-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung, die eine Energiequelle zum Fahren eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs oder eine Energiequelle für dessen Zubehöreinrichtungen im Anschluss an eine exotherme Reaktion, die während des Ladens oder Entladens der zugeführten Energie abläuft, kühlt, während das Fahrzeug fährt.
-
2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
-
Die
DE 10 2004 021 280 B3 zeigt eine Vorrichtung zur Kühlung von Abwärme erzeugenden elektrischen oder elektronischen Bauteilen, welche von einem Gehäuse umgeben sind. Das Gehäuse umfasst eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Kühlluftvolumenstroms durch das Gehäuse. Während des Betriebs der Abwärme erzeugenden Bauteile ist der Kühlluftvolumenstrom zumindest teilweise in Wärme leitenden Kontakt mit einem Wärmetauscher, welcher seinerseits gekühlt ist.
-
Die
DE 195 15 121 A1 zeigt einen Gehäuseaufbau für im Freien aufstellbare elektrische und/oder elektronische Geräte mit einem Luftwärmetauscher, dessen Eingangskreis über Umwälz-Ventilatoren die im Innenschrank auftretende Warmluft zuführbar ist und dessen Ausgangskreis mit dem Innenraum des Außenschrankes gekoppelt ist, und wobei der Außenschrank zur Kühlung des Innenschrankes von einem gesteuerten Kühl-Luftstrom durchströmt ist von dem ein Teil den Ausgangskreis des Luftwärmetauschers passiert.
-
Die
DE 44 41 162 A1 zeigt eine Kühleinrichtung für eine aus mehreren Zellen aufgebaute Batterie bei der die Zellen innerhalb eines gemeinsamen geschlossen Batteriekastens angeordnet sind und von einer Kühlflüssigkeit umströmt werden. Die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit liegt innerhalb des zulässigen Betriebstemperaturbereichs der zu kühlenden Batterie. Damit setzt bei Überschreiten der Siedetemperatur eine wirksame Verdampfungskühlung ein, indem durch Dampfblasenbildung überschüssige Wärme rasch abgeführt wird. Der sich bildende Kühlflüssigkeitsdampf wird außerhalb der Batterie abgekühlt und unter Abgabe von Verdampfungswärme zu Kühlflüssigkeit rekondensiert. Die rekondensierte Kühlflüssigkeit wird in die Batterie rückgeführt. Zur Aufrechterhaltung dieser Naturumlaufkühlung wird keine Umwälzpumpe benötigt.
-
Die
JP 2005-019 134 A zeigt ein Bleibatterieunterbringungssystem mit einer Vielzahl in Reihe geschalteter Bleibatterien in einem Batteriebehälter, welcher mit Silikonöl gefüllt ist. Das Silikonöl wird mittels einer Pumpe zirkuliert.
-
Die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-19134 (
JP-A-2005-19134 ) beschreibt eine Energieversorgungsvorrichtung, bei der eine zusammengesetzte Batterie bzw. eine Stapelbatterie in einem inneren Gehäuse untergebracht ist, und ein Raum für ein Kühlmittel zwischen diesem inneren Gehäuse und einem äußeren Gehäuse ausgebildet ist. Das äußere Gehäuse ist mit einem Batteriegehäuse-Schutzelement bedeckt, das an einem Abschnitt befestigt ist, der gut belüftet ist, wie einer Bodenplatte oder der gesamten Fahrzeugkarosserie.
-
Ein Reservetank, der ein Kühlmittel enthält, ist außerhalb des äußeren Tanks vorgesehen. Der Reservetank ist derart mit dem Kühlmittelraum verbunden, dass Kühlmittel zwischen den beiden strömen kann. Wenn die zusammengesetzte Batterie gekühlt werden muss, wird Kühlmittel vom Reservetank zum Kühlmittelraum geliefert, und es findet ein Wärmetausch zwischen der zusammengesetzten Batterie und dem Kühlmittel über das gesamte Innengehäuse statt. Die vom Kühlmittel durch Kühlen der zusammengesetzten Batterie absorbierte Wärme wird dann über das äußere Gehäuse und das Batteriegehäuse-Schutzelement an die Bodenplatte oder dergleichen abgeleitet.
-
Wenn dagegen die Temperatur der zusammengesetzten Batterie niedrig ist, kehrt das Kühlmittel im Kühlmittelraum in den Reservetank zurück. Somit bildet sich eine Luftschicht, die als Wärmeisolierschicht dient, im Kühlmittelraum, wodurch verhindert wird, dass die zusammengesetzte Batterie durch kalte Luft von außerhalb des Fahrzeugs gekühlt wird, und wodurch auch verhindert wird, dass die Wärme der zusammengesetzten Batterie von der Bodenplatte abgeleitet wird.
-
Jedoch muss bei dem oben beschriebenen Aufbau der Kühlmittelraum zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse ausgebildet werden, der Reservetank muss außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet werden, und eine Pumpe muss vorgesehen werden, um das Kühlmittel zwischen dem Kühlmittelraum und dem Reservetank zu bewegen. Infolgedessen ist der Aufbau der Energieversorgungsvorrichtung komplex und diese kann nicht klein gestaltet werden.
-
Außerdem findet über das innere Gehäuse ein Wärmetausch zwischen der zusammengesetzten Batterie und dem Kühlmittel statt, so dass die Kühlung möglicherweise nicht ausreicht. Genauer ist die Temperatur der Wärme, die von der zusammengesetzten Batterie erzeugt wird, umso höher, je kleiner die zusammengesetzte Batterie ist, so dass eine Kühlung über das innere Gehäuse alleine möglicherweise nicht ausreicht.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung schafft daher eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß der folgenden Patentansprüche 1 bis 11, die einen Energieversorgungskörper mittels eines einfachen Aufbaus auf einer geeigneten Temperatur hält.
-
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Energieversorgungsvorrichtung, bei der ein Energieversorgungskörper und ein Kühlmittel, das den Energieversorgungskörper kühlt, in einem Energieversorgungsgehäuse untergebracht sind, das ein Wärmeübertragungselement berührt. Diese Energieversorgungsvorrichtung weist auf: einen ersten Gehäuseabschnitt (3), in dem der Energieversorgungskörper (12) untergebracht ist; daran angrenzend einen zweiten Gehäuseabschnitt (4), der ebenfalls im Energieversorgungsgehäuse (11) angeordnet ist und der gehäusewandseitig ein Wärmeübertragungselement (2, 42) berührt; ein innerhalb des zweiten Gehäuseabschnitts (4) angeordnetes Umwälzmittel (16, 71); eine Teilungsplatte (21) mit einem Kühlmittel-Ansaugloch (21b) und mindestens einer Kühlmittel-Durchtrittsöffnung (21a, 21d, 21e), die so ausgestaltet ist, dass eine natürliche Konvektion des Kühlmittels zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt (3) und dem zweiten Gehäuseabschnitt (4) nicht möglich ist, aber das Kühlmittel durch das Umwälzmittel (16, 71) umwälzbar ist.
-
Was dies betrifft, so kann die Kühlmittel- Durchtrittsöffnung, durch welches das Kühlmittel zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt und dem zweiten Gehäuseabschnitt hindurch tritt, loch- oder spaltförmig ausgebildet sein.
-
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann eine Stelle, an der das Kühlmittel-Durchtrittsloch ausgebildet wird, gemäß einer Verteilung der Wärme, die im Energieversorgungskörper erzeugt wird, bestimmt werden.
-
Die Energieversorgungsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau kann außerdem aufweisen: erste Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur des Kühlmittels im ersten Gehäuseabschnitt; zweite Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur des Kühlmittels im zweiten Gehäuseabschnitt; und Steuermittel zum Steuern einer Umwälzoperation des Umwälzmittels auf der Basis von Erfassungsergebnissen vom ersten Temperaturerfassungsmittel und vom zweiten Temperaturerfassungsmittel. Ferner kann das Steuermittel die Umwälzoperation des Umwälzmittels verhindern, wenn eine zweite, vom zweiten Temperaturerfassungsmittel erfasste Temperatur höher ist als eine erste, vom ersten Temperaturerfassungsmittel erfasste Temperatur.
-
Beim oben beschriebenen Aufbau kann das Steuermittel das Umwälzmittel betätigen, wenn die erste erfasste Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt.
-
Beim oben beschriebenen Aufbau kann der Energieversorgungskörper an einem oberen Wandabschnitt des Energieversorgungsgehäuses fixiert sein, und die Teilungsplatte kann unter dem Energieversorgungskörper angeordnet sein.
-
Beim oben beschriebenen Aufbau kann die Teilungsplatte eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die niedriger ist als die Wärmeleitfähigkeit des Kühlmittels. Ebenso kann eine Vielzahl von Kühlrippen an einer Außenwandfläche des Energieversorgungsgehäuses vorgesehen sein. Ein Beispiel für das Wärmeübertragungselement ist die Karosserie (z. B. die Bodenplatte) eines Fahrzeugs.
-
Beim oben beschriebenen Aufbau kann die Teilungsplatte parallel zu einer Oberfläche des Energieversorgungsgehäuses, die das Wärmeübertragungselement berührt, vorgesehen sein.
-
Beim oben beschriebenen Aufbau kann das Umwälzmittel entweder eine motorgetriebene Lamelle oder eine Lamellendrehwelle sein, die sich dreht, wenn sie von einem Motor angetrieben wird.
-
Ferner kann die wie oben beschrieben aufgebaute Energieversorgungsvorrichtung in einem Fahrzeug eingebaut sein.
-
Gemäß den oben beschriebenen Aspekten und Konstruktionen kann durch einen einfachen Aufbau, bei dem eine Teilungsplatte innerhalb eines Energieversorgungsgehäuses angeordnet ist, verhindert werden, dass Kühlmittel, das sich im ersten Gehäuseabschnitt befindet, in den zweiten Gehäuseabschnitt strömt, wodurch verhindert wird, dass die Wärme des Energieversorgungskörpers vom Wärmeübertragungselement abgeleitet wird. Wenn der Energieversorgungskörper gekühlt werden muss, kann außerdem das Kühlmittel im ersten Gehäuseabschnitt durch Bewegen des Kühlmittels zwischen den ersten und zweiten Gehäuseabschnitten anhand des Umwälzmittels rasch gekühlt werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Die genannten sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitende Zeichnung deutlich, in der gleiche Bezugszahlen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und in der:
-
1 eine Draufsicht auf eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
-
2A eine Draufsicht auf eine Teilungsplatte im ersten Ausführungsbeispiel ist;
-
2B eine Draufsicht auf eine Teilungsplatte gemäß einem ersten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels ist;
-
2C eine Draufsicht auf eine Teilungsplatte gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels ist;
-
3 ein Blockschema des Aufbaus ist, der verwendet wird, um eine Umwälzlamelle im ersten Ausführungsbeispiel anzutreiben;
-
4 ein Ablaufschema ist, das ein Verfahren zum Antreiben der Umwälzlamelle im ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
-
5 eine Draufsicht auf eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem dritten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels ist, wobei die Anordnung der Energieversorgungsvorrichtung modifiziert wurde;
-
6 eine Draufsicht auf eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem vierten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels ist, wobei das Umwälzmittel modifiziert wurde;
-
7 ein Korrelationsdiagramm ist, das die Beziehung zwischen Batterieausgangsleistung und Batterietemperatur zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
-
Zuerst wird der allgemeine Aufbau einer Energieversorgungsvorrichtung 1 mit Bezug auf 1 beschrieben, die eine Draufsicht in Längsrichtung der Energieversorgungsvorrichtung 1 ist. Die Energieversorgungsvorrichtung 1 besteht aus einer zusammengesetzten Batterie (einem Energieversorgungskörper) 12, die in einem Batteriegehäuse 11 untergebracht ist, das mit Kühlmittel gefüllt ist, und wird als Energiequelle zum Fahren eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs oder als Energiequelle für dessen Zubehöreinrichtungen verwendet.
-
Die zusammengesetzte Batterie 12 erzeugt Wärme, beispielsweise dann, wenn sie aufgeladen und entladen wird. Wenn die Temperatur dieser Wärme zu hoch wird, nimmt die Ausgangsleistung der Batterie ab. Daher wird die von der zusammengesetzten Batterie 12 erzeugte Wärme dadurch, dass die Energieversorgungsvorrichtung 1 die als Wärmeübertragungselement dienende Bodenplatte 2 berührt, aus dem Fahrzeug abgeleitet.
-
7 zeigt die Beziehung zwischen Batterietemperatur und Batterieausgangsleistung der zusammengesetzten Batterie. Die zusammengesetzte Batterie ist hier aus einer Vielzahl von zylindrischen Zellen (wie Lithiumzellen), die in einem Feld angeordnet sind, gebildet. Wie in der Zeichnung dargestellt, besteht eine Korrelation zwischen der Batterieausgangsleistung und der Batterietemperatur, wobei die Batterieausgangsleistung zunimmt, wenn die Batterietemperatur steigt.
-
In der Zeichnung bezeichnet Omax die Ausgangsleistung der zusammengesetzten Batterie, die notwendig ist, um den Höchstleistungswert des Fahrzeugs zu erhalten. Um einen Wert für die Batterieausgangsleistung zu erhalten, der Omax erreicht oder übertrifft, muss die Temperatur der zusammengesetzten Batterie auf mindestens 25°C erhöht werden. Wenn die Luft in der Umgebung des Fahrzeugs kalt ist, muss daher verhindert werden, dass die niedrige Temperatur der kalten Luft die zusammengesetzte Batterie über die Bodenplatte 2 erreicht.
-
Wie in 1 dargestellt, ist daher eine Teilungsplatte 21 derart im Batteriegehäuse 11 angeordnet, dass ein Batterieunterbringungsabschnitt (d. h. ein erster Gehäuseabschnitt) 3 und ein Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt (d. h. ein zweiter Gehäuseabschnitt) 4 ausgebildet werden. Im Batterieunterbringungsabschnitt 3 ist die zusammengesetzte Batterie 12 über der Teilungsplatte 21 untergebracht. Der Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 ist unterhalb des Batterieunterbringungsabschnitts 3 ausgebildet, und in ihm ist eine Umwälzlamelle (d. h. ein Umwälzmittel) 16 untergebracht. Die Teilungsplatte 21 ist vorzugsweise parallel zu der Oberfläche des Batteriegehäuses, die das Wärmeübertragungselement berührt, eingebaut. Diese Teilungsplatte 21 verhindert eine natürliche Konvention des Kühlmittels zwischen dem Batterieunterbringungsabschnitt 3 und dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4, wodurch die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 12 konstant gehalten oder erhöht werden kann.
-
Da die Verschlechterung der Batterie voranschreitet, wenn die Höchsttemperatur der zusammengesetzten Batterie 12 70°C überschreitet, muss andererseits Kühlmittel umgewälzt werden, um eine unregelmäßige Temperaturverteilung des Kühlmittels zu verhindern, ebenso wie um die Höchsttemperatur zu senken.
-
Daher sind in diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Kühlmittel-Durchtrittslöchern 21a in der Teilungsplatte 21 ausgebildet. Wenn die zusammengesetzte Batterie 12 gekühlt werden muss, wird die Umwälzlamelle 16 derart gedreht, dass sich das Kühlmittel vom Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 durch die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a zum Batterieunterbringungsabschnitt 3 bewegt. Infolgedessen kann Kühlmittel im Batterieunterbringungsabschnitt 3, das dadurch gekühlt wurde, dass seine Wärme durch die Bodenplatte 21 aus dem Fahrzeug abgeleitet wurde, dem Batterieunterbringungsabschnitt 3 zugeführt werden, wodurch die zusammengesetzte Batterie 12 gekühlt wird.
-
Nun wird der Aufbau der Energieversorgungsvorrichtung 1 dieses Ausführungsbeispiels ausführlich mit Bezug auf 1 und 2A beschrieben. Die, zusammengesetzte Batterie 12 wird durch Anordnen einer Vielzahl zylindrischer Zellen 123 parallel zueinander zwischen einem Paar von Trägerplatten 121 und 122 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zylindrischen Zellen 123 Lithiumionen-Batterien, die über eine Stromschiene 124 in Reihe verbunden sind. Die zylindrischen Zellen 123 können hierbei auch Nickelmetallhydrid-Batterien sein. Ferner können viereckige Zellen anstelle von zylindrischen Zellen verwendet werden.
-
In den Trägerplatten 121 und 122 sind Einfügungslochabschnitte 121a und 122a ausgebildet, die in der vertikalen Richtung verlaufen. In diese Einfügungslochabschnitte 121a und 122a werden Stapelbatterie-Befestigungsbolzen (d. h. Befestigungsmittel) 127 eingeführt, die von der Außenseite des Batteriegehäuses 11 durch einen oberen Wandabschnitt 11a des Gehäuses verlaufen.
-
Ein unterer Endabschnitt jedes Stapelbatterie-Befestigungsbolzens 127 ragt von einer unteren Stirnfläche der Trägerplatten 121 und 122 vor, wo er in eine Stapelbatterie-Befestigungsmutter 128 eingeschraubt wird, wodurch die zusammengesetzte Batterie 12 am oberen Wandabschnitt 11a des Batteriegehäuses 11 fixiert wird.
-
Das Kühlmittel im Batteriegehäuse 11 ist ein Material, das eine hohe spezifische Wärme, eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Siedepunkt aufweist, das Batteriegehäuse 11 oder die zusammengesetzte Batterie 11 nicht korrodiert und beständig ist gegen thermische Zersetzung, Luftoxidation und Elektrolyse und dergleichen. Darüber hinaus wird eine elektrisch isolierende Flüssigkeit verwendet, um einen Kurzschluss zwischen Elektrodenanschlüssen zu verhindern.
-
Eine fluorhaltige, inerte Flüssigkeit kann beispielsweise als Kühlmittel verwendet werden. Beispiele für ein fluoriertes inertes Fluid sind u. a. FluorinertTM, NovecTM HFE (Hydrofluorether) oder NovecTM 1230 von 3M Corporation. Alternativ dazu kann statt einem fluorierten inerten Fluid auch eine andere Flüssigkeit (beispielsweise Siliconöl) verwendet werden.
-
Ein seitlicher Gehäusewandabschnitt 11b und ein unterer Gehäusewandabschnitt des 11c des Batteriegehäuses 11 sind einstückig ausgebildet. Ein Plattenträgerabschnitt 11d, der die Teilungsplatte 21 trägt, ist an einem inneren Wandabschnitt des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b vorgesehen. Dieser Plattenträgerabschnitt 11d wird von einem Abschnitt des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b gebildet, der zur Innenseite des Batteriegehäuses 11 vorsteht.
-
Der obere Gehäusewandabschnitt 11a ist getrennt vom seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b und vom unteren Gehäusewandabschnitt 11c ausgebildet, und ein Dichtungselement 31 ist zwischen dem oberen Gehäusewandabschnitt 11a und dem seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b angeordnet. Durch die Anordnung dieses Dichtungselements 31 zwischen dem oberen Gehäusewandabschnitt 11a und dem seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b wird verhindert, dass das Kühlmittel aus dem Batteriegehäuse 11 dringt.
-
Zwei Temperatursensoren sind am seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b vorgesehen, d. h. ein erster Temperatursensor 61, der in das Kühlmittel, das im Batterieunterbringungsabschnitt 3 enthalten ist, hineinreicht, und ein zweiter Temperatursensor 62, der in das Kühlmittel, das im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 enthalten ist, hineinreicht.
-
Diese ersten und zweiten Temperatursensoren 61 und 62 sind elektrisch mit einer Batterie-ECU (d. h. einem Steuermittel) 63 verbunden. Diese Batterie-ECU 63 gibt auf der Basis von Temperaturinformationen, die von den ersten und zweiten Temperatursensoren 61 und 62 ausgegeben werden, ein Antriebssignal zum Antreiben der Umwälzlamelle 16 aus, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3 um eine vorgegebene Temperatur oder mehr höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4. Das Verfahren zum Antreiben der Umwälzlamelle 16 wird später beschrieben.
-
Außerdem ist ein magnetischer Motor 15 zum Antreiben der Umwälzlamelle 16 am seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b des Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitts 4 vorgesehen. Der magnetische Motor 15 treibt eine Drehwelle 17 der Umwälzlamelle 16 durch eine magnetische Kraft von außerhalb des Batteriegehäuses 11 an. Unter Verwendung dieses magnetischen Motors 15 zirkuliert Kühlmittel, während es innerhalb des Batteriegehäuses 11 eingeschlossen ist.
-
Außerdem sind viele Kühlrippen 111 an den äußeren Umfangsflächen des oberen Gehäusewandabschnitts 11a und des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b angeordnet, was die Kontaktfläche zwischen der Energieversorgungsvorrichtung 1 und der Außenluft vergrößert, wodurch die Ableitung von Wärme von der Energieversorgungsvorrichtung 1 gefördert wird.
-
Der untere Gehäusewandabschnitt 11c berührt die Bodenplatte 2, die als Wärmeübertragungselement dient. Die Energieversorgungsvorrichtung 1 wird an der Bodenplatte 2 durch Befestigen eines nicht dargestellten Befestigungselements an einem Flansch, der an einem Außenwandabschnitt des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11c ausgebildet ist, fixiert.
-
Das Batteriegehäuse 11 kann aus einem metallischen Werkstoff, wie Eisen oder Kupfer, bestehen, der Wärme gut leitet.
-
Die vielen Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a sind in der Form einer Matrix in der Teilungsplatte 21 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Radius und der Abstand der Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a so eingestellt, dass verhindert wird, dass das Kühlmittel, das sich wegen der Kühlung der zusammengesetzten Batterie 12 erwärmt und auf natürliche Weise zirkuliert (d. h. natürliche Konvektion), in den Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 strömt, während zugelassen wird, dass Kühlmittel, das durch die Umwälzoperation der Umwälzlamelle 16 zwangsweise umgewälzt wird (d. h. Zwangskonvention), in den Batterieunterbringungsabschnitt 3 strömt. Genauer können Radius und Abstand der Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a u. a. je nach der Umwälzfähigkeit der Umwälzlamelle 16 passend eingestellt werden.
-
Außerdem ist ein Kühlmittel-Ansaugloch 21b zum Ansaugen von Kühlmittel aus dem Inneren des Batterieunterbringungsabschnitts 3 in den Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 an einer Stelle in der Teilungsplatte 21 ausgebildet, die der Drehwelle 17 der Umwälzlamelle 16 entspricht. Dieses Kühlmittel-Ansaugloch 21b weist einen größeren Radius auf als die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a.
-
Die Teilungsplatte 21 kann aus Harz oder Glas gefertigt sein, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Kühlmittel. Wenn Glas verwendet wird, muss gewährleistet sein, dass dieses stark ist, so dass es nicht aufgrund der Vibrationen vom Fahrzeug springt oder bricht.
-
Nun werden das Verfahren zum Antreiben des Motors 15 und die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 mit Bezug auf 1, 3 und 4 beschrieben. Hierbei ist 3 ein Blockschema des Aufbaus, der verwendet wird, um einen Umwälzmotor 15 anzutreiben, und 4 ist ein Ablaufschema, das ein Verfahren zum Antreiben des Motors 15 darstellt. Wie in 3 dargestellt, ist die Batterie-ECU 63 elektrisch mit einer Motor-Energiequelle 64 verbunden, die sie so steuert, dass sie sie ein- und ausschaltet. Die Motor-Energiequelle 64 ist anfangs auf aus gestellt.
-
Zuerst vergleicht die Batterie-ECU 63 eine Temperatur T1 des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3 mit einer Temperatur T2 des Kühlmittels im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 auf der Basis von Temperaturinformationen, die von den ersten und zweiten Temperatursensoren 61 und 62 ausgegeben werden (Schritt S101).
-
Falls bestimmt wird, dass T1 gleich oder größer ist als T2 (d. h. T1 ≥ T2), dann geht das Verfahren zu Schritt S102 weiter, wo die Batterie-ECU 22 bestimmt, ob T1 gleich oder größer ist als 60°C (d. h. T1 ≥ 60°C). Falls die Batterie-ECU 63 bestimmt, dass T1 gleich oder größer ist als 60°C (d. h. JA in Schritt S102), dann schaltet sie die Energiequelle 64 ein und treibt die Umwälzlamelle 16 an (Schritt S103).
-
Wenn die Batterie-ECU 63 die Umwälzlamelle 16 antreibt, wird Kühlmittel, das sich im Batterieunterbringungsabschnitt 3 befindet, durch das Kühlmittel-Ansaugloch 21b in den Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 gesaugt. Wenn das Kühlmittel durch den Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 strömt, kommt es mit dem unteren Gehäusewandabschnitt 11c in Kontakt und kühlt infolgedessen ab. Dieses gekühlte Kühlmittel strömt dann aufgrund der Umwälzwirkung der Umwälzlamelle 16 durch die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a zurück in den Batterieunterbringungsabschnitt 3.
-
Infolgedessen sinkt die Temperatur des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3, wodurch die zusammengesetzte Batterie 12 vor einer Verschlechterung geschützt werden kann.
-
Dadurch, dass das Kühlmittel zwangsweise in den Batterieunterbringungsabschnitt 3 geführt wird, wird das Kühlmittel außerdem umgewälzt (d. h. bewegt), wodurch Temperaturunterschiede vermieden werden können. Dies verlängert wiederum die Lebenszeit der zusammengesetzten Batterie 12.
-
Der Grund dafür, dass hierbei T1 ≥ 60°C zu einer Bedingung für das Antreiben der Umwälzlamelle 16 gemacht wird, ist, dass die geeignete Temperatur für die Verwendung einer Lithiumionen-Batterie zwischen 25°C und 70°C liegt, so dass die Temperatur des Kühlmittels derart gesteuert werden muss, dass sie 70°C nicht überschreitet. Diese bedingte Temperatur ist jedoch nicht auf 60°C beschränkt. Das heißt, wenn eine andere Art von Batterie verwendet wird, kann die Temperatur je nach Bedarf gemäß der geeigneten Temperatur für diese Batterie geändert werden.
-
Falls in Schritt S102 bestimmt wird, dass T1 niedriger ist als 60°C, geht das Verfahren zu Schritt S101 zurück, und die Batterie-ECU 63 lässt die Motorenergiequelle 64 ausgeschaltet, um die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 zu verhindern. Falls dagegen T1 gleich oder größer ist als T2 (d. h. T1 ≥ T2), aber kleiner ist als 60°C (d. h. T1 < 60°C), kann es sein, dass die Temperatur des Kühlmittels im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 wegen der kalten Luft außerhalb des Fahrzeugs zu stark sinkt. Falls die Umwälzlamelle 16 in diesem Fall angetrieben wird, kann die Temperatur des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3 noch weiter fallen, und es kann möglicherweise keine ausreichende Batterieausgangsleistung erhalten werden.
-
Falls in Schritt S102 bestimmt wird, dass T1 niedriger ist als 60°C (d. h. T1 < 60°C), verhindert daher die Batterie-ECU 63 die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16. Infolgedessen kann die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 12 aufrechterhalten oder erhöht werden.
-
Außerdem ist die Teilungsplatte 21 aus einem Material gebildet, das eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Kühlmittel, so dass verhindert wird, dass die Wärme des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3 über die Teilungsplatte zum Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 abgeleitet wird.
-
Wenn die Batterie-ECU 63 in Schritt S103 die Umwälzoperation mit der Umwälzlamelle 16 startet, bestimmt die Batterie-ECU 63, ob T1 gleich oder kleiner ist als 30°C (d. h. ob T1 ≤ 30°C), das heißt, ob die Temperatur des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3 auf oder unter 30°C gesunken ist (Schritt S104).
-
Falls in Schritt S104 bestimmt wird, dass T1 gleich oder kleiner ist als 30°C (d. h. T1 ≤ 30°C), geht das Verfahren zu Schritt S105 weiter, wo die Batterie-ECU 63 die Motorenergiequelle 64 abschaltet, wodurch die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 verhindert wird.
-
Falls in Schritt S104 bestimmt wird, dass T1 größer ist als 30°C (d. h. T1 > 30°C), setzt die Batterie-ECU 63 die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 fort.
-
Der Grund für das Aufstellen von T1 ≤ 30°C als Bedingung für das Anhalten der Umwälzlamelle 16 ist, dass die geeignete Temperatur für die Verwendung einer Lithiumionen-Batterie zwischen 25°C und 70°C liegt, so dass die Temperatur des Kühlmittels so gesteuert werden muss, dass sie nicht unter 25°C sinkt. Diese bedingte Temperatur ist jedoch nicht auf 30°C beschränkt. Das heißt, wenn eine andere Art von Batterie verwendet wird, kann die Temperatur je nach Bedarf gemäß der geeigneten Temperatur für diese Art von Batterie geändert werden.
-
Falls in Schritt S101 bestimmt wird, dass T2 größer ist als T1 (d. h. T2 > T1), d. h. falls die Temperatur des Kühlmittels im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 höher ist als die Temperatur des Kühlmittels im Batterieunterbringungsabschnitt 3, lässt die Batterie-ECU 63 die Motorenergiequelle 64 ausgeschaltet, wodurch die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 verhindert wird.
-
Falls bestimmt wird, dass T2 größer ist als T1 (d. h. T2 > T1), bedeutet dies, dass die Temperatur der Bodenplatte 2 hoch ist (was beispielsweise vorkommen kann, wenn das Fahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in einer Hochtemperaturumgebung geparkt wird). Falls dann Kühlmittel vom Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 in den Batterieunterbringungsabschnitt 3 umgewälzt wird, kann somit die Temperatur der zusammengesetzten Batterie 12 zu hoch werden.
-
Falls die Temperatur der Bodenplatte 2 hoch ist, verhindert daher die Batterie-ECU 63 die Umwälzoperation durch die Umwälzlamelle 16 und verhindert die Umwälzung des Kühlmittels aus dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 durch die Teilungsplatte 21 in den Batterieunterbringungsabschnitt 3, wodurch die zusammengesetzte Batterie vor einer Verschlechterung geschützt wird.
-
Nun werden erste und zweite modifizierte Beispiele des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. 2B und 2C zeigen erste bzw. zweite modifizierte Beispiele der Teilungsplatte 21 des ersten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um Teile mit gleicher Funktion zu bezeichnen.
-
Die gestrichelte Linie in 2B zeigt den Endabschnitt der Teilungsplatte 21 des ersten Ausführungsbeispiels. Die Teilungsplatte 21 in 2B ist in der X-Richtung um eine Länge X1 kürzer als die Teilungsplatte 21 im ersten Ausführungsbeispiel. Somit kann ein Spalt 21d zwischen dem seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b und dem Endabschnitt der Teilungsplatte 21 gebildet werden, wodurch das Kühlmittel sich zwischen dem Batterieunterbringungsabschnitt 3 und dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 bewegen kann. Das Kühlmittel, das durch den Spalt 21d aus dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 in den Batterieunterbringungsabschnitt 3 geströmt ist, bewegt sich entlang des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b, so dass das Kühlmitte nahe des Innenwandabschnitts des Batteriegehäuses 11 zuverlässig umgewälzt (d. h. bewegt) werden kann.
-
Im Gegensatz dazu ist in der Teilungsplatte 21 in 2C ein einzelner Schlitz 21e, der in der X-Richtung verläuft, ausgebildet. Dieser Schlitz 21e ermöglicht es dem Kühlmittel, sich zwischen dem Batterieunterbringungsabschnitt 3 und dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 zu bewegen.
-
Ferner kann im ersten Ausführungsbeispiel die Dichte, mit der die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a ausgebildet werden, abhängig von der Wärmeverteilung der zusammengesetzten Batterie 12 festgelegt werden. Beispielsweise können die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a direkt unter den zylindrischen Zellen 123, die eine große Menge an Wärme erzeugen, dichter als in anderen Bereichen ausgebildet werden. Infolgedessen kann Kühlmittel im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 konzentriert an den zylindrischen Zellen 123, wo die erzeugte Wärmemenge groß ist, zugeführt werden.
-
Nun wird eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß dem dritten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, in dem die Anordnung der Energieversorgungsvorrichtung modifiziert wurde, mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine Draufsicht auf eine Energieversorgungsvorrichtung 101 gemäß dem dritten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels und stellt eine modifizierte Anordnung der Energieversorgungsvorrichtung dar. Teile dieses modifizierten Beispiels, welche die gleiche Funktion haben wie Teile des ersten Ausführungsbeispiels, sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
-
Ein Trägerelement 41, das die Energieversorgungsvorrichtung 101 trägt, ist zwischen der Energieversorgungsvorrichtung 101 und der Bodenplatte 2 angeordnet. Das heißt, die Energieversorgungsvorrichtung 101 berührt die Bodenplatte 2 nicht. Die zusammengesetzte Batterie ist anhand von nicht dargestellten Befestigungsmitteln am unteren Gehäusewandabschnitt 11c befestigt.
-
Eine Wärmeübertragungsplatte 42, die als Wärmeübertragungselement dient, das die Bodeplatte 2 berührt, ist an der äußeren Umfangsfläche des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b befestigt. Die Wärmeübertragungsplatte 42 besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. einem metallischen Material wie Eisen oder Kupfer), genau wie das Batteriegehäuse 11. Ein Wärmeaustausch findet zwischen der Energieversorgungsvorrichtung 101 und der Bodenplatte 2 über diese Wärmeübertragungsplatte 42 hinweg statt. Die Wärmeübertragungsplatte 42 kann hierbei an einem Seitenabschnitt (d. h. irgendeinem Seitenabschnitt) des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b oder an beiden Seitenabschnitten befestigt sein.
-
In diesem Fall wird kalte Luft von außerhalb des Fahrzeugs über die Wärmeübertragungsplatte 42 und den seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b auf das Kühlmittel übertragen, so dass die Teilungsplatte 21 zwischen dem seitlichen Gehäusewandabschnitt 11b und der zusammengesetzten Batterie 12 angeordnet ist. Das heißt, in 5 ist der Bereich rechts von der Teilungsplatte 21 der Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 und der Bereich links von der Teilungsplatte 21 ist der Batterieunterbringungsabschnitt 3. Die gleichen Wirkungen wie diejenigen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden können, können auch mit diesem Aufbau erhalten werden.
-
Nun wird eine Energieversorgungsvorrichtung gemäß einem vierten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, in dem das Umwälzmittel modifiziert wurde, mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine Draufsicht auf eine Energiequelle 201 gemäß dem vierten modifizierten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels, die ein modifiziertes Beispiel des Umwälzmittels darstellt. Teile dieses modifizierten Beispiels, welche die gleiche Funktion haben wie Teile im ersten Ausführungsbeispiel, werden durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet.
-
Ein Umwälzelement 71, das einen anderen Aufbau hat als die Umwälzlamelle 16, ist im Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 vorgesehen. Eine Lamellendrehwelle 71a dieses Umwälzelements 71 ist drehbar an beiden Endabschnitten mittels radialer Lagerelemente 72, die zu beiden Seiten des seitlichen Gehäusewandabschnitts 11b vorgesehen sind, gelagert. Die Lamellendrehwelle 72a wird von außerhalb des Batteriegehäuses 11 durch einen magnetischen Motor 15 drehbar angetrieben.
-
Ein hohlzylindrisches Walzenelement 71b mit einem Innendurchmesser, der im Allgemeinen der Gleiche ist wie der Außendurchmesser der Lamellendrehwelle 71a, ist an der Lamellendrehwelle 71a befestigt. Eine Vielzahl von Umwälzlamellen 71c, die in Längsrichtung der Walze verlaufen, sind in der Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche des Walzenelements 71b ausgebildet.
-
Wenn der magnetische Motor 15 angetrieben wird, drehen sich die Umwälzlamellen 71c um die Lamellendrehwelle 71a, und dabei bewegen sie Kühlmittel von innerhalb des Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitts 4 durch die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a in den Batterieunterbringungsabschnitt 3.
-
Die gleichen Wirkungen wie diejenigen, die mit dem ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden können, können auch mit diesem Aufbau erzielt werden. Das Umwälzmittel ist nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann auch eine Pumpe verwendet werden.
-
Falls das Kühlmittel zwangsweise durch die Kühlmittel-Durchtrittslöcher 21a hindurch zwischen dem Batterieunterbringungsabschnitt 3 und dem Umwälzmechanismus-Unterbringungsabschnitt 4 umgewälzt werden kann (d. h. Zwangskonvention), kann auch ein Umwälzmittel wie die Umwälzlamellen 16 oder das Umwälzelement 71 oder dergleichen im Batterieunterbringungsabschnitt 3 angeordnet sein.
-
Nun wird ein modifiziertes Beispiel des Verfahrens zum Antreiben des Motors beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird die Umwälzlamelle 16 auf der Basis von Temperaturinformationen von den ersten und zweiten Temperatursensoren 61 und 62 zum Drehen gebracht. Alternativ kann jedoch der zweite Temperatursensor 62 an der Karosserie des Fahrzeugs vorgesehen sein.
