JP2012507113A - ポートスクリューを伴った冷却マニホールドを有するバッテリーモジュール及びバッテリーモジュールを冷却する方法 - Google Patents

Abstract

冷却マニホールドを有するバッテリーモジュールが提供される。バッテリーモジュールは、複数の熱交換器を有する複数のバッテリーセルアッセンブリを含む。バッテリーモジュールは、更に、延伸している第一入口開口部、及び、延伸している第一複数の出口開口部を有する第一冷却マニホールドを含む。バッテリーモジュールは、更に、第一複数の出口開口部を介して配置され、且つ、複数の熱交換器を第一冷却マニホールドに流動的及び物理的に結合するように構成された第一複数のポートスクリューを含む。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００８年６月３０日に出願された係属中の一部継続米国特許Ｎｏ.１２／１６４６２７であり、その内容は、その全てを参照することにより本明細書に包含する。

技術背景

本出願は、一般に、ポートスクリュー（ネジ、ビス）を伴った冷却マニホールドを有するバッテリーモジュール、及び、そのバッテリーモジュールを冷却する方法に関する。

発明の背景

バッテリーパックは、使用中、熱を発生する。バッテリーパックの劣化を防ぐために、バッテリーパックを冷却すべきである。しかし、既存の冷却システムは、バッテリーパックにおけるバッテリーセルを均一に冷却しないことがある。本発明者等は、バッテリーパックにおけるバッテリーセルが、均一に冷却されない場合、バッテリーセルが、異なった出力電圧を含め、望ましくない、異なった駆動特性を有することを認識した。

従って、本発明者等は、上述した欠陥を除去し、及び／又は、減らす冷却マニホールドを有するバッテリーモジュールの必要性を認識した。

一の実施態様によれば、バッテリーモジュールが提供される。バッテリーモジュールは、複数の熱交換器を有する複数のバッテリーセルアッセンブリを有する。バッテリーモジュールは、延伸している第一入口開口部を有する第一冷却マニホールド、及び延伸している第一複数の出口開口部を更に含む。バッテリーモジュールは、第一複数の出口開口部を介して配置され、及び、複数の熱交換器を第一冷却マニホールドに流動的且つ物理的に結合するように構成される第一複数のポートスクリューを更に含む。

別の実施態様によれば、バッテリーモジュールを冷却する方法が提供される。バッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルアッセンブリ、及び第一冷却マニホールドを有する。複数のバッテリーセルアッセンブリは、複数の熱交換器を有する。この方法は、第一冷却マニホールドの第一入口開口部を介して（通じて）、第一冷却マニホールドの中に流体を送ることを含む。第一冷却マニホールドは、延伸している第一複数の出口開口部を更に含む。この方法は、第一複数の出口開口部を介して（通じて）配置される第一複数のポートスクリューを介して、バッテリーセルアッセンブリの複数の熱交換器にその流体を送ることを更に含み、複数のバッテリーセルアッセンブリを冷却する。

図１が、一の実施態様に従ったバッテリーモジュールを冷却するシステムの図表である。 図２が、別の実施態様に従ったバッテリーモジュールの図である。 図３が、図２のバッテリーモジュールにおいて利用されたバッテリーセルアッセンブリの分解図である。 図４が、図２のバッテリーモジュールの概略断面図である。 図５が、図２のバッテリーモジュールにおいて利用された冷却マニホールドの分解図である。 図６が、図５の冷却マニホールドのマニホールド部分の図である。 図７が、図５の冷却マニホールドのマニホールド部分の別の図である。

発明の詳細な説明

図１により、バッテリーモジュール１６を冷却するシステム１０を説明する。システム１０は、タンク１２、ポンプ１４、及び、導管１７、１８と１９を含む。タンク１２は、その中に流体が入る。ポンプ１４は、導管１７を経て（介して、通じて）タンク１２から流体を送る。その後、ポンプ１４は、導管１８を経てバッテリーモジュール１６の中に流体を送る。バッテリーモジュール１６は、以下詳細に説明される、冷却マニホールド４０、熱交換器、及び、冷却マニホールド４２を含む。冷却マニホールド４０が、バッテリーモジュール１６における各熱交換器の各々に流動的に結合された各ポートスクリューを介して実質的に等しい流体の流量を提供するように構成され、該モジュール内のバッテリーセルが、バッテリーセルから除去された実質的に等しい熱エネルギー量を有する。従って、バッテリーモジュール１６におけるバッテリーセル全てが、実質的に同じ温度で維持され、その結果、バッテリーセルが出力電圧を含む均一な操作特性を有する。冷却マニホールド４２は、熱交換器に流動的に結合されたポートスクリューを介して、バッテリーモジュール１６における熱交換器から加熱流体を受容し、及び導管１９を介して（通じて）その加熱流体をタンク１２に送り返す。バッテリーセルアッセンブリは、該アッセンブリの中のバッテリーセルを有するハウジングとして定義される。バッテリーモジュールは、物理的又は電気的に共に結合された少なくとも二のバッテリーセルアッセンブリとして定義される。

図２によれば、バッテリーモジュール１６は、バッテリーセルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６、及び、冷却マニホールド４０と４２を含む。バッテリーセルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６が、実質的に類似した構造を有するので、バッテリーセルアッセンブリ２０だけを以下詳細に説明する。図３によれば、バッテリーセルアッセンブリ２０は、骨組部材６０、バッテリーセル６２、固定部材６４、バッテリーセル６６、骨組部材６８、固定部材７０、熱交換器７２、バッテリーセル７４、及び、骨組部材７６を含む。骨組部材６０と６８は、該部材の間のバッテリーセル６２、固定部材６４、及びバッテリーセル６６を支えるために提供される。骨組部材６８と７６は、該部材の間の固定部材７０、熱交換器７２、及びバッテリーセル７４を支えるために提供される。一の実施態様において、バッテリーセル６２、６６，７４は、リチウムイオンバッテリセルである。操作の間、冷却マニホールドは、熱交換器７２を介して、流体の既定の流量を提供し、熱交換器７２に熱的に結合されるバッテリーセル６２、６６と７４から熱エネルギーが取り除かれ、バッテリーセル６２、６６と７４が、実質的に同じ温度で維持される。

図４と図５によれば、冷却マニホールド４０の構造を正に説明する。冷却マニホールド４０は、マニホールド部分８０、ポートスクリュー８２、８４のような複数のポートスクリュー、カバープレート８６、ガスケット８８、及び、Ｏリング８９のような複数のＯ-リングを含む。

マニホールド部分８０は、周壁９０、周壁９０に結合された後壁９２、及び後壁９２に結合された分流器９４を含む。一の実施態様において、マニホールド部分８０は、プラスチックで構成される。当然、別の実施態様において、マニホールド部分８０が、スチール、セラミック、又は金属合金等、他の物質で構成することもありえる。周壁９０は、前端１１０と後端１１２を含む。更に、周壁９０は、延伸している開口部１１４を伴った最上部を有する。開口部１１４は、ポンプ１４（図１に示された）から流体を受容する。更に、周壁９０は、カバープレート８６をマニホールド部分８０に結合するため、該壁内の取り付けようスクリューを受容する周壁９０の前端１１０の中に伸びる複数のスクリュー開口部１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２、１６４を含む。

図６と図７によれば、後壁９２は、該壁を介してポートスクリューを受容するために、延伸している出口開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６を含む。ポートスクリューが、冷却マニホールド４０の内部領域から、バッテリーセルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６各々に流体を送る。注目すべきは、ポートスクリュー８２、８４だけが示されているが、開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６の各々は、延伸している対応するポートスクリューを有する。図２、図６及び図７に関して、開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６を介して伸びるポートスクリューは、バッテリーセルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６各々における、開口部２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４と２９６各々に受容される。開口部２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４、２９６は、バッテリーモジュール１６における各熱交換器と流動的につながっている。ポートスクリューが実質的に類似した構造を有しているので、ポートスクリュー８２の構造だけを説明する。とりわけ、図５に関して、ポートスクリュー８２は、頭部２３０、スクリュー部分２３２、及び頭部２３０とスクリュー部分２３２の両方を介して（通じて）伸びる開口部２３４を含む。従って、ポートスクリューは、バッテリーモジュール１６における冷却マニホールド４０の内部領域と熱交換器の間の流体輸送を可能にする。一の実施態様において、ポートスクリューはスチールで構成される。当然、ポートスクリューを構成する他の物質が検討される。

図６によれば、分流器９４は、後壁９２に結合され、及び、後壁９２から周壁９０の前端１１０に向かって伸びる。分流器９４は、入口開口部１１４の下に配置される。分流器９４は、入口開口部１１４から流体を受容し、及びその流体を分流するように構成され、流体の実質的に等しい流量が、出口開口部１８０、１８２、１８４、１８６、１８８、１９０、１９２、１９４と１９６を介して（通じて）、バッテリーセルアッセンブリ２０、２２、２４、２６、２８、３０、３２、３４と３６各々における各熱交換器まで得られ、バッテリーセルアッセンブリを均一に冷却する。一の実施態様において、分流器９４は、互いに間隔をあけてプレート２１０の最上部表面に溝２１２、２１４、２１６を伴ったプレート２１０を含む。溝２１２、２１４、２１６は、後壁９２に最も近いプレート２１０の端からカバープレート８６に向かって伸びる。更に、一の実施態様において、各出口開口部を介して（通じて）得られる流体の流量が、第一流量の±５％以内であるように、分流器９４は構成される。

図５によれば、カバープレート８６は、周壁９０の前端１１０に結合される。一の実施態様において、カバープレート８６は、プラスチックで構成される。当然、別の実施態様において、カバープレート８６が、スチール、セラミック、又は金属合金等の他の物質で構成することもあってよい。一の実施態様において、カバープレート８６は、延伸している開口部２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２、２６４を含む。ボルト３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２と３１４は、カバープレート８８の開口部２５０、２５２、２５４、２５６、２５８、２６０、２６２と２６４各々、及びマニホールド部分８０の開口部１５０、１５２、１５４、１５６、１５８、１６０、１６２と１６４各々を介して伸び、カバープレート８８をマニホールド部分８０に結合する。

図１と図２によれば、冷却マニホールド４２は、冷却マニホールド４０と実質的に類似した構造を有する。冷却マニホールド４２は、バッテリーモジュール１６のバッテリーセルアッセンブリにおける熱交換器から加熱流体を受容し、導管１９を経て、その加熱流体をタンク１２に戻す。

バッテリーモジュール１０及びそのバッテリーモジュールを冷却する方法は、他のバッテリーモジュール及び方法と比べてかなりの利点を提供する。とりわけ、このバッテリーモジュールと方法は、ポートスクリューを利用する技術的効果を提供し、流動的及び物理的に冷却マニホールドをバッテリーモジュールにおける熱交換器に結合して、その熱交換器に流体を送り、バッテリーモジュールを冷却する。

本発明は、実施態様を参照して説明されたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ、同等物が本発明の要素に代用されることを理解するだろう。更に、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、特別な状況又は材料を、本発明の教示に適応させるために、多くの修正が行われてもよい。従って、本発明は、本発明を行うために公開された特別な実施態様に限定されるつもりはないが、本発明が添付の特許請求の範囲の範囲内にある全ての実施態様を含むことを目的としている。更に第一、第二等の用語の使用は、ある要素を別の要素と区別するために使用される。更に、a、an等の用語の使用は、量の限定を示すのではなく、むしろ言及された項目の少なくとも一つの存在を示す。

Claims (8)

1. バッテリーモジュールであって、
   複数のバッテリーセルアッセンブリと、第一冷却マニホールドと、及び第一複数のポートスクリューとを備えてなり、
   前記複数のバッテリーセルアッセンブリが、複数の熱交換器を有してなり、
   前記第一冷却マニホールドが、延伸している第一入口開口部と、及び延伸している第一複数の出口開口部とを有してなり、及び
   前記第一複数のポートスクリューが、前記第一複数の出口開口部を介して配置され、且つ、前記複数の熱交換器を前記第一冷却マニホールドに流動的及び物理的に結合するよう構成されてなる、バッテリーモジュール。
2. 第二冷却マニホールドと、及び第二複数のポートスクリューとを更に備えてなり、
   前記第二冷却マニホールドが、延伸している第一複数の入口開口部と、及び延伸している第一出口開口部とを有してなり、
   前記第二複数のポートスクリューが、前記第一複数の入口開口部を介して配置され、且つ、前記複数の熱交換器を前記第二冷却マニホールドに流動的及び物理的に結合するよう構成されてなる、請求項１のバッテリーモジュール。
3. 前記第一複数のポートスクリューの各スクリューが、スクリュー部分に結合された頭部、及び、前記頭部及び前記スクリュー部分の両方を通じて延びる開口部を有してなる、請求項１のバッテリーモジュール。
4. 前記第一複数のポートスクリューの各スクリューが、スチールで構成されてなる、請求項１のバッテリーモジュール。
5. 前記第一冷却マニホールドが、プラスチックで構成されてなる、請求項１のバッテリーモジュール。
6. 各バッテリーセルアッセンブリが、バッテリーセルを有してなる、請求項１のバッテリーモジュール。
7. バッテリーモジュールを冷却する方法であって、
   前記バッテリーモジュールが、複数のバッテリーセルアッセンブリと、及び第一冷却マニホールドを有してなり、
   前記複数のバッテリーセルアッセンブリが、複数の熱交換器を有してなり、
   前記方法が、
   前記第一冷却マニホールドの第一入口開口部を通じて、前記第一冷却マニホールドの中に、流体を送り、及び
   前記第一冷却マニホールドが、延伸している第一複数の出口開口部を更に有してなるものであり、
   前記第一複数の出口開口部を介して配置された第一複数のポートスクリューを通じて、前記バッテリーセルアッセンブリの前記複数の熱交換器に、前記流体を送ることを含んでなり、方法。
8. 第二冷却マニホールドの第一複数の入口開口部を介して配置された第二複数のポートスクリューを通る前記複数の熱交換器から、前記第二冷却マニホールドの中に、前記流体を送ること、且つ、
   前記第二冷却マニホールドの第一出口を通じて、前記流体を送ることを更に含んでなる、請求項７に記載の方法。

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