DE60220627T2

DE60220627T2 - Batterie mit vibrationsdämpfender Struktur

Info

Publication number: DE60220627T2
Application number: DE60220627T
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Yokosuka-shi Watanabe; Hideaki Yokosuka-shi Horie
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: US7556656B2; JP2003157813A; EP1313155A3; EP1313155A2; US20030096161A1; EP1313155B1; JP3565271B2; US20060141353A1; DE60220627D1; US7429431B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie und ein zugehöriges Herstellungsverfahren und genauer eine Batterie und ein zugehöriges Herstellungsverfahren, die einen Aufbau aufweisen, dass, auch wenn Zelleneinheiten, welche die Batterie bilden, vorläufig Gas erzeugen, das Gas nach außen ausgeschieden werden kann, und außerdem einen schwingungsfreien Aufbau, der eine natürliche Frequenz zu einem Hochfrequenzbereich verschieben kann.
Die japanischen Patentanmeldungsoffenlegungen mit Veröffentlichungsnummern 2001-110377 , 2000-149901 und H10-261440 offenbarten Strukturen, in denen Stützkörper von Batterien mit jeweiligen Sicherheitsventilen in Strukturen, in denen voraussichtlich Gas erzeugt wird, ausgestattet sind.
Ferner offenbaren die japanischen Patentanmeldungsoffenlegungen mit Veröffentlichungsnummern 2001-196102 und H11-40204 Strukturen, die geeignet sind, die Temperatur von internen Zellen zu überwachen, um diese zu steuern, um eine Gasproduktion zu verhindern.
Die EP 0 771 037 A offenbart eine Speicherbatterieanordnung mit einer Vielzahl von elektrochemischen Zellen, die Seite an Seite in einer Reihe gebündelt sind und elektrisch in Reihe mittels im Allgemeinen länglicher elektro-leitendender Verbindungsstücke miteinander verbunden sind, wobei jedes Verbindungsstück einen der Polanschlüsse einer elektrochemischen Zelle mit dem anderen der Polanschlüsse der nächsten angrenzenden elektrochemischen Zelle verbindet. Eine isolierende Abdeckung aus Kunstharz und mit einer Vielzahl von darin definierten Entlüftungsperforationen ist auf der Speicherbatterieanordnung vorgesehen, um so die jeweiligen Oberseiten der elektrochemischen Zellen zu bedecken, wobei die Entlüftungsperforationen im Wesentlichen über den Verbindungsstücken angeordnet sind.
Die US 4 284 169 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des akustischen Rauschens im Zusammenhang mit der Freisetzung von Gas aus einer Vorrichtung unter Wasser. Ein flaches Materialstück wird auf der Oberseite der Vorrichtung mit einer sich nach außen erstreckenden Lippe auf der unteren Oberfläche davon angrenzend an einen Auslassanschluss, durch welchen die Gase ausströmen, befestigt. Das vom Auslassanschluss ausgegebene Gas bildet sofort Blasen auf der unteren Oberfläche der Lippe.
Die US 4 538 697 A beschreibt ein Vibration absorbierendes System für ein Kraftfahrzeug.
Die US 6 056 259 A bezieht sich auf einen abgestimmten Schwingungsgeräuschdämpfer. Eine abgestimmte zusätzliche Masse wird mit einer Körper in einer Weise verbunden, die einen Knoten an der vormals maximalen Reaktion des Körpers auf aufgebrachte Kräfte einrichtet.
Aus Patent Abstracts of Japan, Band 014, Nr. 486, 23. Oktober 1990, ist eine Vibration absorbierende Vorrichtung für Kraftfahrzeuge vorbekannt. Befestigungsgummi werden als eine Dämpferfeder verwendet, wobei die Batterie als Dämpfermasse dient, wobei die natürliche Vibrationsfrequenz der Batterie auf 20 bis 30 Hz festgelegt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgrund von verschiedenen Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass, auch wenn die Strukturen, die solche Sicherheitsventile umfassen, in geeigneter Weise in der Zelleneinheit als ein einzelnes Element verwendet werden können, das Vorhandensein der Batterie, die eine Vielzahl von Zelleneinheiten aufnimmt, eine Schwierigkeit beim Bestimmen der Spezifikation an sich des internen Drucks, der durch das von den Zelleneinheiten erzeugte Gas verursacht wird, ergibt, und es somit schwierig zu sagen ist, dass solche Strukturen des Standes der Technik notwendigerweise geeignet sind, bei einem Stützkörper, der die Zelleneinheiten umgibt, angewandt zu werden.
Wenn andererseits die Batterie im Fahrzeug befestigt wird, sollte die Batterie, da eine Messung im Hinblick auf die Vibration von außen, die auf die Batterie ausgeübt wird, vorgenommen werden sollte, nicht nur die Struktur aufweisen, damit Gas nach außen ausgeschieden werden kann, sondern auch den schwingungsfreien Aufbau.
Die vorliegende Erfindung wurde aufgrund der oben genannten Untersuchungen vollendet und hat die Aufgabe, eine Batterie und ein zugehöriges Herstellungsverfahren bereitzustellen, welche eine Gasfreisetzungsstruktur aufweisen, in der, auch wenn Gas in einer Vielzahl von Zelleneinheiten in der Batterie erzeugt wird, das Gas nach außerhalb der Batterie ausgeschieden wird, während ein schwingungsfreier Aufbau bereitgestellt wird, der einer von außen aufgebrachten Vibration widersteht, um somit eine Kompatibilität der Gasfreisetzungsstruktur und des schwingungsfreien Aufbaus zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche enthalten weitere bevorzugte Entwicklungen der Erfindung.
Andere und weitere Merkmale, Vorteile und Nutzen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den nachfolgenden Zeichnungen besser ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Strukturkörpers einer Batterie eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine Draufsicht auf eine Zelleneinheit, die in der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels angeordnet sein soll, und 2B ist eine Seitenansicht der in 2A gezeigten Zelleneinheit;
3A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel einer Zelleneinheit, die in der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels angeordnet sein soll, und 3B ist eine Seitenansicht der in 3A gezeigten Zelleneinheit;
4A ist eine Draufsicht auf einen Stützkörper ohne Öffnungsbereich der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, 4A und 4D ist jeweils eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur ohne Öffnungsbereich entsprechend der 4A, 4C ist eine Draufsicht auf einen Stützkörper mit einem Öffnungsbereich der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, und 4E ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur mit dem Öffnungsbereich entsprechend der 4C;
5A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines Stützkörpers mit Öffnungsbereichen der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, 5B ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur ohne Öffnungsbereich entsprechend der 4A, und 5C ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur mit den Öffnungsbereichen entsprechend der 5A;
6 ist eine graphische Darstellung eines Resonanzfrequenz-Verteilungsmusters des Stützkörpers mit den Öffnungsbereichen des vorliegenden in 5A gezeigten Ausführungsbeispiels, wobei es sich auf den Stützkörper ohne Öffnungsbereich des vorliegenden in 4A gezeigten Ausführungsbeispiels bezieht;
7A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines Stützkörpers mit Öffnungsbereichen der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, 7B ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur ohne Öffnungsbereich entsprechend der 4A, und 7C ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur mit den Öffnungsbereichen entsprechend der 7A;
8A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel eines Stützkörpers mit Öffnungsbereichen der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, 8B ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur ohne Öffnungsbereich entsprechend der 4A, 8C ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur entsprechend der 8A, wobei Öffnungsbereiche nur teilweise ausgebildet sind, und 8D ist eine typische Ansicht zur Darstellung einer Resonanzbedingung der Struktur mit den Öffnungsbereichen entsprechend der 8A;
9A ist eine Querschnittsansicht der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels, und 9B ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels;
10 ist eine typische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels; und
11 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Testbeispiels der Batterie des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Bevor verschiedene Testinhalte und verschiedene Beispiele der vorliegenden Erfindung genau beschrieben werden, wird nachfolgend eine Batterie eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und ein zugehöriges Herstellungsverfahren unter geeigneter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Außerdem umfasst die Batterie des Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Reihen von hintereinander geschalteten Zelleneinheiten, wobei jede als Sekundärbatterie dient, wobei solche Reihen weiter parallel verbunden sind, um einen Aufbau mit einer hohen Ausgabeleistung und einer großen Kapazität zu realisieren, die besonders geeignet ist zur Verwendung als eine Batterie für ein HEV (Hybrid Electric Vehicle – elektrisches Hybridfahrzeug), welches eine große Kapazität mit einer hohen Ausgangsleistung benötigt und in einem Zyklus arbeitet, in dem das Laden und Entladen der Batterie wiederholt werden, oder in einem FCV (Fuel Cell Powered Vehicle – Brennstoffzellen-angetriebenes Fahrzeug) sowie als eine Batterie mit 12V oder 24V für ein Kraftfahrzeug.
Überblick über den Aufbau
1 zeigt eine Batterie B, bestehend aus Zelleneinheitengruppen 4G, bestehend aus den Zelleneinheiten 4, die in zwei Parallelen verbunden sind, die in acht Reihen verbunden sind.
Wie in 1 gezeigt, besteht die Batterie B aus einem Außengehäuse 1, das als ein Stützkörper dient, einem positiven Anschluss 2, einem negativen Anschluss 3 und Zelleneinheiten 4. Die Zelleneinheit 4 umfasst einen Zellenkörper 4a und Riegel 4b, die Elektroden bilden, wobei die Zelleneinheitengruppen 4G miteinander über Sammelschienen 5 verbunden. Eine Vielzahl von Öffnungsbereichen 6 sind in einer oberen Wand 1a, einer Seitenwand 1b und in Wänden gegenüber den jeweiligen Wänden ausgebildet. Außerdem bezeichnet Bezugszeichen 7 einen Leitungsdraht, der den Riegel 4b und den Anschluss miteinander verbindet, und Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Kunststoffharzgruppe. Natürlich ist es für eine solche Batterie möglich, aus einer Kombination aus m-Reihenschaltungen und n-Parallelschaltungen aufgebaut zu sein (wobei m eine Ganzzahl mit m ≥ 1 und n eine Ganzzahl mit n ≥ 2 ist).
2A und 2B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht jeder der Zelleneinheiten 4.
In 2A besteht die Zelleneinheit 4 aus dem Zellenkörper 4a und den Riegeln 4b, die an beiden Enden des Zellenkörpers 4a ausgebildet sind, um die jeweiligen Elektroden zu bilden. Natürlich sind die Riegel nicht auf diese bestimmten Strukturen beschränkt und können modifiziert werden, so dass sie einen Aufbau wie in 3A und 3B gezeigt aufweisen, welche eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht jeder Zelleinheit 20 zeigen, d. h. ein Aufbau, bei dem nur ein distales Ende des Zellenkörpers 20a mit den Riegeln 20b versehen ist, welche die Elektroden bilden. Außerdem bezeichnet Bezugszeichen 4c verbundene Bereiche der Riegel 4b und Bezugszeichen 20c bezeichnet verbundene Bereiche der Riegel 20b.
Hierbei sind, wie oben erwähnt, die vielen Öffnungsbereiche 6 in der oberen Wand 1a, der Seitenwand 1b und den gegenüberliegenden Seiten ausgebildet. Die Öffnungsbereiche dienen dazu, Gas, das von den Zelleneinheiten 4 erzeugt würde, nach außen entweichen zu lassen, während die Existenz der Öffnungsbereiche 6, die durch das Außengehäuse 1 verlaufen, ermöglichen, dass eine natürliche Frequenz des Außengehäuses variiert werden kann.
Nun wird solch ein technischer Standpunkt nachfolgend genau beschrieben.
Verschiebefunktion von natürlicher Frequenz zu Hochfrequenzseite
4A und 4B zeigen eine Draufsicht auf einen Aufbau (nachfolgend angemessen als Aufbau A bezeichnet) des Außengehäuses 1, bei dem kein Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 ausgebildet ist, und eine Schleifenposition PA einer in einem solchen Aufbau erzeugen Resonanz. 4C bis 4E zeigen eine Draufsicht auf einen Aufbau (nachfolgend angemessen als Aufbau B bezeichnet) des Außengehäuses 1, in dem ein einzelner Öffnungsbereich 6 in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 ausgebildet ist, die Schleifenposition, die zur Bezugnahme identisch zu der in 4B ist, und Schleifenpositionen PB einer in der in dem Aufbau B erzeugten Resonanz.
Bei dem in 4A und 4B gezeigten Aufbau B wird die Schleifenposition der Oberflächenresonanz an einer Position ausgebildet, an der eine Vibration eine große Amplitude in einer Oberflächenresonanz des Außengehäuses 1 aufweist. Als Ergebnis wird, wie der in 4C und 4E gezeigte Aufbau B, der Öffnungsbereich 6 an der Schleifenposition einer natürlichen Frequenz erster Ordnung ausgebildet, die auftreten würde, wenn kein Öffnungsbereich an der oberen Oberfläche 1a ausgebildet ist und deshalb wird verhindert, dass ein solcher Bereich als Schleife der Resonanz dient, wodurch ermöglicht wird, dass die obere Oberfläche eine minimierte Amplitude der Resonanz aufweist, was zu einer verbesserten Antivibrationswirkung führt.
Das heißt, das üblichen Außengehäuse 1 ohne Öffnungsbereich, wie in 4A gezeigt, neigt dazu, eine Resonanz erster Ordnung mit einer halben Wellenlänge von L0 zu durchlaufen, um die Schleife der Resonanz erster Ordnung am Zentralbereich PA zu bilden. Im Gegensatz dazu, wie in 4C gezeigt, veranlasst die Ausbildung des Öffnungsbereichs 6 an der Schleifenposition PA der Resonanz erster Ordnung den Öffnungsbereich 6 dazu, als ein Knoten einer Oberflächenresonanz zu funktionieren, wie in 4E gezeigt, um so zu verursachen, dass die Resonanz erster Ordnung mit einer halben Wellenlänge von L1 an beiden Seiten des Öffnungsbereichs 6 auftritt. Hier gilt L1 < L0 und deshalb wird die Resonanzfrequenz in den Hochfrequenzbereich verschoben, was zu einer deutlichen Verringerung in Ton und Rauschen führt, die von Vibrationen bei niedrigen Frequenzen verursacht werden.
5A bis 5C zeigen eine Draufsicht auf einen Aufbau (nachfolgend angemessen als Aufbau C bezeichnet) mit Öffnungsbereichen 6, die in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 an Schleifenpositionen einer Resonanz zweiter Ordnung ausgebildet sind, die auftreten würde, wenn kein Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a ausgebildet ist, Schleifenpositionen PA', die während der Schwingung unter dem Aufbau A ohne Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a auftritt, zur Bezugnahme, bzw. Schleifenpositionen PC, die während der Schwingung unter dem Aufbau C auftreten.
Wie in 5A und 5C gezeigt, verursacht die Ausbildung der Öffnungsbereiche 6 an zwei Positionen, dass die obere Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 in drei Bereiche unterteilt wird, wobei diese einzelnen Bereiche schwingen sollen, und deshalb tritt die Resonanz erster Ordnung an einem Bereich L1 zwischen den Öffnungsbereichen 6 bzw. an Bereichen L2 zwischen den Öffnungsbereichen 6 und den distalen Enden der oberen Oberfläche 1a auf. Da sich die Wellenlängen der Resonanz, die in den Bereichen L1 und L2 auftritt, hier voneinander unterscheiden, treten zwei Resonanzfrequenzen neu auf, jedoch verschiebt sich jede dieser Resonanzfrequenzen zu einem Hochfrequenzbereich, was zu einer deutlichen Verringerung in Ton und Rauschen führt, die von Vibrationen bei niedrigen Frequenzen verursacht werden.
6 zeigt ein Diagramm eines Spektrums natürlicher Vibration, das mit gemessenen natürlichen Frequenzen dargestellt ist, die in dem Aufbau C auftreten, der das Außengehäuse 1 mit den zwei Öffnungsbereichen 6, wie in 5A gezeigt, umfasst, zusammen mit einem Diagramm eines Spektrums natürlicher Vibration, das mit gemessenen natürlichen Frequenzen dargestellt ist, die in dem Aufbau A auftreten, der das Außengehäuse 1 ohne Öffnungsbereich, wie in 4A gezeigt, umfasst.
In 6 zeigt die Achse der Abszisse eine Frequenz f und die Achse der Ordinate zeigt einen Vibrationspegel VL. Wie in 6 gezeigt, stellt eine dünne durchgehende Linie VLA ein Spektrum natürlicher Vibration des Aufbaus A dar, der das Außengehäuse 1 ohne Öffnungsbereich aufweist, und eine dicke durchgehende Linie VLC stellt ein Spektrum natürlicher Vibration des Aufbaus C dar, der das Außengehäuse 1 mit den Öffnungsbereichen 6 aufweist. Beim Aufbau A verbleibt die Resonanzfrequenz, die zu einem ersten Zeitpunkt auftritt, bei einem Peak L0 (erste Ordnung), beim Aufbau C jedoch verschiebt sich ein Peak L0 (erste Ordnung), das zu Beginn in einem niedrigen Frequenzbereich auftritt, zu einer Peakposition L1 (erste Ordnung), welche einen Frequenzbereich der Vibration übersteigt, der in einem Frequenzbereich R unter tatsächlichen Umgebungsbedingungen verursacht werden soll, unter denen die Batterie praktisch genutzt wird, und in ähnlicher Weise wird ein solches Phänomen auch bei einem Peak L0 (zweite Ordnung) und weiteren höheren Peaks nach einem solchen Peak L0 (zweite Ordnung) beobachtet. Somit tritt unter einer solchen tatsächlichen Umgebungsbedingung keine Resonanz in der Batterie auf, was zu einer Verbesserung einer Antivibrationswirkung in einer solchen tatsächlichen Umgebung führt. Außerdem verursacht der Aufbau C mit dem Außengehäuse 1, in dem die zwei Öffnungsbereiche 6 ausgebildet sind, auch wenn dies nicht gezeigt ist, nicht nur das Auftreten des Resonanzpeaks L1 (erste Ordnung), sondern auch des nachfolgenden L2 (erste Ordnung), da diese Resonanzpeaks jedoch in einem Frequenzbereich entfernt von dem eines solchen tatsächlichen Umgebungsbereichs bleiben, ist es natürlich offensichtlich, dass bei einer solchen tatsächlichen Umgebung keine Resonanz in der Batterie auftritt.
7A bis 7C zeigen eine Draufsicht auf einen Aufbau (nachfolgend angemessen als Aufbau D bezeichnet) mit Öffnungsbereichen 6, die in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 an Schleifenpositionen einer Resonanz vierter Ordnung ausgebildet sind, die auftreten würde, wenn kein Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1 ausgebildet ist, und Schleifenpositionen PA'', die während einer Schwingung unter dem Aufbau A ohne Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a auftreten, zur Bezugnahme bzw. Schleifenpositionen PD, die während einer Schwingung unter dem Aufbau D auftreten.
Wie in 7A und 7C gezeigt, verursacht die Ausbildung von Öffnungsbereichen 6 an vier Positionen, dass die obere Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 in fünf Bereiche unterteilt wird, wobei die einzelnen Bereiche schwingen sollen, und deshalb tritt die Resonanz erster Ordnung entsprechend den Bereichen L1 und L2 auf. Da sich hier die Wellenlängen der Resonanz, die in Übereinstimmung mit den Bereichen L1 und L2 auftritt, voneinander unterscheiden, treten zwei Resonanzfrequenzen neu auf, jedoch verschiebt sich jede dieser Resonanzfrequenzen zum Hochfrequenzbereich, im Gegensatz zu der des Aufbaus A ohne Öffnungsbereich, um Töne und Rauschen auszuschließen, die aus den Vibrationen bei der niedrigen Frequenz herrühren, so dass diese wirksam verringert werden.
8A bis 8C zeigen eine Draufsicht auf einen Aufbau (nachfolgend angemessen als Aufbau E bezeichnet) mit zwei Öffnungsbereichen 6, die in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 an Schleifenpositionen der Resonanz zweiter Ordnung ausgebildet sind, die auftreten würde, wenn kein Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a ausgebildet ist, und außerdem mit einem zusätzlichen Öffnungsbereich 6, der an einer Zwischenposition zwischen zwei solchen Öffnungsbereichen 6 ausgebildet ist, Schleifenpositionen PA''', die während einer Schwingung unter dem Aufbau A ohne Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a auftreten, als Referenz, Schleifenpositionen PC' während einer Schwingung unter dem Aufbau C mit zwei Öffnungsbereichen 6a an den Schleifenpositionen der Resonanz zweiter Ordnung, die in dem Aufbau A ohne Öffnungsbereich in der oberen Oberfläche 1a auftreten würde, als Referenz bzw. Schleifenpositionen PE, die während einer Schwingung unter dem Aufbau E auftreten.
Wie in 8A zum Teil und in 8C gezeigt, ist es vorstellbar, dass es, als Erstes, bei dem Aufbau mit den Öffnungen 6a, die an den zwei Positionen ausgebildet sind, eine Wahrscheinlichkeit gibt, bei der die Resonanz mit der natürlichen Frequenz entsprechend der Länge zwischen den zwei Öffnungsbereichen 6a, 6a im niedrigen Frequenzbereich auftritt, da in diesem Moment der Aufbau E realisiert ist, der den Öffnungsbereich 6b zusätzlich zu den Öffnungsbereichen 6a, 6a neu umfasst, um die Resonanz der niedrigen Frequenz in den Hochfrequenzbereich zu verschieben. Dadurch wird die Resonanzfrequenz bei dem Aufbau E, bei dem die Öffnungsbereiche 6a, 6a und 6b in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses 1 ausgebildet sind, zum Hochfrequenzbereich verschoben, und deshalb werden Töne und Rauschen, die aufgrund von Vibrationen der niedrigen Frequenz verursacht werden, wirksam verringert.
Wie vorstehend angemerkt, ermöglicht die Verschiebung der natürlichen Frequenz der Batterie in den Hochfrequenzbereich, dass das Außengehäuse 1, das den Stützkörper der Zelleinheiten bildet, einen Resonanzpunkt in einer praktischen Umgebung, in der die Batterie tatsächlich genutzt wird, nicht erreicht, und deshalb weist die resultierende Batterie eine verbesserte Antivibrationswirkung auf. Insbesondere bei der Batterie, die in einem Kraftfahrzeug angewandt werden soll, welches Maßnahmen für eine Antivibrationswirkung treffen muss, verursacht die Ausbildung des Außengehäuses 1 ohne Öffnungsbereich typischerweise eine natürliche Frequenz erster Ordnung entlang der maximalen Länge (d. h. entlang der längsten Länge der Oberfläche, wenn ein Vergleich zwischen der Länge der Oberfläche in einer Längsrichtung und die der Oberfläche in einer seitlichen Richtung gezogen wird) der Oberfläche des Außengehäuses 1. Wenn die Batterie mit Vibrationen in einem Frequenzbereich von 50 bis 200 Hz beaufschlagt wird, die bei dem Fahrzeug im praktischen Gebrauch auftreten würden, beinhaltet dieser Frequenzbereich deshalb die natürliche Frequenz erster Ordnung des Außengehäuses 1, wodurch ein Auftreten der Resonanz verursacht wird. Dies führt zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für ein Brechen der Riegel 4b der Zelleneinheiten 4 oder eine Beschädigung der Abdeckungen der Zelleneinheiten 4. Zu diesem Zweck ist der Öffnungsbereich 6 in dem Außengehäuse 1, das als der Stützkörper der Batterie dient, ausgebildet, um zu veranlassen, dass die Oberfläche des Gehäuses mit dem Öffnungsbereich 6 in mehrere Teile entlang der maximalen Länge der Oberfläche unterteilt wird, und dadurch die natürliche Frequenz in den Hochfrequenzbereich verschoben wird. Aus diesem Grund hat das Außengehäuse 1, das mit dem Öffnungsbereich 6 ausgebildet ist, keine Resonanzfrequenz, die in den Frequenzbereich fällt, der in der Praxis in dem Fahrzeug auftreten würde, so dass keine übermäßige Vibrationsgröße auf die internen Zelleneinheiten 4 aufgebracht wird und dementsprechend das Außengehäuse 1 wirksam als eine Antivibrationsstruktur dient.
Position und Größe des Öffnungsbereichs
Wie stellvertretend in 4C und 4D gezeigt, ist es bevorzugt, dass die Öffnung 6 in der oberen Oberfläche 1a so ausgebildet ist, so dass die Schleifenposition der Resonanz in der oberen Oberfläche 1a des Aufbaus A ohne Öffnung an einer Mitte O des Öffnungsbereichs 6 angeordnet ist. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass die Anordnung der Mitte der Öffnung 6 an einer Position, an der die Resonanz die maximale Amplitude aufweist, ermöglicht, dass die Resonanzfrequenz möglichst effektiv zum höheren Frequenzbereich verschoben wird.
Es ist weiterhin natürlich unnötig anzumerken, dass in der tatsächlichen Praxis die Schleifenposition der Resonanz und die Mitte der Öffnung nicht unbedingt und genau in Bezug aufeinander ausgerichtet sind, auch wenn es eine Wahrscheinlichkeit gibt, bei der die Position der Öffnung mehr oder weniger von einer Einstellposition verlagert ist, und es ist durch Positionieren der Schleifenposition an einer ungefähren Mitte der Öffnung möglich, ein im Wesentlichen ähnliches Ergebnis zu erhalten, wie oben dargelegt. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass die Resonanzfrequenz an sich verschoben werden kann, auch wenn die Anwesenheit einer mehr oder weniger großen Verlagerung der Einstellpositionen der Öffnungen verursacht, dass eine geringe Differenz in einem Ausmaß eines solchen Ergebnisses auftritt.
Ferner ist es besonders wünschenswert, dass die Einstellposition der Schleifenposition einer solchen Resonanz an einer Stelle festgelegt wird, welche, unter Berücksichtigung der Form des Öffnungsbereichs, mit einem Schwerpunkt ausgerichtet ist, der im Hinblick auf die Form der Öffnung bestimmt wird. Auch wenn es am wirksamsten ist, wenn die Resonanzposition verschoben wird, während der Öffnungsbereich so ausgewählt ist, dass er eine im Wesentlichen quadratische Form aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches bestimmtes Detail beschränkt. Dies gilt aufgrund der Tatsache, dass die Existenz der geeignet geformten Öffnung an sich, trotz einer bestimmten Form, wie im Wesentlichen kreisförmig, elliptisch, rechteckig oder andere polygonale Formen, eine Fähigkeit der Verschiebung der Resonanzfrequenz bietet und somit eine ähnliche Wirkung, mehr oder weniger, erhalten wird.
Durch Kunststoffharz verursachte Wirkung
9A ist eine Querschnittsdarstellung des Außengehäuses 1, gefüllt mit einer Kunststoffharzgruppe 8 in einem Bereich außer den Zelleneinheiten 4, entsprechend der Seitenansicht der 1.
In 9A weist das Außengehäuse 1, das als Stützkörper dient, einen Innenraum auf, der, außer den Zelleneinheiten 4, mit der Kunststoffharzgruppe 8 gefüllt ist, die aus zumindest mehr als einem Harzmaterial besteht. Solche eine Kunststoffharzgruppe 8 bietet eine sog. Dämpferwirkung in Bezug auf ein Resonanzpeak des Außengehäuses 1, das als Stützkörper dient, und hat eine Wirkung, um die Amplitude der Resonanzfrequenz zu verringern. Dies führt zu einer weiteren Verringerung der Amplitude eines neu verschobenen Resonanzpeaks, verursacht durch die Öffnungsbereiche 6, wodurch eine Fähigkeit einer Begrenzung eines Amplitudenpegels einer gesamten Struktur der Batterie bereitgestellt wird.
Wie in 9B gezeigt, kann die Kunststoffharzgruppe 8 ferner vorzugsweise an rückwärtigen Seitenbereichen der Öffnungsbereiche 6 vorgesehen sein, mit Hohlraumbereichen 8a, die nach innen in Richtung zu den Zelleneinheiten 4 eingedrückt sind. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass die Vorsehung der Hohlraumbereiche 8a, die an Bereichen ausgebildet sind, an denen Gas von den Zelleneinheiten 5 erzeugt wird, dem Gas ermöglicht, mit einer höheren Effizienz ausgeschieden zu werden als bei einer Gasausscheidung in einem Aufbau, bei dem keine Hohlraumbereiche ausgebildet sind, wie in 9A gezeigt, der unter einer langen Distanz zwischen einem Bereich, an dem das Gas erzeugt wird, und dem Öffnungsbereich leidet.
Das Kunststoffharz zum Ausbilden der einzufüllenden Kunststoffharzgruppe kann vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Epoxydharzen, Urethanharzen, Nylonharzen und Olefinharzen, einzeln oder in Kombination. Die Kunststoffharzgruppe, die innerhalb der Batterie eingesetzt werden soll, hat nicht nur die Funktion, zu verhindern, dass Vibrationen zu den Zelleneinheiten übertragen werden, sondern auch, die Zelleneinheiten vor der Außenumgebung zu schützen und muss zu diesem Zweck verschiedene Leistungsmerkmale aufweisen, wie z. B. Wasserdichtigkeit, Feuchtigkeitsdichtigkeit, Heiß-Kalt-Zyklusfähigkeit, Wärmewiderstandsstabilität, Isolierfähigkeit und eine feuerhemmende Eigenschaft. Damit diese Leistungsmerkmale erfüllt sind, können Epoxydharze, Urethanharze, Nylonharze und Olefinharze unter anderen Harzmaterialen bevorzugt sein. Außerdem können Urethanharze aufgrund hervorragender Leistungsmerkmale besonders bevorzugt sein.
Ferner kann die Kunststoffharzgruppe natürlich andere Harzmaterialen umfassen, wie Siliziumgummi oder Olefinelastomere, wenn diese Harzmaterialien die oben festgelegten Leistungsmerkmale erfüllen und eine Möglichkeit bieten, eine wirksame Schwingungsdämpfung bereitzustellen.
Ferner ist es effektiv, eine Vielzahl von diesen Kunststoffharzen zu kombinieren, um so ein Kompositharz bereitzustellen. Dies deshalb, weil die Antivibrationswirkung effektiver realisiert wird, indem solche bevorzugte Kunststoffharze an mehreren Bereichen des Außengehäuses, das als der Stützkörper dient, angeordnet werden.
Abmessungsbedingungen wie Dicke der Zelleneinheit
Die Zelleneinheit 4 kann vorzugsweise eine sog. dünne geschichtete Zelle sein, die eine geringere Dicke in einer Richtung (einer Richtung X, gezeigt in 1, 2B oder 3B) aufweist, in der die Elektroden 4b bzw. 20b innerhalb der Batterie gestapelt sind, als in anderen Richtungen. Somit ist eine Richtung der Dicke der Zelleneinheit 4 definiert als die Richtung, in der die Zelleneinheit 4 eine solche geringere Dicke aufweist. Außerdem wird eine solche geringere Dicke als eine Dicke der Zelleneinheit 4 definiert. Auch wenn die dünne geschichtete Zelleneinheit vorzugsweise eine Dicke in einem Bereich von 1 bis 10 mm aufweisen kann, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche bestimmte Abmessung beschränkt. Die Batterie hat die Form eines Aufbaus, in dem die Zelleneinheiten 4 in kleinen Einheiten wirksam zusammengeschaltet sind, um eine Batterie mit einer großen Kapazität bei einer hohen Ausgangsspannung bereitzustellen, und die Batterie kann vorzugsweise aus dem geschichteten Batterietyp bestehen, mit einer Außenoberfläche, die mit einem Kunststoffharz bedeckt ist, damit der Resonanzpunkt des Gehäuses der Batterie verschoben werden kann. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass die Existenz der Außenoberfläche, die mit einem starken Polymermaterial, wie Nylon, bedeckt ist, ermöglicht, dass die Zelleneinheit 4 eine geringere dynamische Federkonstante aufweist als bei einer Tonnenbatterie, um wirksam eine verbesserte Antivibrationsleistung bereitzustellen.
Bei einem solchen Aufbau, der sogar die Kunststoffharzgruppe 8 nutzt, neigen aneinandergrenzende Bauteile dazu, sich einander im Material anzunähern, da die Zelleneinheiten 4 in einer Umgebung mit einem Umfang liegen, der aus dem gleichen Harzmaterial gebildet ist, was zu einem weiteren Vorteil führt, dass eine Trennung zwischen zwei Flächen zwischen der Zelleneinheit 4 und der Kunststoffharzgruppe 8 aufgrund einer Vibrationsverschlimmerung kaum auftreten kann.
Im Hinblick auf eine Wärmeableitungsfähigkeit ist es bevorzugt, die geschichtete Batterie mit einem geeigneten Wert der Dicke in Abhängigkeit von solchen Anforderungen zu wählen, da sich Wärme leicht innerhalb der Zelleneinheit bei einer Dicke jenseits vorgegebener Werte ansammelt, während bei einer zu dünnen Struktur eine Schwierigkeit bei der Verbesserung der gewünschten Batteriekapazität auftritt.
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist eine dünne geschichtete Batterie mit einer Dicke in einem Bereich von 1 bis 10 mm durchaus als geeignete Zelleneinheit 4 zu betrachten und bietet nicht nur einen Vibrationsverringerungseffekt, sondern auch gute Leistungen wie die Wärmeableitungsfähigkeit, während verschiedene andere Verschlechterungen beseitigt werden.
Position des Öffnungsbereichs bezogen auf die Gasauslasswirkung
Typischerweise können der Öffnungsbereich oder die Öffnungsbereiche 6 vorzugsweise in zumindest mehr als einer Oberfläche des Gehäuses 1 ausgebildet sein (wie obere Oberfläche 1a, Seitenfläche 1b oder andere Oberflächen gegenüber den oberen und seitlichen Oberflächen), die parallel zur Richtung der Dicke (der in 1, 2B oder 3B gezeigten Richtung X) der Zelleneinheit 4 innerhalb der Batterie ist. Da ein Sicherheitsventil (nicht gezeigt) für das in den Zelleneinheiten 4 erzeugte Gas oder ein mit Beschichtung abgedichteter Bereich, der vorgesehen ist, wenn die geschichtete Zelle genutzt wird und aus dem das in der Zelleneinheit 4 erzeugte Gas zu entweichen droht, im Wesentlichen so angeordnet sind, dass sie in eine Richtung senkrecht zur Richtung der Dicke der Zelleneinheit 4 weisen, neigt das Gas dazu, in einer solchen Richtung senkrecht zur Richtung der Dicke auszuströmen und zu entweichen.
Damit das von der Zelleneinheit 4 erzeugte Gas wirksam nach außerhalb der Batterie ausgeschieden wird, kann folglich die Position des Öffnungsbereichs 6, der im Außengehäuse 1 angeordnet sein soll, vorzugsweise so bestimmt werden, dass sie in zumindest mehr als einer Oberfläche unter den vier Oberflächen parallel zur Richtung der Dicke der Zelleneinheit liegt.
In einem Fall, wenn die Positionen solcher Sicherheitsventile der Zelleneinheiten 4 in einer Richtung ausgerichtet sind, oder in einem Fall, wenn, wie in 3A und 3B gezeigt, der verbundene Bereich 20c des Riegels der geschichteten Zelleneinheit in einer Richtung ausgebildet ist, wird die Richtung, in der Gas ausströmen kann, eine Richtung und somit können der Öffnungsbereich oder die Öffnungsbereiche 6 in einer Oberfläche ausgebildet sein. In einem Fall jedoch, wie in 2A und 2B gezeigt, in dem Gas nicht in einer Richtung ausströmt, d. h. Gas wird in einem nicht-stabilen Zustand ausgeschieden, bestehen viele Unsicherheiten, von wo das Gas erzeugt wird, und deshalb werden der Öffnungsbereich oder die Öffnungsbereiche 6 vorzugsweise in mehreren Oberflächen ausgebildet.
Ferner ist es wünschenswert, dass jeder Öffnungsbereich 6, der in dem Außengehäuse 1, das als Stützkörper dient, ausgebildet werden soll, an einer Position auf einer sog. Basis der vertikalen Linie in der Oberfläche am nächsten zu seinem entsprechenden Sicherheitsventil oder zu seinem entsprechenden verbundenen Bereich 4c, 20c des Riegels der Zelleneinheit 4 entlang der Richtung liegt, in der Gas mit der kürzesten Distanz ausgeschieden wird. Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass die Existenz einer kurzen Entfernung in einem Beförderungspfad des auszuscheidenden Gases wirksam ist, damit das von der Zelleneinheit 4 erzeugte Gas effizient nach außerhalb des Außengehäuses 1 der Batterie ausgeschieden wird. Das heißt, wenn der Beförderungspfad des Gases lang ist, neigt das Gas dazu, in verschiedene unerwünschte Bereiche innerhalb der Batterie einzuströmen, mit einem daraus entstehenden Anstieg der Wahrscheinlichkeit, dass in unerwünschter Weise verursacht wird, dass das Außengehäuse 1 mit Gas gefüllt wird.
Somit wird klar, dass jeder Öffnungsbereich 6 vorzugsweise an der Position auf der Basis der vertikalen Linie in der Oberfläche liegen kann, die am nächsten zum Sicherheitsventil oder zum verbundenen Bereich des Riegels der geschichteten Zelle liegt, an welcher das Gas dazu neigt, mit der kürzesten Distanz aus der Zelleneinheit 4 auszuströmen. In einer Situation, in der aufgrund anderer Faktoren eine Schwierigkeit auftritt, jeden Öffnungsbereich an der geeignetsten Stelle anzuordnen, kann es ausreichend sein, wenn der Öffnungsbereich an der Position so nahe wie möglich an der geeigneten Position angeordnet ist.
Anwendung der Batterie im Fahrzeug
Wenn die Batterie dieses Ausführungsbeispiels in einem Fahrzeug angewandt wird, wird es möglich, dass die Batterie die Resonanzfrequenz aufweist, die vom Frequenzbereich der Vibration, die im Fahrzeug auftreten würde, verlagert ist. Auch wenn es praktisch unmöglich ist, die Resonanzfrequenz aus dem Fahrzeug, das mit einem Massenfedersystem mit einem Grad an mehrfacher Freiheit ausgestattet ist, zu entfernen, hat die Batterie des vorliegend eingereichten Ausführungsbeispiels eine Fähigkeit, zu verursachen, dass die Resonanzfrequenz der Batterie von dem Frequenzbereich, der durch das Fahrzeug entstehen würde, verschoben ist, und somit weist die Batterie keine Wahrscheinlichkeit auf, die Resonanzfrequenz zu erreichen.
Genauer gesagt, da Frequenzen von dröhnenden Geräuschen, die innerhalb des Fahrzeugs mit einer niedrigen Frequenz unter 150 Hz erzeugt werden, eine Ursache eines Geräusches sein können, das ein unangenehmes Gefühl bei einem Insassen des Fahrzeugs hervorrufen kann, muss die Resonanz mit einem solchen Frequenzbereich verschoben werden. Folglich kann, durch Verschieben einer Geräuschquelle mit einer Frequenz in einem solchen Bereich zu einem Frequenzbereich oberhalb eines kritischen Bereichs, d. h. einen speziellen Frequenzbereich über 200 Hz, das in den unangenehmen Frequenzbereich fallende Geräusch wirksam verhindert werden. Außerdem gilt, je höher die Frequenz im Hochfrequenzbereich, desto größer ist die Wirkung des akustischen Materials an sich, mit einer daraus entstehenden Fähigkeit, einen weiteren wirksamen Vibrationswiderstand zu erhalten.
Dementsprechend ermöglicht die Anwendung der Batterie des vorliegend eingereichten Ausführungsbeispiels nicht nur, dass die Wärmewiderstandsfähigkeit, sondern auch die Vibrationswiderstandsfähigkeit, die für die Batterie für das Fahrzeug von besonderer Bedeutung sind, ausreichend verbessert werden.
Herstellungsverfahren für Batterie
Nun wird nachfolgend ein Herstellungsverfahren für die Batterie des vorliegend eingereichten Ausführungsbeispiels genau beschrieben. Dieses Verfahren ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Querschnittsdarstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für die Batterie, die stellvertretend in 9B dargestellt ist.
Wie in 10 gezeigt, ist eine erste Dichtvorrichtung 9 an der Seitenwand 1b des Außengehäuses 1 hergestellt, die eingebaut und entfernt werden kann, und konvexe Bereiche 9a aufweist, welche die Öffnungsbereiche 6 der Seitenwand 1b abdichten. Die erste Dichtvorrichtung 9 ist aufgrund der Tatsache vorgesehen, dass beim Einfüllen der Kunststoffharzgruppe 8, da das Kunststoffharz, dass in einem im Wesentlichen flüssigen Zustand bleibt, durch die Öffnungen 6 austritt, eine Notwendigkeit besteht, dass die Öffnungsbereiche 6 zeitweise abgedichtet werden, um zu verhindern, dass das flüssige Kunststoffharz austritt. Außerdem ist, um das Kunststoffharz in effizienter Weise richtig einzufüllen, eine zweite Dichtvorrichtung 10 an der oberen Wand 1a des Außengehäuses 1 hergestellt, die eingebaut und entfernt werden kann, und konvexe Bereiche 10a aufweist, welche die Öffnungsbereiche 6 der oberen Wand 1a abdichten, während sie Durchgangsbohrungen 10b aufweisen, die als Einlass und Auslass dienen, um zu ermöglichen, dass Luft und das Kunststoffharz hindurchtreten können. Damit die Hohlraumbereiche 8a an den rückseitigen Bereichen der Öffnungsbereiche 6 ausgebildet werden können, werden die konvexen Bereiche 9a, 10a zu Gussformen verdoppelt, um die Hohlraumbereiche 8a zu bilden, und haben deshalb gleichzeitig eine Fähigkeit, die Gussformen für die Hohlraumbereiche 8a festzulegen. Zusätzlich haben die konvexen Bereiche 10a eine Fähigkeit, die Hohlraumbereiche 8a zu bilden, wobei das Kunststoffharz eingefüllt und gleichzeitig entsprechend die Luft freigesetzt wird, was zu einer Verbesserung der Effizienz der Herstellung führt.
Nachfolgend, nachdem die erste und zweite Dichtvorrichtung 9, 10 so befestigt sind, dass die konvexen Bereiche 9a, 10a in die Öffnungsbereiche 6 des Außengehäuses 1, das als Stützkörper dient, eingepasst sind, damit das Außengehäuse dadurch abgedichtet wird, wird das Kunststoffharz durch die Durchgangsbohrungen 10b an der unteren Seite gegenüber der oberen Wand 1a in einer durch die Pfeile R angezeigten Richtung eingefüllt, während Luft durch die Durchgangslöcher 10b an der Seite der oberen Wand 1a in Richtungen, wie durch Pfeile A angezeigt, freigesetzt wird, und ein Zwischenraum zwischen dem Außengehäuse 1 und den Zelleneinheiten 4 wird mit Kunststoffharz gefüllt, um die Kunststoffharzgruppe 8 darin auszubilden.
Dann, nachdem die Kunststoffharzgruppe 9 ausreichend ausgehärtet ist, ermöglicht das Entfernen der ersten und zweiten Dichtvorrichtung 9, 10 in einem nächsten Schritt, dass die Batterie fertiggestellt wird.
Auch wenn beim oben dargelegten Ausbildungsschritt ein Verfahren verwendet wird, bei dem das Kunststoffharz von der unteren Seite gegen die Schwerkraft eingefüllt wird, während die Luft von der Innenseite des Gehäuses freigesetzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses bestimmte Einfüllverfahren beschränkt und kann in geeigneter Weise andere Techniken nutzen, wie ein Verfahren, bei dem das Kunststoffharz von einem oberen Bereich unter Ausnutzung der Schwerkraft herabtropft und ein Verfahren zum Einfüllen des Kunststoffharzes nach einer Verringerung des Drucks innerhalb der Batterie.
Nun werden Ergebnisse von Versuchen, die mit dem oben diskutierten Aufbau durchgeführt wurden, in Bezug auf Eigenschaftstests nachfolgend genau beschrieben.
Testinhalte
Die folgenden Tests wurden auf Grundlage der Batterien durchgeführt, die in Beispiel 1 bis 6, einem Vergleichsbeispiel und einem üblichen Beispiel erhalten wurden.
Fallgewichtsprüfung
Beschleunigungsaufnehmer werden an Mittelbereichen der jeweiligen Stützelemente (Außengehäuse) der Batterien angeordnet, die in den jeweiligen Beispielen, dem Vergleichsbeispiel und dem üblichen Beispiel hergestellt wurden, und Messungen des Vibrationsspektrums der Beschleunigungsaufnehmer beim Hämmern eines Bereichs jedes Stützkörpers unter Verwendung eines Impulshammers wurden durchgeführt. Solch ein Festlegungsverfahren wird auf der Basis von JISB 0908 durchgeführt (definiert für ein Korrekturverfahren und ein Grundkonzept für Vibration und Aufprallaufnahme). Die daraus resultierenden gemessenen Spektren werden mit einem FFT-Analysierer analysiert und in Größen einer Frequenz und einer Beschleunigung umgewandelt, um Resonanzspektren zu erhalten. Die daraus entstehenden Resonanzspektren enthalten eine Frequenz, die an der untersten Frequenz auftritt und als die Resonanzfrequenz erster Ordnung behandelt wird.
Weiterhin wird die resultierende Resonanzfrequenz erster Ordnung unter 150 Hz im Hinblick auf eine Geräusch- und Vibrationsleistung als NG (unvorteilhaft) beurteilt und die resultierende Resonanzfrequenz erster Ordnung gleich oder über 150 Hz wird als OK (vorteilhaft) im Hinblick auf die Geräusch- und Vibrationsleistung beurteilt.
Luftströmungstest
Eine Luftausstoßvorrichtung wird an jeder Position, an der Zelleneinheiten liegen sollen, innerhalb jeder der Batterien, die gemäß den jeweiligen Beispielen, dem Vergleichsbeispiel und dem üblichen Beispiel hergestellt wurden, angeordnet und ein Luftstrommesser wird außerhalb des Stützkörpers (Außengehäuse) angeordnet, um das Verhältnis zwischen der Durchflussrate der von der Luftausstoßvorrichtung ausgestoßenen Luft und der Durchflussrate von Luft außerhalb des Außengehäuses zu messen.
Weiterhin wird ein Fall, bei dem das resultierende Verhältnis der Luftdurchflussrate gleich oder über einem Wert von 50% liegt, so beurteilt, dass es eine mit O (vorteilhaft) bezeichnete Entlüftungseigenschaft aufweist, und ein Fall, bei dem das resultierende Verhältnis der Luftdurchflussrate unter einem Wert von 50 % liegt, wird so beurteilt, dass es die mit X (unvorteilhaft) bezeichnete Entlüftungseigenschaft aufweist.
Beispiel 1
Dieses Beispiel bezieht sich auf den oben genannten Aufbau B.
Wie in 4C gezeigt, ist insbesondere ein einzelner Öffnungsbereich 6 in nur einer Oberfläche ausgebildet, d. h. der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient. Innerhalb des Außengehäuses sind Zelleneinheiten angeordnet, jeweils verdeckt in Aluminiumbehältern und angeordnet in zwei Achter-Reihen, um die Batterie zu bilden.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 200 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Beispiel 2
Dieses Beispiel betrifft den oben erwähnten Aufbau C.
Wie in 5A gezeigt, sind insbesondere zwei Öffnungen 6 in nur einer Oberfläche ausgebildet, d. h. der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient. Nachfolgend werden die Öffnungsbereiche 6 des Außengehäuses mit einer Metallplatte abgedichtet, um ein Austreten zu verhindern. In einer solchen Situation werden die Zelleneinheiten, die in den in 2A und 2B gezeigten geschichteten Baugruppen ausgebildet sind, im Außengehäuse in zwei Achter-Reihen angeordnet, und das Urethanharz wird in das Außengehäuse eingefüllt, woraufhin das Harz gehärtet wird, um die Batterie zu bilden.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 220 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Beispiel 3
Dieses Beispiel bezieht sich auf den vorgenannten Aufbau D.
Wie in 7A gezeigt, wird insbesondere eine Batterie in der gleichen Weise wie beim Beispiel 2 hergestellt, außer dass vier Öffnungsbereiche 6 in nur einer Oberfläche ausgebildet sind, d. h. der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient, und die Zelleneinheiten 20, die in den in 3A und 3B gezeigten geschichteten Baugruppen ausgebildet sind, sind innerhalb des Außengehäuses angeordnet.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 350 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Beispiel 4
Dieses Beispiel betrifft den oben erwähnten Aufbau E.
Wie in 8A gezeigt, wird insbesondere eine Batterie in der gleichen Weise wie beim Beispiel 2 hergestellt, außer dass eine Gesamtsumme von drei Öffnungsbereichen 6a, 6b in nur einer Oberfläche ausgebildet ist d. h. der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 200 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Beispiel 5
Dieses Beispiel betrifft eine modifizierte Form des oben erläuterten Aufbaus D.
Wie in 1 gezeigt, wird insbesondere eine Batterie in der gleichen Weise wie beim Beispiel 2 hergestellt, außer dass Öffnungsbereiche 6 in einer Gesamtsumme von vier Oberflächen ausgebildet sind, d. h. der oberen Oberfläche 1a, der Oberfläche gegenüber der oberen Oberfläche, der seitlichen Seitenfläche 1b und der Seitenfläche gegenüber der seitlichen Seitenfläche des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient, wobei ein Muster der Öffnungsbereiche 6 die Form des Aufbaus D übernimmt.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 250 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Beispiel 6
Dieses Beispiel betrifft eine weitere modifizierte Form des oben erwähnten Aufbaus D.
Wie in 11 gezeigt, wird insbesondere eine Batterie in der gleichen Weise wie beim Beispiel 2 hergestellt, außer dass Öffnungsbereiche 6 in allen sechs Oberflächen des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient, ausgebildet sind, wobei ein Muster der Öffnungsbereiche 6 die Form des Aufbaus D übernimmt.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 250 Hz mit einer vorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftung unter eine vorteilhafte Bedingung fällt.
Vergleichsbeispiel 1
Bei diesem Vergleichsbeispiel wird eine Batterie in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, außer dass ein einzelner Öffnungsbereich 6 in der oberen Oberfläche 1a des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient, ausgebildet ist, so dass eine Resonanzschleife einer solchen Oberfläche nicht an einem Innenbereich der Öffnung auftritt.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 110 Hz mit einer unvorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Außerdem führt die Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses ebenfalls zu einer Bestätigung, dass die Entlüftungsfähigkeit eine deutlich verringerte Entlüftungsrate aufweist, was ein unvorteilhaftes Ergebnis darstellt.
Übliches Beispiel
Bei diesem üblichen Beispiel wird eine Batterie in einer Weise, wie durch den Aufbau A in 4A gezeigt, hergestellt, so dass keine Öffnung in der oberen Oberfläche des Außengehäuses, das als metallischer Stützkörper dient, ausgebildet ist und die Zelleneinheiten jeweils in der Form von Aluminiumbehältern in zwei Achter-Reihen vorgesehen sind.
Wenn die Messung des natürlichen Vibrationsspektrums des Außengehäuses einer solchen Batterie mittels der Fallgewichtsprüfung durchgeführt wird, fällt eine Peak-Frequenz erster Ordnung der Resonanz in einen Bereich von ca. 100 Hz mit einer unvorteilhaften Geräusch- und Vibrationseigenschaft. Bei der Durchführung des Luftströmungstests von den Zelleneinheiten zur Außenseite des Außengehäuses zur Bestätigung eine Entlüftungsfähigkeit, tritt bei einem unvorteilhaften Ergebnis keine Entlüftung zur Außenseite auf.

Die oben diskutierten Testergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Aufbau	Anzahl Oberflächen	Zelleneinheit	Anmerkung	Peak-Freq. 1. Ordnung	Gasfreisetzung
Beispiel 1	B	1	Behältertyp	ohne Harzgruppe	200	O
Beispiel 2	C	1	geschichtet	mit Harzgruppe	220	O
Beispiel 3	D	1	geschichtet	mit Harzgruppe	350	O
Beispiel 4	E	1	geschichtet	mit Harzgruppe	250	O
Beispiel 5	D Fig. 1	4	geschichtet	mit Harzgruppe	250	O
Beispiel 6	D Fig. 11	6	geschichtet	mit Harzgruppe	250	O
Vergleichsbeispiel 1	–	1	geschichtet	mit Harzgruppe	110	x
Übliches Beispiel	A	–	Behältertyp	ohne Harzgruppe	100	x

Wie oben dargelegt, weist die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung den Gasfreisetzungaufbau und den schwingungsfreien Aufbau auf, die kompatibel zueinander sind, die in der Praxis des Standes der Technik kaum ermöglicht werden konnten, wodurch eine Fähigkeit zur Erzielung einer Zielleistung bereitgestellt wird. Folglich ermöglicht die Verwendung einer solchen Batterie als eine Energiezufuhr eines elektrischen Fahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs und eines mit einer Brennstoffzelle angetriebenen Motorfahrzeugs, oder als eine 12V- oder 24V-Batterie für das Motorfahrzeug die Bereitstellung einer hohen Zuverlässigkeit für das Elektrofahrzeug, das Hybridfahrzeug, das mit Brennstoffzelle angetriebene Motorfahrzeug und das übliche Motorfahrzeug.
Es wird auf den gesamten Inhalt einer Patentanmeldung Nr. TOKUGAN 2001-353499 mit Anmeldetag 19. November 2001 in Japan Bezug genommen.

Claims

Batterie, umfassend: einen Stützkörper (1); eine Oberfläche (1a, 1b) des Stützkörpers, wobei eine Resonanz in der Oberfläche erlaubt ist; und eine Vielzahl von Zelleneinheiten (4), die innerhalb des Lagerkörpers liegen; dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie ferner einen Öffnungsbereich (6, 6a, 6b) umfasst, der in der Oberfläche des Stützkörpers an einem Bereich, der eine Schleifenposition (PA, PA', PA'', PA''', PC') der Resonanz umfasst, vorgesehen ist und eine Verbindung zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Stützkörpers herstellt.
Batterie nach Anspruch 1, wobei der Öffnungsbereich (6, 6a, 6b) in der Oberfläche (1a, 1b) des Stützkörpers (1) ausgebildet ist, um zu einer Richtung, in welcher eine Dicke jeder der Vielzahl von Zelleneinheiten (4) definiert ist, parallel zu sein.
Batterie nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche (1a, 1b) des Stützkörpers (1), in der der Öffnungsbereich (6, 6a, 6b) ausgebildet ist, zumindest ein Paar von Oberflächen umfasst, wobei die Oberflächen von jedem des zumindest einen Paars einander gegenüberliegen.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Öffnungsbereich (6, 6a, 6b) eine Resonanzfrequenz der Oberfläche (1a, 1b) des Stützkörpers (1), in der die Resonanz erlaubt ist, verschiebt.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Schwerpunkt (O) einer Gestalt des Öffnungsbereichs (6, 6a, 6b) im Wesentlichen mit der Schleifenposition der Resonanz übereinstimmt.
Batterie nach Anspruch 5, wobei die Schleifenposition (PA, PA', PA'', PA''', PC') der Resonanz einer Schleifenposition einer Resonanz einer natürlichen Vibration erster Ordnung, zweiter Ordnung oder vierter Ordnung der Oberfläche (1a, 1b) des Stützkörpers (1), in welcher die Resonanz erlaubt ist, entspricht.
Batterie nach Anspruch 6, wobei die Schleifenposition (PA, PA', PA'', PA''', PC') der Resonanz jeder (PA''') der zwei Schleifenpositionen der Resonanz der natürlichen Vibration zweiter Ordnung der Oberfläche (1a, 1b), in der die Resonanz erlaubt ist, und einer Schleifenposition (PC') an einer Zwischenposition zwischen den zwei Schleifenpositionen entspricht.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abstand innerhalb des Stützkörpers (1), mit Ausnahme der Vielzahl von Zelleneinheiten (4), mit einem Kunststoffharzbereich (8) versehen ist.
Batterie nach Anspruch 8, wobei der Kunststoffharzbereich (8) einen vertieften Bereich (8a) aufweist, der dem Öffnungsbereich (6, 6a, 6b) entspricht.
Batterie nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Kunststoffharz des Kunststoffharzbereichs (8) aus einer Gruppe bestehend aus Epoxydharzen, Urethanharzen, Nylonharzen und Olefinharzen, einzeln oder kombiniert, ausgewählt wird.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vielzahl der Zelleneinheiten (4) eine geschichtete Zelle mit einer geringeren Dicke in einer Richtung, in welcher Elektroden (4b, 20b) der Vielzahl von Zelleneinheiten in der Batterie (B) gestapelt sind, umfasst.
Batterie nach Anspruch 11, wobei die geschichtete Zelle eine Dicke in einem Bereich von 1 bis 10 mm aufweist.
Batterie nach Anspruch 9, wobei der vertiefte Bereich (8a) in Übereinstimmung mit einer konvex geformten Spannvorrichtung (9, 10) ausgebildet ist.
Batterie nach Anspruch 13, wobei die konvex geformte Spannvorrichtung (10) eine Bohrung (10b) aufweist, damit das Kunststoffharz eingefüllt werden kann.
Batterie nach Anspruch 13 oder 14, wobei die konvex geformte Spannvorrichtung (10) eine Bohrung (10b) aufweist, damit Luft austreten kann, wenn das Kunststoffharz eingefüllt wird.