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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug, die die Wärmestrahlungsleistung einer Batterie maximieren und die Verringerung der Batterieleistung verhindern kann, indem eine Elektrode zum Anlegen einer Spannung in einer Zwischenplatte angebracht ist, in welche ein Wärmerohr eingesetzt ist, um das Batteriemodul indirekt zu kühlen und um das Batteriemodul auf eine optimale Temperatur in einer Umgebung mit niedriger Temperatur zu erwärmen.
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HINTERGRUND
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Im Allgemeinen werden umweltfreundliche Fahrzeuge wie Brennstoffzellenfahrzeuge und Elektrofahrzeuge ohne Emissionen von Abgas durch eine Batterie zum Antreiben eines Motors betrieben.
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In dem Fall von Elektrofahrzeugen, da die Zuverlässigkeit und Stabilität eines Batteriesystems den wichtigsten Faktor darstellt, der die Marktfähigkeit von Elektrofahrzeugen bestimmt, muss das Batteriesystem in einem optimalen Temperaturbereich von ungefähr 35°C bis 40°C gehalten werden, um eine Verringerung der Batterieleistung aufgrund der externen Temperaturänderung zu verhindern.
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Hierfür besteht eine Notwendigkeit für ein Wärmesteuersystem für ein Beutel-Zellenmodul, das die optimale Temperatur einer Batterie in einer Umgebung mit niedriger Temperatur aufrechterhalten kann, während eine hervorragende Wärmestrahlungsleistung bei gewöhnlichen klimatischen Bedingungen bereitgestellt wird.
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In dem Fall von Batterien für Elektrofahrzeuge treten lokale Temperaturunterschiede zwischen Batteriezellen aufgrund einer Erwärmung durch eine Schnellladung, eine hohe Leistung und sich wiederholenden Ladezeiten auf. Ein thermisches Durchgehen (Runaway Phänomen) kann ebenfalls auftreten, wodurch die Effizienz und die Stabilität der Batterie gestört werden, die durch einen Mangel an thermischer Emission oder thermischer Diffusion in der Batterie auftritt.
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Eine beutelartige Batteriezelle variiert in ihrem Volumen aufgrund einer Einlagerung und Auslagerung von Lithiumionen an und von einem Elektrodenmaterial während eines Ladens und Entladens, und somit können eine Expansion einer Elektrode innerhalb der Batterie und eine Beschädigung eines Separators zwischen zwei Elektrodenmaterialen auftreten.
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Da die Beschädigung des Separators einen Innenwiderstand, eine beträchtliche Verringerung der Batterieleistung und eine Verringerung der Gesamtbatteriekapazität verursacht, ist ein Strahlungswärme-Zwischenelement für den Umgang mit der Volumenexpansion der Batterie notwendig.
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Wenn die Volumenexpansion der beutelartigen Batteriezelle stark ist, kann ein Polymer-Beutel beschädigt werden und einen Elektrolyt- und Gasaustritt aus dem Inneren zur Folge haben. Da das beutelartige Zellenmodul durch Stapeln einer Mehrzahl von Zellen aufgebaut ist, können die Volumenexpansion der Zelle, der Gasaustritt oder die Explosion ebenfalls benachbarte Zellen direkt beschädigen. Darüber hinaus verringert die Expansion der beutelartigen Batteriezelle die Größe eines Luftkühlkanals zum Kühlen zwischen den Batteriezellen und zum Beschleunigen der Erwärmung zwischen den Batteriezellen.
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Es ist bekannt, dass Batterien durch direktes Kühlen gekühlt werden können, wobei Kühlluft direkt mit der Oberfläche der Batterie zum Abstrahlen der in der Batterie erzeugten Wärme in Kontakt kommt. In diesem Fall, da die Batterie durch Kühlluft direkt gekühlt wird, ist eine thermische Leitfähigkeit des die Batterie abdeckenden Gehäusematerials nicht erforderlich. Allerdings muss ein Luftkühlkanal von ausreichender Größe zwischen den Batteriezellen vorgesehen werden, in dem Kühlluft strömt. Demzufolge gibt es eine Einschränkung in der Erhöhung der Anzahl von eingesetzten Zellen pro Volumeneinheit.
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Das US-Patent Nr.
US20110206965 offenbart eine Batterie-Wärmestrahlungsstruktur unter Verwendung eines Wärmerohrs, die die Wärmestrahlungseigenschaften einer Batterie durch Bilden einer indirekten Kühlstruktur verbessern kann, wobei ein flaches Wärmerohr zwischen Lithiumionen-Batteriezellen angeordnet ist und sich Lamellenkühlrippen, die Kondensationsteile darstellen, einander an dem oberen Endabschnitt des Wärmerohr kreuzen. Allerdings weist diese Struktur eine Beschränkung in der Volumenexpansion einer Batterie (z. B. beutelartige Batterie) auf, da ein Laden und Entladen mit hoher Geschwindigkeit nicht durchgeführt werden können.
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Im Allgemeinen ist die Oberfläche der beutelartigen Batterie nicht flach. Wenn ein flaches Wärmerohr, das in dem oben genannten typischen Beispiel offenbart ist, zwischen die Batteriezellen angeordnet wird, wird die Flachheit zwischen dem flachen Wärmerohr und jeder Batteriezelle verringert, was einen Grenzübergangswiderstand erzeugt, wodurch die Wärmeübertragungseffizienz vermindert wird.
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Da außerdem das oben genannte flache Wärmerohr direkt mit der Oberfläche der Batterie in Kontakt kommt, kann die beutelartige Batterie durch einen während eines Herstellens des Wärmerohrs erzeugten metallischen Grat zerrissen werden, wenn ein Fahrzeug in Schwankungen versetzt wird oder ein Batteriemodul zusammengebaut wird.
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Ein typisches Batteriemodul weist eine weitere Einschränkung beim Bewältigen des Kaltstarts eines Fahrzeugs auf und das Leistungstief in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen wird nicht vorbereitet.
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Unter Bezugnahme auf 1 verursacht eine Lithiumionen-Batterie gemäß dem Stand der Technik eine Verringerung der Ausgangsleistung eines Fahrzeugs. Genauer gesagt beginnt die Ausgangsleistung sich bei einer Temperatur von ungefähr 10°C zu verringern und verringert sich bis auf ungefähr 30% bei einer Temperatur von ungefähr –20°C. Demzufolge ist ein separates Element oder eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich, um die Batterie auf eine Temperatur von ungefähr 30°C bis 40°C während eines Kaltstarts oder in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen zu erwärmen.
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Unter Berücksichtigung dieser Einschränkungen reichte die vorliegende Anmelderin die
koreanische Offenlegungsschrift Nr. 2013-0046449 (16. April 2013) ein, die eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen eines Batteriemoduls in einem umweltfreundlichen Fahrzeug offenbart. Die Vorrichtung kann die Wärmestrahlungsleistung einer Batterie maximieren und somit die Volumenexpansion aufgrund einer Erwärmung verhindern, indem eine thermisch leitfähige Zwischenplatte angeordnet wird, wobei ein Wärmerohr eng zwischen Batteriezellen durch Umspritzen (Overmolding) und Anordnen eines Kühlkörpers eingebettet ist, der ein Kondensationsteil darstellt, das einstückig/integral mit dem oberen Ende des Wärmerohrs in einem Luftkühlkanal verbunden ist. Außerdem kann die Vorrichtung die Batterieleistung verbessern und die verringerte Leistung verhindern, indem ferner ein ebenflächiges Heizelement zwischen die Batteriezellen angeordnet wird, wo die Zwischenplatte nicht angeordnet ist, um die Batterie auf eine geeignete Temperatur beim Kaltstarten und Umgebungen mit niedrigen Temperaturen zu erwärmen.
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Allerdings, weil das ebenflächige Heizelement zwischen den Batteriezellen separat angeordnet ist, nehmen die Gesamtdicke und das Gesamtgewicht des Batteriemoduls zu. Insbesondere muss eine separate Steuerung zum Steuern/Regeln des ebenflächigen Heizelements hinzugefügt werden, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen.
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Die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und können demzufolge Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug bereit, die die Wärmestrahlungsleistung einer Batterie maximieren kann, wodurch die Volumenexpansion aufgrund einer Erwärmung verhindert wird. Eine thermisch und elektrisch leitfähige/leitende Zwischenplatte, die durch Umspritzen einer Mehrzahl von Wärmerohren und Elektroden eingebettet ist, ist zwischen den Wärmerohren eng zwischen den Batteriezellen angeordnet, und ein Kühlkörper (Wärmesenke), der ein Kondensationsteil darstellt, ist einstückig/integral mit dem oberen Ende des Wärmerohrs an einem Luftkühlkanal eines Batteriegehäuses verbunden. Die vorliegende Offenbarung kann ferner die Batterieleistung verbessern und die verringerte Leistung eines Fahrzeugs verhindern, indem die Batterie auf eine geeignete Temperatur beim Kaltstart und in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen erwärmt wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug eine thermisch und elektrisch leitfähige Zwischenplatte, die mit einem Wärmerohr und einer Elektrode durch Umspritzen eingebettet ist, und eng zwischen zwei oder mehreren Batteriezellen, die aus einer Mehrzahl von Batteriezellen ausgewählt werden, angeordnet ist. Ein Kühlkörper ist in einem Luftkühlkanal eines die Batteriezellen umgebenden externen Gehäuses angeordnet und einstückig/integral mit einem oberen Endabschnitt des Wärmerohrs verbunden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Zwischenplatte ein thermisch leitfähiges Elastomer umfassen, das einen elektrisch leitfähigen Füllstoff in einer Menge von ungefähr 40 wt% bis 60 wt% enthält, in dem eines oder mehrere, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Silberpulver, Ruß und Kohlenstofffasern besteht, vermischt werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Wärmerohr eine aus einem Aluminiummaterial gebildete ebene/planare Bandform aufweisen, ein Arbeitsfluid darin umfassen und kann in der Zwischenplatte in einem regelmäßigen Intervall eingebettet sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Kühlkörper ein Kondensationsteil sein, der ein in dem Wärmerohr in Gas verwandeltes Arbeitsfluid kondensiert, und eine Mehrzahl von Wärmestrahlungsplatten kann auf einer Oberfläche des Kühlkörpers integral/einstückig gebildet sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das externe Gehäuse einen die Batteriezelle umgebenden unteren Raum, die Zwischenplatte und einen oberen Raum, wo der Kühlkörper in dem Luftkühlkanal angeordnet ist, aufweisen, und kann eine Wärmeisolationsschicht aufweisen, die auf einer gesamten Oberfläche des externen Gehäuses gebildet ist.
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Die Vorrichtung kann eine Klappe umfassen, die an einem Einlass und einem Auslass des Luftkühlkanals des externen Gehäuses angeordnet ist, um den Luftkühlkanal gemäß einer Steuerung/Steuereinheit zu öffnen und zu schließen.
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Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Offenbarung werden bachfolgend erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon ausführlicher beschrieben, welche durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, und welche im Folgenden nur zur Veranschaulichung dienen, und somit nicht für die vorliegende Erfindung einschränkend sind.
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1 zeigt einen Graphen, der einen Abschnitt mit verringerter Leistung bei niedrigen Temperaturen von einem umweltfreundlichen Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik darstellt.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine mit Wärmerohren und Elektroden eingebettete Zwischenplatte einer Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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3 zeigt eine Vorderansicht, die eine mit Wärmerohren und Elektroden eingebettete Zwischenplatte einer Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Zwischenplatte einer Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug, die zwischen Batteriezellen angeordnet ist und durch ein externes Gehäuse umgeben ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Wärmestrahlung in einem Zustand darstellt, wo eine Zwischenplatte einer Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls von einem umweltfreundlichen Fahrzeug zwischen Batteriezellen angeordnet ist und durch ein externes Gehäuse umgeben ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, die der Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung dienen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorte und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und die Arbeitsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Offenbarung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen, welche innerhalb der Lehre und des Umfangs der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
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Es ist zu beachten, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Die obigen und weiteren Merkmale der Offenbarung werden nachfolgend erläutert.
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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 2 und 3 kann eine Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen eines Batteriemoduls in einem umweltfreundlichen Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zumindest zwei Wärmerohre 12 und eine thermisch und elektrisch leitfähige Zwischenplatte 10, die mit einer positiven (+) Elektrode und einer negativen (–) Elektrode 40 durch Umspritzen eingebettet ist, umfassen.
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Die Zwischenplatte 10 muss einen auf ein Minimum gebrachten Spalt und eine ausgezeichnete Ebenheit aufweisen, um die in einer Batteriezelle erzeugte Wärme effektiv an das Wärmerohr 12 zu übertragen. Wenn die Zwischenplatte 10 zwischen die Batteriezellen angeordnet ist, muss der Wärmeübertragungs-Grenzflächenwiderstand aufgrund der Kontakthaftungseigenschaften (volle Haftung) mit den Batteriezellen minimiert werden und die Wärmeübertragungseigenschaften müssen maximiert werden. Die Zwischenplatte 10 kann aus einem thermoplastischen Elastomermaterial mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet werden.
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In einem Ausführungsbeispiel kann die Zwischenplatte 10 aus einem thermoplastischen Elastomermaterial gebildet werden, das ein weiches Material mit einer ausgezeichneten thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 10 W/mK in Richtung einer flachen Platte ist, um den Bindegrad (Klebkraft) mit der Batteriezelle für die Volumenexpansion der Batterie (insbesondere einer beutelartigen Batterie) zu erhöhen.
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Insbesondere, um der Zwischenplatte 10 eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, kann die Zwischenplatte 10 einen elektrisch leitfähigen Füllstoff in einer Menge von ungefähr 40 wt% bis 60 wt% enthalten, in dem eines oder mehrere, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Graphit, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Silberpulver, Ruß und Kohlenstofffasern besteht, vermischt werden, zusätzlich zu dem thermisch leitfähigen Elastomer von ungefähr 60 wt% bis 40 wt%. In diesem Fall können die positiven (+) und die negativen (–) Elektroden 40 in die Zwischenplatte 10 zwischen den Wärmerohren 12 eingebettet werden, um mit einer Spannung von einer 12 V Hilfsbatterie beaufschlagt zu werden.
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Wenn die Spannung (12 V) an die Elektroden 40 bei einer niedrigen Temperatur und Kaltstartumgebung angelegt wird, kann die Zwischenplatte 10 Wärme bis zu einer Temperatur von ungefähr 50°C bis 100°C erzeugen. Das heißt, wenn die Zwischenplatte 10 den elektrisch leitfähigen Füllstoff enthalt und eine Spannung an die in dem thermisch leitfähigen Elastomer vorhandenen positiven und negativen Elektroden 40 angelegt wird, kann ein Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen Füllstoff auftreten und gleichzeitig kann Wärme aufgrund eines Widerstandes auftreten. Auch, da sich ein Widerstandswert mit der Wärmeausdehnung (thermische Expansion) des Elastomermaterials, das als eine Brücke zwischen den Füllstoffen wirkt, ändert, können Heizeigenschaften, die eine Eigentemperatur-Regelung ermöglichen, erzielt werden.
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Unter Bezugnahme auf 4 kann das Wärmerohr aus einem Aluminiummaterial gebildet werden und eine rechteckige Streifenform aufweisend. Das Wärmerohr 12 kann in die Zwischenplatte 10 in einem gleichmäßigen Intervall eingebettet werden. Der obere Endabschnitt des Wärmerohrs 12 kann einstückig/integral mit einem Kühlkörper 14 (Wärmesenke) zum Übertragen von thermischer Energie der Batterie verbunden werden, die von der Zwischenplatte 10 an einen Luftkühlkanal 22 eines externen Gehäuses 20 zugeführt wird.
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Der Kühlkörper kann ein Kondensationsteil sein, das ein in dem Wärmerohr 12 in Gas verwandeltes Arbeitsfluid kondensiert. Eine Mehrzahl von Wärmestrahlungsplatten kann einstückig/integral auf der Oberfläche des Kühlkörpers 14 in einem gleichmäßigen vertikalen Intervall in der vertikalen Richtung gebildet werden.
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Das Wärmerohr kann mit einem flüchtigen Arbeitsfluid (z. B. Aceton) gefüllt werden. Das Arbeitsfluid kann durch Wärme während des Erwärmens der Batterie verdampft werden und kann sich gleichzeitig zu dem Kühlkörper 14 bewegen, wobei es eine thermische Energie aufweist, und Wärme abstrahlen. Danach kann das Arbeitsfluid aufgrund der Wärmeabstrahlung kondensiert werden und dann zu dem Wärmerohr 12 zurückkehren.
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In einem Ausführungsbeispiel kann im Hinblick auf das Verdichten des Batteriemoduls das Wärmerohr 12 eine Dicke von ungefähr 1,0 mm bis 1,5 mm aufweisen und die Zwischenplatte 10 kann eine Dicke von ungefähr 2 mm bis 5 mm einschließlich der Dicke des Wärmerohrs 12 aufweisen.
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Die mit den Wärmerohren 12 und den Elektroden 40 eingebettete Zwischenplatte 10 kann eng zwischen zwei oder mehreren Batteriezellen angeordnet werden, die aus einer Mehrzahl von Batteriezellen 30 ausgewählt werden. Der mit dem oberen Endabschnitt des Wärmerohrs 12 einstückig/integral verbundene Kühlkörper 14 kann in dem Luftkühlkanal 22 des externen Gehäuses angeordnet werden.
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Genauer gesagt kann das externe Gehäuse 20 einen unteren Raum, der die gestapelten Batteriezellen 30 umgibt, Zwischenplatten 10 und einen oberen Raum, wo der Kühlkörper 14 an dem einzelnen Luftkühlkanal 22 angeordnet ist, aufweisen. Somit können die gestapelten Batteriezellen 30 und Zwischenplatten 10 an dem unteren Raum angeordnet werden und der Kühlkörper 14 kann in dem Luftkühlkanal 22 angeordnet werden.
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Unter Bezugnahme auf 5 kann eine Klappe 24 an dem Einlass und Auslass des Luftkühlkanals 22 des externen Gehäuses 20 angebracht werden, um das externe Gehäuse gemäß der Steuerung einer Steuerung/Steuereinheit basierend auf einem erfassten Signal eines Batterietemperatursensors zu öffnen und zu schließen.
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Nachstehend wird der Betriebsablauf der Vorrichtung zum indirekten Kühlen und Erwärmen des Batteriemoduls unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
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Wenn Wärme aufgrund eines Ladens/Entladens mit hoher Geschwindigkeit, hoher Leistung und sich wiederholenden Ladezeiten der Batteriezelle 20 erzeugt wird, wird die Wärme an das Wärmerohr 12 durch die thermisch leitfähige Zwischenplatte 10 geführt.
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In diesem Fall, wenn das durch den Temperatursensor gemessenen Signal des Batterietemperatursensors in die Steuerung/Steuereinheit (Batterie-Management-System; BMS) eingegeben wird, kann die Steuerung/Steuereinheit die an dem Einlass und Auslass des Luftkühlkanals des externen Gehäuses 20 angebrachte Klappe 24 öffnen.
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Anschließend kann das in dem Inneren (Verdampfungsteil) des Wärmerohrs 12 vorhandene Arbeitsfluid durch an das Wärmerohr 12 übertragene Wärme in Gas verwandelt werden und die in Gas umgewandelten Moleküle können sich zu der Seite (Kondensationsteil) des Kühlkörpers 14, d. h., der gegenüberliegenden Seite des Wärmerohrs 12 unter Halten der thermischen Energie bewegen. Da der Kühlkörper 14 in Kontakt mit in dem Luftkühlkanal 22 des externen Gehäuses 20 strömender Kühlluft steht, kann die in dem Arbeitsfluid gehaltene thermische Energie durch einen Wärmetausch mit der Kühlluft durch den Kühlkörper 14 abgestrahlt werden und dann kann das Arbeitsfluid zu dem Wärmerohr 12 zurückkehren.
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Somit, da in der Batterie erzeugte Wärme durch die Zwischenplatte 10 und das Wärmerohr 12 abgestrahlt werden kann, kann mit der Volumenexpansion aufgrund der Erwärmung der Batterie umgegangen werden und die Wärmestrahlungsleistung kann maximiert werden.
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Unterdessen kann die Batterie auf eine geeignete Temperatur durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode 40 unter Kaltstartumgebungen und Umgebungen mit niedrigen Temperaturen eines umweltfreundlichen Fahrzeugs erwärmt werden und somit kann die Batterieleistung verbessert werden und das Leistungstief eines Fahrzeugs kann verhindert werden.
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Genauer gesagt, wenn ein durch den Temperatursensor unter den Kaltstart- und Niedrigtemperaturumgebungen erfasstes Signal in die Steuerung/Steuereinheit eingegeben wird, kann die Steuerung/Steuereinheit die an dem Einlass und Auslass des Luftkühlkanals 22 angebrachte Klappe 24 schließen und gleichzeitig eine Spannung von ungefähr 12 V an die Elektrode 40 anlegen. Somit kann ein Stromfluss durch den elektrisch leitfähigen in der Zwischenplatte 10 enthaltenen Füllstoff auftreten und gleichzeitig kann Wärme durch den Widerstand erzeugt werden. In diesem Fall kann die Wärme an die Batteriezelle übertragen werden, um die Batterie auf einer geeigneten Temperatur zu halten, was die Batterieleistung verbessert und die verringerte Leistung eines Fahrzeugs verhindert.
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Da ein Widerstandwert mit der Wärmeausdehnung (thermische Expansion) des Elastomermaterials variiert, das als eine Brücke zwischen in der Zwischenplatte 10 enthaltenen Füllstoffen wirkt, kann die Zwischenplatte 10 das Heizverhalten aufweisen, das eine Eigentemperatur-Regelung ermöglicht. Auch, da sich die an dem Einlass und Auslass des externen Gehäuses 20 angebrachten Klappen 24 in einem geschlossenen Zustand befindet, kann die Kühlluft in dem Luftkühlkanal 22 begrenzt werden, und somit kann verhindert werden, dass die Wärme durch das Wärmerohr (Heizungsteil) und den Kühlkörper (Kondensationsteil) abgestrahlt wird.
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Selbst wenn die durch den Widerstand verursachte Wärme an das Wärmerohr 12 der Zwischenplatte 10 übertragen wird, gibt es einen kleinen Temperaturunterschied zwischen dem Wärmerohr (Heizungsteil) innerhalb der Zwischenplatte 10 und dem Kühlkörper (Kondensationsteil) innerhalb des Luftkühlkanals 22, wenn sich der Luftkühlkanal durch die Klappe 24 in dem geschlossenen Zustand befindet. Demzufolge kann die Wärmeübertragungsfunktion des Wärmerohrs gestoppt werden und somit kann verhindert werden, dass die durch den Widerstand verursachte Wärme bei der Kaltstart- und Niedrigtemperaturumgebung abgestrahlt wird.
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In einem Ausführungsbeispiel kann eine Wärmeisolationsschicht auf der gesamten Oberfläche des externen Gehäuses gebildet werden, um Wärme oder Kälte von außen abzuhalten. Somit kann ein Wärmeaustausch zwischen externer Wärme außerhalb des externen Gehäuses 20 und in dem Luftkühlkanal strömender Kühlluft verhindert werden. Auch wenn sich der Luftkühlkanal in dem geschlossenen Zustand befindet, kann verhindert werden, dass Kälte von außen von dem externen Gehäuse 20 an den Luftkühlkanal 22 zugeführt wird.
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Die vorliegende Offenbarung weist die folgenden Wirkungen/Effekte auf. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, da eine thermisch und elektrisch leitfähige Zwischenplatte, die durch Umspritzen von Wärmerohren und Elektroden als ein Verbindungsmaterial zum Umgehen mit der Volumenexpansion einer Batterie (insbesondere einer beutelartigen Batterie) und zum Abstrahlen von Wärme eingebettet ist, eng zwischen Batteriezellen eines Batteriemoduls angeordnet ist, kann die Volumenexpansion aufgrund der Erwärmung der Batterie verhindert werden und die Wärme der Batterie kann durch die Wärmerohre einfach emittiert werden.
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Insbesondere, da die Zwischenplatte Wärme durch Anlegen einer Spannung an die Elektrode innerhalb der Zwischenplatte in einer Kaltstart- und Niedrigtemperaturumgebung erzeugt, kann die Batterie auf ein geeignetes Temperaturniveäu erwärmt werden. Somit kann die Batterieleistung verbessert werden und eine verringerte Leistung eines Fahrzeugs kann verhindert werden.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele davon ausführlich beschrieben worden. Allerdings versteht es sich durch den Fachmann auf dem Gebiet, dass Änderungen in diesen Ausführungsbeispielen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und der Lehre der Offenbarung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten bestimmt wird, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20110206965 [0010]
- KR 2013-0046449 [0015]
