JP2012531007A - バッテリシステム、バッテリモジュール、およびバッテリモジュールを冷却するための方法 - Google Patents

バッテリシステム、バッテリモジュール、およびバッテリモジュールを冷却するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、バッテリシステム、バッテリモジュール、およびバッテリモジュールを冷却するための方法を提供する。バッテリモジュールは、第１のバッテリセルおよび第１のパネル部分と同様に、第１のパネル部分の第１および第２の端部にそれぞれ位置する第１および第２のレール部分を有する第１の冷却フィンを備える。第１のバッテリセルは、第１のパネル部分の第１の側の表面に隣接して位置する。第１および第２のレール部分は、第１のパネル部分より厚い。第１の冷却フィンは、第１のバッテリセルから第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導し、それによって、第１のバッテリセルを冷却する。バッテリモジュールは、第１および第２のレール部分をそれぞれ通って延在し、内部を通って流れる流体を収容し、第１の冷却フィンから流体に熱エネルギーを伝導する、第１および第２の導管のパイプをさらに備える。

Description

本出願は、バッテリシステム、バッテリモジュール、およびバッテリモジュールを冷却するための方法に関する。
典型的な空冷式バッテリパックでは、周囲大気からの周囲空気が、バッテリパック内のバッテリセル全体に向けられ、その後、バッテリパックから排気される。しかしながら、典型的な空冷式バッテリパックは、バッテリパックの温度を所望の温度範囲内に維持する点で、大きな課題を抱えている。
具体的には、バッテリセルの最高動作温度が、バッテリを冷却するために利用される周囲空気の温度よりしばしば低くなることがある。この状況では、空冷式バッテリパック内で、バッテリセルを所望の温度範囲内に維持することは不可能である。
したがって、本明細書の発明者らは、上述の欠点を最小化かつ／または除去する、バッテリモジュールおよびバッテリモジュールを冷却するための方法を有する、改良されたバッテリシステムが求められていると理解している。
例示的な実施形態によるバッテリモジュールが、提供される。バッテリモジュールは、第１のバッテリセルを含む。バッテリモジュールは、第１のパネル部、ならびに、第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する第１の冷却フィンをさらに含む。第１のバッテリセルは、第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置される。第１および第２のレール部は、第１のパネル部より大きな厚さを有する。第１の冷却フィンは、第１のバッテリセルを冷却するように第１のバッテリセルから第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導する。バッテリモジュールは、第１の冷却フィンの第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在する第１および第２の導管であって、第１の冷却フィンから流体に熱エネルギーを伝導するように、その第１および第２の導管を通って流れる流体を受け取る、第１および第２の導管をさらに含む。
別の例示的な実施形態によるバッテリシステムが、提供される。バッテリシステムは、第１のバッテリセル、第１の冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有するバッテリモジュールを含む。第１の冷却フィンは、第１のパネル部、ならびに、第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する。第１のバッテリセルは、第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置される。第１および第２のレール部は、第１のパネル部より大きな厚さを有する。第１の冷却フィンは、第１のバッテリセルを冷却するように第１のバッテリセルから第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導する。第１および第２の導管は、第１の冷却フィンの第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在し、第１の冷却フィンから冷媒(refrigerant)に熱エネルギーを伝導するように、第１および第２の導管を通って流れる冷媒を受け取る。バッテリシステムは、バッテリモジュールの第１および第２の導管に流体結合される凝縮器をさらに含む。凝縮器は、バッテリモジュールの第１および第２の導管から冷媒を受け取り、冷媒から熱エネルギーを抽出するように構成される。バッテリシステムは、凝縮器に流体結合され、凝縮器から冷媒を受け取るように構成される圧縮器をさらに含む。圧縮器は、バッテリモジュールの第１および第２の導管にさらに流体結合される。圧縮器は、凝縮器から第１および第２の導管に冷媒をポンピングするように構成される。
別の例示的な実施形態によるバッテリシステムが、提供される。バッテリシステムは、第１のバッテリセル、第１の冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有するバッテリモジュールを含む。第１の冷却フィンは、第１のパネル部、ならびに、第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する。第１のバッテリセルは、第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置される。第１および第２のレール部は、第１のパネル部より大きな厚さを有する。第１の冷却フィンは、第１のバッテリセルを冷却するように第１のバッテリセルから第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導する。第１および第２の導管は、第１の冷却フィンの第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在し、第１の冷却フィンから冷却剤(coolant)に熱エネルギーを伝導するように、第１および第２の導管を通って流れる冷却剤を受け取る。バッテリシステムは、バッテリモジュールに流体結合される熱交換器をさらに含む。熱交換器は、バッテリモジュールから冷却剤を内部に受け取り、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出するように構成される。バッテリシステムは、熱交換器に流体結合される冷却板をさらに含む。冷却板は、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出するように構成される。バッテリシステムは、冷却板とポンプとの間に流体結合される貯蔵器をさらに含む。貯蔵器は、冷却板から冷却剤を受け取り、冷却剤をポンプに経路設定するように構成される。ポンプは、バッテリモジュールの第１および第２の導管にさらに流体結合される。ポンプは、貯蔵器から第１および第２の導管に冷却剤をポンピングするように構成される。
別の例示的な実施形態によるバッテリモジュールを冷却するための方法が、提供される。バッテリモジュールは、バッテリセル、冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有する。冷却フィンは、パネル部、ならびに、パネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する。バッテリセルは、パネル部の第１の側面に隣接して配置される。第１および第２のレール部は、パネル部より大きな厚さを有する。この方法は、バッテリセルを冷却するように、バッテリセルから、バッテリセルの第１の側面に配置される冷却フィンのパネル部に熱エネルギーを伝導するステップを含む。この方法は、パネル部から、冷却フィンの第１および第２のレール部に熱エネルギーを伝導するステップをさらに含む。この方法は、第１および第２のレール部から、冷却フィンの第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在する第１および第２の導管にそれぞれ熱エネルギーを伝導するステップをさらに含む。この方法は、第１および第２の導管内に流体を受け取り、第１および第２の導管から流体に熱エネルギーを伝導するステップをさらに含む。
別の例示的な実施形態によるバッテリモジュールが、提供される。バッテリモジュールは、円筒形バッテリセルを含む。バッテリモジュールは、管状部、および管状部に結合される積層箱形部(laminated box-shaped portion)を有する冷却フィンをさらに含む。管状部は、円筒形バッテリセルの一部を取り囲むように構成される。冷却フィンは、バッテリセルを冷却するようにバッテリセルから冷却フィンに熱エネルギーを伝導する。バッテリモジュールは、冷却フィンの積層箱形部を通って延在する導管であって、冷却フィンから流体に熱エネルギーを伝導するように、その導管を通って流れる流体を受け取る導管をさらに含む。
例示的な実施形態によるバッテリシステムの概略図である。 別の例示的な実施形態による図１のバッテリシステムで利用されるバッテリモジュールの概略図である。 図２のバッテリモジュールの上部の概略図である。 図２のバッテリモジュールの底部の概略図である。 図２のバッテリモジュールで利用される冷却フィンの概略図である。 図５の冷却フィンの第１の側面の概略図である。 図５の冷却フィンの第２の側面の概略図である。 図５の冷却フィンで利用されるレール部の一部の拡大概略図である。 図５の冷却フィンで利用されるレール部の一部の別の拡大概略図である。 別の例示的な実施形態による図１のバッテリシステムでの、バッテリモジュールを冷却するための方法のフローチャートである。 別の例示的な実施形態によるバッテリシステムの概略図である。 別の例示的な実施形態による図１１のバッテリシステムでの、バッテリモジュールを冷却するための方法のフローチャートである。 別の例示的な実施形態による図１１のバッテリシステムでの、バッテリモジュールを冷却するための方法のフローチャートである。 別の例示的な実施形態による別のバッテリモジュールの概略図である。 図１４のバッテリモジュールの上面の概略図である。 図１４のバッテリモジュールで利用される冷却フィンの概略図である。 図１４のバッテリモジュールの別の概略図である。
図１を参照すると、例示的な実施形態による電力を発生させるためのバッテリシステム１０が示されている。バッテリシステム１０は、バッテリモジュール２０、圧縮器２２、凝縮器２４、導管２８、３０、３２、温度センサ３６、ファン３８、およびマイクロプロセッサ４０を含む。バッテリモジュール２０の利点は、バッテリモジュール２０が、バッテリセルを効果的に冷却するように、パネル部およびレール部の両方を有する冷却フィンを利用し、バッテリセルからバッテリモジュール２０に熱エネルギーを伝導するということである。
理解のために、「流体」という用語は、液体または気体のいずれかを意味する。例えば、流体は、冷却剤または冷媒のいずれかを含むことができる。例示的な冷却剤は、エチレングリコールおよびプロピレングリコールを含む。例示的な冷媒は、Ｒ−１１、Ｒ−１２、Ｒ−２２、Ｒ−１３４Ａ、Ｒ−４０７ＣおよびＲ−４１０Ａを含む。
図２〜４を参照すると、別の例示的な実施形態による、内部で電圧を発生させるためのバッテリモジュール２０が提供されている。バッテリモジュール２０は、バッテリセル６０、６２、６４、冷却フィン７０、７２、７４および導管８０、８２、８４、８６を含む。
バッテリセル６０は、動作電圧を発生させるために設けられる。バッテリセル６０は、本体部９０、周辺延在部９２、および電極９４、９６を含む。本体部９０は、全体的に長方形の形状であり、周辺延在部９２が、本体部９０の周辺近くに延在する。例示的な実施形態では、電極９４、９６は、バッテリセル６０の上部から延在し、動作電圧がそれらの間で発生する。
バッテリセル６２は、動作電圧を発生させるために設けられる。バッテリセル６２は、本体部１００、周辺延在部１０２、および電極１０４、１０６を含む。本体部１００は、全体的に長方形の形状であり、周辺延在部１０２が、本体部１００の周辺近くに延在する。例示的な実施形態では、電極１０４、１０６は、バッテリセル６２の上部から延在し、動作電圧がそれらの間で発生する。
バッテリセル６４は、動作電圧を発生させるために設けられる。バッテリセル６４は、本体部１１０、周辺延在部１１２、および電極１１４、１１６を含む。本体部１１０は、全体的に長方形の形状であり、周辺延在部１１２が、本体部１１０の周辺近くに延在する。例示的な実施形態では、電極１１４、１１６は、バッテリセル６４の上部から延在し、動作電圧がそれらの間で発生する。
ある例示的な実施形態では、各バッテリセルは、リチウムイオンバッテリセルである。代替の実施形態では、バッテリセルは、例えば、ニッカドバッテリセルまたはニッケル水素バッテリセルであってもよい。当然ながら、当業者に知られている他のタイプのバッテリセルも利用可能である。
冷却フィン７０、７２、７４は、バッテリセル６０、６２、６４を冷却するために、バッテリセル６０、６２、６４から冷却フィン７０、７２、７４に熱エネルギーを伝導するために設けられる。具体的には、冷却フィン７０、７２、７４は、バッテリセルを所望の温度範囲内に維持することができ、具体的には、バッテリセルをしきい値温度レベルより低い温度に維持することができる。ある例示的な実施形態では、所望の温度範囲は、１５℃〜３５℃である。別の例示的な実施形態では、しきい値温度レベルは４０℃である。
図２、３、８および９を参照すると、冷却フィン７０は、パネル部１３０およびレール部１３２、１３４を含む。パネル部１３０は、長方形の形状であり、レール部１３２、１３４は、パネル部１３０の第１および第２の端部にそれぞれ配置される。さらに、レール部１３２、１３４の厚さは、パネル部１３０の厚さより大きい。冷却フィン７０は、銅およびアルミニウムの少なくとも１つから構成され得る。さらに、レール部１３２、１３４の構造は、相互に実質的に同様であるので、レール部１３２の構造のみを、以下でより詳細に説明する。レール部１３２は、相互の上部に折り畳まれる折畳部１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４、１７６から構成される。図示のように、冷却フィン７０のパネル部１３０の第１の側面は、バッテリセル６０から冷却フィン７０に熱エネルギーを伝導するように、バッテリセル６０に接して配置される。さらに、パネル部１３０の第２の側面は、バッテリセル６２から冷却フィン７０に熱エネルギーを伝導するように、バッテリセル６２に接して配置される。
冷却フィン７２は、パネル部１８０およびレール部１８１、１８２を含む。パネル部１８０は、長方形の形状であり、レール部１８１、１８２は、パネル部１８０の第１および第２の端部にそれぞれ配置される。さらに、レール部１８１、１８２の厚さは、パネル部１８０の厚さより大きい。冷却フィン７２は、熱伝導性金属のような任意の熱伝導性材料から構成され得る。例えば、冷却フィン７２は、銅およびアルミニウムの少なくとも１つから構成され得る。さらに、レール部１８１、１８２の構造は、上記で考察したレール部１３２の構造と同様である。図示のように、冷却フィン７２のパネル部１８０の第１の側面は、バッテリセル６２から冷却フィン７２に熱エネルギーを伝導するように、バッテリセル６２に接して配置される。さらに、パネル部１８０の第２の側面は、バッテリセル６４から冷却フィン７２に熱エネルギーを伝導するように、バッテリセル６４に接して配置される。
冷却フィン７４は、パネル部１８５およびレール部１８６、１８７を含む。パネル部１８５は、長方形の形状であり、レール部１８６、１８７は、パネル部１８５の第１および第２の端部にそれぞれ配置される。さらに、レール部１８６、１８７の厚さは、パネル部１８５の厚さより大きい。冷却フィン７４は、熱伝導性金属のような任意の熱伝導性材料から構成され得る。例えば、冷却フィン７４は、銅およびアルミニウムの少なくとも１つから構成され得る。さらに、レール部１８６、１８７の構造は、上記で考察したレール部１３２の構造と同様である。図示のように、冷却フィン７４のパネル部１８５の第１の側面は、バッテリセル６４から冷却フィン７４に熱エネルギーを伝導するように、バッテリセル６４に接して配置される。
図１〜７を参照すると、レール部１３４、１８２、１８７は、それらを通って延在する開口部１３８、１４０を有する。導管８０、８２は、開口部１３８、１４０をそれぞれ通って延在する。さらに、レール部１３２、１８１、１８６は、それらを通って延在する開口部１４２、１４４を有する。導管８４、８６は、開口部１４２、１４４をそれぞれ通って延在する。導管８０、８２、８４、８６は、熱伝導性金属のような任意の熱伝導性材料から構成され得る。例えば、導管８０、８２、８４、８６は、銅およびアルミニウムの少なくとも１つから構成され得る。導管８０、８２、８４、８６は、導管２８に対して第１の端部で結合される。さらに、導管８０、８２、８４、８６は、導管３０に対して第２の端部で結合される。動作中、冷却フィンのレール部は、導管８０、８２、８４、８６に熱エネルギーを伝導する。導管８０、８２、８４、８６は、それらを通って流れる冷媒を受け取り、導管から冷媒に熱エネルギーを伝導する。本バッテリモジュールの利点は、レール部がパネル部より大きな厚さを有し、それによって、レール部が、比較的大量の熱エネルギーが導管および冷媒に伝導されることを可能にし、一方で、バッテリモジュールの比較的薄い縦断面を維持するということである。
再度図１を参照すると、圧縮器２２は、マイクロプロセッサ４０からの制御信号に応答して、導管２８を通してバッテリモジュール２０に冷媒をポンピングするように構成される。導管２８は、圧縮器２２、およびバッテリモジュール２０の導管８０、８２、８４、８６に流体結合される。さらに、導管３０は、バッテリモジュール２０の導管８０、８２、８４、８６、および凝縮器２４に流体結合される。バッテリモジュール２０を出た後で、冷媒は、導管３０を通って凝縮器２４にポンピングされる。
凝縮器２４は、冷媒を冷却するために、流通する冷媒から熱エネルギーを抽出するために設けられる。図示のように、導管３２は、凝縮器２４と圧縮器２２との間に流体結合される。凝縮器２４を出た後で、冷媒は、導管３２を通って圧縮器２２にさらにポンピングされる。
温度センサ３６は、マイクロプロセッサ４０により受信されるバッテリモジュール２０の温度レベルを示す信号を発生させるために設けられる。
ファン３８は、マイクロプロセッサ４０からの制御信号に応答して、凝縮器２４を冷却するために、空気が凝縮器２４のそばを通り過ぎるようにするために設けられる。図示のように、ファン３８は、凝縮器２４の近傍に配置される。
マイクロプロセッサ４０は、バッテリシステム１０の動作を制御するために設けられる。具体的には、マイクロプロセッサ４０は、以下でより詳細に説明するように、温度センサ３６からの信号に応答して、圧縮器２２およびファン３８の動作を制御するための制御信号を発生させるように構成される。
図１０を参照して、次に、例示的な実施形態によるバッテリモジュールを冷却するための方法のフローチャートを説明する。話を簡単にするために、単一のバッテリセル、単一の冷却フィン、ならびにバッテリモジュール内の第１および第２の導管を利用する方法を説明する。当然ながら、さらなるバッテリセル、冷却フィンおよび導管が利用され得る。
ステップ２００では、温度センサ３６が、マイクロプロセッサ４０により受信されるバッテリモジュール２０の温度を示す第１の信号を発生させる。バッテリモジュール２０は、バッテリセル６０、冷却フィン７０、および導管８０、８４を有する。冷却フィン７０は、パネル部１３０、ならびに、パネル部１３０の第１および第２の端部にそれぞれ配置されるレール部１３２、１３４を有する。バッテリセル６０は、パネル部１３０の第１の側面に隣接して配置される。レール部１３２、１３４は、パネル部１３０より大きな厚さを有する。
ステップ２０２では、マイクロプロセッサ４０は、第１の信号が、バッテリモジュール２０の温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、圧縮器２２に、バッテリモジュール２０の導管８０、８４に冷媒をポンピングさせるための第２の信号を発生させる。
ステップ２０４では、マイクロプロセッサ４０は、第１の信号が、バッテリモジュール２０の温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、凝縮器２４を冷却するために、ファン３８に、凝縮器２４全体に空気を吹き付けさせるための第３の信号を発生させる。凝縮器２４は、導管３０を介して、導管８０、８４に流体結合される。
ステップ２０６では、バッテリセル６０は、バッテリセル６０を冷却する冷却フィン７０のパネル部１３０に熱エネルギーを伝導する。
ステップ２０８では、パネル部１３０は、冷却フィン７０のレール部１３２、１３４に熱エネルギーを伝導する。
ステップ２１０では、レール部１３２、１３４は、冷却フィン７０のレール部１３２、１３４をそれぞれ通って延在する導管８０、８４にそれぞれ熱エネルギーを伝導する。
ステップ２１２では、導管８０、８４は、圧縮器２２から冷媒を受け取り、冷媒に熱エネルギーを伝導する。
ステップ２１４では、凝縮器２４は、バッテリモジュール２０の導管８０、８４から冷媒を受け取り、冷媒に熱エネルギーを伝導する。
ステップ２１６では、冷媒は、凝縮器２４から圧縮器２２に戻るように経路設定される。
図１１を参照すると、別の例示的な実施形態による電力を発生させるためのバッテリシステム３１０が示されている。バッテリシステム３１０は、バッテリモジュール３２０、ポンプ３２２、熱交換器３２４、冷却板３２５、貯蔵器３２６、導管３２８、３３０、３３１、３３２、３３４、温度センサ３３６、ファン３３７、冷媒システム３３８、およびマイクロプロセッサ３４０を含む。バッテリシステム３１０とバッテリシステム１０との間の主要な違いは、バッテリシステム３１０は、バッテリモジュール３２０を冷却するために、冷媒の代わりに冷却剤を利用することである。
バッテリモジュール３２０は、上記で考察したバッテリモジュール２０と同一の構造を有する。
ポンプ３２２は、マイクロプロセッサ３４０からの制御信号に応答して、導管３２８を通してバッテリモジュール３２０に冷却剤をポンピングするように構成される。図示のように、導管３２８は、ポンプ３２２とバッテリモジュール３２０との間に流体結合され、導管３３０は、バッテリモジュール３２０と熱交換器３２４との間に流体結合される。バッテリモジュール３２０を出た後で、冷却剤は、導管３３０を通って熱交換器３２４にさらにポンピングされる。
熱交換器３２４は、冷却剤を冷却するために、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出するために設けられる。図示のように、導管３３１は、熱交換器３２４と冷却板３２５との間に流体結合される。熱交換器３２４を出た後で、冷却剤は、導管３３１を通って冷却板３２５にさらにポンピングされる。
ファン３３７は、マイクロプロセッサ３４０からの制御信号に応答して、熱交換器３２４を冷却するために、空気が熱交換器３２４のそばを通り過ぎるようにするために設けられる。図示のように、ファン３３７は、熱交換器３２４の近傍に配置される。
冷却板３２５は、冷却剤をさらに冷却するために、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出するために設けられる。図示のように、導管３３２は、冷却板３２５と貯蔵器３２６との間に流体結合される。冷却板３２５を出た後で、冷却剤は、導管３３２を通って貯蔵器３２６にさらにポンピングされる。
貯蔵器３２６は、冷却剤の少なくとも一部を内部に格納するために設けられる。図示のように、導管３３４は、貯蔵器３２６とポンプ３２２との間に流体結合される。貯蔵器３２６を出た後で、冷却剤は、導管３３４を通ってポンプ３２２にさらにポンピングされる。
温度センサ３３６は、マイクロプロセッサ３４０により受信されるバッテリモジュール３２０の温度レベルを示す信号を発生させるために設けられる。
冷媒システム３３８は、マイクロプロセッサ３４０からの制御信号に応答して、熱交換器３２４を冷却するために設けられる。図示のように、冷媒システム３３８は、冷却板３２５に動作可能に結合される。
マイクロプロセッサ３４０は、バッテリシステム３１０の動作を制御するために設けられる。具体的には、マイクロプロセッサ３４０は、以下でより詳細に説明するように、温度センサ３３６からの信号に応答して、ポンプ３２２および冷媒システム３３８の動作を制御するための制御信号を発生させるように構成される。
図１２〜１３を参照すると、別の例示的な実施形態によるバッテリモジュール３２０を冷却するための方法のフローチャートが提供されている。話を簡単にするために、単一のバッテリセル、単一の冷却フィン、ならびにバッテリモジュール内の第１および第２の導管を利用する方法を説明する。当然ながら、さらなるバッテリセル、冷却フィンおよび導管が利用され得る。ある例示的な実施形態では、バッテリモジュール３２０は、バッテリモジュール２０と同一の構造を有する。
ステップ３５０では、温度センサ３３６が、マイクロプロセッサ３４０により受信されるバッテリモジュール３２０の温度を示す第１の信号を発生させる。バッテリモジュール３２０は、バッテリセル、冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有する。冷却フィンは、パネル部、ならびに、パネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する。バッテリセルは、パネル部の第１の側面に隣接して配置される。第１および第２のレール部は、パネル部より大きな厚さを有する。
ステップ３５２では、マイクロプロセッサ３４０は、第１の信号が、バッテリモジュール３２０の温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、ポンプ３２２に、貯蔵器３２６からバッテリモジュール３２０の第１および第２の導管に冷却剤をポンピングさせるための第２の信号を発生させる。
ステップ３５４では、マイクロプロセッサ３４０は、第１の信号が、バッテリモジュール３２０の温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、熱交換器３２４を冷却するために、ファン３３７に、熱交換器３２４全体に空気を吹き付けさせるための第３の信号を発生させる。熱交換器３２４は、バッテリモジュール３２０の第１および第２の導管に流体結合される。
ステップ３６０では、マイクロプロセッサ３４０は、第１の信号が、バッテリモジュール３２０の温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、冷却板３２５を冷却するために、冷媒システム３３８に、冷却板３２５を通して冷媒をポンピングさせるための第４の信号を発生させる。冷却板３２５は、熱交換器３２４に流体結合される。
ステップ３６４では、バッテリセルは、バッテリセルを冷却する冷却フィンのパネル部に熱エネルギーを伝導する。
ステップ３６６では、パネル部は、冷却フィンの第１および第２のレール部に熱エネルギーを伝導する。
ステップ３６８では、第１および第２のレール部は、冷却フィンの第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在する第１および第２の導管にそれぞれ熱エネルギーを伝導する。
ステップ３７０では、第１および第２の導管は、ポンプ３２２から冷却剤を受け取り、冷却剤に熱エネルギーを伝導する。
ステップ３７２では、熱交換器３２４は、バッテリモジュール３２０の第１および第２の冷却マニホルドからの冷却剤を内部に受け取り、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出する。
ステップ３７３では、冷却板３２５は、バッテリモジュール３２０の第１および第２の導管からの冷却剤を内部に受け取り、流通する冷却剤から熱エネルギーを抽出する。
ステップ３７４では、貯蔵器３２６は、冷却板３２５から冷却剤を受け取り、冷却剤を、貯蔵器３２６からポンプ３２２に戻るように経路設定する。
図１４〜１７を参照すると、別の例示的な実施形態による、内部で電圧を発生させるためのバッテリモジュール４００が提供されている。バッテリモジュール４００は、円筒形バッテリセル４０２、冷却フィン４０４、および導管４０６を含む。バッテリモジュール４００は、システム１０において、その中のバッテリモジュール２０をバッテリモジュール４００で置き換えることにより利用され得ることに留意されたい。さらに、バッテリモジュール４００は、システム３１０において、その中のバッテリモジュール３２０をバッテリモジュール４００で置き換えることにより利用され得る。
バッテリセル４０２は、動作電圧を発生させるために設けられる。バッテリセル４０２は、全体的に円筒形の形状である。例示的な実施形態では、バッテリセル４０２は、バッテリセル４０２の両端に配置される第１および第２の電極を含み、動作電圧がそれらの間で発生する。
冷却フィン４０４は、バッテリセル４０２を冷却するために、バッテリセル４０２から熱エネルギーを伝導するために設けられる。具体的には、冷却フィン４０４は、バッテリセルを所望の温度範囲内に維持することができ、具体的には、バッテリセルをしきい値温度レベルより低い温度に維持することができる。
冷却フィン４０４は、管状部４１０、および積層箱形部４１２を含む。管状部４１０は、バッテリセル４０２の周辺を取り囲むように構成される。積層箱形部４１２は、管状部４１０に結合され、複数の全体的に長方形の形状の層から構成される。部分４１２は、それを通って延在する開口部４１４を有する。冷却フィン４０４は、銅およびアルミニウムの少なくとも１つから構成され得る。管状部４１０は、バッテリセル４０２を冷却するために、バッテリセル４０２から冷却フィン４０４の部分４１２に熱エネルギーを伝導する。
導管４０６は、部分４１２内の開口部４１４内に配置される。動作中、部分４１２は、導管４０６に熱エネルギーを伝導する。導管４０６は、流通する流体を受け取り、導管４０６から流体に熱エネルギーを伝導する。
バッテリシステム、バッテリモジュール、およびバッテリモジュールを冷却するための方法は、他のシステム、モジュール、および方法に勝るかなりの利点を提供する。具体的には、バッテリシステム、バッテリモジュールおよび方法は、パネル部より大きな厚さを有し、比較的大量の熱エネルギーが導管および流体に伝導されることを可能にし、一方で、バッテリモジュールの比較的薄い縦断面を維持するレール部を利用する、バッテリモジュール内のバッテリセルを冷却する技術的効果を提供する。
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、様々な変更が行われ得るとともに、均等物がその要素の代用とされ得るということが理解されよう。さらに、本発明の教示に対して、その本質的な範囲から逸脱することなしに、特定の状況または材料を適合させるために、多数の修正が行われ得る。したがって、本発明は、本発明を実行することに関して、開示された特定の実施形態に限定されないということ、および、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるすべての実施形態を含むことになるということが意図されている。さらに、第１の、第２の、等の用語の使用は、ある要素を別のものと区別するために利用されるものである。さらに、複数形が使われない場合も、数量の限定を示すものではなく、むしろ、参照する項目が少なくとも１つ存在することを示すものである。
１０ バッテリシステム
２０ バッテリモジュール
２２ 圧縮器
２４ 凝縮器
２８、３０、３２ 導管
３６ 温度センサ
３８ ファン
４０ マイクロプロセッサ
６０、６２、６４ バッテリセル
７０、７２、７４ 冷却フィン
８０、８２、８４、８６ 導管
９０ 本体部
９２ 周辺延在部
９４、９６ 電極
１００ 本体部
１０２ 周辺延在部
１０４、１０６ 電極
１１０ 本体部
１１２ 周辺延在部
１１４、１１６ 電極
１３０ パネル部
１３２、１３４ レール部
１３８、１４０、１４２、１４４ 開口部
１６０、１６２、１６４、１６６、１６８、１７０、１７２、１７４、１７６ 折畳部
１８０ パネル部
１８１、１８２ レール部
１８５ パネル部
１８６、１８７ レール部
３１０ バッテリシステム
３２０ バッテリモジュール
３２２ ポンプ
３２４ 熱交換器
３２５ 冷却板
３２６ 貯蔵器
３２８、３３０、３３１、３３２、３３４ 導管
３３６ 温度センサ
３３７ ファン
３３８ 冷媒システム
３４０ マイクロプロセッサ
４００ バッテリモジュール
４０２ 円筒形バッテリセル
４０４ 冷却フィン
４０６ 導管
４１０ 管状部
４１２ 積層箱形部、部分
４１４ 開口部

Claims (17)

  1. 第１のバッテリセルと、
    第１のパネル部、ならびに、前記第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有する第１の冷却フィンであって、前記第１のバッテリセルが、前記第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置され、前記第１および第２のレール部が前記第１のパネル部より大きな厚さを有し、第１の冷却フィンが、前記第１のバッテリセルを冷却するように前記第１のバッテリセルから第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導する、第１の冷却フィンと、
    前記第１の冷却フィンの前記第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在する第１および第２の導管であって、前記第１の冷却フィンから流体に熱エネルギーを伝導するように、第１および第２の導管を通って流れる前記流体を受け取る、第１および第２の導管と、
    を備えることを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記第１のパネル部の第２の側面に隣接して配置される第２のバッテリセルをさらに備え、前記第２の側面が、前記第１の側面の反対側であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  3. 第２のパネル部、ならびに、前記第２のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第３および第４のレール部を有する第２の冷却フィンをさらに備え、第２のバッテリセルが、前記第２のパネル部の第１の側面に隣接して配置され、前記第３および第４のレール部が前記第２のパネル部より大きな厚さを有し、前記第２の冷却フィンが、前記第２のバッテリセルを冷却するように前記第２のバッテリセルから前記第２の冷却フィンに熱エネルギーを伝導することを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  4. 前記第１の冷却フィンが、熱伝導性材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  5. 前記第１および第２の導管が、熱伝導性材料から構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  6. 前記第１のパネル部が、長方形の形状であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  7. 第１のバッテリセル、第１の冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有するバッテリモジュールであって、前記第１の冷却フィンが、第１のパネル部、ならびに、前記第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有し、前記第１のバッテリセルが前記第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置され、前記第１および第２のレール部が前記第１のパネル部より大きな厚さを有し、前記第１の冷却フィンが、前記第１のバッテリセルを冷却するように前記第１のバッテリセルから前記第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導し、前記第１および第２の導管が、前記第１の冷却フィンの前記第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在し、前記第１の冷却フィンから冷媒に熱エネルギーを伝導するように、前記第１および第２の導管を通って流れる前記冷媒を受け取る、バッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールの前記第１および第２の導管に流体結合される凝縮器であって、前記バッテリモジュールの前記第１および第２の導管から前記冷媒を受け取り、前記冷媒から熱エネルギーを抽出するように構成される、凝縮器と、
    前記凝縮器に流体結合され、前記凝縮器から前記冷媒を受け取るように構成され、前記バッテリモジュールの前記第１および第２の導管にさらに流体結合され、前記凝縮器から前記第１および第２の導管に前記冷媒をポンピングするように構成される圧縮器と、
    を備えることを特徴とするバッテリシステム。
  8. 前記バッテリモジュールの温度を示す第１の信号を発生させるように構成される温度センサと、
    前記温度センサに動作可能に結合され、前記第１の信号が、前記バッテリモジュールの前記温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、前記圧縮器に、前記凝縮器から前記バッテリモジュールの前記第１および第２の導管に前記冷媒をポンピングさせるための第２の信号を発生させるように構成されるマイクロプロセッサと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のバッテリシステム。
  9. 第１のバッテリセル、第１の冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有するバッテリモジュールであって、前記第１の冷却フィンが、第１のパネル部、ならびに、前記第１のパネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有し、前記第１のバッテリセルが前記第１のパネル部の第１の側面に隣接して配置され、前記第１および第２のレール部が前記第１のパネル部より大きな厚さを有し、前記第１の冷却フィンが、前記第１のバッテリセルを冷却するように前記第１のバッテリセルから前記第１の冷却フィンに熱エネルギーを伝導し、前記第１および第２の導管が、前記第１の冷却フィンの前記第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在し、前記第１の冷却フィンから冷却剤に熱エネルギーを伝導するように、前記第１および第２の導管を通って流れる前記冷却剤を受け取る、バッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールに流体結合される熱交換器であって、前記バッテリモジュールから前記冷却剤を内部に受け取り、流通する前記冷却剤から熱エネルギーを抽出するように構成される、熱交換器と、
    前記熱交換器に流体結合される冷却板であって、流通する前記冷却剤から熱エネルギーを抽出するように構成される、冷却板と、
    前記冷却板とポンプとの間に流体結合され、前記冷却板から前記冷却剤を受け取り、前記冷却剤を前記ポンプに経路設定するように構成される貯蔵器と、
    を備え、前記ポンプが、前記バッテリモジュールの前記第１および第２の導管にさらに流体結合され、前記貯蔵器から前記第１および第２の導管に前記冷却剤をポンピングするように構成されることを特徴とするバッテリシステム。
  10. バッテリモジュールを冷却するための方法であって、前記バッテリモジュールが、バッテリセル、冷却フィン、ならびに第１および第２の導管を有し、前記冷却フィンが、パネル部、ならびに、前記パネル部の第１および第２の端部にそれぞれ配置される第１および第２のレール部を有し、前記バッテリセルが前記パネル部の第１の側面に隣接して配置され、前記第１および第２のレール部が前記パネル部より大きな厚さを有する、方法において、
    前記バッテリセルを冷却するように、前記バッテリセルから、前記バッテリセルの第１の側面に配置される前記冷却フィンの前記パネル部に熱エネルギーを伝導するステップと、
    前記パネル部から、前記冷却フィンの前記第１および第２のレール部に熱エネルギーを伝導するステップと、
    前記第１および第２のレール部から、前記冷却フィンの前記第１および第２のレール部をそれぞれ通って延在する前記第１および第２の導管にそれぞれ熱エネルギーを伝導するステップと、
    前記第１および第２の導管内に流体を受け取り、前記第１および第２の導管から前記流体に熱エネルギーを伝導するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  11. 前記流体が冷媒であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  12. 温度センサを利用して、前記バッテリモジュールの温度を示す第１の信号を発生させるステップと、
    マイクロプロセッサを利用して、前記第１の信号が、前記バッテリモジュールの前記温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、圧縮器に、前記第１および第２の導管を通して前記冷媒をポンピングさせるための第２の信号を発生させるステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
  13. 前記流体が冷却剤であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
  14. 温度センサを利用して、前記バッテリモジュールの温度を示す第１の信号を発生させるステップと、
    マイクロプロセッサを利用して、前記第１の信号が、前記バッテリモジュールの前記温度がしきい値温度レベルより高いことを示すとき、ポンプに、前記第１および第２の導管を通して前記冷却剤をポンピングさせるための第２の信号を発生させるステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 円筒形バッテリセルと、
    管状部、および前記管状部に結合される積層箱形部を有する冷却フィンであって、前記管状部が、前記円筒形バッテリセルの一部を取り囲むように構成され、冷却フィンが、前記バッテリセルを冷却するように前記バッテリセルから冷却フィンに熱エネルギーを伝導する、冷却フィンと、
    前記冷却フィンの前記積層箱形部を通って延在する導管であって、前記冷却フィンから流体に熱エネルギーを伝導するように、導管を通って流れる前記流体を受け取る、導管と、
    を備えることを特徴とするバッテリモジュール。
  16. 前記冷却フィンが、熱伝導性材料から構成されることを特徴とする請求項１５に記載のバッテリモジュール。
  17. 前記導管が、熱伝導性材料から構成されることを請求項１５に記載のバッテリモジュール。
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