて、熱が電子部品からバスバーの銅に流れることができるようにも設計される。この場合に、熱伝導要素を用いて、電力エレクトロニクスシステム４０４の印刷回路板上の銅からエネルギ貯蔵ユニットに放熱することができる。
図１０は、本発明による方法を実施するために形成される熱伝導要素３０２の製造時における複数の構築段階１００２、１００４の概略図１０００を示している。単一のシートメタル片としての、または複数の湾曲シートメタル部片からの熱伝導要素３０２の製造は、例えば、きわめてコスト効率の高い態様で、スタンピングおよび曲げ加工を使用して行うことができる。このスタンピングおよび曲げ加工では、好ましくは、アルミニウムまたは銅などの良好な熱伝導率を示す材料で構成されたメタルシート１００２は、電力エレクトロニクスシステムが熱的接触可能な面ができるように形成される、すなわち、湾曲部分を一体的に形成することができ、セル間に延びる脚部を形成することができる。構築段階１００４での伸長部分は、例えば、いわゆる「Ｖ曲げ」によって形成される。外縁の任意の脚部は、いわゆる「縁曲げ」によって形成することができる。例えば、エネルギ貯蔵ユニットのねじまたは溶接連結部を熱伝導要素に通して電力エレクトロニクスシステムまで案内するために、あるいは電力エレクトロニクス回路板上で比較的高い全高を有し、熱伝導要素に干渉する電子部品を避けて横切るために必要とされるすべての切取り部は、スタンピングによって形成することができる。
図１１は、本発明による方法の一実施形態によって得られるバッテリモジュール４０２の分解図１１００を示している。それぞれのエネルギ貯蔵ユニット２０６が、バッテリモジュール４０２のバッテリハウジングに挿入され、次いで、熱伝導要素３０２が差込取付けされ、最後に、電力エレクトロニクスシステム４０４が、ハウジングカバー７０２による確実な圧接によって、熱伝導要素３０２の湾曲部分に熱的に接触し結合される。
１１１ 印刷回路板
１１２ 電力半導体スイッチ
２０２ 湾曲部分
２０４ 脚部
２０６ エネルギ貯蔵ユニット
２１２ 湾曲シートメタル部片
２２２ 湾曲シートメタル部片
３０２ 熱伝導要素
４０２ バッテリモジュール
４０４ 電力エレクトロニクスシステム
７０２ ハウジングカバー
８０２ 熱伝導要素
１００２ 単片シートメタル

Claims (6)

  1. バッテリモジュール（４０２）に組み込まれた電力エレクトロニクスシステム（４０４）を冷却する方法であって、前記バッテリモジュール（４０２）は、多数のエネルギ貯蔵ユニット（２０６）と、前記エネルギ貯蔵ユニットに隣接して組み込まれ、電力半導体スイッチ（１１２）を実装した印刷回路板（１１１）を含む前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）と、前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）と前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）との間に熱的な接触を形成する熱伝導要素（３０２、８０２）を収容するバッテリハウジングを有し、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）の冷却は、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）から前記エネルギ貯蔵ユニット（２０６）への熱エネルギの移動を可能としている、前記熱伝導要素（３０２、８０２）によって行われ、前記バッテリハウジングの少なくとも一面は外部に配置されている冷却システムに結合され、前記熱伝導要素（３０２、８０２）はそれぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）に面結合され、前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）に隣接する前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）の一部により、前記熱伝導要素（３０２、８０２）に一体的に形成されたそれぞれの湾曲部分（２０２）で接触され、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）と前記熱伝導要素（３０２、８０２）との間のばね作用が、前記湾曲部分（２０２）によって形成されており、
    櫛状の態様の単片シートメタル（１００２）で構成された前記熱伝導要素（３０２、８０２）が提供され、前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）は、それぞれの櫛歯または脚部（２０４）間に受け入れられる、方法。
  2. 選択される前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）は、角柱セルの形態のバッテリセルか、またはパウチセルの形態のバッテリセルか、または直列に配置された複数の丸形セルの形態のバッテリセルかのいずれかである、請求項１に記載の方法。
  3. 前記湾曲部分（２０２）の前記ばね作用は、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）を押圧するハウジングカバー（７０２）によって増強される、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記湾曲部分（２０２）の前記ばね作用は、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）を前記バッテリハウジング内に固定することで増強される、請求項１〜３のいずれか
    一項に記載の方法。
  5. バッテリモジュール（４０２）に組み込まれた電力エレクトロニクスシステム（４０４）を冷却するためのシステムであって、多数のエネルギ貯蔵ユニット（２０６）と、前記エネルギ貯蔵ユニットに隣接して組み込まれ、電力半導体スイッチ（１１２）を実装した印刷回路板（１１１）を含む前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）と、前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）と前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）との間に熱的な接触を形成する熱伝導要素（３０２、８０２）とを収容するバッテリハウジングを有し、前記熱伝導要素（３０２、８０２）は、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）から前記エネルギ貯蔵ユニット（２０６）に伝熱することで、前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）を冷却するように設計され、前記バッテリハウジングの少なくとも一面は外部に配置されている冷却システムに結合され、前記熱伝導要素（３０２、８０２）はそれぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）に面結合され、前記それぞれのエネルギ貯蔵ユニット（２０６）に隣接する前記電力エレクトロニクスシステム（４０４）の一部により、前記熱伝導要素（３０２、８０２）に一体的に形成されたそれぞれの湾曲部分（２０２）で接触されており、
    前記熱伝導要素（３０２、８０２）は、単片のシートメタル（１００２）から形成される、システム。
  6. 請求項５に記載のシステムを有し、冷却が請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法によって行われるバッテリモジュール（４０２）であって、前記バッテリハウジングの少なくとも一面によって外部に配置されている冷却システムに面結合されるバッテリモジュール（４０２）。
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