(57)【要約】  電池システムは、電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、電池セルに近接して配置されたハウジングの壁と、壁から延びる複数のフィンであって、電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に熱エネルギーを放散させるように構成され、複数のフィンのフィンは、複数のフィンのそのフィンと、複数のフィンの隣接するフィンとの間の空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンとを含む。
2021519501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された前記ハウジングの壁と、
前記壁から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成され、前記複数のフィンのフィンは、前記複数のフィンの前記フィンと、前記複数のフィンの隣接するフィンとの間の前記空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンと
を含む電池システム。
【請求項２】
前記複数のフィンは、格子状構造に配列され、開口部は、前記複数のフィンの前記フィンと前記隣接するフィンとの間に形成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記壁から且つ前記開口部に延びるように構成された突起を含む、請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
前記突起の第１の長さは、前記複数のフィンの各フィンの第２の長さよりも小さい、請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記突起は、円筒形状を含む、請求項３に記載の電池システム。
【請求項６】
前記複数のフィンの各フィンの先端部に隣接して配設されたヒートシンクを含み、前記ヒートシンクは、前記複数のフィンのフィンから熱エネルギーを吸収するように構成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、熱伝導性金属を含む、請求項６に記載の電池システム。
【請求項８】
前記壁及び前記複数のフィンは、前記ハウジングと一体である、請求項１に記載の電池システム。
【請求項９】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ポリプロピレン又はナイロンを含む、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１０】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ガラス繊維添加物を含む、請求項９に記載の電池システム。
【請求項１１】
前記複数のフィンのフィンの厚さは、前記壁から前記複数のフィンの前記フィンの先端部に向かって先細になるように構成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１２】
前記複数のフィンは、実質的に矩形の断面形状を含む、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１３】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された前記ハウジングの壁と、
前記壁から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成される、複数のフィンと、
前記壁から且つ前記複数のフィンの隣接するフィン間の開口部に延びる突起と
を含む電池システム。
【請求項１４】
前記突起は、円筒形状を含む、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１５】
前記突起の第１の長さは、前記複数のフィンの各フィンの第２の長さよりも小さい、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１６】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ポリプロピレン又はナイロンを含む、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１７】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された前記ハウジングの壁と、
前記壁から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成され、前記複数のフィンのフィンは、前記複数のフィンの前記フィンと、前記複数のフィンの隣接するフィンとの間の前記空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンと、
前記壁から且つ前記複数のフィンの前記フィンと前記隣接するフィンとの間の開口部に延びる突起と
を含む電池システム。
【請求項１８】
前記複数のフィンのフィンの厚さは、前記壁から前記複数のフィンの前記フィンの先端部に向かって先細になるように構成される、請求項１７に記載の電池システム。
【請求項１９】
前記壁及び前記複数のフィンは、前記ハウジングと一体である、請求項１７に記載の電池システム。
【請求項２０】
前記複数のフィンは、前記ハウジングの底部の長さにわたって延びる格子状構造を形成する、請求項１９に記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年４月６日に出願された「ＴＨＥＲＭＡＬ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  Ａ  ＢＡＴＴＥＲＹ  ＭＯＤＵＬＥ」という名称の米国仮特許出願第６２／６５４，０９１号明細書からの優先権及びその利益を主張するものであり、それは、あらゆる目的のために全体として参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、概して、電池及び電池モジュールの分野に関する。より詳細には、本開示は、電池モジュールのための熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
本節は、以下で説明及び／又は特許請求される本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介するように意図される。この考察は、本開示の様々な態様のよりよい理解を容易にするための背景情報を読者に提供するのに役立つと考えられる。そのため、これらの記述は、先行技術の承認としてではなく、この観点から読まれるべきであることを理解されたい。
【０００４】
車両の動力のすべて又は一部を提供するために１つ又は複数の電池システムを使用する車両をｘＥＶと呼ぶことができ、ここで、「ｘＥＶ」という用語は、それらの車両原動力のすべて又は一部に対して電力を使用する以下の車両のすべて又はそれらの任意の変形形態若しくは組み合わせを含むように本明細書に定義される。例えば、ｘＥＶｓは、すべての原動力に電力を利用する電気自動車（ＥＶｓ）を含む。当業者に正しく認識されるように、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶｓ）は、同様にｘＥＶとみなされ、内燃エンジン推進システムと、４８ボルト（Ｖ）又は１３０Ｖシステムなどの電池式電気推進システムとを組み合わせる。ＨＥＶという用語は、ハイブリッド電気自動車の任意の変形形態を含み得る。例えば、フルハイブリッドシステム（ＨＦＥＶｓ）は、１つ又は複数の電動機を使用するか、内燃エンジンのみを使用するか又は両方を使用して、車両に動力及び他の電力を提供し得る。対照的に、マイルドハイブリッドシステム（ＭＨＥＶｓ）は、車両がアイドリングしているときに内燃エンジンを停止させ、空調ユニット、ラジオ又は他の電子装置に給電し続けるために、且つ推進が望ましいときにエンジンを再起動するために電池システムを利用する。マイルドハイブリッドシステムは、同様に、例えば加速中、内燃エンジンを補うためにある程度の動力補助を適用し得る。マイルドハイブリッドは、通常、９６Ｖ〜１３０Ｖであり、ベルト又はクランク一体型スタータジェネレータを通して制動エネルギーを回収する。さらに、マイクロハイブリッド電気自動車（ｍＨＥＶ）は、マイルドハイブリッドと類似した「ストップ−スタート」システムを同様に使用するが、ｍＨＥＶのマイクロハイブリッドシステムは、内燃エンジンに動力補助を供給する場合も供給しない場合もあり、６０Ｖ未満の電圧で動作する。本考察の目的のために、ｍＨＥＶｓは、通常、車両の原動力のいずれの部分に対してもクランクシャフト又はトランスミッションに直接提供される電力を技術的に使用しないが、ｍＨＥＶは、車両が内燃エンジンを停止してアイドリングしているとき、車両の電力需要を補うために電力を使用し、一体型スタータジェネレータを通して制動エネルギーを回収するため、依然としてｘＥＶとみなされ得ることに留意すべきである。加えて、プラグイン電気自動車（ＰＥＶ）は、壁ソケットなどの外部電源から充電することができる任意の車両であり、充電式電池パックに貯蔵されたエネルギーは、車輪を駆動するか又は駆動することに寄与する。ＰＥＶは、全電気又は電池式電気自動車（ＢＥＶｓ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶｓ）並びにハイブリッド電気自動車及び従来型内燃エンジン車の電気自動車転換を含むＥＶｓのサブカテゴリである。
【０００５】
上述のようなｘＥＶｓは、内燃エンジンと、通常、鉛酸電池によって給電される１２Ｖシステムである従来の電気システムのみとを使用するより従来のガソリン車と比較して、いくつかの利点を提供し得る。例えば、ｘＥＶｓは、従来の内燃車と比較して、望ましくない排出物をより少なく作り出す可能性があり、より高い燃料効率を示す可能性があり、場合により、特定のタイプのＥＶｓ又はＰＥＶｓの場合のように、そのようなｘＥＶは、ガソリンの使用を完全に排除する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
技術が進化し続けるにつれて、ｘＥＶｓで使用される改善された電池モジュール部品を提供する必要がある。例えば、電池モジュールは、熱エネルギー（例えば、熱）を生成する１つ又は複数の電池セルを含み、それは、電池モジュールのハウジング内の温度を上昇させる可能性がある。既存の電池モジュールは、電池モジュール内からヒートシンク及び／又は電池モジュールの周囲環境に熱エネルギーを伝達する様々な機構を含み得る。残念ながら、既存の機構は、電池モジュールから熱エネルギーを除去するのに非能率的である可能性があり、及び／又は電池モジュールに組み込むのに高価且つ複雑である可能性がある。本開示は、一般に、電池モジュールハウジング内からの熱放散を改善する機構に関連する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態では、電池システムは、電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、電池セルに近接して配置されたハウジングの壁と、壁から延びる複数のフィンであって、電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に熱エネルギーを放散させるように構成され、複数のフィンのフィンは、複数のフィンのそのフィンと、複数のフィンの隣接するフィンとの間の空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンとを含む。
【０００８】
本開示の一実施形態では、電池システムは、電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、電池セルに近接して配置されたハウジングの壁と、壁から延びる複数のフィンであって、電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に熱エネルギーを放散させるように構成される、複数のフィンと、壁から且つ複数のフィンの隣接するフィン間の開口部に延びる突起とを含む。
【０００９】
本開示の一実施形態では、電池システムは、電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、電池セルに近接して配置されたハウジングの壁と、壁から延びる複数のフィンであって、電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に熱エネルギーを放散させるように構成され、複数のフィンのフィンは、複数のフィンのそのフィンと、複数のフィンの隣接するフィンとの間の空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンと、壁から且つ複数のフィンのそのフィンと隣接するフィンとの間の開口部に延びる突起とを含む。
【００１０】
本開示の様々な態様は、以下の詳細な説明を読むことにより、且つ図面を参照することにより、よりよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本手法の一実施形態による、車両のための電力のすべて又は一部に寄与する電池システムを有する車両（ｘＥＶ）の斜視図である。
【００１２】
【図２】本手法の一実施形態による、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の形での図１のｘＥＶの切り欠き概略図である。
【００１３】
【図３】本手法の一実施形態による、図１の電池システムの一実施形態の斜視図である。
【００１４】
【図４】本手法の一実施形態による、図１の電池システムのための熱管理システムの一実施形態の斜視図である。
【００１５】
【図５】本手法の一実施形態による、図１の電池システムのための熱管理システムの一実施形態の斜視図である。
【００１６】
【図６】本手法の一実施形態による、図４の熱管理システムの一実施形態の断面図である。
【００１７】
【図７】本手法の一実施形態による、図４の熱管理システムの一実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１つ又は複数の具体的な実施形態について以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようとする努力において、実際の実装のすべての機構について本明細書に説明されるわけではない。そのようなあらゆる実際の実装の開発において、任意のエンジニアリング又は設計プロジェクトと同様に、実装ごとに変化し得るシステム関連及びビジネス関連の制約の遵守など、開発者の具体的な目標を達成するために多くの実装特有の決定がなされなければならないことを正しく認識すべきである。そのうえ、そのような開発努力は、複雑で時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって設計、加工及び製造の日常的な作業となることを正しく認識すべきである。
【００１９】
本明細書に説明される電池システムは、様々なタイプの電気自動車（ｘＥＶ）及び他の高電圧エネルギー貯蔵／支出アプリケーション（例えば、配電網電力貯蔵システム）に電力を提供するために使用され得る。そのような電池システムは、１つ又は複数の電池モジュールを含んでもよく、各電池モジュールは、例えば、ｘＥＶの１つ又は複数の構成部品に給電するのに有用な特定の電圧及び／又は電流を提供するために配列され、電気的に相互接続されたいくつかの電池セル（例えば、リチウムイオン（Ｌｉイオン）電気化学セル）を有する。別の実施例として、本実施形態による電池モジュールは、固定電力システム（ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ  ｐｏｗｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）（例えば、非自動車システム）に組み込まれてもよいか、又はそれに電力を提供してもよい。
【００２０】
従来のガソリン車を上回る利点に基づいて、一般に、従来のガソリン車を生産する製造業者は、その車種に改善された車両技術（例えば、回生制動技術）を利用することを望む場合がある。多くの場合、これらの製造業者は、その従来の車両プラットフォームの１つを出発点として利用し得る。したがって、従来のガソリン車は、１２ボルトの電池システムを利用するように設計されているため、１２ボルトの鉛酸電池を補うために１２ボルトのリチウムイオン電池が使用され得る。より具体的には、１２ボルトのリチウムイオン電池は、回生制動中に生成された電気エネルギーをより効率的に捕捉し、その後、車両の電気システムに給電するために電気エネルギーを供給するために使用され得る。
【００２１】
車両技術で進歩が起こるにつれて、１２ボルトよりも高い電圧を必要とする高電圧電気装置が同様に車両の電気システムに含まれる場合がある。例えば、リチウムイオン電池は、マイルドハイブリッド車の電動機に電気エネルギーを供給し得る。多くの場合、これらのより高い電圧の電気装置は、１２ボルトよりも高い、例えば最大４８ボルトの電圧を利用する。そのため、いくつかの実施形態では、１２ボルトのリチウムイオン電池の出力電圧は、高電圧装置に電力を供給するためにＤＣ−ＤＣコンバータを使用して昇圧され得る。加えて又は代わりに、１２ボルト鉛酸電池を補うために４８ボルトのリチウムイオン電池を使用してもよい。より具体的には、４８ボルトのリチウムイオン電池は、回生制動中に生成された電気エネルギーをより効率的に捕捉し、その後、高電圧装置に給電するために電気エネルギーを供給するために使用され得る。
【００２２】
したがって、１２ボルトのリチウムイオン電池を利用すべきか又は４８ボルトのリチウムイオン電池を利用すべきかに関する設計選択は、特定の車両に含まれる電気装置に直接左右される場合がある。それにもかかわらず、電圧特性が異なる場合があるとはいえ、１２ボルトのリチウムイオン電池及び４８ボルトのリチウムイオン電池の動作原理は、全体として類似している。より具体的には、上述のように、両方とも回生制動中に電気エネルギーを捕捉し、その後、車両の電気装置に給電するために電気エネルギーを供給するために使用され得る。
【００２３】
そのため、以下の考察を単純化するために、本技法は、１２ボルトのリチウムイオン電池及び１２ボルトの鉛酸電池を備えた電池システムに関連して説明されることになる。しかしながら、当業者は、４８ボルトのリチウムイオン電池及び１２ボルトの鉛酸電池を備えた電池システムなどの他の電池システムに本技法を適応させることが可能である。
【００２４】
本開示は、電池及び電池モジュールに関する。より具体的には、本開示は、電池モジュールハウジング内に配置された１つ又は複数の電池セルによって生成された熱エネルギー（例えば、熱）の放散を改善するように構成された電池モジュールハウジングの機構に関する。特定の実施形態は、車両コンテキスト（例えば、ハイブリッド電気自動車）及び他のエネルギー貯蔵／支出アプリケーション（例えば、配電網のためのエネルギー貯蔵）で使用され得るリチウムイオン電池モジュールを対象とする。
【００２５】
上記を念頭に置いて、本開示は、電池モジュールハウジング内からの熱エネルギー（例えば、熱）の放散を増加させる、電池モジュールハウジングの改善された機構について説明する。上記のように、電池モジュールハウジング内に配設された１つ又は複数の電池セルは、負荷（例えば、車両）に供給され得るか、又は負荷によって消費され得る電気エネルギーを最終的にもたらす化学反応の結果又は副産物として熱エネルギーを生成する。熱エネルギーは、電池モジュールハウジング内の温度を上昇させる。場合により、上昇した温度は、ハウジング内の様々な構成部品（例えば、電池セル及び／又は電気部品）の動作に影響を与える可能性がある。本開示の実施形態は、電池モジュールハウジング内で生成された熱エネルギーの放散を高める、電池モジュールハウジングの機構に関連する。具体的には、本開示の実施形態は、自然対流（例えば、熱エネルギーの受動伝達）を通して熱放散量を増加させるフィンの格子を対象とする。いくつかの実施形態では、フィンは、フィンによって形成された開口部間及び／又はフィンと周囲環境との間の空気の流れを促進する流路若しくは溝を含み得る。さらに、フィンは、フィンから熱エネルギーを吸収し、熱エネルギー放散をさらに高めるヒートシンク（例えば、鋼板、熱伝導性金属、アルミニウム、銅、車両の車台）と接触し得る。いくつかの実施形態では、ヒートシンクは、フィンを有する電池モジュールハウジングの一部分に近接して配置されているか又は結合されている、アルミニウム又は銅などの熱伝導性金属を含み得る。ヒートシンクは、矩形、三角形、六角形又は任意の他の適当な形状を含み得る、電池モジュールハウジングの断面形状に従う形状を含み得る。
【００２６】
フィンの格子は、ヒートシンクと接触する表面積の量、電池モジュールハウジングを支持するためのフィンの剛性並びに／又はフィンによって形成された開口部間及び／若しくはフィンと周囲環境との間の空気流を促進するための機構の量のバランスをとるように構成される。いくつかの実施形態では、フィンの格子は、電池モジュールハウジングと一体であり、それにより電池モジュールの組み立てを容易にしてコストを低減させる。いずれにしても、フィンのグリッドは、電池モジュールハウジング内からの熱エネルギー放散を増加させ、それにより電池モジュールの効率を向上させる。
【００２７】
例示を補助するために、図１は、回生制動システムを利用し得る車両１０の一実施形態の斜視図である。以下の考察は、回生制動システムを備えた車両に関連して提示されるが、本明細書に説明される技法は、電池で電気エネルギーを捕捉／貯蔵する他の車両に適応可能であり、それらは、電気動力車及びガソリン車を含み得る。
【００２８】
上で論じたように、電池システム１２は、従来の車両設計と大部分互換性があることが望ましいことになる。そのため、電池システム１２は、従来の電池システムを収容したであろう車両１０内の場所に設置され得る。例えば、例示されるように、車両１０は、典型的な燃焼エンジン車の鉛酸電池と同様に（例えば、車両１０のボンネットの下に）配置された電池システム１２を含み得る。なおその上に、以下により詳細に説明するように、電池システム１２は、電池システム１２の温度管理を容易にするように配置され得る。例えば、いくつかの実施形態では、電池システム１２を車両１０のボンネットの下に配置することにより、エアダクトが電池システム１２の上に空気流を向けることを可能にして、電池システム１２を冷却し得る。
【００２９】
電池システム１２のより詳細な図が図２に説明されている。描写されるように、電池システム１２は、イグニッションシステム１６、オルタネータ１８、車両コンソール２０に結合され、任意選択により電動機２２に結合されたエネルギー貯蔵部品１４を含む。一般に、エネルギー貯蔵部品１４は、車両１０で生成された電気エネルギーを捕捉／貯蔵し、電気エネルギーを出力して車両１０の電気装置に給電することができる。
【００３０】
換言すれば、電池システム１２は、ラジエータ冷却ファン、クライメートコントロールシステム、電動パワーステアリングシステム、アクティブサスペンションシステム、オートパークシステム、電動オイルポンプ、電動スーパー／ターボチャージャ、電動ウォータポンプ、加熱フロントガラス／デフロスタ、ウインドウリフトモータ、バニティライト、タイヤ空気圧監視システム、サンルーフモータ制御、パワーシート、警報システム、インフォテイメントシステム、ナビゲーション機構、車線逸脱警告システム、電動パーキングブレーキ、外部ライト又はそれらの任意の組み合わせを含み得る、車両の電気システムの構成部品に電力を供給し得る。例示的には、描写された実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、車両コンソール２０、車両内のディスプレイ２１及び内燃エンジン２４を始動させる（例えば、クランクを回して始動させる）ために使用され得るイグニッションシステム１６に電力を供給する。
【００３１】
加えて、エネルギー貯蔵部品１４は、オルタネータ１８及び／又は電動機２２によって生成された電気エネルギーを捕捉し得る。いくつかの実施形態では、オルタネータ１８は、内燃エンジン２４が作動している間に電気エネルギーを生成し得る。より具体的には、オルタネータ１８は、内燃エンジン２４の回転によって作り出された機械エネルギーを電気エネルギーに変換し得る。加えて又は代わりに、車両１０が電動機２２を含むとき、電動機２２は、車両１０の運動（例えば、車輪の回転）によって作り出された機械エネルギーを電気エネルギーに変換することによって電気エネルギーを生成し得る。したがって、いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、回生制動中にオルタネータ１８及び／又は電動機２２によって生成された電気エネルギーを捕捉し得る。そのようなものとして、オルタネータ１８及び／又は電動機２２は、本明細書で一般に回生制動システムと呼ばれる。
【００３２】
電気エネルギーの捕捉及び供給を容易にするために、エネルギー貯蔵部品１４は、バス２６を介して車両の電気システムに電気的に結合され得る。例えば、バス２６は、エネルギー貯蔵部品１４が、オルタネータ１８及び／又は電動機２２によって生成された電気エネルギーを受け取ることを可能にし得る。加えて、バス２６は、エネルギー貯蔵部品１４がイグニッションシステム１６及び／又は車両コンソール２０に電気エネルギーを出力することを可能にし得る。そのため、１２ボルトの電池システム１２が使用されるとき、バス２６は、通常、８〜１８ボルトの電力を搬送し得る。
【００３３】
加えて、描写されるように、エネルギー貯蔵部品１４は、複数の電池モジュールを含み得る。例えば、描写された実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、本実施形態による鉛酸（例えば、第１の）電池モジュール２８及びリチウムイオン（例えば、第２の）電池モジュール３０を含み、ここで、各電池モジュール２８、３０は、１つ又は複数の電池セルを含む。他の実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、いくつもの電池モジュールを含み得る。加えて、第１の電池モジュール２８及び第２の電池モジュール３０は、互いに隣接して描写されているが、それらは、車両の周りの異なるエリアに配置されてもよい。例えば、第１の電池モジュール２８は、車両１０のボンネットの下に配置され得るのに対して、第２の電池モジュール３０は、車両１０の室内又はその近くに配置され得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、複数の異なる電池の化学的性質を利用するために複数の電池モジュールを含み得る。例えば、第１の電池モジュール２８は、鉛酸電池の化学的性質を利用してもよく、第２の電池モジュール３０は、リチウムイオン電池の化学的性質を利用してもよい。そのような実施形態では、リチウムイオン電池の化学的性質は、一般に、鉛酸電池の化学的性質よりも高いクーロン効率及び／又は高い電力充電受容率（例えば、より高い最大充電電流又は充電電圧）を有するため、電池システム１２の性能は、改善され得る。そのようなものとして、電池システム１２の捕捉、貯蔵及び／又は分配効率は、改善され得る。
【００３５】
電気エネルギーの捕捉及び貯蔵の制御を容易にするために、電池システム１２は、制御モジュール３２を付加的に含み得る。より具体的には、制御モジュール３２は、エネルギー貯蔵部品１４内のリレー（例えば、スイッチ）、オルタネータ１８及び／又は電動機２２など、電池システム１２内の構成部品の動作を制御し得る。例えば、制御モジュール３２は、（例えば、電池システム１２の定格を下げ、再定格するために）各電池モジュール２８又は３０によって捕捉／供給される電気エネルギーの量を調整し、電池モジュール２８及び３０間の負荷分散を行い、各電池モジュール２８又は３０の充電状態を決定し、各電池モジュール２８又は３０の温度を決定し、いずれかの電池モジュール２８及び３０の予測温度軌道を決定し、いずれかの電池モジュール２８又は３０の予測寿命を決定し、いずれかの電池モジュール２８又は３０による燃費寄与を決定し、各電池モジュール２８又は３０の実効抵抗を決定し、オルタネータ１８及び／又は電動機２２によって出力される電圧又は電流の大きさを制御するなどしてもよい。
【００３６】
そのため、制御モジュール（例えば、ユニット）３２は、１つ又は複数のプロセッサ３４及び１つ又は複数のメモリ３６を含み得る。より具体的には、１つ又は複数のプロセッサ３４は、１つ若しくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ若しくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、１つ若しくは複数の汎用プロセッサ又はそれらの任意の組合せを含み得る。一般に、プロセッサ３４は、本明細書に説明されるプロセスに関連したコンピュータ可読命令を行い得る。加えて、プロセッサ３４は、固定小数点プロセッサ又は浮動小数点プロセッサであり得る。
【００３７】
加えて、１つ又は複数のメモリ３６は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ及び／又はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、光学ドライブ、ハードディスクドライブ若しくはソリッドステートドライブなどの不揮発性メモリを含み得る。いくつかの実施形態では、制御モジュール３２は、車両制御ユニット（ＶＣＵ）の部分及び／又は別個の電池制御モジュールを含み得る。加えて、描写されるように、制御モジュール３２は、スタンドアロンモジュールなどのエネルギー貯蔵部品１４と分かれて含まれ得る。他の実施形態では、電池管理システム（ＢＭＳ）は、エネルギー貯蔵部品１４内に含まれてもよい。
【００３８】
特定の実施形態では、制御モジュール３２又はプロセッサ３４は、エネルギー貯蔵部品１４内及び／又はエネルギー貯蔵部品１４の周りに配設された様々なセンサ３８からデータを受け取ることができる。センサ３８は、電池モジュール２８又は３０に関する電流、電圧、温度などを測定するための様々なセンサを含み得る。センサ３８からデータを受け取った後、プロセッサ３４は、生データを電池モジュール２８及び３０のパラメータの評価に変換し得る。そのようなものとして、プロセッサ３４は、生データを、電池システム１２の動作に付随する貴重な情報を車両１０のオペレータに提供し得るデータにすることができ、電池システム１２の動作に付随する情報は、ディスプレイ２１上に表示され得る。ディスプレイ２１は、オペレーティングシステムのためのＧＵＩ又は（静止画及び動画データを含む）画像データなど、装置１０によって生成された様々な画像を表示し得る。ディスプレイ２１は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどの任意の適当なタイプのディスプレイであり得る。加えて、ディスプレイ２１は、制御モジュール３２の調節パラメータ又はプロセッサ３４によって処理されるデータへの入力を提供し得る接触感応素子を含み得る。
【００３９】
エネルギー貯蔵部品１４は、電池システム１２を収容するための車両１０設計への修正を限定するために、典型的な鉛酸電池の寸法に相当する寸法を有し得る。例えば、エネルギー貯蔵部品１４は、Ｈ６電池と類似の寸法であってもよく、これは、約１３．９インチ×６．８インチ×７．５インチであり得る。描写されるように、エネルギー貯蔵部品１４は、単一の連続ハウジング内に含まれ得る。他の実施形態では、エネルギー貯蔵部品１４は、連結された複数のハウジング（例えば、第１の電池２８を含む第１のハウジング及び第２の電池３０を含む第２のハウジング）を含み得る。さらに他の実施形態では、上に述べたように、エネルギー貯蔵部品１４は、車両１０のボンネットの下に位置する第１の電池モジュール２８を含んでもよく、第２の電池モジュール３０は、車両１０の室内に位置してもよい。
【００４０】
図３は、第１の電池モジュール端子５０及び第２の電池モジュール端子５２を含む電池２８の一実施形態の斜視図である。電池モジュール端子５０、５２は、電池モジュールハウジング５４上に配設され、ハウジング５４のキャビティ内に配設された１つ又は複数の電池セルに電気的に結合される。そのようなものとして、電池２８が電力を供給し及び／又は受け取るように、負荷又は電力供給が電池モジュール端子５０、５２に結合され得る。図３の例示された実施形態に示されるように、ハウジング５４のキャビティは、カバー５６を介して封止される。いくつかの実施形態では、カバー５６は、溶接（例えば、レーザ溶接）、留め具、別の適当な技法又はそれらの組み合わせを介してハウジング５４に固定される。いずれにしても、ハウジングのキャビティは、実質的に封止されて（例えば、気密又は水密）、ハウジング内の気体若しくは流体が、電池２８を取り巻く環境５８に漏れることを阻止し、且つ／又は水若しくは他の汚染物質が、電池２８を取り巻く環境５８からハウジングに入り込むことを阻止する。いくつかの実施形態では、電池モジュールハウジング５４及び／又はカバー５６は、ポリプロピレン、ナイロン又は別の適当な材料などの高分子材料を含み得る。加えて、電池モジュールハウジング５４及び／又はカバー５６の高分子材料は、ガラス繊維添加物などの添加物を含み得る。しかしながら、他の実施形態では、電池モジュールハウジング５４及び／又はカバー５６は、任意の適当な材料を含んでもよい。
【００４１】
上で論じたように、ハウジング５４のキャビティ内に配設された１つ又は複数の電池セルは、電池モジュール端子５０、５２を介して負荷に最終的に供給される電気エネルギーを作り出すために熱エネルギーを生成する。本開示の実施形態は、電池モジュールハウジング５４内からの熱エネルギー放散量を増加させる、改善された熱エネルギー管理システム７０を対象とする。例えば、図４は、熱エネルギー管理システム７０の一実施形態の斜視図である。図４の例示された実施形態に示されるように、熱エネルギー管理システム７０は、電池モジュールハウジング５４の一部分７４（例えば、底面）上に格子状構造を形成する複数のフィン７２を含む。例えば、複数のフィン７２は、ハウジング５４の部分７４からの突起を含む。複数のフィン７２は、空気のポケットを受け入れ、且つ／又は別の方法で取り囲むように構成された開口部７６を形成する。いくつかの実施形態では、開口部７６は、電池２８を取り巻く環境５８（例えば、外気）から空気７８を受け取り、空気７８は、電池モジュールハウジング５４の部分７４に形成された流路又は開口部７９を通して流れ、フィン７２から熱エネルギーを吸収し得る。加えて又は代わりに、ファン又は他の適当な装置を利用して、複数のフィン７２にわたって且つ／又は開口部７６間に環境５８からの空気を方向付けてもよい。他の実施形態では、複数のフィン７２は、環境５８から隔離され得る。そのような実施形態では、開口部７６内に存在する空気は、複数のフィン７２にわたり、隣接する開口部７６に流れてもよく、それにより開口部７６のそれぞれの間で実質的に均等に熱エネルギーを分散させてもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、複数のフィン７２は、電池モジュールハウジング５４と一体的に形成される。例えば、電池モジュールハウジング５４、したがって複数のフィン７２は、射出成形技術を介して形成され得る。複数のフィン７２を電池モジュールハウジング５４と一体的に形成することは、電池モジュールハウジング５４内から熱を放散するために含まれる追加の構成部品を排除することによって製造コストを低減させる。そのため、複数のフィン７２及び／又は電池モジュールハウジング５４の部分７４は、ポリプロピレン、ナイロン又は別の適当な材料など、電池モジュールハウジング５４と同じ材料を含み得る。さらに、上記のように、電池モジュールハウジング５４、したがって複数のフィン７２及び／又は部分７４は、ガラス繊維添加物などのポリプロピレン、ナイロン又は別の適当な材料内の添加物を含み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、複数のフィン７２は、複数のフィン７２の１つ又は複数のフィン７２の少なくとも一部分８２内に形成された複数の流路８０（例えば、溝）を含む。図４の例示された実施形態に示されるように、流路８０は、軸８４に沿って延びる複数のフィン７２の部分８２上に形成される。加えて、軸８４に対して横方向に軸８８に沿って延びる複数のフィン７２の部分８６は、流路８０を同様に含み得る。他の実施形態では、複数のフィン７２の部分８６は、流路８０を含まない場合があり、及び／又は部分８２は、流路８０を含まない場合がある。複数のフィン７２内に含まれる流路８０の数は、複数のフィン７２の望ましい剛性に基づき得る。例えば、複数のフィン７２内に多数の流路８０を形成することは、複数のフィン７２の剛性を低減させる可能性があり、それは、電池モジュールハウジング５４の構造的完全性を損なう可能性がある。そのため、流路８０の数は、電池モジュールハウジング５４の構造的完全性を維持するために複数のフィン７２の剛性に基づいて決定され得る。
【００４４】
図示されるように、流路８０は、部分８２の長さ９０にわたって延び、部分８２内に深さ９２だけ延びる。いくつかの実施形態では、流路８０の深さ９２は、０．１ミリメートル（ｍｍ）〜２ｍｍ、０．２ｍｍ〜１ｍｍ又は０．３ｍｍ〜０．７ｍｍである。いずれにしても、流路８０は、複数のフィン７２のそれぞれにわたる空気の流れを促進するように構成される。そのようなものとして、ハウジング５４の部分７４の中心部９４内の熱エネルギーは、周囲空気によって吸収され、電池２８を取り巻く環境５８に放散され、且つ／又はハウジング５４の部分７４の中心部９４からさらに離れた開口部７６に伝達され得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、電池モジュールハウジング５４は、部分７４から開口部７６に延びる１つ又は複数の突起９６をさらに含み得る。突起９６は、空気にさらされる表面積の量を増加させることができ、それによりハウジング５４内から放散される熱エネルギーの量を増加させることができる。図４の例示された実施形態に示されるように、突起９６は、実質的に円筒の形状を含み得る。しかしながら、他の実施形態では、突起９６は、空気にさらされる熱管理システム７０の表面積を増加させる他の適当な多角形形状を含み得る。加えて又は代わりに、突起９６は、複数のフィン７２の長さよりも短い長さを含み得る。そのようなものとして、突起９６は、複数のフィン７２によって形成された格子にわたる（例えば、開口部７６間の）空気の流れを妨げず、それにより増加した量の熱エネルギー伝達を可能にする。他の実施形態では、突起９６は、複数のフィン７２と実質的に同じ（例えば、１０％の範囲内、５％の範囲内、１％の範囲内の）長さを含み得る。なおさらなる実施形態では、突起９６は、別の適当な長さを含み得る。
【００４６】
図４の例示された実施形態は、実質的に正方形の形状（例えば、断面形状）を有する複数のフィン７２を示すが、複数のフィン７２が他の適当な形状（例えば、断面形状）を含み得ることを認識すべきである。例えば、図５は、円筒形状のフィン１００（例えば、円形の断面形状）を備えた熱管理システム７０を有する電池の一実施形態の斜視図である。なおさらなる実施形態では、複数のフィン７２は、円形、三角形、矩形、正方形、五角形、六角形、七角形、八角形、九角形、別の適当な多角形形状又はそれらの組み合わせの断面形状を含み得る。
【００４７】
図６は、熱エネルギー管理システム７０を有する電池２８の断面図である。図５の例示された実施形態に示されるように、複数のフィン７２は、複数の電池セル１１２に隣接して配置された壁１１０（例えば、パッド又は部分７４）から延びる。いくつかの実施形態では、壁１１０は、電池モジュールハウジング５４と一体的に形成されてもよく、約２ｍｍ（例えば、その１０％の範囲内、５％の範囲内又は１％の範囲内）の厚さを含み得る。いずれにしても、壁１１０は、複数の電池セル１１２によって生成された熱エネルギーを吸収し、最終的に熱エネルギーを複数のフィン７２に伝達する。上で論じたように、空気は、複数のフィン７２にわたって流れ、複数のフィン７２から熱エネルギーを吸収することができる。一部の場合、熱エネルギーは、環境５８に放散される一方、他の場合、熱エネルギーは、複数のフィン７２によって形成された隣接する開口部７６に分散される。いくつかの実施形態では、複数のフィン７２は、壁１１０から距離１１４（例えば、長さ）だけ延び得る。例えば、距離１１４は、２ミリメートル（ｍｍ）〜６ｍｍ、２．５ｍｍ〜５ｍｍ又は３ｍｍ〜４ｍｍであり得る。他の実施形態では、距離１１４は、約３．８８ｍｍ（例えば、その１０％の範囲内、５％の範囲内又は１％の範囲内）であり得る。
【００４８】
加えて、複数のフィン７２は、厚さ１１６を含み得る。複数のフィン７２の厚さ１１６は、周囲空気にさらされる表面積及びヒートシンクと接触する表面積を決定する（例えば、図７を参照されたい）。そのようなものとして、複数のフィン７２は、周囲空気を介して且つヒートシンクを通して、電池モジュールハウジング５４内から熱エネルギーを放散させる。複数のフィン７２の厚さ１１６は、熱エネルギー伝達の閾値を達成するために様々な表面積（例えば、周囲空気にさらされる第１の表面積及びヒートシンクと接触する第２の表面積）のバランスをとることによって決定され得る。そのような決定は、実験的試験、既存データのモデル及び／又は他の適当な技法を通してなされ得る。さらに、いくつかの実施形態では、フィン７２の厚さ１１６は、壁１１０からの距離１１４全体を通して変化し得る。例えば、厚さ１１６は、壁１１０から複数のフィン７２の先端部１１７に向かって先細になり得る。そのような実施形態では、より大量の熱エネルギーを複数のフィン７２によって壁１１０から吸収することができ、それにより複数のフィン７２によって達成される熱エネルギー放散量を増加させることができる。加えて又は代わりに、複数のフィン７２の厚さ１１６は、複数のフィン７２の各フィンの断面に沿って実質的に等しくてもよい。換言すれば、フィン７２の断面形状を形成するフィン７２の側面は、距離１１４に沿った任意の点で実質的に同じ厚さ１１６を含み得る。
【００４９】
図６の例示された実施形態に示されるように、複数のフィン７２によって形成された格子は、電池モジュールハウジング５４の部分７４の外周の周りに形成された流路１１８によって実質的に囲まれ得る。いくつかの実施形態では、流路１１８は、電池モジュールハウジング５４からの熱エネルギーが吸収され、環境５８に放散されるように、電池２８を取り巻く環境５８から周囲空気を受け取り、周囲空気が複数のフィン７２にわたって方向付けられることを可能にしてもよい。加えて又は代わりに、流路１１８は、複数のフィン７２によって形成された格子と電池モジュールハウジング５４の外周との間にバッファを提供することにより、電池モジュールハウジング５４に構造的支持を提供する。
【００５０】
図７は、熱管理システム７０を有する電池２８の一実施形態の断面図である。図７の例示された実施形態に示されるように、電池モジュールハウジング５４は、ヒートシンク１４０（例えば、鋼板、金属シート、車両の車台、銅、アルミニウム又は別の導電材料）上に配設される。そのようなものとして、複数のフィン７２は、ヒートシンク１４０と接触するか又は別の方法で隣接している。ヒートシンク１４０は、複数のフィン７２及び／又は複数のフィン７２にわたって流れる空気から熱エネルギーを吸収する。そのため、熱管理システム７０は、熱エネルギーがヒートシンク１４０及び開口部７６内の空気の両方に伝達されることを可能にし、それにより熱エネルギー放散量を増加させ、電池２８の効率を向上させる。
【００５１】
開示された実施形態の１つ又は複数は、単独で又は組み合わせて、電池モジュールハウジングからの熱エネルギー放散を高めることを含む１つ又は複数の技術的効果を提供し得る。特に、電池モジュールハウジングは、複数のフィンによって形成された格子状構造を含む。フィンは、フィンによって形成された開口部間の空気流を促進する流路を含んでもよく、それにより格子状構造全体を通して熱エネルギーを分散させ得る。いくつかの実施形態では、電池モジュールハウジング内からの熱エネルギー放散をさらに増加させるために、周囲空気は、複数のフィンによって形成された開口部に流入し得る。さらに、複数のフィン及び／又はフィンによって形成された開口部内の空気から熱エネルギーを吸収するためにヒートシンクが利用され得る。いずれにしても、電池モジュールハウジング内から放散される熱エネルギーの量が増加し、それにより電池モジュールの効率を高める。本明細書における技術的効果及び技術的問題は、例示的なものであり、限定するものではない。本明細書に説明された実施形態は、他の技術的効果を有する可能性があり、他の技術的問題を解決し得ることに留意すべきである。
【００５２】
上述の具体的な実施形態は、例として示されたものであり、これらの実施形態は、様々な修正形態及び代替形態が可能であり得ることを理解されたい。特許請求の範囲は、開示された特定の形態に限定されるように意図されるものではなく、むしろ本開示の趣旨及び範囲に含まれるすべての修正形態、均等物及び代替形態を網羅するように意図されることをさらに理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月26日(2020.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された第１の側面を有する前記ハウジングの壁と、
前記壁の第２の側面から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成され、前記複数のフィンのフィンは、前記複数のフィンの前記フィンと、前記複数のフィンの隣接するフィンとの間の前記空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンと
を含む電池システム。
【請求項２】
前記複数のフィンは、格子状構造に配列され、開口部は、前記複数のフィンの前記フィンと前記隣接するフィンとの間に形成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項３】
前記壁から且つ前記開口部に延びるように構成された突起を含む、請求項２に記載の電池システム。
【請求項４】
前記突起の第１の長さは、前記複数のフィンの各フィンの第２の長さよりも小さい、請求項３に記載の電池システム。
【請求項５】
前記突起は、円筒形状を含む、請求項３に記載の電池システム。
【請求項６】
前記複数のフィンの各フィンの先端部に隣接して配設されたヒートシンクを含み、前記ヒートシンクは、前記複数のフィンのフィンから熱エネルギーを吸収するように構成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、熱伝導性金属を含む、請求項６に記載の電池システム。
【請求項８】
前記壁及び前記複数のフィンは、前記ハウジングと一体である、請求項１に記載の電池システム。
【請求項９】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ポリプロピレン又はナイロンを含む、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１０】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ガラス繊維添加物を含む、請求項９に記載の電池システム。
【請求項１１】
前記複数のフィンのフィンの厚さは、前記壁から前記複数のフィンの前記フィンの先端部に向かって先細になるように構成される、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１２】
前記複数のフィンは、実質的に矩形の断面形状を含む、請求項１に記載の電池システム。
【請求項１３】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された第１の側面を有する前記ハウジングの壁と、
前記壁の第２の側面から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成される、複数のフィンと、
前記壁から且つ前記複数のフィンの隣接するフィン間の開口部に延びる突起と
を含む電池システム。
【請求項１４】
前記突起は、円筒形状を含む、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１５】
前記突起の第１の長さは、前記複数のフィンの各フィンの第２の長さよりも小さい、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１６】
前記ハウジング、前記壁及び前記複数のフィンは、ポリプロピレン又はナイロンを含む、請求項１３に記載の電池システム。
【請求項１７】
電池システムであって、
電池セルを受け入れるように構成されたハウジングであって、前記電池セルは、電気エネルギー生成及び／又は消費の副産物として熱エネルギーを出力するように構成される、ハウジングと、
前記電池セルに近接して配置された第１の側面を有する前記ハウジングの壁と、
前記壁の第２の側面から延びる複数のフィンであって、前記電池セルから熱エネルギーを吸収し、且つ空気若しくはヒートシンク又は両方に前記熱エネルギーを放散させるように構成され、前記複数のフィンのフィンは、前記複数のフィンの前記フィンと、前記複数のフィンの隣接するフィンとの間の前記空気の流れを促進するように構成された流路を含む、複数のフィンと、
前記壁の第２の側面から且つ前記複数のフィンの前記フィンと前記隣接するフィンとの間の開口部に延びる突起と
を含む電池システム。
【請求項１８】
前記複数のフィンのフィンの厚さは、前記壁から前記複数のフィンの前記フィンの先端部に向かって先細になるように構成される、請求項１７に記載の電池システム。
【請求項１９】
前記壁及び前記複数のフィンは、前記ハウジングと一体である、請求項１７に記載の電池システム。
【請求項２０】
前記複数のフィンは、前記ハウジングの底部の長さにわたって延びる格子状構造を形成する、請求項１９に記載の電池システム。
【国際調査報告】
2021519501.tif 000010
2021519501.tif 000011
2021519501.tif 000012