(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の面と第2の面とを有するバッテリーセルと、
前記バッテリーセルの前記第1の面上に配置された第1のグラファイトシートであって、熱エネルギーを前記バッテリーセルから前記第1のグラファイトシートの中に伝導して前記バッテリーセルを冷却する第1のグラファイトシートと、
前記第1のグラファイトシートに連結された第1の冷却マニホールドであって、熱エネルギーを前記第1のグラファイトシートから前記第1の冷却マニホールドの中に伝導し、さらに、前記第1の冷却マニホールドを通って流れる流体を受けて、熱エネルギーを前記第1の冷却マニホールドから前記流体の中に伝導するように構成された、第1の冷却マニホールドと、
を含み、
前記第1の冷却マニホールドが、内部領域を規定するハウジングと前記ハウジングに連結された第1および第2の流体ポートとを有し、
前記第1のグラファイトシートが、フラットパネル部と、前記フラットパネル部の第1の端部から延在した第1の延在部と、を有し、
前記第1の冷却マニホールドが第1の溝を有し、前記第1の溝が、前記第1のグラファイトシートの前記第1の延在部を前記第1の溝の中に受ける、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記バッテリーセルの前記第2の面上に配置された第2のグラファイトシートであって、前記バッテリーセルから前記第2のグラファイトシートの中に熱エネルギーを伝導して前記バッテリーセルを冷却する第2のグラファイトシートをさらに含む、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記第2のグラファイトシートに連結された第2の冷却マニホールドであって、熱エネルギーを前記第2のグラファイトシートから前記第2の冷却マニホールドの中に伝導し、さらに、前記第2の冷却マニホールドを通って流れる前記流体を受けて、熱エネルギーを前記第2の冷却マニホールドから前記流体の中に伝導するように構成された、第2の冷却マニホールドをさらに含む、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記第1のグラファイトシートが、ポリエチレン被覆を前記第1のグラファイトシート上に有する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記第1のグラファイトシートが、0.5mm〜2.0mmの範囲の厚さを有する、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
前記第1の冷却マニホールドが、アルミニウム、銅、銀、金のうちの少なくとも1つから構成される、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有するバッテリーモジュールであって、前記バッテリーセルが第1の面と第2の面とを有し、前記バッテリーセルの前記第1の面上に配置された前記第1のグラファイトシートが、熱エネルギーを前記バッテリーセルから前記第1のグラファイトシートの中に伝導して前記バッテリーセルを冷却し、前記第1のグラファイトシートに連結された前記第1の冷却マニホールドが、熱エネルギーを前記第1のグラファイトシートから前記第1の冷却マニホールドの中に伝導し、前記第1の冷却マニホールドがさらに、前記第1の冷却マニホールドを通って流れる冷媒を受けて、熱エネルギーを前記第1の冷却マニホールドから前記冷媒の中に伝導するように構成され、前記第1の冷却マニホールドが、内部領域を規定するハウジングと前記ハウジングに連結された第1および第2の流体ポートとを有し、前記第1のグラファイトシートが、フラットパネル部と、前記フラットパネル部の第1の端部から延在した第1の延在部と、を有し、前記第1の冷却マニホールドが第1の溝を有し、前記第1の溝が、前記第1のグラファイトシートの前記第1の延在部を前記第1の溝の中に受ける、バッテリーモジュールと、
前記バッテリーモジュールに流体的に連結された凝縮器であって、前記冷媒を前記バッテリーモジュールから受けて熱エネルギーを前記冷媒から抜き出すように構成され、さらに、圧縮器に流体的に連結され、前記冷媒を前記圧縮器に送るように構成された、凝縮器と、
を含み、前記圧縮器が、前記バッテリーモジュールの前記第1の冷却マニホールドにさらに流体的に連結され、前記圧縮器が前記冷媒を前記第1の冷却マニホールドの中に送るように構成された、バッテリーシステム。
【請求項８】
前記バッテリーモジュールの温度を示す第1の信号を生成するように構成された温度センサと、
前記温度センサに動作可能に接続されたマイクロプロセッサであって、前記第1の信号が前記バッテリーモジュールの前記温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、前記圧縮器が前記冷媒を前記第1の冷却マニホールドの中に送ることを誘発する第2の信号を生成するように構成された、マイクロプロセッサと、
をさらに含む、請求項7に記載のバッテリーシステム。
【請求項９】
バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有するバッテリーモジュールであって、前記バッテリーセルが第1の面と第2の面とを有し、前記バッテリーセルの前記第1の面上に配置された前記第1のグラファイトシートが、熱エネルギーを前記バッテリーセルから前記第1のグラファイトシートの中に伝導して前記バッテリーセルを冷却し、前記第1のグラファイトシートに連結された前記第1の冷却マニホールドが、熱エネルギーを前記第1のグラファイトシートから前記第1の冷却マニホールドの中に伝導し、前記第1の冷却マニホールドがさらに、前記第1の冷却マニホールドを通って流れる冷却剤を受けて、熱エネルギーを前記第1の冷却マニホールドから前記冷却剤の中に伝導するように構成され、前記第1の冷却マニホールドが、内部領域を規定するハウジングと前記ハウジングに連結された第1および第2の流体ポートとを有し、前記第1のグラファイトシートが、フラットパネル部と、前記フラットパネル部の第1の端部から延在した第1の延在部と、を有し、前記第1の冷却マニホールドが第1の溝を有し、前記第1の溝が、前記第1のグラファイトシートの前記第1の延在部を前記第1の溝の中に受ける、バッテリーモジュールと、
前記バッテリーモジュールに流体的に連結された熱交換器であって、前記冷却剤を前記バッテリーモジュールから前記熱交換器の中に受けて、熱エネルギーを、前記熱交換器を通って流れる前記冷却剤から抜き出すように構成された、熱交換器と、
前記熱交換器に流体的に連結された冷却板であって、熱エネルギーを、前記冷却板を通って流れる前記冷却剤から抜き出すように構成された、冷却板と、
前記冷却板とポンプとの間に流体的に連結されたリザーバであって、前記冷却剤を前記冷却板から受け、かつ前記冷却剤を前記ポンプへと送るように構成された、リザーバと、
を含み、前記ポンプが、前記バッテリーモジュールの前記第1の冷却マニホールドにさらに流体的に連結され、前記ポンプが前記冷却剤を前記リザーバから前記第1の冷却マニホールドの中に送るように構成された、バッテリーシステム。
【請求項１０】
バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有する請求項１に記載のバッテリーモジュールを冷却する方法であって、該方法が、
熱エネルギーを、前記バッテリーセルから前記バッテリーセルの第1の面上に配置された前記第1のグラファイトシートの中に伝導して、前記バッテリーセルを冷却するステップと、
熱エネルギーを、前記第1のグラファイトシートから前記第1のグラファイトシートに連結された前記第1の冷却マニホールドの中に伝導するステップと、
流体を前記第1の冷却マニホールドの中に受けて、熱エネルギーを前記第1の冷却マニホールドから前記第1の冷却マニホールド内の前記流体の中に伝導するステップと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記流体が、冷媒である、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
温度センサを利用して、前記バッテリーモジュールの温度を示す第1の信号を生成するステップと、
前記第1の信号が、前記バッテリーモジュールの前記温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、マイクロプロセッサを利用して、圧縮器が前記冷媒を前記第1の冷却マニホールドを通して送ることを誘発する第2の信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記流体が、冷却剤である、請求項10に記載の方法。
【請求項１４】
温度センサを利用して、前記バッテリーモジュールの温度を示す第1の信号を生成するステップと、
前記第1の信号が、前記バッテリーモジュールの前記温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、マイクロプロセッサを利用して、ポンプが前記冷却剤を前記第1の冷却マニホールドを通して送ることを誘発する第2の信号を生成するステップと、
をさらに含む、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、バッテリーシステム、バッテリーモジュール、およびバッテリーモジュールを冷却する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な空冷式バッテリーパックにおいては、周囲大気からの周囲空気がバッテリーパック内のバッテリーセルを横切って導かれ、その後バッテリーパックから排出される。しかしながら、この典型的な空冷式バッテリーパックは、バッテリーパックの温度を所望の温度範囲内に維持する上で、大きな課題がある。
【０００３】
とりわけ、バッテリーセルの最大動作温度は、しばしばバッテリーを冷却するために利用される周囲空気の温度よりも低い可能性がある。この状態では、空冷式バッテリーパックにおいては、バッテリー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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本出願における発明者らは、バッテリーモジュールおよびバッテリーモジュールを冷却する方法を有し、上記の欠陥を最小化および/または解消する、改良されたバッテリーシステムの必要性を認識している。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態によるバッテリーモジュールが提供される。このバッテリーモジュールは、第1の面と第2の面とを有するバッテリーセルを含む。バッテリーモジュールはさらに、バッテリーセルの第1の面上に配置された第1のグラファイトシートを含み、この第1のグラファイトシートは、バッテリーセルから第1のグラファイトシートの中に熱エネルギーを伝導してバッテリーセルを冷却する。バッテリーモジュールはまた、第1のグラファイトシートに結合された第1の冷却マニホールドを含み、この第1の冷却マニホールドが、熱エネルギーを第1のグラファイトシートから第1の冷却マニホールドの中に伝導する。第1の冷却マニホールドはさらに、この第1の冷却マニホールドを通って流れる流体を受けて、熱エネルギーを第1の冷却マニホールドから流体の中に伝導するように構成されている。
【０００６】
他の例示的な実施形態によるバッテリーシステムが提供される。このバッテリーシステムは、バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有するバッテリーモジュールを含む。バッテリーセルは、第1の面と第2の面とを有する。第1のグラファイトシートは、バッテリーセルの第1の面上に配置されており、熱エネルギーをバッテリーセルから第1のグラファイトシートの中に伝導してバッテリーセルを冷却する。第1の冷却マニホールドは、第1のグラファイトシートに連結されて、熱エネルギーを第1のグラファイトシートから第1の冷却マニホールドの中に伝導する。第1の冷却マニホールドはさらに、この第1の冷却マニホールドを通って流れる冷媒(refrigerant)を受けて、熱エネルギーを第1の冷却マニホールドから冷媒の中に伝導するように構成されている。バッテリーシステムは、バッテリーモジュールに流体的に連結された凝縮機(condenser)を含む。凝縮器は、冷媒をバッテリーモジュールから受けて、熱エネルギーを冷媒から抜き出すように構成されている。凝縮器は、さらに圧縮器(compressor)に流体的に連結され、冷媒を圧縮器に送るように構成されている。圧縮器はさらにバッテリーモジュールの第1の冷却マニホールドに流体的に連結されている。圧縮器は、冷媒を第1の冷却マニホールドの中に送るように構成されている。
【０００７】
他の例示的な実施形態によるバッテリーシステムが提供される。このバッテリーシステムは、バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有する、バッテリーモジュールを含む。バッテリーセルは、第1の面と第2の面とを有する。第1のグラファイトシートは、バッテリーセルの第1の面上に配置されており、熱エネルギーをバッテリーセルから第1のグラファイトシートの中に伝導してバッテリーセルを冷却する。第1の冷却マニホールドは、第1のグラファイトシートに連結されて、熱エネルギーを第1のグラファイトシートから第1の冷却マニホールドの中に伝導する。第1の冷却マニホールドはさらに、冷却剤(coolant)をその中を通して受けて、熱エネルギーを第1の冷却マニホールドから冷却剤の中に伝導するように構成されている。バッテリーシステムはさらに、バッテリーモジュールに流体的に連結された熱交換器を含む。熱交換器は、冷却剤をバッテリーモジュールからその中に受けて、熱エネルギーを、熱交換器を通って流れる冷却剤から抜き出すように構成されている。バッテリーシステムはさらに、熱交換器に流体的に連結された冷却板を含む。冷却板は、その中を通って流れる冷却剤から熱エネルギーを抜き出すように構成されている。バッテリーシステムはさらに、冷却板とポンプとの間に流体的に連結されたリザーバ(reservoir)を含む。リザーバは、冷却剤を冷却板から受けて、その冷却剤をポンプに送るように構成されている。ポンプはさらに、バッテリーモジュールの第1の冷却マニホールドに流体的に連結されている。ポンプは、冷却剤をリザーバから第1の冷却マニホールドの中に送るように構成されている。
【０００８】
他の例示的な実施形態による、バッテリーモジュールを冷却する方法が提供される。このバッテリーモジュールは、バッテリーセルと、第1のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドと、を有する。この方法は、バッテリーセルから、バッテリーセルの第1の面上に配置された第1のグラファイトシートの中に熱エネルギーを伝導してバッテリーセルを冷却することを含む。この方法はさらに、第1のグラファイトシートから第1のグラファイトシートに連結された第1の冷却マニホールドの中に熱エネルギーを伝導することを含む。方法はさらに、流体を第1の冷却マニホールドの中に受けて、熱エネルギーを第1の冷却マニホールドから第1の冷却マニホールド内の流体の中に伝導することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態によるバッテリーシステムの概略図である。
【図２】他の例示的な実施形態による、図1のバッテリーシステムの中で利用されるバッテリーモジュールの概略図である。
【図３】図2のバッテリーモジュールの他の概略図であって、バッテリーモジュール内の第1および第2の冷却マニホールドから、第1および第2の上蓋(top cap)をそれぞれ取り外したものである。
【図４】図2のバッテリーモジュールの他の概略図である。
【図５】図2のバッテリーモジュールの中で利用されるグラファイトシートおよび第1、第2の冷却マニホールドの概略図である。
【図６】図2のバッテリーモジュールの中で利用されるグラファイトシートの概略図である。
【図７】図6のグラファイトシートの他の概略図である。
【図８】他の例示的な実施形態による、図2のバッテリーモジュールの中で利用される冷却マニホールドの概略図である。
【図９】図8の冷却マニホールドの断面概略図である。
【図１０】図8の冷却マニホールドの他の断面概略図である。
【図１１】図8の冷却マニホールドの部分の拡大概略図である。
【図１２】グラファイトシートおよび図11の冷却マニホールドの一部を例示している、図2のバッテリーモジュールの上部の概略図である。
【図１３】図8の冷却マニホールドを構成するために利用される、押し出し装置(extrusion device)、ろう付け装置(brazing device)の概略図である。
【図１４】他の例示的な実施形態による、図8の冷却マニホールドを構成するための方法についてのフローチャートである。
【図１５】他の例示的な実施形態による、図1のバッテリーシステム内のバッテリーモジュールの冷却方法についてのフローチャートである。
【図１６】他の例示的な実施形態によるバッテリーシステムの概略図である。
【図１７】他の例示的な実施形態による、図16のバッテリーシステム内のバッテリーモジュールの冷却方法についてのフローチャートである。
【図１８】他の例示的な実施形態による、図16のバッテリーシステム内のバッテリーモジュールの冷却方法についてのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図1を参照すると、例示的な実施形態による、電力を生成するバッテリーシステム10が例示されている。バッテリーシステム10は、バッテリーモジュール20と、圧縮器22と、凝縮器24と、導管28、30、32と、温度センサ36と、ファン38と、マイクロプロセッサ40と、を含む。このバッテリーモジュール20の強みは、このバッテリーモジュールがグラファイトシートを利用し、かつ冷却マニホールドが熱エネルギーをバッテリーモジュール20内のバッテリーセルから伝導して、バッテリーセルを効果的に冷却するということである。
【００１１】
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している。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。典型的な冷却剤には、エチレングリコールやプロピレングリコールが含まれる。典型的な冷媒には、R-11、R-12、R-22、R-134A、R-407C、R-410Aが含まれる。
【００１２】
図2〜図4を参照すると、他の例示的な実施形態に従って、電圧をその中に生成するために、バッテリーモジュール20が提供される。バッテリーモジュール20は、バッテリーセル80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93と、グラファイトシート102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124と、冷却マニホールド140、142と、を含む。
【００１３】
バッテリーセル80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93は、動作電圧を生成するためにそれぞれ提供される。さらに、各バッテリーセルは同一の構造を有してもよいことから、バッテリーセル80の構造のみをさらに詳細に説明する。図示するように、バッテリーセル80は、本体部143と、周囲拡張部144と、電極145、146と、を含む。本体部143は、一般に長方形の形状をしており、その外周の周りに周囲拡張部144を延在させている。例示的な実施形態においては、電極145、146は、バッテリーセル80の上部から延在しており、電極間に生成された動作電圧を有する。一つの例示的実施形態においては、各バッテリーセルは、リチウムイオンバッテリーセルである。代替的な実施形態においては、バッテリーセルは、例えば、ニッケルカドミウムバッテリーセル、またはニッケル金属水素バッテリーセルであり得る。もちろん、当業者に知られている他の種類のバッテリーセルが利用されることもあり得る。
【００１４】
図2と図5を参照すると、グラファイトシート102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124は、熱エネルギーを、バッテリーセル80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93から冷却マニホールド140、142の中に伝導してバッテリーセルを冷却するために設けられる。具体的には、グラファイトシートと冷却マニホールドは、バッテリーセルを所望の温度範囲内に維持することができ、特に、バッテリーセルを閾値温度レベル未満に維持することができる。一つの例示的な実施形態においては、所望の温度範囲は、15℃〜35℃である。他の例示的な実施形態においては、閾値温度レベルは40℃である。
【００１５】
図5〜図7および図12を参照すると、グラファイトシート102、104、106、108、110、112、114、116、118、120、122、124は、同一の構造を有する。従って、グラファイトシート102の構造のみを、以下、より詳細に述べる。示されているように、グラファイトシート102は、フラットパネル部150と、フラットパネル部150から延在した延在部151と、を含む。延在部151は、部位152、153、154を含む。部位152は、フラットパネル部150から延在している(図12中、右方)。さらに、部位153は、部位152から部位152に対して垂直の方向に(図12中、上方)、かつ実質的にフラットパネル部150と平行に延在している。さらに、部位154は、部位153から垂直の方向に(図12中、左方)、かつ実質的に部位152と平行に延在している。示されているように、グラファイトシート102は冷却マニホールド140に、冷却マニホールド140の溝210の中に部位153、154を挿入することにより、連結される。さらに、延在部151のU字状の形状が、冷却マニホールド140の比較的大きな表面積に接触して、効果的に熱エネルギーをバッテリーセル80から冷却マニホールド140に伝導する。具体的には、各グラファイトシート102、104、106、108、112、114、118、120、124は、冷却マニホールド140の対応する溝の中に受ける延在部を有する。さらに、各グラファイトシート104、110、116、122は、冷却マニホールド142の対応する溝の中に受ける延在部を有する。一つの例示的な実施形態においては、グラファイトシートは、その上にポリエチレン被覆を有しており、グラファイトシートを貫く電気伝導を防止している。さらに一つの例示的な実施形態においては、各グラファイトシートは、0.5mm〜2.0mmの範囲の厚さを有する。もちろん、代替的な実施形態においては、グラファイトシートは、2.0mmより大きい、または0.5mmよりも小さな厚さを有することもあり得る。
【００１６】
図8〜図12を参照すると、冷却マニホールド140は、熱エネルギーをグラファイトシートから冷却マニホールド140を通って流れる冷媒の中に伝導するために設けられている。冷却マニホールド140は、押し出しハウジング(extruded housing)160と、上蓋166と、下蓋168と、流体ポート170、172と、を含む。押し出しハウジング160、上蓋166、下蓋168、流体ポート170、172は、アルミニウム、銅、銀、金、およびこれらの合金材のうちの少なくとも1つで構成され得る。押し出しハウジング160は、冷媒を受ける内部領域162を規定する。押し出しハウジング160は、流体ポート170から流体ポート172への蛇行流路をその中で規定している。蛇行流路は、互いに流体的に連通する流路180、182、184、186、188、190、192、194を含む。さらに、押し出しハウジング160は、押し出しハウジング160の中に延在し、グラファイトシートの対応する延在部を中に受ける溝209、210、212、214、216、217、218、220を規定する。溝210、212、214、216、217、218、220は同一の形状をしているので、溝210の形状のみを詳しく述べる。具体的には、溝210は、押し出しハウジング160の中を押し出しハウジング160の表面223に直角に延在する溝部221を含む。また、溝210は溝部221の端部から表面223と平行に延在する、溝部222を含む。溝210は、内部領域162にも押し出しハウジング160の他の溝にも流体連通していないということに注目すべきである。
【００１７】
代替的な実施形態においては、冷却マニホールド140に連結されている部材の種類および熱エネルギーをこの部材から伝導するための所望の伝熱能力に応じて、冷却マニホールド140の押し出しハウジング160内の溝が、例示された溝と異なる構造を有することもあり得るということに、注目すべきである。さらに、他の代替的な実施形態においては、冷却マニホールド140の押し出しハウジング160は、いかなる溝も持たずに構成されることもあり得、また、ただ単に部材または流体に接触して部材または流体から熱エネルギーを伝導して取り去るということもあり得る。
【００１８】
下蓋168は、押し出しハウジング160の底面に固定的に連結されて、押し出しハウジング160の第1の端部を封じる。
【００１９】
上蓋166は、押し出しハウジング160の上面に固定的に連結されて、押し出しハウジング160の第2の端部を封じる。流体ポート170、172は、上蓋166を貫いて延在する第1の開口および第2の開口の真上の上蓋166上にそれぞれ配置され、流体ポート170、172が第1の開口および第2の開口とそれぞれ流体連通するようにする。上蓋166はさらに、上蓋166を通って延在する溝230、231、232、233、234、235、236、237を含んでおり、これらの溝が、対応するグラファイトシートを中に受ける押し出しハウジング160内の溝209、210、212、214、216、217、218、220のそれぞれと連通している。
【００２０】
運転中、冷媒は流体ポート170を通り、押し出しハウジング160の内部領域162の中に入り、次に押し出しハウジング160において規定される蛇行流路を通り、その後、流体ポート172を通って流れ出る。冷媒は、熱エネルギーを押し出しハウジング160から抜き出して、押し出しハウジング160およびグラファイトシートを冷却し、グラファイトシートがさらに、バッテリーモジュール20内のバッテリーセルを冷却する。
【００２１】
図2、図3、図4を参照すると、冷却マニホールド142は、熱エネルギーをグラファイトシートから冷却マニホールド142を流れる冷媒の中に伝導するために設けられている。冷却マニホールド142は、押し出しハウジング240と、上蓋241と、下蓋242と、流体ポート243、244と、を含む。押し出しハウジング240、上蓋241、下蓋242、流体ポート243、244は、アルミニウム、銅、銀、金、およびこれらの合金材のうちの少なくとも1つで構成され得る。冷却マニホールド142の構造は、上で論じられた冷却マニホールド140と一致しているということに注目すべきである。押し出しハウジング240は、押し出しハウジング240の中に延在する、グラファイトシートの対応する延在部を中に受ける溝250、251、252、253、254、255、256、257を規定する。
【００２２】
下蓋242は、押し出しハウジング240の底面に固定的に連結されて、押し出しハウジング240の第1の端部を封じる。
【００２３】
上蓋241は、押し出しハウジング240の上面に固定的に連結されている。流体ポート243、244は、上蓋241を貫いて延在している第1の開口および第2の開口の真上の上蓋241上にそれぞれ配置され、流体ポート243、240が第1の開口および第2の開口とそれぞれ流体連通するようにする。上蓋241はさらに、上蓋241を通って延在する溝260、261、262、263、264、265、266、267を含み、これらの溝が、押し出しハウジング240内の溝250、251、252、253、254、255、256、257のそれぞれと連通している。
【００２４】
運転中、冷媒は流体ポート243を通って、押し出しハウジング240の内部領域の中に入り、次に押し出しハウジング240において規定される蛇行流路を通り、その後、流体ポート244を通って流れ出る。冷媒は、熱エネルギーを押し出しハウジング240から抜き出して、押し出しハウジング240およびそれに連結されたグラファイトシートを冷却し、このグラファイトシートがさらに、バッテリーセルを冷却する。
【００２５】
図9、図13、図14を参照して、他の例示的な実施形態による、冷却マニホールド140を製造する方法のフローチャートについてここで述べる。
【００２６】
ステップ272において、押し出し装置268は、内部領域162を有する押し出しハウジング160を押し出す。押し出しハウジング160は、押し出しハウジング160の第1の面から押し出しハウジング160の中に延在する、第1の複数の溝210、212、214、216、218、220を有する。これらの溝は、内部領域162とは流体連通しない。さらに、第1の複数の溝は、熱伝導性部材(例えば、グラファイトシート80)の一部をその中に受けて、熱エネルギーを熱伝導性部材から押し出しハウジング160へと伝導するように構成されている。
【００２７】
ステップ273で、フライス装置271は、内部領域162内の押し出しハウジング160の両端部を削り出して、押し出しハウジング160内に蛇行流路を形成する。例えば、フライス装置271は、押し出しハウジング160の第1の端部の一部を削り出して、開口領域400、402、404、406をその中に形成する。さらに、フライス装置271は、押し出しハウジング160の第2の端部の一部を削り出して、開口領域408、410、412、414をその中に形成する。押し出しハウジング160内の蛇行流路は、開口領域400、402、404、406、408、410、412、414と、流路180、182、184、186、188、190、192、194と、により規定される。
【００２８】
ステップ274において、オペレータは、ろう付け装置269を利用して、上蓋166を押し出しハウジング160の第1の端部にろう付けし、第1の端部を封じる。上蓋166は、上蓋166を通って延在する第1の開口および第2の開口を有する。
【００２９】
ステップ275において、オペレータは、ろう付け装置269を利用して、下蓋168を押し出しハウジング160の第2の端部にろう付けし、第2の端部を封じる。
【００３０】
ステップ276において、オペレータは、ろう付け装置269を用いて、第1の流体ポート170を上蓋166にろう付けして、この第1の流体ポートが上蓋166内の第1の開口と流体的に連結するようにする。
【００３１】
ステップ277において、オペレータは、ろう付け装置269を用いて、第2の流体ポート172を上蓋166にろう付けして、この第2の流体ポート172が上蓋166内の第2の開口と流体的に連通するようにする。
【００３２】
図1を再度参照すると、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、冷媒を導管28を通してバッテリーモジュール20の中に送るように構成されている。示されているように、導管28は、圧縮器22とバッテリーモジュール20のポート170、243に流体的に連結されている。導管30は、バッテリーモジュール20のポート172、244と、凝縮器24とに、流体的に連結されている。バッテリーモジュール20を出た後、冷媒はさらに、導管30を通って凝縮器24へと送られる。
【００３３】
凝縮器24は、その中を流れる冷媒から熱エネルギーを抜き出して、冷媒を冷却するために設けられている。示されているように、導管32は、凝縮器24と圧縮器22との間で、流体的に連結されている。凝縮器24を出た後、冷媒はさらに、導管32を通って圧縮器22へと送られる。
【００３４】
温度センサ36は、バッテリーモジュール20の温度レベルを示す信号を生成するために設けられ、この信号はマイクロプロセッサ40により受信される。
【００３５】
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、空気が凝縮器24を通過するのを促して凝縮器24を冷却するために設けられている。示されているように、ファン38は凝縮器24に隣接して配置されている。代替的な実施形態においては、凝縮器24は、液体−冷媒式の凝縮器(liquid to refrigerant condenser)である。
【００３６】
マイクロプロセッサ40は、バッテリーシステム10の運転を制御するために提供される。具体的には、以下でより詳しく説明されるように、マイクロプロセッサ40は、温度センサ36からの信号に応答して、圧縮器22とファン38の運転を制御するための制御信号を生成するように構成されている。
【００３７】
図15を参照して、他の例示的な実施形態による、バッテリーモジュールを冷却する方法のフローチャートについてここで述べる。単純にするために、この方法は、バッテリーモジュール内の単一のバッテリーセルと一対のグラファイトシートを用いて説明する。もちろん、追加のバッテリーセルやグラファイトシートが利用されることもあり得る。
【００３８】
ステップ280において、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、バッテリーモジュール20の温度を示す第1の信号を生成する。バッテリーモジュール20は、バッテリーセル80、グラファイトシート102、104、冷却マニホールド140、142とを含む。グラファイトシート102、104はそれぞれ、バッテリーセル80の第1の面および第2の面に配置されている。冷却マニホールド140、142は、グラファイトシート102、104にそれぞれ連結されている。
【００３９】
ステップ282において、マイクロプロセッサ40は、第1の信号が、バッテリーモジュール20の温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、圧縮器22がバッテリーモジュール20の冷却マニホールド140、142の中に冷媒を送ること誘発する、第2の信号を生成する。
【００４０】
ステップ284において、マイクロプロセッサ40は、第1の信号が、バッテリーモジュール20の温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、ファン38が凝縮器24を横切って空気を吹き出して凝縮器24を冷却することを誘発する、第3の信号を生成する。凝縮器24は、冷却マニホールド140、142に流体的に連結されている。
【００４１】
ステップ286において、グラファイトシート102、104は、熱エネルギーをバッテリーセル80からグラファイトシート102、104の中に伝導して、バッテリーセル80を冷却する。
【００４２】
ステップ288において、冷却マニホールド140、142は、熱エネルギーをグラファイトシート102、104から冷却マニホールド140、142の中に伝導し、さらに、この熱エネルギーを、冷却マニホールド140、142を通って流れる冷媒の中に伝導する。
【００４３】
ステップ290において、凝縮器24はバッテリーモジュール20の冷却マニホールド140、142から冷媒を受けて、熱エネルギーを冷媒から抜き出す。
【００４４】
ステップ292において、冷媒は、凝縮器24から元の圧縮器22へと送られる。
【００４５】
図16を参照すると、他の例示的な実施形態による、電力を生成するためのバッテリーシステム310が例示されている。バッテリーシステム310は、バッテリーモジュール320と、ポンプ322と、熱交換器324と、冷却板325と、リザーバ326と、ファン337と、導管328、330、331、332、334と、温度センサ336と、冷媒システム338と、マイクロプロセッサ340と、を含む。バッテリーシステム310とバッテリーシステム10との間の主な違いは、バッテリーシステム310がバッテリーモジュール320を冷却するために、冷媒の代わりに冷却剤を利用するということである。
【００４６】
バッテリーモジュール320は、上で論じられたバッテリーモジュール20と同一の構造をしている。
【００４７】
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、冷却剤を導管328を通してバッテリーモジュール320の中に送るように構成されている。示されているように、導管328は、ポンプ322とバッテリーモジュール320との間で流体的に連結されており、導管330は、バッテリーモジュール320と熱交換器324との間に流体的に連結されている。バッテリーモジュール320を出た後、冷却剤はさらに、導管330を通って熱交換器324へと送られる。
【００４８】
熱交換器324は、その中を流れる冷却剤から熱エネルギーを抜き出して、冷却剤を冷却するために設けられている。示されているように、導管331は、熱交換器324と冷却板325との間で、流体的に連結されている。熱交換器324を出た後、冷却剤はさらに、導管331を通って冷却板325へと送られる。
【００４９】
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を通過する空気が熱交換器324を冷却するのを促すために設けられている。示されているように、ファン337は熱交換器324に隣接して配置されている。
【００５０】
冷却板325は、その中を流れる冷却剤から熱エネルギーを抜き出して、冷却剤をさらに冷却するために設けられている。示されているように、導管322は、冷却板325とリザーバ326との間で、流体的に連結されている。冷却板325を出た後、冷却剤はさらに、導管332を通ってリザーバ326へと送られる。
【００５１】
リザーバ326は、冷却剤の少なくとも一部をその中に蓄えるために設けられている。示されているように、導管334は、リザーバ326とポンプ322との間で、流体的に連結されている。リザーバ326を出た後、冷却剤はさらに、導管334を通ってポンプ322へと送られる。
【００５２】
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、バッテリーモジュール320の温度レベルを示す信号を生成するために設けられている。
【００５３】
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ている。示されているように、冷媒システム338は冷却板325に動作可能に連結されている。
【００５４】
マイクロプロセッサ340は、バッテリーシステム310の運転を制御するために提供される。具体的には、以下でより詳しく説明されるように、マイクロプロセッサ340は、温度センサ336からの信号に応答して、ポンプ322、ファン337、冷媒システム338の運転を制御するための制御信号を生成するように構成されている。
【００５５】
図17〜図18を参照して、他の例示的な実施形態による、バッテリーモジュール320を冷却する方法のフローチャートが提供される。単純にするために、この方法は、バッテリーモジュール内の単一のバッテリーセルと一対のグラファイトシートを用いて説明する。もちろん、追加のバッテリーセルやグラファイトシートが利用されることもあり得る。
【００５６】
ステップ360において、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、バッテリーモジュール320の温度を示す第1の信号を生成する。バッテリーモジュール320は、バッテリーセルと、第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートと、第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドと、を含む。第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートはそれぞれ、バッテリーセルの第1の面および第2の面に配置されている。第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドは、第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートにそれぞれに連結されている。
【００５７】
ステップ362において、マイクロプロセッサ340は、第1の信号が、バッテリーモジュール320の温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、ポンプ322がリザーバ326からバッテリーモジュール320の第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドの中に冷却剤を送ることを誘発する、第2の信号を生成する。
【００５８】
ステップ363において、マイクロプロセッサ340は、第1の信号がバッテリーモジュール320の温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、ファン337が熱交換器324を横切って空気を吹き出して熱交換器324を冷却することを誘発する、第3の信号を生成する。熱交換器324は、バッテリーモジュール320の第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドに流体的に連結されている。
【００５９】
ステップ364において、マイクロプロセッサ340は、第1の信号がバッテリーモジュール320の温度が閾値温度レベルよりも高いことを示す場合に、冷媒システム338が冷却板325の一部を通して冷媒を送って冷却板325を冷却することを誘発する、第4の信号を生成する。冷却板325は、熱交換器324に流体的に連結されている。
【００６０】
ステップ366において、第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートは、熱エネルギーをバッテリーセルから第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートの中にそれぞれ伝導して、バッテリーセルを冷却する。
【００６１】
ステップ368において、第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドは、熱エネルギーを第1のグラファイトシートおよび第2のグラファイトシートから第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドの中にそれぞれ伝導し、さらに、この熱エネルギーを、第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドを通って流れる冷却剤の中にそれぞれ伝導する。
【００６２】
ステップ370において、熱交換器324はバッテリーモジュール320の第1の冷却マニホールドおよび第2の冷却マニホールドから冷却剤を中に受けて、熱交換器324の中を通る冷却剤から熱エネルギーを抜き出す。
【００６３】
ステップ371において、冷却板325は熱交換器324から冷却剤を中に受けて、冷却板325の中を通る冷却剤から熱エネルギーを抜き出す。
【００６４】
ステップ372において、リザーバ326は冷却板325から冷却剤を受けて、冷却剤はリザーバ326から元のポンプへと送られる。
【００６５】
これらのバッテリーシステム、バッテリーモジュール、バッテリーモジュールを冷却する方法は、他のシステム、モジュール、及び方法に対して著しく優れた利点を提供する。具体的には、これらバッテリーシステム、バッテリーモジュール、及び方法は、バッテリーセルから熱エネルギーを効果的に除去する冷却マニホールドに連結されたグラファイトシートを利用して、バッテリーモジュールの比較的薄い外形を維持しつつ、バッテリーモジュール内のバッテリーセルを冷却するという、技術的効果を提供する。
【００６６】
本発明が、例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなしにさまざまな変更がなされてもよく、また均等物が本発明の要素と置き変えられてもよいということが、当業者には理解されよう。加えて、多くの変形が特定の状況または材料に適合するために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対してなされてもよい。従って、本発明は、本発明を伝えるために開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、また、本発明は添付の特許請求の範囲の範囲内に入る全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。また、「第1の」および「第2」等の用語の使用は、1つの要素を他と区別するために用いられている。さらに、「1つの(a, an)」等の用語の使用は、個数の限定を意味するものではなく、むしろ少なくとも1つの言及された項目の存在を意味するものである。
【符号の説明】
【００６７】
20  バッテリーモジュール
22  圧縮器
24  凝縮器
36  温度センサ
38  ファン
40  マイクロプロセッサ
268  押し出し装置
269  ろう付け装置
271  フライス装置
320  バッテリーモジュール
322  ポンプ
324  熱交換器
325  冷却板
326  リザーバ
337  ファン
336  温度センサ
338  冷媒システム
340  マイクロプロセッサ
【図１】
0005526224.tif 000002
【図２】
0005526224.tif 000003
【図３】
0005526224.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005526224.tif 000006
【図６】
0005526224.tif 000007
【図７】
0005526224.tif 000008
【図８】
0005526224.tif 000009
【図９】
0005526224.tif 000010
【図１０】
0005526224.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005526224.tif 000013
【図１３】
0005526224.tif 000014
【図１４】
0005526224.tif 000015
【図１５】
0005526224.tif 000016
【図１６】
0005526224.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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