DE102013107029A1

DE102013107029A1 - Batterieeinheit mit einem Anschwellbegrenzer für eine Zelle

Info

Publication number: DE102013107029A1
Application number: DE102013107029.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Adachi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2014-01-09
Also published as: JP6015174B2; US9166209B2; CN103531727A; CN103531727B; JP2014013726A; US20140011056A1

Abstract

Eine Batterieeinheit, welche ein montiertes Batteriemodul, welches mit einer Mehrzahl von Zellen ausgestaltet ist, eine Steuerplatine, auf welcher ein Lade/Endlade-Controller befestigt ist, ein Aufbewahrungsgehäuse, in welchem das montierte Batteriemodul, und die Steuerplatine angeordnet sind, und einen Anschwellbegrenzer beinhaltet. Das montierte Batteriemodul beinhaltet einen Batteriekörper, in welchem die Zellen über einer Bodenplatte gestapelt sind. Der Anschwellbegrenzer ist an einer zu der Bodenplatte entgegengesetzten Seite des montierten Batteriemoduls platziert. Der Anschwellbegrenzer ist getrennt von dem Batteriekörper angeordnet, wenn irgendeine der Zellen nicht angeschwollen sind, und ist derart tätig, dass dieser einen physischen Kontakt mit dem Batteriekörper herstellt, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, um das Anschwellen der Zellen zu begrenzen.

Description

QUERBEZUG AUF EIN ZUGEHÖRIGES DOKUMENT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2012-151373 , eingereicht am 5. Juli 2012, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Batterieeinheit, welche ein montiertes Batteriemodul beinhaltet und in Fahrzeugen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, installiert ist, und betrifft insbesondere eine solche Batterieeinheit, welche mit einem Anschwellbegrenzer ausgestattet ist, welcher derart tätig ist, dass dieser das Anschwellen von Zellen unterdrückt.
2. Stand der Technik
Die erste japanische Patentpublikation mit der Nr. 2011-216401 lehrt, wie man ein montiertes Batteriemodul, welches aus einer Mehrzahl von elektrischen Zellen zusammen mit einer Steuerplatine zusammengestellt ist, einpackt bzw. zusammen anordnet, um eine Batterieeinheit herzustellen. Dieser Typ einer Batterieeinheit kann bei Benutzung ein Anschwellen von jeder der Zellen erfahren. Verschiedene Techniken wurden deshalb studiert, um ein solches Anschwellen der Zellen zu unterdrücken. Beispielsweise wurde ein Batteriegehäuse, in dem die Zellen angeordnet sind, vorgeschlagen, welches eine Stabilität aufweist, die groß genug ist, um dem Anschwellen der Zellen zu widerstehen.
Genauer gesagt ist das Batteriegehäuse derart entworfen, dass dieses in direktem Kontakt mit den äußeren Oberflächen der jeweiligen Zellen platziert ist, um das Anschwellen der Zellen zu unterdrücken. Daher werden die Zellen einem externen mechanischen Druck unterworfen oder ungünstig durch Wärme und Vibration beeinflusst, wenn diese noch nicht angeschwollen sind oder nur leicht angeschwollen sind.
Beispielsweise, wenn die Batterieeinheit in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Kraftfahrzeug, befestigt ist, fährt eine mechanische Vibration gewöhnlicherweise damit fort, während des Fahrens des Fahrzeugs auf die Batterieeinheit ausgeübt zu werden. Es gibt immer noch Raum für eine Verbesserung bezüglich der Leichtigkeit, mit der die Zellen durch Wärme oder Vibration beeinflusst werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe dieser Offenbarung eine Batterieeinheit vorzusehen, welche derart entworfen ist, dass diese ein ungewünschtes Anschwellen oder ein Verformen eines montierten Batteriemoduls minimiert, und dass diese gegenüber externen physikalischen Faktoren, wie z. B. Wärme oder Vibration, unempfänglich ist.
Gemäß einem Aspekt der Ausführungsform ist eine Batterieeinheit vorgesehen, welche auf automatische Fahrzeuge angewandt werden kann. Die Batterieeinheit weist Folgendes auf: (a) ein montiertes Batteriemodul, das mit einer Mehrzahl von Zellen ausgestattet ist; (b) eine Steuerplatine, auf der ein Controller befestigt ist, um einen Lade/Entlade-Betrieb der Zellen zu steuern; und (c) ein Aufbewahrungsgehäuse, in welchem das montierte Batteriemodul und die Steuerplatine angeordnet sind. Das Aufbewahrungsgehäuse beinhaltet eine Bodenplatte, über der das montierte Batteriemodul befestigt ist. Das montierte Batteriemodul beinhaltet einen Batteriekörper, in welchem die Zellen über der Bodenplatte gestapelt sind. Die Batterieeinheit beinhaltet auch einen Anschwellbegrenzer, welcher an der der Bodenplatte entgegengesetzten Seite des montierten Batteriemoduls platziert ist. Der Anschwellbegrenzer ist zu dem Batteriekörper getrennt bzw. separat angeordnet, wenn keine der Zellen angeschwollen ist, und es stellt einen physischen Kontakt mit dem Batteriekörper her, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, um das Anschwellen der Zellen zu unterdrücken.
Der Batteriekörper des montierten Batteriemoduls bzw. des assemblierten Batteriemoduls ist zwischen der Bodenplatte des Aufbewahrungsgehäuses und dem Anschwellbegrenzer zwischengefügt bzw. eingefügt. Der Anschwellbegrenzer beispielsweise ist in einem gegebenen Intervall weg von dem Batteriekörper platziert, bevor die Zellen mit der Zeit anschwellen, und ist derart tätig, dass dieser einen physischen Kontakt mit dem Batteriekörper herstellt, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, wobei dieser dadurch der Expansion des Batteriekörpers, welche aufgrund des Anschwellens der Zellen auftritt, widersteht. Daher übt der Anschwellbegrenzer keine unerwünschte mechanische Last auf die Zellen aus, bevor die Zellen anschwellen, um die Zellen gegenüber ungünstigen Effekten, wie beispielsweise Wärme oder Vibration, freizuhalten. Wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, so dass die Oberfläche des Batteriekörpers den Anschwellbegrenzer berührt, ist der Anschwellbegrenzer tätig, das Anschwellen der Zellen zu beschränken. Auf diese Weise unterdrückt der Anschwellbegrenzer die ungewünschte Deformation der Zellen, ohne die ungünstigen Effekte auf die Zellen zu erhöhen.
Bei einem bevorzugten Modus der Ausführungsform ist der Anschwellbegrenzer aus einer Druckplatte hergestellt, welche einen Grad an Stabilität aufweist, die groß genug ist, einer elastischen Deformation zu widerstehen, wenn diese einem Druck unterworfen wird, der aufgrund des Anschwellens der Zellen auftritt. Die Druckplatte ist unter Verwendung einer Schraube an einem aufrechten Element befestigt, welches sich von der Bodenplatte der Basis erstreckt. Dies ermöglicht die Stabilität der Druckplatte beim einem stabilen Unterdrücken des Anschwellens der Zellen.
Der Batteriekörper kann derart entworfen sein, dass dieser eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt. Der Batteriekörper ist mit der zweiten Oberfläche gegenüberliegend zu der Bodenplatte des Aufbewahrungsgehäuses platziert. Die Druckplatte weist eine Oberfläche auf, welche der ersten Oberfläche des Batteriekörpers in einem gegebenen Intervall weg davon gegenüberliegt, wenn keine der Zellen angeschwollen ist. Die Druckplatte ist derart geformt, dass diese einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand, welcher zu dem ersten Abstand unterschiedlich ist, zwischen der Oberfläche der Druckplatte und der ersten Oberfläche des Batteriekörpers aufweist. Der erste Abstand ist ein minimales Intervall zwischen der Oberfläche der Druckplatte und einem Bereich der ersten Oberfläche des Batteriekörpers, welcher einen Abschnitt der Zellen abdeckt, von dem erwartet wird, dass dieser sich am meisten ausdehnt. Der zweite Abstand ist ein minimales Intervall zwischen der Oberfläche der Druckplatte und einem anderen Bereich der ersten Oberfläche des Batteriekörpers. Der erste Abstand ist kleiner als der zweite Abstand festgelegt. Daher, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, wird die Druckplatte zuerst den Bereich der ersten Oberfläche des Batteriekörpers berühren, welcher den Abschnitt der Zellen abdeckt, von dem erwartet wird, dass sich dieser am meisten ausdehnt, wobei dadurch das Anschwellen der Zellen begrenzt wird.
Entweder der Batteriekörper oder die Druckplatte weist einen Vorsprung auf, welcher zu dem bzw. in Richtung des jeweilig anderen des Batteriekörpers oder der Druckplatte gewölbt ist. Der Vorsprung weist eine Oberfläche auf, welche physischen Kontakt mit dem anderen des Batteriekörpers und der Druckplatte herstellt, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist. Der Vorsprung ist in Flucht mit dem Abschnitt der Zellen platziert, von dem erwartet wird, dass sich dieser am meisten in einer Richtung ausdehnt, in welche die Zellen anschwellen. Der Vorsprung macht den ersten Abstand kleiner als den zweiten Abstand. Daher, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, wird der Vorsprung zuerst den Bereich der ersten Oberfläche des Batteriekörpers berühren, welcher den Abschnitt der Zellen abdeckt, von dem erwartet wird, dass sich dieser am meisten ausdehnt, wobei dadurch das Anschwellen der Zellen stabil beschränkt wird.
Jede der Zellen ist quaderförmig und weist eine erste und eine zweite maximale Oberfläche auf, die einander gegenüberliegen. Die ersten und zweiten maximalen Oberflächen sind die größten Oberflächen bzw. Hauptoberflächen, welche in Bezug auf eine Fläche der äußeren Oberfläche der Zellen am größten sind. Die Zellen sind mit der ersten maximalen Oberfläche so angeordnet, dass diese derart orientiert ist, dass diese der Bodenplatte der Basis gegenüberliegt, und dass die zweite maximale Oberfläche weiter weg von der Bodenplatte platziert ist. Der Vorsprung ist an einem Abschnitt von zumindest einem des Batteriekörpers und der Druckplatte vorgesehen, welcher einem Mittenabschnitt der zweiten maximalen Oberfläche von einer der Zellen gegenüberliegt. Üblicherweise wird der Mittenabschnitt von jeder der Zellen am stärksten expandieren oder anschwellen. Der Vorsprung wird auf diese Weise zuerst physischen Kontakt mit dem Mittenabschnitt der Zellen herstellen, um das Anschwellen der Zellen zu unterdrücken.
Die Bodenplatte kann einen Bodenvorsprung aufweisen, welcher in Richtung des Batteriekörpers gewölbt ist. Der Bodenvorsprung weist eine Oberfläche auf, welche physischen Kontakt mit einem Abschnitt des Batteriekörpers herstellt, welcher mit dem Abschnitt der Zellen gefluchtet ist, von dem erwartet wird, dass dieser am stärksten in die Richtung expandiert, in welche die Zellen anschwellen.
Die Batterieeinheit beinhaltet ebenso ein Batteriegehäuse, welches mit Trennplatten ausgestattet ist, um innerhalb des Batteriegehäuses Zellkammern zu definieren, welche derart gelegen sind, dass diese miteinander überlappen, und in welchen die Zellen jeweils in einer gestapelten Form angeordnet sind. Die Trennplatten sind derart tätig, dass diese das Anschwellen der Zellen beschränken.
Jede der Zellen ist in einer der Zellkammern in einem gegebenen Intervall weg von zumindest einer der Trennplatten angeordnet.
Daher üben die Trennplatten nicht eine unerwünschte mechanische Last auf die Zellen aus, bevor die Zellen anschwellen, um die Zellen von ungünstigen Effekten, wie beispielsweise Wärme oder Vibration, freizuhalten. Wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, so dass die Oberfläche des Batteriekörpers die Trennplatte bzw. die Trennplatten berührt, dann ist die Trennplatte bzw. sind die Trennplatten tätig, um das Anschwellen der Zelle zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, welche nachstehend vorgegeben ist, und aus der beiliegenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vollständiger verstanden werden, welche allerdings nicht derart verwendet werden sollen, dass diese die Erfindung auf spezifische Ausführungsformen beschränken, sondern diese dienen nur dem Zwecke der Erläuterung und des Verstehens.
Es zeigt/Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, welche eine Batterieeinheit gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine transversale Schnittansicht, welche entlang der Linie II-II in 1 vorgenommen wurde;
3 eine Schnittansicht, welche entlang der Linie III-III in 2 vorgenommen wurde;
4 eine perspektivische Explosionsansicht der Batterieeinheit von 1;
5 eine perspektivische Ansicht, welche eine Basis darstellt, auf der ein montiertes Batteriemodul und eine Druckplatte befestigt sind;
6 eine perspektivische Ansicht, welche eine Steuerplatine darstellt, welche auf der Baugruppe des montierten Batteriemoduls und der Druckplatte, wie in 5 gezeigt, angeordnet ist;
7 eine perspektivische Ansicht, welche eine Struktur einer Basis der Batterieeinheit von 1 darstellt;
8(a) eine Draufsicht auf die Basis, wie in 7 gezeigt;
8(b) eine Bodenansicht der Basis, wie in 7 gezeigt;
9 eine perspektivische Ansicht, welche eine Abdeckung bzw. einen Deckel der Batterieeinheit von 1 darstellt;
10 eine perspektivische Ansicht, welche ein montiertes Batteriemodul darstellt, welches in der Batterieeinheit von 1 installiert ist;
11 eine perspektivische Explosionsansicht des montierten Batteriemoduls von 10;
12 eine perspektivische Explosionsansicht des montierten Batteriemoduls von 10;
13 eine ebene Ansicht, welche das montierte Batteriemodul von 10 darstellt;
14 eine Schnittansicht, welche entlang der Linie XIV-XIV in 13 vorgenommen wurde;
15 eine Schnittansicht, welche entlang der Linie XV-XV in 13 vorgenommen wurde;
16 eine perspektivische Explosionsansicht, welche einen Abluftkanal der Batterieeinheit von 1 darstellt;
17 eine Ansicht, welche ein Layout von metallischen Leitern zeigt, die auf einem zweiten Körper des Abluftkanals von 16 gedruckt sind;
18 eine perspektivische Ansicht, welche eine Steuerplatine und dessen zugehörige Teile darstellt;
19(a) eine vergrößerte perspektivische Teilansicht, welche steuerplatinenseitige Verbindungsanschlüsse zeigt;
19(b) eine Seitenansicht, welche einen der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse von 19(a) darstellt;
20(a) eine perspektivische Ansicht, welche eine Druckplatte darstellt, welche als Anschwellbegrenzer tätig ist, um das Anschwellen von Zellen des montierten Batteriemoduls von 10 zu unterdrücken;
20(b) eine Seitenansicht der Druckplatte von 20(a);
21 eine Ansicht, welche eine Schaltkreisstruktur der Batterieeinheit von 1 darstellt;
22 eine Schnittansicht, welche eine Modifikation des montierten Batteriemoduls von 10 darstellt; und
23 eine teilweise Schnittansicht, welche eine andere Modifikation des montierten Batteriemoduls von 10 darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, und insbesondere Bezug nehmend auf die 1 bis 6, ist eine Batterieeinheit 10 gezeigt, welche beispielsweise mit einem Leistungsversorgungssystem verwendet wird, welches in einem Kraftfahrzeug installiert ist, welches mit einer internen Verbrennungsmaschine, einer elektronischen Steuereinheit (ECU), welche tätig ist, die Betriebe der Maschine oder anderer elektrischer Vorrichtungen zu steuern, einem elektrischen Generator (welche ebenso Lichtmaschine genannt wird), welcher durch die Maschine derart angetrieben wird, dass dieser Elektrizität erzeugt, und einer elektrischen Speichervorrichtung, welche mit der elektrischen Leistung geladen wird, die durch den Generator erzeugt wird, ausgestattet ist. Die elektrische Speichervorrichtung beinhaltet eine Bleibatterie und eine Lithium-Ionenbatterie. Die Batterieeinheit 10, so wie diese nachstehend beschrieben wird, ist als Lithium-Ionenbatterie entworfen.
Die Gesamtstruktur der Batterieeinheit 10 wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben werden. Eine Vertikalrichtung der Batterieeinheit 10, so wie diese in der nachstehenden Erläuterung bezeichnet wird, basiert auf einer Orientierung der Batterieeinheit 10, welche, wie in 1 dargestellt, zum Zwecke der Einfachheit auf einer horizontalen Ebene platziert ist.
Die Batterieeinheit 10 besteht im Wesentlichen aus einem montierten Batteriemodul 11, einer Steuerplatine 12, einer Druckplatte 13, und einem Aufbewahrungsgehäuse 16. Das montierte Modul 11 ist aus einer Mehrzahl von elektrischen Zellen zusammengestellt. Die Steuerplatine dient als ein Controller, um das Laden oder Entladen des montierten Batteriemoduls 11 zu steuern. Die Druckplatte 13 übt von oben einen Druck auf das montierte Batteriemodul 11 aus. Das Aufbewahrungsgehäuse 16 ist aus einer Basis 14 und einer Abdeckung 15 zusammengestellt. Das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 sind derart gelegen, dass diese vertikal miteinander überlappen. Genauer gesagt ist die Steuerplatine 12 oberhalb des montierten Batteriemoduls 11 angeordnet. Das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 sind auf der Basis 14 befestigt. 5 stellt die Basis 14 dar, auf der das montierte Batteriemodul 11 und die Druckplatte 13 angebracht sind. 6 stellt die Steuerplatine 12 dar, welche auf der Baueinheit des montierten Batteriemoduls 11 und der Druckplatte 13 angeordnet ist, wie in 5 gezeigt. Die Abdeckung 15 ist auf die Baueinheit der Steuerplatine 12, des montierten Batteriemoduls 11 und der Druckplatte 13 aufgesetzt, wie in 6 gezeigt, um die Batterieeinheit 10 von 1 zu schaffen. Das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 sind innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet.
Die Batterieeinheit 10 ist mit einem Anschlussblock 17 für eine elektrische Verbindung mit einer externen Bleibatterie oder einem elektrischen Generator und einem elektrischen Verbinder 18 für eine elektrische Verbindung mit der ECU, welche in dem Fahrzeug angebracht ist, ausgestattet. Der Anschlussblock 17 und der Verbinder 18 sind, wie in 1 zu sehen ist, teilweise außerhalb der Batterieeinheit 10 freigestellt.
Die Struktur der Batterie 10 wird nachstehend im Detail beschrieben werden.
Aufbewahrungseinheit 16
Die Basis 14 der Batterieeinheit 10 wird erläutert werden. 7 ist eine perspektivische Ansicht der Basis 14. Die 8(a) und 8(b) sind jeweils eine Draufsicht und eine Unteransicht der Basis 14.
Die Basis 14 ist aus einem metallischen Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt, und beinhaltet eine Bodenplatte 21 und eine aufrechte Wand 22, welche sich von der Bodenplatte 21 vertikal erstreckt. Die Bodenplatte 21 ist in ihrer Form im Wesentlichen viereckig und weist eine umlaufende Kante auf, von der sich die aufrechte Wand 22 erstreckt. In anderen Worten umgibt bzw. umgrenzt die aufrechte Wand 22 die umlaufende Kante der Bodenplatte 21. Die Bodenplatte 21 dient als eine Modulbefestigung, auf der das montierte Batteriemodul 11 gehalten wird. Die aufrechte Wand 22 ist derart geformt, so dass diese das montierte Batteriemodul 11, welches auf der Bodenplatte 21 angebracht ist, vollständig umfasst.
Die aufrechte Wand 22 beinhaltet eine Begrenzungsplatte 23 bzw. eine Randplatte 23 und eine Mehrzahl von zylindrischen Stützen (d. h., Stützsäulen) 24, welche sich vertikal von der Begrenzungsplatte 23 erstrecken. Die Begrenzungsplatte 23 definiert im Wesentlichen eine Höhe der aufrechten Wand 22, und hat in anderen Worten ein oberes Ende als ein oberes Ende der aufrechten Wand 22. Wenn die Basis 13 mit der Bodenplatte 21 vertikal liegend platziert wird, definiert das obere Ende der Begrenzungsplatte 23 eine obere Grenze, bei der die aufrechte Wand 22 einen Eintritt von Wasser in die Basis 14 verhindert.
Jede der zylindrischen Stützen 23 erstreckt sich weg von der Bodenplatte 21 über das obere Ende der Begrenzungsplatte 23. Die zylindrischen Stützen 23 weisen obere Enden auf, an denen das montierte Batteriemodul 11, die Steuerplatine 12 und die Druckplatte 13 fixiert sind. Genauer gesagt weist jede der zylindrischen Stützen 23 eine internes Gewinde bzw. ein Innengewinde auf, welches an einem oberen Ende davon ausgebildet ist. Die Installation des montierten Batteriemoduls 11, der Steuerplatine 12 und der Druckpatte 13 auf der Basis wird erzielt, indem Schrauben N in die Gewinde der zylindrischen Stützen 23 geschraubt werden. Die Basis 14 beinhaltet ebenso zylindrische Halterungen 25, welche das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 halten. Die zylindrischen Halterungen 25 sind getrennt zu der aufrechten Wand 22 angeordnet und erstrecken sich vertikal von der Bodenplatte 21.
Die Basis 14 ist mit einem Wärmeableiter ausgestattet, welcher der Abgabe von Wärme an die Umgebung dient, so wie diese durch das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 erzeugt wird. Genauer gesagt, weist die Basis 14, wie in 8(b) dargestellt, Rippen 27 auf, welche als der Wärmeableiter auf einer unteren Oberfläche der Basisplatte 21 ausgebildet sind. Die Wärme, so wie diese durch das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 erzeugt wird, wird zu der Bodenplatte 21 durch die aufrechte Wand 22 transferiert bzw. übertragen und dann von den Rippen 27 auf der Bodenplatte 21 außerhalb der Batterieeinheit 10 abgegeben. Die Bodenplatte 12 weist einen Wärme(ab)strahler 28 auf, der an einer oberen Oberfläche davon angeordnet ist. Der Wärmestrahler 28 liegt der rückwärtigen Oberfläche der Steuerplatine 12 gegenüber, um Wärme abzugeben, welche durch Leistungsvorrichtungen erzeugt wird, die auf der Steuerplatine 28 fabriziert sind. Der Wärmestrahler 28 wird nachstehend auch als Leistungsvorrichtungswärmeableiter bezeichnet werden. Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 weist eine obere Oberfläche als eine platinen-zugewandte Platte 29 auf, welche der Steuerplatine 12 gegenüberliegt. Die platinen-zugewandte Platte 29 weist eine Mehrzahl von Finnen 30 auf, welche an einer unteren Oberfläche davon ausgebildet sind und welche als ein Wärmestrahler oder als ein Kühlkörper dienen. Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ist, wie in 3 dargestellt, derart orientiert, dass dieser Bereichen auf der Steuerplatine 12 gegenüberliegt, auf denen die Leistungsvorrichtungen P angebracht sind. Die Wärme, so wie diese durch die Leistungsvorrichtungen P erzeugt wird, wird zu der platinen-zugewandten Platte 29 übertragen und dann von den Finnen 30 außerhalb der Batterieeinheit 10 abgegeben.
Die Leistungsvorrichtungen P werden durch Leistungshalbleitervorrichtungen verwirklicht. Genauer gesagt sind Leistungstransistoren, wie z. B. Leistungs-MOSFETs oder IGBTs, als die Leistungsvorrichtungen P auf einem Leistungspfad angebracht, welcher zu dem montierten Batteriemodul 11 in der Batterieeinheit 10 führt. Die Leistungsvorrichtungen P werden derart an oder ausgeschaltet, dass diese den Eingang oder Ausgang von elektrischer Leistung in oder von dem montierten Batteriemodul 11 steuern. Die Batterieeinheit 11 ist, wie nachstehend beschrieben, mit der Bleibatterie und dem elektrischen Generator verbunden. Der Leistungspfad, welcher zu dem montierten Batteriemodul 11 führt, ist auf diese Weise mit der Bleibatterie und dem elektrischen Generator verbunden.
Die Bodenplatte 21 weist, wie in 7 und 8(a) dargestellt, zwei Vorsprünge auf, die an einer oberen Oberfläche davon ausgebildet sind. Die Vorsprünge 32 wölben sich nach oben und weisen flache obere Oberflächen auf, welche als Stopperoberflächen 33 dienen, die das montierte Batteriemodul 11 (d. h., ein gewölbter Abschnitt des montierten Batteriemoduls 11) berührt, wenn die Zellen 41 angeschwollen sind, d. h., ein Betrag der Ausdehnung des montierten Batteriemoduls 11 aufgrund des Anschwellens von zumindest einer der Zellen 41 hat einen vorgegebenen Grenzwert überschritten. Die Stopperoberflächen 33 der Vorsprünge 32 sind kleiner als die untere Oberfläche der Zellen 41 des montierten Batteriemoduls 11, wie später im Detail beschrieben werden wird, und diese sind, wie in 2 dargestellt, nicht berührend mit einem Abschnitt der unteren Oberfläche des Batteriegehäuses 42 platziert, wenn die Zellen 41 nicht angeschwollen sind.
Die Bodenplatte 21 weist ebenso Flansche 34 auf, welche sich von der aufrechten Wand 22 nach außen erstrecken. Jeder der Flansche 34 weist ein Loch 34a auf, durch welches ein Bolzen für die Installation der Batterieeinheit 10 hindurchtritt.
Die Abdeckung 15 weist eine Struktur auf, wie in 9 dargestellt. Genauer gesagt, ist die Abdeckung 15, ähnlich wie die Basis 14, aus einem metallischen Material, wie z. B. Aluminium, oder aus einem synthetischen Harz hergestellt. Die Abdeckung 15 beinhaltet eine Oberplatte 35, welche die Oberseite der Steuerplatine 12 abdeckt, und eine Seitenwand 36, welche sich von der Oberplatte 35 nach unten erstreckt. Die Oberplatte 35 ist in ihrer Form im Wesentlichen viereckig. Die Seitenwand 36 erstreckt sich von oder in der Nähe einer umlaufenden Kante der Oberplatte 35. Die Seitenwand weist drei Seitenoberflächen, welche sich von drei der vier Kanten der Oberplatte 35 erstrecken, und eine offene Seitenoberfläche 38 auf, welche eine Öffnung aufweist, um den Anschlussblock 17 und den Verbinder 18 außerhalb der Abdeckung 15 freizustellen.
Die Basis 14 und die Abdeckung 15 sind, wie in den 2 und 3 zu sehen ist, mit der aufrechten Wand 22 der Basis 14 liegend innerhalb der Seitenwand 36 der Abdeckung 15 montiert. Die untere Oberfläche (d. h., die innere Oberfläche) der Oberplatte 35 der Abdeckung 15 ist teilweise in Berührung mit den oberen Enden von einigen der zylindrischen Stützen 24 der aufrechten Wand 22 der Basis 14 platziert. Die Seitenwand 36 der Abdeckung 15 ist, wie vorstehend beschrieben, derart gelegen, dass diese mit der Begrenzungsplatte 23 der aufrechten Wand 22 der Basis 14 in einer Lateralrichtung der Batterie 10 mit Ausnahme der offenen Seitenoberfläche 37 überlappt. Falls die Batterieeinheit 10 vollständig in Wasser untergetaucht ist, wird das Wasser nach oben in einen Spalt zwischen der aufrechten Wand 22 und der Seitenwand 36 fließen und dann in das Innere der Batterieeinheit 10 eintreten, wobei dadurch vermieden wird, dass das Wasser von außen in das Innere der Batterieeinheit 10 flutet. Alternativ, falls die Batterieeinheit 10 mit Wasser bespritzt wird oder teilweise in Wasser hineingegeben wird, wird das Wasser nicht in das Gehäuse 16 eintreten, solange der Pegel des Wassers nicht die Begrenzungsplatte 23 der aufrechten Wand 22 der Basis 14 übersteigt, welche innerhalb der Seitenwand 36 der Abdeckung 15 platziert ist.
Montiertes Batteriemodul 11
Die Struktur des montierten Batteriemoduls 11 wird nachstehend beschrieben werden. 10 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Gesamtstruktur des montierten Batteriemoduls 11 darstellt. 11 und 12 sind perspektivische Explosionsansichten des montierten Batteriemoduls 11. 13 ist eine ebene Ansicht des montierten Batteriemoduls 11. 14 ist eine Schnittansicht, so wie diese entlang der Linie XIV-XIV in 13 vorgenommen wurde. 15 ist eine Schnittansicht, so wie diese entlang der Linie XV-XV in 13 vorgenommen wurde.
Das montierte Batteriemodul 11 besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von (fünf in dieser Ausführungsform) Zellen 41, dem Batteriegehäuse 42, einer Isolationsabdeckung 43, die auf dem Batteriegehäuse 42 installiert ist, und Abluftkanälen 44. Die Abluftkanäle 44 sind an einer der entgegengesetzten Oberflächen der Isolationsabdeckung 43 gesichert, welche von den Zellen 41 weiter entfernt ist. Die Zellen 41, das Batteriegehäuse 42, in welchem die Zellen 41 gestapelt sind, und die Isolationsabdeckung 43 bilden einen Batteriekörper Y, wie in 12 dargestellt.
Zelle 41
Jede der Zellen 41 wird durch eine dünne, quaderförmige Lithium-Ionen-Speicherzelle verwirklicht. Jede der Zellen 41, wie in 11 dargestellt, weist einen positiven Anschluss 51 und einen negativen Anschluss 52 an einem Ende davon auf. Die positiven und negativen Anschlüsse 51 und 52 sind Elektrodenanschlüsse, welche von der Endoberfläche von jeder der Zellen 41 etwas hervorstehen. Jede der Zellen 41 weist auch ein Gasablassventil 53 zwischen den positiven und negativen Anschlüssen 51 und 52 auf. Das Gasablassventil 53 arbeitet als Sicherheitsventil, welches aufgebrochen wird, wenn der Druck in der Zelle 41 eine obere Grenze überschreitet, um die Luft in der Zelle 41 abzulassen. Beispielsweise ist das Gasablassventil 53 aus einem Loch, welches in einer Endoberfläche der äußeren Hülle der Zelle 41 ausgebildet ist, und aus einem dünnen metallischen Film, welcher das Loch schließt, hergestellt. Wenn der Druck in der Zelle 41 die obere Grenze überschreitet, bricht der Metallfilm auf, so dass das Gas von der Zelle 41 nach Außen abgegeben wird, wobei dadurch das Aufbrechen der Zelle 41 selbst vermieden wird.
Batteriegehäuse 42
Das Batteriegehäuse 42 ist ein Container bzw. ein Behälter, in welchem die fünf Zellen 41 mit einer vorgegebenen Orientierung gestapelt sind. Beispielsweise ist das Batteriegehäuse 42 aus einem isolierenden synthetischen Harz hergestellt. Das Batteriegehäuse 42 wird durch die Basis 14 an deren Seitenwänden gehalten. Das Batteriegehäuse 42, wie in den 11, 14 und 15 dargestellt, beinhaltet eine äußere Hülle 55 und Trennplatten 56, welche Kammern definieren, welche derart gelegen sind, dass diese einander vertikal überlappen, wobei die Zellen 41 jeweils in diesen angeordnet sind. Die äußere Hülle 55 beinhaltet eine untere Platte 55a, welche eine Bodenoberfläche des montierten Batteriemoduls 11 definiert und die der Bodenplatte 21 der Basis 14 gegenüberliegt, und eine obere Platte 55b, welche eine obere Oberfläche des montieren Batteriemoduls 11 definiert. Die fünf Zellen 41 werden in zwei Gruppen aufgegliedert. Eine dreifach gestapelte Zellengruppe G1, welche aus einem Stapel von drei der Zellen 41 besteht, und eine doppelt gestapelte Zellengruppe G2, welche aus einem Stapel der verbleibenden zwei Zellen 41 besteht. Die obere Platte 55b (d. h. die Oberseite) der äußeren Hülle 55 weist zwei Stufen auf, deren Höhenunterschied äquivalent der Dicke von einer der Zellen 41 ist. In anderen Worten weist das montierte Batteriemodul 11 eine Schulter Z auf, welche an der oberen Oberfläche davon ausgebildet ist. Die Steuerplatine 12 ist, wie in 2 dargestellt, bei dem Ort der Schulter Z positioniert. In anderen Worten, ist die Steuerplatine 12 über der Schulter Z gelegen (d. h., über der doppelt gestapelten Zellengruppe G2), um eine Gesamtdicke des Batteriepacks 10 zu minimieren. Der Raum, welcher oberhalb der Schulter Z erzeugt wird, wird verwendet, wie später im Detail beschrieben werden wird, um verbindende Leiter unter der Steuerplatine 12 auszulegen, oder um elektrische Vorrichtungen, wie z. B. einen Thermistor, etc., zu installieren bzw. anzubringen.
Jede der Zellen 41 ist, wie vorstehend beschrieben, quaderförmig und weist zwei Hauptoberflächen auf, welche einander durch die Dicke bzw. in Dickenrichtung davon gegenüberliegen. Die Hauptoberflächen sind von dem Gesamten einer äußeren Oberfläche der Zellen 41 in der Fläche am größten. Innerhalb des Batteriegehäuses 42 sind die Zellen 41 derart vertikal gelegen, dass diese einander mit einer niedrigeren bzw. unteren der Hauptoberflächen von jeder der Zellen 41, welche orientiert sind, dass diese der Bodenplatte 21 gegenüberliegen, und einer oberen der Hauptoberflächen, die weiter weg von der Bodenplatte 21 platziert ist, überlappen. In anderen Worten, sind die Zellen 41 von jeder der Zellengruppen G1 und G2 in einer Dickenrichtung davon gestapelt.
Wenn die Zellen 41 in dem Batteriegehäuse 42 am Ort bzw. in Position angebracht sind, dann stehen diese von dem Batteriegehäuse 42 teilweise hervor. Genauer gesagt ist das Ende von jeder der Zellen 41, in welchem die positiven und negativen Anschlüsse 51 und 52 angeordnet sind, außerhalb des Batteriegehäuses 42 platziert. Die Isolationsabdeckung 43 umschließt diese Enden der Zellen 41.
Die untere Platte 55a und die obere Platte 55b des Batteriegehäuses 42 weisen Öffnungen oder Fenster in vertikaler Flucht zueinander auf. Die Fenster sind derart in der unteren Platte 55a und der oberen Platte 55b ausgebildet, dass die untere Platte 55a und die obere Platte 55b einander teilweise vertikal durch zumindest Abschnitte der Zellen 41 um eine Mitte J davon, wie in 14 dargestellt, entgegenstehen.
Das Batteriegehäuse 42 weist in einer Seitenwand davon eine integral ausgebildete Sensorbefestigung 49 auf, an welcher ein Wasserschadensensor 122 bei einer gegebenen Höhe von der oberen Oberfläche der Bodenplatte 21 der Basis 14 befestigt ist. Die Sensorbefestigung 59 erstreckt sich lateral von der äußeren Hülle 55 des Batteriegehäuses 42 und hält den Wasserschadensensor 122 auf derselben Höhe, wie die untere Platte 55a des Batteriegehäuses 42. Der Wasserschadensensor 122 ist als ein Untertaucherfassungssensor tätig, um zu erfassen, ob die Batterieeinheit 10 im Wasser untergetaucht worden ist oder nicht.
Isolationsabdeckung 43
Die Isolationsabdeckung 43 weist, wie in 11 dargestellt, eine Mehrzahl von (zehn in dieser Ausführungsform) Öffnungen 67 auf, die darin in Flucht mit den positiven Anschlüssen 51 und den negativen Anschlüssen 52 der Zellen 41 ausgebildet sind. Wenn die Isolationsabdeckung 43 an dem Batteriegehäuse 42 angebracht ist, ist jeder der positiven und negativen Anschlüsse 51 und 52 der Zellen 41 in eine der Öffnungen 67 gesteckt. Sammelschienen 61 bis 66 sind, wie in 12 dargestellt, in die Isolationsabdeckung 43 eingepasst, dass diese die Öffnungen 67 schließen. Die Sammelschienen 61 bis 66 werden als Elektrodenverbinder verwendet, welche jeweils die positiven Anschlüsse 51 und die negativen Anschlüsse 52 der Zellen 41 in Serie koppeln. 12 zeigt die Sammelschienen 61 bis 66, welche in die Isolationsabdeckung 43 eingepasst sind.
Vier der sechs Sammelschienen 61 bis 66, d. h., die Sammelschienen 62 bis 65, koppeln den positiven Anschluss 51 von einer von jeder der benachbarten zwei der Zellen 41, welche vertikal oder horizontal angeordnet sind, mit dem negativen Anschluss 52 der anderen Zelle 41. Insbesondere koppelt jede der Sammelschienen 62 und 64 den positiven Anschluss 51 von einer der vertikal angeordneten zwei der Zellen 41 mit den negativen Anschlüssen 52 der anderen Zelle 41. Jede der (Sammelschienen) 63 und 65 koppelt den positiven Anschluss 51 von einer der lateral angeordneten zwei Zellen 41 mit dem negativen Anschluss 52 der anderen Zelle 41.
Die Sammelschiene 61 wird als ein Verbinder verwendet, um eine elektrische Verbindung eines positiven Anschlusses der Baugruppe von all den Zellen 41, welche in Serie verbunden sind, mit der Steuerplatine 12 zu etablieren. In ähnlicher Weise wird die Sammelschiene 66 als ein Verbinder verwendet, um einen negativen Anschluss der Baugruppe von all den Zellen 41 mit Masse zu verbinden. Insbesondere ist die Sammelschiene 61 mit dem positiven Anschluss 51 von einer der äußeren zwei der in Serie verbundenen Zellen 41 vereinigt bzw. verbunden und weist Anschlüsse 61x auf, welche sich zur elektrischen Verbindung mit der Steuerplatine 12 von einem Ende davon weit entfernt von der Verbindung zu dem positiven Anschluss 51 erstrecken. Die Anschlüsse 61x erstrecken sich von der Sammelschiene 61 in einer Aufwärtsrichtung des montierten Batteriemoduls 11. Die Sammelschiene 66 ist mit dem negativen Anschluss 52 der äußeren der in Serie verbundenen Zellen 41 verbunden und weist einen Anschluss 66x auf, der sich zur elektrischen Verbindung mit Masse (d. h., mit dem Körper des Fahrzeugs) von einem Ende davon weit entfernt von der Verbindung des negativen Anschlusses 52 erstreckt.
Die Sammelschienen 61 bis 66 weisen jeweilige Spannungserfassungsanschlüsse 61a bis 66a auf, die integral ausgebildet sind. Die Spannungserfassungsanschlüsse 61a bis 66a erstrecken sich von den Zellen 41 weg.
Die Isolationsabdeckung 43 weist, wie in 12 dargestellt, ebenso eine Mehrzahl von (fünf in dieser Ausführungsform) Öffnungen 68 auf, von denen jede einem der Gasablassventile 53 der Zellen 41 gegenüberliegt. Die Isolationsabdeckung 43 weist rechteckige Aussparungen 69 auf, wobei eine für jede der Zellengruppen G1 und G2 vorgesehen ist. Die Aussparungen 69 sind in einem äußeren Ende der Isolationsabdeckung 43 ausgebildet und umgeben, so wie dies in 12 zu sehen ist, die Öffnungen 68. Dichtungen und Abdichtungen 71 und 72 sind jeweils in die Aussparungen 69 eingepasst. Die Dichtungen 71 und 72 weisen insgesamt fünf Öffnungen 73 auf. Wenn die Dichtungen 71 und 72 in die Aussparungen 69 der Isolationsabdeckung 43 eingepasst sind, fallen die Öffnungen 73 mit den Öffnungen 68 der Isolationsabdeckung 43 zusammen.
Die Isolationsabdeckung 43 ist aus einem elektrisch isolierenden Material oder synthetischem Harz, wie z. B. Polypropylenharz oder Polypropylenharz mit Füllern oder Talkum, hergestellt. Die Isolationsabdeckung 43 kann aus einem wärmewiderstandsfähigen oder wärmeisolierenden synthetischen Harz hergestellt sein.
Das Zusammenbauen des Batteriegehäuses 42 und der Isolationsabdeckung 43 wird unter Verwendung einer Mehrzahl von Befestigungselementen oder Clips 75 getätigt. Genauer gesagt weisen sowohl das Batteriegehäuse 42 als auch die Isolationsabdeckung 43 Vorsprünge auf. Jeder der Clips 75 hält oder greift die Vorsprünge des Batteriegehäuses 42 und der Isolationsabdeckung 43, um diese fest miteinander zu verbinden.
Abluftkanal 44
Die Struktur des Abluftkanals 44 wird nachstehend beschrieben werden. 16 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Abluftkanals 44.
Der Abluftkanal 44 ist mit einer Sammelkammer zum Sammeln von Gas oder Elektrolytlösung, welche von den Zellen 41 ausgestoßen werden, wenn die Gasablassventile 53 geöffnet werden, ausgestattet. Genauer gesagt, beinhaltet der Abluftkanal 44 einen ersten Körper 81 und einen zweiten Körper 82, um die Sammelkammer zu definieren. Der erste Körper 81 ist näher als der zweite Körper 81 an den Zellen 41 angeordnet. Jeder der ersten und zweiten Körper 81 bis 82 ist aus einem wärmeresistenten Material hergestellt, welches heißem Gas oder Elektrolytlösungen widersteht, das aus den Gasblassventilen 53 herausfließt, wenn der Druck in den Zellen 41 die obere Grenze überschreitet. Beispielsweise ist jeder der ersten und zweiten Körper 81 und 82 aus Polyphenylensulfid (PPS), Polybutylenterephtalat (PBT) oder Harz, dem ein Flammhemmmittel beigefügt wurde, hergestellt. Der Abluftkanal 44 ist vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden synthetischen Harz hergestellt.
Einer oder beide der ersten und zweiten Körper 81 und 82 haben eine Aussparung darin ausgebildet, welche die Sammelkammer definiert. Beispielsweise weist der erste Körper 81, wie in 16 dargestellt, eine Aussparung 81b auf, die in einem Hauptkörper 81a ausgebildet ist. Die ersten und zweiten Körper 81 und 82 sind aneinander angebracht, um die Sammelkammer in der Aussparung 81b zu definieren. Eine wärmewiderstandsfähige Dichtung ist in einer Verbindung der ersten und zweiten Körper 81 und 82 angeordnet.
Der erste Körper 81 weist eine integral daran ausgebildete Gasauslassöffnung 83 auf, welche zu der Sammelkammer in dem Abluftkanal 44 führt. Die Gasauslassöffnung 83 ist derart tätig, dass diese das Gas oder die Elektrolytlösung, welche in der Sammelkammer des Abluftkanals 44 eingefangen wurde, nach außerhalb der Batterieeinheit 10 emittiert.
Der erste Körper 81 weist fünf darin ausgebildete Öffnungen 85 in Übereinstimmung mit den Gasablassventilen 53 von all den Zellen 41 auf. Wenn der Abluftkanal 44 an der Isolationsabdeckung 43 befestigt ist, sind die Gasablassventile 53 gegenüber den Öffnungen 85 des ersten Körpers 81 durch die Öffnungen 68 und 73 der Isolationsabdeckung 43 und den Abdichtungen 71 und 72 freigestellt. Die Abdichtungen 71 und 72 dienen jede als eine Dichtung, um eine Leckage von Gas oder Flüssigkeit aus dem montierten Batteriemodul 11 zu vermeiden.
Die Sammelkammer (d. h., die Aussparung 81b) des Abluftkanals 44 weist eine Fläche auf, die groß genug ist, um all die Gasablassventile 53 der Zellen 41 zu okkupieren. Die Hauptkörper 81a und 82a sind alle in der Form einer Platte ausgebildet und decken einige der Sammelschienen 61 bis 66 (d. h., die Sammelschienen 63, 64 und 65) ab, während die anderen Sammelschienen (d. h., die Sammelschienen 61, 62 und 66) nicht mit den Hauptkörpern 81a und 82a abgedeckt sind. Der erste Körper 81 weist eine Mehrzahl von Extensionsstreifen 87 auf, die sich von dem Hauptkörper 81a derart erstrecken, dass diese die Sammelschienen 61, 62 und 66 schließen oder abdecken. Die Extensionsstreifen 87 decken die Sammelschienen 61 und 66 nicht vollständig ab. Genauer gesagt, sind die Anschlüsse 61x, die mit der Steuerplatine 12 verbunden werden sollen, und der Anschluss 66x, der mit Masse verbunden werden soll, außerhalb der Extensionsstreifen 87 freigestellt.
Die Extensionsstreifen 87 funktionieren als Schutzelemente, um die Sammelschienen 61, 62 und 66 vor physischem Einfluss zu schützen. Beispielsweise sind die Extensionsstreifen 87 derart tätig, dass diese Treffer bzw. Stöße von Werkzeugen oder von Teilen des montierten Batteriemoduls 11 während des Zusammenbaus der montierten Batterie 11 vermeiden.
Die Isolationsabdeckung 43 weist, wie in 12 dargestellt, eine Mehrzahl von (vier in dieser Ausführungsform) Verbindungsstangen 91 auf. Der Abluftkanal 44 weist eine Mehrzahl von verbindenden Vorsprüngen 92 mit Durchgangslöchern auf. Die Verbindungsstangen 91 erstrecken sich weg von den Zellen 41 und weisen externe Schraubengewinde auf, welche an den Spitzen davon ausgebildet sind. Das Verbinden des Abluftkanals 44 mit der Isolationsabdeckung 43 wird durch das Einfügen der Verbindungsstangen 91 durch die verbindenden Vorsprünge 92 und das Festziehen von Mutter 93 auf den externen Schraubengewinden bzw. den Außengewinden der Verbindungsstangen 91 erreicht.
Der Abluftkanal 44 ist mit Spannungsausgangspfäden ausgestattet, eine für jede der Sammelschienen 61 bis 66, durch welche die jeweiligen Anschlussspannungen, so wie diese von die Zellen 41 entwickelt werden, an die Steuerplatine 12 übertragen werden. Genauer gesagt, weist der zweite Körper 82, wie in 7 dargestellt, metallische Leiter 101 bis 106 auf, die darin spritzgegossen bzw. einfügegegossen sind. Die metallischen Leiter 101 bis 106 definieren Spannungsausgangspfade, um die Anschlussspannungen, so wie diese jeweils bei den Spannungsanschlüssen 61a bis 66a der Sammelschienen 61 bis 66 aufgegriffen werden, zu der Steuerplatine 12 zu übertragen. Jeder der metallischen Leiter 101 bis 106 ist aus einem flachen Streifen hergestellt, welcher in seinem transversalen Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist und durch das Stanzen einer hochgradig leitfähigen Kupferplatte ausgebildet werden kann.
Die metallischen Leiter 101 bis 106 sind mit elektrodenseitigen Verbindungsanschlüssen 101a bis 106a an Enden davon ausgestattet. Die Verbindungsanschlüsse 101a bis 106a sind jeweils mit den Sammelschienen 61 bis 66 gekoppelt. Die Verbindungsanschlüsse 101a bis 106a sind separat gemäß einem Layout der Spannungsanschlüsse 61a bis 66a angeordnet. Genauer gesagt, ist der Verbindungsanschluss 101a fluchtend mit dem Spannungsanschluss 61a platziert. Der Verbindungsanschluss 102a ist fluchtend mit dem Spannungsanschluss 62a platziert. Der Verbindungsanschluss 103a ist fluchtend mit dem Spannungsanschluss 63a platziert. Der Verbindungsanschluss 104a ist fluchtend mit dem Spannungsanschluss 64a platziert. Der Verbindungsanschluss 105a ist fluchtend mit dem Spannungsanschluss 65a platziert. Der Verbindungsanschluss 106a ist fluchtend mit dem Spannungsanschluss 66a platziert.
Die Verbindungsanschlüsse 101a bis 106a erstrecken sich von dem zweiten Körper 82 nach außen und haben Löcher, durch welche die Spannungsanschlüsse 61a bis 66a hindurchtreten, um elektrische Verbindungen mit den Verbindungsanschlüssen 101a bis 106a herzustellen. Das Verbinden zwischen den Spannungsanschlüssen 61a und 66a und den Verbindungsanschlüssen 101a bis 106a kann durch Löten, Schweißen, Bonden oder Verwenden von Schrauben hergestellt werden.
Die metallischen Leiter 101 bis 106 beinhalten so viele steuerplatinenseitige Verbindungsanschlüsse 107, wie die metallischen Leiter 101 bis 106. Jeder der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 ist aus einer metallischen Stange bzw. Schiene hergestellt, welche in ihrem Querschnitt rechteckförmig oder rund ist. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 werden im Wesentlichen parallel in einem Anschlusshalter 88 gehalten, der an einem oberen Ende des zweiten Körpers 82 ausgebildet ist. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 sind in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet (zwei Reihen in dieser Ausführungsform), wobei jede davon beispielsweise aus dreien davon besteht. Jeder der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 erstreckt sich vertikal nach oben und weist ein oberes Ende auf, das mit der Steuerplatine 12 gekoppelt ist. Jeder der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 ist aus einem elastischen verformbaren Material hergestellt, und weist, wie in den 19(a) und 19(b) zu sehen ist, eine U-förmige Krümmung 107a auf, welche durch einen Abschnitt einer Länge davon ausgebildet ist, und sich verformen wird, wenn dieser einem mechanischen Einfluss unterworfen wird. Die Krümmung 107a wird später im Detail beschrieben werden.
Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 werden vorzugsweise jeweils mit den metallischen Leitern 101 bis 106 verbunden. Solche Verbindungen werden vorzugsweise durch das Verwenden von Schweißen oder mechanischen Klemmtechniken erzielt. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 können alternativ jeweils integral mit den mechanischen Leitern 101 bis 106 ausgebildet sein.
Steuerplatine 12
Die Steuerplatine 12 wird nachstehend beschrieben werden. 18 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Steuerplatine 12 und dessen zugehörige Teile darstellt. Die Steuerplatine 12 ist, wie vorstehend beschrieben, in einer Batterieeinheit 10 installiert (siehe 2, 3 und 6).
Die Steuerplatine 12 ist, wie der Zeichnung entnommen werden kann, aus einer Leiterplatte hergestellt, welche eine U-Form aufweist (d. h., diese ist in ihrer Form polygonal). Die Steuerplatine 12 weist eine Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen auf, welche auf einer Hauptoberfläche davon befestigt sind, und ist mit einem elektrischen Verbinder 18 ausgestattet, der an dieser befestigt ist. Genauer gesagt, ist die Steuerplatine 12 mit einer CPU (d. h., einer arithmetischen Vorrichtung) ausgestattet, welche als Controller tätig ist, um eine gegebene Steueraufgabe bzw. einen Steuertask durchzuführen, um das Laden oder Entladen des montierten Batteriemoduls 11 und die vorstehend beschriebenen Leistungsvorrichtungen P zu steuern. Die Steuerplatine 12 weist zwei Bereiche auf: einen Überlappungsbereich, welcher derart gelegen ist, dass dieser vertikal mit dem montierten Batteriemodul überlappt, d. h., dieser ist just oberhalb des montierten Batteriemoduls 11 in einer Vertikalrichtung davon angeordnet, und ein nicht-überlappender Bereich, welcher nicht übereinstimmend bzw. nicht fluchtend mit dem montierten Batteriemodul 11 in der Vertikalrichtung platziert ist. Die Leistungseinrichtungen P sind in dem nicht-überlappenden Bereich fabriziert. Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ist auf diese Weise, wie in den 3 und 6 dargestellt, derart orientiert, dass dieser dem nicht-überlappenden Bereich der Steuerplatine 12 gegenüberliegt, auf dem die Leistungsvorrichtungen P befestigt sind, wobei dadurch die Freigabe bzw. Abgabe der Wärme, so wie diese durch die Leistungsvorrichtung P erzeugt wird, nach außerhalb des montierten Batteriemoduls 11 durch den Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ermöglicht wird.
Ein Isolationsblatt 111 ist zwischen der platinen-zugewandten Platte 29 des Leistungsvorrichtungswärmeableiters 28 und der Steuerplatine 12 eingefügt, um den Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 und die Steuerplatine 12 voneinander elektrisch zu isolieren (siehe 4 und 5). Die Steuerplatine 12 ist die zu der Bodenplatte 21 entgegengesetzte Seite des montierten Batteriemoduls 11. In anderen Worten, tritt das montierte Batteriemodul 11 zwischen die Steuerplatine 12 und die Bodenplatte 21.
Die Steuerplatine 12 weist darin ausgebildete Durchgangslöcher 112, 113 und 114 auf. Die Anschlüsse 61x der Sammelschiene 61 sind, wie in 6 dargestellt, in die Durchgangslöcher 112 eingepasst. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 sind in die Durchgangslöcher 113 eingepasst. Die Sammelschienen 17a des Anschlussblocks 17 sind in die Durchgangslöcher 114 eingepasst. Diese Anschlüsse sind in die Durchgangslöcher 112, 113 und 114 eingelötet. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 sind in die Durchgangslöcher 113 derart eingepasst, dass diese mit einem Spannungsdetektor elektrisch verbinden, der in der Steuerplatine 12 fabriziert ist.
Die Durchgangslöcher 113 sind in einem Überlappungsbereich der Steuerplatine 12 ausgebildet, welcher vertikal just oberhalb des montierten Batteriemoduls 11 platziert sind. Genauer gesagt beinhaltet das montierte Batteriemodul 11, wie vorstehend beschrieben, die dreifach gestapelte Zellengruppe G1, welche aus einem Stapel von drei der Zellen 41 zusammengestellt ist, und die doppelt gestapelte Zellengruppe G2, welche aus einem Stapel der verbleibenden zwei Zellen 41 zusammengestellt ist. Die Durchgangslöcher 113 sind just oberhalb der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 platziert. Die doppelt gestapelte Zellengruppe G2 ist in der Höhe niedriger als die dreifach gestapelte Zellengruppe G1, um, wie vorstehend beschrieben, die Schulter Z auszubilden, wobei dadurch oberhalb des montierten Batteriemoduls 11 der Raum für die platinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 definiert wird.
In dem Fall, bei dem die Batterie 10 in dem Fahrzeug befestigt ist, erfährt das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 gewöhnlicherweise eine mechanische Vibration oder eine Änderung in der Umgebungstemperatur, so dass diese in ihrer Positionsbeziehung zueinander verändert werden können. Das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 sind jeweils durch die Schrauben N getrennt an der Basis 14 des Gehäuses 16 verbunden. Dies bedeutet, dass das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 durch die Basis 14 fest gehalten werden, jedoch gegenüber einer Änderung in einer Positionsbeziehung dazwischen empfindlich sind, wobei auf diese Weise eine Entfernung oder ein Bruch der Lötstellen an den steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüssen 107 verursacht wird.
Um den vorstehenden Nachteil zu vermeiden, ist jeder der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107, wie vorstehend mit Bezug auf die 19(a) und 19(b) beschrieben, teilweise gekrümmt, um die U- oder C-förmige Krümmung 107a auszubilden, welche sich in eine Richtung beugt, die eine Länge bzw. Längenrichtung davon schneidet. Die Krümmungen 107a von all den steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüssen 107 stehen in die gleiche Richtung hervor. Jeder der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 beinhaltet einen unteren Abschnitt 107a (auch als der basisseitige aufrechte Abschnitt bezeichnet), welcher sich unterhalb der Krümmung 107a befindet, und einen oberen Abschnitt 107c (auch als der oberseitige aufrechte Abschnitt bezeichnet), welcher sich oberhalb der Krümmung 107a befindet. Der untere Abschnitt 107b und der obere Abschnitt 107c erstreckt sich in der Vertikalrichtung der Batterieeinheit 10, in anderen Worten, diese sind in einer zu der Oberfläche der Steuerplatine 12 senkrechten Richtung zueinander geradlinig ausgerichtet.
Jede der Krümmungen 107 beinhaltet, wie aus 19(b) ersichtlich ist, drei bogenförmige Sektionen: einen oberen Bogen 108a, einen unteren Bogen 108b, und einen mittleren Bogen 108c zwischen dem oberen und dem unteren Bogen 108a und 108b. Die oberen und unteren Bögen 108a und 108b beugen sich im Wesentlichen in die gleiche Richtung, während sich der mittlere Bogen 108c in eine Richtung beugt, die entgegengesetzt zu den oberen und unteren Bögen 108a und 108b ist. Jeder der oberen, unteren und mittleren Bögen 108a, 108b und 108c ist vorzugsweise derart entworfen, dass dieser einen Krümmungsradius aufweist, welcher derart ausgewählt ist, dass dieser nicht eine exzessive Konzentration von Belastung verursacht, wenn der steuerplatinenseitige Verbindungsanschluss 107 einer Kompression oder einer (Zug-)Spannung unterworfen wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Krümmungsradius von jedem oberen, unteren und mittleren Bogen 108a, 108b und 108c größer festgelegt als die Dicke (oder der Durchmesser) der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107.
Die oberen, unteren und mittleren Bögen 108a, 108b und 108c sind derart entworfen, dass diese eine Konzentration von Belastung in irgendeiner von diesen vermeiden. Genauer gesagt sind die Krümmungsradien der oberen, unteren und mittleren Bögen 108a, 108b und 108c im Wesentlichen identisch zueinander, wobei dadurch die Konzentration von Biegebelastung in irgendeiner von diesen minimiert wird, wenn die Vibration auf den steuerplatinenseitigen Verbindungsanschluss 107 derart wirkt, dass die Belastung darauf ausgeübt wird. Dies schützt die Steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 davor, dass diese beschädigt werden.
Die Länge L10 von jeder der Krümmungen 107a, d. h., der Abstand zwischen der Spitze der Krümmung 107 und der Oberfläche des oberen Abschnitts 107c (oder der untere Abschnitt 107b des steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlusses 107 in einer Richtung, die senkrecht zu der Länge des steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlusses 107 ist) ist kleiner festgelegt, als der Abstand zwischen zwei benachbarten steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüssen 107 auf der Oberfläche der Steuerplatine 12 und/oder der Oberfläche des Anschlusshalters 88, um eine mechanische Beeinträchtigung bzw. Beeinflussung zwischen den steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüssen 107 zu vermeiden.
Die obere Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11 weist, wie schon mit Bezug auf 2 beschrieben, die Stufe auf, um die Schulter Z zu definieren, welche zwei unterschiedliche Abstände zwischen der Bodenplatte 21 und der oberen Oberfläche erzeugt. Der Raum ist zwischen der Schulter Z (d. h., der untere Bereich der oberen Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11) und der Steuerplatine 12 geschaffen. Die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 sind innerhalb des Raums gelegen. In anderen Worten sind die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 oberhalb der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeordnet, welche in ihrer Höhe niedriger ist, als die dreifach gestapelte Zellengruppe G1.
Die Steuerplatine 12 weist mit dem montierten Batteriemodul 11 in der Vertikalrichtung eine Überlappung auf, jedoch ist das montierte Batteriemodul 11, wie vorstehend beschrieben, derart entworfen, dass dieses eine Kammer zwischen der oberen Oberfläche davon und der unteren Oberfläche der Steuerplatine 12 erzeugt, welche für das Layout der Krümmungen 107a der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 groß genug ist, wobei es den Krümmungen 107a dadurch ermöglich wird, als ein Dämpfer oder Schockabsorber zu dienen, um die Vibration oder den Druck zu absorbieren, welcher auf die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 wirkt. Genauer gesagt, falls die Steuerplatine in der Nähe des montierten Batteriemoduls 11 platziert ist, resultiert dies in einer Schwierigkeit im Auslegen der Krümmungen 107a der dazwischen gelegenen steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107. Um dieses Problem zu entschärfen, ist das montierte Batteriemodul derart entworfen, dass dieses die gestufte obere Oberfläche aufweist, um die Kammer zu erzeugen, welche groß genug ist, um die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 mit den Krümmungen 107a aufzubewahren.
Die Krümmungen 107a der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 funktionieren derart, wie vorstehend beschrieben, dass diese die darauf wirkende Kompressions- oder Zugbelastung absorbieren, welche aus einer Annäherung oder einer Separation resultiert, d. h., aus einer Ortsverschiebung zwischen der Steuerplatine 12 und dem montierten Batteriemodul 11. Die Krümmungen 107a dienen auch einer Ortsverschiebung zwischen der Steuerplatine 12 und dem montierten Batteriemodul 11 in der Horizontalrichtung (d. h., einer Richtung, welche zu der Oberfläche der Steuerplatine 12 parallel ist). Dies minimiert eine ungewünschte Ausübung von mechanischer Last sowohl auf die Steuerplatine 12 als auch auf das montierte Batteriemodul 11.
Die Installation der Steuerplatine 12 in der Batterieeinheit 10 wird durch das Einfügen der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 in die Löcher 113 der Steuerplatine 12 und dann durch das Sichern der Steuerplatine 12 an der Basis 14 erreicht. Falls es Fehler in der Dimensionierung der Bauteile der Steuerplatine 12 oder der Batterieeinheit 10 gibt, führt dies zu der Besorgnis wegen eines Fehlers im Einfügen der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 in die Löcher 13 oder wegen eines exzessiven Ausübens von mechanischer Last auf die steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107. Die Krümmungen 107a der steuerplatinenseitigen Verbindungsanschlüsse 107 dienen jedoch der Eliminierung von derartigen Nachteilen.
Die Steuerplatine 12 ist über elektrische Drähte bzw. Leitungen 121 mit dem Wasserschadensensor 122 gekoppelt. Der Wasserschadensensor 122 überwacht den Eintritt von Wasser in die Batterieeinheit 10 als Indikation für das Untertauchen der Batterieeinheit 10 in Wasser. Der Wasserschadensensor 122 beinhaltet, wie in 18 dargestellt, eine Basisplatte 122a und eine wasserempfindliche Vorrichtung 122b, welche auf der Basisplatte 122a befestigt ist. Die Installation des Wasserschadensensors 122 auf der Sensorbefestigung 59 des Batteriegehäuses 42 wird, wie in 2 klar dargestellt, durch das Befestigen der Basisplatte 122a an der Sensorbefestigung 59 erreicht.
Der Ort bzw. die Platzierung des Wasserschadensensors 122, der auf der Steuerplatine 12 der Batterieeinheit 10 befestigt ist, wird nachstehend beschrieben werden. Der Wasserschadensensor 122 ist an der Sensorbefestigung 59, welche integral mit dem Batteriegehäuse 42 ausgebildet ist, angeordnet, so dass dieser bei einer Höhe bzw. in einer Ebene platziert ist, welche niedriger ist, als das obere Ende der Begrenzungsplatte 23 der aufrechten Wand 22 innerhalb einer Gehäusekammer, welche durch die aufrechte Wand 22 umgeben wird, in anderen Worten ist dieser näher an der Bodenplatte 21 positioniert, als das obere Ende der aufrechten Wand 22. Die Steuerplatine 12 ist an den oberen Enden der zylindrischen Stützen 24 der aufrechten Wand 22 fixiert, so dass diese um eine Ebene höher angeordnet ist, als das obere Ende der Begrenzungsplatte 23, in anderen Worten, weiter weg von der Bodenplatte 21 als von dem oberen Ende der aufrechten Wand 22. Dementsprechend ist der Wasserschadensensor 122 in einer Ebene platziert, welche niedriger ist, als eine obere Grenze, bei der es Wasser erlaubt ist, in der Gehäusekammer aufbewahrt zu werden, welche durch die aufrechte Wand 22 umgeben ist, während die Steuerplatine 12 bei in einer Ebene platziert ist, die höher ist, als die obere Grenze.
Bezugnehmend auf 2 weist die Begrenzungsplatte 23 der aufrechten Wand 22 eine Höhe H1 von der Bodenoberfläche (d. h., einer äußeren Oberfläche des Bodens) der Batterieeinheit 10 auf. Der Wasserschadensensor 122 weist eine Höhe H2 auf. Die Höhe der Steuerplatine 12 weist eine Höhe H3 auf. Die Höhen H1, H2 und H3 haben folgende Beziehungen: H2 < H1 und H3 > H1. Falls das Fahrzeug in Wasser kommt, so dass die Batterieeinheit 10 untergetaucht ist, tritt das Wasser nicht in die Gehäusekammer ein, bis der Pegel des Wassers größer ist, als die Höhe H1 der aufrechten Wand 22. Wenn der Wasserpegel die Höhe H1 überschreitet, wird das Wasser in die Gehäusekammer eintreten, wobei auf diese Weise verursacht wird, dass der Wasserschadensensor 122 einen solchen Event erfasst. Bei dem Zeitpunkt, wenn das Wasser beginnt in die Gehäusekammer einzudringen, ist die Steuerplatine 12 noch nicht in das Wasser eingetaucht, wobei dies der CPU (d. h. dem Controller) auf der Steuerplatine 12 erlaubt, gegebene Tasks bzw. Aufgaben durchzuführen, um beispielsweise das Laden oder Entladen des montierten Batteriemoduls 11 in Reaktion auf einen Ausgang des Wasserschadensensors 122 zu stoppen, bevor die Batterieeinheit 10 aufgrund des Eintauchens der CPU in das Wasser ausfällt.
Die Steuerplatine 12 ist höher als das obere Ende der Begrenzungsplatte 23, so dass ein Freiraum, welcher äquivalent zu einem Unterschied von H3–H1 ist, wie in 2 zu sehen ist, zwischen dem oberen Ende der Begrenzungsplatte 23 und der Steuerplatine 12 geschaffen wird. Dies verursacht, dass das Wasser durch den Freiraum in die Gehäusekammer gelangt. Der Wasserschadensensor 122 erfasst das Eintreten des Wassers in die Gehäusekammer bevor der Pegel des Wassers die Steuerplatine 12 erreicht.
Die Basis 14 und die Abdeckung 15 des Aufbewahrungsgehäuses 16 bilden eine doppelwandige Struktur aus, wie in den 2 und 3 klar dargestellt, in welcher die aufrechte Wand 22 der Basis 14 innerhalb der Seitenwand 36 der Abdeckung 15 platziert ist. Daher, wenn die Batterieeinheit 10 nur leicht feucht gemacht wird oder mit Wasser bespritzt wird, erfasst der Wasserschadensensor 122 nicht den Eintritt des Wassers in die Gehäusekammer, wobei auf diese Weise die Kontinuität des Betriebs des montierten Batteriemoduls 11 sichergestellt wird.
Druckplatte 13
Die Struktur der Druckplatte 13 wird nachstehend beschrieben werden. Die 20(a) und 20(b) stellen die Druckplatte (13) dar. Die Druckplatte 13 ist in der Batterieeinheit 10 in der Art und Weise angeordnet, so wie dies in den 2, 5 und 6 dargestellt ist.
Die Druckplatte 13 ist aus einer hochgradig stabilen metallischen Platte hergestellt, deren Dicke etwa mehrere mm beträgt. Die Druckplatte 13 beinhaltet einen gestuften Streifen 131 und Arme 132, 133, 134 und 135. Der gestufte Streifen 131 weist eine gegebene Läng auf, welche sich in eine Richtung erstreckt, in welche die obere Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11 (d. h., das Batteriegehäuse 42) gestuft ist, in anderen Worten, in welche die dreifach gestapelte Zellengruppe G1 und die doppelt gestapelte Zellengruppe G2 aufgereiht sind. Die Arme 132 bis 135 erstrecken sich lateral von dem gestuften Streifen 131. Die Druckplatte 13 ist gestuft oder konturiert, um konform mit der Kontur der gestuften oberen Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11 zu sein. Genauer gesagt ist der gestufte Streifen 131 aus einem oberen gestuften Abschnitt 131a und einem unteren gestuften Abschnitt 131b zusammengestellt. Ein Ende des oberen gestuften Abschnitts 131a und Ende der Arme 132 bis 135 werden als Befestigungen zum Fixieren der Druckplatte 13 an der Basis 14 verwendet. Genauer gesagt, weist das Ende des oberen gestuften Abschnitts 131a und das Ende der Arme 132 bis 135, wie in 20(a) gezeigt, Löcher auf, durch welche Schrauben hindurchpassen, um die Druckplatte 13 mit der Basis 14 zu verbinden. Das Verbinden der Druckplatte 13 mit der Basis 14 wird durch das Platzieren des Endes des oberen gestuften Abschnitts 131a und der Enden der Arme 132 bis 135 auf den oberen Enden der zylindrischen Säulen 24 der Basis 14 und durch das Festschrauben dieser an der Basis 14 erreicht. Die Druckplatte ist daher in Kontakt mit der aufrechten Wand 22 und den zylindrischen Befestigungen 25 der Basis 14 platziert, welche das montierte Batteriemodul 11 umgibt.
Die Druckplatte 13 ist sowohl als Anschwellbegrenzer als auch als Wärmeableiter entworfen. Der Anschwellbegrenzer ist derart tätig, dass dieser ungewünschtes Anschwellen oder eine Deformation der Zellen 41 des montierten Batteriemoduls 11 beschränkt. Der Wärmeableiter ist derart tätig, dass dieser Wärme, so wie diese durch das montierte Batteriemodul 11 oder die Steuerplatine 12 erzeugt wird, abgibt.
Der Betrieb des Anschwellbegrenzers wird nachstehend beschrieben werden. Der Anschwellbegrenzer wird nicht nur durch die Druckplatte 13, sondern auch durch die Basis 14 und das Batteriegehäuse 42 realisiert. Die folgende Diskussion wird deshalb ebenso auf die Basis 14 und das Batteriegehäuse 42 Bezug nehmen.
Der gestufte Streifen 131 der Druckplatte 13 weist zwei Laschen 136 bzw. zwei Tabs 136 auf, welche sich von einer der entgegengesetzten Oberflächen davon weg wölben oder hervorstehen. Die Tabs 136 sind derart platziert, so dass diese jeweils der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 und der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 gegenüberliegen. Genauer gesagt weist sowohl der obere gestufte Abschnitt 131a als auch der untere gestufte Abschnitt 131b der Druckplatte 13 einen der Tabs 136 auf. Wenn die Druckplatte 13 mit der Basis 14 verbunden wird, sind die Tabs 136 derart orientiert, dass diese in Richtung des montierten Batteriemoduls 11 hervorstehen und flache Stopperoberflächen 137 aufweisen, welche physische Berührungen oder Kontakte mit der Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11 herstellen (d. h., einen sich wölbenden Abschnitt von einer der Oberflächen des montierten Batteriemoduls 11, welches sich auf der entgegengesetzten Seite der Bodenplatte 21 befindet), wenn die Zellen 41 angeschwollen sind. Zusätzlich beinhaltet die Bodenplatte 21 der Basis 14, wie schon in 8(a) beschrieben, die Vorsprünge 32 mit den Stopperoberflächen 33, mit denen das montierte Batteriemodul 11 (d. h., ein sich wölbender Abschnitt von einer der Oberflächen des montierten Batteriemoduls 11, welcher der Bodenplatte 21 gegenüberliegt) physischen Kontakt herstellt, wenn die Zellen 41 angeschwollen sind.
Die Vorsprünge 32 der Bodenplatte 14 werden nachstehend ebenso als erste Vorsprünge oder untere Vorsprünge bezeichnet werden. Die Tabs 136 der Druckplatte 13 werden nachstehend ebenso als zweite Vorsprünge oder obere Vorsprünge bezeichnet werden.
Die oberen Vorsprünge 136 und die unteren Vorsprünge 32 sind, wie in 2 klar dargestellt, vertikal an den entgegengesetzten Seiten des montierten Batteriemoduls 11 platziert, wenn das montierte Batteriemodul 11 und die Druckplatte 13 auf der Basis 14 befestigt sind. Genauer gesagt, sind die unteren Vorsprünge 32 bündig mit einem Abschnitt der unteren Platte 55a des Batteriegehäuses 42, welche der Mitte der unteren Oberflächen der Zellen 41 gegenüberliegt, platziert, während die oberen Vorsprünge 136 bündig mit einem Abschnitt der oberen Platte 55b des Batteriegehäuses 42, welche der Mitte der oberen Oberflächen der Zellen 41 gegenüberliegt, platziert sind.
Wenn keine der Zellen 41 angeschwollen ist, ist die obere Platte 55b des Batteriegehäuses 42, wie in 2 dargestellt, durch einen Luftspalt von den oberen Vorsprüngen 136 der Druckplatte 13 getrennt. Der Luftspalt beträgt beispielsweise 0,3 mm bis 1,0 mm. Die unteren Vorsprünge 32 der Basis 14 sind in direktem Kontakt mit der unteren Platte 55a des Batteriegehäuses 42 platziert.
Die Zellen 41 des montierten Batteriemoduls 11 sind, wie vorstehend beschrieben, in einer Dickenrichtung davon gestapelt. Wenn eine der Zellen 41 anschwillt, wird die Größe eines solchen Anschwellens gewöhnlicherweise bei den Mitten der oberen und unteren Oberflächen der Zelle 41 maximal. Die untere Platte 55a des Batteriegehäuses 42 wird in Berührung mit den unteren Vorsprüngen 32 der Basis 14 gehalten. Es ist der Zelle 41 erlaubt, innerhalb des Luftspalts zwischen der oberen Platte 55b des Batteriegehäuses 42 und den oberen Vorsprüngen 136 der Druckplatte 13 anzuschwellen. Wenn die Größe eines solchen Anschwellens die Größe des Luftspalts überschreitet, wird dies verursachen, dass die obere Platte 55b des Batteriegehäuses 42 die oberen Vorsprünge 136 der Druckplatte 13 berührt. Die Druckplatte 13 ist, wie vorstehend beschrieben, aus einem Material hergestellt, welche einen Grad von Stabilität aufweist, welcher groß genug ist, einer elastischen Verformung davon zu widerstehen, wenn diese einem Druck ausgesetzt ist, der aufgrund des Anschwellens der Zelle 41 auftritt. Die Zelle 41 stoppt daher das Anschwellen, wenn die obere Platte 55b des Batteriegehäuses 42 die oberen Vorsprünge 136 berührt, wobei dadurch ein Übermaß von Anschwellen der Zelle 41 vermieden wird.
Das Intervall zwischen dem Batteriegehäuse 42 und der Druckplatte 13 ändert sich zwischen rund um einem Abschnitt des Batteriegehäuses, welches sich am meisten ausdehnen wird, wenn irgendeine der Zellen 41 in sowohl der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 als auch der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 anschwillt, und einem anderen Abschnitt des Batteriegehäuses 42. Genauer gesagt, wird das Intervall bei den Abschnitten des Batteriegehäuses 42 minimiert, welche sich am meisten ausdehnen werden. In anderen Worten ist die Druckplatte 13 derart geformt, so dass diese einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand, welcher unterschiedlich zu dem ersten Abstand ist, zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte 13 und der oberen Oberfläche des Batteriegehäuses 42 (d. h., der Batteriekörper Y) aufweist. Der erste Abstand ist ein minimales Intervall zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte 13 und einem Bereich der oberen Oberfläche des Batteriegehäuses 42 (d. h., der Batteriekörper Y), welcher einen Abschnitt der Zellen 41, von dem erwartet wird, dass sich dieser am meisten (d. h., ein Mittenbereich der Oberfläche der Zellen 41) in sowohl der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 als auch der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 ausdehnt. Der zweite Abstand ist ein minimales Intervall zwischen der unteren Oberfläche der Druckplatte 13 und einem anderen Bereich der oberen Oberfläche des Batteriegehäuses 42. Der erste Abstand ist derart festgelegt, dass dieser kleiner ist, als der zweite Abstand. Bei dieser Ausführungsform ist die Druckplatte 13, wie vorstehend beschrieben, mit den oberen Vorsprüngen 136 ausgestattet. Daher, wenn irgendeine der Zellen 41 in einer der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 und der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeschwollen ist, wird die flache Oberfläche 137 des Entsprechenden der oberen Vorsprünge 136 die obere Oberfläche des Batteriegehäuses 42 zuerst berühren. Die Oberflächen 33 der unteren Vorsprünge 32 sind gewöhnlicherweise in einem gegebenen Intervall (z. B., 0,3 mm bis 1,0 mm) weg von der unteren Oberfläche des Batteriegehäuses 42 platziert. Wenn irgendeine der Zellen 41 in einer der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 und der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeschwollen ist, stellt die Oberfläche 33 des entsprechenden der unteren Vorsprünge 32 physischen Kontakt mit der unteren Oberfläche des Batteriegehäuses 42 her, um eine Ausdehnung davon zu unterdrücken. Auf diese Art und Weise wird der Betrag, um den sich das Batteriegehäuse 42 ausdehnt, wenn die Zellen 41 anschwellen, beschränkt.
Das Batteriegehäuse 42 weist, wie vorstehend beschrieben, die Trennplatten 56 auf, von denen jede zwischen zwei vertikal benachbarten Zellen 41 zwischengefügt ist. Die Trennplatten 56 isolieren die Zellen 41 physisch voneinander und dienen ebenso als Anschwellbegrenzer, um das Anschwellen der Zellen 41 zu stoppen oder zu begrenzen.
Der Betrieb der Druckplatte 13 als der Wärmeableiter wird nachstehend beschrieben werden. Die Druckplatte 13 erstreckt sich, wie in 2 zu sehen ist, entlang der oberen Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11. Die Druckplatte 13 beinhaltet, wie vorstehend beschrieben, den oberen gestuften Abschnitt 131a und den unteren gestuften Abschnitt 131b. Der untere gestufte Abschnitt 131b ist über die doppelt gestapelte Zellengruppe G2 gelegt und tritt zwischen das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12. Der obere gestufte Abschnitt 131a ist über die dreifach gestapelte Zellengruppe G1 gelegt und erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Steuerplatine 12 auf der gleichen Ebene, wie die Steuerplatine 12. In anderen Worten, erstreckt sich der obere gestufte Abschnitt 131a horizontal fluchtend mit der Steuerplatine 12. Das Ende des oberen gestuften Abschnitts 131a und die Enden der Anne 132 bis 135 werden an die oberen Enden der zylindrischen Säulen 24 der Basis 14 geschraubt. Dies verursacht, dass die Wärme, so wie diese durch das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 erzeugt wird, zu der aufrechten Wand 22 der Basis 14 durch die Druckplatte 13 entweicht. Die Druckplatte 13 bildet zusammen mit der aufrechten Wand 22 einen Wärmeabgabepfad aus und dient als Wärmeableiter, um die Wärme nach außen abzugeben.
Die Wärme, so wie diese zu der aufrechten Wand 22 durch die Druckplatte 13 übertragen wird, verläuft ferner zu der Bodenplatte 21 und verschwindet in die Luft durch die Rippen 27 der Bodenplatte 21 und ebenso zu dem Körper des Fahrzeugs durch die Bodenplatte 21.
Wie vorstehend beschrieben ist die Druckplatte 13, welche als Wärmeableiter dient, zwischen dem montierten Batteriemodul 11 und der Steuerplatine 12 angeordnet, wobei dadurch gegenseitige negative Wärmeeffekte auf das montierte Batteriemodul 11 und die Steuerplatine 12 minimiert werden.
Wärmesteuerungsstruktur in dem Aufbewahrungsgehäuse 16
Die Zellen 41 und die Leistungsvorrichtungen P werden als Wärmequellen betrachtet, die in ihrem Betrag an Wärme bedeutender sind, welche in Komponententeilen der Batterieeinheit 10 abgegeben wird. Die Batterieeinheit 10 in dieser Ausführungsform ist derart entworfen, dass diese negative bzw. ungünstige thermische Effekte von den Zellen 41 auf die Leistungsvorrichtungen P oder vice versa minimiert, und wird nachstehend im Detail beschrieben werden.
Die Steuerplatine 12, wie in 2 dargestellt, beinhaltet eine erste Platinensektion X1, welche einen Überlappungsbereich aufweist, der derart gelegen ist, dass dieser mit den montierten Batteriemodul 11 vertikal überlappt, d. h., dieser ist just oberhalb des montierten Batteriemoduls 11 in der Vertikalrichtung davon angeordnet, und einen zweiten Platinenabschnitt X1, welcher einen nicht-überlappenden Bereich aufweist, der in der Vertikalrichtung nicht zusammenfallend mit dem montierten Batteriemodul 11 platziert ist. Die Leistungsvorrichtungen P sind auf die zweite Platinensektion X2 fabriziert. Die Leistungsvorrichtungen P sind nicht oberhalb der Zellen 41 in der Vertikalrichtung der Batterieeinheit 1 angeordnet, sondern außerhalb der vertikalen Überlappung mit den Zellen 41 platziert, in anderen Worten, diese sind lateral getrennt von den Zellen 41 angeordnet.
Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ist an einer unteren Oberfläche der zweiten Platinensektion X2 angeordnet, welche einer oberen Oberfläche davon entgegengesetzt ist, auf welcher die Leistungsvorrichtungen P befestigt sind. Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ist benachbart zu dem montierten Batteriemodul 11 in einer Längenrichtung (d. h. einer Lateralrichtung in 3) der Steuerplatine 12 platziert. Genauer gesagt ist das montierte Batteriemodul 11 innerhalb des Aufbewahrungsgehäuses 16 derart orientiert, dass die Isolationsabdeckung 43 und der Abluftkanal 44 dem Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 gegenüberliegen.
Die Wärme, so wie diese durch die Zellen 41 erzeugt wird, wird direkt zu der Bodenplatte 21 der Basis 14 und ebenso zu der Bodenplatte 21 durch die Druckplatte 13 und die aufrechte Wand 22 übertragen, und dann außerhalb der Batterieeinheit 10 abgegeben. Die Wärme, so wie diese durch die Leistungsvorrichtungen P erzeugt wird, wird durch den Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 außerhalb der Batterieeinheit 10 abgegeben. Genauer gesagt, gibt es zwei getrennte Wärmeableitungspfade, also einen für das Set von Zellen 41 und einen für das Set an Leistungsvorrichtungen P. Die Leistungsvorrichtungen P sind auf der Steuerplatine 12 derart gelegen, dass diese nicht mit dem montierten Batteriemodul 11 überlappen. Dies minimiert gegenseitige ungünstige thermische Effekte auf die Zellen 41 und die Leistungsvorrichtungen P.
Die Isolationsabdeckung 43 und der Abluftkanal 44 sind an dem Ende des montierten Batteriemoduls 11 angeordnet, welches zu den Leistungsvorrichtungen P näher ist. In anderen Worten sind die synthetische harz-hergestellte Isolationsabdeckung 43 und der Abluftkanal 44 zwischen das Set von Zellen 41 und den Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 zwischengefügt. Die Isolationsabdeckung 43 und der Abluftkanal 44 dienen als Wärmeschild, um eine Übertragung von Wärme zwischen den Zellen 41 und den Leistungsvorrichtungen P zu blocken. Genauer gesagt, wird die Übertragung von Wärme, so wie diese durch die Zellen 41 erzeugt wird, zu den Leistungsvorrichtungen P minimiert, während die Übertragung von Wärme, so wie diese durch die Leistungsvorrichtung P erzeugt wird, zu den Zellen 41 minimiert wird. Dies mildert gegenseitige ungünstige thermische Effekte auf die Zellen 41 und die Leistungsvorrichtungen P.
Die Wärme, so wie diese durch das montierte Batteriemodul 11 erzeugt wird, wird ebenso zu dem Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 übertragen. Der Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 ist mit den Finnen 30 ausgestattet, welche sich, wie in den 5 und 8 dargestellt, weg von dem montierten Batteriemodul 11 erstrecken. Jede der Finnen 30 weist eine laterale Randfläche und eine untere Randfläche auf. Die lateralen Randflächen der Finnen 30 sind bündig mit der aufrechten Wand 22 gelegen, während die unteren Randflächen der Finnen 30 bündig mit der unteren Oberfläche der Bodenplatte 21 der Basis 14 gelegen sind. Die lateralen Randflächen sind zueinander getrennt. In ähnlicher Weise sind die unteren Randflächen zueinander getrennt. Die Wärme, so wie diese von dem montierten Batteriemodul 11 zu dem Leistungsvorrichtungswärmeableiter 28 übertragen wird, überträgt sich von einem Abschnitt von jedem der Finnen 30, welcher näher zu dem montierten Batteriemodul 11 ist, zu einem Abschnitt von jeder der Finnen 30, welcher von dem montierten Batteriemodul 11 weiter weg ist, und wird dann außerhalb der Batterieeinheit 10 abgegeben. Die Finnen 30 sind, wie vorstehend beschrieben, mit der Basis 14 bei den Abschnitten verbunden, welche sich näher an dem montierten Batteriemodul 11 befinden, und sind an den Abschnitten, welche sich von dem montierten Batteriemodul weiter weg befinden, gegenüber der Luft freigestellt, wobei dadurch die Effekte der Abgabe von Wärme an die Luft verbessert werden.
Elektrische Struktur des Leistungsversorgungssystems des Fahrzeugs
Die elektrische Struktur des In-Fahrzeug-Leistungsversorgungssystems wird nachstehend mit Bezug auf 21 beschrieben werden. Das montierte Batteriemodul 11 der Batterieeinheit 10 ist, wie vorstehend beschrieben, mit fünf Zellen 41 ausgestattet, welche in Serie verbunden sind. Jede der Zellen 41 ist an den positiven und negativen Anschlüssen davon über Drähte 151 mit einem Controller 152 verbunden. Der Controller 152 wird durch eine CPU (d. h., eine arithmetische Vorrichtung) verwirklicht, die derart tätig ist, dass diese einen gegebenen Steuertask bzw. eine gegebene Steueraufgabe durchführt, um den Lade- oder Entladebetrieb des montierten Batteriemodus 11 zu steuern. Der Controller 152 ist auf der Steuerplatine 12 befestigt. Die Sammelschienen 61 bis 66, wie in 12 dargestellt, sind mit den positiven und negativen Anschlüssen der Zellen 41 verbunden. Die Drähte 151 werden durch die metallischen Leiter 101 bis 106 verwirklicht, wie in 17 dargestellt.
Die Batterieeinheit 10 ist mit den verbindenden Anschlüssen 153 und 154 ausgestattet, welche durch einen Draht 155 miteinander gekoppelt sind. Das montierte Batteriemodul 11 ist mit einem Draht 156 verbunden, welcher von dem Draht 155 divergiert. Ein Schalter 157 ist in dem Draht 155 angeordnet. Ein Schalter 158 ist in dem Draht 156 angeordnet. Jeder der Schalter 157 und 158 funktioniert als eine Leistungssteuerschaltvorrichtung, welche beispielsweise aus einem Leistungs-MOSFET besteht. Die Schalter 157 und 158 entsprechen den Leistungsvorrichtungen P, wie in 6 dargestellt. Der Wasserschadensensor 122 ist mit dem Controller 152 verbunden.
Das Leistungsversorgungssystem beinhaltet zusätzlich zu der Batterieeinheit 10 eine Bleispeicherbatterie 161. Die Bleispeicherbatterie 161 ist mit dem verbindenden Anschluss 153 der Batterieeinheit 10 gekoppelt. Die Batterieeinheit 10 und die Bleispeicherbatterie 161 werden durch einen elektrischen Generator (auch Lichtmaschine bezeichnet) 162 geladen, welcher in dem Fahrzeug installiert ist. Das Fahrzeug ist ebenso mit einem Starter 163 als eine elektrische Last ausgestattet, welchem von der Bleispeicherbatterie 161 elektrische Leistung zugeführt wird, um eine interne Verbrennungsmaschine, welche in dem Fahrzeug angebracht ist, zu starten. Mit der Batterie 10 ist eine elektrische Last 164, wie z. B. ein Audiosystem oder ein Navigationssystem, das in dem Fahrzeug angebracht ist, über den verbindenden Anschluss 154 gekoppelt. Die Batterieeinheit 10 führt der elektrischen Last 164 elektrische Leistung zu.
Der An/Aus-Betrieb des Schalters 157, der durch den Controller 152 gesteuert wird, wird kurz beschrieben werden. Der Schalter 157 wird in Abhängigkeit zu einem Zustand der Ladung bzw. einem Ladezustand (d. h. ein verfügbarer Betrag von elektrischer Energie) in dem montierten Batteriemodul 11 geöffnet oder geschlossen. Genauer gesagt, wenn der Ladezustand in dem montierten Batteriemodul 11 größer oder gleich einem gegebenen Wert K1 ist, schaltet der Controller 152 den Schalter 157 aus, um den verbindenden Anschluss 153 und das montierte Batteriemodul 11 zu trennen. Alternativ, wenn der Ladezustand in dem montierten Batteriemodul 11 unter den gegebenen Wert K1 gefallen ist, schaltet der Controller 152 den Schalter 157 an, um den Verbindungsanschluss 153 und das montierte Batteriemodul 11 zu verbinden, um das montierte Batteriemodul 11 durch den Generator 162 zu laden.
Wenn es erforderlich ist, die Maschine unter Verwendung des Starters 163 zu starten, und der Ladezustand der Bleispeicherbatterie 161 größer oder gleich einem gegebenen Wert K2 ist, schaltet der Controller 152 den Schalter 157 aus, um dem Starter 163 elektrische Leistung von der Bleispeicherbatterie 161 zuzuführen. Alternativ, wenn der Ladezustand in der Bleispeicherbatterie 161 geringer ist, als der gegebene Wert K2, schaltet der Controller 152 den Schalter 157 an, um dem Starter 163 elektrische Leistung von dem montierten Batteriemodul 11 zuzuführen.
Das Fahrzeug, in dem das Leistungsversorgungssystem angebracht ist, ist mit einem automatischen Leerlauf-Stopp-System ausgestattet (auch automatisches Maschinenstart/neustartsystem genannt), welches derart tätig ist, dass dieses die Maschine automatisch stoppt, wenn sich ein Zündschlüssel in dem An-Zustand befindet. Wenn eine gegebene automatische Maschinenstoppbedingung erfüllt ist, stoppt eine ECU (d. h., eine Leerlaufstopp-ECU), welche in dem Fahrzeug angebracht ist, die Maschine automatisch. Wenn eine gegebene automatische Maschinenneustartbedingung erfüllt ist, nachdem die Maschine gestoppt hat, startet die ECU die Maschine unter Verwendung des Starters 163 neu. Die automatische Maschinenstoppbedingung ist beispielsweise eine Bedingung, bei der ein Beschleuniger bzw. ein Gaspedal des Fahrzeugs ausgeschaltet oder freigegeben worden ist, eine Bremse des Fahrzeugs angeschaltet oder angewandt worden ist, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs niedriger ist, als ein gegebener Wert. Die automatische Maschinenneustartbedingung ist beispielsweise eine Bedingung, bei der der das Gas betätigt wurde und die Bremse ausgeschaltet wurde.
Installation der Batterieeinheit 10.
Die Batterieeinheit 10 ist auf einem Boden des Fahrzeugs angebracht, welcher ein Passagierabteil definiert. Genauer gesagt, ist die Bodenplatte 21 der Basis 14 horizontal unter den Frontsitzen es Fahrzeugs angeordnet. Die Batterieeinheit 10 befindet sich in dem Passagierabteil des Fahrzeugs, so dass im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Batterie 10 innerhalb eines Maschinenabteils des Fahrzeugs befestigt ist, eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Batterieeinheit 10 mit Wasser oder Matsch bespritzt wird. Die Batterieeinheit 10 kann alternativ an anderer Stelle als unter den Frontsitzen platziert sein, beispielsweise in einem Raum zwischen den Rücksitzen und einem rückwärtigen Kofferraumabteil.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform offeriert die folgenden Vorteile.
Die Batterieeinheit 10 ist mit der Druckplatte 13 ausgestattet, welche als Anschwellbegrenzer dient. Die Druckplatte 13 ist nicht-berührend mit dem Batteriegehäuse 42 platziert, bevor die Zellen 41 anschwellen, und stellt einen physischen Kontakt mit dem Batteriegehäuse 42 her, wenn irgendeine der Zellen 41 angeschwollen ist, wobei dadurch das Anschwellen der Zellen 41 stabil unterdrückt wird. Daher, bevor die Zellen 41 anschwellen, übt die Druckplatte 13 keine ungewünschte mechanische Last auf die Zellen 41 aus, um die Zellen 41 gegenüber unerwünschten Effekten von Wärme oder Vibration freizuhalten. Wenn irgendeine der Zellen 41 angeschwollen ist, berührt das Batteriegehäuse 42 die Druckplatte 13, wobei dadurch das Anschwellen der Zellen 41 begrenzt wird. Auf diese Weise ist die Druckplatte 13 tätig, so dass diese die ungewünschte Verformung der Zellen 41 ohne das Erhöhen von ungünstigen Effekten von externen Faktoren auf die Zellen 41 unterdrückt.
Die Batterieeinheit 10 ist derart entworfen, dass diese in dem Fahrzeug angebracht wird, und auf diese Weise wird es erwartet, dass diese großen oder kleinen physischen Vibrationen unterworfen ist, wenn das Fahrzeug fährt. Die Druckplatte 13, wie vorstehend beschrieben, dient der Milderung von ungünstigen Effekten von Vibrationen auf die Zelle 41.
Falls die Druckplatte 13 mit einer konstanten Berührung mit dem Batteriegehäuse 42 platziert wird, kann es ein Risiko des Ausübens von Belastung auf die Zellen 41 geben, welches aufgrund von Fehlern in der Dimensionierung des Batteriegehäuses 42, etc. auftritt. Um ein solches Problem zu eliminieren, ist die Druckplatte 13 derart entworfen, dass diese von dem Batteriegehäuse 42 über einen Luftspalt getrennt ist.
Die Druckplatte 13 ist aus einem Material mit einer hohen Steifigkeit hergestellt, welches sich nicht elastisch deformiert, wenn diese einem mechanischen Druck unterworfen ist, welcher durch das Anschwellen der Zellen 41 erzeugt wird. Die Druckplatte 13 wird durch die Schrauben N mit der aufrechten Wand 22 der Basis 14 verbunden. Diese Struktur dient der Unterdrückung des Anschwellens der Zellen 41 auf der entgegengesetzten Seite der Bodenplatte 21 der Basis 14.
Die Druckplatte 13 ist, wie vorstehend beschrieben, mit oberen Vorsprüngen 136 ausgestattet, welche sich in Richtung des montierten Batteriemoduls 11 wölben und welche einen Kontakt mit der Oberfläche des Batteriegehäuses 42 des montierten Batteriemoduls 11 herstellen werden, wenn die Zellen 41 angeschwollen sind. Die oberen Vorsprünge 136 der Druckplatte 13 sind derart platziert, dass der minimale Abstand (d. h. der erste Abstand) zwischen jeder der oberen Vorsprünge 136 und einem gegebenen Bereich der äußeren Oberfläche des Batteriegehäuses 42, d. h., einem Abschnitt des Batteriegehäuses 42, welcher sich am meisten ausdehnen wird, wenn irgendeine der Zellen 41 in sowohl der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 als auch der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeschwollen ist, kleiner ist, als diejenige (d. h., der zweite Abstand) zwischen einem anderen Bereich der Druckplatte 13 und einem anderen Bereich der äußeren Oberfläche des Batteriegehäuses 42. Daher, wenn irgendeine der Zellen 41 in sowohl der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 als auch der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeschwollen ist, wird ein entsprechender der oberen Vorsprünge 136 zuerst die obere Oberfläche des Batteriegehäuses 42 berühren, um (gegen) die größte Ausdehnung des Abschnittes des Batteriegehäuses 42 zu drücken.
Die Bodenplatte 21 der Basis 14, wie schon in 8(a) beschrieben, beinhaltet die unteren Vorsprünge 32, von denen sich jede in Richtung des montierten Batteriemoduls 11 in einem Intervall weg davon wölbt, und so platziert ist, dass diese Kontakt mit einem Abschnitt des montierten Batteriemoduls 11 herstellt, welcher mit einem Abschnitt von jeder der Zellen 41, welcher sich am meisten ausdehnen wird, in sowohl der dreifach gestapelten Zellengruppe G1 als auch der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 ausgerichtet ist. Daher, wenn irgendeine der Zellen 41 in einem der dreifach gestapelten Zellengruppen G1 und der doppelt gestapelten Zellengruppe G2 angeschwollen ist, wird ein entsprechender der unteren Vorsprünge 32 stabil in Berührung mit der unteren Oberfläche des montierten Batteriemoduls 11 gehalten, um das Anschwellen der Zellen 41 zu unterdrücken.
Modifikationen der vorstehenden Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben werden.
22 ist eine vertikale Schnittansicht, welche ein Batteriegehäuse 171 zeigt, das eine Modifikation des Batteriegehäuses 42 des montierten Batteriemoduls 11 ist. Die gleichen Bezugszeichen, sowie diese in 14 verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile, und eine detaillierte Erläuterung davon wird hier weggelassen werden.
Das Batteriegehäuse 171 beinhaltet eine äußere Hülle 172 und Trennplatten 173, welche Zellkammern definieren, welche derart gelegen sind, dass diese einander vertikal überlappen, und in welchen die jeweiligen Zellen 41 angeordnet sind. Das Batteriegehäuse 171 steht in Kontakt mit zumindest einem Abschnitt der äußeren Peripherie von jeder der Zellen 41, um es zu halten. Genauer gesagt ist jede der Zellkammern im Batteriegehäuse 171 derart entworfen, dass diese eine größere Dicke an der Rückseite davon (d. h. rechts in 22) und eine geringere Dicke an einer Vorderseite davon (d. h. rechts in 22) in der Dickenrichtung der Zellen 41 aufweisen. In anderen Worten, weist jede der Zellkammern einen engeren Raum auf der Rückseite davon auf. Jede der Zellen 41 wird durch das Batteriegehäuse 171 an der Rückseite der Kammer festgehalten.
Genauer gesagt, falls ein vertikaler Abstand (d. h. die Dicke) der Rückseite von jeder der Zellkammern als L1 definiert ist, wie in 22 dargestellt, und ein vertikaler Abstand der Vorderseite von jeder der Zellkammern als L2 definiert ist, erfüllen diese die Beziehung von L1 < L2. Der vertikale Abstand L1 wird etwas kleiner als die Dicke L3 der Zellen 41 festgelegt, so dass jede der Zellen 41 in die Rückseite einer entsprechenden der Zellkammern press-gepasst werden kann. Die Installation von jeder der Zellen 41 in eine der Zellkammern wird durch das Einfügen der Zellen 41 in die Vorderseite der Zellkammer und durch das Drücken dieser in die Rückseite der Zellkammer erreicht. Die Rückseite der Zellkammer wird elastisch deformiert, so dass diese die Rückseite der Zelle 41 fasst. Die Vorderseite der Zelle 41 wird bei einem gegebenen Intervall weg von der inneren Wand des Batteriegehäuses 171 in der Vertikalrichtung des montierten Batteriemoduls 11 angeordnet (d. h., die Dickenrichtung der Zellen 41). In anderen Worten existieren Luftspalte oberhalb und unterhalb von jeder der Zellen 41. Ein Abschnitt von jeder der Zellen 41, welcher innerhalb der Zellkammer freigestellt ist (d. h., das Batteriegehäuse 171), wird durch die Isolationsabdeckung 43 gehalten, um die Zellen 41 ohne irgendein Spiel festzuhalten.
Die Luftspalte oberhalb und unterhalb von jeder der Zellen 41 decken obere und untere Abschnitte (d. h., obere und untere Mittenabschnitte) der Zellen 41 ab, von denen erwartet wird, dass sich diese am stärksten ausdehnen. Die oberen und unteren Abschnitte der Zellen 41 sind in einem Intervall von 1 mm weg von der inneren Wand des Batteriegehäuses 171 platziert. Das Intervall kann zwischen 0,5 mm und 2 mm gewählt werden.
Ein Unterschied zwischen den Abständen L1 und L2 kann durch das Formen der inneren Oberflächen der unteren Platte 172a, einer oberen Platte 171b und jeder der Trennplatten 173 geschaffen werden, um diese in einem gegebenen Winkel gegenüber einer Horizontallinie zu neigen (d. h., eine longitudinale Mittenlinie des Batteriegehäuses 171). Alternativ können die untere Platte 172a, die obere Platte 171b und jede der Trennplatten 173 derart geformt sein, dass diese eine gestufte Oberfläche aufweisen.
Wie aus der vorstehenden Diskussion deutlich wird, ist das Batteriegehäuse 171 derart entworfen, dass jede der Zellen 41 von den Trennplatten 173 oder von der Trennplatte 173 und der unteren Platte 172a oder der oberen Platte 172b mit Ausnahme der Rückseite davon getrennt ist, wenn die Zellen 41 nicht in einer Dickenrichtung davon angeschwollen sind (d. h., eine Richtung, in welcher die Zellen 41 gestapelt sind). In anderen Worten sind zumindest die Mittenbereiche der oberen und unteren Oberflächen von jeder der Zellen 41 nicht-berührend mit der inneren Wand des Batteriegehäuses 171 platziert, wobei dadurch es den Zellen 41 erlaubt wird, leicht anzuschwellen. Falls jede der Zellen 41 in konstanter Berührung mit der inneren Wand des Batteriegehäuses 71 angeordnet ist, wird dies in einer Ausübung von exzessiver Belastung auf die Zelle 41 resultieren, wenn diese angeschwollen sind. Um ein solches Problem zu milder, ist das Batteriegehäuse 171 derart entworfen, dass die Luftspalte oberhalb und unterhalb von jeder der Zellen 41 geschaffen werden.
Die Druckplatte ist, wie vorstehend beschrieben, mit den oberen Vorsprüngen 136 ausgestattet, um physische Kontakte mit dem Batteriegehäuse 42 herzustellen, wenn die Zellen 41 angeschwollen sind, allerdings kann das Batteriegehäuse 42 anstelle dessen derart entworfen sein, dass dieses Vorsprünge aufweist, ähnlich den oberen Vorsprüngen 136, welche sich in Richtung der Druckplatte 13 wölben. Beispielsweise ist das Batteriegehäuse 42, wie in 23 dargestellt, derart entworfen, dass dieses eine Mehrzahl von Vorsprüngen oder Buckel 192 aufweist, welche integral mit der oberen Platte 191 ausgebildet sind. Die Buckel 192 wölben sich in Richtung der Druckplatte 13. Die Buckel 192 weisen flache obere Enden auf, welche sich auf der gleichen Höhe bzw. der gleichen Ebene befinden. Die Zellkammern, in welchen die Zellen 41 angeordnet sind, werden durch die Trennplatten 193 definiert. Wenn irgendeine der Zellen 41 angeschwollen ist, werden die Buckel 192 zuerst die Oberfläche der Druckplatte 13 berühren, wobei dadurch das Anschwellen der Zellen 41 unterdrückt wird.
Sowohl die Druckplatte 13 als auch das Batteriegehäuse 42 kann derart entworfen sein, dass diese Vorsprünge aufweisen, ähnlich denen, welche vorstehend beschrieben sind.
Die aufrechte Wand 62 der Basis 14, wie vorstehend beschrieben, weist die zylindrischen Säulen 42 auf, welche sich von der Begrenzungsplatte 23 nach oben erstrecken. Das montierte Batteriemodul 11, die Steuerplatine 12 und die Druckplatte 13 werden durch die zylindrischen Säulen 42 gehalten. Die Basis 14 kann alternativ derart entworfen sein, dass diese eine Platte oder Platten oder Zylinder oder einen Zylinder aufweist, welche von der aufrechten Wand 22 zum Befestigen des montierten Batteriemoduls 11, der Steuerplatine 12 und der Druckplatte 13 separat sind. Die Platte oder die Platten oder der Zylinder oder die Zylinder erstrecken sich von der Bodenplatte 21 vertikal. Das montierte Batteriemodul 11, die Steuerplatine 12 und die Druckplatte 13 werden beispielsweise an den Enden oder an dem Ende der Platte oder der Platten oder des Zylinders oder der Zylinder verbunden.
Die aufrechte Wand 22 der Basis 14 ist innerhalb der Seitenwand 26 der Abdeckung 15 platziert, allerdings kann die Baugruppe davon alternativ derart gestaltet sein, dass diese eine doppelwandige Struktur aufweist, in welche die aufrechte Wand 22 außerhalb der Seitenwand 36 platziert ist. Wenn die Batterieeinheit 10 in Wasser getaucht ist, verursacht eine solche Struktur, dass das Wasser zwischen der aufrechten Wand 22 und der Seitenwand 36 nach unten fließt und dann in die Gehäusekammer, in welcher sich das montierte Batteriemodul 11 befindet, von unterhalb des unteren Endes der Seitenwand 36 eintritt. In anderen Worten wird das Wasser in der Gehäusekammer bei einem Pegel erlaubt, welcher niedriger ist, als die aufrechte Wand 33 (d. h. die Begrenzungsplatte 23) der Basis 14, wobei auf diese Weise die Wahrscheinlichkeit vermindert wird, dass die Steuerplatine 12 mit Wasser bespritzt wird, wenn das Wasser anfängt, zwischen die aufrechte Wand 22 und die Seitenwand 36 einzudringen.
Die Steuerplatine 12 ist mit einer teilweisen Überlappung mit dem montierten Batteriemodul 11 platziert, allerdings kann diese alternativ derart geformt sein, dass diese mit dem montierten Batteriemodul 11 in der Vertikalrichtung der Batterieeinheit 10 vollständig überlappt.
Die Batterieeinheit 10 ist, wie vorstehend beschrieben, unterhalb der Sitze in dem Passagierabteil des Fahrzeugs befestigt, allerdings kann diese innerhalb eines Armaturenbretts oder eines Maschinenabteils des Fahrzeugs angeordnet sein.
Jede der Zellen 41 ist, wie vorstehend beschrieben, eine Lithium-Ionen-Speicherzelle, jedoch kann diese durch einen anderen Typ einer Sekundärzelle implementiert werden, wie z. B. eine Nickel-Cadmium-Speicherzelle oder eine Nickel-Hydrogen-Speicherzelle bzw. Speicherzellen.
Die Batterieeinheit 10 kann mit Hybridfahrzeugen, welche mit einer internen Verbrennungsmaschine und einem elektrischen Motor zum Antreiben von Straßenrädern ausgestattet ist, oder mit einem elektrischen Fahrzeug, welches nur mit dem elektrischen Motor als Antriebsquelle ausgestattet ist, verwendet werden.
Während die vorliegende Erfindung in Form der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis davon zu ermöglichen, sollte es geschätzt werden, dass die Erfindung auf verschiedene Arten und Weisen verkörpert werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass diese alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, welche verkörpert werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012-151373 [0001]
JP 2011-216401 [0003]

Claims

Batterieeinheit aufweisend: ein montiertes Batteriemodul, welches mit einer Mehrzahl von Zellen ausgestattet ist; eine Steuerplatine, auf welcher ein Controller befestigt ist, um einen Lade-/Entladebetrieb der Zellen zu steuern; und ein Aufbewahrungsgehäuse, in welchem das montierte Batteriemodul und die Steuerplatine angeordnet sind, wobei das Aufbewahrungsgehäuse eine Bodenplatte beinhaltet, über der das montierte Batteriemodul befestigt ist, wobei das montierte Batteriemodul einen Batteriekörper beinhaltet, in welchem die Zellen über der Bodenplatte gestapelt sind, wobei ein Anschwellbegrenzer an der der Bodenplatte entgegengesetzten Seite des montierten Batteriemoduls vorgesehen ist, der Anschwellbegrenzer von dem Batteriekörper getrennt ist, wenn keine der Zellen angeschwollen sind, und er einen physischen Kontakt mit dem Batteriekörper herstellt, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, um das Anschwellen der Zellen zu unterdrücken.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 1, wobei der Anschwellbegrenzer aus einer Druckplatte hergestellt ist, welche einen Grad von Stabilität aufweist, der groß genug ist, um einer elastischen Verformung dieser zu widerstehen, wenn diese einem Druck unterworfen ist, welcher aufgrund des Anschwellens der Zellen auftritt, und wobei die Druckplatte an einem aufrechten Element befestigt ist, welches sich von der Bodenplatte der Basis unter Verwendung einer Schraube erstreckt.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Batteriekörper eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, welche zu der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, aufweist, der Batteriekörper mit der zweiten Oberfläche derart platziert ist, dass diese der Bodenplatte des Aufbewahrungsgehäuses gegenüberliegt, wobei die Druckplatte eine Oberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche des Batteriekörpers in einem vorgegebenen Intervall weg davon gegenüberliegt, wenn keine der Zellen angeschwollen ist, wobei die Druckplatte derart geformt ist, dass diese einen ersten Abstand und einen zweiten Abstand, welcher zu dem ersten Abstand unterschiedlich ist, zwischen der Oberfläche der Druckplatte und der ersten Oberfläche des Batteriekörpers aufweist, und wobei der erste Abstand ein minimales Intervall zwischen der Oberfläche der Druckplatte und einem Bereich der ersten Oberfläche des Batteriekörpers ist, welcher einen Abschnitt der Zellen abdeckt, von dem erwartet wird, dass sich dieser am meisten ausdehnt, und wobei der zweite Abstand ein minimales Intervall zwischen der Oberfläche der Druckplatte in einem anderen Bereich der Oberfläche des Batteriekörpers ist, und wobei der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 3, wobei entweder der Batteriekörper oder die Druckplatte einen Vorsprung aufweist, welcher sich in Richtung des anderen des Batteriekörpers oder der Druckplatte wölbt, wobei der Vorsprung eine Oberfläche aufweist, welche einen physischen Kontakt mit dem anderen des Batteriekörpers und der Druckplatte herstellt, wenn irgendeine der Zellen angeschwollen ist, und wobei der Vorsprung in Flucht mit dem Abschnitt der Zellen platziert ist, von dem erwartet wird, dass sich dieser in eine Richtung am meisten ausdehnen wird, in welche die Zellen anschwellen, und wobei der Vorsprung den ersten Abstand kleiner gestaltet, als den zweiten Abstand.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 4, wobei jede der Zellen quaderförmig ist und eine erste und eine zweite maximale Oberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt sind, und wobei die ersten und zweiten maximalen Oberflächen in ihrer Fläche von der äußeren Gesamtoberfläche der Zellen die größten Flächen sind, und wobei die Zellen mit ihrer ersten maximalen Oberfläche angeordnet sind, so dass diese derart orientiert sind, dass diese der Bodenplatte der Basis gegenüberliegen, und die zweite maximale Oberfläche weiter weg von der Bodenplatte platziert ist, und wobei der Vorsprung an einem Abschnitt von zumindest einem des Batteriekörpers und der Druckplatte vorgesehen ist, welcher einem Mittenabschnitt der zweiten maximalen Oberfläche von einer der Zellen gegenüberliegt.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 2, wobei die Bodenplatte einen Bodenvorsprung aufweist, welcher sich in Richtung des Batteriekörpers wölbt, und wobei der Bodenvorsprung eine Oberfläche aufweist, welche einen physischen Kontakt mit einem Abschnitt des Batteriekörpers herstellt, welcher mit einem Abschnitt der Zellen fluchtend angeordnet ist, von dem erwartet wird, dass sich dieser in eine Richtung am meisten ausdehnt, in welche die Zellen anschwellen.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 1, wobei jede der Zellen quaderförmig ist, ferner aufweisend: ein Batteriegehäuse, welches mit Trennplatten ausgestattet ist, um innerhalb des Batteriegehäuses Zellkammern zu definieren, welche derart gelegen sind, dass diese einander überlappen, und in welchen die Zellen jeweils in einer gestapelten Form angeordnet sind, und wobei die Trennplatten derart tätig sind, dass diese das Anschwellen der Zellen beschränken.
Batterieeinheit gemäß Anspruch 7, wobei jede der Zellen in einer der Zellkammern in einem gegebenen Intervall weg von zumindest einer der Trennplatten angeordnet ist.