DE112022002112T5

DE112022002112T5 - Batteriekühlsystem

Info

Publication number: DE112022002112T5
Application number: DE112022002112.8T
Authority: DE
Inventors: Ken Takahashi
Original assignee: Fuji Bellows Co Ltd
Current assignee: Fuji Bellows Co Ltd
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2024-02-22
Also published as: WO2023176095A1; JP2023137166A; CN117223154A; JP7154662B1

Abstract

[Problem]Es wird ein Batteriekühlsystem bereitgestellt, das so konfiguriert ist, dass es ein Kühlmedium mit einer geeigneten Durchflussrate verteilt, indem ein Strömungswiderstand des Kühlmediums entsprechend einer Wärmeerzeugungsmenge jedes Batteriepakets mit einem Mechanismus erhöht und verringert wird, welcher kostengünstig, einfach, äußerst langlebig und zuverlässig mit wenig Fehlfunktion ist.[Lösung]Ein Batteriekühlsystem 1 kühlt eine Batterie, die mehrere Batteriepakete 3 enthält, durch einen Mantel 2. Der Mantel 2 umfasst einen Zweigkanal (Zufuhrzweigkanal 12, Abführzweigkanal 13), der von einem Hauptkanal (Zufuhrhauptkanal 10, Zufuhrhauptkanal 11) abzweigt, und zum Hauptkanal zurückführt. Der Hauptkanal ist direkt mit einem Druckzufuhrmittel (Pumpe P) verbunden, das ein Kühlmedium unter Druck zuführt. Das Batteriekühlsystem 1 umfasst ein Temperatursteuerventil (5, 5', 5"), das an dem Zweigkanal (Abführzweigkanal 13) vorgesehen ist, durch den das Kühlmedium aus dem Kanal des Mantels 2 nach außen strömt und zu dem Hauptkanal (Abführhauptkanal 11) zurückfließt. Das Temperatursteuerventil (5, 5', 5") stellt den Öffnungsgrad eines Ventils entsprechend der Temperatur des nahegelegenen Kühlmediums ein.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriekühlsystem und insbesondere auf ein Batteriekühlsystem, das eine Batterie mit mehreren Batteriepaketen durch einen Mantel mit einem Zweigkanal kühlt, der von einem Hauptkanal abzweigt und zu dem Hauptkanal zurückführt, der direkt mit einem Druckzufuhrmittel wie einer Pumpe und wie einem Lüfter/Flügelrad verbunden ist, das ein Kühlmedium unter Druck zuführt.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In jüngster Zeit steigt die Nachfrage nach Batterien für Energieanwendungen wie Elektrofahrzeuge und Elektrowerkzeuge, und bei einer Batterie, in der Batteriepakete mit mehreren Zellen integriert sind, neigt die Wärmeerzeugungsmenge der Batterie aufgrund der hohen Stromleitung dazu, im Falle der Leistungsanwendung groß zu werden. Da die Verwendung der Batterie bei hohen Temperaturen die Verschlechterung beschleunigt, ist es zum Schutz der Batterie erforderlich, die Leistung der Batterie zu reduzieren oder die Ladegeschwindigkeit zu verringern.
Da jedoch mehrere Batteriepakete in Reihe geschaltet sind, muss die Leistung bzw. die Ladegeschwindigkeit in der gesamten Batterie reduziert werden. Daher ist es notwendig, jedes der Batteriepakete durch ein Kühlsystem sicher zu kühlen, um die Temperaturen der einzelnen Batteriepakete gleichmäßig vorzusehen.
Das heißt, da das Batteriepaket temperaturabhängig ist und die Batterietemperatur die Batterielebensdauer erheblich beeinflusst, ist es im Fall einer Batterie aus Batteriepaketen, die mehrere Zellen enthält, wichtig, zu versuchen, die Batterietemperaturen der jeweiligen Zellen gleichmäßig zu gestalten. Um die Batterie zu kühlen und die Temperaturen gleichmäßig zu machen, wird im Allgemeinen ein Verfahren verwendet, bei dem in einem Batteriepaket ein Strömungskanal für ein Kühlmedium vorgesehen ist und dieser von einer elektrischen Pumpe oder einem elektrischen Lüfter/Flügelrad angetrieben wird, um das Kühlmedium strömen zu lassen.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 eine Batteriekühlvorrichtung für ein Elektrofahrzeug, welche eine Batterie (13) zum Antrieb des Elektrofahrzeugs, ein Kühlelement (14), das im Inneren Kühlmediumströmungskanäle (14a, 14b) enthält, eine Kühlmediumzufuhrleitung (15), die das Kühlmedium dem Kühlelement (14) zuführt, und eine Kühlmediumabführleitung (16), die das Kühlmedium aus dem Kühlelement (14) abführt, enthält (siehe Anspruch 1 in den Ansprüchen, Absätze[0027] bis [0043] in der Beschreibung, 1 bis 8 in den Zeichnungen und dergleichen des Patentdokuments 1).
Die Batteriekühlvorrichtung umfasst einen Kühlmediummantel (14), der integral mit einem Batteriegehäuse (12) ausgebildet ist und im Inneren die Kühlmediumströmungskanäle (14a, 14b) enthält. Das von der Kühlmediumzufuhrleitung (15) zugeführte Kühlmedium zweigt vom Kühlmediumeinlass (20) des an der vordersten Position positionierten Kühlmedium-Mantelpaars (14) in Richtung der Kühlmedium-Zufuhrkanäle (14a) auf der linken und rechten Seite ab, strömt in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen, vollzieht in den Verbindungskammern (23) eine Kehrtwende, strömt in Fahrzeugbreitenrichtung in den Kühlmediumabführkanälen (14b) auf der linken und rechten Seite nach innen, wird zusammengeführt in dem Kühlmediumauslass (21) und wird zu der Kühlmediumabführleitung (16) zurückgeführt (siehe Absatz [0037] der Beschreibung des Patentdokuments 1).
In der Batteriekühlvorrichtung des Patentdokuments 1 ist, da der Innendurchmesser d1 der Kühlmediumeinlässe (20) und der Kühlmediumauslässe (21) der drei Paare von Kühlmediummänteln (14) auf der stromaufwärtigen Seite klein eingestellt und der Innendurchmesser d2 der Kühlmediumeinlässe (20) und der Kühlmediumauslässe (21) der drei Paare von Kühlmediummänteln (14) auf der stromabwärtigen Seite groß eingestellt ist, ist es möglich, alle Batteriemodule (13) gleichmäßig zu kühlen indem die die Menge an Kühlmedium, die den sechs Paaren von Kühlmediummänteln (14) zugeführt wird, gleichmäßig vorgesehen wird (siehe Absatz [0038] der Beschreibung von Patentdokument 1).
Bei dem Verfahren, die Strömungsrate des Kühlmediums durch den Wasserströmungswiderstand aufgrund des Innendurchmessers, der Öffnung oder dergleichen des Kühlmediumdurchgangs gleichmäßig zu machen, besteht jedoch tatsächlich ein Problem darin, dass die Strömungsrate von dem in die jeweiligen Mäntel fließende Kühlwasser aufgrund von Variationen in der Durchgangsfläche, Biegungen und dergleichen variiert. Darüber hinaus besteht tatsächlich das Problem, dass aufgrund von Variationen in der Wärmeerzeugungsmenge aufgrund des Produktfehlers des Batteriepakets Variationen in den Temperaturen der jeweiligen Batteriepakete auftreten, und es unmöglich ist, die Temperaturen aller Batteriepakete nur durch eine Vergleichmäßigung der Wasserströmungswiderstände einheitlich zu machen.
Patentdokument 2 offenbart ein Kühlsystem, das eine Vielzahl von Kühlern (30, 31, 32, 33) einschließlich Wärmeaustauscheinheiten (300, 310, 320, 330) umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie Batterien durch Wärmeaustausch zwischen einem im Inneren fließenden Kühlmedium und den Batterien (20) kühlt, und einen Kühlmedium-Zufuhrkanal (W20), der das Kühlmedium den mehreren Kühlern zuführt (siehe Anspruch 1 in den Ansprüchen, Absätze [0011] bis [0021] in der Beschreibung, 1 bis 3 in). Zeichnungen und dergleichen des Patentdokuments 2).
Der Kühlmedium-Zufuhrkanal des in Patentdokument 2 offenbarten Kühlsystems ist mit einem Hauptströmungskanal (W21), durch den das Kühlmedium fließt, und mehreren Zweigströmungskanälen (W22a, W22b, W22c, W22d) versehen, die von dem Hauptströmungskanal (W21) abzweigen und das Kühlmedium jeweils auf die mehreren Kühler (30, 31, 32, 33) verteilen. Mit den Kühlern (30, 31, 32, 33), die jeweils an den mehreren Zweigströmungskanälen (W22a, W22b, W22c, W22d) vorgesehen sind, wird das Kühlmedium den mehreren Kühlern (30, 31, 32, 33) parallel zugeführt.
Dann sind auch in dem in Patentdokument 2 offenbarten Kühlsystem, ähnlich der Batteriekühlvorrichtung von Patentdokument 1, wenn ein Abschnitt, der vom Hauptströmungskanal (W21) in die Zweigströmungskanäle (W22a, W22b, W22c, W22d) an dem Kühlmediumzufuhrkanal abzweigt, als ein Verzweigungsabschnitt (Pb) angenommen wird, Öffnungen (301, 311, 321, 331) an Abschnitten vom Verzweigungsabschnitt (Pb) zu den Wärmeaustauscheinheiten (300, 310, 320, 330) vorgesehen, um die Strömungsraten des Kühlmediums durch den Wasserströmungswiderstand zu vergleichmäßigen.
Allerdings besteht bei dem in Patentdokument 2 offenbarten Kühlsystem, ähnlich wie bei der Batteriekühlvorrichtung aus Patentdokument 1, das Problem, dass die Durchflussrate des in die jeweiligen Mäntel fließenden Kühlwassers aufgrund von Variationen in der Durchgangsfläche, Biegungen und dergleichen variiert und das Problem, dass es aufgrund von Variationen in der Wärmeerzeugungsmenge aufgrund von Produktfehlern des Batteriepakets zu Temperaturschwankungen der jeweiligen Batteriepakete kommt, wurde nicht gelöst.
Patentdokument 3 offenbart ein Kühlsystem mit einem gemeinsamen Kanal, durch den ein Kühlmedium fließt, mehreren Zweigkanälen, die mit dem gemeinsamen Kanal verbunden sind und jeweils das Kühlmedium einem oder mehreren Kühlzielen zuführen, und mindestens einer EHD-Durchflussrateneinstellvorrichtung, die die Menge des in die jeweiligen Zweigkanäle fließenden Kühlmediums einstellt (siehe Anspruch 1 in den Ansprüchen, Absätze [0039] bis [0056] in der Beschreibung, 1 bis 6 in den Zeichnungen und dergleichen in Patentdokument 3). ).
Allerdings handelt es sich bei dem in Patentdokument 3 offenbarten Kühlsystem um eines, bei dem die Durchflussrate des Kühlmediums mit der EHD-Durchflusseinstellvorrichtung eingestellt wird, und es besteht das Problem, dass eine komplizierte Steuerung erforderlich ist und das System ungeeignet ist für einen Mechanismus wie ein Elektrofahrzeug, bei dem Vibrationen aufgrund mangelnder Haltbarkeit und Zuverlässigkeit möglicherweise eine Fehlfunktion verursachen, die zu einem schweren Unfall führen kann.

Patentdokument 1: JP-A-2019-186149
Patentdokument 2: JP-A-2020-140955
Patentdokument 3: JP-A-2020-173964

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Daher wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Batteriekühlsystem bereitzustellen, das so konfiguriert ist, dass es ein Kühlmedium mit einer geeigneten Durchflussrate verteilt, indem ein Strömungswiderstand des Kühlmedium erhöht und verringert wird, das der von jedem Batteriepaket erzeugten Wärmemenge entspricht, mit einem Mechanismus, der kostengünstig, einfach, äußerst langlebig und zuverlässig ist und kaum Fehlfunktionen aufweist.
LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME
Ein Batteriekühlsystem gemäß einer ersten Erfindung ist ein Batteriekühlsystem zum Kühlen einer Batterie, die mehrere Batteriepakete umfasst, durch einen Mantel. Der Mantel umfasst einen Zweigkanal, der von einem Hauptkanal abzweigt und zum Hauptkanal zurückführt. Der Hauptkanal ist direkt mit einer Druckzufuhreinrichtung verbunden, die ein Kühlmedium unter Druck zuführt. Das Batteriekühlsystem umfasst ein Temperatursteuerventil, das am Zweigkanal vorgesehen ist, durch den das Kühlmedium aus dem Kanal des Mantels nach außen fließt und zum Hauptkanal zurückkehrt. Das eigenbetriebene Temperatursteuerventil stellt den Öffnungsgrad eines Ventils entsprechend der Temperatur des Kühlmediums in der Nähe ein.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer zweiten Erfindung, die zur ersten Erfindung gehört, ist das Temperatursteuerventil ein Wachsthermostat.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer dritten Erfindung, die zur ersten Erfindung gehört, ist das Temperatursteuerventil ein Balgthermostat.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer vierten Erfindung, die zur ersten Erfindung gehört, ist das Temperatursteuerventil ein Thermostat vom SMA-Typ.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer fünften Erfindung, die zu einer der ersten bis vierten Erfindungen gehört, ist das Temperatursteuerventil mit einer Leckageöffnung versehen.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer sechsten Erfindung, die zur fünften Erfindung gehört, ist die Leckageöffnung eine Leckagenut, die an einem Teil eines Ventilsitzes oder eines Ventilelements ausgebildet ist.
In einem Batteriekühlsystem gemäß einer siebten Erfindung, die zu einer der ersten Erfindung bis sechsten Erfindung gehört, ist eine Druckentlastungsstruktur vorgesehen.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der ersten Erfindung bis siebten Erfindung kann der Strömungswiderstand des Kühlmediums entsprechend der Wärmeerzeugungsmengen der jeweiligen Batteriepakete erhöht und verringert werden, und das Kühlmedium kann mit der geeigneten Strömungsrate verteilt werden, was eine gleichmäßige Steuerung der Batterietemperaturen der jeweiligen Zellen ermöglicht. Dadurch kann die Lebensdauer des Batteriepakets und der Batterie verlängert und die Haltbarkeit verbessert werden.
Gemäß der ersten Erfindung bis zur siebten Erfindung wird, da der oben beschriebene Betriebsvorteil mit dem Temperatursteuerventil erreicht wird, das sich seit vielen Jahren als Kühleinrichtung für Verbrennungsmotoren eines Automobils und dergleichen bewährt hat, bei denen Vibration möglicherweise eine Fehlfunktion verursacht, die zu einem schweren Unfall führt, eine kostengünstige, einfache, äußerst langlebige und zuverlässige und nur wenig Fehlfunktion aufweisende bereitgestellt.
Insbesondere können gemäß der fünften Erfindung die Temperaturen der einzelnen Batteriepakete stets überwacht werden, da die Leckageöffnung so konfiguriert ist, dass das Kühlmedium immer in einer konstanten Menge strömt, und die Temperatur des Kühlmediums immer gemessen wird.
Insbesondere können gemäß der sechsten Erfindung die Fremdstoffe durch das Kühlmedium herausströmen und entfernt werden, selbst wenn die Leckageöffnung durch Fremdkörper verstopft ist, indem das Ventil geöffnet wird.
Insbesondere kann gemäß der siebten Erfindung, da die Druckentlastungsstruktur vorgesehen ist, selbst in einem Temperaturbereich vor dem Öffnen des Ventils des Thermostats die Leistung der Pumpe, die das Kühlmedium unter Druck fördert, nach Bedarf erhöht werden, um das Kühlmedium fließen zu lassen .
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Batteriekühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Temperatursteuerventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine erläuternde Ansicht eines ersten offenen Zustands, die einen offenen Ventilzustand durch Temperaturerfassung des Temperatursteuerventils darstellt.
4 ist eine erläuternde Ansicht eines zweiten offenen Zustands, die einen offenen Ventilzustand durch Druckerfassung des Temperatursteuerventils darstellt.
5A ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Temperatursteuerventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils A von 5A.
6A ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Temperatursteuerventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und 6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils B von 6A.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden wird ein Batteriekühlsystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
<Batteriekühlsystem>
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Batteriekühlsystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Beispiel wird ein Fall der Kühlung einer Batterie einer intelligenten Antriebseinheit (IPU) beschrieben, die unter dem Boden eines Elektrofahrzeugs montiert ist. 1 ist eine schematische Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration des Batteriekühlsystems 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt, ist das Batteriekühlsystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Kühlsystem mit einem Wassermantel 2, der so konfiguriert ist, dass er Kühlwasser als Kühlmedium fließen lässt, um eine Batterie als Hauptkomponente zu kühlen. Die Batterie als Kühlziel des Batteriekühlsystems 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist eine solche, die mehrere Batteriepakete 3 umfasst, und das Batteriepaket 3 beherbergt ein Batteriemodul, in dem mehrere Batteriezellen in einem Gehäuse gestapelt und integriert sind.
(Wassermantel)
Ein Wassermantel 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, wie in 1 dargestellt, für jedes der Batteriepakete 3 vorgesehen, und ein entsprechendes Batteriepaket 3 ist an jedem Wassermantel 2 vorgesehen. Insbesondere ist für den Wassermantel 2 eine Bodenoberfläche des Gehäuses des Batteriepakets 3 mit dem Wassermantel 2 integriert.
Der Wassermantel 2 kann jedoch ein vom Gehäuse des Batteriepakets 3 getrennter Körper sein und das Gehäuse des Batteriepakets 3 kann so in Kontakt mit dem Wassermantel 2 platziert werden. Grundsätzlich ist es nur erforderlich, dass der Wassermantel 2 und das Batteriepaket 3 in engem Kontakt oder in der Nähe vorgesehen sind, um schnell Wärme zum Kühlen zu übertragen.
Der Wassermantel 2 umfasst einen rechteckigen Hauptkörperabschnitt, der aus einer Metallplatte gebildet ist, sowie einen Zufuhrkanal und einen Abführkanal, die so konfiguriert sind, dass sie das Kühlwasser innerhalb des Hauptkörperabschnitts zuführen. Das heißt, wie in 1 dargestellt, umfasst das Batteriekühlsystem 1 einen Zufuhrhauptkanal 10 und einen Abführhauptkanal 11 und mehrere Zufuhrzweigkanäle 12 und Abführzweigkanäle 13. Der Zufuhrhauptkanal 10 und der Abführhauptkanal 11 sind Hauptkanäle, die direkt mit einer Pumpe P als Druckzufuhrmittel verbunden sind, die dazu konfiguriert ist, das Kühlmedium ohne Abzweigung unter Druck zuzuführen. Die mehreren Zufuhrzweigkanäle 12 und Abführzweigkanäle 13 sind Zweigkanäle, die an mehreren Stellen parallel vom Hauptkanal abzweigen und zum Hauptkanal zurückführen.
(Temperatursteuerventil)
Dann ist, wie in 1 dargestellt, ein Temperatursteuerventil 5 an einem Auslass des Herausfließens aus dem Abführkanal des Wassermantels 2 zum externen Abführhauptkanal 11 vorgesehen. im Batteriekühlsystem 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Temperatursteuerventil 5 als Wachsthermostat in der Mitte des Abführzweigkanals 13 vorgesehen, der von jedem der Wassermäntel 2 zum Abführhauptkanal 11 zurückführt.
Das Temperatursteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den Wachsthermostat beschränkt und kann ein Balgthermostat sein, bei dem ein Äther in einem dehnbaren Balg eingeschlossen ist und der Äther durch Hitze ausgedehnt und zusammengezogen wird, um ein Ventil zu öffnen und zu schließen. Das Temperatursteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Thermostat eines anderen Typs sein, beispielsweise ein SMA-Thermostat, der zum Öffnen und Schließen eines Ventils durch eine Formgedächtnislegierung konfiguriert ist. Grundsätzlich muss es sich bei dem Temperatursteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung lediglich um ein Temperatursteuerventil handeln, das so konfiguriert ist, dass es den Öffnungsgrad eines Ventils entsprechend der Temperatur eines nahegelegenen Kühlmediums einstellt.
<Temperatursteuerventil>
[Erstes Ausführungsbeispiel]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 bis 4 das Temperatursteuerventil 5 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Temperatursteuerventils 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 ist eine erläuternde Ansicht eines ersten offenen Zustands, die einen offenen Ventilzustand durch Temperaturerfassung des Temperatursteuerventils 5 darstellt, und 4 ist eine erläuternde Ansicht eines zweiten offenen Zustands, die einen offenen Ventilzustand durch Druckerfassung des Temperatursteuerventils 5 darstellt.
Wie in 2 dargestellt, handelt es sich bei dem Temperatursteuerventil 5 um einen Wachsthermostat, bei dem ein Montagerahmen 51 aus rostfreiem Stahl in ein zylindrisches Metallgehäuse 50 aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen eingepasst ist und in dem ein Wachspellet 6 darin eingebaut ist. Ein O-Ring 52 aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Gummi) ist in einem Nutabschnitt am Außenumfang des Gehäuses 50 installiert, und ein Haltering 53 aus rostfreiem Stahl, der einen Spalt mit dem Wachspellet 6 füllt, ist an der Bodenoberfläche des Gehäuses 50 befestigt.
Das Wachspellet 6 umfasst ein Gehäuse 60, in dem ein Paraffinwachs eingeschlossen ist, und eine Kolbenstange 61, die so konfiguriert ist, dass sie in Bezug auf das Gehäuse 60 frei ein- und ausfahren kann. Das Temperatursteuerventil 5 verfügt über einen Mechanismus, in dem das Wachs expandiert wird, um zu bewirken, dass die Kolbenstange 61 vorsteht und ein an der Kolbenstange 61 befestigtes Ventilelement 7 nach oben drückt, wodurch das Ventil geöffnet wird. Es versteht sich von selbst, dass das im Wachspellet 6 eingeschlossene Wachs nicht auf Paraffinwachs beschränkt ist und lediglich ein Material sein muss, das eine relativ große Volumenänderung aufweist und eine vorgegebene Wärmeausdehnungseigenschaft aufweist, beispielsweise ein Mikrowachs .
Das Ventilelement 7 umfasst einen ringförmigen Ventilkörper 70, der aus einer Platte aus rostfreiem Stahl als Substratkörper besteht, und der Ventilkörper 70 weist einen Umfangsabschnitt auf, der mit einem Dichtungsmaterial 71 aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Gummi) bedeckt ist. Wie in 2 dargestellt, ist das Dichtungsmaterial 71 mit vorstehenden Abschnitten an einer Kontaktfläche mit der Kolbenstange 61 und einer unteren Fläche als Kontaktfläche mit dem Gehäuse 50 versehen, die Punkte des Leckagepfads sind, die von Kreisen aus einer strichpunktierten Linie umgeben sind, und daher ist das Dichtungsmaterial 71 so ausgelegt, dass es eine vollständige Gummiabdichtung gewährleistet, um Leckagen zu vermeiden.
Eine Schraubenfeder 8 aus rostfreiem Stahl ist zwischen dem Ventilelement 7 und dem Montagerahmen 51 angeordnet, und das Ventilelement 7 ist in Richtung der Seite des Wachspellets 6 vorgespannt.
Wie in 3 dargestellt, fließt in dem Temperatursteuerventil 5, wenn das Ventil durch Temperaturmessung in einem ersten offenen Zustand zum Öffnen betätigt wird, das durch die Wärmeerzeugung des oben beschriebenen einzelnen Batteriepakets 3 erwärmte Kühlwasser in den peripheren Teil des Wachspellets 6 wird durch den Abführzweigkanal 13 hinein, und das Wachs im Inneren des Gehäuses 60 wird erwärmt, um sich thermisch auszudehnen, wodurch die Kolbenstange 61 herausragt.
Dementsprechend wird das an der Kolbenstange 61 angebrachte Ventilelement 7 nach oben gedrückt, der Öffnungsbetrag des Ventils vergrößert sich und die Durchflussrate des Kühlwassers nimmt zu, wodurch eine wirksame Kühlung nur des Batteriepakets 3 mit der hohen Wärmeerzeugungsmenge durch den Wassermantel 2 ermöglicht wird.
Wie in 4 dargestellt, weist das Temperatursteuerventil 5 eine Druckentlastungsstruktur auf, in welcher der an der Kolbenstange 61 angebrachte Abschnitt des Ventilelements 7, wenn das Ventil durch Druckmessung in einem zweiten offenen Zustand zum Öffnen betätigt wird, sich der an der Kolbenstange 61 angebrachte Teil des Ventilelements 7 unabhängig von dem Ausmaß des Herausragens der Kolbenstange 61 löst. Dementsprechend kann ein abnormaler Druck im Inneren des Zweigkanals im Wassermantel 2 abgebaut werden, wodurch ein Schutz der gesamten Kanäle des Wassermantels 2 und des Batteriekühlsystems 1 ermöglicht wird.
Darüber hinaus kann mit dem Temperatursteuerventil 5, das eine Druckentlastungsstruktur hat, bei der das Ventil (Ventilelement 7) öffnet, um den Druck abzulassen, wenn der auf das Ventilelement 7 ausgeübte Druck einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht, selbst in einem Temperaturbereich vor dem Öffnen durch das Ventil des Thermostats die Leistung der Pumpe, die das Kühlmedium unter Druck fördert, je nach Bedarf erhöht werden, um das Kühlmedium fließen zu lassen.
Während der Fall, in dem sich der Passabschnitt des Ventilelements 7 von der Kolbenstange 61 löst, als Druckentlastungsstruktur des Temperatursteuerventils 5 beschrieben wird, kann eine andere Druckentlastungsstruktur, bei der der Druck abgelassen wird, wenn ein Druck von einem bestimmten Grad oder mehr auf das Ventilelement 7 ausgeübt wird, beispielsweise das Ventilelement 7 durch den Druck verformt und zum Öffnen gedrückt wird, eingesetzt werden.
Gemäß dem oben beschriebenen Batteriekühlsystem 1 kann durch Öffnen und Schließen des Temperatursteuerventils 5 der Strömungswiderstand des Kühlmediums entsprechend den Wärmeerzeugungsmengen der jeweiligen Batteriepakete 3 erhöht und verringert werden, und das Kühlmedium kann mit der angemessenen Durchflussmenge verteilt werden und so eine gleichmäßige Steuerung der Batterietemperaturen der jeweiligen Zellen ermöglichen. Daher kann die Lebensdauer des Batteriepakets 3 und der Batterie verlängert und die Haltbarkeit verbessert werden.
Gemäß dem Batteriekühlsystem 1 kann, da der oben beschriebene Betriebsvorteil mit dem Temperatursteuerventil erreicht wird, das sich seit vielen Jahren als Kühleinrichtung für Verbrennungsmotoren eines Automobils und dergleichen bewährt hat, bei denen Vibrationen möglicherweise eine Fehlfunktion bewirkt, welche zu einem schweren Unfall führt, kann eine Lösung bereitgestellt werden, die kostengünstig, einfach, äußerst langlebig und zuverlässig ist und wenig Fehlfunktion aufweist.
Darüber hinaus, kann gemäß dem Batteriekühlsystem 1, da das Temperatursteuerventil 5 eine Druckentlastungsstruktur aufweist, bei der das Ventil (Ventilelement 7) öffnet, um den Druck abzulassen, wenn der auf das Ventilelement 7 ausgeübte Druck einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht, selbst in einem Temperaturbereich vor dem Öffnen des Ventils des Thermostats die Leistung der Pumpe, die das Kühlmedium unter Druck fördert, soweit erhöht werden, wie es für die Strömung des Kühlmediums erforderlich ist.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 ein Temperatursteuerventil 5' gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5A ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Temperatursteuerventils 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils A von 5A. Wie in 5A dargestellt, ist das Temperatursteuerventil 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Wachsthermostat, bei dem eine Kappe 51' aus rostfreiem Stahl und ein ringförmiger Rahmenkörper 52' zur Befestigung an einem Metallgehäuse 50' angebracht sind, welches aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet ist und in welches darin ein Wachspellet 6' eingebaut ist. Das Temperatursteuerventil 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Temperatursteuerventil 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich im Ventilelementabschnitt.
Das Wachspellet 6' umfasst, ähnlich wie das Wachspellet 6, ein Gehäuse 60', in dem ein Paraffinwachs eingeschlossen ist, und eine Kolbenstange 61', die so konfiguriert ist, dass sie in Bezug auf das Gehäuse 60' frei ein- und ausgefahren werden kann. Anders als das Temperatursteuerventil 5 verfügt das Temperatursteuerventil 5' jedoch über einen Mechanismus, bei dem die Ausdehnung des Wachses die Kolbenstange 61' vorschiebt, um das am Gehäuse 60' angebrachte Ventilelement 7' nach unten zu drücken und dadurch das Ventil zu öffnen. Es versteht sich von selbst, dass das im Wachspellet 6' eingeschlossene Wachs auch nicht auf Paraffinwachs beschränkt ist und lediglich ein Material sein muss, das eine relativ große Volumenänderung aufweist und eine vorgegebene Wärmeausdehnungseigenschaft aufweist, beispielsweise ein Mikrowachs.
Das Ventilelement 7' umfasst einen ringförmigen Ventilkörper 70' aus einer Platte aus rostfreiem Stahl, und in den Ventilkörper 70' ist eine Leckageöffnung 72' gebohrt, um das Kühlwasser als Kühlmedium in einer kleinen Menge (vorbestimmte Menge) fließen zu lassen, die ausreicht, um die Temperatur auch bei geschlossenem Ventil zu messen. Daher ermöglicht die Leckageöffnung 72' gemäß dem Batteriekühlsystem 1, welches das am Abführzweigkanal 13 montierte Temperatursteuerventil 5' des zweiten Ausführungsbeispiels enthält, dass das Kühlwasser stets in einer konstanten Menge durch den Abführzweigkanal 13 fließt auch wenn das Ventil des Temperatursteuerventils 5' geschlossen ist. Dementsprechend können gemäß dem Batteriekühlsystem 1, welches das Temperatursteuerventil 5' enthält, die Temperaturen der jeweiligen Batteriepakete 3 stets überwacht werden, indem stets die Temperatur des Kühlwassers gemessen wird, das durch das Batteriepaket 3 geflossen ist.
Das Ventilelement 7' kann ähnlich wie das oben beschriebene Ventilelement 7 mit einem Gummimaterial wie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Gummi) überzogen sein.
Wie in 5 dargestellt, ist eine Schraubenfeder 8' aus rostfreiem Stahl zwischen dem Ventilelement 7' und einer Bodenoberfläche des Gehäuses 50' angeordnet, und das Ventilelement 7' wird von der Seite der Bodenoberfläche des Gehäuses 50' in Richtung der Seite der Wachspellets 6' vorgespannt.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 ein Temperatursteuerventil 5" gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6A ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration des Temperatursteuerventils 5" gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, und 6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils B von 6A. Das Temperatursteuerventil 5" gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Temperatursteuerventil 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Ventilelementabschnitt und andere Konfigurationen sind ungefähr gleich. Daher werden den Konfigurationen, die denen des Temperatursteuerventils 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechen, dieselben Bezugszeichen zugeordnet, und auf deren Erläuterung wird verzichtet.
Das Ventilelement 7" des Temperatursteuerventils 5" gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst einen ringförmigen Ventilkörper 70", der aus einer Platte aus rostfreiem Stahl gebildet ist, und der Ventilkörper 70" ist anstelle der Leckageöffnung 72' mit einer Leckagenut 72" versehen, die durch teilweises Einkerben eines Teils des Ventilkörpers 70' gebildet wird, um das Kühlwasser mit einer vorbestimmten Menge fließen zu lassen, selbst wenn das Ventil geschlossen ist. Gemäß dem Batteriekühlsystem 1 einschließlich des Temperatursteuerventils 5" des dritten Ausführungsbeispiels, das an dem Abführzweigkanal 13 montiert ist, ermöglicht die Leckagenut 72" daher eine ständige Überwachung der Temperaturen der jeweiligen Batteriepakete 3 durch Fließenlassen des Kühlwassers, selbst wenn das Ventil des Temperatursteuerventils 5" geschlossen ist, und stetiges Messen der Temperatur des Kühlwassers, das durch das Batteriepaket 3 geflossen ist. Darüber hinaus kann gemäß dem Batteriekühlsystem 1, welches das Temperatursteuerventil 5" enthält, auch wenn die Leckagenut 72" mit einem Fremdkörper verstopft ist, durch Öffnen des Temperatursteuerventils 5" zum Öffnen des Ventilelements 7" der Fremdkörper durch das Kühlwasser ausströmen und aus der Leckagenut 72" entfernt werden.
Selbstverständlich kann das Ventilelement 7" ähnlich wie das oben beschriebene Ventilelement 7 mit einem Gummimaterial wie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Gummi) überzogen sein.
Anstelle der Leckagenut 72" am Ventilelement 7", kann eine Leckagenut durch Einkerben eines Teils einer Ventilsitzseite, d. h. der Kappe 51' oder des Gehäuses 50' in der dargestellten Konfiguration, gebildet werden, mit welchem das Ventilelement 7" für den Verschluss in engen Kontakt gebracht wird. Dies liegt daran, dass auch in diesem Fall das Kühlwasser strömen kann, selbst wenn das Ventil geschlossen ist, und Fremdkörper durch das Kühlwasser ausströmen und entfernt werden können, wenn das Ventil geöffnet wird.
Während das Batteriekühlsystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und die Temperatursteuerventile 5 bis 5" gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bis zum dritten Ausführungsbeispiel oben ausführlich beschrieben wurden, stellen die beschriebenen oder dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils lediglich ein Ausführungsbeispiel, ausgeführt bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung, dar. Dementsprechend sollte der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht in einer durch die Ausführungsbeispiele eingeschränkten Weise interpretiert werden. Insbesondere muss, während das Kühlwasser als Beispiel für das Kühlmedium beschrieben wird, das Kühlmedium offensichtlich nur eine Flüssigkeit mit einer geeigneten Wärmekapazität enthalten, die ausreicht, um das Batteriepaket zu kühlen.
BESCHREIBUNG DER REFERENZZEICHEN

1: Batteriekühlsystem
10: Zufuhrhauptkanal
11: Abführhauptkanal
12: Zufuhrzweigkanal
13: Abführzweigkanal
2: Wassermantel
3: Batteriepaket
5, 5', 5": Temperatursteuerventil
50, 50': Gehäuse
51: Montagerahmen
51': Kappe
52: O-Ring
52': Rahmenkörper
53: Haltering
6, 6': Wachspellet
60, 60': Gehäuse
61, 61': Kolbenstange
7, 7', 7": Ventilelement
70, 70', 70": Ventilkörper
71: Dichtungsmaterial
72': Leckageöffnung
72": Leckagenut
8, 8': Schraubenfeder
P: Pumpe (Druckzufuhrmittel)

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 2019186149 A [0014]
JP 2020140955 A [0014]
JP 2020173964 A [0014]

Claims

Batteriekühlsystem zum Kühlen einer Batterie, die mehrere Batteriepakete enthält, durch einen Mantel, wobei der Mantel einen Zweigkanal umfasst, der von einem Hauptkanal abzweigt und zu dem Hauptkanal zurückführt, wobei der Hauptkanal direkt mit einem Druckspeisemittel verbunden ist, das ein Kühlmedium unter Druck zuführt, wobei das Batteriekühlsystem umfasst ein Temperatursteuerventil, das an dem Zweigkanal vorgesehen ist, durch den das Kühlmedium aus dem Kanal des Mantels nach außen fließt und zum Hauptkanal zurückführt, wobei das eigenbetriebene Temperatursteuerventil einen Öffnungsgrad eines Ventils entsprechend einer Temperatur des Kühlmediums in der Nähe einstellt.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerventil ein Wachsthermostat ist.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerventil ein Balgthermostat ist.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Temperatursteuerventil ein SMA-Thermostat ist.
Batteriekühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Temperatursteuerventil mit einer Leckageöffnung versehen ist.
Batteriekühlsystem nach Anspruch 5, wobei die Leckageöffnung eine Leckagenut ist, die an einem Teil eines Ventilsitzes oder eines Ventilelements ausgebildet ist.
Batteriekühlsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Temperatursteuerventil über eine Druckentlastungsstruktur verfügt, die öffnet, wenn der Druck einen vorgegebenen Wert oder mehr erreicht.