JP6242030B2 - バッテリー及びその熱管理装置、並びにこのバッテリーを有するｕａｖ - Google Patents

バッテリー及びその熱管理装置、並びにこのバッテリーを有するｕａｖ Download PDF

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Description

本発明はエネルギー保存装置に関し、特にバッテリー及びその熱管理装置、並びにこのバッテリーを有するＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、無人航空機）に関する。
ＵＡＶの電源バッテリーを使用するとき、その高効率の放電は、発熱量が大きいことにより温度上昇の問題が深刻になっている。また、ＵＡＶの電源バッテリーについては、通常、複数の電池セルが直列・並列接続されており、バッテリー内部の熱量が発散しにくく、内部の温度が不均一であり、局所的な温度上昇が高すぎるため、更にセル減衰を加速させ、バッテリー寿命を短くし、安全性にも影響を与える。そのため、熱管理装置を追加して温度上昇及び電池セルの温度の不均一の問題を解決する必要がある。
従来のＵＡＶ用電源バッテリーの構造は、複数の電池セルが直接積層された後、熱収縮性テープにより被覆されたものであり、熱管理装置を有していない。
現在、車用電源バッテリーは熱管理装置を有している。例えば、テスラーの液冷式熱管理装置の構造については、冷却ダクトがバッテリーの間に配置され、冷却液は５０％の水と５０％のエチレングリコールとの混合物であり、ダクトの内部を流動して、バッテリーで生じる熱量を除去する。
ゼネラルモーターズのボルト車も近似の液冷式熱管理装置を使用している。個別バッテリーの間において金属フィン（厚さが１ｍｍである）は間隔をおいて配置され、フィンには流路溝が設けられている。冷却液は流路溝内において流動して熱量を除去する。
日産リーフが用いている受動式バッテリー熱管理装置は、バッテリー自体の熱発生率を低減し、例えば、バッテリー電極を最適化して内部抵抗を低減し、バッテリーの厚さ（単体厚さが７．１ｍｍである）を薄くしてバッテリー内部の熱量を蓄積しにくくさせる。
しかし、従来のＵＡＶ用電源バッテリーは熱管理装置を有していない。従来の車載電源バッテリーの液冷式熱管理装置は冷却ダクト、冷却液及び管理システムを含み、そのシステムが比較的複雑であり、製品コスト及びメンテナンスコストが増加している。冷却液を循環する必要があるため、動力システムを備える必要があり、更なる電力消費を増加させる。また、液冷式熱管理装置は、重量が重く、体積が大きく、製品の電力消費と使用上の制限を増加させている。
従来の車載受動式バッテリー熱管理装置は、バッテリーに対する要求が極めて高いため、バッテリーの選択が大きく制限されている。かつ、用いられている薄いバッテリーは、電極の厚さが薄いため、レート特性が悪く、熱管理装置全体のコストが高くなっている。
よって、本発明は、全ての航空機用電源バッテリーに装着可能であり、バッテリーの温度上昇が激しいことと電池セルの温度が不均一である問題、及びバッテリーの重量、体積、電力消費が大きく、コストが高い問題を解決するバッテリーの熱管理装置を提供する必要がある。
バッテリーの熱管理装置であって、
キャビティを有する熱伝導ケースと、
前記キャビティ内に取り付けられる少なくとも１つの熱伝導フレームと、
を含み、
前記熱伝導フレームと前記キャビティの内壁とは伝熱するように連結して、前記熱伝導フレームの熱量を前記熱伝導ケースに伝導でき、前記熱伝導フレームは、前記キャビティを区切って電池セルを収納するための複数の電池セル区画を形成し、前記熱伝導フレームは前記電池セルと接触でき、前記電池セルで生じる熱量を伝導する。
従来のバッテリーの放熱技術と比べて、上述のバッテリーの熱管理装置は少なくとも以下の利点を有する。
（１）上述の熱管理装置は、電池セル区画を有する熱伝導ケースを含み、この電池セル区画の内壁が電池セル区画内に収納されている電池セルと熱伝導接触することができ、これによって電池セルで生じる熱量を電池セル区画の内壁まで伝導し、更に電池セル区画の内壁により熱伝導ケースの外表面まで伝導し、熱回路構造を形成して、バッテリーの温度上昇を効果的に低減させ、バッテリーの耐用年数を長くする。
（２）上述の熱管理装置の熱伝導ケースにおける電池セル区画の内壁は隣接する２つの電池セルと同時に熱伝導接触することができ、これによって隣接する２つの電池セルの熱伝達を平衡にして、隣接する２つの電池セルの間の温度差を無くすことができる。
（３）上述の熱管理装置は熱伝導ケース及び電池セル区画の内壁によって自己熱伝導し、動力システムを備える必要がないため、更なる電力消費の増加を回避し、且つ上述の熱管理装置について体積が小さく、重量が軽く、コストを低くしている。
（４）上述の熱管理装置は主に電池セルの外部に対して放熱し、バッテリーの性能を制限せず、バッテリーの選択に対する制限が少ない。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは複数の板体を含み、前記複数の板体が共に前記キャビティを囲んで形成する。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースはＵ型構造であり、前記複数の板体は底板及びそれぞれ前記底板の対向両端から前記底板の同じ側に向かって垂直に伸びる２つの側板を含み、前記熱伝導フレームの両端がそれぞれ前記２つの側板と当接する。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは２つあり、且つ上下のスナップフィットにより、前記少なくとも１つの熱伝導フレームを２つの前記熱伝導ケースの間に囲む。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは、前記複数の板体を接合してなる箱形構造であり、前記箱形構造が１つの開口を有している。
１つの実施例において、前記板体の厚さは０．０５〜５ミリメートルである。
１つの実施例において、前記複数の板体は、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースの材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、及びカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、絶縁熱伝導層を更に含み、前記絶縁熱伝導層は、前記電池セルと接触するための前記熱伝導フレームの表面に設けられる。
１つの実施例において、前記絶縁熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、及び熱伝導めっき誘電体層の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記熱伝導フレームと前記キャビティの内壁との連結位置にはそれぞれ当接面が設けられて、前記熱伝導フレームと前記キャビティの内壁との連結位置で面接触する。
１つの実施例において、熱伝導層を更に含み、前記熱伝導層は、前記熱伝導フレームの当接面と前記キャビティの内壁の当接面との間に挟持される。
１つの実施例において、前記熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、及び熱伝導めっき誘電体層の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記熱伝導層は前記熱伝導フレーム、又は前記キャビティの内壁に固定設置される。
１つの実施例において、前記熱伝導フレームは複数の板体を含み、且つ、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記板体の厚さは０．０５〜１ミリメートルである。
１つの実施例において、前記板体の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、及びカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記熱伝導フレームは、前記電池セルと面接触するための主板体、及びそれぞれ前記主板体の対向両端から前記主板体の同じ側に向かって垂直に伸びる２つの当接板を含む。
１つの実施例において、前記熱伝導フレームは、複数の前記電池セルと面接触するための主板体、及び複数の前記キャビティの内壁と接触するための当接板を含む。前記電池セルを収納するための前記電池セル区画を形成するように、前記複数の主板体は間隔を開けて対向して設けられる。各前記当接板の対向両側縁はそれぞれ隣接する２つの前記主板体の対向する一端部と連結することで、前記複数の主板体を１つの左右に順次折れ曲がる折畳み構造になるように連結する。
１つの実施例において、前記主板体のサイズと前記電池セルに対応するサイズとはほぼ等しいことで、前記当接板と前記電池セルとを面接触させる。
１つの実施例において、前記熱伝導フレームは枠体であり、且つ前記熱伝導フレームは１つの前記電池セル区画を形成する。
１つの実施例において、前記枠体のサイズと前記電池セルに対応するサイズとはほぼ等しいことで、前記電池セルと前記枠体の全部の側壁を面接触させる。
バッテリーであって、
上述の熱管理装置と、
それぞれ前記複数の電池セル区画に収納される複数の電池セルと、
を含み、
前記複数の電池セルで生じる熱量はそれぞれ前記複数の熱伝導フレームを介して前記熱伝導ケースに伝導され、且つ前記熱伝導ケースで熱交換する。
１つの実施例において、前記複数の電池セルは順に配置され、且つそれぞれ前記複数の熱伝導フレームにより区切られる。
ＵＡＶであって、
バッテリー室が設置される機体と、
前記バッテリー室内に設置される上述のバッテリーと、
を含む。
１つの実施例において、バッテリー位置決め機構を更に含み、前記バッテリーは前記バッテリー位置決め機構によって前記バッテリー室内に着脱可能に固定される。
１つの実施例において、前記バッテリー位置決め機構は、前記バッテリーの筐体の外部に設けられている凹部と、前記凹部と互いに合わせるスナップフィット部材と、前記バッテリー室にヒンジ連結されているプルロッドとを含む。前記プルロッドは、外押えアームと、付勢アームとを含み、この外押えアームは、前記バッテリーが前記バッテリー室内に挿入されるとき前記バッテリーと当接し、この付勢アームは、前記プルロッドと前記バッテリー室のヒンジポイントの周りを回って回動させるように前記外押えアームを押して、前記バッテリーを前記バッテリー室の外部に押し出すことができる。
１つの実施例において、前記スナップフィット部材は、接続ロッド及び前記接続ロッドの一端に設けられる球状のスナップヘッド部を含む。前記接続ロッドは、前記バッテリー室に回動可能に設けられ、前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられ、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記スナップヘッド部と前記凹部とを互いに係合させる。前記スナップヘッド部は、前記バッテリーが予め設定された大きさ以上の作用力を受けると前記凹部の内部から自動的に滑り出される。
１つの実施例において、前記スナップフィット部材は、接続ロッドと前記接続ロッドの一端に設けられている係止フックとを含む。前記接続ロッドの一端は前記バッテリー室の外部に突出し、前記接続ロッドの中部は前記バッテリー室と回動可能に連結され、且つ前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられている。前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記係止フックと前記凹部とを互いに係合させ、前記係止フックから離れる前記接続ロッドの一端を押圧して、前記係止フックと前記凹部とを分離させる。
バッテリーの熱管理装置であって、熱伝導ケースを含み、前記熱伝導ケース内に電池セルを収納するための複数の電池セル区画が設けられ、各前記電池セル区画の少なくとも１つの内壁は前記電池セルと接触することができ、前記電池セルで生じる熱量を伝導する。
１つの実施例において、各前記電池セル区画の少なくとも１つの内壁は前記電池セルと面接触することに用いられる。
１つの実施例において、各前記電池セル区画は対向して設けられている２組の内壁を含み、且つ少なくとも１組の前記内壁の間の距離が前記電池セルに対応するサイズと等しいことによって、前記電池セルを少なくとも１組の前記内壁の間に挟持する。
１つの実施例において、前記複数の電池セル区画は積層配置される。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースの材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、及びカーボンナノチューブの少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記電池セルと接触するための前記電池セル区画の内壁に絶縁熱伝導層が設けられる。
１つの実施例において、前記絶縁熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、及び熱伝導めっき誘電体層の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記電池セル区画の内壁は、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、又は表面が凹凸溝状である板体である。
１つの実施例において、前記電池セル区画は、接合して組み立てる構造であり、接合箇所には熱伝導層が設けられている。
１つの実施例において、前記熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、及び熱伝導めっき誘電体層の少なくとも１つを含む。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは、両端が開口する筒体構造であり、前記電池セル区画は、両端がそれぞれ前記熱伝導ケースの両端の開口まで伸びている貫通溝である。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは１つの開口を有する箱形構造であり、前記電池セル区画は一端が前記熱伝導ケースの開口まで伸び、他端が前記熱伝導ケースの底部まで伸びている凹溝である。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは、第１の熱伝導ケース及び第２の熱伝導ケースを含み、前記電池セル区画は、前記第１の熱伝導ケース及び前記第２の熱伝導ケースを接合してなる。
１つの実施例において、前記第１の熱伝導ケースは、第１の底板及び複数の第１の側板を含み、前記複数の第１の側板が平行に間隔をおいて設けられ、且つ前記第１の底板に直交して固定される。
１つの実施例において、前記第２の熱伝導ケースは、第２の底板及び複数の第２の側板を含み、前記複数の第２の側板が平行に間隔をおいて設けられ、且つ前記第２の底板に直交して固定される。
１つの実施例において、前記第１の側板は少なくとも３つであり、そのうちの２つの前記第１の側板はそれぞれ前記第１の底板の両端に設けられ、前記複数の第２の側板は前記第２の底板の中部に設けられ、且つ前記複数の第１の側板と交互に間隔をおいて設けられる。
１つの実施例において、前記第１の側板は少なくとも３つであり、そのうちの２つの前記第１の側板はそれぞれ前記第１の底板の両端に設けられ、前記第２の熱伝導ケースは前記複数の第１の側板と連結する平板である。
１つの実施例において、前記複数の第１の側板は前記第１の底板の中部に設けられ、前記第２の熱伝導ケースはＵ型構造であり、且つ前記Ｕ型構造の両端がそれぞれ前記第１の底板の両端と連結され、前記複数の第１の側板は前記Ｕ型構造の底部と連結されている。
バッテリーであって、
上述の熱管理装置と、
それぞれ前記複数の電池セル区画に収納される複数の電池セルと、
を含み、
前記複数の電池セルで生じる熱量は前記電池セル区画の内壁を介して前記熱伝導ケースの外表面まで伝導され、且つ前記熱伝導ケースで熱交換する。
ＵＡＶであって、
バッテリー室が設けられている機体と、
前記バッテリー室内に設けられている上述のバッテリーと、
を含む。
１つの実施例において、バッテリー位置決め機構を更に含み、前記バッテリーは前記バッテリー位置決め機構によって前記バッテリー室内に着脱可能に固定される。
１つの実施例において、前記バッテリー位置決め機構は、前記バッテリーの筐体の外部に設けられている凹部と、前記凹部と互いに合わせるスナップフィット部材と、前記バッテリー室にヒンジ連結されているプルロッドとを含む。前記プルロッドは、外押えアームと、付勢アームとを含み、この外押えアームは、前記バッテリーが前記バッテリー室内に挿入されるとき前記バッテリーと当接し、この付勢アームは、前記プルロッドと前記バッテリー室のヒンジポイントの周りを回って回動させるように前記外押えアームを押して、前記バッテリーを前記バッテリー室の外部に押し出すことができる。
１つの実施例において、前記係止部材は、接続ロッド及び前記接続ロッドの一端に設けられる球状のスナップヘッド部を含む。前記接続ロッドは、前記バッテリー室に回動可能に設けられ、前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられ、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記スナップヘッド部と前記凹部とを互いに係合させる。前記スナップヘッド部は、前記バッテリーが予め設定された大きさ以上の作用力を受けると前記凹部の内部から自動的に滑り出される。
１つの実施例において、前記スナップフィット部材は、接続ロッドと前記接続ロッドの一端に設けられている係止フックとを含む。前記接続ロッドの一端は前記バッテリー室の外部に突出し、前記接続ロッドの中部は前記バッテリー室と回動可能に連結され、且つ前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられている。前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記係止フックと前記凹部とを互いに係合させ、前記係止フックから離れる前記接続ロッドの一端を押圧して、前記係止フックと前記凹部とを分離させる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るバッテリーの立体図である。 図２は、図１に示されたバッテリーの軸方向断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るバッテリーの分解図である。 図４は、本発明の第３の実施形態に係るバッテリーの組立図である。 図５は、図４に示されたバッテリーの立体図である。 図６は、図４に示されたバッテリーにおける熱伝導フレームの１つの実施例に係る立体図である。 図７は、図４に示されたバッテリーにおける熱伝導フレームの別の実施例に係る立体図である。 図８は、図４に示されたバッテリーにおける熱伝導フレームの別の実施例に係る立体図である。 図９は、本発明の実施形態に係るＵＡＶにバッテリーを挿抜する状態を示す図である。 図１０は、図１に示されたＵＡＶのバッテリー室が位置している局部の断面図である。
以下は、本発明の実施形態に係る添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る技術的解決手段を明確かつ詳細に説明する。当然ながら、ここで説明する実施形態は本発明の実施形態の全てではなく一部にすぎない。当業者が創造的な作業なしに本発明の実施形態に基づいて得られる他の全ての実施形態は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。
なお、要素が別の要素「に固定」されると記載されている場合、それは直接に別の要素上にあってもよく、または介在する要素が存在してもよい。要素が別の要素に「接続」されていると記載されている場合、それは別の要素に直接接続されてもよく、または介在する要素が存在してもよい。本明細書で用いられている「垂直」、「水平」、「左」、「右」などのような用語は、単に説明の目的のものである。
他に定義されていない限り、本明細書で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語は、単に特定の実施形態を説明することを目的として用いられ、限定することを意図するものではない。用語「および／または」は、本明細書で列挙された関連項目の一つまたはそれ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。
本発明の実施形態はバッテリーの熱管理装置を提供する。この熱管理装置は熱伝導ケースを含み、前記熱伝導ケース内には電池セルを収納するための複数の電池セル区画が設けられ、電池セル区画の少なくとも１つの内壁は前記電池セルと接触することによって、前記電池セルで生じる熱量を伝導する。
ここで、熱回路を形成するように、前記電池セルの熱量を前記電池セル区画の内壁まで伝導して、前記電池セル区画の内壁により前記熱伝導ケースのカバー部まで伝導する。かつ、各電池セル区画の内壁は同時に、隣接する２つの電池セルで生じる熱量を伝導することができ、これによって熱平衡の目的を実現する。
１つの実施例において、前記熱管理装置は一体成形されてもよい。例えば、電池セル区画は直接熱伝導ケースに成形されてもよい。
１つの実施例において、前記熱管理装置は組合せて形成されてもよい。例えば、前記熱管理装置は、熱伝導ケース及び複数の熱伝導フレームを含み、前記複数の熱伝導フレームが前記熱伝導ケース内に取り付けられ、且つ前記熱伝導ケースと一緒に前記複数の電池セル区画を形成する。
１つの実施例において、前記電池セル区画の具体的な構造は２つの開口を有する貫通溝、又は１つの開口を有する凹溝であってもよい。
１つの実施例において、前記電池セル区画の内壁の具体的な構造は様々な形式の板状構造であってもよく、例えば、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体であってもよい。
１つの実施例において、前記熱伝導ケースは、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、カーボンナノチューブのような熱伝導性能が比較的良好な材料からなってもよい。
１つの実施例において、前記電池セル区画の内壁と前記電池セルとは面接触することで、前記電池セル区画の内壁と前記電池セルとの間の熱伝導効率を向上させる。
１つの実施例において、前記電池セルと接触するための前記電池セル区画の内壁には絶縁熱伝導層が設けられることで、前記電池セル区画の内壁と前記電池セルとの間の熱伝導効率を向上させる。前記絶縁熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、熱伝導めっき誘電体層のような熱伝導性能が比較的良好な材料からなってもよい。
１つの実施例において、前記電池セル区画は、接合して組み立てられる構造であり、接合箇所には熱伝導層が設けられている。熱伝導層は、前記電池セル区画の内壁における絶縁熱伝導層の材料と同じ材料からなってもよい。
上述のバッテリーの熱管理装置に基づいて、本発明の実施形態はバッテリーを更に提供する。このバッテリーは幾つかの電動装置の電源とされてもよく、例えば、ＵＡＶの電源バッテリーとされてもよい。
以下では、図面を参照しながら、本発明の幾つかの実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係るバッテリー１００は、熱管理装置１０１及び電池セル１０３を含む。前記熱管理装置１０１は、熱伝導ケース１１０を含み、熱伝導ケース１１０内に電池セル１０３を収納するための複数の電池セル区画１２０が設けられ、電池セル区画１２０の少なくとも１つの内壁が電池セル１０３と接触することで、電池セル１０３で生じる熱量を伝達することができる。
前記熱伝導ケース１１０の具体的な構造は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、図示の実施例において、前記熱伝導ケース１１０は両端が開口する筒体構造であり、電池セル区画１２０は両端が熱伝導ケース１１０の両端開口まで伸びている貫通溝である。
他の実施例において、熱伝導ケース１１０は１つの開口を有する箱形構造であり、電池セル区画１２０は一端が熱伝導ケース１１０の開口まで伸び、他端が熱伝導ケース１１０の底部まで伸びている凹溝である。
前記熱伝導ケース１１０の材料としては、熱伝導性能が比較的良好な材料を採用してもよい。例えば、熱伝導ケース１１０の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、カーボンナノチューブであってもよい。
前記複数の電池セル区画１２０の配置方式は異なる要求に応じて配置されてもよい。例えば、図示の実施例において、複数の電池セル区画１２０は積層配置される。具体的には、複数の電池セル区画１２０は上下に平行に積層配置される。
各前記電池セル区画１２０と前記電池セル１０３との接触方式は異なる要求に応じて設計されてもよい。好ましくは、各電池セル区画１２０の少なくとも１つの内壁は電池セル１０３と面接触することに用いられる。例えば、図示の実施例において、各電池セル区画１２０は対向して設けられている２組の内壁を含み、且つ少なくとも１組の内壁の間の距離が電池セル１０３に対応するサイズと等しいことによって、電池セル１０３を少なくとも１組の内壁の間に挟持する。
更に、電池セル１０３と接触するための電池セル区画１２０の内壁上に絶縁熱伝導層１３０が設けられている。絶縁熱伝導層１３０は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、熱伝導めっき誘電体層のような熱伝導性が比較的良好な材料からなってもよい。
電池セル区画１２０の内壁は形状が異なる板体であってもよい。例えば、電池セル区画１２０の内壁は、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体などであってもよい。
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係るバッテリー２００は、基本的に第１の実施形態に係るバッテリー１００と同様であるが、その相違点は下記の通りである。バッテリー２００は、第１の熱伝導ケース２１０及び第２の熱伝導ケース２２０を含み、電池セル区画は接合して組み立てられる構造であってもよく、具体的に、電池セル区画は第１の熱伝導ケース２１０及び第２の熱伝導ケース２２０を接合してなる。
第１の熱伝導ケース２１０は、第１の底板２１１及び複数の第１の側板２１３を含み、複数の第１の側板２１３が平行に間隔をおいて設けられ、且つ第１の底板２１１上に直交して固定される。具体的には、図示の実施例において、第１の側板２１３は少なくとも３つであり、そのうちの２つの前記第１の側板２１３はそれぞれ第１の底板２１１の両端に設けられている。
第２の熱伝導ケース２２０は、第２の底板２２１及び複数の第２の側板２２３を含み、複数の第２の側板２２３が平行に間隔をおいて設けられ、且つ第２の底板２２１上に直交して固定される。具体的には、図示の実施例において、複数の第２の側板２２３は前記第２の底板２２１の中部に設けられている。
前記第１の熱伝導ケース２１０及び第２の熱伝導ケース２２０が組みつけられたとき、第１の熱伝導ケース２１０の第１の底板２１１と第２の熱伝導ケース２２０の第２の底板２２１とは対向して設けられ、第１の熱伝導ケース２１０の複数の第１の側板２１３と第２の熱伝導ケース２２０の複数の第２の側板２２３とは交互に間隔をおいて設けられ、これによって一緒に複数の前記電池セル区画を形成する。
なお、上述の第１の熱伝導ケース２１０と第２の熱伝導ケース２２０の具体的な構造は上述の構造に限定されない。例えば、他の実施例において、第１の熱伝導ケース２１０は第１の底板２１１及び複数の第１の側板２１３を含み、複数の第１の側板２１３が平行に間隔をおいて設けられ、且つ第１の底板２１１上に直交して固定される。具体的には、第１の側板２１３は少なくとも３つであり、そのうちの２つの前記第１の側板２１３はそれぞれ第１の底板２１１の両端に設けられている。前記第２の熱伝導ケース２２０は、前記複数の第１の側板２１３と連結する平板である。
又は、他の実施例において、第１の熱伝導ケース２１０は、第１の底板２１１及び複数の第１の側板２１３を含み、複数の第１の側板２１３が平行に間隔をおいて設けられ、且つ第１の底板２１１の中部に直交して固定される。第２の熱伝導ケース２２０はＵ型構造であり、且つこのＵ型構造の両端がそれぞれ第１の熱伝導ケース２１０の第１の底板２１１の両端と連結し、第１の熱伝導ケース２１０の複数の第１の側板２１３が第２の熱伝導ケース２２０の底部と連結する。
更に、第１の熱伝導ケース２１０と第２の熱伝導ケース２２０の接合箇所には熱伝導層２３０が設けられて、電池セル区画の熱伝導効率を更に向上させてもよい。具体的には、図示の実施例において、第１の熱伝導ケース２１０の複数の第１の側板２１３と第２の熱伝導ケース２２０の底板２２１の接合箇所、及び第２の熱伝導ケース２２０の複数の第２の側板２２３と第１の熱伝導ケース２１０の底板２１１の接合箇所にはいずれもこの熱伝導層２３０が設けられている。
熱伝導層２３０は、熱伝導性能が比較的良好な材料からなってもよい。例えば、熱伝導層２３０は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、熱伝導めっき誘電体層などであってもよい。
図４及び図５に示すように、本発明の第３の実施形態に係るバッテリー３００は熱管理装置３０１及び電池セル３０３を含み、前記熱管理装置３０１が熱伝導ケース３１０及び少なくとも１つの熱伝導フレーム３２０を含む。
前記熱伝導ケース３１０はキャビティ３１１を有する。前記少なくとも１つの熱伝導フレーム３２０はキャビティ３１１内に取り付けられている。熱伝導フレーム３２０と熱伝導ケース３１０のキャビティ３１１の内壁とは伝熱するように連結して、熱伝導フレーム３２０の熱量を熱伝導ケース３１０に伝導でき、熱伝導フレーム３２０は、キャビティ３１１を区切って電池セル３０３を収納するための複数の電池セル区画３３０を形成し、熱伝導フレーム３２０は電池セル３０３と接触でき、電池セル３０３で生じる熱量を伝導する。
熱伝導ケース３１０の具体的な構造は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、熱伝導ケース３１０は複数の板体を含み、前記複数の板体が共に前記キャビティ３１１を囲んで形成する。
具体的には、図示の実施例において、熱伝導ケース３１０はＵ型構造であり、複数の板体は底板３１２及びそれぞれ底板３１２の対向両端から底板３１２の同じ側に向かって垂直に伸びる２つの側板３１３を含み、熱伝導フレーム３２０の両端がそれぞれ２つの側板３１３と当接する。
具体的には、熱伝導ケース３１０は２つであり、且つ上下のスナップフィットにより、前記少なくとも１つの熱伝導フレーム３２０を２つの熱伝導ケース３１０の間に囲む。
他の実施例において、熱伝導ケース３１０は、複数の板体を接合してなる箱形構造であってもよく、前記箱形構造が開口を有する。
前記熱伝導ケース３１０の板体の厚さは実際の要求に応じて設計されてもよい。好ましくは、前記熱伝導ケース３１０の板体の厚さは、０．０５〜５ミリメートルであってもよく、例えば、０．０５ミリメートル、０．１５ミリメートル、０．２５ミリメートル、０．３５ミリメートル、０．４５ミリメートル、０．５５ミリメートル、０．６５ミリメートル、０．７０ミリメートル、０．７５ミリメートル、０．８５ミリメートル、０．９５ミリメートル、１．０５ミリメートル、１．５５ミリメートル、２．０５ミリメートル、２．５５ミリメートル、３．０５ミリメートル、３．５５ミリメートル、４．０５ミリメートル、４．５５ミリメートル、５．０ミリメートルであってもよい。
前記熱伝導ケース３１０の板体の具体的な形状は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、前記板体は、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体などであってもよい。
前記熱伝導ケース３１０の材料としては、異なる熱伝導性能が比較的良好な材料を採用してもよい。例えば、前記熱伝導ケース３１０の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、カーボンナノチューブなどであってもよい。
前記熱伝導フレーム３２０の具体的な構造は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、前記熱伝導フレーム３２０は複数の板体を含んでもよい。
図６に示すように、１つの実施例において、前記熱伝導フレーム３２０は、電池セル３０３と面接触するための主板体３２１、及びそれぞれ主板体３２１の対向両端から主板体３２１の同じ側に向かって垂直に伸びる２つの当接板３２３を含む。
更に、主板体３２１のサイズと電池セル３０３に対応するサイズとはほぼ等しいことで、当接板３２３と電池セル３０３とを面接触させる。当接板３２３と電池セル３０３とが面接触するため、電池セル３０３と電池セル区画３３０との接触面積が増加して、熱管理装置３０１の放熱効率が更に向上される。
図７に示すように、他の１つの実施例において、前記熱伝導フレーム３２０は、電池セル３０３と面接触するための複数の主板体３２１、及びキャビティ３１１の内壁と接触するための複数の当接板３２３を含む。電池セル３０３を収納するための電池セル区画３３０を形成するように、複数の主板体３２１は対向して間隔をおいて設けられている。各当接板３２３の対向両側縁はそれぞれ隣接する２つの主板体３２１の対向の端部と連結されることで、複数の主板体３２１を１つの左右に順次折れ曲がる折畳み構造になるように連結する。
更に、主板体３２１のサイズと電池セル３０３に対応するサイズとはほぼ等しいことで、当接板３２３と電池セル３０３とが面接触する。当接板３２３と電池セル３０３とが面接触するため、電池セル３０３と電池セル区画３３０との接触面積が増加して、熱管理装置３０１の放熱効率が更に向上される。
図８に示すように、他の１つの実施例において、前記熱伝導フレーム３２０は枠体であり、且つ各熱伝導フレーム３２０が１つの電池セル区画３３０を形成する。具体的には、前記枠体は、２つの主板体３２１及び２つの当接板３２３により囲まれて形成されている。
更に、前記枠体のサイズと電池セル３０３に対応するサイズとはほぼ等しいことで、電池セル３０３と前記枠体の側壁とはいずれも面接触している。電池セル３０３と前記枠体の側壁とはいずれも面接触しているため、電池セル３０３と電池セル区画３３０との接触面積がより大きく、熱管理装置３０１の放熱効率を更に向上させる。
前記熱伝導フレーム３２０の板体の厚さは実際の要求に応じて設計されてもよい。好ましくは、前記熱伝導フレーム３２０の板体の厚さは、０．０５〜１ミリメートルであってもよく、例えば、０．０５ミリメートル、０．１０ミリメートル、０．１５ミリメートル、０．２０ミリメートル、０．２５ミリメートル、０．３０ミリメートル、０．３５ミリメートル、０．４０ミリメートル、０．４５ミリメートル、０．５０ミリメートル、０．５５ミリメートル、０．６０ミリメートル、０．６５ミリメートル、０．７０ミリメートル、０．７５ミリメートル、０．８０ミリメートル、０．８５ミリメートル、０．９０ミリメートル、０．９５ミリメートル、１．０ミリメートルであってもよい。
前記熱伝導フレーム３２０の板体の材料としては、熱伝導性能が比較的良好な材料を採用してもよい。例えば、前記熱伝導フレーム３２０の板体の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、銀、銀合金、グラフェン、カーボンナノチューブなどであってもよい。
前記熱伝導フレーム３２０の板体は形状が異なる板体であってもよい。例えば、この板体は、メッシュを有する板体、中実板体、中空板体、表面がハニカム状である板体、中空管を接合してなる板体、表面が凹凸溝状である板体などであってもよい。
更に、前記熱管理装置３０１は絶縁熱伝導層１３０を更に含み、絶縁熱伝導層１３０は熱伝導フレーム３２０の電池セル３０３と接触するための表面上に設けられて、前記熱管理装置３０１の放熱効率を更に向上させる。
前記絶縁熱伝導層１３０は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、熱伝導めっき誘電体層のような放熱性能が比較的良好な材料からなってもよい。
前記熱伝導フレーム３２０と前記熱伝導ケース３１０の接触方式は異なる方式であってもよく、例えば、多点接触、線接触、面接触であってもよい。図示の実施例において、熱伝導フレーム３２０と熱伝導ケース３１０のキャビティ３１１の内壁との連結位置にはそれぞれ当接面が設けられて、熱伝導フレーム３２０とキャビティ３１１の内壁との連結位置に面接触を形成する。具体的には、前記熱伝導フレーム３２０の当接面は熱伝導フレーム３２０の当接板３２３に設けられ、前記熱伝導ケース３１０の当接面は前記熱伝導ケース３１０の側板３１３に設けられている。
更に、前記熱管理装置３０１は熱伝導層を更に含み、熱伝導層が熱伝導フレーム３２０とキャビティ３１１の内壁の当接面の間に挟持される。
前記熱伝導層は、熱伝導シリカゲル層、熱伝導テープ、熱伝導シリコーングリース層、熱伝導めっき誘電体層のような放熱性能が比較的良好な材料からなってもよい。
前記熱伝導層の設置態様は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、熱伝導層は、熱伝導フレーム３２０上に固定設置されてもよく、又は前記熱伝導ケース３１０のキャビティ３１１の内壁に固定設置されてもよく、これによって熱管理装置３０１の組立を容易にする。
複数の電池セル３０３はそれぞれ複数の電池セル区画３３０内に収納される。電池セル３０３で生じる熱量は、熱伝導フレーム３２０を介して熱伝導ケース３１０まで伝導され、且つ熱伝導ケース３１０で熱交換する。
前記電池セル３０３の設置態様は異なる要求に応じて配置されてもよい。例えば、図示の実施例において、複数の電池セル３０３は順に配置され、且つ前記熱伝導フレーム３２０により区切られる。
従来のバッテリーの放熱技術と比べて、上述のバッテリーの熱管理装置は少なくとも以下の利点を有する。
（１）上述の熱管理装置は、電池セル区画を有する熱伝導ケースを含み、この電池セル区画の内壁が電池セル区画内に収納される電池セルと熱伝導接触することができ、これによって電池セルで生じる熱量を電池セル区画の内壁まで伝導し、更に電池セル区画の内壁により熱伝導ケースの外表面まで伝導し、熱回路構造を形成して、バッテリーの温度上昇を効果的に低減させ、バッテリーの耐用年数を長くする。
（２）上述の熱管理装置の熱伝導ケースにおける電池セル区画の内壁は隣接する２つの電池セルと同時に熱伝導接触することができ、これによって隣接する２つの電池セルの熱伝達を平衡にして、隣接する２つの電池セルの間の温度差を無くすことができる。
（３）上述の熱管理装置は熱伝導ケース及び電池セル区画の内壁によって自己熱伝導し、動力システムを備える必要がないため、更なる電力消費の増加を回避し、且つ上述の熱管理装置について体積が小さく、重量が軽く、コストが低くなる。
（４）上述の熱管理装置は主に電池セルの外部に対して放熱し、バッテリーの性能を制限せず、バッテリーの選択に対する制限が少ない。
図９及び図１０に示すように、上述のバッテリー１００（２００、３００）に基づいて、本発明の実施形態はＵＡＶ １０を更に提供する。このＵＡＶ １０は、機体１１及び前記バッテリー１００（２００、３００）を含む。前記機体１１にはバッテリー室１３が設置される。前記バッテリー１００（２００、３００）はバッテリー室１３内に設置される。
前記バッテリー１００（２００、３００）は、前記機体１１のバッテリー室１３内に着脱可能に取り付けられている。例えば、１つの実施例において、前記ＵＡＶ １０はバッテリー位置決め機構１５を更に含み、バッテリー１００（２００、３００）がバッテリー位置決め機構１５によってバッテリー室１３内に着脱可能に固定される。
バッテリー位置決め機構１５の具体的な構造は異なる要求に応じて設計されてもよい。例えば、バッテリー位置決め機構１５は、バッテリー１００（２００、３００）の筐体外部に設けられている凹部１５ａ、凹部１５ａと互いに合わせるスナップフィット部材、及びバッテリー室１３にヒンジ連結されているプルロッド１５ｂを含む。プルロッド１５ｂは、外押えアーム１５１と、付勢アーム１５３とを含み、この外押えアーム１５１は、バッテリー１００（２００、３００）がバッテリー室１３内に挿入されるときバッテリー１００（２００、３００）と当接し、この付勢アーム１５３は、前記プルロッド１５ｂと前記バッテリー室１３のヒンジポイントの周りを回って回動させるように前記外押えアーム１５１を押して、前記バッテリー１００（２００、３００）を前記バッテリー室１３の外部に押し出すことができる。
スナップフィット部材はバッテリー１００（２００、３００）の筐体の外部における凹部１５ａと自動アンロックしてもよい。例えば、１つの実施例において、スナップフィット部材は、接続ロッド及び接続ロッドの一端に設けられる球状のスナップヘッド部を含む。接続ロッドは、バッテリー室１３上に回動可能に設けられ、接続ロッドとバッテリー室１３の間に弾性復帰部材が設けられ、弾性復帰部材は接続ロッドに弾性作用力を提供して、スナップヘッド部と凹部１５ａとを互いに係合させる。スナップヘッド部は、バッテリー１００（２００、３００）が予め設定された大きさ以上の作用力を受けるとき凹部１５ａの内部から自動的に滑り出されることができる。
スナップフィット部材はバッテリー１００（２００、３００）の筐体の外部上における凹部１５ａと手動アンロックしてもよい。例えば、１つの実施例において、スナップフィット部材は、接続ロッド及び接続ロッドの一端に設けられている係止フックを含む。接続ロッドの一端はバッテリー室１３の外部に突出し、接続ロッドの中部はバッテリー室１３と回動可能に連結され、且つ接続ロッドとバッテリー室１３との間に弾性復帰部材が設けられている。弾性復帰部材は接続ロッドに弾性作用力を提供して、係止フックと凹部１５ａとを互いに係合させ、係止フックから離れる接続ロッドの一端を押圧して、係止フックと凹部１５ａとを分離させる。
以上の説明は本発明に係る実施形態にすぎず、本発明の特許保護範囲を限定するものではない。本発明の明細書及び添付図面によって作成したすべての同等構造又は同等フローの変更を、直接又は間接的に他の関連する技術分野に実施することは、いずれも同じ理由により本発明の特許保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (6)

  1. ＵＡＶであって、
    バッテリー室が設置される機体と、
    前記バッテリー室内に設置されるバッテリーと、
    前記バッテリー室内に着脱可能に前記バッテリーを固定するバッテリー位置決め機構と、
    を備え、
    前記バッテリーは、
    キャビティを有する熱伝導ケースと、前記キャビティ内に取り付けられる少なくとも１つの熱伝導フレームとを備える熱管理装置であって、前記熱伝導フレームと前記キャビティの内壁とは伝熱するように連結して、前記熱伝導フレームの熱量を前記熱伝導ケースに伝導でき、前記熱伝導フレームは、前記キャビティを区切って電池セルを収納するための複数の電池セル区画を形成し、前記熱伝導フレームは前記電池セルと接触でき、前記電池セルで生じる熱量を伝導する、熱管理装置と、
    それぞれ前記複数の電池セル区画に収納される複数の電池セルと、
    を含み、
    前記複数の電池セルで生じる熱量はそれぞれ前記少なくとも１つの熱伝導フレームを介して前記熱伝導ケースに伝導され、且つ前記熱伝導ケースで熱交換し、
    前記バッテリー位置決め機構は、前記バッテリーの筐体の外部に設けられる凹部と、前記凹部と互いに合わせるスナップフィット部材と、前記バッテリー室にヒンジ連結されるプルロッドとを含み、前記プルロッドは、外押えアームと、付勢アームとを含み、前記外押えアームは、前記バッテリーが前記バッテリー室内に挿入されるとき前記バッテリーと当接し、前記付勢アームは、前記プルロッドと前記バッテリー室のヒンジポイントの周りを回って回動させるように前記外押えアームを押して、前記バッテリーを前記バッテリー室の外部に押し出す、
    ＵＡＶ。
  2. 前記スナップフィット部材は、接続ロッド及び前記接続ロッドの一端に設けられる球状のスナップヘッド部を含み、前記接続ロッドは、前記バッテリー室に回動可能に設けられ、前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられ、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記スナップヘッド部と前記凹部とを互いに係合させており、前記スナップヘッド部は、前記バッテリーが予め設定された大きさ以上の作用力を受けるとき前記凹部の内部から自動的に滑り出される、
    請求項１に記載のＵＡＶ。
  3. 前記スナップフィット部材は、接続ロッドと前記接続ロッドの一端に設けられている係止フックとを含み、前記接続ロッドの一端は前記バッテリー室の外部に突出し、前記接続ロッドの中部は前記バッテリー室と回動可能に連結され、且つ前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられており、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記係止フックと前記凹部とを互いに係合させ、前記係止フックから離れる前記接続ロッドの一端を押圧して、前記係止フックと前記凹部とを分離させる、
    請求項１に記載のＵＡＶ。
  4. ＵＡＶであって、
    バッテリー室が設置される機体と、
    前記バッテリー室内に設置されるバッテリーと、
    前記バッテリー室内に着脱可能に前記バッテリーを固定するバッテリー位置決め機構と、
    を含み、
    前記バッテリーは、
    熱伝導ケースを含み、前記熱伝導ケース内に電池セルを収納するための複数の電池セル区画が設けられ、前記電池セル区画のそれぞれの少なくとも１つの内壁は前記電池セルと接触することができ、前記電池セルで生じる熱量を伝導する、熱管理装置と、
    それぞれ前記複数の電池セル区画に収納される複数の電池セルと、
    を含み、
    前記複数の電池セルで生じる熱量は前記電池セル区画の内壁を介して前記熱伝導ケースの外表面まで伝導され、且つ前記熱伝導ケースで熱交換し、
    前記バッテリー位置決め機構は、前記バッテリーの筐体の外部に設けられている凹部と、前記凹部と互いに合わせるスナップフィット部材と、前記バッテリー室にヒンジ連結されるプルロッドとを含み、前記プルロッドは、外押えアームと、付勢アームとを含み、前記外押えアームは、前記バッテリーが前記バッテリー室内に挿入されるとき前記バッテリーと当接し、前記付勢アームは、前記プルロッドと前記バッテリー室のヒンジポイントの周りを回って回動させるように前記外押えアームを押して、前記バッテリーを前記バッテリー室の外部に押し出す、
    ＵＡＶ。
  5. 前記スナップフィット部材は、接続ロッドと前記接続ロッドの一端に設けられる球状のスナップヘッド部とを含み、前記接続ロッドは、前記バッテリー室に回動可能に設けられ、前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられ、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記スナップヘッド部と前記凹部とを互いに係合させており、前記スナップヘッド部は、前記バッテリーが予め設定された大きさ以上の作用力を受けると前記凹部の内部から自動的に滑り出される、
    請求項４に記載のＵＡＶ。
  6. 前記スナップフィット部材は、接続ロッドと前記接続ロッドの一端に設けられている係止フックとを含み、前記接続ロッドの一端は前記バッテリー室の外部に突出し、前記接続ロッドの中部は前記バッテリー室と回動可能に連結され、且つ前記接続ロッドと前記バッテリー室の間に弾性復帰部材が設けられており、前記弾性復帰部材は前記接続ロッドに弾性作用力を提供して、前記係止フックと前記凹部とを互いに係合させ、前記係止フックから離れる前記接続ロッドの一端を押圧して、前記係止フックと前記凹部とを分離させる、
    請求項４に記載のＵＡＶ。
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