DE69923416T2

DE69923416T2 - In einem mobilen System verwendbare Batterieanordnung

Info

Publication number: DE69923416T2
Application number: DE1999623416
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Sawada; Ryoichi Yamane; Hideya Hiwada-Cho Takahashi; Yoshikazu Kanaishi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: EP1006597A3; JP2000228178A; DE69923416D1; EP1006597B1; US6472098B1; EP1006597A2; JP4432168B2

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Akkumulatorvorrichtung mit einer großen Anzahl von Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren. Sie betrifft insbesondere eine Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf ein mobiles System, wie ein Elektrofahrzeug, in welchem die Akkumulatorvorrichtung oder eine Brennkraftmaschine selektiv zur Verwendung als Antriebsquelle geschaltet werden.
Beschreibung der verwandten Technik
In einem Kraftfahrzeug wird die Aufmerksamkeit auf die praktische Nutzung eines elektrischen Fahrzeugs gerichtet, welches über eine Akkumulatorvorrichtung als Antriebsquelle verfügt, und zwar als Ersatzfahrzeug für ein Benzinmotor-Fahrzeug oder ein Dieselmotor-Fahrzeug, um sich auf das Ressourcen- und Umweltproblem einzustellen. Für ein Kraftfahrzeug sind bisher Bleiakkumulatoren als elektrische Antriebsquelle genutzt worden. Somit ist in dem elektrischen Fahrzeug die Entwicklung der Antriebsquelle um diesen Bleiakkumulator zentriert gewesen. Dabei ist jedoch ein Problem dahingehend aufgekommen, dass der Akkumulator dazu neigt, in der Größe und im Gewicht zuzunehmen, um eine praktische Fahrdistanz durch lediglich einmalige Aufladung zu realisieren.
Folglich sind in einem Kraftfahrzeug Versuche in Richtung der Entwicklung eines sogenannten Hybridwagens durchgeführt wor den, in welchem ein Motor und eine konventionelle Maschine in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs umgeschaltet werden, um einer Zunahme der die Leistung für den Motor liefernden Akkumulatorvorrichtung in der Größe entgegenzuwirken und um eine Energieeinsparung und Sauberkeit zu realisieren. Andererseits ist eine Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erforderlich, um die Spezifikationen für eine hohe Spannung von mehreren zehn bis mehreren Hundert Volt bei hoher Energiedichte oder einer hohen Ausgangsleistung zu erfüllen, so dass Versuche unternommen worden sind, einen Hochleistungs-Lithium-Ionen-Akkumulator anstelle der konventionellen Bleizelle anzuwenden. In der offen gelegten japanischen Patentanmeldung H-9-86188 mit dem Titel „Akkumulatoranordnung für elektrische Fahrzeuge" ist eine Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer großen Anzahl von Lithium-Ionen-Akkumulatoren angegeben, die in einem Akkumulatorgehäuse untergebracht sind.
Falls in einer Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug die oben beschriebenen Spezifikationen zu erfüllen sind, muss unterdessen der Spannungszustand der großen Anzahl von Lithium-Ionen-Akkumulatoren überwacht und in einen konstanten Zustand gesteuert werden. Zu diesem Zweck ist der Akkumulatorvorrichtung für das Kraftfahrzeug eine Zell-Steuereinheit, welche über die Funktionen einer Spannungsermittlung oder -steuerung oder die Eingabe-/Ausgabefunktion für Ermittlungs- oder Steuersignale verfügt, hinzugefügt, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit zu verbessern. Von der Zell-Steuereinheit werden ein Mikroprozessor oder elektronische Bauteile getragen, und die betreffende Einheit ist mit Messleitungen verbunden, die ihrerseits mit den jeweiligen Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbunden sind.
In der Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug wird der beispielsweise über eine Messleitung erhaltene Spannungswert des jeweiligen Lithium-Ionen-Akkumulators mit einem Referenzspannungswert verglichen, und entsprechende Detektierungsdaten werden zu der Steuervorrichtung übertragen. Die Akkumulatorvorrichtung für das Kraftfahrzeug wird in einen konstanten Zustand durch Laden oder Entladen der Lithium-Ionen-Akkumulatoren bzw. -Sekundärbatterien mittels eines Steuerungs-Ausgangssignals der Steuervorrichtung gesteuert.
In der Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ist eine große Anzahl der Lithium-Ionen-Akkumulatoren in einem Batteriegehäuse untergebracht, wie dies oben beschrieben worden ist. Diese Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden durch eine Zell-Steuereinheit überwacht und gesteuert. Unterdessen sind bei der konventionellen Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug das Batteriegehäuse und die Zell-Steuereinheit unabhängig voneinander gestaltet. Somit ist es bei der Durchführung eines Leistungstests beispielsweise erforderlich, durch einen umständlichen Vorgang einen Anschluss des Akkumulatorgehäuses mit der Zell-Steuereinheit zu verbinden, um die Vorrichtung mit einer Testeinrichtung zu verbinden, und die Verbindung nach dem Test wieder abzubauen.
Andererseits sind in der Akkumulatorvorrichtung für das Kraftfahrzeug mit Rücksicht darauf, dass eine Lade- bzw. Trageinheit für das Akkumulatorgehäuse und eine Lade- bzw. Trageinheit für die Zell-Steuereinheit im Fahrzeug unabhängig voneinander gestaltet und durch eine elektrische Verdrahtung miteinander verbunden sind, die Lade- bzw. Trageinheiten im Aufbau kompliziert. Falls die Lade- bzw. Trageinheiten in Abstand voneinander vorgesehen sind, müssen Einrichtungen für einen verlängerten Verdrahtungseinsatz und zum Schutz der Verdrahtung bereitgestellt werden.
Andererseits ist es in der Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erforderlich, die Vorrichtung vor dem Auftreten von unbeabsichtigten Unfällen zu schützen und die Überwachung und Steuerung des Lithium-Ionen-Akkumulators fortzusetzen. In dem Akkumulator für das Kraftfahrzeug tritt jedoch mit Rücksicht darauf, dass das Akkumulatorgehäuse und die Zell-Steuer einheit unabhängig voneinander gestaltet sind, häufig der Fall auf, dass der Betrieb beispielsweise wegen eines Drahtbruches unmöglich wird.
In der Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die unterhalb eines Bodens des Kraftfahrzeugs geladen bzw. verladen ist, ist es überdies notwendig, für eine ausreichende Zuverlässigkeit gegenüber der Wärme, die von der Straßenoberfläche abgestrahlt wird, gegenüber der Überschwemmung mit Wasser während des Fahrens bei regnerischem Wetter oder gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen zu gewährleisten. In der Akkumulatorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug müssen nicht nur das Batteriegehäuse oder die Zell-Steuereinheit, sondern auch die Verdrahtung bzw. Verkabelung so gestaltet sein, dass sie die obigen Anforderungen erfüllen, was den Gesamtaufbau kompliziert macht. Darüber hinaus muss in der Akkumulatorvorrichtung für das Kraftfahrzeug eine ausreichende Zuverlässigkeit gegenüber starken Vibrationen aufrechterhalten werden, die während des Fahrens des Fahrzeugs auftreten.
Eine Akkumulatorvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist im Papier „Advanced Battery System for Electric Vehicle (FEV-II)" von Miyamoto und anderen, EVS International Electric Vehicle Symposium, Tokio, 13. Oktober 1996, angegeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Es besteht daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Akkumulatorvorrichtung zum Laden bzw. Verladen in ein sich bewegendes System bereitzustellen, in welchem eine Zell-Steuereinheit, die die Funktion der Ermittlung bzw. Detektierung oder Steuerung der Spannung des Akkumulators oder der Eingabe-/Abgabefunktion der Detektier- oder Steuersignale aufweist, in einem modularen Gehäuse eingebaut ist, in dem eine große Anzahl von Akkumulatoren untergebracht ist, um eine er leichterte Handhabung und eine verbesserte Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen mobilen bzw. fahrbaren Körper bereit mit einem modularen Gehäuse aus einem Kunstharz, das in einem äußeren Gehäuse eingeschlossen ist, wobei das betreffende modulare Gehäuse eine große Anzahl von Anschlussöffnungen auf bzw. in seinen beiden Querseiten aufweist, mit einer großen Anzahl von Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren, die in das modulare Gehäuse geladen sind, wobei positive bzw. Plus-Elektrodenanschlüsse und negative bzw. Minus-Elektrodenanschlüsse abwechselnd in benachbarten Anschlussöffnungen des modularen Gehäuses angeordnet sind, wobei die betreffenden Akkumulatoren miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei eine zuvor festgelegte Anzahl der Akkumulatoren als Akkumulatormodul zusammen gruppiert ist und wobei die betreffenden Akkumulatoren eine Vielzahl derartiger Akkumulatorenmodule bilden, mit einer Vielzahl von Zell-Steuereinheiten, die der Anzahl der Akkumulatormodule der Akkumulatoren entspricht, wobei jede Zell-Steuereinheit zumindest einen Mikroprozessor, Schaltungselemente und Elektronik-Komponenten enthält, die auf einer Schaltungsplatine untergebracht sind, um ein Steuersignal bereitzustellen, wobei jede Zell-Steuereinheit mit einer mit dem jeweiligen Akkumulator verbundenen Messleitung verbunden ist, wobei die genannten Zell-Steuereinheiten jeweils die Funktion der Ermittlung und Steuerung der Spannung des jeweiligen Akkumulatormoduls und des jeweiligen Akkumulators sowie der Eingabe/Abgabe eines Steuersignals von der Zell-Steuereinheit besitzen, und wobei das äußere Gehäuse aus einem Kunstharzmaterial in zumindest zwei Gehäusehälften aufgeteilt ist und einen Gehäuseraum zu Aufnahme der genannten modularen Gehäuse im zusammengebauten Zustand der Gehäusehälften festlegt.
Diese Akkumulatorvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zell-Steuereinheiten jeweils die Funktion der Ermittlung der Feuchtigkeit in dem äußeren Gehäuse aufweisen, dass die Plus-Elektroden-Anschlüsse und die Minus-Elektroden-Anschlüsse der genannten Gruppen von Akkumulatoren sowie die Eingabe-/Abgabe-Anschlüsse der genannten Zell-Steuereinheiten in dem genannten äußeren Gehäuse vorgesehen sind, dass das genannten modulare Gehäuse, welches die genannten Akkumulatoren enthält und auf deren jedem die genannten Zell-Steuereinheiten zusammengebaut sind, in dem genannten Gehäuseraum zur Bildung einer alles enthaltenen Einheit untergebracht ist, und dass die genannten Schaltungsplatinen der Zell-Steuereinheit an einem blockförmigen Anbringungsteil angebracht sind, der an dem modularen Gehäuse derart gebildet ist, dass ein Zwischenraum zwischen den Schaltungsplatinen und dem modularen Gehäuse abgegrenzt ist.
In der oben beschriebenen Akkumulatorvorrichtung für einen mobilen bzw. fahrbaren Körper gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Akkumulatoren in das Akkumulatorgehäuse des modularen Gehäuses verladen und miteinander in Reihe geschaltet und mit einer Messleitung verbunden. In der Akkumulatorvorrichtung für den fahrbaren Körper wird bzw. ist jede Messleitung mit einer zugehörigen Zell-Steuereinheit verbunden und anschließend wird jede Zell-Steuereinheit in bzw. an dem modularen Gehäuse montiert. Das modulare Gehäuse wird in dem Gehäuseraum des äußeren Gehäuses aufgenommen, der Akkumulator wird eingesetzt, und der Plus-Elektroden-Anschluss und der Minus-Elektroden-Anschluss werden verbunden, und die Zell-Steuereinheit wird an dem Eingabe/-Ausgabe-Anschluss angeschlossen.
Da die Akkumulatorvorrichtung für einen mobilen bzw. fahrbaren Körper in einer weise gestaltet ist, die man mit Alles-in-einer-Einheit bezeichnen kann, wird sie unmittelbar in eine Batterieverladeeinheit des fahrbaren Körpers verladen und über den Plus-Elektroden-Anschluss, den Minus-Elektroden-Anschluss und den Eingabe/-Ausgabe-Anschluss mit einer Steuereinrichtung des fahrbaren Körpers verbunden. Da die Akkumulatorvorrichtung für den fahrbaren Körper als eine Eine-Einheitsvorrichtung bei Leistungstests oder bei der Wartung behandelt wird, kann sie leicht gehandhabt werden, während ihre Verdrahtung im Aufbau vereinfacht werden kann. Die Akkumulatorvorrichtung für den fahrbaren Körper verfügt über den Zustand der Akkumulatoren und jenen der Akkumulatorensätze, die durch die Zell-Steuereinheit überwacht und gesteuert werden; infolgedessen kann die Leistung mit Stabilität bereitgestellt werden, um die Betriebszuverlässigkeit zu verbessern.
Bei der Akkumulatorvorrichtung für den fahrbaren Körper gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine große Anzahl von Akkumulatoren, ein modulares Gehäuse mit einer großen Anzahl von Akkumulator-Unterbringungsabschnitten, in deren jeden ein Akkumulator geladen ist und eine Vielzahl von Zell-Steuereinheiten, deren jede die Funktion der Ermittlung und Steuerung der Spannung der Akkumulatorsätze sowie die Funktion der Eingabe und Abgabe von Detektier- und Steuersignalen aufweist, in einem äußeren Gehäuse untergebracht, um, wie es ist, eine Gesamteinheit zu bilden. Somit genügt es, die Einheit in einer Batterieverladeeinheit des fahrbaren Körpers anzubringen und die betreffende Einheit über die an dem äußeren Gehäuse vorgesehenen Plus- und Minus-Elektrodenanschlüsse mit dem fahrbaren Körper zu verbinden. Bei der Durchführung einer Leistungsüberprüfung kann die Einheit selbst mit einer Testvorrichtung verbunden oder von dieser abmontiert werden, und zwar zur Wartung und für andere Operationen. Da die Überwachung und Steuerung der Zustände der jeweiligen Akkumulatoren durch die Zell-Steuereinheiten zuverlässig ausgeführt werden können, besitzt die Akkumulatorvorrichtung für den fahrbaren Körper eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit und kann extrem leicht gehandhabt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht den Grundaufbau eines Hybridwagens, der mit einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Akkumulatorvorrichtung beladen ist.
2 zeigt eine Perspektivansicht der Akkumulatorvorrichtung.
3 veranschaulicht in einer Draufsicht die Akkumulatorvorrichtung, von der eine obere Gehäusehälfte auf einem äußeren Gehäuse entfernt ist.
4 zeigt eine Längsschnittansicht der Akkumulatorvorrichtung.
5 zeigt eine Längsschnittansicht eines Verbindungsteiles der Akkumulatorvorrichtung.
6 veranschaulicht in einer Perspektivansicht ein modulares Gehäuse, welches in dem äußeren Gehäuse der Akkumulatorvorrichtung untergebracht ist.
7 zeigt eine Draufsicht eines inneren Gehäuseteiles, welches das modulare Gehäuse bildet.
8 zeigt eine Vorderansicht eines das modulare Gehäuse bildendes inneren Gehäuseteiles.
9 zeigt eine Draufsicht eines das modulare Gehäuse bildenden äußeren Gehäuseteiles.
10 zeigt eine Vorderansicht eines das modulare Gehäuse bildenden äußeren Gehäuseteiles.
11 veranschaulicht in einer Längsschnittansicht den Zustand des Gehäuses des Akkumulators in dem modularen Gehäuse.
12 zeigt einen Akkumulator.
13 veranschaulicht in einer Perspektivansicht den schematischen Aufbau einer in bzw. an der Akkumulatorvorrichtung vorgesehenen Zell-Steuereinrichtung.
14 zeigt in einer Seitenansicht wesentliche Teile des Aufbaus eines Befestigungsteiles zur Befestigung der Zell-Steuereinrichtung an dem modularen Gehäuse.
15 zeigt eine Draufsicht hiervon.
16 veranschaulicht in einer Draufsicht eine Befestigungsöffnung, die in eine Schaltungsplatine der Zell-Steuereinrichtung gebohrt ist.
17 veranschaulicht einen Aufbau der Zell-Steuereinrichtung.
18 zeigt eine Draufsicht einer Akkumulatorvorrichtung gemäß einer Modifikation.
19 zeigt eine Draufsicht eines in der Akkumulatorvorrichtung gemäß 18 vorgesehenen modularen Gehäuses.
20 zeigt eine Vorderansicht des modularen Gehäuses.
21 zeigt eine Rückansicht eines in bzw. an der Akkumulatorvorrichtung vorgesehenes Seitenabdeckteiles.
22 zeigt eine Längsschnittansicht des Seitenabdeckteiles.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen erläutert. Eine Akkumulatorvorrichtung zum Laden auf bzw. in ein mobiles System, nachstehend einfach als Akkumulatorvorrichtung 10 bezeichnet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in einen Hybridwagen 1 geladen und liefert die Leistung für einen Motor 3, der, wie in 1 veranschaulicht, in Verbindung mit einer Maschine bzw. einem Motor 2 als Antriebsquelle genutzt wird. Obwohl eine Vielfalt von Systemen für den Hybridwagen 1 vorgeschlagen worden ist, wird in der Grundkonfiguration mittels einer Steuereinrichtung 4 zwischen der Maschine 2 und dem Motor 3 umgeschaltet, um das Fahrzeug zu fahren. In dem Hybridwagen 1 wird der Motor 3 als Antriebsquelle genutzt, wie während des Startens oder Fahrens bei niedriger Geschwindigkeit, wenn der Maschinenwirkungsgrad niedrig ist, und die Maschine 2 wird als Antriebsquelle während der Fahrt bei hoher Drehzahl bzw. Geschwindigkeit genutzt. In dem Hybridwagen 1 treibt die Maschine 2 einen nicht dargestellten Generator durch ein Ausgangssignal der Steuereinrichtung 4 bei Bedarf an, um die Akkumulatorvorrichtung 10 aufzuladen.
In dem Hybridwagen bzw. -fahrzeug 1 ist unterhalb des Bodens des Rücksitzes 5, wie beispielsweise in 1 veranschau licht, eine Akkumulator-Ladeeinheit 6 vorgesehen, und die Akkumulatorvorrichtung 10 wird auf diese Akkumulator-Ladeeinheit 6 geladen. Obwohl die Akkumulatorvorrichtung 10 durch die Strahlungswärme von der Straßenfläche, durch Überflutung mit Wasser während der Fahrt bei Regenwetter, durch abrupte Temperaturänderungen oder Vibrationen beeinflusst wird, wird somit eine ausreichende Zuverlässigkeit durch einen Aufbau gewährleistet, dessen Details nachstehend erläutert werden.
Gemäß 2 umfasst die Akkumulatorvorrichtung 10 ein im Wesentlichen boxförmiges Außengehäuse 11, in dessen Inneren in einer abgedichteten Weise ein Paar von modularen Gehäusen 13A, 13B und eine Vielzahl von Zell-Steuereinheiten 14 (14A – 14F) angebracht ist, die an den modularen Gehäusen 13A, 13B angebracht sind. In den modularen Gehäusen 13A, 13B ist eine große Anzahl von Lithium-Ionen-Akkumulatoren 12 aufgenommen, die nachstehend einfach als Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren 12 bezeichnet werden. Unter dessen sind die modularen Gehäuse 13A, 13B Einzelteile, die im Wesentlichen einander entsprechen und die in Punktsymmetrie miteinander kombiniert sind. Somit werden die modularen Gehäuse 13A, 13B global als modulares Gehäuse 13 bezeichnet, es sei denn, dass es erforderlich ist, speziell auf die jeweiligen modularen Gehäuse 13A, 13B Bezug zu nehmen.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 werden bzw. sind 24 Akkumulatoren 12 in jedes modulare Gehäuse 13 geladen, so dass insgesamt 48 Akkumulatoren 12 geladen sind. Zwei Sätze von Akkumulatorvorrichtungen 10 werden in den Hybridwagen 1 geladen, so dass insgesamt 96 Akkumulatoren 12 in den Hybridwagen 1 geladen sind. In der Akkumulatorvorrichtung 10 ist eine nicht dargestellte Isolierschicht an jeder Querseite der modularen Gehäuse 13A, 13B angeschmolzen bzw. angeschweißt und mit dieser verbunden, um eine Isolation zwischen den modularen Gehäusen 13 und zwischen jedem modularen Gehäuse 13 und der Außenseite aufrecht zu erhalten.
Da die in der Akkumulatorvorrichtung 10 verwendeten Akkumulatoren 12 eine niedrigere Wärmeentwicklung zeigen, sind keine speziellen Kühlvorrichtungen erforderlich, so dass eine interne Kühlung dadurch erfolgt, dass Luft innerhalb des Fahrzeugs in das äußere Gehäuse 11 zur Zirkulation darin herangezogen wird. Zu diesem Zweck sind ein Ansaugkanal 15 und ein Luftabführkanal 16 in der oberen Fläche des äußeren Gehäuses 11 in einer in Längsrichtung in Abstand voneinander vorgesehenen Beziehung nach oben abstehend gebildet, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Der Luftansaugkanal 15 und der Luftabführkanal 16 sind mit dem modularen Gehäuse 13 zusammen gebildet, wie dies anschließend im Einzelnen erläutert wird. Außerdem ist in der Akkumulatorvorrichtung 10 eine Anschluss- bzw. Verbindereinheit 17 an einer Querseite des äußeren Gehäuses 11 gebildet, wie dies in 2 bis 5 veranschaulicht ist. Die Verbindereinheit 17 ist mit einem positiven bzw. Plus-Elektrodenanschluss 18, einem negativen bzw. Minus-Elektrodenanschluss 19 und einem Steueranschluss 20 versehen, wie dies nachstehend im Einzelnen erläutert wird.
Jeder Akkumulator 12 besteht aus einem länglichen blattartigen Plus-Elektrodenmaterial und einem länglichen blattartigen Minus-Elektrodenmaterial, wobei die Elektrodenmaterialien mit einem Separator zwischen ihnen zusammengeschichtet und in einem Spiralmuster zu einer zylindrischen Form gewickelt sind. Die resultierende zylindrische Anordnung wird in ein mit einem Elektrolyten gefüllten Batteriegehäuse eingeführt. Bei dem Akkumulator 12 ist ein positives bzw. Plus-Anschlussteil, welches durch eine Abdichtung mit dem positiven bzw. Plus-Elektrodenmaterial verbunden ist, an einem Ende des Batteriegehäuses befestigt, während das negative bzw. Minus-Elektrodenmaterial mit dem Batteriegehäuse verbunden ist. Gemäß 12 ist der Akkumulator 12 zylinderförmig ausgebildet, wobei ein Ende und das gegenüberliegende Ende des Akkumulators 12 als Plus-Anschluss 12a bzw. als Minus-Anschluss 12b arbeiten. Die Zellkapazität pro Akkumulator 12 beträgt 3 Ah.
Das Außengehäuse 11 besteht aus einer oberen Gehäusehälfte 11A und einer unteren Gehäusehälfte 11B; jede Gehäusehälfte ist dabei in Form einer im Wesentlichen rechteckförmigen Box aus einem Kunstharzmaterial mit überlegener mechanischer Festigkeit und chemisch-thermischer Beständigkeit gegenüber Schmierölen gebildet. Das Außengehäuse 11 grenzt einen hermetisch abgedichteten Innenraum durch die obere Gehäusehälfte 11A und die untere Gehäusehälfte 11B ab, wobei die betreffenden Gehäusehälften durch eine Dichtungsanordnung in Anlagebereichen miteinander verbunden sind. Eine derartige Dichtungsanordnung wird durch Kombination von Vorstehrippen und Ausnehmungen erzielt. Selbstverständlich ist das Außengehäuse 11 auf die oben beschriebene Konfiguration nicht beschränkt. Sie kann beispielsweise durch Kombinieren einer deckelartigen oberen Gehäusehälfte mit einer boxförmigen unteren Gehäusehälfte gebildet sein.
In den äußeren Umfangsseiten der oberen Gehäusehälfte 11A und der unteren Gehäusehälfte 11B sind ausgerichtete Eingriff-Führungsnute 21a, 21b gebildet, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Im zusammengebauten Zustand der oberen und unteren Gehäusehälften 11A, 11B stehen die Eingriff-Führungsnute 21a, 21b unter Bildung von vertikal verlaufenden Eingriff-Führungsnuten 21 miteinander in Verbindung, welche sich über den gesamten Umfang des Außengehäuses 11 erstrecken, wie dies in 2 veranschaulicht ist. In den Bodenbereichen der Eingriff-Führungsnute 21 sind nicht dargestellte Eingriff-Einsätze an den Anlagebereichen der oberen und unteren Gehäusehälften 11A, 11B gebildet.
Die oberen und unteren Gehäusehälften 11A, 11B sind durch Zusammenstecken der Eingriffansätze mittels einer im Wesentlichen C-förmigen Klemme 22 aus einem elastischen Material zu einem Gehäuse kombiniert, wenn die Eingriffansätze miteinander in Eingriff sind, wie dies in 2 und 4 veranschaulicht ist. Das Außengehäuse 11 ist durch die äußere Umfangsfläche der Gehäusehälften 11A, 11B des Außengehäuses 11, welches die Eingriff-Führungsnute 21 festlegen und somit Unregelmäßigkeiten darstellen, in der mechanischen Festigkeit verbessert.
Die Längs-Stirnseiten bzw. -flächen der unteren Gehäusehälfte 11B sind mit Ausnehmungen 23 ausgebildet, die sich zu dessen Unterseite hin erstrecken. Diese Ausnehmungen 23 dienen als Halterung für eine Hand eines die Akkumulatorvorrichtung 10 tragenden Benutzers, während sie außerdem als Positionierungseinrichtungen dienen, wenn die Akkumulatorvorrichtung 10 in die Akkumulator-Ladeeinheit 6 des Hybridwagens 1 geladen wird.
An einem Längsende der oberen Gehäusehälfte 11A ist eine Stufe bzw. ein Absatz 25 gebildet, an der bzw. dem die Verbindereinheit 17 gebildet ist, wie dies in 2 bis 5 veranschaulicht ist. In dieser Stufe 25 sind erste bis dritte Anschlusslöcher 25a bis 25c gebildet, die in Richtung der Breite Seite an Seite angeordnet sind, wie dies in 3 bis 5 gezeigt ist. In dem ersten Anschlussloch 25a ist in einer abgedichteten Weise ein Anschlussglied 18a angebracht, welches den positiven bzw. Plus-Elektrodenanschluss 18 bildet. In dem zentral angeordneten zweiten Anschlussloch 25b ist in einer abgedichteten Weise ein Verbindeglied 20a angebracht, welches einen Übertragungs-/Empfangsanschluss 20 zur Übertragung oder zum Empfang von Steuersignalen bildet. Im dritten Verbindungsloch 25c ist entsprechend in einer abgedichteten Weise ein Anschlussteil bzw. -glied 19a angebracht, welches den negativen bzw. Minus-Elektrodenanschluss 19 bildet.
An einer Innenseite der oberen Fläche der oberen Gehäusehälfte 11A ist eine große Anzahl von Druckstiften 11a gebildet, die imstande sind, einen Druck auf die Hauptfläche der Zell-Steuereinheit 14 auszuüben, wie dies in 3 und 4 veranschaulicht ist. Diese Druckstifte 11a sind imstande, den Querseiten der Zell-Steuereinheiten 14, die, wie später erläutert wird, in dem modularen Gehäuse 13 angebracht sind, gegenüberzuliegen, und sie sind imstande, diese Steuereinheiten in nicht-symmetrische Positionen zu drücken, wie dies in 3 veranschaulicht ist. Durch diese Konfiguration unterdrücken die Druckstifte 11a Vibrationen der Zell-Steuereinheiten 14 aufgrund von Vibrationen, die auf die Akkumulatorvorrichtung 10 ausgeübt werden.
In dem Außengehäuse 11, welches so aufgebaut ist, wie dies oben beschrieben worden ist, ist das modulare Gehäuse 13 aufgenommen. Dieses modulare Gehäuse 13 besteht aus einem Paar der modularen Gehäuse 13A, 13B, die dadurch zusammengebaut werden, dass sie in einer Seite-an-Seite-Beziehung, wie in 6 gezeigt, einander überlappt werden. Das modulare Gehäuse 13 ist aus einem Kunstharzmaterial, welches über mechanische Festigkeit, thermische Beständigkeit und Beständigkeit gegenüber Chemikalien verfügt, geformt, wie aus einem Polybutylen-Terephthalat-Harz. Zu anderen Harzmaterialien, die zur Formung des modularen Gehäuses 13 brauchbar sind, gehören beispielsweise ein Acrylnitril-Butadien-Styrolharz, ein Polyamid-Harz, ein Propylen-Harz und ein Polykarbonat-Harz.
Das modulare Gehäuse 13 besteht aus der Vereinigung von zwei Gehäuseteilen, nämlich eines inneren Gehäuseteiles 26, wie in 7 und 8 gezeigt, und eines äußeren Gehäuseteiles 27, wie in 9 und 10 gezeigt. Das innere Gehäuseteil 26 und das äußere Gehäuseteil 27 sind in einer im Wesentlichen rechteckförmigen Boxform geformt, die auf ihren in Querrichtung zeigenden Seiten offen ist, wobei die Größe und die Form der Rechtecke einander entsprechen. Das innere Gehäuseteil 26 und das äußere Gehäuseteil 27 sind in Richtung der Breite miteinander vereint, wobei die offenen Querseiten als Verbindungsflächen dienen, um ein im Wesentlichen rechteckförmiges boxförmiges modulares Gehäuse 13 zu bilden.
Das modulare Gehäuse 13, welches durch die Vereinigung der beiden modularen Gehäuse 13A, 13B in Richtung der Breite gebildet ist, wie dies in 6 veranschaulicht ist, ist im Wesentlichen von der gleichen Form und Größe wie der Innenraum des Außengehäuses 11. Wenn das modulare Gehäuse 13, welches durch Vereinigen des inneren Gehäuseteiles 26 und des äußeren Gehäuseteiles 27 gebildet ist, wie dies nachstehend im Einzelnen erläutert wird, dann ist in dem modularen Gehäuse 13 ein Akkumulatorgehäuse 28 zur Unterbringung von Akkumulatoren 12 festgelegt. Das Akkumulatorgehäuse 28 steht mit 24 Anschlussöffnungen 29 in Verbindung, die in einer Querseite 26d des inneren Gehäuseteiles 26 gebildet sind, und es steht mit 24 Anschlussöffnungen 42 in Verbindung, die in einer Querseite 27d des äußeren Gehäuseteiles 27 gebildet sind. Das modulare Gehäuse 13 ist in einer ausreichenden Größe in Richtung der Breite ausgebildet, um dem Plus-Anschluss 12a und dem Minus-Anschluss 12b des jeweiligen Akkumulators 12 zu ermöglichen, durch die jeweiligen Anschlussöffnungen 29, 42 zur Außenseite freigelegt zu werden. Die Akkumulatoren 12 werden in die Innenseite des Akkumulatorgehäuses 28 von den offenen Querseiten 26e des inneren Gehäuseteiles 26 oder von den offenen Querseiten 27e des äußeren Gehäuseteiles 27 eingeführt.
In den Akkumulatorgehäuseabschnitten 28 sind die Akkumulatoren 12 in einer vertikal gestaffelten Beziehung in drei Etagen bzw. Reihen derart angeordnet, dass eine Vielzahl von Akkumulatoren 12 in einer horizontalen Ebene angeordnet ist. In einer oberen Etage bzw. Reihe sind im Akkumulatorgehäuse 28 sieben Akkumulatoren 12U in diametral angeordneten Positionen relativ zueinander aufgenommen. In einer mittleren Reihe bzw. Etage sind in dem Akkumulatorgehäuse 28 acht Akkumulatoren 12C in diametral angeordneten Positionen relativ zueinander aufgenommen, während in einer unteren Etage bzw. Reihe in dem Akkumulatorgehäuse 28 in diametral angeordneten Positionen relativ zueinander neun Akkumulatoren 12U aufgenommen sind. In dem Akkumulatorgehäuse 28 sind die Akkumulatoren 12C der mittleren Reihe mit einem Versatz um einen halben Akkumulator-Radius in Querrichtung bezogen auf die Akkumulatoren 12U der oberen Reihe untergebracht, während die Akkumulatoren 12L der unteren Reihe mit einem Versatz um einen halben Akkumulator-Radius in Querrichtung bezogen auf die Akkumulatoren 12C der mittleren Reihe versetzt sind.
Somit sind in dem Akkumulatorgehäuse 28 die Akkumulatoren 12, die in den oberen und unteren Reihen untergebracht sind, in denselben vertikalen Positionen angeordnet, so dass 24 Akkumulatoren 12 in einem Gesamt-Trapezoidbereich in einer gestaffelten Beziehung in oberen, mittleren und unteren Reihen angeordnet sind. Durch den auf diese Art und Weise erfolgenden Aufbau des Akkumulatorgehäuses 28 des modularen Gehäuses 13 ist der Innenraum-Wirkungsgrad verbessert, während die Strömung von äußerer Luft, die an einem Lufteinlasskanal 15 aufgenommen wird, um an einem Luftabführkanal 16 abgeführt zu werden, aufrecht erhalten wird, um die Akkumulatoren 12 effizient zu kühlen.
Hinsichtlich des inneren Gehäuseteiles 26 bildet die Querseite 26d, in der die Anschlussöffnungen 29 in einer gestaffelten Beziehung angeordnet sind, eine Verbindungsfläche bezogen auf das innere Gehäuseteil 26, welches das andere modulare Gehäuse 11 festlegt. Jede Anschlussöffnung 29 weist einen Durchmesser auf, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Akkumulators 12, so dass die End- bzw. Stirnseite des in das Akkumulatorgehäuses 28 geladenen Akkumulators 12 durch die jeweilige Umfangswand der Öffnung festgehalten wird und lediglich der Plus-Anschluss 12a oder der Minus-Anschluss 12b zur Außenseite hin freiliegen.
Eine obere Fläche 26a des inneren Gehäuseteiles 26 ist zusammen mit halbzylindrischen Kanalhälften 30a, 30b als ein Teil in einer länglichen Abstandsbeziehung zueinander gebildet, um den Luftansaugkanal 15 und den Luftabführkanal 16 zu bilden. Die obere Fläche 26a des inneren Gehäuseteiles 26 ist außerdem zusammen mit einer Vielzahl von Befestigungsbolzen 31 zur Sicherung der vier Ecken der Zell-Steuereinheit 14 gebildet, die nachstehend erläutert wird. Jeder Befestigungsbolzen 31 besteht aus einem abgestuften Vorsprung, der aus einem kreuzförmigen Grundteil 31a und einem Befestigungs-Verschmelzungsteil 31b von vermindertem Durchmesser besteht, wie dies nachstehend im Einzelnen erläutert wird. An den Querseiten 26a des inneren Gehäuseteiles 26 sind Verdrahtungs-Führungsvorsprünge 32 zur Führung einer Zellsatz-Messleitung 59 und von Klemmbefestigungsteilen 34 zur Befestigung von Leitungsklemmen 33 gebildet.
Auf jeder Querseite des inneren Gehäuseteiles 26 sind eine Vielzahl von Verbindungsvorsprüngen 35, 36 zur Verbindung mit dem gegenüberliegenden äußeren Gehäuseteil 27 oder dem inneren Gehäuseteiles 26 des anderen modularen Gehäuses 13 und ein Flansch 37 gebildet, der in Bezug auf die an der inneren Fläche des äußeren Gehäuses 11 gebildeten Haltebolzen festlegbar oder positionierbar ist. Gemäß 8 ist das innere Gehäuseteil 26 mit Kanal-Abstandsbereichen 38a, 38b ausgebildet, die mit den unteren Seiten der Kanalhälften 30a, 30b in Verbindung stehen, wie dies in 8 gezeigt ist. Die Kanal-Abstandsbereiche 38a, 38b besitzen eine Querschnittsform eines nach unten gerichteten rechtwinkligen Dreiecks.
Die Querseite 26d des inneren Gehäuseteiles 26 besteht, wie in 8 gezeigt, aus einer Verbindungsfläche in Bezug auf das innere Gehäuseteil 26 des anderen modularen Gehäuses 13, wie zuvor erläutert. Bei dem inneren Gehäuseteil 26 bilden die Umfangsbereiche der Kanalhälften 30, die Kanal-Abstandsbereiche 38 oder die Anschlussöffnungen 29 Anlagebereiche in Bezug auf die entsprechenden Bereiche der Querseite 26d des gegenüberliegenden inneren Gehäuseteiles 26. Die inneren Gehäuseteile 26 sind dadurch dicht bzw. fest miteinander verbunden, dass Vorsprünge und Ausnehmungen an den anliegenden Bereichen aneinander anliegen. Die beiden inneren Gehäuseteile 26 sind entsprechend bzw. ähnlich einander gebildet, allerdings mit der Ausnahme, dass die beiden relativ zueinander um 180° gedreht und mit den Querseiten 26 als Verbindungsflächen zusammen kombiniert sind.
Die Querseite 26d des inneren Gehäuseteiles 26 ist mit einer großen Anzahl von Klemmbefestigungsteilen 39 am äußeren Umfang jeder Anschlussöffnung 29 gebildet. Diese Klemm-Befestigungsteile bzw. -bereiche 39 dienen der Befestigung der Adapter- bzw. Verbindungsteile, welche die ausgewechselten Akkumulatoren 12 in dem modularen Gehäuse 13 auf einen Austausch der Akkumulatoren 12 hin enthalten. Das innere Gehäuseteil 26 ist zusammen mit den Isolierschicht- Befestigungsbolzen 41 gebildet. Das innere Gehäuseteil 26 wird dadurch montiert, dass eine Außenkante der offenen Querseite 26e an dem äußeren Gehäuseteil 27 anliegt.
An der Querseite 27d des äußeren Gehäuseteils 27, welche die äußere Querseite des modularen Gehäuses 13 bildet, sind die oben erwähnten 24 Anschlussöffnungen 42 in einer gestaffelten Beziehung angeordnet. Die Anschlussöffnungen 42 weisen Innendurchmesser auf, die etwas kleiner sind als der Außendurchmesser der Akkumulatoren 12, so dass die in das Akkumulatorgehäuse 28 geladenen Akkumulatoren 12 durch die Umfangswand der betreffenden Öffnungen festgehalten werden, was lediglich dem Plus-Anschluss 12a oder dem Minus-Anschluss 12b ermöglicht, zur Außenseite frei zu liegen.
Die obere Fläche 27a des äußeren Gehäuseteiles 27 ist ebenfalls zusammen mit einer Vielzahl von Befestigungsbolzen 43 gebildet, um die vier Ecken der Zell-Steuereinheit 14 zu sichern, die nachstehend erläutert wird. Entsprechend dem Befestigungsbolzen 31 des inneren Gehäuseteiles 26 ist jeder Befestigungsbolzen 43 durch eine abgestufte Säule gebildet, die aus einem kreuzförmigen Grundteil 43a und einem Befestigungs-Verschmelzungsteil 43b von vermindertem Durchmesser gebildet ist, wie dies nachstehend im Einzelnen erläutert wird. In bzw. an den Querseiten 27a des äußeren Gehäuseteiles 27 sind Klemm-Befestigungsteile 44 zur Befestigung bzw. Anbringung der Leitungsklemmen 33 und der Leitungs-Anlageteile 45 gebildet.
In jeder Querseite des äußeren Gehäuseteiles 27 sind eine Vielzahl von Verbindungsvorsprüngen 46 zur Verbindung mit der gegenüberliegenden Seite des inneren Gehäuseteiles 26 und ein Flansch 47 gebildet, der zur Festlegung und Positionierung in Bezug auf den an der inneren Fläche des äußeren Gehäuses 11 gebildeten Haltebolzen vorgesehen ist. Das äußere Gehäuseteil 27 liegt mit dem Rand der offenen Querseite 27e am Rand der offenen Querseite 26e des inneren Gehäuseteiles 26 an. Mittels dieser durch miteinander in Eingriff gebrachte Vorsprünge und Ausnehmungen gebildeten Anlagebereiche des inneren Gehäuseteiles 26 und des äußeren Gehäuseteiles 27 weisen das innere Gehäuseteil 26 und das äußere Gehäuseteil 27 Verbindungszustände auf, die sogar unter der Anwendung von Störungen, wie Vibrationen, zwangsweise fest sind.
Gemäß 10 ist auf dem äußeren Gehäuseteil 27 eine Vielzahl von Isolierschicht-Befestigungsbolzen 48 für eine Verschmelzungsbefestigung einer nicht dargestellten Isolierschicht aufrecht stehend gebildet. In einer Querseite 27d des äußeren Gehäuseteiles 27 ist eine Anzahl von Ausnehmungen 49 an einer höheren Position gebildet, und zwar zur Öffnung in die längs verlaufenden Querseiten 27b, 27c. Diese Ausnehmungen 49 führen die Rolle der Bereitstellung eines Luftstroms in das modulare Gehäuse 13 aus, während sie als Handstütze und als Verdrahtungsführungen für Verdrahtungsleitungen 55a, 56a wirken, wie dies in 4 veranschaulicht ist.
In den äußeren Umfangsseiten der Anschlussöffnungen 42, die in den Querseiten 27d des äußeren Gehäuseteiles 27 offen sind, sind ringförmige Ausnehmungen 50 gebildet. Diese ringförmigen Ausnehmungen 50 dienen als Schneidführungen beim Schneiden der Öffnungskanten der Anschlussöffnung 42, um die Akkumulatoren 12 aus dem modularen Gehäuse 13 im Falle eines fehlerhaften Arbeitens der betreffenden Akkumulatoren 12 herauszunehmen. In dem äußeren Gehäuseteil 27 ist eine Anzahl von Sensor-Öffnungen 52 gebildet, in die Temperatursensoren 51 (siehe 4) in Ausrichtung zu zuvor festgelegten Anschlussöffnungen 42 zu laden sind. Genauer gesagt sind die Sensoröffnungen 52 in Ausrichtung zu der ersten Anschlussöffnung 42a in der oberen Reihe, zu einer fünften Anschlussöffnung 42b in der mittleren Reihe und zu der neunten Anschlussöffnung 42c in der unteren Reihe vorgesehen. Die Temperatursensoren 51 sind durch Temperatursensor-Messleitungen 51a mit der Zell-Steuereinheit 14, wie in 4 gezeigt, verbunden.
An der Querseite 27d des äußeren Gehäuseteiles 27 ist eine große Anzahl von Klemmbefestigungsteilen 53 um die Anschlussöffnungen 42 herum gebildet. Entsprechend den Klemmbefestigungsteilen 39 des inneren Gehäuseteiles 26 wirken die Klemmbefestigungsteile 53 so, dass ein Adapter- bzw. Verbindungsteil angebracht wird, und zwar zum Festhalten von Akkumulatoren 12 in dem modularen Gehäuse 13 auf einen Austausch der betreffenden Akkumulatoren 12 hin.
Bei dem oben erwähnten Aufbau des inneren Gehäuseteiles 26 und des äußeren Gehäuseteiles 27 liegen die äußeren Kanten der einander zugewandten Verbindungsseiten 26e, 27e längs des gesamten Umfanges aneinander an, während die Verbindungsvorsprünge 35 und die Ausnehmungen 46 sich miteinander in Eingriff befinden. Das innere Gehäuseteil 26 und das äußere Gehäuseteil 27 sind miteinander kombiniert, wenn diese Gehäuseteile längs der Dickenrichtung einander überlagert sind. Die Kanäle 30a, 30b, bezüglich der Abschirmungseigenschaften benötigt werden, sind miteinander verbunden, beispielsweise mittels eine Klebstoffes auf Urethan-Basis. Die kombinierten Teile werden unter Verwendung von Kopfschrauben aneinander befestigt, um die modularen Gehäuse 13A, 13B zu vervollständigen. Im zusammengebauten Zustand des inneren Gehäuseteiles 26 und des äußeren Gehäuseteiles 27 zur Vervollständigung des modularen Gehäuses 13 sind die Anschlussöffnungen 29, 42 zueinander ausgerichtet.
Die modularen Gehäuse 13A, 13B sind mit den als Verbindungsflächen dienenden Querseiten 26d, 26d der einander zugewandten inneren Gehäuseteile 26 aneinander befestigt. Die modularen Gehäuse 13A, 13B sind zu einem Gehäuse kombiniert, um das modulare Gehäuse 13 zu vervollständigen, und zwar mittels Kopf schrauben, die in nicht dargestellte Gewindelöcher in den Verbindungsvorsprüngen 36,36 eingeschraubt sind, welche zur Vervollständigung des modularen Gehäuses 13 aneinander anliegen.
Im zusammengebauten Zustand der modularen Gehäuse 13A, 13B des modularen Gehäuses 13 liegen die Kanalhälften 30a und die Kanalhälften 30b auf der gegenüberliegenden Seite aneinander an, um den zylindrischen Luftansaugkanal 15 zu bilden. Außerdem liegen im zusammengebauten Zustand der modularen Gehäuse 13A, 13B des modularen Gehäuses 13 die Kanalhälften 30b und die Kanalhälften 30a auf der gegenüberliegenden Seite aneinander an, um den zylindrischen Luftabführkanal 16 zu bilden. Bei in dem äußeren Gehäuse 11 untergebrachtem modularen Gehäuse 13 stehen der Luftansaugkanal 15 und der Luftabführkanal 16 von der oberen Fläche des äußeren Gehäuses 11 ab.
In dem modularen Gehäuse 13 werden die Akkumulatoren 12 in dem Akkumulatorgehäuse 28 von den offenen Querseiten des inneren Gehäuseteiles 26 oder des äußeren Gehäuseteiles 27 untergebracht. Da die Außendurchmesser der Akkumulatoren 12 ein wenig größer sind als die Innendurchmesser der Anschlussöffnungen 29, 42, werden bzw. sind die Akkumulatoren mit beiden Enden durch die inneren Umfangswandabschnitte der Anschlussöffnungen 29, 42 derart festgehalten, dass sie in diesem Zustand im Akkumulatorgehäuse 28 festgehalten werden, wie dies eine strichpunktierte Linie in 11 veranschaulicht. Somit liegen bei den Akkumulatoren 12 der Plus-Anschluss 12a und der Minus-Anschluss 12b durch die Anschlussöffnungen 29, 42 zur Außenseite hin frei. Außerdem sind die Akkumulatoren 12 in dem Akkumulatorgehäuse 28 derart untergebracht, dass der Plus-Anschluss 12a und der Minus-Anschluss 12b in relativ gestaffelten bzw. versetzten Positionen angeordnet sind, wie dies in 12 veranschaulicht ist.
In dem modularen Gehäuse 13 wird ein Klebstoff in einem Raum um die jeweiligen Akkumulatoren 12, die in dem Akkumulatorgehäuse 28 untergebracht sind, durch Klebstoff-Einfülllöcher eingefüllt, die in dem inneren Gehäuseteil 26 und in dem äußeren Gehäuseteil 27 gebohrt sind, um die Akkumulatoren 12 mit dem Innenumfang der Anschlussöffnungen 29, 42 fest zu verbinden bzw. in diesen zu sichern. Als Klebstoff dient ein Kunstharz-Klebstoff, wie ein Urethangarn, ein Silikongarn oder das modifizierte Silikongarn.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 sind 48 Akkumulatoren 12 in den jeweiligen modularen Gehäusen 13, wie oben beschrieben, untergebracht, und diese Akkumulatoren 12 sind miteinander in Reihe geschaltet. Dies heißt, dass jeder Akkumulator 12 in einer solchen Weise in der Querseite 27d des äußeren Gehäuses 27, welche die äußere Querseite des modularen Gehäuses 13 darstellt, und in der offenen Querseite 26e des inneren Gehäuseteils 26, die in eine Verbindungsfläche zwischen den modularen Gehäusen 13 darstellt, untergebracht ist, dass der Plus-Anschluss 12a und der Minus-Anschluss 12b abwechselnd in den vertikal und horizontal benachbarten Anschlussöffnungen 42 freiliegen. Der Plus-Anschluss 12a und der Minus-Anschluss 12b des jeweiligen Akkumulators 12, welche von den Anschlussöffnungen 29, 42 her freiliegen, sind mittels eines Verbindungsplattenteiles 54, wie in 4 gezeigt, elektrisch miteinander verbunden.
Das Verbindungsplattenteil 54 besteht beispielsweise aus einer rechteckförmigen Kupferplatte, die im Querschnitt im Wesentlichen zu einer Kurbelform gekrümmt und beispielsweise mit Nickel galvanisch überzogen ist. In beide Seiten des Verbindungsplattenteiles 54 befinden sich gebohrte Passlöcher 54a, 54b, in die der Plus-Anschluss 12a oder der Minus-Anschluss 12b des Akkumulators 12 passt, wie dies in 12 gezeigt ist. In diese Passlöcher 54a, 54b wird der Plus-Anschluss 12a oder der Minus-Anschluss 12b eingebracht und punktgeschweißt, um die Akkumulatoren 12 miteinander in Reihe zu schalten.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 stellen der erste Akkumulator 12A und der neunte Akkumulator 12B der unteren Reihe Akkumula toren dar, die an beiden äußersten Enden des Satzes von 24 Akkumulatoren 12 angeschlossen sind und die ihrerseits miteinander in Reihe geschaltet sind, wie dies in 4 gezeigt ist. Mit dem ersten Akkumulator 12A und dem neunten Akkumulator 12B sind keilförmige Verbindungsplattenteile 55, 56 verbunden, wie dies in 4 gezeigt ist. In der Akkumulatorvorrichtung 10 liegt der erste Akkumulator 12A mit seinem Plus-Anschluss 12a über die Anschlussöffnung 42 frei, während der neunte Akkumulator 12B mit seinem Minus-Anschluss 12b durch die Anschlussöffnung 42 freiliegt.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 werden bzw. sind die modularen Gehäuse 13A, 13B zusammen kombiniert, um das modulare Gehäuse 13 zu bilden, indem der neunte Akkumulator 12B eines der modularen Gehäuse 13A, 13B so positioniert wird, dass er dem ersten Akkumulator 12A des anderen der modularen Gehäuse 13A, 13B zugewandt ist. In der Akkumulatorvorrichtung 10 ist die mit dem Verbindungsplattenteil 55 des ersten Akkumulators 12A verbundene Verdrahtungsleitung 55a an einer Querseite des modularen Gehäuses 13 in der Akkumulatorvorrichtung 10 entlang geführt, und eine Verdrahtungsleitung 56a ist mittels der Ausnehmung 49 angeschlossen, wie dies in 4 veranschaulicht ist.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 ist die mit dem Verbindungs- bzw. Anschlussplattenteil 56 des neunten Akkumulators 12B verbundene Verdrahtungsleitung 56a zum Anschluss 17 des modularen Gehäuses 13 durch die Ausnehmung 49 geführt. Die Verdrahtungsleitung 56a ist im Anschluss 17 an einer Sicherungsvorrichtung 58 und sodann an einem negativen bzw. Minus-Elektrodenanschluss 19a angeschlossen, wie dies in 4 gezeigt ist. Unterdessen ist der neunte Akkumulator 12B der 48. Akkumulator 12B der gesamten Akkumulatorvorrichtung 10.
Die Sicherungsvorrichtung 58 besteht aus einer Sicherung 58a und aus einem Sicherungshalter 58b, wie dies in 4 und 5 gezeigt ist. Der Sicherungshalter 58b ist an der oberen Fläche der Handtragausnehmung 23 an der Stufe 25 des äußeren Gehäuses 11 befestigt. In der Akkumulatorvorrichtung 10 ist die Sicherungsvorrichtung 58 zwischen dem 48. Akkumulator 12B und dem Minus-Elektrodenanschlussteil 19a vorgesehen, um Sicherheit gegenüber dem möglichen Auftreten eines Überstroms zu gewährleisten.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 ist die Zell- bzw. Zellensatz-Messleitung 59 (Messleitung 59) an jedem der Anschlussplattenteile 54 der Verbindung der jeweiligen Akkumulatoren 12 angeschlossen, wie dies in 2 und 3 veranschaulicht ist. Die Messleitung 59, die zur Ermittlung der Spannung des jeweiligen Akkumulators 12 dient, ist beispielsweise durch eine verdrallte Kupferleitung mit einem Isolierüberzug gebildet, die durch die Leitungsklemme 33 festgehalten wird, welche an dem Klemmbefestigungsteil 44 angebracht ist, wie dies in 2 und 3 gezeigt ist. Die Messleitung 59 wird außerdem längs des Verdrahtungs-Führungsvorsprungs 32 zu der zugehörigen Zell-Steuereinheit 14 hingeführt. In der Akkumulatorvorrichtung 10 sind der Anschluss bzw. die Verbindung und die Verlegung der Messleitung 59 in dem inneren Gehäuseteil 26 dieselben, wie sie oben beschrieben sind.
Nach dem Anschließen der Akkumulatoren 12 und dem Verlegen der Messleitung 59 werden die modularen Gehäuse 13A, 13B der Akkumulatorvorrichtung 10 zusammengestellt, wie dies oben beschrieben worden ist.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 bilden die 48 Akkumulatoren 12, die in dem Akkumulatorgehäuse 28 des modularen Gehäuses 13 aufgenommen und miteinander in Reihe geschaltet sind, Zellmodule mit acht Akkumulatoren pro Satz bzw. als Sätze. Die Akkumulatorvorrichtung 10 ist mit sechs Zell-Steuereinheiten 14A bis 14F zur Ermittlung der Spannung oder Temperatur und zur Eingabe/Ausgabe der Ermittlungs- oder Steuersignale versehen, und zwar jeweils für das Zellmodul und dessen Satz von acht Akkumulatoren 12. In der Akkumulatorvorrichtung 10 sind diese sechs Zell-Steuereinheiten 14 an der oberen Fläche des modularen Gehäuses 13 angebracht.
Jede Zell-Steuereinheit 14 weist eine rechteckförmige Schaltungsplatine 60 auf, die ein nicht dargestelltes geeignetes Schaltungsmuster trägt; auf diese Schaltungsplatine 60 ist ein Mikroprozessor 61 zusammen mit nicht dargestellten Schaltungselementen oder elektronischen Komponenten, einer Vielzahl von Mess-Anschlusseinrichtungen 62 und einer Eingabe-/Ausgabe-Anschlusseinrichtung 63, aufgebracht, wie dies in 13 gezeigt ist. In jeder Zell-Steuereinheit 14 ist die Schaltungsplatine 60 in der Breite gleich so breit wie und in der Länge etwa halb so lang wie das innere Gehäuseteil 26 oder das äußere Gehäuseteil 27 des modularen Gehäuses 13.
Die Schaltungsplatine 60 weist, wie später erläutert wird, an ihren vier Ecken längliche Befestigungslöcher 64 auf, wobei diese Befestigungslöcher 64 sich in Ausrichtung zu den Befestigungsbolzen 31 des inneren Gehäuseteiles 26 oder zu den Befestigungsbolzen 43 des äußeren Gehäuseteiles 27 befinden. Auf die Schaltungsplatine 60 ist ein Mikroprozessor 61 von größerer Größe und größerem Gewicht an einer bezogen auf die Schwerpunktslage G der betreffenden Platine versetzten Position aufgebracht. Die Zell-Steuereinheit 14 ist ferner mit einer Verbindungsleitung verbunden, die ihrerseits mit dem Übertragungs-/Empfangsanschlussteil 20a verbunden ist.
Die ersten bis dritten Zell-Steuereinheiten 14A bis 14C sind an dem modularen Gehäuse 13A angebracht, wie dies in 2 und 3 gezeigt ist. Die vierten bis sechsten Zell-Steuereinheiten 14D bis 14F sind an dem anderen modularen Gehäuse 13B angebracht. Genauer gesagt sind die ersten und zweiten Zell-Steuereinheiten 14A, 14B auf der oberen Fläche 27a des äußeren Gehäuseteiles 27 angebracht, welches das modulare Gehäuse 13A in einer längs angeordneten Beziehung zueinander bildet. Die dritte Zell-Steuereinheit 14C ist zwischen den Kanalhälften 30 auf der oberen Fläche 26a des inneren Gehäuseteiles 26 ange bracht, welches das modulare Gehäuse 13A bildet. Die vierte Zell-Steuereinheit 14D ist auf der oberen Fläche 26a des das andere modulare Gehäuse 13B bildenden inneren Gehäuseteiles 26 angebracht. Die fünften und sechsten Zell-Steuereinheiten 14E, 14F sind auf der oberen Fläche 27a des das modulare Gehäuse 13B bildenden äußeren Gehäuseteiles 27 in einer längs angeordneten Beziehung zueinander angebracht.
Jede Zell-Steuereinheit 14 ist auf dem Befestigungsbolzen 31, der auf der oberen Fläche 26a des inneren Gehäuseteiles 26 gebildet ist, oder auf der oberen Fläche 27a des äußeren Gehäuseteiles 27 angeordnet und an dem modularen Gehäuse 13 auf eine Wärmeschmelzung hin an Ort und Stelle angebracht.
Da die Akkumulatorvorrichtung 10 in dem Hybridwagen 1 an- bzw. untergebracht ist, ist sie unterdessen einer beträchtlichen mechanischen Belastung, wie schweren Vibrationen, sowie einem weiten Bereich von Temperatur- und Feuchtigkeitsbelastungen ausgesetzt. Daher ist in der Akkumulatorvorrichtung 10 das innere Gehäuseteil 26 (das äußere Gehäuseteil 27) aus einem Kunstharzmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 50 ppm/°C geformt, wobei der Abstand zwischen den Befestigungsbolzen 31 (43) in der Längsrichtung gegeben ist mit 200 mm, während die Schaltungsplatine 60 der Zell-Steuereinheit 14 aus einem Kunstharzmaterial mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 13 ppm/°C geformt ist. In der Akkumulatorvorrichtung 10 erfahren der Befestigungsbolzen 31 und das Befestigungsloch 64, die unter diesen Spezifikationen bei 25°C zueinander ausgerichtet sind, eine dimensionsmäßige Abweichung von etwas 0,74 mm bzw. von etwa 0,48 mm bei 125°C bzw. bei –40°C.
Wenn in der Akkumulatorvorrichtung 10 jede Zell-Steuereinheit 14 mit Hilfe von Klemmschrauben oder mittels eines Klebstoffes an den Befestigungsbolzen 31 fest gesichert ist, werden signifikante mechanische Belastungen auf den Befestigungsbolzen 31 oder die Schaltungsplatine 60 infolge der dimensionsmäßigen Auslenkung ausgeübt, die durch Veränderungen in den Tempera turbedingungen hervorgerufen wird. In der Akkumulatorvorrichtung 10 besteht durch diese mechanischen Belastungen eine Gefahr der Erzeugung von Rissen bzw. Sprüngen in den Schraubenlöchern der Befestigungsbolzen 31 oder der Verformung oder Spannung, die in der Schaltungsplatine 60 hervorgerufen wird. Dies führt zu der Neigung, dass Risse bzw. Sprünge in der Lötung oder in Leitungs- bzw. Schaltungsmustern für die auf die Schaltungsplatine 60 aufgebrachten Bauelemente auftreten, was möglicherweise zur Zerstörung dieser Bauelemente führt.
In der Akkumulatorvorrichtung 10 sind die Befestigungslöcher 64 in der Schaltungsplatine 60 als längliche Löcher ausgebildet, oder der Befestigungsbolzen 31 besteht aus einem kreuzförmigen Grundteil 31a (43a) und einem schaftartigen Pass-Schmelzteil 31b (43b), um das zuvor erwähnte Problem zu unterdrücken. Das Befestigungsloch 64 der Schaltungsplatine 60 verläuft mit seiner Längsachse in deren Längsrichtung, wie dies in 16 gezeigt ist. Die Schaltungsplatine 60 weist den optimierten Durchmesser x auf der langen Achse und den optimierten Durchmesser y auf der kurzen Achse des Befestigungsloches 64 auf. Der Durchmesser des Befestigungsloches 64 auf dessen kurzer Achse ist kleiner als der Außendurchmesser des Grundteiles 31a des Befestigungsbolzens 31 und etwas größer als der Außendurchmesser des Pass-Schmelzteiles 31b.
Die Schaltungsplatine 60 wird mit ihrer Unterseite auf dem Grundteil 31a dadurch getragen, dass der Pass-Schmelzteil 31b durch das Befestigungsloch 64 hindurch geführt ist, und sie wird in diesem Zustand an dem Befestigungsbolzen 31 festgelegt. Eine Scheibe 40 ist auf dem Pass-Schmelzteil 31b von der Seite der Schaltungsplatine 60 her angebracht. Der Außendurchmesser der Scheibe 40 ist länger bzw. größer als der Durchmesser des Befestigungsloches 64 auf der langen Achse, wie dies in 14 und 15 veranschaulicht ist. In diesem Zustand wird der Pass-Schmelzteil 31b an seinem distalen Ende 31c (43c) geschmolzen. Damit wird die Schaltungsplatine 60 an dem Befestigungsbolzen 31 dadurch festgehalten, dass der Rand des Befes tigungsloches 64 zwischen dem Grundteil 31a und der Scheibe 40 gestaucht ist. Die Schaltungsplatine 60 ist innerhalb des Ausmaßes der Differenz zwischen dem Durchmesser x längs der langen Achse des Befestigungsloches 64 und dem Außendurchmesser des Pass-Schmelzteiles 31b beweglich, um die durch Änderungen in den Temperaturzuständen, wie oben beschrieben, verursachte dimensionsmäßige Abweichung zu absorbieren.
Ein optimaler Bereich des Durchmessers x der langen Achse des Befestigungsloches 64 kann beispielsweise durch die folgende Gleichung ermittelt werden: Falls ein optimaler Wert des Befestigungsloches 64 und des Befestigungsbolzens 31, der keine mechanische Belastung auf die Schaltungsplatine 60 bei einer Temperaturänderung bei der Standard-Temperatur von t0 bis zu einer maximalen Temperatur von t1 auferlegt, gegeben ist mit χ¹ und falls ein optimaler Wert des Befestigungsloches 64 und des Befestigungsbolzens 31, der keine mechanische Belastung auf die Schaltungsplatine 60 bei einer Temperaturänderung von der Standard-Temperatur t0 bis zu einer maximalen Temperatur von t2 ausübt, gegeben ist mit χ², genügt es, falls ein optimaler Wert χ des Befestigungsloches 64 und des Befestigungsbolzens 31 so ist, dass die Beziehung erfüllt ist χ ≥ χ1 + χ2.
Sind der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schaltungsplatine 60 mit τ1 (ppm/°C), der Wärmeausdehnungskoeffizient des modularen Gehäuses 13 mit τ2 (ppm/°C) und der Spalt zwischen den Befestigungsbolzen 31 mit A ± α mm und der Außendurchmesser des Pass-Schmelzteiles 31b R ± γ mm gegeben, genügt es, wenn der optimaler Wert χ¹ bei der maximalen Temperaturen τ1 folgender Gleichung genügt: χ1 = (τ2 – τ1) × (t2 – t1) × (A ± α) + (R ± γ))/2
In entsprechender Weise genügt es, falls der optimale Wert von χ² der maximalen Temperatur t2 folgender Gleichung genügt: χ2 = (τ2 – τ1) × (t2 – t1) × (A ± α) + (R ± γ))
Daher genügt es, falls der optimale Wert x für das Befestigungsloch 64 und den Befestigungsbolzen 31 der folgenden Bedingung genügt: χ = (τ2 – τ1) × (t2 – t1) × (A ± α) + (R ± γ)) χ = χ1 + χ1
Unterdessen werden der Mikroprozessor 61 oder andere Schaltungselemente, die für die Erzeugung von mehr oder weniger Wärme verantwortlich sind, auf die Schaltungsplatine 60 der jeweiligen Zell-Steuereinheit 14 aufgebracht. Jede Zell-Steuereinheit 14 wird durch die Befestigungsbolzen 31, 43 an dem modularen Gehäuse 13 angebracht. Genauer gesagt ist die Schaltungsplatine 60 der jeweiligen Zell-Steuereinheit 14 auf den Grundteilen 31a, 43a der Befestigungsbolzen 31, 43 angebracht. Daher ist in jeder Zell-Steuereinheit 14 ein Spalt zwischen den oberen Flächen 26a, 27a des modularen Gehäuses 13 festgelegt. Durch diesen Spalt ist der Strömungsweg für Kühlluft, die von dem Luftansaugkanal 15 aufgenommen wird, gewährleistet, um eine effiziente Kühlung zu realisieren.
Jede Zell-Steuereinheit 14 ist auf der oberen Fläche des modularen Gehäuses 13 angebracht und wird mit dem die Zell-Steuereinheit tragenden modularen Gehäuse 13, welches in dem äußeren Gehäuse 11 aufgenommen ist, durch einen Haltestift 11a des äußeren Gehäuses 11 einem Druck ausgesetzt. In jeder Zell-Steuereinheit 14 werden deren nicht-symmetrischen Teile längs ihrer Querseite durch den Haltestift 11a einem Druck ausgesetzt. Daher werden bezüglich jeder Zell-Steuereinheit 14 Resonanzvibrationen durch Schwingungen, die auf die Akkumulatorvorrichtung 10 ausgeübt werden, durch den Aufbau unterdrückt, der die Unterbringungsposition des Mikroprozessors 61 auf der Schaltungsplatine 60 und die Druckausübungsposition der Schaltungsplatine 60 durch den Haltestift 11a betrifft, um eine stabile Anbringung zu gewährleisten.
Die oben beschrieben Zell-Steuereinheit 14 enthält eine Einheits-Akkumulator-Überwachungseinheit 65 zur separaten Überwachung der Spannung der acht Komponenten-Akkumulatoren 12 des Akkumulator-Moduls, eine Akkumulatorspannungs-Steuereinheit 66 zur Steuerung der Spannung der einzelnen Akkumulatoren und eine Kommunikations-Steuereinrichtung 67, wie dies in 17 gezeigt ist. Der Zell-Steuereinheit 14 wird über die Messleitung 59 die Spannungsinformation des jeweiligen Akkumulators 12 zugeführt. Die Zell-Steuereinheit 14 führt die oben erwähnte Steuerungs- und Signalübertragungsoperationen auf der Grundlage der Spannungsinformation aus.
Die Einheitsakkumulator-Überwachungseinheit 65 besteht aus einer Spannungs-Detektiereinheit 68, einem Komparator 69 in Bezug auf die Referenzspannung, einem Umsetzer 70 und einem Optokoppler 71. Die Einheitsakkumulator-Überwachungseinheit 65 ermittelt die individuelle Spannung der Akkumulatoren 12 des Akkumulatormoduls mittels der Spannungs-Detektiereinheit 68 und vergleicht den ermittelten Spannungswert Va mittels des Komparators 69 mit einem Referenzspannungswert Vc. Auf die Feststellung hin, dass der ermittelte Spannungswert Va des Akkumulators 12 eines bestimmten Akkumulatormoduls niedriger ist als der Referenzspannungswert Vc, überträgt die Einheitsakkumulator-Überwachungseinheit 65 ein Alarm-Ausgangssignal vom Übertragungs-/Empfangsanschluss 20 über den Umsetzer 70 und den Optokoppler 71 zu einer Steuereinrichtung hin.
Die Akkumulatorspannungs-Steuereinheit 66 besteht aus einer Spannungs-Detektiereinheit 72 zur Ermittlung der Spannung des Akkumulatormoduls und aus einer Kapazitäts-Einstelleinheit 73 zur Einstellung der Kapazität; die betreffende Steuereinheit überträgt ein Steuerungs-Ausgangssignal auf der Grundlage der ermittelten Ergebnisse. Die Spannungs-Detektiereinheit 72 besteht aus einer Umschalt-Schaltergruppe 74 zur Auswahl von acht Akkumulatoren 12 des Akkumulatormoduls auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Mikroprozessors MPU, einer Span nungs-Detektiereinheit 75 zur Ermittlung der Spannung des ausgewählten Akkumulators 12 und einem Analog-Digital-Wandler 76. Die Spannungs-Detektiereinheit 72 ermittelt den Spannungswert Vb einer zuvor festgelegten Anzahl von Lithium-Ionen-Akkumulatoren 12 auf der Grundlage des Umschaltbetriebs der Umschalt-Schaltergruppe 74 durch den Spannungs-Detektor 75 und setzt die Spannungswertinformation mit Hilfe des Analog-Digital-Wandlers 76 um, um die umgesetzten Daten zu dem Mikroprozessor MPU zu übertragen. Der Analog-Digital-Wandler 76 wandelt die eingegebenen oder vom Mikroprozessor MPU abgegebenen Datensignale um.
Die Kapazitäts-Detektiereinheit 73 besteht aus einem Kapazitäts-Einstellwiderstand 77 und dazu aus in Reihe geschalteten Widerständen 78, 79 sowie aus einem Kapazitäts-Detektor 80, der mit einem eingangs-/ausgangsseitigem Ende des Kapazität-Einstellwiderstandes 77 verbunden ist. Die Kapazitäts-Detektiereinheit 73 überträgt die Kapazitätsinformation des Akkumulators 12, bezüglich dessen eine Ermittlung durch den Kapazitäts-Detektor 80 erfolgt, zu dem Mikroprozessor MPU. Der Mikroprozessor MPU überträgt das aus der Kapazitätsinformation abgeleitete Steuersignal zu den FET-Transistoren 78, 79, um den Kapazitäts-Einstellwiderstand 77 zur Einstellung der Kapazität der Akkumulatoren 12 zu steuern, der Spannungsschwankungen unterliegt.
Die Kommunikations-Steuereinrichtung 67 ist für den Austausch von internen Signalen verantwortlich, die von den obigen jeweiligen Teilen übertragen werden, und für den Austausch von Steuersignalen mit der Steuereinrichtung über den Übertragungs- bzw. Sende-/Empfangsanschluss 20. Die Kommunikations-Steuereinrichtung 67 konvertiert Daten der Detektier- oder Steuersignale über den Umsetzer, Optokoppler und einem Treiber/Empfänger für den Datenaustausch zwischen dem Mikroprozessor MPU und der Steuereinrichtung.
Die Akkumulator-Vorrichtung 10 weist die oben erwähnte Zell-Steuereinheit 14 auf, um stets die Spannung sowie die Kapazität der acht Akkumulatoren 12 zu überwachen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, um das Akkumulatormodul zu bilden. Falls die Akkumulator-Vorrichtung 10 mit Hilfe der Zell-Steuereinheit 14 feststellt, dass die Spannung eines bestimmten Akkumulators 12 unter einen zuvor festgelegten Spannungswert fällt, gibt sie ein Alarmsignal über die Steuereinrichtung 4 nach außen ab. In dem Hybridwagen 1 wird auf dieses Alarmsignal hin ein Alarmsignal abgegeben oder es wird ein Alarm auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt.
Falls in der Akkumulator-Vorrichtung 10 ein Anforderungsbefehl bezüglich Daten, wie hinsichtlich der Spannung oder Kapazität der Akkumulatoren 12 des Akkumulatormoduls von der Steuereinrichtung 4 an einen Mikroprozessor 61 der Zell-Steuereinheit 41 eingegeben wird, werden die entsprechenden Daten an die Steuereinrichtung 4 abgegeben. Falls die Akkumulator-Vorrichtung 10 mittels der Spannungs-Detektiereinheit 72 das Vorhandensein des Spannungsschwankungen erleidenden Akkumulators 12 ermittelt, wird der Akkumulator 12 mit Hilfe eines von dem Mikroprozessor 61 abgegebenen Steuerungs-Ausgangssignals entladen, um die Spannung durch Mittelung der Spannung abzusenken.
Die Zell-Steuereinheit 14 ist auf die oben beschriebene Konfiguration selbstverständlich nicht beschränkt. Der Zell-Steuereinheit 14 wird über die Messleitung 59 die Spannungsinformation des jeweiligen Akkumulators 12 und des Akkumulatormoduls zugeführt. Der Zell-Steuereinheit 14 wird außerdem von dem Temperatursensor 51 her die Temperaturinformation an einer zuvor festgelegten Position in dem modularen Gehäuse 13 zugeführt. Darüber hinaus besitzt die Zell-Steuereinheit 14 die Funktion zur Übertragung der Information bezüglich der Spannung, Kapazität oder Feuchtigkeit und zum Empfang des Steuersignals von der Steuereinrichtung 4. Damit ist die Zell- Steuereinheit 14 imstande, durch geeignetes Kombinieren dieser Funktionen verschiedene Steuerungsfunktionen auszuführen.
Die Akkumulator-Vorrichtung 10 wird in die Akkumulator-Ladeeinheit 6 ge- bzw. verladen, welche unter dem Boden des Hybridwagens 1 angebracht ist, wie dies oben beschrieben worden ist. Falls der Hybridwagen 1 während des Sommers oder in einem tropischen Bereich fährt, wird er unter der Auswirkung der von der Straßenfläche abgestrahlten Wärme auf eine erhöhte Temperatur aufgewärmt. Wenn der Hybridwagen 1 demgegenüber während des Winters oder in einem kalten Bereich fährt, wird er durch die atmosphärische Luft von niedriger Temperatur beeinflusst. Überdies kann der Hybridwagen 1 während regnerischen Wetters oder unter schlechten Straßenbedingungen mit Wasser überflutet werden. Außerdem können ein harter Schlag oder Vibrationen auf den Hybridwagen unter anhaltendem Fahren mit hoher Geschwindigkeit oder unter schlechten Straßenbedingungen ausgeübt werden.
In der Akkumulator-Vorrichtung 10 müssen die Akkumulatoren 12 oder das Akkumulatormodul durch die Zell-Steuereinheit 14 sogar unter den oben erwähnten extrem schlechten Nutzungsbedingungen zuverlässig überwacht und gesteuert werden. In der Akkumulator-Vorrichtung 10 ist die Zell-Steuereinheit 14 an dem oberen Teil des modularen Gehäuses 13 angebracht und in einer abgedichteten Weise im äußeren Gehäuse 11 aufgenommen. Somit ist die Auswirkung der Strahlungswärme, die von der Straßenfläche zur Zell-Steuereinheit 14 hin übertragen wird, auf die Akkumulator-Vorrichtung 10 unterbunden.
In der Akkumulator-Vorrichtung 10 wurden die folgenden Schlagversuche durchgeführt, um zu bestätigen, dass die erwünschten Eigenschaften der Akkumulator-Vorrichtung 10 sogar unter den oben erwähnten schlechten Betriebsbedingungen aufrecht erhalten werden konnten. Dies heißt, dass ein Vorwärts-Rückwärts-Links-Rechts-Schlagtest mit 30G × 25 ms, ein Vorwärts-Rückwärts-Links-Rechts-Schlagtest bei 70G × 25 ms und ein Falltest mit einer herunterfallenden Stahlkugel mit einem Durchmesser von 50 mm und einem Gewicht von 500 g aus einer Höhe von 200 mm bei vollständig geladenen Zuständen der Akkumulatoren 12 der Akkumulator-Vorrichtung 10 durchgeführt worden. Es wurde bestätigt, dass in der Akkumulator-Vorrichtung 10 die Überwachungs- und Steuerungsoperationen durch die Zell-Steuereinheit 14 bei jedem dieser Schlagtests zuverlässig ausgeführt werden konnten.
Außerdem wurden ein hundert Zyklen umfassender Wärmeschocktest, deren jeder Zyklus aus einem Feuchtigkeits-Standhaltungstest bestand, bei dem die Akkumulator-Vorrichtung 10 eine Stunde lang einer Atmosphäre von 95% relativer Feuchtigkeit bei 60°C ausgesetzt wurde, ein Wasser-Tauchtest bei einer Tiefe von 0 m und ein abwechselndes Aussetzen einer Atmosphäre von –40°C und 70°C mit der Akkumulator-Vorrichtung 10 durchgeführt. Es wurde bestätigt, dass die Überwachungs- und Steuerungsoperationen der Akkumulatoren und des Akkumulatormoduls bei jedem dieser Tests zuverlässig ausgeführt werden konnten.
In der die vorliegende Erfindung verkörpernden Akkumulator-Vorrichtung 10 sind die jeweiligen Zell-Steuereinheiten 14 auf den oberen Flächen des modularen Gehäuses 13, wie oben beschrieben, angebracht. Die vorliegende Erfindung ist indessen auf diese Konfiguration nicht beschränkt, und sie kann beispielsweise bei einer in 18 bis 22 als zweite Ausführungsform dargestellten Akkumulator-Vorrichtung 100 angewandt werden. Gemäß 18 besteht die Akkumulator-Vorrichtung 100 aus einem modularen Gehäuse 101, Seitenabdeckteilen 102, 103, die an den beiden Querseiten 101a, 101b, des betreffenden Gehäuses angebracht sind, und Anschlusseinheiten 104, 105, die an dem Seitenabdeckteil 102 montiert sind. Da die Akkumulator-Vorrichtung 100 in ihrer Grundstruktur bzw. in ihrem Grundaufbau und ihrer Arbeitsweise der oben beschriebenen Akkumulator-Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich ist bzw. dieser entspricht, werden die Komponenten-Einzelteile der Akkumulator-Vorrichtung 100 unterdessen nicht speziell im Einzelnen erläutert.
In dem modularen Gehäuse 101 ist ein Akkumulatorgehäuse eingeschlossen, welches eine Breite besitzt, die etwas kleiner ist als die Länge des Akkumulators 12, und das Anschlussöffnungen 106 zur abwechselnden Freilegung des Plus-Anschlusses 12a und des Minus-Anschlusses 12b der Akkumulatoren 12 zur Außenseite in den vertikalen und horizontalen Richtungen aufweist, wobei die betreffenden Anschlussöffnungen in einer Querseite 101a des betreffenden Gehäuses in vier vertikalen Spalten und in zwölf horizontalen Reihen gebildet sind. Dies ergibt die Gesamtanzahl von 48 Akkumulatoren. Diese Anschlussöffnungen 106 weisen Innendurchmesser auf, die etwas kleiner sind als die Außendurchmesser der Akkumulatoren 12, um die Endflächen der jeweiligen Akkumulatoren 12, welche in dem Akkumulatorgehäuse untergebracht sind, wie in 20 gezeigt, festzuhalten.
Obwohl nicht dargestellt, ist die gegenüberliegende Querseite 101b des modularen Gehäuses 101 offen bzw. geöffnet, so dass das modulare Gehäuse 101 als Akkumulator-Ladeeinheit zum Laden der Akkumulatoren 12 in das Akkumulator-Gehäuse aufgebaut ist. Das modulare Gehäuse 101 enthält die gegenüberliegende Seite des jeweiligen in dem Akkumulatorgehäuse untergebrachten Akkumulators 12. Obwohl nicht dargestellt, ist das Seitenabdeckteil 102 mit Anschlussöffnungen in Ausrichtung zu den Anschlussöffnungen 106 der Querseite 101a gebildet, und zwar zur abwechselnden Freilegung des Plus-Anschlusses 12a und des Minus-Anschlusses 12b der Akkumulatoren 12 zur Außenseite in den vertikalen und horizontalen Richtungen.
In dem modularen Gehäuse 101 sind 48 Akkumulatoren 12 in dem Akkumulatorgehäuse derart aufgenommen, dass der positive bzw. Plus-Anschluss 12a und der negative bzw. Minus-Anschluss 12b abwechselnd durch benachbarte Anschlussöffnungen 106 freigelegt sind. Diese 48 Akkumulatoren 12 sind dadurch in Reihe geschaltet, dass der Plus-Anschluss 12a und der benachbarte Mi nus-Anschluss 12b durch nicht dargestellte Verbindungsplattenteile miteinander verbunden sind. Ein Satz von acht Akkumulatoren bildet ein Akkumulatormodul.
Eine Oberseite 101c des modularen Gehäuses 101 ist zusammen mit dem Lufteinlass- bzw. Luftansaugkanal 107 gebildet, wie dies in 19 veranschaulicht ist. Das modulare Gehäuse 101 ist zusammen mit einer Vielzahl von vorstehenden Bügeln 109 zur Anbringung des Seitenabdeckteiles 102 an der Querseite 101a des betreffenden Gehäuses gebildet. Das modulare Gehäuse 101 ist außerdem zusammen mit einer Vielzahl von vorstehenden Bügeln 110 zur Anbringung des Seitenabdeckteiles 103 an der Querseite 101b des betreffenden Gehäuses gebildet.
Das Seitenabdeckteil 103 liegt vor in Form einer Box bzw. eines Behälters, deren bzw. dessen eine Seite, die der Querseite 101b des modularen Gehäuses 101 zugewandt ist, offen ist, wie dies in 21 und 22 veranschaulicht ist. Eine Innenfläche 103a des Seitenabdeckteiles 103 ist zusammen mit einer Vielzahl von vorstehenden Grundplatten-Befestigungsbolzen 111, wie in 22 veranschaulicht, gebildet. Diese Grundplatten-Befestigungsbolzen 111 werden zur Anbringung von sechs Zell-Steuereinheiten 14 verwendet, wie dies nachstehend erläutert wird. Obwohl nicht im Einzelnen dargestellt, weist jeder Grundplatten-Befestigungsbolzen 111 ein Grundteil mit einem größeren Durchmesser auf, welches zusammen mit einem Pass-Schmelzteil mit einem verminderten Durchmesser gebildet ist.
An dem Seitenabdeckteil 103 sind die Zell-Steuereinheiten 14 dadurch angebracht, dass die Pass-Schmelzteile in Passöffnungen 64 eingreifen, welche an den vier Ecken der Schaltungsplatine 60 gebildet sind, und dass die distalen Enden der Pass-Schmelzteile, wie in 21 und 22 veranschaulicht, geschmolzen werden. Die Zell-Steuereinheiten 14 sind in drei horizontalen Reihen und zwei vertikalen Spalten angeordnet, wie dies in 21 gezeigt ist. Jede Zell-Steuereinheit 14 ist mittels der Messleitung 59 mit acht Akkumulatoren 12 verbunden, die das Akkumulatormodul bilden.
Das Seitenabdeckteil 103 ist an der Querseite 101b des modularen Gehäuses 101 in einem Zustand befestigt, in welchem die Zell-Steuereinheit 14 an dessen Innenfläche angebracht und durch die Messleitungen 59 mit zuvor festgelegten Akkumulatoren 12 verbunden ist. Das Seitenabdeckteil 103 ist an dem modularen Gehäuse 101 durch nicht dargestellte Kopfschrauben befestigt. Andere Komponenten sind in einer entsprechenden Weise an dem modularen Gehäuse 101 der Akkumulator-Vorrichtung 100 montiert.
Entsprechend der Akkumulator-Vorrichtung 10 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Akkumulator-Vorrichtung 100 in die unter dem Boden des Hybridwagens 1 angebrachte Batterie-Ladeeinheit 6 geladen. Wenn der Hybridwagen 1 mit hoher Geschwindigkeit über eine lange Zeit oder auf einer schlechten Strasse fährt, ist der Hybridwagen 1 starken Schlägen oder Vibrationen ausgesetzt. Diese Schläge oder Vibrationen wirken in der vertikalen Richtung auf die horizontal platzierte Akkumulator-Vorrichtung 100.
Die Akkumulator-Vorrichtung 100 ist an der Innenfläche des Seitenabdeckteiles 103 angebracht, durch welches die Zell-Steuereinheit 14 an der Querseite 101b des modularen Gehäuses 101 montiert ist. Anders ausgedrückt heißt dies, dass die Zell-Steuereinheit 14 an einer Position quer zur Wirkrichtung der starken Schläge oder Vibrationen angebracht ist. Somit wird die Akkumulator-Vorrichtung 100 von nachteiligen Auswirkungen durch Vibrationen, die auf den Montage- bzw. Anbringungsteil der Zell-Steuereinheit 14 ausgeübt werden, abgehalten, womit spezielle Anti-Vibrationsanordnungen eliminiert sind. Es sei darauf hingewiesen, dass bezüglich der Akkumulator-Vorrichtung 100 Vibrationstests in jeder der horizontalen Vorwärts-Rückwärts- und Links-Rechts-Richtungen mit einer Belastung von 1,5 G und in der Aufwärts- und Abwärts-Richtung mit einer Belastung von 2,5 G durchgeführt wurden, und zwar mit einer Ablenkrate von 10 Hz bis 100 Hz, wobei die Häufigkeit der Vibrationstests in jeder Richtung 107 betrug. Es wurde bestätigt, dass die Überwachungs- und Steuerungsoperationen durch die Zell-Steuereinheit 14 bezüglich der Akkumulatoren 12 zuverlässig ausgeführt werden konnten.
Die vorliegende Erfindung ist auf die in der ersten Ausführungsform gezeigte Akkumulator-Vorrichtung 10 oder auf die in der zweiten Ausführungsform gezeigte Akkumulator-Vorrichtung 100 nicht beschränkt. Obwohl die Zell-Steuereinheit 14 so ausgelegt ist, dass sie die Überwachungs- und Steuerungsoperationen bezüglich des aus acht Akkumulatoren bestehenden Akkumulatormoduls ausführt, ist es möglich, die Überwachungs- und Steuerungsoperationen bezüglich eines Akkumulatormoduls auszuführen, welches aus einer größeren Anzahl von Modulen besteht. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung nicht nur bei dem Hybridwagen 1, wie oben beschrieben, angewandt werden, sondern sie kann auch bei anderen mobilen Systemen, wie bei elektrischen Fahrzeugen, Schiffen, welche die Akkumulatoren tragen, oder bei unbemannten Forschungseinrichtungen angewandt werden.

Claims

Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper, mit einem modularen Gehäuse (13A, 13B) aus Kunstharz, das in einem äußeren Gehäuse (11) eingeschlossen ist, wobei das betreffende modulare Gehäuse (13A, 13B) eine große Anzahl von Anschlussöffnungen (29, 42) auf seinen beiden Querseiten aufweist, mit einer großen Anzahl von Sekundärbatterien bzw. Akkumulatoren (12), die in das modulare Gehäuse (13A, 13B) geladen sind, wobei positive bzw. Plus-Elektrodenanschlüsse (12a) und negative bzw. Minus-Elektrodenanschlüsse (12b) abwechselnd in benachbarten Anschlussöffnungen (29, 42) des modularen Gehäuses (13A, 13B) angeordnet sind, wobei die betreffenden Akkumulatoren (12) miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei eine zuvor festgelegte Anzahl der Akkumulatoren als Akkumulatormodul zusammengruppiert ist und wobei die betreffenden Akkumulatoren eine Vielzahl derartiger Akkumulatormoduln bilden, mit einer Vielzahl von Zell-Steuereinheiten (14A bis 14F), die der Anzahl der Akkumulatormodule der Akkumulatoren (12) entspricht, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) zumindest einen Mikroprozessor (61), Schaltungselemente und Elektronik-Komponenten enthält, die auf einer Schaltungsplatine (60) untergebracht sind, um ein Steuersignal bereitzustellen, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) mit einer mit dem jeweiligen Akkumulator (12) verbundenen Messleitung verbunden ist, wobei die genannten Zell-Steuereinheiten (14A bis 14F) jeweils die Funktionen der Ermittlung und Steuerung der Spannung des jeweiligen Akkumulatormoduls und des jeweiligen Ak kumulators (12) sowie der Eingabe/Abgabe des Steuersignals von der Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) besitzen, und wobei das äußere Gehäuse (11) aus einem Kunstharzmaterial in zumindest zwei Gehäusehälften (11A, 11B) aufgeteilt ist und einen Gehäuseraum zur Aufnahme der genannten modularen Gehäuse im zusammengebauten Zustand der Gehäusehälften (11A, 11B) festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zell-Steuereinheiten (14A bis 14F) jeweils die Funktion der Ermittlung der Feuchtigkeit in dem äußeren Gehäuse (11) aufweisen, dass die Plus-Elektrodenanschlüsse (18) und die Minus-Elektrodenanschlüsse (19) der genannten Gruppen von Akkumulatoren (12) sowie die Eingabe/Abgabe-Anschlüsse (20) der genannten Zell-Steuereinheiten (14A bis 14F) in dem genannten äußeren Gehäuse (11) vorgesehen sind, dass das genannte modulare Gehäuse (13A, 13B), welches die genannten Akkumulatoren (12) enthält und auf deren jedem die genannten Zell-Steuereinheiten (14A bis 14F) zusammengebaut sind, in dem genannten Gehäuseraum zur Bildung einer alles enthaltenden Einheit untergebracht ist und dass die genannten Schaltungsplatinen (60) der Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) an einem blockförmigen Anbringungsteil (31, 43/111) angebracht sind, der an dem modularen Gehäuse (13A, 13B) derart gebildet ist, dass ein Zwischenraum zwischen den Schaltungsplatten (60) und dem modularen Gehäuse (13A, 13B) abgegrenzt ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) an einer Seite des genannten modularen Gehäuses (13A, 13B) entsprechend einer oberen Seite angebracht ist, wenn die Akkumulatorvorrichtung in bzw. auf das fahrbare Gerät geladen wird bzw. ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) auf einer Seite des betreffenden modularen Gehäuses (13A, 13B) entsprechend einer Querseite längs der Höhenrichtung angebracht ist, wenn die Akkumulatorvorrichtung in bzw. auf das fahrbare Gerät geladen wird bzw. ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei der Mikroprozessor (61) in jeder Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) an der betreffenden Zell-Steuereinheit an einer seitlich versetzten Stelle in Bezug auf die Schwerpunktsposition angebracht ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) in Stellung montiert ist, indem ein Halterungs-Verschmelzungsteil (31b), der aufrecht an einem Anbringungsteil festgelegt ist, welcher an dem modularen Gehäuse (13A, 13B) gebildet ist, in einer Anbringungsöffnung (64) eingebaut ist, die in der Schaltungsplatine (60) gebildet ist, und dass der betreffende Halterungs-Verschmelzungsteil (31b) thermisch geschmolzen wird bzw. ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei jede Zell-Steuereinheit (14A bis 14F) mittels eines Schub- bzw. Druckstiftes (11a), welcher an der Innenfläche des äußeren Gehäuses (11) vorstehend gebildet ist, zu dem modularen Gehäuse (13A, 13B) hin geschoben bzw. gedrückt wird, wenn das modulare Gehäuse (13A, 13B) in dem genannten Gehäuseraum des äußeren Gehäuses (11) untergebracht ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei der betreffende Akkumulator (12) ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist.
Akkumulatorvorrichtung zum Laden in bzw. auf einen fahrbaren Körper nach Anspruch 1, wobei das äußere Gehäuse (11) mit einem Lufteinlasskanal (15) zur Aufnahme von Luft für eine Kühlung der Akkumulatoren (12) und mit einem Luftauslasskanal (16) zur Abfuhr von Luft versehen ist, die durch den Lufteinlasskanal (15) aufgenommen ist und die durch den Gehäusezwischenraum zur Kühlung der Akkumulatoren (12) zirkuliert ist.