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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Energieversorgungseinheit,
und insbesondere bezieht sie sich auf eine Energieversorgungseinheit, welche
in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Motor als eine Antriebsquelle
montiert ist.
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Im
Allgemeinen wird bei einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Elektrofahrzeug
(EV) oder einem Hybridfahrzeug (HV), Antriebskraft durch elektrische
Energie erlangt, indem eine von einer Hochvoltbatterie zugeführte elektrische
Gleichstromenergie durch einen Inverter in eine dreiphasige elektrische
Wechselstromenergie gewandelt wird, und indem die gewandelte elektrische
Energie zum Drehen eines Dreiphasenwechselstrommotors Verwendung findet.
Umgekehrt wird, wenn sich das Fahrzeug verlangsamt, durch regenerative
Energieerzeugung in dem Dreiphasenwechselstrommotor erlangte regenerative
Energie in die Batterie geladen, und daher fährt das Fahrzeug ohne eine
Verschwendung von Energie.
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Da
als eine derartige Batterie hauptsächlich eine Nickelmetallhybridbatterie,
eine Lithiumionbatterie oder dergleichen Verwendung findet, wird
Reaktionswärme
durch chemische Reaktion erzeugt, wenn die Batterie aufgeladen wird,
wodurch eine Erhöhung der
Temperatur der Batterie verursacht wird. Die Erhöhung der Batterietemperatur
hat eine Verschlechterung des Leistungsverhaltens und der Lebensdauer
der Batterie zur Folge. Daher ist eine Einrichtung zur Kühlung der
Batterie erforderlich, um die Zunahme der Batterietemperatur zu
unterdrücken
bzw. niedrig zu halten.
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Aus
diesem Grund ist das Fahrzeug mit einem Kühlventilator zur Kühlung der
Batterie ausgestattet. Gemäß einer
in einem Elektrofahrzeug montierten Batterietemperatur-Einstellvorrichtung,
die in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift
Nr. 10-252467 beschrieben ist, ist ein Batteriepack, welches
innerhalb eines Gehäuses
eine Batterieanordnung mit einer Vielzahl von Batterien hält, in einem Kofferraum
in einem hinteren Teil des Fahrzeugs untergebracht bzw. verstaut.
Durch einen Einlassweg wird zur Klimatisierung eines Insassenraums
verwendete Luft in das Batteriepack eingeführt, um die Batterieanordnung
herunterzukühlen
oder aufzuwärmen.
Zudem wird die zur Herunterkühlung
oder Aufwärmung
der Batterieanordnung verwendete Luft aus dem Fahrzeug durch einen
Auslassweg ausgelassen, der sich von dem Batteriepack zu der Außenseite
des Fahrzeugs erstreckt. Mit diesem Aufbau wird die zur Klimatisierung
des Insassenraums verwendete Luft zum Herunterkühlen oder Aufwärmen der
Batterie verwendet, wodurch eine Wärmeverwendungseffizienz durch
Verwendung von Verlustwärme
verbessert wird.
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Ferner
ist das Fahrzeug zusätzlich
zu der Hochvoltbatterie mit einer Hilfsbatterie ausgestattet, die
elektrische Hilfskomponenten, wie beispielsweise eine Beleuchtungsvorrichtung,
eine Zündungsvorrichtung,
eine elektrische Pumpe und dergleichen mit elektrischer Energie
versorgt. Die Hilfsbatterie wird mit von einem Generator erzeugter
elektrischer Energie oder mit elektrischer Energie von der Batterie
aufgeladen. Insbesondere wird die Spannung, wenn die Hilfsbatterie
mit der elektrischen Energie von der Batterie aufgeladen wird, durch
eine Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung heruntergewandelt.
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Es
ist üblich,
dass die mit der Batterie verbundene Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung
eine ein Aufladen/Entladen der Batterie steuernde elektrische Batteriesteuereinheit
(Batterie-ECU), ein die Batterietemperatur erfassender Sensor, und
dergleichen in der Nähe
des Batteriepacks angeordnet ist, um den Verdrahtungswiderstand
zwischen der Batterie und diesen Komponenten zu reduzieren. Als
ein Beispiel sind diese Komponenten alle in ein Gehäuse untergebracht
und in der Nähe
des Batteriepacks angeordnet, wie in 8 gezeigt.
Nachfolgend wird ein Gehäuse,
welches eine Mannigfaltigkeit bzw. Vielfalt von mit der Batterie
verbundenen Schaltungskomponenten einteilig unterbringt, auch als
eine „Komponentenbox” bezeichnet.
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8 ist
ein perspektivisches Schaubild eines mit einer typischen Energieversorgungseinheit ausgestatteten
Fahrzeugs.
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Unter
Bezugnahme auf 8 umfasst die Energieversorgungseinheit
ein eine Batteriegruppe mit einer Vielzahl von Batteriezellen aufweisendes Batteriepack 100,
und eine Komponentenbox 110, welche eine Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung,
eine Batterie-ECU, einen Sensor, und dergleichen integriert unterbringt bzw.
aufweist, welche mit der Batteriegruppe verbunden sind. Es sei erwähnt, dass
die durch einen Pfeil UPR in 8 angezeigte
Richtung die Richtung in Richtung auf den Innenraumhimmel des Fahrzeugs (Aufwärtsrichtung)
zeigt, die durch einen Pfeil FR angezeigte Richtung die Vorwärtsrichtung
(Bewegungsrichtung) des Fahrzeugs zeigt, die durch einen Pfeil LH
angezeigte Richtung die Richtung in Richtung auf die linke Seite
des Fahrzeugs (Linksrichtung), und die durch einen Pfeil RH angezeigte Richtung
die Richtung in Richtung auf die rechte Seite des Fahrzeugs (Rechtsrichtung)
zeigt.
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Das
Batteriepack 100 weist eine Form von beispielsweise einer
rechteckigen Box auf, und es ist auf dem Boden eines sich hinter
einem Rücksitz 5 befindenden
Gepäckraums 6 angeordnet.
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Die
Komponentenbox 110 ist benachbart zum Batteriepack 100 in
der durch den Pfeil LH angezeigten Richtung angeordnet. Die Komponentenbox 110 und
das Batteriepack 100 sind durch eine (nicht abgebildete)
Verdrahtung elektrisch verbunden. Um eine Unterbringungs- bzw. Aufnahme-
bzw. Verstaukapazität
des Gepäckraums 6 sicherzustellen,
haben das Batteriepack 100 und die Komponentenbox 110 vorzugsweise
insgesamt ein kleines Volumen. Dementsprechend kann bei dem Fall,
bei welchem das Batteriepack 100 und die Komponentenbox 110 in
einer Reihe in der durch den Pfeil LH angezeigten Richtung angeordnet
sind, wie in 8 gezeigt, das Volumen des Gepäckraums 6 sichergestellt
werden, und es kann auch seine Aufnahmekapazität verbessert werden, indem
der Rücksitz
zur räumlichen
Verbindung des Gepäckraums 6 mit
einem Insassenraum umgelegt wird.
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Es
sei erwähnt,
dass die in der Komponentenbox 110 untergebrachte Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung eine
Kühlung
erfordert, da durch ein Energieelement Wärme erzeugt wird. Folglich
umfasst die Komponentenbox 110 zudem einen Kühlventilator
zur Kühlung
der Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung darin.
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In
der letzten Zeit gab es eine Tendenz, dass Batterien in Bezug auf
eine höhere
Spannung verbessert worden sind, um einen Bedarf nach Fahrzeugen
mit höherer
Energie bzw.
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Leistung
zu decken. Dies hat jedoch eine Erhöhung bzw. Zunahme der Anzahl
von Batteriezellen zur Folge. Die Erhöhung der Anzahl von Batteriezellen
führt zu
einer proportionalen Erhöhung
des Volumens des Batteriepacks 100.
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Wird
die Tendenz von Batterien mit höherer Spannung
auf eine herkömmliche
Energieversorgungseinheit angewendet, ist die Zunahme des Volumens
des Batteriepacks 100 aufgrund des begrenzten Volumens
eines Teils bzw. Abschnitts beschränkt, in welchem die Energieversorgungseinheit
in der durch den Pfeil LH angezeigten Richtung in dem Fahrzeug montiert
werden kann, wie in 8 gezeigt. Auch wenn ein Aufteilen
der Batteriegruppe innerhalb des Batteriepacks 100 und
ein separates Platzieren der unterteilten Batterieuntergruppen als eine
Lösung
zur Erzielung einer Batterie mit höherer Spannung überlegt
werden kann, ist diese Lösung nicht
geeignet, da es einen Raum und Aufwand zur Platzierung jeder der
unterteilten Batterieuntergruppen erforderlich macht.
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Darüber hinaus
wird die Komponentenbox 110 bei der herkömmlichen
Energieversorgungseinheit benachbart zu dem Batteriepack 100 in
der durch den Pfeil LH angezeigten Richtung angeordnet, wie in 8 gezeigt.
Dementsprechend tauscht unter der Vielzahl von die Batteriegruppe
bildenden Batterien eine auf einer Seite benachbart zur Komponentenbox 110 sich
befindende Batterie aufgrund eines Unterschieds bei Gehäusetemperaturen
Wärme mit der
Komponentenbox 110 aus, und folglich verfügt die Batterie
daraufhin über
eine Temperatur, die sich von der auf der anderen Seite befindenden
Batterie unterscheidet. Als Konsequenz davon werden in der Batteriegruppe
in der durch den Pfeil LH in 8 angezeigten
Richtung Temperaturvariationen bzw. Temperaturschwankungen verursacht,
welche in Variationen bzw. Schwankungen von Charakteristika und
Lebensdauern der Batterien resultieren können.
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In
der
DE 102 52 810
A1 ist eine Hochspannungselektrik-Packungskastenstruktur beschrieben, die
einen Kastenkörper
enthält,
wobei ein elektrisches Hochspannungsteil in dem Kastenkörper untergebracht
ist. In dem Hochspannungselektrik-Packungskasten ist ein Zwischenlagenelement,
das unter Verwendung eines schäumbaren
Harzes geformt ist, zwischen dem Kastenkörper und dem elektrischen Hochspannungsteil
angeordnet. Luft kann durch die Innenseite des Kastenkörpers hindurchtreten,
um das in dem Kastenkörper
angeordnete elektrische Hochspannungsteil abzukühlen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungseinheit
zur Verfügung zu
stellen, welche Komponenten entsprechend einer Montagebegrenzung
eines Fahrzeugs kompakt unterbringt bzw. aufnimmt bzw. verstaut.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energieversorgungseinheit
zur Verfügung
zu stellen, welche es ermöglicht,
dass eine Batteriegruppe eine gleichförmige Charakteristik aufweist.
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Diese
Aufgaben werden durch eine Energieversorgungseinheit gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Energieversorgungseinheit aufgebaut werden, welche
Komponenten entsprechend zu einer Montagebegrenzung eines Fahrzeugs
kompakt aufnehmen kann, und es kann auch ein Bedarf nach einer Batterie
mit höherer
Spannung erfüllt
werden.
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Zudem
kann, da die Komponentenbox in der Form einer im Wesentlichen flachen
Platte gebildet ist und bei dem Zentrum einer Seitenfläche des
Batteriepacks platziert ist, so dass sie sich entlang der Richtung
erstreckt, in welcher die Batteriegruppen geschichtet sind, eine
Zunahme bei dem Volumen der gesamten Energieversorgungseinheit aufgrund einer
Zunahme des Volumens der Batterie niedrig gehalten werden, und es
können
Schwankungen bzw. Variationen bei Charakteristika und Lebensdauern unter
Batteriezellen reduziert werden.
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Darüber hinaus
kann, da die Komponentenbox in Kontakt mit dem Kühlwindweg in dem Batteriepack
platziert ist, um es zu ermöglichen,
dass das Batteriepack und die Komponentenbox gleichzeitig mit einem
einzelnen Kühlventilator
herabgekühlt
werden, die Komponentenbox miniaturisiert werden, und es kann die
Kühleffizienz
der Kühlvorrichtung
verbessert werden.
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Zudem
kann, da die Komponentenbox in der Form einer im Wesentlichen dünnen flachen
Platte ausgebildet ist, eine Reduktion bei dem Volumen des Gepäckraums
aufgrund der Zunahme des Volumens der Batterie niedrig gehalten
werden.
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Die
vorangehenden und anderen Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der beiliegenden
Zeichnung besser verständlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein perspektivisches Schaubild eines Fahrzeugs, welches mit einer
Energieversorgungseinheit gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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2 ist
ein funktionelles Blockschaltbild der in 1 gezeigten
Energieversorgungseinheit.
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3 ist
eine Ansicht eines Aufbaus eines in 1 gezeigten
Batteriepacks.
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4 ist
ein Schaubild zur Beschreibung eines Kühlaufbaus der in 1 gezeigten
Energieversorgungseinheit.
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5 ist
ein perspektivisches Schaubild eines Fahrzeugs, welches mit einer
Energieversorgungseinheit gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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6 ist
eine Ansicht eines Aufbaus eines in 5 gezeigten
Batteriepacks.
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7 ist
ein Schaubild zur Beschreibung eines Kühlaufbaus der in 5 gezeigten
Energieversorgungseinheit.
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8 ist
ein perspektivisches Schaubild eines mit einer typischen Energieversorgungseinheit ausgestatteten
Fahrzeugs.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in welchen identische oder entsprechende Teile mit den selben Bezugszeichen
bezeichnet werden.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 ist
ein perspektivisches Schaubild eines Fahrzeugs, welches mit einer
Energieversorgungseinheit gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist die Energieversorgungseinheit
an dem Boden eines Gepäckraums
angeordnet, welcher sich hinter einem Rücksitz 5 eines Fahrzeugs 1 befindet.
Die Energieversorgungseinheit umfasst ein Batteriepack 2a,
eine Komponentenbox 3, und einen Kühlventilator 4. Es
sei erwähnt,
dass die durch einen Pfeil UCR in 1 angezeigte
Richtung die Richtung in Richtung auf den Innenraumhimmel des Fahrzeugs 1 (Aufwärtsrichtung)
zeigt, die durch einen Pfeil FR angezeigte Richtung die Vorwärtsrichtung
(Bewegungsrichtung) des Fahrzeugs 1 zeigt, und die durch
einen Pfeil LH angezeigte Richtung die Richtung in Richtung auf
die linke Seite des Fahrzeugs 1 (Linksrichtung) zeigt.
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Das
Batteriepack 2a weist einen Aufbau auf, bei welchem ein
Modul als Batteriesatz innerhalb eines Gehäuses als ein äußeres Material
für das
Batteriepack 2a untergebracht bzw. aufgenommen bzw. verstaut
ist. Das Modul ist aus einer Vielzahl von geschichteten Batteriegruppen
gebildet. Zwischen den geschichteten Batteriegruppen ist eine Lücke als
ein Kühlwindweg
gebildet, um es zu ermöglichen,
dass durch ihn Kühlwind
bzw. eine Kühlströmung hindurchläuft. Nachfolgend
wird der Aufbau des Batteriepacks 2a ausführlicher
beschrieben.
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Der
Kühlventilator 4 umfasst
eine sich darin befindende Drehachse, eine Vielzahl von sich an dem
Umfang der Drehachse befindenden Lüfterflossen, und einen mit
der Drehachse verbundenen Motor, welche alle nicht gezeigt sind.
Dem Kühlventilator 4 wird über einen
Einlasskanal 8 sich innerhalb des Fahrzeugs 1 befindende
Luft zugeführt,
die aus einer Einlassöffnung 7 übernommen
ist. In dem Kühlventilator 4 wird
der (nicht abgebildete) Motor zur Drehung der Drehachse gedreht,
und der Kühlwind
wird über einen
Lüftungskanal 9 in
das Batteriepack 2a zugeführt. Bei dieser Gelegenheit
läuft der
Kühlwind
durch die Lücke
zwischen den geschichteten Batteriegruppen als dem Kühlwindweg,
wie durch den Pfeil in 1 gezeigt, um die Wärme jeder
Batteriegruppe zu beseitigen. Nach einem Herunterkühlen der
Batteriegruppen strömt
der Kühlwind
von dem Batteriepack 2a zu einem Auslasskanal 10 und
wird aus dem Fahrzeug 1 aus einer (nicht abgebildeten)
Auslassöffnung
ausgelassen.
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Die
Komponentenbox 3 ist benachbart zu einer oberen Fläche des
Batteriepacks 2a platziert. Die Komponentenbox 3 weist
einen Aufbau auf, der eine Vielzahl von den in 2 gezeigten
Schaltungskomponenten innerhalb des Gehäuses als ein äußeres Material
integriert unterbringt.
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2 ist
ein funktionelles Blockschaltbild der in 1 gezeigten
Energieversorgungseinheit. Unter Verwendung dieser Zeichnung wird
ein spezifischer Aufbau der in 1 gezeigten
Komponentenbox 3 beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 2 umfasst die Energieversorgungseinheit
eine Batterieeinheit 20, einen Inverter 30, der
einem Wechselstrommotor M von der Batterieeinheit 20 elektrische
Energie zuführt,
eine Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40,
eine Kühlventilatoreinheit 50,
eine Hilfsbatterie 60, eine Batterie-ECU 70, die
ein Aufladen/Entladen der Batterieeinheit 20 steuert, einen
Sensor 80 und Systemrelais SR1 und SR2.
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Die
Batterieeinheit 20 umfasst das Modul mit der Vielzahl von
geschichteten Batteriegruppen, wie zuvor beschrieben. Das Modul
ist mit dem Gehäuse zur
Bildung des Batteriepacks 2a bedeckt, wie in 3 gezeigt. 3 ist
eine Ansicht eines Aufbaus eines in 1 gezeigten
Batteriepacks 2a.
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Unter
Bezugnahme auf 3 umfasst das Batteriepack 2a ein
Gehäuse 21 als
ein äußeres Material
und ein innerhalb des Gehäuses 21 untergebrachtes
bzw. aufgenommenes Modul 22.
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Auch
wenn es nicht dargestellt ist, ist das Modul 22 aus der
Vielzahl von geschichteten Batteriegruppen ausgebildet. Zwischen
den geschichteten Batteriegruppen ist die Lücke als ein Kühlwindweg ausgebildet.
Bei der Batteriegruppe kommt beispielsweise eine Nickelmetallhybridbatterie
zum Einsatz, und die Batteriegruppe weist eine äußere Form einer sogenannten
rechteckigen flachen Platte auf.
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Die
Batteriegruppe umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Insbesondere
umfasst die Batteriegruppe sechs Batteriezellen, die innerhalb eines einstöckigen Gehäuses platziert
sind und durch Trennwände
getrennt sind. Die sechs Batteriezellen haben im Wesentlichen den
selben Aufbau und sind elektrisch in Reihe verbunden.
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An
einer Seitenfläche
der Batteriegruppe, die sich vertikal in Bezug auf eine Richtung
erstreckt, in welcher die Batteriegruppen geschichtet sind, ist
eine Auskragung gebildet, um den Kühlwindweg zwischen den benachbarten
Batteriegruppen zur Verfügung
zu stellen. Bei dem die geschichteten Batteriegruppen aufweisenden
Modul 22 grenzen die Auskragungen der Batteriegruppen aneinander
an, so dass zwischen den Batteriegruppen eine Lücke gebildet wird.
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Ferner
bildet ein Raum zwischen einer oberen Seitenfläche des Moduls 22 und
des Gehäuses 21 einen
Kühlmitteleinführraum 23a,
um es zu ermöglichen,
dass der von dem Kühlventilator 4 zugeführte Kühlwind durch
die Vielzahl von Batteriegruppen läuft. Insbesondere ist der Kühlmitteleinführraum 23a mit
dem in 1 gezeigten Lüftungskanal 9 gekoppelt.
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Andererseits
bildet ein Raum zwischen einer unteren Seitenfläche des Modul 22 und
dem Gehäuse 21 einen
Kühlmittelausführraum 24a zum
Auslassen des Kühlwinds,
welcher die Batteriegruppen herabgekühlt hat, aus dem Batteriepack 2a.
Insbesondere ist der Kühlmittelausführraum 24a mit
dem in 1 gezeigten Auslasskanal 10 gekoppelt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist der Wechselstrommotor
M ein Antriebsmotor zur Erzeugung eines Moments zum Antrieb eines
Antriebrads eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs. Zusätzlich ist
der Wechselstrommotor M ein Motor mit einer Funktion eines durch
eine Maschine angetriebenen Generators. Außerdem ist der Wechselstrommotor
M in der Lage, als ein Elektromotor für die Maschine zu dienen, um
beispielsweise einen Maschinenstart durchzuführen.
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Der
Inverter 30 ist ein Dreiphaseninverter. Wird von der Batterieeinheit 20 eine
Gleichspannung zugeführt,
wandelt der Inverter 30 die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung
gemäß einem
Steuersignal von einer (nicht abgebildeten) Steuerschaltung, um
den Wechselspannungsmotor M anzutreiben. Auf diese Weise wird der
Wechselspannungsmotor M angetrieben, so dass ein bestimmtes Drehmoment
erzeugt wird.
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Die
Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40 wandelt
die Gleichspannung von der Batterieeinheit 20 herunter,
um der Hilfsbatterie 60 und einer elektrischen Hilfslast,
wie beispielsweise einer (nicht abgebildeten) Beleuchtungsvorrichtung
oder dergleichen, elektrische Energie zuzuführen. Die der Hilfsbatterie 60 zugeführte Gleichspannung
lädt die
Hilfsbatterie 60.
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Die
Kühlventilatoreinheit 50 weist
einen in 1 gezeigten Aufbau auf und kühlt die
Batterieeinheit 20 herunter. Bei der Energieversorgungseinheit gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist die Kühlventilatoreinheit 50 dadurch
gekennzeichnet, dass sie zum Herunterkühlen der Batterieeinheit 20 platziert
ist und sie außerdem
zu der gleichen Zeit eine andere elektrische Komponente als die
Batterieeinheit 20 (beispielsweise die Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40) herunterkühlt. Nachfolgend
wird ein Kühlaufbau
einer Kühlventilatoreinheit 50 ausführlicher
beschrieben.
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Der
Sensor 80 erfasst eine Batterietemperatur, eine Spannung über Anschlüssen bzw.
Anschlussklemmen, und einen Aufladungs-/Entladungsstromwert der
Batterieeinheit 20. Die durch den Sensor 80 erfassten
verschiedensten Informationen werden an die Batterie-ECU 70 übertragen.
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Die
Batterie-ECU 70 steuert Speichermengen der Batterieeinheit 20 und
der Hilfsbatterie 60 und steuert auch eine Lüftungsmenge
des Kühlventilators 4 in
der Kühlventilatoreinheit 50,
um die Batterietemperatur der Batterieeinheit 20 einzustellen.
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Die
Systemrelais SR1 und SR2 werden als Reaktion auf ein Signal SE von
der (nicht abgebildeten) Steuerschaltung eingeschaltet/ausgeschaltet, um
die Batterieeinheit 20 mit dem Inverter 30 zu
verbinden bzw. sie von ihm zu trennen.
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Bei
der in 2 gezeigten Energieversorgungseinheit sind die
Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40,
der Sensor 80 und die Batterie-ECU 70 mit dem
Gehäuse
als ein Stück zur
Ausbildung der in 1 gezeigten Komponentenbox 3 bedeckt.
Es sei erwähnt,
dass die Komponentenbox 3 derart gebildet sein kann, dass
sie zudem eine andere Schaltungskomponente als diejenigen Schaltungskomponenten
umfasst, welche mit der Batterieeinheit 20 verbunden sind.
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Bei
dem vorangehenden Aufbau weist die Energieversorgungseinheit gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ihre Charakteristik in Bezug auf die Position auf, bei welcher die
Komponentenbox 3 platziert ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1 und 2 ist die
Komponentenbox 3 zuerst dadurch gekennzeichnet, dass sie
an der oberen Fläche
des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2a entlang
der Richtung UPR in Richtung auf den Innenraumhimmel des Fahrzeugs platziert
ist. Genauer weist die Komponentenbox 3 eine Form einer
im Wesentlichen flachen Platte auf, und sie ist in der durch den
Pfeil UPR angezeigten Richtung gestapelt, wobei ihr Zentrum bei
dem zentralen Abschnitt des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2a angeordnet
ist. Hierbei ist die Komponentenbox 3 zudem dadurch gekennzeichnet,
dass einander zugewandte Flächen
des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2a und
der Komponentenbox 3 in Kontakt miteinander platziert sind.
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Zweitens
ist die Komponentenbox 3 dadurch gekennzeichnet, dass sie
die Form einer im Wesentlichen flachen Platte mit einer geringen
Höhe in
der Richtung UPR in Richtung auf den Innenraumhimmel des Fahrzeugs
aufweist, das heißt,
sie ist eine im Wesentlichen dünne
flache Platte.
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Diese
Charakteristika sind deutlich verschieden von denjenigen der herkömmlichen
Energieversorgungseinheit, bei welcher die Komponentenbox 110 benachbart
zu dem Batteriepack 100 in der durch den Pfeil LH angezeigten
Richtung platziert ist. Gemäß diesen
Charakteristika weist die Energieversorgungseinheit gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
im Hinblick auf die Systemabmessung und die Kühleffizienz die folgenden Effekte
auf.
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4 ist
ein Schaubild zur Beschreibung der Kühlstruktur der in 1 gezeigten
Energieversorgungseinheit.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wird der von dem Kühlventilator 4 dem
Batteriepack 2a zugeführte Kühlwind,
wie in 1 gezeigt, dem sich an der oberen Seite des Moduls 22 befindenden
Kühlmitteleinführraum 23a bereitgestellt.
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Als
nächstes
läuft der
Kühlwind
durch die Lücke
zwischen den benachbarten Batteriegruppen von Modul 22,
um herunter zu der unteren Seite der Batteriegruppen zu strömen. Dementsprechend
werden die Batteriegruppen heruntergekühlt.
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Der
auf die untere Seite der Batteriegruppen herunterströmende Kühlwind wird
von dem sich auf der unteren Seite des Moduls 22 befindenden
Kühlmittelausführraum 24a aus
dem Batteriepack 2a emittiert. Der Kühlmittelausführraum 24a ist
mit dem in 1 gezeigten Auslasskanal 10 verbunden. Wenn
der aus dem Batteriepack 2a emittierte Kühlwind in
den Auslasskanal 10 strömt,
wird er von einer (nicht abgebildeten) Auslassöffnung aus dem Fahrzeug 1 ausgelassen.
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Bei
dem in 4 gezeigten Kühlaufbau kann,
da die Komponentenbox 3 in Kontakt mit dem Kühlwindweg
(Kühlmitteleinführraum 23a)
mit dem Gehäuse 21 dazwischen
platziert ist, wie zuvor als die erste Charakteristik beschrieben,
der in den Kühlmitteleinführraum 23a eingeführte Kühlwind nicht
nur das Modul 22 sondern auch die Komponentenbox 3 herunterkühlen, welche über das
Gehäuse 21 mit dem
Kühlwind
in Kontakt steht. Dementsprechend kann ein Kühlventilator zur Kühlung einer
in der Komponentenbox 110 bei der herkömmlichen Energieversorgungseinheit
montierte Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung
weggelassen werden, wodurch die Anzahl von Komponenten in der Komponentenbox 3 reduziert
wird, wodurch eine Miniaturisierung erzielt wird.
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Zudem
wird es einfach, die Komponentenbox 3 in der Form einer
im Wesentlichen flachen Platte auszubilden, wie in 3 gezeigt,
da der Kühlventilator
für die
Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung weggelassen
wird. Zusätzlich
kann die Form einer im Wesentlichen flachen Platte erzielt werden,
indem die in der Komponentenbox 3 umfassten Schaltungskomponenten,
wie beispielsweise die Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40,
der Sensor 80 und die Batterie-ECU 70 platziert
werden, so dass sie in einer Ebene in einer Längsrichtung des Batteriepacks 2a verteilt
werden.
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Auch
wenn die Komponentenbox 3 an der oberen Oberfläche des
Gehäuses 21 für das Batteriepack 2a in 1 und 4 platziert
ist, ist es klar, dass der ähnliche
Effekt auch erlangt werden kann, indem sie an der unteren Fläche des
Gehäuses 21 platziert
wird. Wird die Komponentenbox 3 an der unteren Fläche des
Gehäuses 21 platziert,
bleibt der obere Raum des Batteriepacks 2a übrig, und
folglich kann der Rücksitz 5 umgeklappt
werden, so das der Insassenraum mit dem Gepäckraum 6 wie bei der herkömmlichen
Energieversorgungseinheit von 8 verbunden
wird.
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Zudem
wird, da die Energieversorgungseinheit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Komponentenbox 3 derart platziert
ist, dass ihr Zentrum bei dem zentralen Abschnitt des Batteriepacks 2a angeordnet ist,
ein Wärmeaustausch
zwischen der Komponentenbox 3 und dem Batteriepack 2a aufgrund
einer Differenz der Temperatur für
die Vielzahl von Batteriegruppen bei dem Modul 22 gleichförmig durchgeführt, wodurch
Temperaturvariationen unter den Batterien niedrig gehalten werden.
Daher kann ein Auftreten von Variationen bei Charakteristika und
Lebensdauern der Batterien verhindert werden.
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Darüber hinaus
ist bei dem Kühlaufbau
von 4 die Komponentenbox 3 in der Form einer
dünnen
flachen Platte gebildet, welches als die zweite Charakteristik beschrieben
worden ist, und daher kann eine Zunahme ihrer Höhe in der Aufwärtsrichtung
des Fahrzeugs 1 aufgrund eines Stapelns der Komponentenbox 3 auf
das Batteriepack 2a niedrig gehalten werden. Daher kann
der Rücksitz 5 nach hinten
umgeklappt werden, so dass wie bei dem herkömmlichen Fall der Insassenraum
mit dem Fahrgastraum 6 verbunden wird, wodurch eine Aufnahmekapazität bzw. Verstaukapazität sogar
bei einer Batterie mit höherer
Spannung aufrechterhalten werden kann.
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Ein
Ausbilden der Komponentenbox 3 in der Form einer im Wesentlichen
dünnen
flachen Platte kann ausgeführt
werden, indem der Kühlventilator
für die
Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40 weggelassen
bzw. beseitigt wird, wie zuvor beschrieben. Zusätzlich dazu kann die dünne Komponentenbox 3 ausgebildet
werden, wenn jede der Schaltungskomponenten, wie beispielsweise
die Systemrelais SR1 und SR2, die Batterie-ECU 70 und dergleichen,
in der Form einer dünnen
flachen Platte ausgebildet und in einer Ebene angeordnet sind. Was
die Systemrelais SR1 und SR2 betrifft, welche ein relativ großes Volumen
innerhalb der Komponentenbox 3 einnehmen, ist es insbesondere
effektiv, die herkömmlichen
elektromagnetischen Relais durch Halbleiterrelaisschalter auszutauschen,
um eine dünne
Komponentenbox 3 zu bilden.
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Vorzugsweise
weist die Kontaktfläche
zwischen der Komponentenbox 3 und dem Batteriepack 2a einen
so groß wie
möglichen
Bereich auf, da je größer der
Bereich der Komponentenbox 3 ist, welcher über das
Gehäuse 21 den
Kühlwind
empfängt, desto
effizienter wird die Kühlbox 3 heruntergekühlt, und
desto mehr können
die Temperaturvariationen unter der Vielzahl von Batteriezellen
innerhalb des Batteriepacks 2a weiter reduziert werden.
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Wie
zuvor beschrieben, kann gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Energieversorgungseinheit aufgebaut
werden, welche Komponenten entsprechend einer Montagebegrenzung
eines Fahrzeugs kompakt unterbringen bzw. aufnehmen kann, und außerdem kann
ein Bedarf nach einer Batterie mit höherer Spannung erfüllt werden.
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Ferner
kann, da die Komponentenbox in der Form einer im Wesentlichen flachen
Platte ausgebildet ist und bei dem Zentrum einer Seitenfläche des Batteriepacks
angeordnet ist, so dass sie sich entlang einer Richtung erstreckt,
in welcher die Batteriegruppen geschichtet sind, eine Zunahme des
Volumens der gesamten Energieversorgungseinheit aufgrund einer Zunahme
des Volumens der Batterien niedrig gehalten werden, und es können Variationen bei
Charakteristika und Lebensdauern unter Batteriezellen registriert
werden.
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Darüber hinaus
kann, da die Komponentenbox in Kontakt mit dem Kühlwindweg im Batteriepack platziert
ist, um es zu ermöglichen,
dass das Batteriepack und die Komponentenbox gleichzeitig mit einem einzigen
Kühlventilator
heruntergekühlt
werden, die Komponentenbox miniaturisiert und dünn ausgebildet werden. Zudem
kann die Kühleffizienz
verbessert werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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5 ist
ein perspektivisches Schaubild eines Fahrzeugs, welches mit einer
Energieversorgungseinheit gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist die Energieversorgungseinheit,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
auf dem Boden eines sich hinter dem Rücksitz 5 befindenden
Gepäckraums 6 angeordnet. Die
Energieversorgungseinheit umfasst ein Batteriepack 2b,
eine Komponentenbox 3 und einen Kühlventilator 4.
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Das
Batteriepack 2b hat einen im Wesentlichen ähnlichen
Aufbau wie das in 3 gezeigte Batteriepack 2a. 6 ist
eine Ansicht eines Aufbaus eines in 5 gezeigten
Batteriepacks 2b.
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Unter
Bezugnahme auf 6 weist das Batteriepack 2b einen
Aufbau auf, welcher das Modul 22 innerhalb des Gehäuses 21 als
ein äußeres Material aufnimmt.
Bei dem Modul 22 ist eine Lücke als ein Kühlwindweg
zwischen geschichteten Batteriegruppen ausgebildet, um es zu ermöglichen,
dass sie mit Kühlwind
durchströmt
werden. Für
die Batteriegruppe ist beispielsweise eine Nickelmetallhybridbatterie eingesetzt,
und sie weist eine Form einer sogenannten rechteckigen flachen Platte
auf.
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Die
Batteriegruppe umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Insbesondere
umfasst die Batteriegruppe sechs Batteriezellen, welche innerhalb
eines einstückigen
Behälters
angeordnet sind und durch Trennwände
getrennt sind. Die sechs Batteriezellen weisen im Wesentlichen den
selben Aufbau auf und sind elektrisch in Reihe verbunden.
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Das
Batteriepack 2b umfasst ferner eine Vielzahl von Ventilationslöchern 23b,
welche von dem Gehäuse 21 zu
der oberen Fläche
des Moduls 22 entlang der Richtung hindurchgehen, in welcher die
Batteriegruppen geschichtet sind. Diese Ventilationslöcher 23b bilden
einen Kühlmitteleinführraum, um
es zu ermöglichen,
dass der Kühlwind
von dem Kühlventilator 4 in
das Batteriepack 2b strömt.
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Auch
wenn es nicht gezeigt ist, umfasst das Batteriepack 2b zudem
eine Vielzahl von Ventilationslöchern,
welche von der unteren Fläche
des Moduls 22 zu dem Gehäuse 21 entlang der
Richtung hindurchgehen, in welcher die Batteriegruppen geschichtet
sind. Diese Ventilationslöcher
bilden einen Kühlmittelausführraum zum
Auslassen des Kühlwindes,
welcher die Batteriegruppen heruntergekühlt hat, aus dem Batteriepack 2b.
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Auf
diese Weise ist das Batteriepack 2b gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
in Bezug auf die Positionen, an welchen der Kühlmitteleinführraum und
der Kühlmittelausführraum angeordnet sind,
verschieden von dem Batteriepack 2a gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Aufgrund des Unterschieds bei dem Aufbau des Batteriepacks setzt die
Energieversorgungseinheit gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
einen Kühlaufbau
ein, welcher nachfolgend beschrieben wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 5 ist die Komponentenbox 3 benachbart
zu einer Rückseitenfläche des
Gehäuses 21 für das Batteriepack 2b angeordnet
bzw. platziert, welche sich in der Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs 1 befindet.
Genauer weist die Komponentenbox 3 eine Form einer im Wesentlichen
flachen Platte auf und sie ist an der Rückseite des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2b platziert,
wobei ihr Zentrum bei dem zentralen Abschnitt des Gehäuses 21 platziert
ist. Hierbei sind einander zugewandte Flächen des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2b und
der Komponentenbox 3 in Kontakt miteinander platziert bzw.
angeordnet. Zusätzlich
ist die Komponentenbox 3 derart platziert, dass ein Hereinlegen
und Herausnehmen eines in dem Fahrzeugraum 6 untergebrachten
(nicht abgebildeten) Reservereifens nicht behindert wird.
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Der
Kühlventilator 4 ist
an der linken Seite der oberen Fläche des Batteriepacks 2b platziert. Über dem
Kühlventilator 4 ist
ein Einlasskanal 11 zum Hereinnehmen des Kühlwinds
zur Verfügung gestellt,
welcher für
die Klimatisierung innerhalb des Fahrzeugs 1 verwendet
worden ist. Unter dem Kühlventilator 4 ist
ein Auslasskanal 12 zum Auslassen des Kühlwinds, welcher das Batteriepack 2b heruntergekühlt hat,
aus dem Fahrzeug zur Verfügung
gestellt.
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Bei
dem vorangehenden Aufbau wird der durch den Kühlventilator 4 hereingezogene
Kühlwind über einen
(nicht abgebildeten) Kühlmitteleinführraum 23b in
dem Batteriepack 2b dem Modul 22 zugeführt, und
dann läuft
er durch die Lücke
zwischen den benachbarten Batteriegruppen, um jede Batteriegruppe
herunterzukühlen.
Der Kühlwind,
welcher die Batteriegruppen heruntergekühlt hat, wird durch den (nicht
abgebildeten) Kühlmittelauslassraum
an den Auslasskanal 12 emittiert.
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7 ist
ein Diagramm zur Beschreibung eines Kühlaufbaus der in 5 gezeigten
Energieversorgungseinheit.
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Unter
Bezugnahme auf 7 strömt der von dem Kühlventilator 4 an
das Batteriepack 2b zugeführte Kühlwind, wie in 5 gezeigt, über den
Einlasskanal 11 in den sich an der oberen Fläche des Batteriepacks 2b befindenden
Kühlmitteleinführraum 23b.
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Als
Nächstes
läuft der
Kühlwind
durch die Lücke
zwischen den benachbarten Batteriegruppen im Modul 22, 50 dass
er auf die untere Seite der Batteriegruppen strömt. Dementsprechend werden
die Batteriegruppen heruntergekühlt.
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Der
Kühlwind
strömt
herunter zu der unteren Seite der Batteriegruppen und wird über einen
sich an der unteren Fläche
des Batteriepacks 2b befindenden Kühlmittelausführraums 24b aus
dem Batteriepack 2b herausgeführt. Der Kühlmittelausführraum 24b ist
mit dem in 5 gezeigten Auslasskanal 12 verbunden.
Der aus dem Batteriepack 2b emittierte Kühlwind strömt durch
den Auslasskanal 12 und wird von einer (nicht abgebildeten)
Auslassöffnung
aus dem Fahrzeug ausgelassen.
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Bei
dem Kühlaufbau
von 7 läuft
der von dem Kühlmitteleinführraum 23b in
das Batteriepack 2b strömende
Kühlwind
durch die innerhalb des Moduls 22 zur Verfügung gestellte
Lücke und
wird an den Kühlmittelausführraum 24b weitergeleitet.
Hierbei kann der in den Kühlmitteleinführraum 23b eingeführte Kühlwind,
da sich die Komponentenbox 3 über das Gehäuse 21 in Kontakt
mit dem Kühlwindweg
befindet, nicht nur die Batteriegruppen sondern auch die Komponentenbox 3 herunterkühlen, welche über das
Gehäuse 21 in
Kontakt mit dem Kühlwind
steht. Dementsprechend kann ein Kühlventilator zur Kühlung der
in der Komponentenbox 3 montierten Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40 beseitigt
werden, wodurch die Anzahl von Komponenten in der Komponentenbox 3 reduziert wird,
wodurch eine Miniaturisierung erzielt wird und wodurch eine dünne Komponentenbox 3 ausgebildet wird.
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Ferner
wird, da die Komponentenbox 3 an der Seitenfläche des
Batteriepacks 2b in der Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs platziert
ist, ein ausreichender Raum in einem Abschnitt über dem Batteriepack 2b zur
Verfügung
gestellt, in welchem der Kühlventilator 4 nicht
angeordnet ist, und folglich kann der Rücksitz 5 nach hinten
umgeklappt werden, um den Insassenraum mit dem Gepäckraum zu
verbinden.
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Auch
wenn die Komponentenbox 3 in 5 und 7 an
der Seitenfläche
des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2b in
der Rückwärtsrichtung
des Fahrzeugs platziert ist, kann der ähnliche Effekt auch erlangt
werden, indem sie an der Vorderseitenfläche des Gehäuses 21 für das Batteriepack 2b platziert wird.
In diesem Fall kann ein breiterer Gepäckraum 6 zur Verfügung gestellt
werden.
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Ferner
ist die Komponentenbox 3 bei der Energieversorgungseinheit
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
derart platziert, dass ihr Zentrum bei dem zentralen Abschnitt des
Batteriepacks 2b wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
positioniert ist, und folglich wird ein Wärmeaustausch zwischen der Komponentenbox 3 und
dem Batteriepack 2b aufgrund einer Temperaturdifferenz
für die
Vielzahl von Batteriegruppen in dem Modul 22 gleichförmig durchgeführt, wodurch
Temperaturvariationen unter den Batterien niedrig gehalten werden.
Daher kann ein Auftreten von Variationen bei Charakteristika und
Lebensdauern der Batterien verhindert werden.
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Darüber hinaus
kann, wenn die Komponentenbox 3 in der Form einer im Wesentlichen
dünnen flachen
Platte gebildet ist, eine Reduktion des Volumens des Gepäckraums 6 aufgrund
einer Platzierung der Komponentenbox 3 an der Rückseitenfläche des
Batteriepacks 2b niedrig gehalten werden. Daher wird ein
Aufnahmeraum bzw. Verstauraum für ein
in dem Gepäckraum 6 zur
Verfügung
gestelltes Reserverad nicht beeinflusst.
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Es
sei erwähnt,
dass ein Ausbilden der dünnen
Komponentenbox 3 ausgeführt
werden kann, indem dünne Schaltungskomponenten
derart ausgebildet werden, dass sie zusätzlich zu der Beseitigung des
Kühlventilators
für die
Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandlungseinrichtung 40,
wie zuvor beschrieben, in einer Ebene untergebracht und platziert werden.
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Wie
zuvor beschrieben, kann gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Energieversorgungseinheit aufgebaut
werden, welche Komponenten entsprechend einer Montagebegrenzung
eines Fahrzeugs kompakt unterbringen bzw. aufnehmen bzw. verstauen
kann, und es kann außerdem
ein Bedarf nach einer Batterie mit höherer Spannung erfüllt werden.
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Ferner
kann der Insassenraum, da die Komponentenbox in der Form einer im
Wesentlichen flachen Platte ausgebildet ist und benachbart zu der Rückseitenfläche oder
der Vorderseitenfläche
des Batteriepacks angeordnet ist, mit dem Gepäckraum verbunden werden, und
es kann auch bei einer Batterie mit höherer Spannung die Verstaukapazität aufrechterhalten
werden. Hierbei kann eine Reduktion des Volumens des Gepäckraums
niedrig gehalten werden, wenn die Komponentenbox in der Form einer
im Wesentlichen dünnen
flachen Platte gebildet ist.
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Es
sei erwähnt,
dass Variationen bei Charakteristika und Lebensdauern unter Batteriezellen
reduziert werden können,
da die Komponentenbox bei dem Zentrum der Seitenfläche des
Batteriepacks derart platziert ist, dass sie sich entlang der Richtung erstreckt,
in welcher die Batteriegruppen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
geschichtet sind.
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Auch
wenn die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben und veranschaulicht
worden ist, ist es offensichtlich, dass die selbe nur anhand einer Veranschaulichung
und von Beispielen erläutert
wurde, und nicht als Begrenzung der Erfindung zu verstehen ist.
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Eine
Komponentenbox 3 weist eine Form einer im Wesentlichen
flachen Platte auf, und sie ist entlang einer Richtung UPR zu dem
Innenraumhimmel eines Fahrzeugs derart gestapelt, dass ihr Zentrum
bei einem zentralen Abschnitt eines Gehäuses für ein Batteriepack 2a gestapelt
ist. Einem sich an einer unteren Seite eines Moduls befindenden
Kühlmitteleinführraum wird
ein Kühlwind
zugeführt,
welcher für
eine Klimatisierung innerhalb des Fahrzeugs verwendet worden ist
und dem Batteriepack 2a von einem Kühlventilator 4 zugeführt worden
ist, der Kühlwind
läuft durch
eine Lücke
zwischen benachbarten Batteriegruppen, um zu eine unteren Seite
der Batteriegruppen zu strömen,
und er wird aus einem sich an einer unteren Seite des Moduls befindenden
Kühlmittelausführraum aus
dem Batteriepack 2a emittiert. Da sich die Komponentenbox 3 in
Kontakt mit einem Kühlwindweg
mit dem Gehäuse 21 dazwischen
befindet, wird die über
das Gehäuse
mit dem Kühlwind in
Kontakt stehende Komponentenbox 3 gleichzeitig mit dem
Kühlen
des Moduls heruntergekühlt.
Da die Komponentenbox 3 mit ihrem Zentrum bei dem zentralen
Abschnitt des Batteriepacks 2a platziert ist, können Temperaturvariationen
unter Batterien niedrig gehalten werden.