DE112008000007T5 - Stromversorgungsgerät - Google Patents

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Abstract

Stromversorgungsgerät, in welchem ein flüssiges Medium enthalten ist, um eine Luftschicht in einem ersten Gehäuse vorzusehen welches eine Stromversorgungseinheit aufnimmt, und bei dem dann, wenn das flüssige Medium auf eine Temperatur höher als eine Verdampfungstemperatur durch eine externe Wärme, die auf die Stromversorgungseinheit einwirkt, erhitzt wird, das flüssige Medium verdampft, um das Volumen der Luftschicht zu vergrößern, um dadurch die Wärmeleitung der externen Wärme zu der Stromversorgungseinheit zu reduzieren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromversorgungsgerät, welches eine Stromversorgungseinheit enthält.
  • STAND DER TECHNIK
  • Sekundärbatterien erzeugen beim Aufladen und beim Entladen Wärme und leiden unter einer beschleunigten Verschlechterung bei einer Temperatur, die höher liegt als ein geeigneter Wert. Es ist somit erforderlich gleichmäßig Wärme von diesen abzuführen. Das Patentdokument 1 offenbart ein Kühlsystem, welches weiter unten als Verfahren zur Förderung der Wärmeabstrahlung bei einer Sekundärbatterie beschrieben wird.
  • Das Kühlsystem enthält eine zusammengesetzte Batterie, die gekühlt werden soll, eine Box, welche die zusammengesetzte Batterie aufnimmt und die mit einem Kühlmittel gefüllt ist, einen Zirkulierpfad, durch welchen das Kühlmittel aus der Box ausgestoßen und in die Box injiziert wird, eine Pumpe, die für den Zirkulierpfad vorgesehen ist, um das Kühlmittel durch den Zirkulierpfad hindurchzirkulieren zu lassen, und einen Radiator, der das Kühlmittel in dem Zirkulierpfad kühlt. Wenn die zusammengesetzte Batterie dieses Typs zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs oder als Hilfsstromversorgung verwendet wird, kann die zusammengesetzte Batterie an einer Position befestigt werden, an welcher eine günstige Wärmeabstrahlung erreicht wird, beispielsweise auf einem Bodenpaneel (Bodenplatte).
  • Wenn bei der zuvor erläuterten Konstruktion die zusammengesetzte Batterie in einem Fahrzeug beim Aufladen und beim Entladen während des Fahrens desselben erwärmt wird, kann die zusammengesetzte Batterie mit dem Kühlmittel gekühlt werden, das durch den Radiator oder Kühler gekühlt wurde.
    • [Patentdokument 1] Offengelegtes japanisches Patent Nr. 2003-346924 .
  • [OFFENBARUNG DER ERFINDUNG]
  • [PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN]
  • Wenn in dem Fahrzeug die Zündung ausgestellt ist, um das zuvor erläuterte Kühlsystem anzuhalten, kann Wärme von dem Bodenpaneel aus übertragen werden und kann auf die zusammengesetzte Batterie gelangen. Dies kann dann in extremer Form die Temperatur der zusammengesetzten Batterie erhöhen, wodurch die Verschlechterung der zusammengesetzten Batterie vorangetrieben wird.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Temperaturerhöhung einer Stromversorgungseinheit aufgrund einer externen Wärme zu verhindern.
  • [MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME]
  • Um die zuvor erläuterte Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Stromversorgungsgerät, in welchem ein flüssiges Medium aufgenommen ist und zwar in solcher Weise, dass eine Luftschicht in einem ersten Gehäuse erzeugt wird, welches eine Stromversorgungseinheit aufnimmt. Wenn das flüssige Medium auf eine Temperatur erhitzt wird, die höher liegt als eine Verdampfungstemperatur und zwar aufgrund einer externen Wärme und zwar bei der Stromversorgungseinheit, wird das flüssige Medium verdampft und es wird das Volumen der Luftschicht erhöht, um dadurch die Wärmeleitung in Bezug auf die externe Wärme zu der Stromversorgungseinheit zu reduzieren.
  • Das flüssige Medium wird bei einer Temperatur verdampft, die niedriger liegt als die obere Grenze eines geeigneten Temperaturbereiches für die Stromversorgungseinheit. Eine wärmeabstrahlende Flosse bzw. Rippe kann an einer Außenfläche des ersten Gehäuses ausgebildet sein.
  • Die Stromversorgungseinheit enthält einen Stromversorgungsabschnitt und ein zweites Gehäuse, welches ein Kühlmittel aufnimmt, wobei das Kühlmittel den Stromversorgungsabschnitt kühlt und wobei das erste Gehäuse in Kontakt mit einer Außenfläche des zweiten Gehäuses steht.
  • Das erste Gehäuse enthält einen Flüssigkeit-Gehäuseabschnitt, der das flüssige Medium beherbergt, und eine Führungsfläche, welche das flüssige Medium zu dem Flüssigkeit-Aufnahmeabschnitt hin führt, nachdem das flüssige Medium durch die externe Wärme einmal verdampft worden ist und dann in eine Flüssigkeit zurückgekehrt ist.
  • Das Stromversorgungsgerät enthält ein elektromechanisches Leistungs-Umsetzelement, welches zwischen einem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt zum Abstrahlen der Wärme in der Stromversorgungseinheit zur Außenseite des Fahrzeugs hin, und dem zweiten Gehäuse platziert ist und welches zwischen einem Kontaktzustand, bei dem das Element in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt im Ansprechen auf das Anlegen einer Spannung geschaltet wird und einem Nichtkontakt-Zustand geschaltet wird, bei welchem das Element nicht in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und/oder dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt gebracht ist, und mit einer Steuereinrichtung zum Steuern des Anlegens einer Spannung an das elektromechanische Leistungs-Umsetzelement.
  • Das Stromversorgungsgerät enthält ein elektromechanisches Energie-Umsetzelement, welches zwischen einem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt zum Abstrahlen der Wärme in der Stromversorgungseinheit zur Außenseite des Fahrzeugs hin und dem zweiten Gehäuse platziert ist und welches zwischen dem Kontaktzustand, bei dem das Element in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt im Ansprechen auf das Anlegen einer Spannung gebracht ist, und einem Nichtkontaktzustand geschaltet wird, bei welchem das Element nicht in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und/oder dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt gebracht wird, und mit einer Steuerschaltung zum Steuern des Anlegens einer Spannung an das elektromechanische Energie-Umsetzelement.
  • [WIRKUNGEN, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ERREICHT WERDEN]
  • Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung das flüssige Medium auf eine Temperatur höher als die Verdampfungstemperatur erhitzt wird und zwar durch eine von außen zugeführte Wärme zu der Stromversorgungseinheit hin, kann das flüssige Medium verdampfen, um dadurch das Volumen der Luftschicht zu vergrößern, um die Wärmeleitung in Bezug auf die externe Wärme zu der Stromversorgungseinheit hin zu reduzieren. Es wird somit möglich eine extreme Erhöhung der Temperatur der Stromversorgungseinheit aufgrund einer externen Wärme zu verhindern.
  • [KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Passagiersitz darstellt;
  • 2A zeigt eine Schnittansicht, die das Stromversorgungsgerät veranschaulicht bevor das flüssige Medium verdampft wurde;
  • 2B zeigt eine Schnittansicht, die das Stromversorgungsgerät veranschaulicht nachdem ein Teil des flüssigen Mediums verdampft worden ist; wobei die Schnittansichten ein Stromversorgungsgerät darstellen.
  • 3 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Anliegens einer Spannung an ein piezoelektrisches Element in Einklang mit einer Batterietemperatur;
  • 4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren für die Temperatureinstellung bei dem Stromversorgungsgerät wiedergibt;
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht, die das Stromversorgungsgerät darstellt, wenn ein piezoelektrisches Element in einen Kontaktzustand versetzt ist;
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Stromversorgungsgerät gemäß einer modifizierten Ausführungsform 1 veranschaulicht;
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein Stromversorgungsgerät gemäß einer modifizierten Ausführungsform 2 zeigt;
  • 8A ist eine Querschnittsansicht, die ein Stromversorgungsgerät wiedergibt bevor ein flüssiges Medium verdampft worden ist (Ausführungsform 2); und
  • 8B veranschaulicht eine Schnittansicht, die ein Stromversorgungsgerät darstellt, nachdem ein Teil des flüssigen Mediums verdampft worden ist (Ausführungsform 2).
  • [DIE BESTE ART, UM DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN]
  • Es werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • [Ausführungsform 1]
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Passagiersitz 11 eines Fahrzeugs wiedergibt. Der Passagiersitz 11 besitzt einen Sitz 12 und eine Rückenlehne 13. Eine Kopfstütze 14 ist abnehmbar an dem oberen Ende der Rückenlehne 13 angebracht. Ein Paar von Sitzschienen 15 sind unter dem Sitz 12 vorgesehen und erstrecken sich in einer Front-Heck-Richtung und liegen einander in der Breitenrichtung des Fahrzeugs gegenüber.
  • Jede der Sitzschienen 15 ist aus einer unteren Schiene 15a gebildet, die an einem Bodenpaneel (Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt) 16 befestigt ist, und aus einer oberen Schiene 15b gebildet, die an einer unteren Fläche des Sitzes 12 befestigt ist. Die obere Schiene 15b kann über der unteren Schiene 15a in einer longitudinalen Richtung derselben gleiten und wird durch die untere Schiene 15a geführt. Die Sitzschienen 15 ermöglichen Einstellungen der Position des Passagiersitzes 11 in einer Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs.
  • Ein Stromversorgungsgerät 2 ist zwischen den paarweise vorgesehenen Sitzschienen 15 vorgesehen. Das Stromversorgungsgerät 2 ist an dem Bodenpaneel 16 befestigt und wird als eine Antriebsleistungsquelle eines Hybridfahrzeugs verwendet.
  • Als nächstes wird die Konfiguration des Stromversorgungsgerätes 2 unter Hinweis auf die 1 und 2 im Folgenden beschrieben. Die 2A und 2B zeigen Schnittansichten, die das Stromversorgungsgerät 2 veranschaulichen, bei denen 2A das Gerät 2 darstellt bevor ein flüssiges Medium verdampft worden ist, und 2B das Gerät 2 zeigt, nachdem ein Teil des flüssigen Mediums verdampft worden ist.
  • In den 2A und 2B enthält das Stromversorgungsgerät 2 einen zusammengesetzte Batterie (Stromversorgungsabschnitt) 22, die eine Vielzahl von zylinderförmigen elektrischen Zellen 21 enthält, die parallel angeordnet sind, enthält ein Kühlmittel 23, welche die zusammengesetzte Batterie 22 kühlt, und ein Stromversorgungsgehäuse (zweites Gehäuse) 24, welches die zusammengesetzte Batterie 22 und das Kühlmittel 23 aufnimmt. Es kann eine Lithium-Ionen-Batterie für jede der zylinderförmigen elektrischen Zellen 21 verwendet werden.
  • Die Lithium-Ionen-Batterie erfährt eine zunehmende Verschlechterung bei einer Batterietemperatur, die höher als 60°C liegt und kann keine ausreichende Ausgangsleistung bei einer Batterietemperatur niedriger als 25°C liefern. Aus diesem Grund wird die Batterietemperatur von jeder der zylinderförmigen elektrischen Zellen 21 in bevorzugter Weise eingestellt, sodass diese in einem Bereich zwischen 25 bis 60°C liegt (einem geeigneten Temperaturbereich). Jede der zylinderförmigen elektrischen Zellen 21 kann stattdessen aus einer Nickel-Metall-Hydrid-(NiMH)-Batterie bestehen. Der geeignete Temperaturbereich, der in den Ansprüchen angegeben ist, betrifft einen Bereich von Batterietemperaturen, die erforderlich sind, um ein signifikantes Voranschreiten einer Verschlechterung zu verhindern und um eine Batterieausgangsleistung sicherzustellen, entsprechend einem benötigten Ausgangsleistungswert. Der geeignete Temperaturbereich kann in geeigneter Weise abhängig vom Typ der Batterie geändert werden.
  • Geeignete Materialien für das Kühlmittel 23 zum Kühlen der zusammengesetzten Batterie 22 enthalten ein Material, welches eine hohe spezifische Wärme, eine hohe thermische Leitfähigkeit und einen hohen Siedepunkt aufweist und welches das Stromversorgungsgehäuse 24 nicht korrodiert oder die zusammengesetzte Batterie 22 korrodiert und einen Widerstand gegen eine thermische Zersetzung, Luftoxidation und Elektrolyse aufweist. Auch ist eine elektrisch isolierende Flüssigkeit wünschenswert, um einen Kurzschluss zwischen Elektrodenanschlüssen zu verhindern. Beispielsweise kann eine Fluor enthaltende inerte Flüssigkeit verwendet werden. Beispiele einer Fluor enthaltenden inerten Flüssigkeit können Fluorinert umfassen, die durch 3M hergestellt wird, Novec HFE (Hydrofluorether), und Novec1230. Eine Flüssigkeit anders als die Fluor enthaltende inerte Flüssigkeit kann ebenfalls verwendet werden (beispielsweise Silikonöl).
  • Das Stromversorgungsgehäuse 24 ist aus einem oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a, einem Seitenwand-Gehäuseabschnitt 24b und einem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c gebildet. Der Seitenwand-Gehäuseabschnitt 24b und der untere Wand-Gehäuseabschnitt 24c sind zusammenhängend oder einstückig ausgebildet, während der obere Wand-Gehäuseabschnitt 24a als eine getrennte Komponente von Seitenwand-Gehäuseabschnitt 24b und dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c ausgebildet ist.
  • Der obere Wand-Gehäuseabschnitt 24a ist in einer pyramidenförmigen Gestalt ausgebildet, wobei dessen Abschnitte nach außen hin in einer horizontalen Richtung des Stromversorgungsgehäuses 24 geneigt sind.
  • Ein Medium-Aufnahmegehäuse (erstes Gehäuse) 30, welches ein flüssiges Medium 29 in einem Teil oder Abschnitt desselben aufnimmt, ist an einer äußeren Fläche des Stromversorgungsgehäuses 24 angebracht (ausgenommen einer äußeren Fläche des unteren Wand-Gehäuseabschnittes 24c). Das Medium-Aufnahmegehäuse 30 ist aus einem ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt (Flüssig-Aufnahmeabschnitt) 30b gebildet und zwar an der Peripherie des Seitenwand-Gehäuseabschnitts 24b, und aus einem zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a an der Peripherie des oberen Wand-Gehäuseabschnitts 24a. Das Medium-Aufnahmegehäuse 30 steht in Kontakt mit dem oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a und dem Seitenwand-Gehäuseabschnitt 24b, um das Stromversorgungsgehäuse 24 zu haltern. Das erste und das zweite Medium-Aufnahmegehäuse 30b und 30a stehen miteinander in Strömungsverbindung.
  • Der erste Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b nimmt das flüssige Medium 29 auf. Das flüssige Medium 29 umgibt im Allgemeinen die zusammengesetzte Batterie 22 in der horizontalen Richtung bevor das flüssige Medium verdampft wird (siehe 2A).
  • Es ist eine Luftschicht (Gasschicht) in einem Teil des ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitts 30b vorgesehen (in einem Bereich über dem Flüssigkeitsstand des flüssigen Mediums 29), und in dem zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a. Das flüssige Medium 29 kann unter Verwendung einer Fluor enthaltenden inerten Flüssigkeit realisiert sein und wird verdampft, wenn die Flüssigkeitstemperatur 55°C bei einem Atmosphärendruck erreicht.
  • Das Medium-Aufnahmegehäuse 30 kann ein Volumen aufweisen, welches in solcher Weise eingestellt ist, dass ein Teil des flüssigen Mediums 29 verdampfen kann, wie in 2B gezeigt ist, oder das gesamte flüssige Medium 29 verdampfen kann.
  • Der Wandabschnitt des zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitts 30a, der dichter bei dem Stromversorgungsgehäuse 24 gelegen ist, ist nach außen hin in der horizontalen Richtung des Stromversorgungsgehäuses 24 geneigt ähnlich dem oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a. Nachdem somit das flüssige Medium 29 einmal in dem ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b verdampft worden ist und in dem zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a gekühlt worden ist, sodass es die flüssige Form wieder angenommen hat, kann das flüssige Medium 29 zu dem ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a entlang dem Wandabschnitt des zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitts 30b vermittels der Schwerkraft zurückgeleitet werden.
  • Eine erste Vielzahl an Wärmeabstrahlflossen 31 ist an der Außenfläche des Medium-Aufnahmegehäuses 30 ausgebildet. Die Wärmeabstrahlflossen 31 erhöhen die Fläche, die in Kontakt mit der Außenluft stehen, um dadurch die Wärmeabstrahlung des Stromversorgungsgerätes 2 zu fördern. Dies schafft die Möglichkeit, dass das einmal verdampfte flüssige Medium 29 in den flüssigen Zustand unmittelbar wieder zurückkehren kann.
  • Eine Schelle 25 zum Befestigen des Stromversorgungsgerätes 2 an dem Bodenpaneel 16 ist an einer unteren Fläche des Medium-Aufnahmegehäuses 30 vorgesehen. Die Schelle 25 kann das Stromversorgungsgerät 2 an einer Position haltern, die von dem Bodenpaneel 16 getrennt ist. Die Schelle 25 kann aus Harz gebildet sein, um ein Beispiel zu nennen.
  • Ein piezoelektrisches Element (ein elektromechanisches Energie-Umsetzelement) 26 ist zwischen dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c und dem Bodenpaneel 16 vorgesehen und ist an dem Bodenpaneel 16 befestigt. Das piezoelektrische Element 26 kann aus einem leitenden Polymer oder aus einem Elektrostriktions-Elastomer (electrostriction elastomer) gebildet sein, um ein Beispiel zu nennen.
  • Das piezoelektrische Element 26 ist mit Elektrodenabschnitten 26a an beiden Endflächen in einer vertikalen Richtung ausgestattet (an den Oberflächen, die sich in Kontakt mit dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c und dem Bodenpaneel 16 befinden). Die Elektrodenabschnitte 26a sind elektrisch mit einer Gleichstrom-Element-Stromversorgung 24 verbunden, um dem piezoelektrischen Element 26 eine Spannung zuzuführen (siehe 3). Das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 26 durch die Element-Stromversorgung 24 wird durch eine Element-Stromversorgung-Steuerschaltung 55 gesteuert.
  • Gemäß der Darstellung in 3 steuert die Element-Stromversorgung-Steuerschaltung 55 das Anlegen einer Spannung basierend auf einer Information (Temperaturinformation), die von einem Temperatursensor 56 ausgegeben wird, der für die zusammengesetzte Batterie 22 vorgesehen ist.
  • Wenn keine Spannung an das piezoelektrische Element 26 durch die Element-Stromversorgung 54 angelegt wird, ist das piezoelektrische Element 26 von dem Stromversorgungsgehäuse 24 getrennt, wie in den 2A und 2B gezeigt ist (im Folgenden als Nicht-Kontakt-Zustand bezeichnet). Wenn eine Spannung an das piezoelektrische Element 26 in dem Nicht-Kontakt-Zustand angelegt wird, dehnt sich das piezoelektrische Element 26 in der vertikalen Richtung aus und wird in Kontakt mit dem Stromversorgungsgehäuse 24 gebracht, wie in 5 veranschaulicht ist (im Folgenden als ein Kontakt-Zustand bezeichnet).
  • Das piezoelektrische Element 26 enthält einen isolierenden Füllstoff (beispielsweise Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid). Der isolierende Füllstoff kann die Wärmeleitfähigkeit des piezoelektrischen Elements 26 erhöhen, um dadurch die Wärmeabstrahlung von der zusammengesetzten Batterie 22 zu dem Bodenpaneel 16 hin zu fördern.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Kühlen der zusammengesetzten Batterie 22 für die jeweiligen Fälle beschrieben, bei denen die Zündung ausgeschaltet ist und bei denen die Zündung in dem Fahrzeug eingeschaltet ist.
  • (Wenn die Zündung im Fahrzeug ausgeschaltet ist)
  • Wenn die Zündung in dem Fahrzeug ausgeschaltet ist und das Fahrzeug bei einer Hochtemperaturumgebung geparkt ist (beispielsweise wenn das Fahrzeug in einem Parkbereich geparkt ist, der einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist), kann Wärme von dem Bodenpaneel 16 aus übertragen werden, sodass die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 angehoben wird und zwar auf einen Wert über der oberen Grenze der geeigneten Temperaturen.
  • Der geeignete Temperaturbereich von 25°C bis 60°C für Lithium-Ionen-Batterien ist bereits oben beschrieben worden. Wenn ein Lüfter (nicht gezeigt) zum Kühlen des Stromversorgungsgerätes 2 vorgesehen ist, wird angenommen, dass der Lüfter angehalten wird und zwar im Ansprechen auf das Ausschalten der Zündung im Fahrzeug (das heißt die Kühleinrichtung für das Stromversorgungsgerät 2 ist dann nicht in Betrieb).
  • Wenn in dem Fahrzeug die Zündung ausgeschaltet ist und das Fahrzeug in einer Niedrigtemperaturumgebung geparkt wird (beispielsweise wenn das Fahrzeug in einer kalten klimatischen Zone mit viel Schnee geparkt wird), kann die kalte Luft in die zusammengesetzte Batterie 22 durch das Bodenpaneel 16 strömen (das heißt es kann die Wärme von der zusammengesetzten Batterie 22 über das Bodenpaneel 16 entweichen), um dadurch die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 auf einen Wert unterhalb der unteren Grenze der geeigneten Temperaturen zu reduzieren.
  • Um diesen Problemen zu begegnen ist, wenn die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist, das piezoelektrische Element 26 von dem Stromversorgungsgehäuse 24 getrennt, um dadurch eine Luftschicht zwischen dem Bodenpaneel 16 und dem Stromversorgungsgehäuse 24 auszubilden. Die Luftschicht kann die Übertragung von Wärme von der Außenseite des Fahrzeugs zu der zusammengesetzten Batterie 22 durch das Bodenpaneel 16 hindurch verhindern und kann auch verhindern, dass Wärme in der zusammengesetzten Batterie 22 zur Außenseite des Fahrzeugs durch das Bodenpaneel 16 hindurch abgegeben wird.
  • Wenn das Fahrzeug in einer Hochtemperatur-Umgebung geparkt ist und die Wärme im Inneren des Fahrzeugs in das flüssige Medium 29 durch die Wärmeabstrahlflossen 31 und ähnliches übertragen wird, um die Temperatur des flüssigen Mediums 29 auf 55°C zu erhöhen, wird ein Teil des flüssigen Mediums 29 verdampft (siehe 2B). Dies kann die Wärme beseitigen, die in das Medium-Aufnahmegehäuse 30 durch die Verdampfungskühlung übertragen wird.
  • Das Verdampfen eines Teiles des flüssigen Mediums 29 kann den Flüssigkeitsstand des flüssigen Mediums 29 absenken, um dadurch das Volumen der Gasschicht in dem ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b zu vergrößern. Dies kann dann den Betrag der Wärme reduzieren, der in das Stromversorgungsgehäuse 24 übertragen wird und zwar verglichen mit dem Betrag bevor das flüssige Medium verdampft worden ist, wodurch dann eine extreme Zunahme der Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 verhindert wird.
  • Da die Luftschicht in dem zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a zu allen Zeitpunkten vorhanden ist, kann verhindert werden, dass externe Wärme in das Stromversorgungsgehäuse 24 von oberhalb des Stromversorgungsgerätes 2 übertragen wird.
  • Das verdampfte flüssige Medium 29 wird hauptsächlich durch die Wärmeabstrahlwirkung der Wärmeabstrahlflossen 31 gekühlt und wird in einem flüssigen Zustand zurückgeleitet, wenn die Temperatur unterhalb von 55°C abgesenkt worden ist. Das flüssige Medium 29, welches sich in den flüssigen Zustand geändert hat, wird durch die Schwerkraft entlang einer geneigten Fläche (Führungsfläche) 300a bewegt, die an einer inneren Oberfläche des zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitts 30a ausgebildet ist und fließt dann in dem ersten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b. Dann kann das flüssige Medium 29 wieder verwendet werden.
  • (Wenn die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist)
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Temperatureinstellung des Stromversorgungsgerätes 2 beschrieben, wenn die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist, und zwar unter Hinweis auf 4, welche ein Flussdiagramm darstellt, das ein Verfahren zur Temperatureinstellung des Stromversorgungsgerätes 2 wiedergibt. Das Flussdiagramm oder der Flussplan wird durch die Element-Stromversorgung-Steuerschaltung 55 ausgeführt, die fortwährend die Temperaturinformation überwacht, welche von dem Temperatursensor 56 ausgegeben wird. Das piezoelektrische Element 26 ist im Anfangszustand von dem Stromversorgungsgehäuse 24 getrennt.
  • Es wird zuerst bestimmt, ob die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 höher liegt als ein Schwellenwert (60°C) und zwar basierend auf der Temperaturinformation von dem Temperatursensor 56 (Schritt S101) oder nicht.
  • Wenn die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 höher liegt als 60°C, wird eine Spannung an das piezoelektrische Element 26 angelegt, um das piezoelektrische Element 26 von dem Nicht-Kontakt-Zustand in den Kontakt-Zustand zu ändern, wie in 5 gezeigt ist (Schritt S102). Wenn die Temperatur des flüssigen Mediums 29 gleich ist mit oder höher ist als 55°C und zwar an dieser Stelle, wird das Volumen der Luftschicht in dem Medium-Aufnahmegehäuse 30 erhöht. Somit kann die Wärme in der zusammengesetzten Batterie 22 hauptsächlich zu dem Bodenpaneel 16 über das piezoelektrische Element 26 entweichen.
  • Wenn auf der anderen Seite die Temperatur des flüssigen Mediums 29 niedriger liegt als 55°C, kann die Wärme der zusammengesetzten Batterie 22 zu dem Bodenpaneel 16 hin und zu den Wärmeabstrahlflossen 31 hin entweichen und zwar vermittels de piezoelektrischen Elements 26 und des flüssigen Mediums 29.
  • Wenn die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 auf 60°C oder niedriger reduziert worden ist (Schritt S103), wird das Anlegen der Spannung an das piezoelektrische Element 26 gestoppt (Schritt S104), um das piezoelektrische Element 26, welches in den Kontakt-Zustand versetzt ist, in den Nicht-Kontakt-Zustand zu bewegen.
  • Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren einer Temperatureinstellung kann die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 22 in einem geeigneten Bereich gehalten werden, sodass die Lebensdauer der zusammengesetzten Batterie 22 erhöht werden kann.
  • (Modifizierte Ausführungsformen)
  • Während das piezoelektrische Element 26 dafür verwendet wird, um eine Steuerung durchzuführen und zwar eine Schaltsteuerung in Bezug auf das Bodenpaneel 16 und das Stromversorgungsgehäuse 24 zwischen einem Kontakt-Zustand und einem Nicht-Kontakt-Zustand bei der oben beschriebenen Ausführungsform, kann stattdessen auch ein thermo-sensitives verformbares Element verwendet werden, in diesem Fall kann das thermo-sensitive verformbare Element, welches bei einer vorbestimmten Temperatur verformt wird (beispielsweise 60°C) an dem Stromversorgungsgehäuse 24 ohne jeglichen Kontakt mit dem Bodenpaneel 16 befestigt werden. Wenn die Temperatur des Stromversorgungsgehäuses 24 60°C erreicht, wird das thermo-sensitive verformbare Element verformt und wird in Kontakt mit dem Bodenpaneel 16 gebracht, um das Abstrahlen von Wärme in der zusammengesetzten Batterie 22 zuzulassen.
  • Es ist auch möglich einen Druckeinstellabschnitt vorzusehen, der den Druck in dem Medium-Aufnahmegehäuse 30 einstellt. Wenn eine zusammengesetzte Batterie 22 eines abweichenden oder unterschiedlichen Typs verwendet wird, kann die Verdampfungstemperatur des flüssigen Mediums 29 in einfacher Weise geändert werden und zwar in Abhängigkeit von den geeigneten Temperaturen von dieser zusammengesetzten Batterie 22, was dann durch die Druckeinstellung mit Hilfe des Druckeinstellabschnitts erfolgen kann.
  • Es kann ein Gasauslassventil für das Medium-Aufnahmegehäuse 30 vorgesehen sein. Das Gasauslassventil kann aus einem Ventil vom Durchschlagtyp bestehen, welches dadurch ausgebildet wird, indem ein Wandabschnitt des Medium-Aufnahmegehäuseabschnitts 30b teilweise mit einem verdünnten Wandabschnitt ausgestattet wird, oder kann aus einem Ventil vom Federtyp mit einer Eigenrückstellung bestehen.
  • Das Ventil vom Durchschlagtyp kann gebrochen werden, um den Innendruck des Medium-Aufnahmegehäuses 30 zur Außenseite des Stromversorgungsgerätes 2 hin freizugeben, wenn der interne Druck des Medium-Aufnahmegehäuses 30 erhöht ist.
  • Das Ventil vom Federtyp mit Eigenrückstellung kann dadurch ausgebildet sein, indem ein bewegbares Ventil in einer Öffnung bewegbar vorgesehen wird, die in dem Wandabschnitt des Medium-Aufnahmegehäuses 30 ausgebildet ist und indem eine Feder an dem bewegbaren Ventil angebracht wird.
  • Wenn sich der interne Druck des Medium-Aufnahmegehäuses 30 erhöht, kann das bewegbare Ventil aus der Öffnung zurückgezogen werden und zwar entgegen der Federkraft der Feder, um die Möglichkeit zu realisieren, dass der Innendruck des Medium-Aufnahmegehäuses 30 durch die Öffnung freigegeben wird. Wenn der interne Druck des Medium-Aufnahmegehäuses 30 reduziert worden ist, kann die bewegbare Feder in die Öffnung mit Hilfe der Federkraft der Feder zurückbewegt werden. Auf diese Weise kann eine extreme Zunahme des inneren Druckes des Medium-Aufnahmegehäuses 30 verhindert werden.
  • Alternativ kann das Stromversorgungsgerät 2 auch gemäß der Darstellung in 6 ausgebildet sein, die eine Schnittansicht ist, welche eine modifizierte Ausführungsform 1 des Stromversorgungsgerätes 2 wiedergibt. Ein erster Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b ist lediglich teilweise an einer Außenfläche eines Seitenwand-Gehäuseabschnitts 24b ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung in solcher Weise zu interpretieren ist, dass das Medium-Aufnahmegehäuse 30 das Stromversorgungsgehäuse 24 festhält, inklusive dem Fall, bei dem das Medium-Aufnahmegehäuse 30 in Kontakt mit einem Teil der Außenfläche des Stromversorgungsgehäuses 24 steht.
  • Alternativ kann das Stromversorgungsgerät 2 gemäß der Darstellung in 7 ausgebildet sein, die eine Schnittansicht ist, welche eine modifizierte Ausführungsform 2 des Stromversorgungsgeräts 2 wiedergibt. Ein oberer Wand-Gehäuseabschnitt 24a des Stromversorgungsgehäuses 24 befindet sich nicht Kontakt mit einem zweiten Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30a. Ein erster Medium-Aufnahmegehäuseabschnitt 30b befindet sich Kontakt mit der gesamten Außenfläche eines Seitenwand-Gehäuseabschnitts 24b des Stromversorgungsgehäuses 24. Es sind Vielzahl von Wärmeabstrahlflossen oder Wärmeabstrahlrippen 31 an dem oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a ausgebildet.
  • Da externe Wärme bei einer hohen Temperatur nach oben bewegt wird, kann solch eine Konstruktion verwendet werden, wenn ein kleiner Betrag der externen Wärme durch den oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a hindurch verläuft. Dies erlaubt eine effiziente Abstrahlung der Wärme von der zusammengesetzten Batterie 22 unter Verwendung der Wärmeabstrahlflossen oder Wärmeabstrahlrippen 31, die an dem oberen Wand-Gehäuseabschnitt 24a ausgebildet, wenn die zusammengesetzte Batterie 22 gekühlt werden soll.
  • Alternativ kann die Verteilung der Wärme in der zusammengesetzten Batterie 22 beim Aufladen und beim Entladen an früherer Stelle gemessen werden und es kann dann das piezoelektrische Element 26 lediglich in einem Bereich platziert werden entsprechend einem Bereich (oder einer Vielzahl an Bereichen) mit einer hohen Temperatur.
  • Das piezoelektrische Element 26 kann an dem Stromversorgungsgehäuse 24 befestigt sein oder das piezoelektrische Element 26 kann zwischen dem Stromversorgungsgehäuse 24 und dem Bodenpaneel 16 gehaltert sein (das heißt das piezoelektrische Element 26 befindet sich nicht in Kontakt mit dem Stromversorgungsgehäuse 24 oder dem Bodenpaneel 16) und wird dann in Kontakt mit sowohl dem Stromversorgungsgehäuse 24 als auch dem Bodenpaneel 16 gebracht, wenn eine Wärmeabstrahlung ausgeführt wird.
  • Während das Stromversorgungsgerät 2 unter dem Passagiersitz 11 platziert ist, kann dieses auch in einer Konsolebox zwischen Sitzen, unterhalb eines Rücksitzes, in einem Kofferraum oder ähnlichem platziert sein.
  • (Ausführungsform 2)
  • Als Nächstes wird eine Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unter Hinweis auf die 8A und 8B beschrieben, welche Schnittansichten darstellen, die ein Stromversorgungsgerät der Ausführungsform 2 wiedergeben. 8A zeigt das Gerät bevor ein flüssiges Medium 29 verdampft worden ist, und 8B zeigt das Gerät nachdem ein Teil des flüssigen Mediums 29 verdampft worden ist. Abschnitte, die identisch mit denjenigen der Ausführungsform 1 sind, sind hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein Medium-Aufnahmegehäuse (erstes Gehäuse) 300 ist so platziert, dass es die gesamte Außenfläche eines Stromversorgungsgehäuses 24 umgibt. Das flüssige Medium 29 ist in einem Bodenabschnitt des Medium-Aufnahmegehäuses 30 gespeichert.
  • Der Flüssigkeitsstand des flüssigen Mediums 29 bevor die Temperatur eine Verdampfungstemperatur erreicht, ist auf den gleichen Pegel eingestellt wie derjenige eines unteren Wand-Gehäuseabschnitts 24c. Da in diesem Fall das flüssige Medium 29 in Kontakt mit dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c steht, kann ein Wärmeaustausch zwischen dem Stromversorgungsgehäuse 24 und einem Bodenpaneel 16 über das flüssige Medium 29 ausgeführt werden.
  • Wenn auf der anderen Seite ein Teil des flüssigen Mediums 29 verdampft worden ist, um den Flüssigkeitspegel gemäß der Darstellung in 8B abzusenken, wird eine Luftschicht zwischen dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c und dem flüssigen Medium 29 ausgebildet. Die ausgebildete Luftschicht (Gasschicht) verhindert einen Wärmeaustausch zwischen dem Stromversorgungsgehäuse 24 und dem Bodenpaneel 16.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Kühlen einer zusammengesetzten Batterie 22 für die jeweiligen Fälle beschrieben, bei denen die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist und die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist.
  • (Wenn die Zündung in dem Fahrzeug ausgeschaltet ist)
  • Wenn die Zündung in dem Fahrzeug ausgeschaltet ist und das Fahrzeug in einer Hochtemperaturumgebung geparkt wird (beispielsweise wenn das Fahrzeug in einem Parkbereich geparkt wird, der einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist), kann externe Wärme von dem Bodenpaneel 16 zu dem Verdampfungsteil des flüssigen Mediums 29 übertragen werden, welches in dem Bodenabschnitt des Medium-Aufnahmegehäuses 300 gespeichert ist (siehe 8B).
  • Die externe Wärme, die auf das Stromversorgungsgehäuse 24 durch das Bodenpaneel 16 hin übertragen wird, wird durch die Verdampfungskälte gekühlt und der abgesenkte Flüssigkeitsstand des flüssigen Mediums 29 bildet dann eine Luftschicht zwischen dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c und dem flüssigen Medium. Die Luftschicht kann das Übertragen von Wärme in dem Bodenpaneel 16 zu dem Stromversorgungsgehäuse 24 verhindern.
  • (Wenn die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist)
  • Wenn das Fahrzeug in einer Hochtemperaturumgebung geparkt ist, verhindert die Luftschicht, die zwischen dem unteren Wand-Gehäuseabschnitt 24c und dem flüssigen Medium 29 beim Starten des Fahrens des Fahrzeugs ausgebildet ist, das Entweichen der Wärme aus der zusammengesetzten Batterie 22 zum Bodenpaneel 16.
  • Es sei hervorgehoben, dass die Temperatur des Bodenpaneels 16 allmählich durch die Luftkühlung reduziert wird, die mit dem Fahren des Fahrzeugs einhergeht, um das verdampfte Flüssigmedium in den flüssigen Zustand zurückzuführen. Wenn somit die zusammengesetzte Batterie 22 während des Fahrens des Fahrzeugs Wärme erzeugt, kann die Wärme in der zusammengesetzten Batterie 22 zu dem Bodenpaneel 16 über das flüssige Medium 29 entweichen.
  • Zusammenfassung
  • Stromversorgungsgerät
  • Es soll eine extreme Erhöhung der Temperatur einer Stromversorgungseinheit aufgrund einer externen Wärme bei einem Stromversorgungsgerät (2) verhindert werden, in welchem ein flüssiges Medium aufgenommen ist, um eine Luftschicht in einem ersten Gehäuse (30) vorzusehen, welches eine Stromversorgungseinheit (22, 23, 24) aufnimmt. Wenn das flüssige Medium auf eine Temperatur höher als eine Verdampfungstemperatur aufgrund der externen Wärme in Bezug auf die Stromversorgungseinheit (22, 23, 24) erhitzt wird, verdampft das flüssige Medium, um dadurch das Volumen der Luftschicht zu vergrößern, sodass die Wärmeleitung der externen Wärme zu der Stromversorgungseinheit (22, 23, 24) hin reduziert wird. Da dies die Wärmeleitung in Bezug auf die externe Wärme zu der Stromversorgungseinheit (22, 23, 24) hin reduzieren kann, wird es möglich eine extreme Zunahme der Temperatur der Stromversorgungseinheit aufgrund einer externen Wärme zu verhindern.
    • 2
    Stromversorgungsgerät
    21
    zylinderförmige elektrische Zelle
    22
    zusammengesetzte Batterie
    23
    Kühlmittel
    24
    Stromversorgungsgehäuse
    25
    Schelle
    26
    piezoelektrisches Element
    29
    flüssiges Medium
    30, 300
    Medium-Aufnahmegehäuse
    30a
    zweites Medium-Aufnahmegehäuse
    30b
    erstes Medium-Aufnahmegehäuse
    31
    Wärmeabstrahlflosse
    300a
    geneigte Fläche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2003-346924 [0004]

Claims (7)

  1. Stromversorgungsgerät, in welchem ein flüssiges Medium enthalten ist, um eine Luftschicht in einem ersten Gehäuse vorzusehen welches eine Stromversorgungseinheit aufnimmt, und bei dem dann, wenn das flüssige Medium auf eine Temperatur höher als eine Verdampfungstemperatur durch eine externe Wärme, die auf die Stromversorgungseinheit einwirkt, erhitzt wird, das flüssige Medium verdampft, um das Volumen der Luftschicht zu vergrößern, um dadurch die Wärmeleitung der externen Wärme zu der Stromversorgungseinheit zu reduzieren.
  2. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, bei dem das flüssige Medium bei einer Temperatur verdampft, die niedriger liegt als eine obere Grenze eines geeigneten Temperaturbereiches für die Stromversorgungseinheit.
  3. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 1, bei dem eine Wärmeabstrahlrippe an einer Außenfläche des ersten Gehäuses ausgebildet ist.
  4. Stromversorgungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste Gehäuse einen Flüssigkeit-Aufnahmeabschnitt enthält, der das flüssige Medium aufnimmt, und eine Führungsfläche enthält, welches das flüssige Medium zu dem Flüssigkeit-Aufnahmeabschnitt leitet, nachdem das flüssige Medium durch die externe Wärme einmal verdampft worden ist und in eine Flüssigkeit zurückgeführt worden ist.
  5. Stromversorgungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Stromversorgungseinheit einen Stromversorgungsabschnitt und ein zweites Gehäuse enthält, welches ein Kühlmittel aufnimmt, wobei das Kühlmittel den Stromversorgungsabschnitt kühlt, und das erste Gehäuse in Kontakt mit einer Außenfläche des zweiten Gehäuses steht.
  6. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 5, mit: einem elektromechanischen Energie-Umsetzelement, welches zwischen einem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt zum Abstrahlen von Wärme in der Stromversorgungseinheit zur Außenseite eines Fahrzeugs hin, und dem zweiten Gehäuse platziert ist, und welches zwischen einem Kontakt-Zustand, bei dem das Element in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt gebracht ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Anlegen einer Spannung, und einem Nicht-Kontakt-Zustand geschaltet wird, in welchem das Element nicht in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und/oder dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt steht; und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Anlegens einer Spannung an das elektromechanische Energie-Umsetzelement.
  7. Stromversorgungsgerät nach Anspruch 5, mit: einem elektromechanischen Energie-Umsetzelement, welches zwischen einem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt zum Abstrahlen von Wärme in der Stromversorgungseinheit zur Außenseite eines Fahrzeugs hin, und dem zweiten Gehäuse platziert ist, und welches zwischen einem Kontakt-Zustand, bei dem das Element in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt gebracht ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Anlegen einer Spannung, und in einen Nicht-Kontakt-Zustand schaltbar ist, bei dem das Element nicht in Kontakt mit dem zweiten Gehäuse und/oder dem Fahrzeug-Wärmeabstrahlabschnitt steht; und einer Steuereinrichtung zum Steuern des Anlegens einer Spannung an das elektromechanische Energie-Umsetzelement.
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