Кожух элемента и монтажная конструкция для кожуха элемента - RU2523441C1

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к кожуху элемента и монтажной конструкции для кожуха элемента.

Уровень техники

[0002] Для обеспечения изолирующих свойств в погруженном состоянии, хотя были предложены различные кожухи элементов герметичной конструкции, возникала проблема сдерживания потери емкости из-за тепловой деградации (уменьшения срока службы элемента) элемента, размещенного внутри. Выполнение излучения было улучшено для элемента, который становится горячим из-за тепла, образующегося во время генерирования электроэнергии, путем установки конструкции в виде ребер снаружи корпуса (например, см. Патентный документ 1), отвода тепла на металлическую пластину корпуса (например, см. Патентный документ 2), или обеспечения высокой излучательной способности внешней поверхности корпуса (например, см. Патентный документ 3).

Документы предшествующего уровня техники

Патентная литература

Патентный документ 1: JP 2004-304881 A

Патентный документ 2: H10-333782

Патентный документ 3: JP2008-130729

Сущность изобретения

Задачи, решаемые изобретением

[0004] Однако, несмотря на обеспечения выполнения излучения во время использования (генерирования электроэнергии), кожух элемента подвергается нагреву в не используемом состоянии (состояние без генерирования электроэнергии) в дневное время, в результате получения тепла от высокой температуры окружающего воздуха. Температура элемента, вследствие этого, растет, и происходит тепловая деградация. В частности, когда температура элемента в неиспользуемом состоянии выше температуры окружающего воздуха, трудно сдержать прием тепла извне, таким образом, существует проблема, состоящая в том, что емкость элемента снижается, несмотря на неиспользование элемента.

[0005] Настоящее изобретение было разработано с целью решения задач, связанных с предшествующим уровнем техники, описанным выше, при обеспечении характеристики рассеяния тепла во время использования (генерирования электроэнергии), для уменьшения приема тепла во время неиспользования (без генерирования электроэнергии) и для обеспечения монтажной конструкции для кожуха аккумуляторной батареи, для поддержания низкой температуры элемента, при которой предотвращается снижение емкости элемента из-за тепловой деградации.

Механизм для решения задач

[0006] Один аспект настоящего изобретения, для достижения описанной выше цели направлен на герметичный кожух элемента, который вмещает или размещает модуль элемента, или модуль аккумуляторной батареи, имеющий, по меньшей мере, один элемент. Модуль аккумуляторной батареи содержит опорный механизм для удержания модуля аккумуляторной батареи, образующий, таким образом, пространство между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, первый слой покрытия, расположенный на внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи и имеющий более высокий коэффициент теплового излучения или излучательную способность, чем у внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, и второй слой покрытия, расположенный на внутренней поверхности кожуха, имеющей более высокий коэффициент теплового излучения или излучательную способность, чем у внутренней поверхности кожуха. Первый слой покрытия и второй слой покрытия установлены напротив друг друга, по меньшей мере, частично, через промежуток.

[0007] Другой аспект настоящего изобретения, для достижения описанной выше цели, состоит в монтажной конструкции для кожуха аккумуляторной батареи герметичной конструкции, в которой размещается модуль аккумуляторной батареи, имеющий, по меньшей мере, один элемент, или аккумуляторную батарею, причем кожух аккумуляторной батареи содержит опорный механизм для удержания модуля аккумуляторной батареи, образующий, таким образом, пространство между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, первый слой покрытия, расположенный на внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи и имеющий более высокий коэффициент теплового излучения или излучательную способность, чем у внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, и второй слой покрытия, расположенный на внутренней поверхности кожуха, имеющий более высокий коэффициент теплового излучения или излучательную способность, чем у внутренней поверхности кожуха. Первый слой покрытия и второй слой покрытия расположены напротив друг друга, по меньшей мере, частично, через промежуток. Кроме того, модуль аккумуляторной батареи имеет пару противоположных поверхностей, расположенных напротив друг друга, и стеновую поверхность, которая соединяет пару противоположных поверхностей, причем первый слой покрытия расположен на, по меньшей мере, одной из пары противоположных поверхностей, и опорный механизм предусмотрен на стеновой поверхности. Кроме того, относительно направления силы тяжести, одна из пары противоположных поверхностей расположена выше, тогда как другая из указанной пары противоположных поверхностей расположена ниже так, чтобы быть прикрепленной к кожуху аккумуляторной батареи.

[0008] Также, в еще одном аспекте настоящего изобретения, для достижения описанной выше цели, предусмотрена монтажная конструкция для кожуха аккумуляторной батареи герметичной конструкции, в котором размещен модуль аккумуляторной батареи, имеющий, по меньшей мере, один элемент или аккумуляторную батарею, в котором кожух аккумуляторной батареи содержит опорный механизм для формирования промежутка между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, первый слой покрытия, расположенный на внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, и имеющий более высокий коэффициент теплового излучения или излучательную способность, чем у внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, и второй слой покрытия, расположенный на внутренней поверхности кожуха, имеющий более высокий коэффициент теплового излучения, или излучательную способность, чем у внутренней поверхности кожуха, в котором первый слой покрытия и второй слой покрытия расположены напротив друг друга, по меньшей мере, частично, через промежуток. Кроме того, модуль аккумуляторной батареи имеет пару противоположных участков поверхности, расположенных напротив друг друга, и стеновую поверхность, которая соединяет эту пару противоположных поверхностей, в котором первый слой покрытия расположен на одной из пары противоположных поверхностей. Кроме того, что касается направления силы тяжести, одна из пары противоположных поверхностей расположена выше, тогда как другая из упомянутой пары противоположных поверхностей расположена ниже так, чтобы быть прикрепленной к кожуху аккумуляторной батареи.

[Эффекты изобретения]

[0009] В соответствии с настоящим изобретением, поскольку внешняя поверхность модуля аккумуляторной батареи и внутренняя поверхность кожуха, соответственно, имеют слой покрытия с более высоким коэффициентом излучения или излучательной способностью, чем излучательная способность соответствующего материала основания, то рассеяние тепла при высокой температуре улучшается, и рассеивающие свойства аккумуляторной батареи, подвергнутой воздействию высокой температуры из-за генерирования электроэнергии, будут обеспечены. Кроме того, благодаря наличию промежутка, предусмотренного между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха для уменьшения приема тепла, предотвращается повышение температуры аккумуляторной батареи из-за приема тепла во время отсутствия генерирования электроэнергии, когда окружающая температура выше, чем температура аккумуляторной батареи в дневное время. Поэтому, благодаря обеспечению выполнения рассеяния во время использования (то есть, генерирования электроэнергии), при уменьшении получения или поглощения тепла во время неиспользования (то есть, без генерирования электроэнергии), могут быть предусмотрены такой кожух аккумуляторной батареи или конструкция крепления для кожуха аккумуляторной батареи, которые поддерживают низкую температуру аккумуляторной батареи и позволяют сдержать уменьшение емкости аккумуляторной батареи из-за теплового ухудшения свойств или деградации.

[0010] При ссылке на предпочтительные варианты осуществления, представленные на приложенных чертежах и в следующем описании, другие цели, признаки и характеристики, в соответствии с настоящим изобретением, станут более понятными.

Краткое описание чертежей

[0011] На фиг. 1 показан вид в разрезе для пояснения кожуха аккумуляторной батареи в варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показана концептуальная схема для пояснения передачи тепла за счет излучения в варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 показан вид в перспективе для пояснения размещения первого покрытия или слоя покрытия, показанного на фиг. 1.

На фиг. 4 показана таблица, в которой схематично представлены с первого по четвертый варианты осуществления, а также первый и второй сравнительные примеры, представляющая измеренные значения теплопередачи во время приема окружающего тепла.

На фиг. 5 показана таблица, в которой схематично представлены с первого по четвертый варианты осуществления, а также первый и второй сравнительные примеры, представляющая измеренные значения теплопередачи во время вывода большой мощности.

На фиг. 6 показана таблица, в которой схематично представлены с первого по четвертый варианты осуществления, а также первый и второй сравнительные примеры, представляющая измеренные значения температуры во время вывода большой мощности.

На фиг. 7 показана таблица, в которой схематично представлены с первого по четвертый варианты осуществления, а также первый и второй сравнительные примеры, представляющая свойства рассеяния тепла.

На фиг. 8 показан вид в разрезе для пояснения макета элемента или модуля аккумуляторной батареи.

На фиг. 9 показан вид в разрезе для пояснения сравнительного примера 1.

На фиг. 10 показан вид в разрезе для пояснения сравнительного примера 2.

Подробное описание изобретения

[0012] Далее будет описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.

[0013] На фиг. 1 показан вид в разрезе для пояснения кожуха аккумуляторной батареи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и на фиг. 2 показана концептуальная схема для пояснения излучения с переносом тепла в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0014] Кожух 100 аккумуляторной батареи, относящийся к варианту осуществления настоящего изобретения, выполнен по форме, по существу, прямоугольным, снабжен телом 120 кожуха в виде выемки для приема модуля 180 аккумуляторной батареи, кронштейном в качестве опорного механизма модуля 180 аккумуляторной батареи, и участком 160 крышки для формирования закрытой конструкции, и используется, как источник энергии, устанавливаемый, например, в транспортном средстве 190.

[0015] Модуль 180 аккумуляторной батареи выполнен по форме, в общем, прямоугольным, и выполнен с возможностью его составления из множества контейнеров 182, расположенных рядом друг с другом, в каждом из которых размещено множество элементов 182. Путем соединения элементов 182 параллельно или последовательно может быть сформирован блок батарей, соответствующий требуемому току, напряжению или емкости. Например, элемент 182 представляет собой литий-ионную аккумуляторную батарею плоского типа.

[0016] Кронштейн 140 образует промежуток S между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, путем опосредованной опорной или фиксирующей конструкции, выполненной так, что свойство приема тепла внутренней поверхностью кожуха (элемента) аккумуляторной батареи относительно тепла от внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи (окружающего воздуха) уменьшается. Поэтому, предотвращается повышение температуры аккумуляторной батареи из-за приема тепла без генерирования электроэнергии в дневное время, когда окружающая среда или внешняя температура (например, 30°C) выше, чем температура аккумуляторной батареи (например, 20°C) таким образом, что тепловая деградация аккумуляторной батареи 182 во время неиспользования (без генерирования электроэнергии) сдерживается.

[0017] На внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи расположен первый слой 184 покрытия с коэффициентом излучения или излучательной способностью более высоким, чем у внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, в то время как на внутренней поверхности кожуха расположен второй слой покрытия с коэффициентом излучения или излучательной способностью более высоким, чем у внутренней поверхности кожуха. Первый слой 184 покрытия и второй слой 124 покрытия расположены напротив друг друга через промежуток S.

Первый слой покрытия, имеющий более высокую излучательную способность, чем излучательная способность внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, расположен на внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, на внутренней поверхности кожуха расположен второй слой покрытия, имеющий излучательную способность, более высокую, чем излучательная способность внутренней поверхности кожуха 124. И второй слой 124 покрытия, и первый слой 184 покрытия расположены напротив друг друга через промежуток S.

[0018] Как описано выше, поскольку модуль 180 аккумуляторной батареи поддерживается (опосредованно зафиксирован) посредством кронштейна 140, передача тепла между кожухом 100 аккумуляторной батареи и модулем 180 аккумуляторной батареи доминирует при конвекционной передаче тепла и передаче тепла за счет излучения.

[0019] Как показано в Уравнении 1 на фиг. 2, передача тепла q на единицу площади, в результате конвекционной передачи тепла, может быть рассчитана путем умножения коэффициента α1 передачи тепла и значения, полученного путем вычитания абсолютной температуры T_space промежутка S из абсолютной температуры T1 (поверхности) внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи. Коэффициент передачи тепла α1, в свою очередь, рассчитывают путем умножения вначале произведения числа Грасхофа Gr и числа Прандтля Pr в степени ј на удельную теплопроводность λ промежутка S и 0,54, с последующим делением на представительную длину поверхности передачи тепла модуля 180 аккумуляторной батареи. Другими словами, величина q переноса тепла на единицу площади при конвекционной передаче тепла линейно пропорциональна разности между абсолютной температурой, и зависимость от температуры, таким образом, является относительно малой.

[0020] С другой стороны, как показано в уравнении 2 на фиг. 2, передача q тепла на единицу площади, из-за передачи тепла за счет излучения рассчитывается путем умножения постоянной Стефана-Больцмана и первого значения, полученного путем вычитания абсолютной температуры T2 в четвертой степени внутренней поверхности (поверхности) кожуха аккумуляторной батареи из абсолютной температуры T1 в четвертой степени внешней поверхности (поверхности) модуля аккумуляторной батареи с последующим делением этого первого значения на второе значение, полученное путем вычитания 1 из суммы обратной величины излучательной способности ε₁ внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи и обратной величины излучательной способности ε₂ внутренней поверхности кожуха аккумуляторной батареи. Другими словами, поскольку величина передачи q тепла на единицу площади в результате передачи тепла с помощью излучения, рассчитывается по разности между абсолютными температурами в четвертых степенях, зависимость от температуры является большой.

[0021] Ввиду присутствия первого и второго слоев 184, 124 покрытия, соответственно, из-за большей излучательной способности по сравнению с подложкой, в данном варианте осуществления, рассеяние тепла при высокой температуре, из-за свойств передачи тепла на излучение будет значительно улучшена. Таким образом, рассеяние тепла аккумуляторной батареи при высокой температуре, которую подвергают воздействию высокой температуры от тепла, образующегося во время генерирования электроэнергии, улучшается таким образом, что обеспечивается выполнение рассеяния тепла во время использования (генерирования электроэнергии). Например, когда температура аккумуляторной батареи повышается из-за тепла, генерируемого во время генерирования электроэнергии, и превышает температуру окружающего воздуха (например, 30°C), и в соответствии с повышением разности температур до температуры окружающего воздуха, величина передачи тепла с внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи на внутреннюю поверхность кожуха (элемента) аккумуляторной батареи повышается (в соответствии с разностью температур в 4-ых степенях) таким образом, что существенная величина передачи тепла с помощью излучения может быть достигнута при температуре использования (например, при 60°C).

[0022] Таким образом, кожух 100 аккумуляторной батареи выполнен, как описано выше, для уменьшения свойств приема тепла во время неиспользования, при обеспечении выполнения рассеяния тепла во время использования (генерирования электроэнергии) таким образом, что такой кожух 100 аккумуляторной батареи может быть выполнен так, что он может поддерживать температуру аккумуляторной батареи низкой и сдерживать потерю емкости аккумуляторной батареи или элемента, из-за тепловой деградации аккумуляторной батареи 182.

[0023] На фиг. 3 показан вид в перспективе, поясняющий размещение первого слоя покрытия, представленного на фиг. 1.

[0024] В качестве участков первого слоя покрытия, которые должны быть нанесены, предполагаются плоскости А-F, расположенные в модуле 180 аккумуляторной батареи. Поверхность A и поверхность B представляют собой пару взаимно противоположных поверхностей. Поверхность A представляет собой верхнюю поверхность, расположенную в верхней части относительно направления силы тяжести, и поверхность B представляет собой поверхность в нижней части, которая расположена на самом нижнем уровне относительно направления силы тяжести. Поверхности C-F представляют собой боковую стеновую поверхность, которая соединяет плоскость A и плоскость B. Поверхности C и D представляют пару опорных боковых поверхностей, расположенных напротив друг друга, и на которых закреплен кронштейн 140, и поверхности E и F представляют пару неопорных боковых поверхностей, противоположных друг другу, и кронштейн 140 не прикреплен к ним.

[0025] Таким образом, в случае, когда на всех поверхностях от А до F (то есть, на всей внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи) нанесен первый слой покрытия, и на всей поверхности внутренней поверхности кожуха 100 аккумуляторной батареи нанесен второй слой покрытия, поскольку излучательная способность улучшается по всей внутренней поверхности кожуха, а также по всей внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, при этом возможно обеспечить максимальное рассеяние тепла при использовании при высокой температуре.

[0026] Кроме того, когда первый слой покрытия расположен на боковых стеновых поверхностях модуля аккумуляторной батареи и относительно направления силы тяжести, кожух аккумуляторной батареи закрепляют таким образом, что один из участков, противоположных поверхностей располагается выше, в то время как другая одна из противоположных поверхностей располагается ниже, то есть, когда на поверхности C и D, представляющие опорную боковую поверхность модуля аккумуляторной батареи, а также на поверхности E, F неопорных боковых поверхностей, нанесен первый слой покрытия, поскольку поверхности C к F представляют участки максимального изменения теплового сопротивления при высокой температуре относительно поверхности с низкой температурой, эффект на единицу площади нанесения будет наивысшим. Кроме того, предпочтительно нанести первый слой покрытия на неопорные боковые поверхности E, F, поскольку такое размещение позволяет подавлять взаимные помехи для выполнения рассеяния тепла, ввиду присутствия кронштейна 140.

[0027] Кроме того, когда на одну из пары противоположных поверхностей в модуле аккумуляторной батареи накладывают первый слой покрытия, и одна из противоположных поверхностей с наложенным первым слоем покрытия, расположена выше, в то время, как другую из противоположных поверхностей располагают ниже относительно направления силы тяжести, для компоновки кожуха аккумуляторной батареи, то есть, когда на поверхность А, представляющую верхнюю поверхность модуля аккумуляторной батареи, накладывают первый слой покрытия, поскольку поверхность A представляет участок с наиболее высокой температурой, средняя температура может быть понижена, и вариации температуры от участка к участку (от поверхности к поверхности) могут быть уменьшены таким образом, что эффект для каждой поверхности первого и второго слоев покрытия будет наивысшим.

[0028] Следует отметить, что первый слой 184 покрытия и второй слой 124 покрытия не ограничены идентичной формой и/или размещением. Например, возможно выполнить конфигурацию таким образом, что они будут расположены напротив друг друга, по меньшей мере, частично или частично в пространстве S. Кроме того, кожух 100 аккумуляторной батареи и модуль 180 аккумуляторной батареи не ограничены, в общем, прямоугольной формой.

[0029] Первый и второй слои 184, 124 сформированы путем нанесения материала покрытия, содержащего материал с интенсивным излучением, и выполнения процесса обжига. В качестве материалов с интенсивным излучением, например, можно перечислить, например, смесь из оксидов, представленных кремнеземом (SiO₂) или глиноземом (Al₂O₃), или глинистым материалом, таким как каолин. Однако первый и второй слои 184, 124 покрытия не ограничены этими конфигурациями, сформированными путем нанесения покрытия. Например, когда материал основания или подложка внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхности кожуха выполнены из алюминия, возможно формирование тонкой пленки с интенсивным излучением путем анодирования или химической обработки. Кроме того, возможно сформировать первый слой 184 покрытия и второй слой 124 покрытия из разных составов или формировать их, используя разные процессы.

[0030] Что касается кронштейна 140, форма крепления не ограничена чем-либо конкретным, и он может быть расположен с каждой боковой стороны, или размещен на верхней поверхности и на нижней поверхности, например, если только не будет оказано какое-либо влияние на передачу тепла между кожухом 100 аккумуляторной батареи и модулем 180 аккумуляторной батареи, где доминирует передача тепла через теплопроводность и излучение тепла.

[0031] Литий-ионная аккумуляторная батарея имеет элемент генерирования энергии, внешний материал для герметизации элемента генерирования энергии и стакан (вывод электрода), выведенный наружу из внешнего материала. Элемент, генерирующий энергию, сформирован путем последовательной укладки пластин положительного электрода, пластин отрицательного электрода и сепаратора. Например, пластина положительного электрода сформирована из слоя активного материала положительного электрода, состоящего из сложного оксида лития-переходного металла, такого как LiMn₂O₄. Например, пластина отрицательного электрода имеет слой активного материала отрицательного электрода, состоящего из сложного оксида из углерода и лития-переходного металла. Например, сепаратор сформирован из пористого PE (полиэтилена), обладающего проницаемостью для воздуха, обеспечивающую возможность проникновения электролита.

[0032] С точки зрения снижения веса и теплопроводности, внешний материал состоит из листового материала, такого как многослойная пленка из композита из полимера и металла, в котором металл (включая сплавы), такой как алюминий, нержавеющая сталь, никель и медь, покрыт изолятором, таким как полипропиленовая пленка, и часть или весь его внешний контур соединен с использованием плавления под действием тепла. Однако внешний материал не ограничен листовым материалом, таким как многослойная пленка, вместо этого, однако, может использоваться металлический кожух.

[0033] Далее будет представлено описание результата измерений характеристик излучения тепла кожуха 100 аккумуляторной батареи в варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

[0034] На фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7 представлены, в отношении первого-четвертого вариантов осуществления, а также первого и второго сравнительных примеров, измеренные значения теплопередачи во время приема тепла окружающей среды, измеренные значения теплопередачи во время вывода большой мощности, измеренные значения температуры во время вывода большой мощности и свойства рассеяния тепла, соответственно.

На фиг. 8 показан вид в разрезе для пояснения макета элемента или модуля аккумуляторной батареи.

На фиг. 9 и 10 показаны виды в разрезе для пояснения сравнительных примеров 1 и 2.

[0035] Кожухи аккумуляторной батареи, имеющие макет модуля аккумуляторной батареи, относящиеся к первому-четвертому вариантам осуществления, а также к первому и второму сравнительным примерам, поместили на изолирующий материал в форме столбика, который размещен на столе внутри помещения, выход макета модуля аккумуляторной батареи регулировали и оставили на некоторое время для достижения стабильного состояния, и температуру на каждой из поверхностей А-F измеряли, в качестве элементов измерения. На основе коэффициента передачи тепла, рассчитанного для температур измерения, получили оценки характеристики излучения тепла. Коэффициент (W/(m²•k) передачи тепла рассчитывали путем деления плотности мощности (W/m²) на значение, полученное путем вычитания температуры внешнего воздуха (k) из температуры (k) макета модуля элемента (см. Уравнение 3 на фиг. 4). Плотность мощности (W/m²) рассчитывали путем деления выхода (W) на площадь (m²) (см. Уравнение 5 на фиг. 4).

[0036] Макет модуля 180A аккумуляторной батареи представляет собой альтернативу для модуля 180 аккумуляторной батареи, и, как показано на фиг. 8, состоит из короба, изготовленного из алюминия с резиновым нагревателем 182A и изолирующим материалом 186 расположенным на нем. Путем управления напряжением, используя регулируемый автотрансформатор, резиновый нагреватель 182A имитировал состояние нагрева аккумуляторной батареи или ячейки. Предполагалось, что скорость потока внешней поверхности кожуха 100 модуля аккумуляторной батареи, имеет естественное состояние конвекции, предполагая состояние остановки транспортного средства, при котором окружающее тепловое сопротивление становится максимальным. Изолирующий материал 186 установлен так, чтобы предотвратить передачу тепла, генерируемого резиновым нагревателем 182A, на другие участки, кроме внешней поверхности макета модуля 180A аккумуляторной батареи.

[0037] Целевую температуру установили на уровне 40°C, предполагая низкотемпературную область (то есть, окружающую или внешнюю температуру) при приеме тепла из-за температуры внешнего воздуха и 70°C, предполагая область с большой мощностью и высокой температурой (от 70 до 80°C) для вывода большой мощности. Температурой управляли путем изменения выходного значения при поддержании выхода резинового нагревателя 182A одинаковым на каждой поверхности. Момент времени, в который температура стабилизировалась, устанавливали как момент, в который разность между температурой верхней поверхности макета модуля 182A аккумуляторной батареи (поверхность А, расположенная самой верхней относительно направления силы тяжести) и температурой внешнего воздуха, как предполагались, имела установившееся значение. Цель этого состояла в том, чтобы согласовать скорость рассеяния тепла в отношении величины рассеяния тепла (выхода) резинового нагревателя 182A в каждом эксперименте, поскольку часть тепла, генерируемого резиновым нагревателем 182A, приводила к повышению температуры элементов, которые составляли макет модуля 80A аккумуляторной батареи, до достижения равновесного состояния.

[0038] Измерение температуры выполняли путем прикрепления термопары на внешних поверхностях А-F макета модуля аккумуляторной батареи, на внутренней поверхности кожуха аккумуляторной батареи и на внешней поверхности кожуха аккумуляторной батареи. Кроме того, также измеряли температуру внешнего воздуха.

[0039] Далее будет представлено описание конфигураций первого-четвертого вариантов осуществления, а также первого и второго сравнительных вариантов осуществления, используемых для измерений свойств рассеяния тепла.

[0040] За исключением разности на поверхностях, на которых расположены или нанесены первый и второй слои покрытия, первый-четвертый варианты осуществления, по существу, оказались одинаковыми. Первый и второй слои покрытия сформировали путем нанесения материала покрытия толщиной приблизительно 30 мкм для рассеяния тепла (Cooltech CT100 ©, Okitsumo Co.) и выполнения процесса обжига. Следует отметить, что первый слой покрытия расположен на поверхности C, представляющей опорную боковую поверхность в первом варианте осуществления, на всех поверхностях А-F во втором варианте осуществления, на поверхностях E, F, представляющих неопорную боковую поверхность в третьем варианте осуществления, и на верхней поверхности А в четвертом варианте осуществления, соответственно. Второй слой установили противоположно первому слою покрытия.

[0041] За исключением того, что, как показано на фиг. 9, первый и второй слои покрытия не были размещены, сравнительный пример 1, по существу, является таким же, как и первый-четвертый варианты осуществления. Как показано на фиг. 10, во втором сравнительном примере, нижняя поверхность B плотно закреплена на внутренней нижней поверхности кожуха аккумуляторной батареи таким образом, что рассеяние тепла через теплопроводность было доминирующим.

[0042] Далее представлено описание результатов оценки характеристик рассеяния тепла.

[0043] Как показано на фиг. 7, оценку характеристик рассеяния тепла выполняли на основе значения изменения скорости передачи тепла во время высокого выхода по отношению ко времени низкого выхода, улучшенного его значения, улучшенной скорости для скорости передачи тепла и разности max-min ΔT и улучшенного их значения.

[0044] Значение изменения скорости передачи тепла представляет значение, выраженное в процентах, путем деления общей скорости передачи тепла при высоком выходе на общую скорость передачи тепла при низком выходе с последующим вычитанием 1 из результата деления (см. Уравнение (6) на фиг. 7). Общая скорость передачи тепла представляет собой сумму скоростей передачи тепла поверхностей А-F (см. Уравнение (7) на фиг. 7). Улучшенное значение скорости передачи тепла при высоком выходе относительно скорости при низком выходе относится к изменению значения скорости передачи тепла при высоком выходе относительно скорости передачи тепла при низком выходе и было получено путем вычитания 1 из значений в каждом из вариантов осуществления (см. Уравнение (7) на фиг. 7).

[0045] Скорость улучшения для скорости передачи тепла получали после вычитания общей скорости передачи тепла при высоком выходе в первом сравнительном примере из общей скорости передачи тепла при высоком выходе для каждого варианта осуществления, деления результата вычитания на число покрытых поверхностей (см. Уравнение 8 на фиг. 7). Количество покрытых поверхностей обозначает количество поверхностей, на которые был нанесен или на которых был размещен первый слой покрытия.

[0046] Разность температур max-min ΔT относится к разности температур среди поверхностей А-F при выводе большой мощности и ее получали путем вычитания минимального значения из максимального значения (см. Уравнение на фиг. 7). Степень улучшения разности температур max-min ΔT относится к разности температур max-min ΔT и была получена путем вначале вычитания значения для каждого варианта осуществления из значения в первом сравнительном примере и последующего деления на количество покрытых поверхностей (см. Уравнение 10 на фиг. 7).

[0047] Как показано на фиг. 7, в соответствии с первым вариантом осуществления (первый слой покрытия расположен на боковой опорной поверхности C), измененное значение для изменения степени передачи тепла при большой мощности относительно низкой мощности лучше, чем в сравнительном примере 1, и его улучшенное значение представляет разность приблизительно 3 процента. Поскольку передача q тепла на единицу площади при передачи тепла путем излучения, рассматривается, как пропорциональная разности абсолютных температур в четвертых степенях, скорость передачи тепла обозначена, как зависящая от температуры.

[0048] Таким образом, когда модуль аккумуляторной батареи удерживается кронштейном, при передаче тепла между модулем аккумуляторной батареи и кожухом аккумуляторной батареи доминирует конвекционная передача и передача тепла за счет излучения, передача тепла может быть определена, как сумма передачи тепла за счет конвекции (Уравнение 1 на фиг. 2) и передачи тепла путем излучения (Уравнение 2 на фиг. 2). Таким образом, когда поступает тепло от внешнего воздуха (в области температур, где прием тепла происходит от окружающего воздуха), поскольку эффект передачи тепла за счет излучения мал, показан тот же уровень скорости передачи тепла (сопротивления передаче тепла), как и в сравнительном Примере 1, в то время как при высоком выходе (при использовании при высокой температуре), поскольку, таким образом, эффект передачи тепла за счет излучения будет больше, то считается, что скорость передачи тепла увеличивается по сравнению со сравнительным Примером 1.

[0049] В соответствии со вторым вариантом осуществления (первые слои покрытия на всех поверхностях А-F), значение улучшения для значений изменения скорости передачи тепла при высоком выходе относительно скорости при низком выходе, составляет приблизительно 15 пунктов разности и представляет максимальное значение среди первого-четвертого вариантов осуществления. Это рассматривают таким образом, что улучшение по всем внешним поверхностям модуля аккумуляторной батареи и всей внутренней поверхности кожуха приводит к максимальному рассеянию тепла при использовании в условиях высокой температуры.

[0050] В соответствии с третьим вариантом осуществления (первый слой покрытия расположен на плоскостях E и F, представляющих неопорные боковые поверхности), степень улучшения при скорости передачи тепла составляет 1,35 пункта и обозначает максимальное значение среди первого-четвертого вариантов осуществления. Это связано с тем, что поверхность E и поверхность F представляют собой поверхность с большой скоростью передачи тепла при использовании при высокой температуре и, таким образом, составляет участок, представляющий максимальное изменение сопротивления тепла при высокой температуре относительно сопротивления при низкой температуре. Поэтому была получена наибольшая величина улучшения. Следует отметить, что считается, что большая скорость передачи тепла на поверхностях E, F во время использования при высокой температуре, представляет собой эффект значительного роста тепла (передачи тепла за счет конвекции) в дополнение к передаче тепла за счет излучения.

[0051] В соответствии с четвертым вариантом осуществления (на верхней поверхности A расположен первый слой покрытия) значение улучшения разности температур, max-min ΔT, составляет приблизительно 5°C, и, таким образом, имеет максимальное значение среди первого-четвертого вариантов осуществления. Поверхность A представляет собой поверхность с низкой скоростью передачи тепла во время использования при высокой температуре (при высоком выходе) и, таким образом, считается поверхностью, температура которой будет высокой из-за увеличения тепла (передача тепла за счет конвекции) таким образом, что уровень улучшения вариаций температуры среди поверхностей будет наибольшим.

[0052] Как описано выше, в настоящих вариантах осуществления, поскольку слой покрытия, обладающий способностью к излучению или имеющий больший коэффициент излучения, чем у соответствующего материала основания, предусмотрен между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, свойство рассеяния тепла улучшается, и для аккумуляторной батареи или элемента, подвергаемых высокой температуре, из-за тепла при генерировании большой мощности, может быть обеспечено надежное выполнение рассеяния. Кроме того, промежуток, сформированный между внешней поверхностью модуля аккумуляторной батареи и внутренней поверхностью кожуха, предусмотрен таким образом, что снижается свойство приема тепла. Таким образом, увеличивается температура элемента, из-за тепла, принятого в дневное время, когда окружающая температура выше, чем температура аккумуляторной батареи при отсутствии использования. Поэтому, при обеспечении выполнения рассеяния во время использования (при генерировании электроэнергии), при уменьшенном свойстве приема тепла во время неиспользования (без генерирования электроэнергии), температура аккумуляторной батареи или элемента может поддерживаться низкой, и может быть предоставлен кожух аккумуляторной батареи или конструкция крепления аккумуляторной батареи к кожуху, которые позволяют сдерживать снижение емкости аккумуляторной батареи, из-за тепловой деградации.

[0053] Кроме того, когда первый слой покрытия и второй слой покрытия расположены на всей внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи и всей внутренней поверхности элемента вначале, соответственно, улучшается способность к излучению всей поверхности по сравнению со всей поверхностью внутренней поверхности кожуха и всей поверхностью внешней поверхности модуля аккумуляторной батареи, при этом становится возможным обеспечить максимальное рассеяние тепла при использовании при высокой температуре.

[0054] При размещении первого слоя покрытия на участке стеновой поверхности модуля аккумуляторной батареи, и относительно направления силы тяжести, кожух аккумуляторной батареи выполнен таким образом, что одна из противоположных поверхностей расположена выше, и другая расположена ниже, стеновая поверхность, на которой размещен первый слой покрытия, представляет собой участок максимального изменения теплового сопротивления при высокой температуре относительно низкой температуры, обеспечивается наибольший эффект на единицу площади нанесенного покрытия. Кроме того, когда первый слой покрытия расположен на неопорной поверхности участков стеновой поверхности, взаимные помехи для выполнения рассеяния, предпочтительно, исключаются из-за присутствия кронштейна.

[0055] Когда первый слой покрытия расположен на одной из пары противоположных поверхностей модуля аккумуляторной батареи, и относительно направления силы тяжести, одна из противоположных поверхностей, на которую нанесен первый слой покрытия, расположена выше, в то время как другая одна из противоположных поверхностей расположена ниже для получения кожуха аккумуляторной батареи, поскольку одна из пары поверхностей занимает положение с наибольшей температурой, средняя температура может быть понижена, и при этом вариация температуры среди положений (поверхностей) уменьшается таким образом, что обеспечивается наибольший эффект на единицу площади для первого и второго слоев покрытия.

[0056] При составлении конфигурации модуля аккумуляторной батареи путем размещения рядом друг с другом, в зависимости от последовательного и/или параллельного размещения элементов, может быть сформирован блок батарей с требуемым током, напряжением и емкостью.

[0057] Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, описанными выше. Скорее, в пределах объема формулы изобретения, возможны различные изменения или модификации. Например, модуль аккумуляторной батареи не ограничивается конфигурацией, в которой множество контейнеров, в которых размещено множество элементов, расположены рядом друг с другом, но применим к конфигурации, в которой элемент не размещен в контейнере. В этом случае, например, на внешнем материале размещен первый слой покрытия. Кроме того, кожух аккумуляторной батареи не ограничивается конфигурацией для установки в транспортном средстве. Кроме того, аккумуляторная батарея не ограничена литий-ионной аккумуляторной батареей, но применима также к никель-водородной аккумуляторной батарее.

[0058] Настоящая заявка основана на заявке на патент Японии № 2011-031005, поданной 16 февраля 2011 г., и раскрытие этой заявки представлено здесь полностью путем ссылки.

Описание ссылочных позиций

100 Кожух аккумуляторной батареи

120 Тело кожуха

124 Второй слой покрытия

140 Кронштейн (опорное средство)

160 Участок крышки

180 Модуль аккумуляторной батареи

180A Макет модуля аккумуляторной батареи

182 Элемент или аккумуляторная батарея

182A Резиновый нагреватель

184 Первый слой покрытия

186 Изолирующий материал

190 Транспортное средство

Поверхность A (Верхняя поверхность: одна из пары противоположных поверхностей)

Поверхность B (Нижняя поверхность: другая из пары противоположных поверхностей)

Поверхность C (Участок стеновой поверхности: одна из пары опорных стеновых поверхностей)

Поверхность D (Участок стеновой поверхности: другая из пары опорных стеновых поверхностей)

Поверхность E (Участок стеновой поверхности: одна из пары неопорных стеновых поверхностей)

Поверхность F (Участок стеновой поверхности: другая из пары неопорных стеновых поверхностей)

S Промежуток.

Реферат

Изобретение относится к кожухам аккумуляторов. Технический результат заключается в поддержании низкой температуры элемента путем уменьшения приема тепла во время неиспользования (без генерирования электроэнергии), обеспечении рассеяния тепла во время использования (при генерировании энергии) и сдерживании уменьшения емкости элемента из-за тепловой деградации. Кожух элемента имеет герметичную конструкцию, и вмещает модуль элемента, имеющий, по меньшей мере, один элемент. Кожух элемента имеет: опорный механизм, который удерживает модуль элемента и который образует промежуток между внешней поверхностью модуля элемента и внутренней поверхностью кожуха; первый слой покрытия, который имеет коэффициент излучения больше, чем коэффициент излучения внешней поверхности модуля элемента, и который расположен на внешней поверхности модуля элемента; и второй слой покрытия, который имеет коэффициент излучения больше, чем коэффициент излучения внутренней поверхности кожуха, и который расположен на внутренней поверхности кожуха. По меньшей мере, часть первого слоя покрытия и, по меньшей мере, часть второго слоя покрытия обращены друг к другу с промежутком между ними. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула