DE102016200600A1

DE102016200600A1 - Kühlmechanismus für einen Bateriepack zur Verwendung in Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102016200600A1
Application number: DE102016200600.2A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Takeuchi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2036-01-20
Also published as: DE102016200600B4; CN105826631B; JP2016135621A; JP6476906B2; DE102016200600A8; CN105826631A

Abstract

Ein Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack ist derart ausgebildet, dass die Fähigkeit, ein Batteriegehäuse und eine elektrische Vorrichtung zu kühlen, verbessert wird. Der Kühlmechanismus umfasst eine Luftansaugführung, die mit einer stromaufwärtigen Luftansaugführung und einer stromabwärtigen Luftansaugführung ausgestattet ist. Die stromaufwärtige Luftansaugführung ist außerhalb eines Batteriepacks angeordnet und weist einen Kühllufteinlass auf. Die stromabwärtige Luftansaugführung ist innerhalb des Batteriepacks angeordnet und ist an ihrem stromaufwärtigen Ende mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung und an ihrem stromabwärtigen Ende mit der elektrischen Vorrichtung und mit dem Batteriegehäuse verbunden. Die stromabwärtige Luftansaugführung weist eine Verzweigungsstelle auf, an der ein erster Kühlkanal und ein zweiter Kühlkanal auseinanderlaufen. Die Verzweigungsstelle befindet sich stromaufwärts der elektrischen Vorrichtung und des Batteriegehäuses. Der erste Kühlkanal erstreckt sich von der Verzweigungsstelle bis zur elektrischen Vorrichtung, um die elektrische Vorrichtung mit Kühlluft zu versorgen. Der zweite Kühlkanal erstreckt sich von der Verzweigungsstelle bis zum Batteriegehäuse, um dem Batteriegehäuse Kühlluft zuzuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Kühlmechanismus für einen in einem Fahrzeug montierten Batteriepack und insbesondere einen solchen Kühlmechanismus für einen Batteriepack, in dem ein Batteriegehäuse und eine elektrische Vorrichtung installiert sind.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Allgemein sind Hybridfahrzeuge oder elektrische Fahrzeuge mit einer Batterie mit einer großen Speicherkapazität zur Zufuhr von elektrischer Energie an einen Traktionsmotors und an eine elektrische Vorrichtung mit einem Wechselrichter ausgestattet. Die Batterie und die elektrische Vorrichtung sind in einem Batteriepack vereinigt. Der Batteriepack wird gekühlt, indem ein Luftstrom in einem Gehäuse des Batteriepacks erzeugt wird.
Die japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2010-120397 lehrt eine Kühlstruktur für Fahrzeug-Batteriepacks. Die Kühlstruktur weist den Batteriepack auf, in dem ein Batteriegehäuse und eine elektrische Vorrichtung angeordnet sind und in eine Strömungsrichtung der Kühlluft ausgerichtet sind. Nachdem sie das Batteriegehäuse abgekühlt hat, strömt die Kühlluft am stromabwärts vom Batteriegehäuse gelegenen Gehäuse der elektrischen Vorrichtung vorbei.
Wie oben beschrieben, sind das Batteriegehäuse und die elektrische Vorrichtung in der oben genannten Kühlstruktur für den Fahrzeug-Batteriepack in Strömungsrichtung der Kühlluft in Reihe angeordnet, so dass eine Zwischenleitung benötigt wird, die die Kühlluft vom Batteriegehäuse zum Gehäuse der elektrischen Vorrichtung leitet. Um in der Zwischenleitung eine gleichmäßige Strömung der Kühlluft herbeizuführen, ist es notwendig den Radius der Krümmung der Zwischenleitung zu erhöhen, wodurch ein zusätzlicher Raum zur Anordnung der Zwischenleitung innerhalb des Batteriepacks benötigt wird.
Wie oben beschrieben, sind das Batteriegehäuse und die elektrische Vorrichtung in der Kühlstruktur für den Fahrzeug-Batteriepack in Strömungsrichtung der Kühlluft in Reihe angeordnet, was zu einem erhöhten Druckverlust der Kühlluft führt. Dies führt dazu, dass eine Erhöhung der Leistung eines zur Erzeugung der Strömung der Kühlluft arbeitenden Kühlventilators benötigt wird, so dass der Kühlventilator vergrößert werden muss.
Die Kühlstruktur des Fahrzeug-Batteriepacks muss daher die Zwischenleitung, den Raum zur Anordnung der Zwischenleitung und den großen Kühlventilator aufweisen, was problematisch ist, weil der Batteriepack vergrößert werden muss.
Die Kühlstruktur für den Fahrzeug-Batteriepack hat auch das Problem, dass die Kühlluft, die das Batteriegehäuse gekühlt hat und dadurch erwärmt wurde, in die elektrische Vorrichtung eintritt, was zu einer mangelnden Kühlung des Gehäuses der elektrischen Vorrichtung führt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben genannten Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen kleinen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack zur Verfügung zu stellen, der eine verbesserte Kühlleistung zum Kühlen eines Batteriegehäuses und einer elektrischen Vorrichtung bietet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist ein Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack vorgesehen, der ausgestattet ist mit einem Batteriegehäuse, in dem ein Batteriemodul angeordnet ist, und mit einem Batteriepack, in dem eine elektrische Vorrichtung installiert ist, mit einer Luftansaugführung, die mit dem Batteriepack verbunden ist und Kühlluft in den Batteriepack befördert, und mit einem Kühlventilator, der im Betrieb die Kühlluft durch die Luftansaugführung in den Batteriepack einführt. Die Luftansaugführung umfasst eine stromaufwärtige Luftansaugführung und eine stromabwärtige Luftansaugführung. Die stromaufwärtige Luftansaugführung ist außerhalb des Batteriepacks angeordnet und weist einen Kühllufteinlass auf. Die stromabwärtige Luftansaugführung ist innerhalb des Batteriepacks angeordnet. Die stromabwärtige Luftansaugführung ist an ihrem stromaufwärtigen Ende mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung und an ihrem stromabwärtigen Ende mit der elektrischen Vorrichtung und mit dem Batteriegehäuse verbunden. Die stromabwärtige Luftansaugführung weist eine Verzweigungsstelle auf, an der ein erster Kühlkanal und ein zweiter Kühlkanal auseinanderlaufen. Die Verzweigungsstelle befindet sich stromaufwärts der elektrischen Vorrichtung und des Batteriegehäuses. Der erste Kühlkanal erstreckt sich von der Verzweigungsstelle bis zur elektrischen Vorrichtung, um die elektrische Vorrichtung mit Kühlluft zu versorgen. Der zweite Kühlkanal erstreckt sich von der Verzweigungsstelle bis zum Batteriegehäuse, um dem Batteriegehäuse Kühlluft zuzuführen.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäss teilt sich die in der stromaufwärtigen Luftansaugführung fließende Kühlluft an der Verzweigungsstelle der stromabwärtigen Luftansaugführung in zwei Ströme: der eine wird durch den ersten Kühlkanal der elektrischen Vorrichtung und der andere durch den zweiten Kühlkanal dem Batteriegehäuse zugeführt.
Dies behebt das in der Struktur nach dem Stand der Technik auftretende Problem, dass die Kühlluft, welche das Batteriegehäuse gekühlt hat und dadurch erwärmt wurde, unerwünscht der elektrischen Vorrichtung zugeführt wird, und ermöglicht eine direkte Zufuhr der Kühlluft, die durch den Kühllufteinlass eintritt und eine niedrige Temperatur aufweist, an die elektrische Vorrichtung und an das Batteriegehäuse, wodurch die Fähigkeit des Kühlmechanismus, das Batteriegehäuse und die elektrische Vorrichtung zu kühlen, gesteigert wird.
Der stromabwärtige Kühlkanal besteht aus zwei Zweigen: dem ersten Kühlkanal und dem zweite Kühlkanal, so dass die Gesamtlänge der stromabwärtigen Luftansaugführung zur Vereinfachung der Struktur des Batteriepacks oder Reduzierung seiner Größe verkürzt werden kann.
Es ist ebenfalls möglich, einen Druckabfall der Kühlluft in der stromabwärtigen Luftansaugführung im Vergleich zur Struktur des Standes der Technik zu verringern, wodurch die Notwendigkeit einer Vergrößerung des Kühlventilators zum Ausgleich des Druckabfalls der Kühlluft entfällt. Dies erlaubt auch eine Verkleinerung des Kühlmechanismus. Infolgedessen ist es möglich, die Größe des Kühlmechanismus zu reduzieren und dessen Fähigkeit, das Batteriegehäuse und die elektrische Vorrichtung zu kühlen, zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Seitenansicht eines im hinteren Teil eines Fahrzeugs auf einer Bodenplatte montierten Batteriepacks, von der rechten Seite des Fahrzeugs aus gesehen.
2 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Rückansicht eines im hinteren Teil eines Fahrzeugs auf einer Bodenplatte montierten Batteriepacks, von der rechten Seite des Fahrzeugs aus gesehen.
3 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Vorderansicht eines im hinteren Teil eines Fahrzeugs auf einer Bodenplatte montierten Batteriepacks, von oberhalb des Fahrzeugs betrachtet.
4 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine perspektivische Ansicht eines Batteriepacks.
5 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Hinteransicht eines Batteriepacks.
6 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Seitenansicht eines Batteriepacks.
7 ist eine Ansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack darstellt, und insbesondere eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 6.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 1 bis 7 stellen den Kühlmechanismus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Nachfolgend wird die Struktur des Kühlmechanismus beschrieben. Wie in den 1 bis 3 deutlich dargestellt, weist das Fahrzeug 1 einen hinteren Abschnitt 2 auf, in dem auf einer oberen Fläche einer Bodenplatte 4 ein Rücksitz 3 angeordnet ist. Hinter dem Rücksitz 3 ist ein Kofferraum 5 gebildet. Eine Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung (d. h. eine Längsrichtung), eine Richtung nach rechts oder links (d. h. eine laterale Richtung), eine Richtung nach oben oder unten (d. h. eine vertikale Richtung), die in den Zeichnungen durch Pfeile angegeben sind, sind Richtungen aus Sicht eines auf einem Fahrersitz des Fahrzeugs 1 sitzenden Fahrers.
Auf der Bodenplatte 4 innerhalb des Kofferraums 5 sind ein Batteriepack 10, eine Luftansaugführung 30 und ein Kühlventilator 20 angeordnet. Der Batteriepack 10 befindet sich unter einer Rückenlehne 3A des Rücksitzes 3.
Die Luftansaugführung 30 weist einen in ihrem stromaufwärtigen Ende gebildeten Kühllufteinlass 41 auf. Die Luftansaugführung 30 ist an ihrem stromabwärtigen Ende mit dem Batteriepack 10 verbunden. Der Kühllufteinlass 41 befindet sich unter einer Sitzfläche 3B des Rücksitzes 3. Die Luftansaugführung 30 führt durch den Kühllufteinlass 41 angesaugte Kühlluft zum Batteriepack 10.
Der Kühlventilator 20 ist in der Luftansaugführung 30 installiert und erzeugt und befördert, während des Betriebs, eine Kühlluftströmung durch die Luftansaugführung 30 in den Batteriepack 10. Das Fahrzeug 1 wird durch Antrieb eines elektrischen Motors (nicht gezeigt) anhand der von dem Batteriepack 10 zugeführten elektrischen Energie betrieben.
Der Batteriepack 10 ist, wie in den 5 und 7 dargestellt, mit einem Gehäuse 11 ausgestattet, in dem ein Batteriegehäuse 13 und eine elektrische Vorrichtung 14 angeordnet sind. Das Batteriegehäuse 13 weist darin angeordnete Batteriemodule 12 auf. Die Batteriemodule 12 sind jeweils in Form einer zusammengesetzten Batterie aufgebaut, die, wie in 7 dargestellt, aus miteinander verbundenen Batteriezellen 12A besteht. Die elektrische Vorrichtung 14 ist eine elektrische Hochspannungsvorrichtung, wie z. B. ein Wechselrichter. Die elektrische Vorrichtung 14 ist an ihrem Boden durch ein Tragelement 14A gehalten.
Wie in den 5 bis 7 dargestellt, umfasst die Luftansaugführung 30 eine stromaufwärtige Luftansaugführung 40 und eine stromabwärtige Luftansaugführung 50. Die stromaufwärtige Luftansaugführung 40 ist außerhalb des Batteriepacks 10 angeordnet und weist den in ihrem stromaufwärtigen Ende gebildeten Kühllufteinlass 41 auf. Der Kühllufteinlass 41 befindet sich unterhalb der Sitzfläche 3B des Rücksitzes 3.
Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 ist innerhalb des Batteriepacks 10 angeordnet. Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 weist ein mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung 40 verbundenes stromaufwärtiges Ende auf. Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 weist ein mit der elektrischen Vorrichtung 14 und dem Batteriegehäuse 13 verbundenes stromabwärtiges Ende auf.
Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 weist eine Verzweigungsstelle 51 auf, an der zwei Abzweigkanäle stromaufwärts der elektrischen Vorrichtung 14 und des Batteriegehäuses 13 auseinanderlaufen. Insbesondere weist die stromabwärtige Luftansaugführung 50 einen ersten Kühlkanal 52 und einen zweiten Kühlkanal 55 auf. Der erste Kühlkanal 52 erstreckt sich von der Verzweigungsstelle 51 in Richtung der elektrischen Vorrichtung 14, um die Kühlluft zur elektrischen Vorrichtung 14 zu befördern. Der zweite Kühlkanal 55 erstreckt sich von der Verzweigungsstelle 51 in Richtung des Batteriegehäuses 13, um die Kühlluft zum Batteriegehäuse 13 zu befördern.
Anhand der oben genannten Maßnahmen teilt die stromabwärtige Luftansaugführung 50 die Kühlluft an der Verzweigungsstelle 51 in zwei Ströme: der eine wird durch den ersten Kühlkanal 52 der elektrischen Vorrichtung 14 zugeführt und der zweite wird durch den zweiten Kühlkanal 55 dem Batteriegehäuse 13 zugeführt. Mit anderen Worten weist die Luftansaugführung 30 in dieser Ausführungsform einen parallelen Kühlmechanismus auf, der dazu eingerichtet ist, die zwei Kühlluftströme zu erzeugen und sie parallel zueinander der elektrischen Vorrichtung 14 und dem Batteriegehäuse 13 zuzuführen.
Wie in 7 deutlich dargestellt, weist das Batteriegehäuse 13 einen darin gebildeten inneren Kühlkanal 16 auf. Der innere Kühlkanal 16 steht mit dem zweiten Kühlkanal 55 in Verbindung, um den vom zweiten Kühlkanal 55 gelieferten Kühlluftstrom zu der Mehrzahl von Batteriezellen 12A zu leiten. Die elektrische Vorrichtung 14 ist über einem stromabwärtigen Endabschnitt des inneren Kühlkanals 16 montiert.
Am Boden der elektrischen Vorrichtung 14 ist ein Kühlkörper 15 befestigt. Der Kühlkörper 15 erstreckt sich in den ersten Kühlkanal 52 hinein. Der Kühlkörper 15 ist mit Kühlrippen (nicht gezeigt) ausgestattet, die von der elektrischen Vorrichtung 14 erzeugte thermische Energie ableiten. Eine Hitzeschildplatte 17 ist zwischen dem Batteriegehäuse 13 und dem Kühlkörper 15 angeordnet.
Der erste Kühlkanal 52 weist einen engen Abschnitt 53 auf, der in der Nähe seines stromaufwärtigen Endes gebildet ist. Der enge Abschnitt 52 definiert einen Durchflusskanal mit einer kleineren Querschnittsfläche als ein stromabwärtiger Abschnitt des ersten Kühlkanals 52. Der erste Kühlkanal 52 weist einen Durchmesser auf, der vom engen Abschnitt 53 stromabwärts allmählich zunimmt.
Wie in den 2, 4, 5 und 7 dargestellt, umfasst die stromaufwärtige Luftansaugführung 40 eine erste stromaufwärtige Luftansaugführung 42 und eine zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43. Die erste stromaufwärtige Luftansaugführung 42 weist den in ihrem stromaufwärtigen Ende gebildeten Kühllufteinlass 41 auf. Die erste stromaufwärtige Luftansaugführung 42 ist an ihrem stromabwärtigen Ende mit dem Kühlventilator 20 verbunden.
Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 ist an einem stromaufwärtigen Ende mit dem Kühlventilator 20 und an ihrem stromabwärtigen Ende mit dem stromaufwärtigen Ende der stromabwärtigen Luftansaugführung 50 verbunden.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, erstreckt sich die erste stromaufwärtige Luftführung 42 in Längsrichtung, während sich die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 in die laterale Richtung erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die erste stromaufwärtige Luftansaugführung 42 vom Kühllufteinlass 41 nach hinten und ist mit einem oberen Abschnitt des Kühlventilators 20 verbunden. Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 erstreckt sich von einer linken Fläche des Kühlventilators 20 nach links, d. h. in Richtung der Fahrzeugmitte in dessen Breitenrichtung, und ist mit einer rechten Fläche eines oberen Abschnitts des Batteriepacks 10 verbunden.
Wie in den 5 und 7 dargestellt, weist die stromabwärtige Luftansaugführung 50 einen in einem stromaufwärtigen Ende des ersten Kühlkanals 52 gebildeten ersten Kühllufteinlass 54 auf. Der erste Kühllufteinlass 54 mündet in den oberen Abschnitt des Batteriepacks 10. Der zweite Kühlkanal 55 weist einen in seinem stromaufwärtigen Ende gebildeten zweiten Kühllufteinlass 56 auf. Der zweite Kühllufteinlass 56 ist am ersten Kühllufteinlass 54 angrenzend angeordnet.
Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist eine obere Wand 43A auf. Die obere Wand 43A weist eine in ihrem stromabwärtigen Ende gebildete nach oben gewölbte konvexe Wand 44 auf. Die konvexe Wand 44 ist von der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung 43 nach außen gewölbt und führt zum oberen Abschnitt der stromabwärtigen Luftansaugführung 50.
Der erste Kühllufteinlass 54 liegt näher an der konvexen Wand 44 als der zweite Kühllufteinlass 56. Der erste Kühllufteinlass 54 weist eine Öffnung mit kleineren Fläche als die Öffnung des zweiten Kühllufteinlasses 56 auf.
Zwischen dem stromaufwärtigen Ende des ersten Kühlluftkanals 52 und dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Kühlluftkanals 55 ist eine Trennwand 57 angeordnet. Die Trennwand 57 erstreckt sich bis an den ersten Kühllufteinlass 54 und den zweiten Kühllufteinlass 56.
Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist einen geneigten Abschnitt 46 auf, dessen Achse (d. h. eine Längsmittelachse) 46A sich vom Kühlventilator 20 bis zum zweiten Kühllufteinlass 56 erstreckt. Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist einen horizontalen Abschnitt 47 auf, dessen Achse 47A sich von einem unteren Ende des geneigten Abschnitts 46 aus in horizontaler Richtung erstreckt und der den ersten Kühllufteinlass 54 und den zweiten Kühllufteinlass 56 überdeckt. Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist einen Schnittpunkt 48 auf, bei dem die Achse 46A des geneigten Abschnitts 46 die Achse 47A des horizontalen Abschnitts 47 kreuzt.
Die oberhalb des Schnittpunkts 48 gelegene obere Wand 43A weist eine nach innen gewölbte konkave Wand 45 auf, die in die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 hinein, das heißt nach unten, gewölbt ist. Der geneigte Abschnitt 46 ist derart geneigt, dass die Achse 46A durch den zweiten Kühllufteinlass 56 hindurch führt.
Wird eine imaginäre Ebene 43C so definiert, dass sie sich von der oberen Wand 43A des zweiten Kühllufteinlasses 56 entlang der oberen Wand 43A des geneigten Abschnitts 46 erstreckt, ist die obere Wand 43A derart geneigt, dass die imaginäre Ebene 43C durch die Öffnung des zweiten Kühllufteinlasses 56 hindurch führt.
Die konvexe Wand 44 weist einen Krümmungsradius auf, der klein genug ist, um eine starke Veränderung der Strömungsrichtung der Kühlluft herbeizuführen. Der Krümmungsradius der konkaven Wand 45 ist so festgelegt, dass er größer als der Krümmungsradius der konvexen Wand 44 ist. Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist eine untere Wand 43B auf, die sich im Wesentlichen parallel zur oberen Wand 43A erstreckt.
Nachfolgend wird der Betrieb des Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack erörtert. Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus mit der Luftansaugführung 30 ausgestattet, welche die stromaufwärtige Luftansaugführung 40 und die stromabwärtige Luftansaugführung 50 umfasst. Die stromaufwärtige Luftansaugführung 40 ist außerhalb des Batteriepacks 10 angeordnet und weist den Kühllufteinlass 41 auf. Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 ist innerhalb des Batteriepacks 10 angeordnet und an ihrem stromaufwärtigen Ende mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung 40 und an ihrem stromabwärtigen Ende mit der elektrischen Vorrichtung 14 und dem Batteriegehäuse 13 verbunden.
Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 umfasst die Verzweigungsstelle 51, den ersten Kühlkanal 52 und den zweiten Kühlkanal 55. Der erste Kühlkanal 52 und der zweite Kühlkanal 55 laufen an der stromaufwärts der elektrischen Vorrichtung 14 und des Batteriegehäuses 13 gelegenen Verzweigungsstelle 51 auseinander. Der erste Kühlkanal 52 erstreckt sich von der Verzweigungsstelle 51 in Richtung der elektrischen Vorrichtung 14, um der elektrischen Vorrichtung 14 die Kühlluft zuzuführen. Der zweite Kühlkanal 55 erstreckt sich von der Verzweigungsstelle 51 in Richtung des Batteriegehäuses 13, um dem Batteriegehäuse 13 die Kühlluft zuzuführen.
Anhand der oben genannten Maßnahmen wird die in der stromaufwärtigen Luftansaugführung 40 strömende Kühlluft an der Verzweigungsstelle 51 der stromabwärtigen Luftansaugführung 50 in zwei Ströme geteilt: der eine wird durch den ersten Kühlkanal 52 der elektrischen Vorrichtung 14 zugeführt, und der andere wird durch den zweiten Kühlkanal 55 dem Batteriegehäuse 13 zugeführt.
Dies behebt das in der Struktur nach dem Stand der Technik auftretende Problem, dass die Kühlluft, welche das Batteriegehäuse 13 gekühlt hat und dadurch erwärmt wurde, der elektrischen Vorrichtung 14 zugeführt wird, und ermöglicht eine direkte Zufuhr der Kühlluft, die durch den Kühllufteinlass 41 eintritt und eine niedrige Temperatur aufweist, an die elektrische Vorrichtung 14 und an das Batteriegehäuse 13, wodurch die Fähigkeit des Kühlmechanismus, das Batteriegehäuse 13 und die elektrische Vorrichtung 14 zu kühlen, gesteigert wird.
Der stromabwärtige Kühlkanal besteht aus zwei Zweigen: der erste Kühlkanal 52 und der zweite Kühlkanal 55, was eine Verringerung der Gesamtlänge der stromabwärtigen Luftansaugführung 50 zur Vereinfachung der Struktur des Batteriepacks 10 oder Reduzierung seiner Größe erlaubt.
Es ist ebenfalls möglich, einen Druckabfall der Kühlluft in der stromabwärtigen Luftansaugführung 50 im Vergleich zur Struktur des Standes der Technik zu reduzieren, wodurch die Notwendigkeit einer Vergrößerung des Kühlventilators 20 oder der Verwendung einer Mehrzahl von Kühlventilatoren entfällt. Dies erlaubt auch eine Verkleinerung des Kühlmechanismus.
Folglich ist es möglich, die Größe des Kühlmechanismus zu reduzieren und dessen Fähigkeit, das Batteriegehäuse 13 und die elektrische Vorrichtung 14 zu kühlen, zu verbessern.
In dieser Ausführungsform ist der Kühlmechanismus des Fahrzeug-Batteriepacks mit dem Batteriegehäuse 13 ausgesttatet, in dem der mit dem zweiten Kühlkanal 55 verbundene innere Kühlkanal 16 angeordnet ist. Der Kühlmechanismus weist auch die im Batteriegehäuse 13 oberhalb des stromabwärtigen Endes des inneren Kühlkanals 16 angeordnete elektrische Vorrichtung 14 auf.
Die elektrische Vorrichtung 14, die relativ kleiner als das Batteriegehäuse 13 ist, ist über dem Batteriegehäuse 13 angeordnet, wodurch zur Vermeidung einer Vergrößerung des Batteriepacks 10 eine effiziente Nutzung des Raumes über dem Batteriegehäuse 13 erreicht wird.
Die elektrische Vorrichtung 14 und das Batteriegehäuse 13 sind so angeordnet, dass sie miteinander in vertikaler Richtung überlappen, so dass der Batteriepack 10 in horizontaler Richtung (d. h. in Längsrichtung oder Breitenrichtung des Fahrzeugs) verkleinert wird.
Die elektrische Vorrichtung 14 erzeugt üblicherweise eine größere Menge an Wärme als die Batteriemodule 12 im Batteriegehäuse 13. Die elektrische Vorrichtung 14 ist über dem stromabwärtigen Ende des inneren Kühlkanals 16 im Batteriegehäuse 13 platziert, so dass die negativen Auswirkungen der von der elektrischen Vorrichtung 14 erzeugten Wärme auf stromaufwärts des Batteriegehäuses 13 gelegene Teile minimiert werden. Dadurch kann die Kühlluft, die der durch die elektrische Vorrichtung 14 erzeugten Wärme nicht ausgesetzt ist, von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seite des inneren Kühlkanals 16 innerhalb des Batteriegehäuses 13 strömen, wodurch die Fähigkeit des Kühlmechanismus, die Batteriemodule 12 zu kühlen, gesteigert wird.
Wie oben beschrieben, weist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform den am Boden der elektrischen Vorrichtung 14 befestigten Kühlkörper 15 auf. Der Kühlkörper 15 erstreckt sich in den ersten Kühlkanal 52 hinein. Die Hitzeschildplatte 17 ist zwischen dem Batteriegehäuse 13 und dem Kühlkörper 15 angeordnet.
Die Hitzeschildplatte 17 blockiert somit die Übertragung der von der elektrischen Vorrichtung 14 erzeugten Wärme an das Batteriegehäuse 13, wodurch die an das Batteriegehäuse 13 übertragene Menge an Wärme reduziert wird.
Dadurch werden die negativen Auswirkungen der von der elektrischen Vorrichtung 14 erzeugten Wärme auf das Batteriegehäuse 13, in dem die Batteriemodule 12 angeordnet sind, gemindert, wodurch die Ausgangsleistung der Batteriemodule 12 gesteigert wird.
Die Kühlluft im ersten Kühlkanal 52 strömt entlang der Hitzeschildplatte 17 und trifft somit direkt auf den Kühlkörper 15, wodurch auch die Fähigkeit des Kühlmechanismus, die elektrische Vorrichtung 14 zu kühlen, gesteigert wird.
Wie oben beschrieben, ist der erste Kühlkanal 52 des Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform mit dem engen Abschnitt 53 ausgestattet, der sich in der Nähe des stromaufwärtigen Endes des ersten Kühlkanals 52 befindet und dessen Querschnittsfläche kleiner als der stromabwärtige Abschnitt des ersten Kühlkanals 52 ist.
Die Strömungsgeschwindigkeit der von der Verzweigungsstelle 51 aus in den ersten Kühlkanal 52 eingetretenen Kühlluft erhöht sich im engen Abschnitt 52, wodurch die Strömung der Kühlluft zur stromabwärts des engen Abschnitts 53 angeordneten elektrischen Vorrichtung 14 gesteigert wird, so dass die Fähigkeit des Kühlmechanismus, die elektrische Vorrichtung 14 zu kühlen, verbessert wird.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung 40 ausgestattet, die aus der ersten stromaufwärtigen Luftansaugführung 42 und der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung 43 besteht. Die erste stromaufwärtige Luftansaugführung 42 weist den an ihrem einen Ende gebildeten Kühllufteinlass 41 auf und ist an ihrem anderen Ende mit dem Kühlventilator 20 verbunden. Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 ist an einem Ende mit dem Kühlventilator 20 und am anderen Ende mit dem stromaufwärtigen Ende der stromabwärtigen Luftansaugführung 50 verbunden.
Die stromabwärtige Luftansaugführung 50 weist an ihrem stromaufwärtigen Ende den ersten Kühllufteinlass 54 auf. Der erste Kühllufteinlass 54 mündet in den oberen Abschnitt des Batteriepacks 10. Der zweite Kühlkanal 55 weist an seinem stromaufwärtigen Ende den zweiten Kühllufteinlass 56 auf. Der zweite Kühllufteinlass 56 ist am ersten Kühllufteinlass 54 angrenzend angeordnet.
Die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung 43 weist die obere Wand 43A auf, die in ihrem stromabwärtigen Ende die konvexe Wand 44 bildet. Die konvexe Wand 44 ist gewölbt und führt zum oberen Abschnitt der stromabwärtigen Luftansaugführung 50. Der erste Kühllufteinlass 54 ist näher an der konvexen Wand 44 als der zweite Kühllufteinlass 56 angeordnet und weist eine Öffnung mit einer kleineren Fläche als der zweite Kühllufteinlass 56 auf.
Folglich trifft die Kühlluft auf die konvexe Wand 44 der oberen Wand 43A des stromabwärtigen Endes der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung 43 und bewegt sich dann mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit entlang der konvexen Wand 44 zur stromabwärtigen Luftansaugführung 50.
Der erste Kühllufteinlass 54 ist näher an der konvexen Wand 44 als am zweiten Kühllufteinlass 56 angeordnet. Die Öffnungsfläche des ersten Kühllufteinlasses 54 ist kleiner als die Öffnungsfläche des zweiten Kühllufteinlasses 56. Dies bewirkt, dass die Kühlluft, deren Geschwindigkeit beim Strömen entlang der konvexen Wand 44 zugenommen hat, durch den ersten Kühllufteinlass 54 in den ersten Kühlkanal 52 eintritt.
Die Kühlluft, die sich von der konvexen Wand 44 weg bewegt, tritt am zweiten Kühllufteinlass 56 in den zweiten Kühlkanal 55 ein, mit einer Geschwindigkeit, die geringer als die Geschwindigkeit der entlang der konvexen Wand 44 strömenden Kühlluft ist.
Die Kühlluft wird daher mit einer erhöhten Geschwindigkeit der elektrischen Vorrichtung 14 zugeführt, deren Temperatur höher als die des Batteriegehäuses 13 ist, während eine größere Menge an Kühlluft in das Batteriegehäuse 13 befördert und dann gleichmäßig auf die Batterimodule 12 verteilt wird.
Es ist daher möglich, das Batteriegehäuse 13 und die elektrische Vorrichtung 14 gleichzeitig effizient zu kühlen.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform mit der zwischen dem stromaufwärtigen Ende des ersten Kühlkanals 52 und dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Kühlkanals 55 angeordneten Trennwand 57 ausgestattet. Die Trennwand 57 erstreckt sich bis zum ersten Kühllufteinlass 54 und bis zum zweiten Kühllufteinlass 56.
Die Trennwand 57 dient dazu, eine Vermischung der in den ersten Kühllufteinlass 54 des ersten Kühlkanals 52 eintretenden Kühlluft mit der in den zweiten Kühllufteinlass 56 des zweiten Kühlluftkanals 55 eintretenden Kühlluft zu verhindern, da dies die Strömungen der Kühlluft im ersten Kühlkanal 52 und im zweiten Kühlkanal 55 stören würde.
Dadurch wird die Stabilität der Zufuhr von Kühlluft mit hoher Geschwindigkeit durch den ersten Kühllufteinlass 54 in den ersten Kühlkanal 52 gewährleistet.
Somit wird die Kühlluft sowohl dem ersten Kühlkanal 52 als auch dem zweiten Kühlkanal 55 gleichmäßig zugeführt, so dass die Fähigkeit des Kühlmechanismus, die elektrische Vorrichtung 14 und das Batteriegehäuse 13 zu kühlen, gesteigert wird.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform mit der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung 43 ausgestattet, welche den geneigten Abschnitt 46, den horizontalen Abschnitt 47 und die Schnittstelle 48 aufweist. Der geneigte Abschnitt 46 weist eine Achse 46A auf, die sich vom Kühlventilator 20 zum zweiten Kühllufteinlass 56 erstreckt. Der horizontale Abschnitt 47 weist die Achse 47A auf, die sich vom unteren Ende des geneigten Abschnitts 46 in horizontaler Richtung erstreckt, um den ersten Kühllufteinlass 54 und den zweiten Kühllufteinlass 56 zu bedecken. An der Schnittstelle 48 kreuzen sich die Achse 46A des geneigten Abschnitts 46 und die Achse 47A des horizontalen Abschnitts 47.
Oberhalb der Schnittstelle 48 ist die konkave Wand 45 gebildet, die nach unten gebogen ist. Der geneigte Abschnitt 46 ist derart geneigt, dass die Achse 46A durch den zweiten Kühllufteinlass 56 führt.
Anhand der oben genannten Maßnahmen entfernt sich ein Teil eines sich im geneigten Abschnitt 46 bewegenden Kühlluftstroms von der konkaven Wand 45 und tritt dann in den zweiten Kühllufteinlass 56 ein, dessen Öffnungsfläche größer als der erste Kühllufteinlass 54 ist.
Außerdem dient die konvexe Wand 44 dazu, die Strömungsgeschwindigkeit der sich von der konkaven Wand 45 entlang der oberen Wand 43A des horizontalen Abschnitts 47 bewegenden Kühlluft zu erhöhen und die Kühlluft in den ersten Kühllufteinlass 54 zu leiten.
Dadurch werden in der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung 43 zwei Ströme gebildet: der eine ist ein Kühlluftstrom mit hoher Strömungsgeschwindigkeit und der zweite ist ein Kühlluftstrom mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, was die Zuteilung der benötigten Kühlluftmengen zu dem ersten Kühllufteinlass 54 und dem zweiten Kühllufteinlass 46 erlaubt.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack mit der oberen Wand 43A des geneigten Abschnitts 46 ausgestattet, der derart geneigt ist, dass eine imaginäre Ebene 43C durch die Öffnung des zweiten Kühllufteinlasses 56 führt. Die imaginäre Ebene 43C ist so definiert, dass sie sich von der oberen Wand 43A entlang der oberen Wand 43A des geneigten Abschnitts 46 bis zum zweiten Kühllufteinlass 56 gerade erstreckt.
Die oben genannte Maßnahme leitet den Kühlluftstrom, der entlang der oberen Wand 43A des geneigten Abschnitts 46 geströmt ist und dann von der konkaven Wand 45 abgewichen ist, in den zweiten Kühllufteinlass 56.
Dadurch wird verhindert, dass der Kühlluftstrom, der von der konkaven Wand 45 abgewichen ist und dessen Geschwindigkeit nachgelassen hat, in den ersten Kühllufteinlass 54 eintritt.
Die obige Anordnung verhindert auch, dass der mit hoher Geschwindigkeit strömende Kühlluftstrom und der mit niedriger Geschwindigkeit strömende Kühlluftstrom in der Nähe des ersten Kühllufteinlasses 54 aufeinandertreffen und sich gegenseitig stören, wodurch die Stabilität der Zufuhr des mit hoher Geschwindigkeit strömenden Kühlluftstroms in den ersten Kühllufteinlass 54 und einer großen Menge des mit niedriger Geschwindigkeit strömenden Kühlluftstroms in den zweiten Kühllufteinlass 56 gewährleistet wird.
Die mit hoher Geschwindigkeit strömende Kühlluft wird somit der elektrischen Vorrichtung 14 zugeführt, deren Temperatur üblicherweise höher wird als die des Batteriegehäuses 13, wodurch die Fähigkeit des Kühlmechanismus, die elektrische Vorrichtung 14 zu kühlen, gesteigert wird.
Wie oben beschrieben, benötigt das Batteriegehäuse 13 üblicherweise eine große Menge an Kühlluft. Der Kühlmechanismus führt der Mehrzahl von Batteriemodulen 12 eine benötigte große Menge an Kühlluft zu, wodurch die Fähigkeit, das Batteriegehäuse 13 zu kühlen, gesteigert wird.
Wie oben beschrieben, ist der Kühlmechanismus für den Fahrzeug-Batteriepack in dieser Ausführungsform mit der konvexen Wand 44 ausgestattet, die einen Krümmungsradius aufweist, der eine starke Veränderung der Strömungsrichtung der Kühlluft bewirkt. Der Krümmungsradius der konkaven Wand 45 ist größer als der Krümmungsradius der konvexen Wand 44.
Mit anderen Worten weist die konkave Wand 45 eine flache Krümmung auf, wodurch die Menge an Kühlluft, die sich von der konkaven Wand 45 entfernt, reduziert wird und die Stabilität der Strömung eines Teils der Kühlluft entlang der konkaven Wand 45 gewährleistet wird.
Die konvexe Wand 44 weist eine starke Krümmung auf, so dass der von der konkaven Wand 45 kommende Kühlluftstrom beschleunigt wird und in Richtung des ersten Kühllufteinlasses 54 geleitet wird. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Beförderung der Kühlluft in den ersten Kühllufteinlass 54, dessen Öffnungsfläche kleiner ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung zum besseren Verständnis am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform offenbart worden ist, kann die Erfindung auf verschiedene Weise ausgeführt werden, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist somit dahingehend zu verstehen, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsform umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Prinzip der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-120397 [0003]

Claims

Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack, der ausgestattet ist mit einem Batteriegehäuse, in dem ein Batteriemodul angeordnet ist, und mit einem Batteriepack, in dem eine elektrische Vorrichtung installiert ist, mit einer Luftansaugführung, die mit dem Batteriepack verbunden ist und Kühlluft in den Batteriepack befördert, und mit einem Kühlventilator, der im Betrieb die Kühlluft durch die Luftansaugführung in den Batteriepack einführt, wobei die Luftansaugführung eine stromaufwärtige Luftansaugführung und eine stromabwärtige Luftansaugführung umfasst, wobei die stromaufwärtige Luftansaugführung außerhalb des Batteriepacks angeordnet ist und einen Kühllufteinlass aufweist, wobei die stromabwärtige Luftansaugführung innerhalb des Batteriepacks angeordnet ist, wobei die stromabwärtige Luftansaugführung an ihrem stromaufwärtigen Ende mit der stromaufwärtigen Luftansaugführung und an ihrem stromabwärtigen Ende mit der elektrischen Vorrichtung und mit dem Batteriegehäuse verbunden ist, wobei die stromabwärtige Luftansaugführung eine Verzweigungsstelle aufweist, an der ein erster Kühlkanal und ein zweiter Kühlkanal auseinanderlaufen, wobei sich die Verzweigungsstelle stromaufwärts der elektrischen Vorrichtung und des Batteriegehäuses befindet, sich der erste Kühlkanal von der Verzweigungsstelle bis zur elektrischen Vorrichtung erstreckt, um die elektrische Vorrichtung mit Kühlluft zu versorgen, und sich der zweite Kühlkanal von der Verzweigungsstelle bis zum Batteriegehäuse erstreckt, um dem Batteriegehäuse Kühlluft zuzuführen.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 1, bei dem das Batteriegehäuse einen darin angeordneten inneren Kühlkanal aufweist, der mit dem zweiten Kühlkanal in Verbindung steht, und wobei die elektrische Vorrichtung oberhalb eines stromabwärtigen Endes des inneren Kühlkanals im Batteriegehäuse angeordnet ist.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 1 oder 2, bei dem am Boden der elektrischen Vorrichtung ein Kühlkörper befestigt ist, der sich in den ersten Kühlkanal hinein erstreckt, und wobei eine Hitzeschildplatte zwischen dem Batteriegehäuse und dem Kühlkörper angeordnet ist.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Kühlkanal einen engen Abschnitt aufweist, der in der Nähe seines stromaufwärtigen Endes gebildet ist, wobei der enge Abschnitt einen Durchflusskanal mit einer kleineren Querschnittsfläche als ein stromabwärtiger Abschnitt des ersten Kühlkanals definiert.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 1, wobei die stromaufwärtige Luftansaugführung eine erste stromaufwärtige Luftansaugführung und eine zweite stromaufwärtige Luftansaugführung umfasst, wobei die erste stromaufwärtige Luftansaugführung den in ihrem einen Ende gebildeten Kühllufteinlass aufweist und an ihrem anderen Ende mit dem Kühlventilator verbunden ist, wobei die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung an einem Ende mit dem Kühlventilator und am anderen Ende mit dem stromaufwärtigen Ende der stromabwärtigen Luftansaugführung verbunden ist, wobei die stromabwärtige Luftansaugführung einen in einem stromaufwärtigen Ende des ersten Kühlkanals gebildeten ersten Kühllufteinlass aufweist, wobei die stromabwärtige Luftansaugführung auch einen in einem stromaufwärtigen, an den ersten Kühllufteinlass angrenzenden Ende des zweiten Kühlkanals gebildeten zweiten Kühllufteinlass aufweist, wobei eine obere Wand eines stromabwärtigen Endes der zweiten stromaufwärtigen Luftansaugführung eine konvexe Wand aufweist, die gewölbt ist und zu einem oberen Abschnitt der stromabwärtigen Luftansaugführung führt, wobei der erste Kühllufteinlass näher an der konvexen Wand als der zweite Kühllufteinlass liegt und wobei der erste Kühllufteinlass eine Öffnung mit einer kleinere Fläche als die Öffnung des zweiten Kühllufteinlasses aufweist.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 1, wobei zwischen dem stromaufwärtigen Ende des ersten Kühlkanals und dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Kühlkanals eine Trennwand angeordnet ist, wobei sich die Trennwand bis an den ersten Kühllufteinlass und den zweiten Kühllufteinlass erstreckt.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 5 oder 6, wobei die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung einen geneigten Abschnitt, einen horizontalen Abschnitt und einen Schnittpunkt aufweist, wobei der geneigte Abschnitt eine Achse aufweist, die sich vom Kühlventilator bis zum zweiten Kühllufteinlass erstreckt, der horizontale Abschnitt eine Achse aufweist, die sich von einem unteren Ende des geneigten Abschnitts aus in horizontaler Richtung erstreckt, um den ersten Kühllufteinlass und den zweiten Kühllufteinlass zu überdecken, und sich der Schnittpunkt an der Stelle befindet, an der die Achse des geneigten Abschnitts die Achse des horizontalen Abschnitts kreuzt, wobei die zweite stromaufwärtige Luftansaugführung auch eine konkave Wand aufweist, die oberhalb des Schnittpunkts gebildet ist und nach unten gewölbt ist, und wobei der geneigte Abschnitt derart geneigt ist, dass dessen Achse durch den zweiten Kühllufteinlass führt.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 7, wobei die obere Wand des geneigten Abschnitts derart geneigt ist, dass eine imaginäre Ebene, die sich von einer oberen Wand des geneigten Abschnitts entlang der oberen Wand des geneigten Abschnitts zum zweiten Kühllufteinlass erstreckt, durch den zweiten Kühllufteinlass hindurch führt.
Kühlmechanismus für einen Fahrzeug-Batteriepack nach Anspruch 7, wobei die konvexe Wand einen Krümmungsradius aufweist, der eine starke Veränderung der Strömungsrichtung der Kühlluft verursacht, und wobei ein Krümmungsradius der konkaven Wand größer als der Krümmungsradius der konvexen Wand ist.