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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 29. September 2014 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-198561 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet einer bordeigenen Batterie für ein Fahrzeug, die in einem Fahrzeug, wie beispielsweise in einem Automobil, montiert ist und in einem kalten Gebiet verwendbar ist.
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In verschiedenen Fahrzeugen, wie beispielsweise in einem Automobil, ist eine bordeigene Batterie für ein Fahrzeug zum Zuführen von elektrischer Energie zu einem Elektromotor und zu verschiedenen elektrischen Komponenten montiert.
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In den letzten Jahren werden insbesondere Fahrzeuge, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge (EV), Hybridelektrofahrzeuge (HEV) und Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV) immer häufiger auf den Markt gebracht. In diesen durch elektrische Energie angetriebenen Fahrzeugen ist eine bordeigene Batterie mit einer hohen elektrischen Speicherfunktion montiert.
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Die bordeigene Batterie weist mehrere Batteriemodule auf. Die Batteriemodule weisen beispielsweise mehrere Batteriezellen (Sekundärbatterien), wie beispielsweise eine Nickel-Metall-Hybridbatterie oder eine Lithiumionenbatterie, ein Befestigungselement, das Batteriestapel in einer Stapelrichtung hält, und ein Stromschienenmodul auf, das die Batteriezellen elektrisch verbindet.
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Die Ausgangsleistung einer in einer derartigen bordeigenen Batterie verwendeten Batteriezelle ist temperaturabhängig, wobei die Ausgangsleistung der Batteriezelle bei niedriger Temperatur abnimmt. Daher kann, wenn die bordeigene Batterie in einem kalten Gebiet verwendet wird, ein Elektromotor oder dergleichen bei niedriger Temperatur, wie beispielsweise im Winter oder dergleichen, aufgrund einer unzureichenden Energiezufuhr zum Elektromotor oder dergleichen von der bordeigenen Batterie keine ausreichende Ausgangsleistung bereitstellen.
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Daher sind einige bordeigene Batterien, die in einem kalten Gebiet verwendet werden sollen, mit einer Heizeinrichtung ausgestattet, so dass die Batteriezelle bei niedrigen Temperaturen durch die Heizeinrichtung erwärmt wird, um die Ausgangsleistung der Batteriezelle zu erhöhen (vergl. z. B.
JP-A-2013-218792 und
JP-A-2010-140802 ).
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In der in der
JP-A-2013-218792 beschriebenen bordeigenen Batterie sind mehrere Batteriezellen im Inneren eines Gehäuses angeordnet, ist jeweils ein Wärmeaustauschelement an beiden Seiten des Gehäuses befestigt, ist jeweils eine Temperaturregelungseinrichtung an Kanälen befestigt, die an beiden Seiten des Gehäuses angeordnet sind, und ist ein thermoelektrischer Wandler zwischen dem Wärmeaustauschelement und der Temperaturregelungseinrichtung angeordnet. Bei niedrigen Temperaturen wird jedem thermoelektrischen Wandler elektrische Energie zugeführt, um ein Heizmedium zu erwärmen, so dass die im Inneren des Gehäuses angeordneten Batteriezellen durch das Heizmedium erwärmt werden.
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In der in der
JP-A-2010-140802 beschriebenen bordeigenen Batterie wird die Batteriezelle im Inneren einer jeweiligen Zellenabdeckung einzeln gehalten und sind mehrere Heizdrähte in einem eingebetteten Zustand in jeder Zellenabdeckung auf der Außenumfangsseite jeder Batteriezelle angeordnet. Bei niedrigen Temperaturen wird jedem Heizdraht elektrische Energie zugeführt, um die im Inneren der Zellenabdeckung gehaltene Batteriezelle zu erwärmen.
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Bei einer in einem kalten Gebiet verwendeten bordeignen Batterie treten Fälle auf, in denen die Ausgangsleistung der Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der Umgebung oder dergleichen unzureichend wird, so dass aufgrund einer unzureichenden elektrischen Energiezufuhr zum Elektromotor oder dergleichen von der bordeigenen Batterie keine ausreichende Ausgangsleistung durch den Elektromotor bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann in dem Fall, in dem ein Fahrzeug nach Fahrtende für eine lange Zeitdauer nicht in Betrieb und in einer Umgebung mit extrem niedriger Temperatur oder dergleichen abgestellt war, die Erholungszeit zunehmen, bis eine stabile Ausgangsleistung einer Batteriezelle gewährleistet ist.
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Wenn die Anzahl von Heizeinrichtungen erhöht oder die Ausgangsleistung einer Heizeinrichtung erhöht wird, um die Heizleistung für eine Batteriezelle einer bordeigenen Batterie zu erhöhen, wird die Struktur kompliziert und eine Senkung der Herstellungskosten schwierig.
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Daher ist es wünschenswert, eine vereinfachte Struktur zu ermöglichen und die Ausgangsleistung einer Batteriezelle bei niedrigen Temperaturen zu verbessern, ohne dass die Herstellungskosten steigen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine bordeigene Batterie für ein Fahrzeug mit mindestens einem Batteriemodul, das Batteriezellen aufweist, die in einem vorgegebenen Zustand angeordnet sind, und einer Zellenabdeckung bereitgestellt, in der die Batteriezellen angeordnet sind. Ein Teil eines Innenraums der Zellenabdeckung ist als mindestens eine Kammer ausgebildet, in die Kühlluft zugeführt wird. Die bordeigene Batterie weist außerdem ein Gehäuse auf, das das Batteriemodul aufnimmt, einen Einlasskanal, über den dem Batteriemodul Kühlluft zugeführt wird, mindestens einen Auslasskanal, über den die in das mindestens eine Batteriemodul zugeführte Kühlluft abgeleitet wird, eine Heizeinrichtung, die die Batteriezellen erwärmt und in der mindestens einen Kammer angeordnet ist, und eine Wärmesenke, die in der mindestens einen Kammer gegenüberliegend den Batteriezellen angeordnet und an der Heizeinrichtung befestigt ist.
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Die Wärmesenke kann aus einem aus einem Harzmaterial hergestellten Grundkörper und einem an einer Außenfläche des Grundkörpers und aus einem Metallmaterial hergestellten Wärmeleiter ausgebildet sein. Der Grundkörper kann einen an der Heizeinrichtung befestigten flachen Grundplattenabschnitt und mindestens einen vom Grundplattenabschnitt zur Batteriezellenseite hervorstehenden Vorsprung aufweisen. Der Wärmeleiter kann an einem von einer Endfläche des Vorsprungs verschiedenen Abschnitt des Vorsprungs angeordnet sein.
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Der mindestens eine Vorsprung kann mehrere Vorsprünge aufweisen, wobei jeder der mehreren Vorsprünge in einer Form ausgebildet sein kann, die sich in eine Richtung erstreckt, in der die Batteriezellen angeordnet sind.
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Die Wärmesenke kann Wärmeübertragungslöcher aufweisen, die zur Heizeinrichtungsseite bzw. zur Batteriezellenseite offen sind.
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Die bordeigene Batterie kann ferner mindestens ein Kühlgebläse aufweisen, das eine Kühlluftströmung erzeugt. Der Betrieb des mindestens einen Kühlgebläses kann unterbrochen werden, wenn die Heizeinrichtung in Betrieb ist.
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Die bordeigene Batterie kann ferner ein wärmeisolierendes Material aufweisen, das an einer Außenseite der mindestens einen Kammer an einer Außenfläche des mindestens einen Batteriemoduls befestigt ist.
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Das mindestens eine Batteriemodul kann zwei Batteriemodule aufweisen. Die beiden Batteriemodule können benachbart zueinander angeordnet sein. Die mindestens eine Kammer einer der benachbarten Batteriemodule und die mindestens eine Kammer des anderen Batteriemoduls können miteinander kommunizieren. Die Heizeinrichtung kann an einer Grenze zwischen der mindestens einen Kammer des einen der Batteriemodule und der mindestens einen Kammer des anderen Batteriemoduls angeordnet sein. Die Wärmesenke kann auf jeder von zwei Seiten der Heizeinrichtung angeordnet sein.
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Nachstehend wird eine bordeigene Batterie eines Fahrzeugs gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
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1 eine schematische Explosionsansicht einer bordeigenen Batterie für ein Fahrzeug zum Darstellen einer bordeigenen Batterie für ein Fahrzeug gemäß einer Implementierung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den 2 bis 14;
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2 eine perspektivische Ansicht der bordeigenen Batterie;
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3 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Teils eines Gehäuses;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls;
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5 eine schematische Ansicht zum Darstellen eines Zustands, in dem das Batteriemodul an einer Bodenwand angeordnet ist;
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6 ein Konzeptdiagramm zum Darstellen des Batteriemoduls zusammen mit einem Kanal in einem Zustand, in dem ein Abschnitt an einer Oberseite entfernt worden ist;
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7 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen einer Heizeinrichtung und einer Wärmesenke;
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8 eine vergrößerte Querschnittansicht der Wärmesenke;
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9 eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem ein wärmeisolierendes Material an der Außenfläche eines kammerbildenden Abschnitts befestigt ist;
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10 eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem zwei Batteriemodule in einem Kontaktzustand angeordnet sind und eine gemeinsame Heizeinrichtung vorgesehen ist;
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11 eine Seitenansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem ein Wärmeübertragungsloch in einer Kreuzform ausgebildet ist;
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12 eine Seitenansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem ein Wärmeübertragungsloch in einer H-Form ausgebildet ist;
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13 eine Seitenansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem ein Wärmeübertragungsloch in einer Sternform ausgebildet ist; und
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14 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Beispiels, in dem ein Vorsprung in einer Schaftform ausgebildet ist.
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Eine bordeigene Batterie 1 weist ein Gehäuse 2 und Batteriemodule 3 (vergl. 1 und 2) auf. Die bordeigene Batterie 1 ist über einem Boden einer Fahrzeugkarosserie angeordnet, wie beispielsweise in einem Gepäckraum hinter einem Rücksitz des Fahrzeugs.
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Das Gehäuse 2 weist ein oben offenes Gehäuseteil 4 und eine plattenförmige Abdeckung 5 auf, die die Öffnung des Gehäuseteils 4 von oben schließt.
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Das Gehäuseteil 4 weist eine der Vorwärts-Rückwärts-Richtung zugewandte Vorderwand 6, eine hinter der Vorderwand 6 angeordnete und der Vorwärts-Rückwärts-Richtung zugewandte Rückwand 7, Seitenwände 8, die in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind, und eine der vertikalen Richtung zugewandte Bodenwand 9 auf. Die Vorderwand 6, die Rückwand 7, die Seitenwände 8 und die Bodenwand 9 sind alle beispielsweise durch Strangpressen von Aluminium ausgebildet und haben eine hohle Querschnittsfläche.
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In der Vorderwand 6 sind hohle Abschnitte 6a ausgebildet, die sich in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und vertikal ausgerichtet sind. In der Rückwand 7 sind hohle Abschnitte 7a ausgebildet, die sich in der Links-Rechts-Richtung erstrecken und vertikal ausgerichtet sind. In jeder der Seitenwände 6 sind Kanaleinführlöcher 6b ausgebildet, die in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet sind. In einem Ende der Vorderwand 6 in der Links-Rechts-Richtung sind Kabeleinführlöcher 6c ausgebildet. In der Rückwand 7 sind Kanaleinführlöcher 7b ausgebildet, die in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet sind.
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In der Bodenwand 9 sind hohle Abschnitte 9a ausgebildet, die sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstrecken und in der Links-Rechts-Richtung ausgerichtet sind (vergl. 3).
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Die Oberseite der Bodenwand 9 weist Trennvorsprünge 10 auf, die sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstrecken und in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet sind. Die Trennvorsprünge 10 stehen nach oben hervor.
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Beispielsweise sind vier Batteriemodule 3 in der Links-Rechts-Richtung ausgerichtet und im Gehäuse 2 aufgenommen (vergl. 1 und 2).
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Das Batteriemodul 3 weist eine Zellenabdeckung 11 und mehrere in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung im Inneren der Zellenabdeckung 11 angeordnete Batteriezellen 12 auf.
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Wie in den 4 bis 6 dargestellt ist, weist die Zellenabdeckung 11 einen der Vorwärts-Rückwärts-Richtung zugewandten Vorderwandabschnitt 13, einen hinter dem Vorderwandabschnitt 13 angeordneten und der Vorwärts-Rückwärts-Richtung zugewandten Rückwandabschnitt 14, Seitenwandabschnitte 15, die in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind, einen der vertikalen Richtung zugewandten oberen Wandabschnitt 16 und kammerbildende Abschnitte 17 auf, die jeweils an den Seitenwandabschnitten 15 befestigt sind.
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Die Seitenwandabschnitte 15 weisen der Links-Rechts-Richtung zugewandte Befestigungsflächenabschnitte 18, oberseitige Vorsprungflächenabschnitte 19, die in der Links-Rechts-Richtung von den oberen Rändern der Befestigungsflächenabschnitte 18 zueinander hin hervorstehen, und unterseitige Vorsprungflächenabschnitte 20 auf, die in der Links-Rechts-Richtung von den unteren Rändern der Befestigungsflächenabschnitte 18 zueinander hin hervorstehen. Im Befestigungsflächenabschnitt 18 ist eine Öffnung 18a durch einen Abschnitt mit Ausnahme des Außenumfangs ausgebildet.
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Der kammerbildende Abschnitt 17 ist in einer Kastenform ausgebildet, die an der Seite und an der Vorder- oder an der Rückseite offen ist, wobei ein Öffnungsrand in der Links-Rechts-Richtung am Außenumfang des Befestigungsflächenabschnitts 18 befestigt ist. Indem die kammerbildenden Abschnitte 17 jeweils an den Außenumfängen der Befestigungsflächenabschnitte 18 befestigt sind, werden an der linken und an der rechten Seite im Inneren der Zellenabdeckung 11 Räume gebildet. Diese Räume sind als Kammern 21 ausgebildet. Die Öffnung an der Vorder- oder Rückseite des kammerbildenden Abschnitts 17 ist als eine Verbindungsöffnung 17a ausgebildet.
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Am oberen Wandabschnitt 16 sind sich vertikal erstreckende Einführlöcher 16a am vorderen und am hinteren Ende ausgebildet.
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An der Innenfläche eines der kammerbildenden Abschnitte 17 ist eine Heizeinrichtung 22 befestigt. Die Heizeinrichtung 22 ist in einer Kammer 21 angeordnet. Wie in 7 dargestellt ist, ist die Heizeinrichtung 22 in einer der Links-Rechts-Richtung zugewandten Plattenform derart ausgebildet, dass die Größe in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung größer ist als die Größe in der vertikalen Richtung. Ein elektrischer Heizdraht 22b ist auf einer Harzbasis 22a ausgebildet.
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Als Heizeinrichtung 22 kann beispielsweise eine Heizeinrichtung mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) verwendet werden, die die Umgebungstemperatur erfasst, um die Wärmeabgabe zu steuern.
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Beispielsweise ist es möglich, ein Stromversorgungskabel (nicht dargestellt) für die Heizeinrichtung zum Zuführen von Strom zur Heizeinrichtung 22 in den hohlen Abschnitten 8a der Seitenwände 8 oder in den hohlen Abschnitten 9a der Bodenwand 9 anzuordnen.
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Durch Anordnen des Stromversorgungskabels für die Heizeinrichtung im hohlen Abschnitt 8a oder im hohlen Abschnitt 9a wird der hohle Abschnitt 8a oder 9a als Raum zum Anordnen des Stromversorgungskabels für die Heizeinrichtung genutzt, so dass ein Raum zum Anordnen des Stromversorgungskabels für die Heizeinrichtung nicht separat im Inneren des Gehäuses 2 ausgebildet werden muss und eine Größenreduzierung der bordeigenen Batterie 1 durch effektive Raumausnutzung erzielt werden kann.
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Das linke und das rechte Ende der Batteriezellen 12 sind jeweils auf den unterseitigen hervorstehenden Flächenabschnitten 20 der Seitenwandabschnitte 15 angeordnet, werden in der Zellenkammer 11 gehalten und sind unter gleichen Intervallen mit kleinen Zwischenräumen in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung ausgerichtet und angeordnet (vergl. 6). Die Batteriezelle 12 weist einen positiven Elektrodenanschluss 12a und einen negativen Elektrodenanschluss 12b auf, die jeweils nach oben hervorstehen und in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet sind. In den Batteriezellen 12 sind die positiven Elektrodenanschlüsse 12a und die negativen Elektrodenanschlüsse 12b, die in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, jeweils durch leitfähige Verbindungsplatten 23 in Serie geschaltet.
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An der Oberseite der Batteriezellen 12 ist eine Pressplatte 24 an der Unterseite des oberen Wandabschnitts 16 befestigt (vergl. 5 und 6). Die Pressplatte 24 weist Positionierungslöcher 24a auf, die sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstrecken und in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung und in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet sind. Am Positionierungsloch 24a sind der positive Elektrodenanschluss 12a und der negative Elektrodenanschluss 12b der Batteriezellen 12, die in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, und die diese beiden Anschlüsse verbindende Verbindungsplatte 23 angeordnet.
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An einer Seitenfläche der Heizeinrichtung 22 ist eine Wärmesenke 25 befestigt. Die Wärmesenke 25 ist gegenüberliegend der Seitenfläche der Batteriezellen 12 angeordnet und ist beispielsweise aus einem aus einem Harzmaterial hergestellten Grundkörper 26 und einem durch ein Metallmaterial ausgebildeten Wärmeleiter 27 ausgebildet.
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Der Grundkörper 26 weist einen der Links-Rechts-Richtung zugewandten flachen Grundplattenabschnitt 26a und vom Grundplattenabschnitt 26a zur Seite hervorstehende Vorsprünge 26b auf. Der Grundplattenabschnitt 26a ist etwa in der gleichen Größe und Form ausgebildet wie die Heizeinrichtung 22, und eine Fläche auf der gegenüberliegenden Seite des Vorsprungs 26b ist durch einen Klebstoff oder dergleichen an der Seitenfläche der Heizeinrichtung 22 befestigt. Die Vorsprünge 26b erstrecken sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung und sind in gleichmäßigen vertikalen Intervallen voneinander beabstandet. Die Vorsprünge 26b sind an Positionen quer über das vordere und das hintere Ende des Grundplattenabschnitts 26a angeordnet und beispielsweise derart ausgebildet, dass die senkrechte Querschnittsform rechteckig ist.
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In der Wärmesenke 25 sind sich in der Links-Rechts-Richtung erstreckende Wärmeübertragungslöcher 25a ausgebildet. Die Wärmeübertragungslöcher 25a sind beispielsweise im Grundplattenabschnitt 26a ausgebildet und in der Links-Rechts-Richtung zwischen den Vorsprüngen 26b in gleichen Intervallen voneinander beabstandet angeordnet. Die Wärmeübertragungslöcher 25a sind beispielsweise kreisförmig ausgebildet.
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Die Wärmeübertragungslöcher 25a können an Positionen quer über den Grundplattenabschnitt 26a und den Vorsprung 26b ausgebildet sein.
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In der Wärmesenke 25 sind sich vertikal erstreckende Wirkungslöcher 25b ausgebildet. Die Wirkungslöcher 25b sind beispielsweise in den Vorsprüngen 26b des Grundplattenabschnitts 26a derart ausgebildet, dass sie in der Links-Rechts-Richtung in gleichen Intervallen voneinander beanstandet sind. Die Wirkungslöcher 25b sind beispielsweise rechteckig ausgebildet.
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Der Wärmeleiter 27 wird beispielsweise durch Ausführen einer Plattierungsbehandlung mit Aluminium auf einer Außenfläche des Grundkörpers 26 ausgebildet. Der Wärmeleiter 27 ist in einem von Endflächen 26c der Vorsprünge 26b verschiedenen Abschnitt der Außenfläche des Grundkörpers 26 angeordnet.
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Der Wärmeleiter 27 ist aus einem Kontaktabschnitt 27a, der an einer Seitenfläche des Grundplattenabschnitts 26a angeordnet ist, einem Außenumfangsabschnitt 27b, der an einer Außenumfangsfläche des Grundplattenabschnitts 26a angeordnet ist, gegenüberliegenden Oberflächenabschnitten 27c, die an der anderen Seitenfläche des Grundplattenabschnitts 26a und vertikal voneinander beabstandet angeordnet sind, Umfangsabschnitten 27d, die jeweils an Umfangsflächen der Vorsprünge 26b angeordnet sind, ersten Innenlochabschnitten 27e, die jeweils an den die Wärmeübertragungslöcher 25a bildenden Umfangsflächen angeordnet sind, und zweiten Innenlöchern ausgebildet, die jeweils an die Wirkungslöcher 25b bildenden Umfangsflächen angeordnet sind.
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Die Wärmesenke 25 ist an der Heizeinrichtung 22 in einem Zustand befestigt, in dem die Oberfläche des Kontaktabschnitts 27a mit der Seitenfläche der Heizeinrichtung 22 in Kontakt steht. In einem Zustand, in dem die Wärmesenke 25 an der Heizeinrichtung 22 befestigt ist, sind die Endflächen 26c der Vorsprünge 26b im Grundkörper 26 und die gegenüberliegenden Flächenabschnitte 27c des Wärmeleiters 27 derart angeordnet, dass sie den Seitenflächen der Batteriezellen 12 gegenüberliegen.
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Von der Heizeinrichtung 22 freigesetzte Wärme wird zum Wärmeleiter 27 der Wärmesenke 25 übertragen und vom Wärmeleiter 27 freigesetzt. Die Batteriezellen 12 werden durch die vom Wärmeleiter 27 freigesetzte Wärme erwärmt.
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Am linken und am rechten Ende des Gehäuses 2 sind ein Stecksensordose 28 bzw. eine Anschlussdose 29 aufgenommen (vergl. 1 und 2). Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine für die Gesamtsteuerung der bordeigenen Batterie 1 verantwortliche Batteriesteuereinheit (nicht dargestellt) angeordnet.
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In der Stecksensordose 28 sind ein vorgegebener Verbindungsstecker, ein Sensor und dergleichen angeordnet.
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Die Anschlussdose 29 weist ein in einer länglichen Form ausgebildetes Gehäuse 30 und Steuerkomponenten 31 auf, die im Gehäuse 30 angeordnet sind und eine Stromsteuerung und dergleichen ausführen. Als die Stromsteuerungskomponenten werden beispielsweise ein Relais, eine Sicherung und ein Verbinderanschluss bereitgestellt. Die Anschlussdose 29 ist mit einem Ende von Kabeln 32 verbunden, die durch die Kabeleinführlöcher 6c in der Vorderwand 6 eingeführt sind. Die Anschlussdose 29 ist durch die Kabel 32 mit einer elektrischen Schaltung (Wechselrichter) (nicht dargestellt) verbunden, die unter dem Boden des Fahrzeugs montiert ist.
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Die Batteriemodule 3 sind zwischen der Stecksensordose 28 und der Anschlussdose 29 eingesetzt und im Gehäuse 2 aufgenommen. Die Batteriemodule 3 sind in einem Zustand angeordnet, in dem sie jeweils auf der Oberseite der Bodenwand 9 an Positionen angeordnet sind, die durch die an der Bodenwand 9 des Gehäuses 2 angeordneten Trennvorsprünge 10 getrennt sind (vergl. 5).
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In einem Zustand, in dem die Batteriemodule 3, die Stecksensordose 28 und die Anschlussdose 29 auf die vorstehend beschriebene Weise im Gehäuse 2 aufgenommen sind, sind die benachbart zur Stecksensordose 28 angeordnete Batteriezelle 12 des Batteriemoduls 3 und die Stecksensordose 28 durch eine erste Verbindungsstromschiene 33 verbunden, und die benachbart zur Anschlussdose 29 angeordnete Batteriezelle 12 des Batteriemoduls 3 und die Anschlussdose 29 sind durch eine zweite Verbindungsstromschiene 34 verbunden. Ein Ende der ersten Verbindungsstromschiene 33 und ein Ende der zweiten Verbindungsstromschiene 34 sind durch die in den oberen Wandabschnitten 16 des Batteriemoduls 3 ausgebildeten Einführlöcher 16a eingeführt, um mit dem positiven Elektrodenanschluss 12a bzw. dem negativen Elektrodenanschluss 12b der Batteriezellen 12 verbunden zu werden.
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Die Batteriezellen 12 der benachbarten Batteriemodule 3 sind jeweils durch Gleichstromsammelschienen 35 miteinander verbunden. Beide Enden der Gleichstromsammelschienen 35 sind durch die in den oberen Wandabschnitten 16 der Batteriemodule 3 ausgebildeten Einführlöcher 16a eingeführt, um mit dem positiven Elektrodenanschluss 12a bzw. dem negativen Elektrodenanschluss 12b der Batteriezellen 12 verbunden zu werden.
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Die Stecksensordose 28 und die Anschlussdose 29 sind über einen elektrischen Draht oder eine Stromschiene mit vorgegebenen Abschnitten, z. B. mit einer Batteriesteuereinheit, verbunden.
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An der Vorderseite der Batteriemodule 3 sind Einlasskanäle 36 in der Links-Rechts-Richtung ausgerichtet angeordnet. Der Einlasskanal 36 weist einen sich in der Links-Rechts-Richtung erstreckenden Einlassabschnitt 37 und vom Einlassabschnitt 37 nach hinten hervorstehende Verbindungsabschnitte 38 auf. An der Endfläche auf der Außenseite des Einlassabschnitts 37 ist eine Einlassöffnung 37a ausgebildet. An den Rückseiten der Verbindungsabschnitte 38 sind jeweils Zulauföffnungen (nicht dargestellt) ausgebildet.
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Die Einlassabschnitte 37 der Einlasskanäle 36 sind an der Vorderseite der Vorderwand 6 im Gehäuse 2 angeordnet, die Verbindungsabschnitte 38 sind jeweils durch die in der Vorderwand 6 ausgebildeten Kanaleinführöffnungen 6b eingeführt, und die hinteren Enden der Verbindungsabschnitte 38 sind jeweils mit den vorderen Enden der kammerbildenden Abschnitte 17 in den Batteriemodulen 3 verbunden (vergl. 6). Daher kommunizieren die Zulauföffnungen der Verbindungsabschnitte 38 und der Verbindungsabschnitte 17a der kammerbildenden Abschnitte 17 miteinander, und über die Einlassöffnungen 37a angesaugte Kühlluft wird über die Einlasskanäle 36 den im Inneren der Batteriemodule 3 ausgebildeten Kammern 21 zugeführt.
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Die den Kammern 21 zugeführte Kühlluft strömt auf der einem Zwischenraum zwischen den Batteriezellen 12 gegenüberliegenden Seite zu den Kammern 21 hin. Die mehreren Vorsprünge 26b der in der Kammer 21 angeordneten Wärmesenke 25 sind in einer Form ausgebildet, die sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstreckt, d. h. in der Richtung, in der die Batteriezellen 12 angeordnet sind. Die Richtung ist die gleiche wie die Richtung, in der die Kühlluft vom Einlasskanal 36 zur Kammer 21 zugeführt wird.
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Weil die Richtung, in die die Vorsprünge 26b der Wärmesenke 25 sich erstrecken, der Richtung gleicht, in die der Kammer 21 Kühlluft zugeführt wird, strömt die der Kammer 21 zugeführte Kühlluft glatt entlang den Vorsprüngen 26b, und die Kühlluft strömt in einer ausreichenden Menge zu den Seiten aller Batteriezellen 12, die derart angeordnet sind, dass sie in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung ausgerichtet sind. Daher kann, indem die Vorsprünge 26b, die in einer Form ausgebildet sind, die sich in der Richtung erstreckt, in der die Batteriezellen 12 angeordnet sind, die Kühleffizienz bezüglich den Batteriezellen 12 verbessert werden, und es kann eine gleichmäßige Kühlung der Batteriezellen 12 erzielt werden.
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An der Rückseite der Batteriemodule 3 sind Auslasskanäle 39 in der Links-Rechts-Richtung voneinander beabstandet angeordnet (vergl. 1 und 2). Die Auslasskanäle 39 weisen einen Gebläsepositionierungsabschnitt 40 mit einer ungefähr kreisförmigen Außenform, einen vom Gebläsepositionierungsabschnitt nach vorne hervorstehenden Verbindungsvorsprung 41 und einen vom Gebläsepositionierungsabschnitt 40 seitlich hervorstehenden Auslassabschnitt 42 auf. Das vordere Ende des Verbindungsabschnitts 41 verzweigt sich in der Links-Rechts-Richtung, und an der vorderen Endfläche sind in der Links-Rechts-Richtung ausgerichtete Ausströmöffnungen 41a ausgebildet. An der Endfläche des Auslassabschnitts 42 ist eine nicht dargestellte Auslassöffnung ausgebildet.
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Im Inneren des Gebläsepositionierungsabschnitts 40 ist ein Kühlgebläse 43 drehbar angeordnet. Das Kühlgebläse 43 hat die Funktion, durch eine Drehbewegung eine Kühlluftströmung von der Seite des Verbindungsvorsprungs 41 zur Seite des Auslassabschnitts 42 zu erzeugen.
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Die Gebläsepositionierungsabschnitte 40 und die Auslassabschnitte 42 der Auslasskanäle 39 sind an der Rückseite der Rückwand 7 im Gehäuse 2 angeordnet, die Verbindungsvorsprünge 41 sind jeweils durch die in der Rückwand 7 ausgebildeten Kanaleinführlöcher 7b eingeführt, und die vorderen Enden der Verbindungsvorsprünge 41 sind jeweils mit den hinteren Enden der kammerbildenden Abschnitte 17 in den Batteriemodulen 3 verbunden (vergl. 6). Daher kommunizieren die Ausströmöffnungen 41a der Verbindungsvorsprünge 41 und die Verbindungsöffnungen 17a der kammerbildenden Abschnitte 17 miteinander, und Kühlluft, die die Batteriezellen 12 gekühlt hat, wird von den Auslassöffnungen über die Auslasskanäle 39 von den Kammern 21 abgeleitet.
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Der vorstehend beschriebene Kühlluftstrom in den Einlasskanälen 36, den Batteriemodulen 3 und den Auslasskanälen 36 wird durch die Kühlgebläse 43 zwangsweise erzeugt, wodurch die Batteriezellen 12 effizient gekühlt werden.
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In der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierten bordeigenen Batterie 1 wird dem elektrischen Heizdraht 22b der Heizeinrichtung 22 bei niedrigen Temperaturen über das Stromversorgungskabel für die Heizeinrichtung Strom zugeführt. Wenn dem elektrischen Heizdraht 22b Strom zugeführt wird, erzeugt der elektrische Heizdraht 22b Wärme, die von der Heizeinrichtung 22 zur Wärmesenke 25 übertragen wird, wodurch Luft im Inneren des Batteriemoduls 3 durch von der Wärmesenke 25 freigesetzte Wärme erwärmt wird, und wobei die an der Seite der Heizeinrichtung 22 angeordneten Batteriezellen 12 erwärmt werden.
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Die Temperatur der durch die Heizeinrichtung 22 erwärmten Batteriezellen 12 steigt an, wodurch die Ausgangsleistung verbessert und eine hohe elektrische Energiespeicherfunktion gewährleistet wird.
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Wärme für die Wärmesenke 25 von der Heizeinrichtung 22 wird vom elektrischen Heizdraht 22b über den Kontaktabschnitt 27a und den Außenumfangsabschnitt 27b zu den gegenüberliegenden Flächenabschnitten 27c, den Umfangsabschnitten 27d und den zweiten Innenlochabschnitten 27f übertragen oder wird vom elektrischen Heizdraht 22b über den Kontaktabschnitt 27a und die ersten Innenlochabschnitte 27e zu den gegenüberliegenden Flächenabschnitten 27c, den Umfangsabschnitten 27d und den zweiten Innenlochabschnitten 27f übertragen. Die von der Heizeinrichtung 22 zur Wärmesenke 25 übertragene Wärme wird hauptsächlich bezüglich den Batteriezellen 12 von den gegenüberliegenden Flächenabschnitten 27c, den Umfangsabschnitten 27d und den zweiten Innenlochabschnitten 27f freigesetzt, und die Batteriezellen 12 werden durch die vom Wärmeleiter 27 freigesetzte Wärme erwärmt.
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In der vorstehend beschriebenen bordeigenen Batterie 1 sind die Wärmeüertragungslöcher 25a in der Wärmesenke 25 ausgebildet und wird Wärme auch über die an den Wärmeübertragungslöchern 25a angeordneten ersten Innenlochabschnitte 27e zu den gegenüberliegenden Flächenabschnitten 27c, den Umfangsabschnitten 27d und den zweiten Innenlochabschnitten 27c übertragen.
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Dadurch wird, indem die Wärmeübertragungslöcher 25a in der Wärmesenke 25 ausgebildet sind, der Übertragungspfad für in der Heizeinrichtung 22 erzeugte Wärme zu den Batteriezellen 12 hin verkürzt, wird Wärmeverlust bei der Wärmeübertragung zum Wärmeleiter 27 vermindert und kann die Heizeffizienz bezüglich den Batteriezellen 12 verbessert werden.
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Indem die Wärmeübertragungslöcher 25a in der Wärmesenke 25 ausgebildet sind und die ersten Innenlochabschnitte 27e jeweils an den Wärmeübertragungslöchern angeordnet sind, wird die Wärmeabgabefläche der Wärmesenke 25 vergrößert und kann die Heizeffizienz bezüglich den Batteriezellen 12 verbessert werden.
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Außerdem wird, indem die Wirkungslöcher 25b in der Wärmesenke 25 ausgebildet sind und die zweiten Innenlochabschnitte 27f an den Wirkungslöchern 25b bereitgestellt werden, die Wärmeabgabefläche 25 der Wärmesenke 25 weiter vergrößert und kann die Heizeffizienz bezüglich den Batteriezellen 12 weiter verbessert werden.
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Wenn dem elektrischen Heizdraht 22b der Heizeinrichtung 22 in der bordeigenen Batterie 1 Strom zugeführt wird, werden die Kühlgebläse 43 derart angesteuert, dass sie sich nicht drehen, so dass die Batteriezellen 12 nicht gekühlt werden.
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Indem die Kühlgebläse 43 während des Betriebs der Heizeinrichtung 22 auf diese Weise nicht in Drehbewegung versetzt werden, wird der durch die Heizeinrichtung 22 erwärmte Luftstrom zum Erwärmen der Batteriezellen 12 im Inneren des Batteriemoduls 3 unterdrückt. Dadurch kann die Heizeffizienz bezüglich den Batteriezellen 12 durch die Heizeinrichtung 22 verbessert werden.
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In der vorstehend beschriebenen bordeigenen Batterie ist die Heizeinrichtung 22 zum Erwärmen der Batteriezellen 12 in der Kammer 21 angeordnet, und die gegenüber den Batteriezellen 12 angeordnete und an der Heizeinrichtung 22 befestigte Wärmesenke 25 ist in der Kammer 21 angeordnet.
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Daher wird, indem die Wärmesenke 25 bereitgestellt wird, die Wärmeabgabefläche vergrößert, so dass die zu den Batteriezellen 12 hin freigesetzte Wärmemenge erhöht werden kann, ohne die Anzahl der Heizeinrichtungen 22 oder die Ausgangsleistung der Heizeinrichtung 22 zu erhöhen. Daher kann die Ausgangsleistung der Batteriezelle 12 bei niedrigen Temperaturen verbessert werden, während eine einfache Struktur gewährleistet wird und ohne dass die Herstellungskosten steigen.
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Weil die Heizeinrichtung 22 und die Wärmesenke 25 beide in der Kammer 21 angeordnet sind, können eine vereinfachte Struktur und eine Größenreduzierung der bordeigenen Batterie 1 durch effektive Ausnutzung des Installationsraums erzielt werden. Dadurch kann die Ausgangsleistung der Batteriezellen 12 bei niedrigen Temperaturen verbessert werden, ohne dass ein Anstieg der Herstellungskosten verursacht wird.
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Außerdem ist in der vorstehend beschriebenen bordeigenen Batterie 1 die Wärmesenke 25 aus dem aus einem Harzmaterial hergestellten Grundkörper 26 und dem auf der Außenfläche des Grundkörpers 26 und aus einem Metallmaterial ausgebildeten Wärmeleiter 27 ausgebildet, und der Wärmeleiter 27 ist an einem von den Endflächen 26c der Vorsprünge 26b verschiedenen Abschnitt des Grundkörpers 26 angeordnet.
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Weil die Außenflächen der Batteriezellen 12 mit einem Zwischenpotential im Batteriemodul 3 aufgeladen sind, besteht eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Kurzschluss verursacht wird, wenn jeweilige Abschnitte bei einer Kollision oder dergleichen des Fahrzeugs zusammengedrückt werden oder abfallen und ein leitfähiger Abschnitt mit den Batteriezellen 12 in Kontakt kommt.
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Daher kommen, indem der Wärmeleiter 27 auf die vorstehend beschriebene Weise an dem von den Endflächen 26c der Vorsprünge 26b verschiedenen Abschnitt des Grundkörpers 26 angeordnet ist, die Endflächen 26c der Vorsprünge 26b mit einem nichtleitenden Abschnitt der Batteriezellen 12 in Kontakt, wenn jeweilige Abschnitte aufgrund einer Kollision des Fahrzeugs oder dergleichen zusammengedrückt werden oder abfallen. Dadurch kann ein Kurzschluss verhindert und eine Gefahrensituation vermieden werden.
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Ein wärmeisolierendes Material 44 kann an der Außenseite der Kammer 21 an der Außenfläche des Batteriemoduls 3, z. B. an der Außenfläche des kammerbildenden Abschnitts 17 (vergl. 9), befestigt sein.
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Indem das wärmeleitende Material 44 an der Außenseite der Kammer 21 befestigt ist, wird die Wärmeabgabe von der Heizeinrichtung 22 zur Außenseite des Batteriemoduls 3 unterdrückt und kann die Heizeffizienz der Heizeinrichtung 22 bezüglich den Batteriezellen 12 verbessert werden.
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In der bordeigenen Batterie 1 kann, wie in 10 dargestellt ist, die Konfiguration derart sein, dass die kammerbildenden Abschnitte 17 in einem Zustand in Kontakt stehen, in dem die Batteriemodule 3 ausgerichtet und angeordnet sind, Kommunikationslöcher 17b für eine Kommunikation der Kammern 21 jeweils in den kammerbildenden Abschnitten 17 ausgebildet sind, und die Heizeinrichtung 22 an der Grenze der Kammern 21 angeordnet ist.
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In diesem Fall sind die elektrischen Heizdrähte 22b jeweils an beiden Seiten der Heizeinrichtung 22 angeordnet, und die Wärmesenken 25 sind an beiden Oberflächen der Heizeinrichtung 22 befestigt. Die Wärmesenken 25 sind an der Heizeinrichtung 22 in einem Zustand befestigt, in dem die Oberflächen der Kontaktabschnitte 27a der Wärmeleiter 27 jeweils mit beiden Oberflächen der Heizeinrichtung 22 in Kontakt stehen.
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Indem die Heizeinrichtung 22 auf diese Weise an der Grenze der Kammern 21 angeordnet ist und die Wärmesenken an beiden Seiten der Heizeinrichtung 22 angeordnet sind, wird eine Heizeinrichtung 22 von zwei Batteriemodulen 3 gemeinsam genutzt. Daher können, weil die im Inneren der zwei Batteriemodule 3 angeordneten Batteriezellen 12 durch eine Heizeinrichtung 22 erwärmt werden, die Anzahl von Komponenten und die Größe reduziert werden.
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Eine Heizeinrichtung 22 ist als Quelle für von den beiden Wärmesenken 25 freizusetzende Wärme ausreichend, so dass eine weitere Reduzierung der Anzahl von Komponenten und der Größe der bordeigenen Batterie 1 erzielt werden können.
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Vorstehend ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem die Form des in der Wärmesenke 25 ausgebildeten Wärmeübertragungslochs 25a kreisförmig ist. Die Form des Wärmeübertragungslochs 25a ist jedoch nicht auf eine Kreisform beschränkt, sondern es ist eine beliebige andere Form möglich. Beispielsweise kann das Wärmeübertragungsloch 25a kreuzförmig (vergl. 11), H-förmig (vergl. 12) oder sternförmig ausgebildet sein (vergl. 13).
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Indem das Wärmeübertragungsloch 25a kreuzförmig, H-förmig oder sternförmig ausgebildet ist, kann die Wärmeabgabefläche weiter vergrößert werden, wodurch die Heizeffizienz bezüglich der Batteriezellen 12 weiter verbessert wird.
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Vorstehend ist ein Beispiel dargestellt worden, bei dem die Form des in der Wärmesenke 25 ausgebildeten Wirkungslochs 25b rechteckig ist. Die Form des Wirkungslochs 25b ist jedoch nicht auf eine Rechteckform beschränkt, sondern es ist eine beliebige andere Form möglich, um die Wärmeabgabefläche zu vergrößern.
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Ferner ist vorstehend ein Beispiel dargestellt worden, in dem die Vorsprünge 26b der Wärmesenke 25 in einer sich in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstreckenden Form ausgebildet sind. Es ist jedoch möglich, die Vorsprünge 26b in einer beliebigen Form auszubilden, so lange die Form vom Grundplattenabschnitt 26a seitlich hervorsteht.
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Die Vorsprünge 26b können in einer seitlich hervorstehenden Schaftform ausgebildet sein, wie beispielsweise in 14 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Vorsprünge 26b vorzugsweise in einer Form ausgebildet sind, die einen glatten Kühlluftstrom nicht behindert.
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Vorstehend ist ein Beispiel mit einer Konfiguration der Wärmesenke 25 dargestellt worden, bei der der Wärmeleiter 27 an der Außenfläche des durch ein Harzmaterial ausgebildeten Grundkörpers 26 angeordnet ist. Es ist jedoch möglich, die Wärmesenke 25 beispielsweise aus einem Metallmaterial auszubilden. Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Fall die Endfläche 26c des Vorsprungs 26b vorzugsweise durch ein nicht-leitfähiges Material, wie beispielsweise ein Harz, bedeckt ist, um einen Kurzschluss bei einem Kontakt mit den Batteriezellen 12 zu verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-198561 [0001]
- JP 2013-218792 A [0007, 0008]
- JP 2010-140802 A [0007, 0009]
