BR102018014050B1

BR102018014050B1 - Sistema de resfriamento de bateria

Info

Publication number: BR102018014050B1
Application number: BR102018014050-7A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Tokozakura; Satoshi Tominaga; Yushi SEKI
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2023-12-26
Also published as: US11289747B2; CN109309268B; RU2681436C1; KR20190013489A; US20190036181A1; BR102018014050A2; KR102213818B1; EP3446909A1; CN109309268A; EP3446909B1; US20220173448A1

Abstract

sistema de resfriamento de bateria. a presente invenção refere-se a um sistema de resfriamento de bateria (1) que inclui: um circuito de resfriamento (10); um dispositivo de transmissão de energia (30) disposto no circuito de resfriamento (10), o dispositivo de transmissão de energia (30) incluindo uma engrenagem; um óleo do sistema de transmissão que possui uma propriedade de isolação elétrica e é usado para a lubrificação da engrenagem, o óleo do sistema de transmissão circulando no circuito de resfriamento (10); uma unidade de bateria (20) disposta no circuito de resfriamento (10), a unidade de bateria (20) incluindo um invólucro modular (22) que aloja uma pluralidade de células de bateria (23); uma bomba (11) disposta no circuito de resfriamento (10); e um radiador (12) disposto no circuito de resfriamento (10), o radiador (12) liberando calor a partir do óleo do sistema de transmissão que flui no circuito de resfriamento (10). o óleo do sistema de transmissão efetua uma troca de calor direta dentro do dispositivo de transmissão de energia (30) e flui por dentro do invólucro modular (22), e efetua uma troca de calor direta com as células de bateria (23).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um sistema de resfriamento de bateria.

2. Descrição da Técnica Relacionada

[0002] A Publicação do Pedido de Patente Japonesa, número 11 307139 descreve um sistema de resfriamento de bateria no qual um óleo de silício que possui propriedades de isolamento elétrico é carregado, e uma tubulação de refrigeração para resfriar o óleo de silício é provida internamente em um recipiente vedado que aloja as baterias

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0003] Na configuração descrita em JP 11-307139A, é necessário que a tubulação refrigerante seja provida internamente em um recipiente vedado, resultando em um aumento de tamanho do recipiente vedado. E também, um fluido refrigerante internamente em uma tubulação refrigerante é um refrigerante de um ciclo de refrigeração para um ar condicionado veículo, e assim, um compressor que circula o refrigerante é requerido, resultando em um aumento de tamanho de um sistema inteiro.

[0004] Além disso, na configuração descrita em JP 11-307139A, o fluido refrigerante internamente em uma tubulação refrigerante troca calor com as baterias pelo óleo de silício, e deste modo a resistência térmica entre as baterias e o refrigerante é grande, o que pode resultar no fracasso em prover capacidade de resfriamento suficiente.

[0005] A presente invenção provê um sistema de resfriamento de bateria com uma alta capacidade de resfriamento bem como tamanho reduzido.

[0006] Um aspecto exemplar da presente invenção é um sistema de resfriamento de bateria. O sistema de resfriamento de bateria inclui: um circuito de resfriamento; um dispositivo de transmissão de energia disposto no circuito de resfriamento, o dispositivo de transmissão de energia incluindo uma engrenagem; um óleo do sistema de transmissão que possui uma propriedade de isolação elétrica e é usado para a lubrificação da engrenagem, o óleo do sistema de transmissão circulando no circuito de resfriamento; uma unidade de bateria disposta no circuito de resfriamento, a unidade de bateria incluindo um compartimento modular que aloja uma pluralidade de células de bateria; uma bomba disposta no circuito de resfriamento, a bomba suprindo o óleo do sistema de transmissão para a unidade de bateria e circulando o óleo do sistema de transmissão internamente no circuito de resfriamento; e um radiador disposto no circuito de resfriamento, o radiador liberando calor a partir do óleo do sistema de transmissão que flui no circuito de resfriamento. O óleo do sistema de transmissão efetua a troca de calor direta internamente no dispositivo de transmissão de energia e flui internamente no compartimento modular e efetua uma troca de calor direta com as células de bateria. Um outro aspecto exemplar da presente invenção é um sistema de resfriamento de bateria. O sistema de resfriamento de bateria inclui: um circuito de resfriamento no qual um óleo do sistema de transmissão usado para a lubrificação de uma engrenagem de um dispositivo de transmissão de energia circula, o óleo do sistema de transmissão tendo uma propriedade de isolamento elétrico; o dispositivo de transmissão de energia sendo disposto no circuito de resfriamento; uma unidade de bateria disposta no circuito de resfriamento, a unidade de bateria incluindo um compartimento modular que aloja uma pluralidade de células de bateria; uma bomba disposta no circuito de resfriamento, a bomba suprindo o óleo do sistema de transmissão para a unidade de bateria e circulando o óleo do sistema de transmissão internamente no circuito de resfriamento; e um radiador disposto no circuito de resfriamento, o radiador liberando calor a partir do óleo do sistema de transmissão que flui no circuito de resfriamento. O óleo do sistema de transmissão efetua uma troca de calor direta internamente no dispositivo de transmissão de energia, e flui internamente no compartimento modular e efetua uma troca de calor direta com as células de bateria.

[0007] A configuração acima permite que as células de bateria sejam diretamente resfriadas pelo óleo do sistema de transmissão que flui internamente no compartimento modular. Consequentemente, a capacidade de resfriamento de um separador e um eletrólito internamente em cada célula de bateria é aumentada. Além disso, é possível evitar a diminuição da vida útil da bateria em decorrência do calor. Também, a necessidade para uma tubulação refrigerante, tal como aquelas nas estruturas convencional, é eliminada, permitindo a redução de tamanho do compartimento modular.

[0008] A unidade de bateria pode incluir um conjunto de baterias que aloja uma pluralidade de compartimentos modulares. Internamente no conjunto de baterias, os compartimentos modulares podem ser conectados por meio de um tubo para que o óleo do sistema de transmissão flua através dos compartimentos modulares; e o óleo do sistema de transmissão que fluiu internamente no conjunto de baterias pode fluir para fora do conjunto de bateria por meio da pluralidade de compartimentos modulares.

[0009] A configuração acima permite que o óleo do sistema de transmissão resfrie diretamente as células de bateria e flua internamente na pluralidade de compartimentos modulares. Consequentemente, mesmo quando uma pluralidade de compartimentos modulares é alojada internamente emm um conjunto de baterias, a pluralidade de células de bateria alojada internamente emm cada compartimento modular pode ser suficientemente resfriada e um aumento de tamanho do conjunto de baterias pode ser evitado.

[0010] No circuito de resfriamento, a pluralidade de compartimentos modulares pode estar conectada em série para que a rota de fluxo do óleo do sistema de transmissão internamente no conjunto de baterias se torne uma rota de fluxo em série.

[0011] De acordo com a configuração acima, os compartimentos modulares são conectados em série por meio de um tubo para que o óleo do sistema de transmissão possa fluir através dos compartimentos modulares e dessa forma, a taxa de fluxo do óleo do sistema de transmissão e a capacidade de resfriamento das células de bateria são aumentadas.

[0012] No circuito de resfriamento, a pluralidade de compartimentos modulares pode ser conectada em paralelo para que a rota de fluxo do óleo do sistema de transmissão que flui internamente no conjunto de baterias se torne uma rota de fluxo paralelo.

[0013] De acordo com a configuração acima, a pluralidade de compartimentos modulares é conectada em paralelo por meio de um tubo para que o óleo do sistema de transmissão possa fluir através da pluralidade de compartimentos modulares e dessa forma, a temperatura de suprimento do óleo do sistema de transmissão é reduzida e a capacidade de resfriamento das células de bateria é aumentada.

[0014] O compartimento modular pode ter um formato retangular de paralelepípedo no qual uma entrada para o óleo do sistema de transmissão e uma saída para o óleo do sistema de transmissão são providas nas proximidades das porções de canto mutuamente opostas quando o compartimento modular é visualizado a partir de um lado superior.

[0015] De acordo com a configuração acima, o óleo do sistema de transmissão flui entre os cantos opostos e internamente no compartimento modular e dessa forma, a velocidade de fluxo do óleo do sistema de transmissão internamente no compartimento modular se torna estável, o que previne a não uniformidade do resfriamento internamente no compartimento modular e a capacidade de resfriamento das células de bateria seja aumentada.

[0016] A temperatura limite da unidade de bateria pode ser mais baixa do que a temperatura limite do dispositivo de transmissão de energia; e o óleo do sistema de transmissão que havia fluido a partir do radiador pode ser suprido ao dispositivo de transmissão de energia depois de fluir através da unidade de bateria.

[0017] De acordo com a configuração acima, durante o resfriamento, o óleo do sistema de transmissão resfriado pelo radiador é suprido aos componentes em ordem ascendente das temperaturas limite. Portanto, a capacidade de resfriamento é aumentada em todo o sistema de resfriamento de bateria e a temperatura do óleo do sistema de transmissão suprido à unidade de bateria é reduzida e dessa forma, a capacidade de resfriamento das células de bateria é aumentada.

[0018] O óleo do sistema de transmissão pode ter um ponto de fluidez de até -30°C.

[0019] De acordo com a configuração acima, o óleo do sistema de transmissão pode estar presente na forma de um óleo do sistema de transmissão até mesmo em uma temperatura baixa. Portanto, a taxa de fluxo necessária pode ser garantida pela bomba, o que permite a supressão de um aumento de tamanho da bomba. Consequentemente, um aumento de tamanho de todo o sistema de resfriamento de bateria pode ser evitado.

[0020] O circuito de resfriamento pode incluir uma unidade de controle de energia que converte a energia elétrica de corrente direta transmitida pela unidade de bateria em energia elétrica de corrente alternada; e o óleo do sistema de transmissão pode fluir pelo interior de um compartimento da unidade de controle de energia e efetuar uma troca de calor direta com um dispositivo eletrônico alojado internamente no compartimento.

[0021] De acordo com a configuração acima, a unidade de bateria e a unidade de controle de energia podem ser resfriadas pelo mesmo óleo do sistema de transmissão que circula internamente no circuito de resfriamento. E também, visto que o óleo do sistema de transmissão possui uma propriedade de isolamento elétrico, o dispositivo eletrônico internamente na unidade de controle de energia pode ser resfriado diretamente pelo óleo do sistema de transmissão. Consequentemente, a capacidade de resfriamento da unidade de controle de energia é aumentada.

[0022] A presente invenção permite que as células de bateria internamente em um compartimento modular sejam resfriadas diretamente por um óleo do sistema de transmissão que circula internamente em um circuito de resfriamento. Consequentemente, a necessidade de uma tubulação de refrigerante e um compressor, tais como aqueles em estruturas convencionais, é eliminada e dessa forma, um aumento de tamanho do compartimento modular pode ser evitado, um aumento de tamanho de todo o sistema de resfriamento de bateria pode ser evitado e a capacidade de resfriamento das células de bateria pode ser aumentada. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] Características, vantagens, bem como a significância técnica e industrial das modalidades exemplares da invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo, nos quais numerais iguais denotam elementos iguais, e nos quais: figura 1 é um diagrama que ilustra esquematicamente um sistema de resfriamento de bateria de acordo com uma modalidade; a figura 2 é um diagrama esquemático que descreve um fluxo de um óleo internamente em uma unidade de bateria; a figura 3 é um diagrama esquemático que descreve um fluxo do óleo internamente em um compartimento modular; a figura 4 é um diagrama que descreve um fluxo do óleo internamente em um compartimento modular que aloja células de bateria laminadas; a figura 5 é um diagrama que descreve um fluxo do óleo, fluxo internamente em um compartimento modular, que aloja células de bateria cilíndricas; a figura 6 é um diagrama que ilustra esquematicamente porções de conexão entre os respectivos compartimentos modulares; a figura 7 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha VII-VII na figura 6; a figura 8 é um diagrama que descreve um caso no qual as células de bateria cilíndricas estão alojadas internamente em cada compartimento modular ilustrado na figura 6; a figura 9 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha IX-IX na figura 8; a figura 10 é um diagrama que ilustra outro arranjo exemplar de células de bateria cilíndricas; a figura 11 é um diagrama que ilustra mais outro arranjo exemplar de células de bateria cilíndricas; a figura 12 é um diagrama que ilustra esquematicamente outra configuração exemplar de porções de conexão entre os respectivos compartimentos modulares; a figura 13 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XIII-XIII na figura 12; a figura 14 é um diagrama que descreve um caso no qual as células de bateria cilíndricas estão alojadas em cada compartimento modular ilustrado na figura 12; a figura 15 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XV-XV na figura 14; a figura 16 é um diagrama que ilustra esquematicamente um compartimento no qual células de bateria retangulares estão alojadas em cada compartimento modular ilustrado na figura 6; a figura 17 é um diagrama esquemático uma seção transversal ao longo da linha XVII-XVII na figura 16; a figura 18 é um diagrama que ilustra esquematicamente um compartimento no qual células de bateria retangulares estão alojadas em cada compartimento modular ilustrado na figura 12; a figura 19 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XIX-XIX na figura 18; e a figura 20 é um diagrama que descreve um compartimento no qual compartimentos modulares estão conectados em paralelo internamente em um conjunto de baterias.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0024] Um sistema de resfriamento de bateria de acordo com uma modalidade da presente invenção será descrito em detalhes abaixo com referência aos desenhos em anexo.

[0025] A figura 1 é um diagrama que ilustra esquematicamente um sistema de resfriamento de bateria 1 de acordo com uma modalidade. O sistema de resfriamento de bateria 1 inclui um circuito de resfriamento 10 no qual um líquido que possui propriedades de isolamento elétrico circula. O líquido que circula internamente no circuito de resfriamento 10 é, por exemplo, um líquido com uma alta propriedade de isolamento elétrico, tal como óleo de silício ou óleo de flúor. Além disso, o líquido é pequeno em polaridade, tem um ponto de ebulição de pelo menos 100°C e um ponto de fulgor de pelo menos 70°C, e no qual o líquido é um óleo, o líquido tem um ponto de fluidez de até -30°C. As setas ilustradas na figura 1 indicam a direção na qual o líquido flui internamente no circuito de resfriamento 10 (direção de circulação).

[0026] O sistema de resfriamento de bateria 1 de acordo com a presente modalidade é montado sobre um veículo elétrico que inclui uma bateria. Em seguida, o sistema de resfriamento de bateria 1 resfria ou aquece a unidade de bateria 20 por meio do líquido que flui internamente no circuito de resfriamento 10. A unidade de bateria 20 é uma bateria secundária que fornece energia elétrica para um motor, que por sua vez é a fonte de energia para um um veículo elétrico funcionar. Além disso, no circuito de resfriamento 10, uma unidade de transeixo (posteriormente referida como "unidade T/A") 30, a qual é um dispositivo de transmissão de energia para um veículo elétrico, é incluída em adição à unidade de bateria 20. Em outras palavras, o líquido que circula internamente no circuito de resfriamento 10 é um óleo do sistema de transmissão usado para lubrificação e resfriamento da unidade T/A 30. O óleo do sistema de transmissão possui pelo menos uma propriedade de isolamento elétrico entre as propriedades supracitadas do líquido. Conforme descrito acima, no sistema de resfriamento de bateria 1, a unidade de bateria 20 é resfriada ou aquecida usando o óleo do sistema de transmissão suprido à unidade T/A 30. Ao longo da descrição da presente modalidade, o óleo do sistema de transmissão é simplesmente referido como o "óleo".

[0027] O circuito de resfriamento 10 inclui uma bomba 11, uma unidade de controle de energia (posteriormente referida como "PCU") 40, a unidade T/A 30, um radiador 12 e a unidade de bateria 20.

[0028] A bomba 11 é uma bomba de óleo que circula o óleo internamente no circuito de resfriamento 10. O óleo descarregado a partir da bomba 11 flui através da PCU 40, da unidade T/A 30, o radiador 12 e da unidade de bateria 20 nessa ordem. Além disso, no circuito de resfriamento 10, os respectivos componentes são dispostos na ordem ascendente das temperaturas limite e no lado a jusante do radiador 12. A temperatura limite é um valor superior de uma faixa de temperatura na qual um componente pode operar normalmente. Conforme ilustrado na figura 1, no lado a jusante, na direção de circulação do líquido do radiador 12, os respectivos componentes são dispostos na ordem da unidade de bateria 20, a PCU 40 e da unidade T/A 30. Em outras palavras, a temperatura limite da unidade de bateria 20 é mais baixa do que a temperatura limite da PCU 40, e a temperatura limite da PCU 40 é mais baixa do que a temperatura limite da unidade T/A 30. Neste caso, a bomba 11 pode ser uma bomba mecânica ou uma bomba elétrica.

[0029] A PCU 40, a qual é um dispositivo que controla a unidade de bateria 20 e o motor, converte a energia elétrica de corrente direta transmitida a partir da unidade de bateria 20 em energia elétrica de corrente alternada e fornece essa energia elétrica de corrente alternada para o motor. A PCU 40 inclui, por exemplo, um inversor. Além disso, a PCU 40 inclui um compartimento de inversor não ilustrado que aloja dispositivos elétricos, tais como elementos inversores. No compartimento do inversor, uma entrada por meio da qual o óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10 flui para internamente na PCU 40 e uma saída por meio da qual o óleo que passa pela PCU 40 flui para fora da PCU 40 são providas. O óleo suprido a partir da bomba 11 para a PCU 40 efetua uma troca de calor diretamente com os elementos do inversor localizados internamente no compartimento do inversor e em seguida flui pela saída. Visto que os elementos do inversor são as fontes de calor da PCU 40, os elementos do inversor na PCU 40 são resfriados pelo óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10. O óleo que havia fluido a partir da PCU 40 flui internamente na unidade T/A 30.

[0030] A unidade T/A 30 é um dispositivo de transmissão de energia que transmite energia a partir do motor para as rodas motrizes. A unidade T/A 30 inclui, por exemplo, uma transmissão que contém, por exemplo, engrenagens não ilustradas, e um diferencial. Além disso, a unidade T/A 30 inclui um compartimento de transeixo (compartimento de T/A) que aloja a transmissão e o diferencial. No compartimento de T/A, uma entrada por meio da qual o óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10 flui em uma saída por meio da qual o óleo flui são providas. Como resultado do óleo internamente no circuito de resfriamento 10 sendo fornecido à unidade T/A 30, a unidade T/A 30 é lubrificada e resfriada. O óleo que havia fluido a partir da unidade T/A 30 flui internamente no radiador 12.

[0031] O radiador 12 é um resfriador de óleo que libera o calor do óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10. Por exemplo, o radiador 12 é um radiador (resfriador de óleo do tipo usado para refrigeração de ar) a ser montado em um veículo elétrico. O óleo que flui internamente no circuito de resfriamento 10 é resfriado pelo radiador 12 após a troca de calor com a unidade de bateria 20 e a PCU 40. O óleo que havia fluido a partir do radiador 12 flui internamente na unidade de bateria 20.

[0032] A unidade de bateria 20 inclui uma pluralidade de módulos de bateria, cada um incluindo uma pluralidade de células de bateria e um conjunto de baterias 21 (ilustrado na figura 2) que aloja a pluralidade de módulos de bateria. Em seguida, no circuito de resfriamento 10, o óleo que flui internamente na unidade de bateria 20 passa por internamente em cada módulo de bateria e desse modo troca calor diretamente com as células de bateria relevantes.

[0033] A figura 2 é um diagrama que descreve um fluxo do óleo internamente na unidade de bateria 20. A figura 2 é um diagrama esquemático da unidade de bateria 20, no qual a unidade de bateria 20 é montada a um veículo, quando o veículo é visualizado a partir do lado superior. "Quando o veículo é visualizado a partir do lado superior" significa um compartimento no qual um veículo é visualizado a partir do lado superior em uma direção ortogonal à direção horizontal. As direções, a frente, a traseira, a direita e a esquerda, indicadas na figura 2 representam a direção frontal-traseira e a direção esquerda-direita do veículo.

[0034] Conforme ilustrado na figura 2, na unidade de bateria 20, uma pluralidade de compartimentos modulares 22, cada um formando um módulo de bateria, são alojados internamente no conjunto de baterias 21. Uma pluralidade de células de bateria alojadas internamente no compartimento modular 22. Em cada módulo de bateria, a pluralidade de células de bateria alojadas internamente no compartimento modular 22 são eletricamente conectada. Por exemplo, um módulo de bateria é composto por um compartimento modular 22. Em seguida, o óleo que flui internamente no conjunto de baterias 21 passa pelo interior de todos os compartimentos modulares 22 e então flui pelo conjunto de baterias 21.

[0035] O conjunto de baterias 21 é um compartimento que possui um formato substancialmente retangular de paralelepípedo tendo um formato substancialmente retangular conforme visualizado a partir do lado superior. No exemplo ilustrado na figura 2, internamente no conjunto de baterias 21, um total de seis compartimentos modulares 22 (de 22A a 22F) são alojados de tal modo que os compartimentos modulares 22 são organizados em duas fileiras na direção direita- esquerda e em três fileiras na direção frontal-traseira. Cada compartimento modular 22 é um compartimento que possui um formato substancialmente retangular de paralelepípedo tendo um formato substancialmente quando o conjunto de baterias 21 é visualizado a partir do lado superior.

[0036] Além disso, no exemplo ilustrado na figura 2, os compartimentos modulares 22 são conectados em série para que o fluxo do óleo internamente no conjunto de baterias 21 acompanhe uma rota de fluxo em tandem. De maneira específica, um primeiro compartimento modular 22A, um segundo compartimento modular 22B, um terceiro compartimento modular 22C, um quarto compartimento modular 22D, um quinto compartimento modular 22E e um sexto compartimento modular 22F são conectados nesta ordem a partir do lado a montante em direção ao lado a jusante por meio dos respectivos tubos de borracha para que o óleo possa fluir através dos mesmos.

[0037] Além disso, os compartimentos modulares 22 são conectados para que, em cada compartimento modular 22, o óleo flua entre os cantos opostos do compartimento modular 22. Os cantos opostos sendo cantos opostos do compartimento modular 22 possuem um formato substancialmente retangular em uma vista plana (vista superior) na figura 2. Em cada compartimento modular 22, uma entrada e uma saída são providas para o óleo nas respectivas proximidades P das posições de cantos opostos, as quais são circundadas por uma linha pontilhada alternada longa e curta, na figura 2.

[0038] A figura 3 é um diagrama que descreve o fluxo do óleo em um compartimento modular 22. Conforme ilustrado na figura 3, em cada compartimento modular 22, uma entrada e uma saída são providas nas proximidades P das posições de cantos opostos no compartimento modular 22, as quais são circundadas por uma linha pontilhada alternada longa e curta, para fazer o óleo internamente no compartimento modular 22 fluir em direção ao canto oposto. Na figura 3, o primeiro compartimento modular 22A da figura 2 é ilustrado como um exemplo.

[0039] Além disso, as células de bateria alojadas internamente em cada compartimento modular 22 podem ser células de bateria laminadas 23 (ilustradas na figura 4) ou células de bateria cilíndricas 24 (ilustradas na figura 5). Em outras palavras, cada módulo de bateria alojado internamente no conjunto de baterias 21 pode ser um módulo que inclui células de bateria laminadas 23 ou um módulo que inclui células de bateria cilíndricas 24.

[0040] A figura 4 é um diagrama que descreve um fluxo do óleo internamente em um compartimento modular 22 que aloja células de bateria laminadas 23. No compartimento de um módulo de bateria que inclui uma pluralidade de células de bateria laminadas 23, a pluralidade de células de bateria laminadas 23 é horizontalmente disposta internamente no compartimento modular 22 de tal modo que a pluralidade de células de bateria laminadas 23 ficam empilhadas uma sobre a outra na direção vertical. Em seguida, conforme indicado por setas pontilhadas na figura 4, o óleo internamente no compartimento modular 22 flui horizontalmente entre as duas respectivas células de bateria laminadas 23 que se faceiam na direção vertical. Neste caso, o óleo flui entre as superfícies inferiores 23a das células de bateria laminadas 23 no lado superior e as superfícies superiores 23b das células de bateria laminadas correspondentes 23 no lado inferior e desse modo, o óleo contata diretamente os corpos das células de bateria laminadas 23 (corpos das células). O óleo internamente no compartimento modular 22 troca calor diretamente com todas as células de bateria laminadas 23 enquanto flui internamente no compartimento modular 22. Neste caso, a direção horizontal indicada na figura 4 é uma direção que inclui a frontal-traseira e a direção direita-esquerda indicadas nas figuras 2 e 3, e é ortogonal à direção vertical.

[0041] A figura 5 é um diagrama que descreve o fluxo do óleo internamente em um compartimento modular 22 que aloja células de bateria cilíndricas 24. No compartimento de um módulo de bateria que inclui uma pluralidade de células de bateria cilíndricas 24, internamente no compartimento modular 22, a pluralidade de células de bateria cilíndricas 24 é disposta de modo a se manter na direção vertical. Em seguida, conforme indicado pelas setas pontilhadas na figura 5, o óleo internamente no compartimento modular 22 flui horizontalmente através dos espaços entre as respectivas células de bateria cilíndricas 24 horizontalmente. Neste caso, o óleo diretamente contata os corpos das células de bateria cilíndricas 24 horizontalmente. O óleo internamente no compartimento modular 22 troca calor diretamente com todas as células de bateria cilíndricas 24 enquanto flui internamente no compartimento modular 22.

[0042] Além disso, na presente modalidade, o óleo é suprido e descarregado a partir das superfícies laterais de cada compartimento modular 22. Em outras palavras, a entrada e a saída de cada compartimento modular 22 são providas nas supracitadas proximidades P das posições de cantos opostos nas superfícies laterais do compartimento. De maneira específica, uma estrutura da unidade de bateria 20 será descrita com referência às figuras 6 e 7.

[0043] A figura 6 é um diagrama que ilustra esquematicamente as porções de conexão entre os respectivos compartimentos modulares 22. A figura 7 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha VII-VII na figura 6. Na figura 6, um diagrama de esquelético é ilustrado, como o conjunto de baterias 21 é visualizado a partir do lado da superfície superior 21a. Além disso, o fluxo do óleo internamente no conjunto de baterias 21 ilustrado na figura 6 é igual ao fluxo ilustrado na figura 2.

[0044] No exemplo na figura 6, internamente no conjunto de baterias 21, um primeiro compartimento modular 22A, um segundo compartimento modular 22B, um terceiro compartimento modular 22C, um quarto compartimento modular 22D, um quinto compartimento modular 22E e um sexto compartimento modular 22F são alojados. Os compartimentos modulares, do primeiro ao sexto, 22A a 22F são organizados em duas fileiras na direção direita-esquerda internamente no conjunto de baterias 21 e conectados em série para que o óleo possa fluir através dos mesmos.

[0045] Nas superfícies laterais de cada compartimento modular 22 (de 22A a 22F), uma entrada 221 (221A, 221B, 221C, 221D, 221E, 221F) por meio da qual o óleo flui internamente no compartimento modular 22 e uma saída 222 (222A, 222B, 222C, 222D, 222E, 222F) por meio da qual o óleo flui para o exterior do compartimento modular 22 são providas. A entrada 221 e a saída 222 são providas nas proximidades das posições de cantos opostas quando o compartimento modular 22 é visualizado a partir do lado superior. No exemplo ilustrado na figura 6, a entrada 221 e a saída 222 são providas nas superfícies laterais, em lados opostos, na direção frontal-traseira e são localizadas na direção direita-esquerda.

[0046] De maneira específica, no primeiro compartimento modular 22A, a entrada 221A é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral frontal e a saída 222A é provida no lado direito de uma superfície lateral traseira. No segundo compartimento modular 22B, a entrada 221B é provida no lado direito de uma superfície lateral frontal e a saída 222B é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral traseira. No terceiro compartimento modular 22C, a entrada 221C é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral frontal e a saída 222C é provida no lado direito de uma superfície lateral traseira. No quarto compartimento modular 22D, a entrada 221D é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral traseira e a saída 222D é provida no lado direito de uma superfície lateral frontal. No quinto compartimento modular 22E, a entrada 221E é provida no lado direito de uma superfície lateral traseira e a saída 222E é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral frontal. No sexto compartimento modular 22F, a entrada 221F é provida no lado esquerdo de uma superfície lateral traseira e a saída 222F é provida no lado direito de uma superfície lateral frontal.

[0047] Nas superfícies laterais do conjunto de baterias 21, uma entrada 211 por meio da qual o óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10 flui internamente no conjunto de baterias 21 e uma saída 212 por meio da qual o óleo flui para o exterior do conjunto de baterias 21 são providas. A entrada 211 do conjunto de baterias 21 está conectada à entrada 221A do primeiro compartimento modular 22A. A saída 222A do primeiro compartimento modular 22A está conectada à entrada 221B do segundo compartimento modular 22B. A saída 222B do segundo compartimento modular 22B está conectada à entrada 221C do terceiro compartimento modular 22C. A saída 222C do terceiro compartimento modular 22C está conectada à entrada 221D do quarto compartimento modular 22D. A saída 222D do quarto compartimento modular 22D está conectada à entrada 221E do quinto compartimento modular 22E. A saída 222E do quinto compartimento modular 22E está conectada à entrada 221F do sexto compartimento modular 22F. A saída 222F do sexto compartimento modular 22F está conectada à saída 212 do conjunto de baterias 21. Neste caso, uma entrada 221 de cada compartimento modular 22 e uma saída 222 de um compartimento modular correspondente 22 podem ser conectadas, por exemplo, por meio de um tubo de borracha. Além disso, a entrada 211 do conjunto de baterias 21 e uma entrada 221 de um compartimento modular 22 podem ser conectadas, por exemplo, por meio de um tubo de borracha, e uma saída 222 de um compartimento modular 22 e a saída 212 do conjunto de baterias 21 podem ser conectadas, por exemplo, por meio de um tubo de borracha.

[0048] Neste caso, uma configuração exemplar na qual as células de bateria cilíndricas 24 são alojadas internamente em cada compartimento modular 22 será descrita com referência às figuras de 8 a 11. A figura 8 é um diagrama que ilustra um arranjo exemplar de células de bateria cilíndricas 24 internamente em um compartimento modular 22. A figura 9 é um diagrama transversal que ilustra de esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha IX-IX na figura 8. A figura 10 é um diagrama que ilustra outro arranjo exemplar de células de bateria cilíndricas 24. A figura 11 é um diagrama que descreve mais outro arranjo de células de bateria cilíndricas 24. Neste caso, a figura 8 é um diagrama esquemático de um compartimento modular 22 conforme visualizado a partir do lado da superfície superior 22a.

[0049] Conforme ilustrado na figura 8, uma pluralidade de células de bateria cilíndricas 24 é regularmente disposta internamente no compartimento modular 22. No arranjo exemplar da figura 8, as células de bateria cilíndricas 24 são regularmente dispostas nas interseções respectivas de linhas que se estendem na direção frontal-traseira e na direção direita-esquerda, formando uma grade em uma vista superior do compartimento modular 22. Neste caso, conforme ilustrado na figura 9, as células de bateria cilíndricas 24 são dispostas de modo a se manter na direção vertical. Além disso, o arranjo das células de bateria cilíndricas 24 não se limita ao arranjo exemplar ilustrado na figura 8 e pode ser o arranjo ilustrado na figura 10 ou o arranjo ilustrado na figura 11. No arranjo exemplar ilustrado na figura 10, há interseções de linhas que se estendem na direção frontal-traseira e na direção direita- esquerda, em uma grade, em uma vista superior do compartimento modular 22, no qual interseções contendo uma célula de bateria cilíndrica 24 e interseções sem nenhuma célula de bateria cilíndrica são providas de forma alternadas. No arranjo exemplar ilustrado na figura 11, uma pluralidade de células de bateria cilíndricas 24 é disposta concentricamente em relação a um local que é o centro do compartimento modular 22. Neste caso, os arranjos exemplares nas figuras 8, 10 e 11 são os mesmos, em densidade, das células de bateria internamente no compartimento modular 22.

[0050] Conforme descrito acima, o sistema de resfriamento de bateria 1 permite que as células de bateria providas na unidade de bateria 20 sejam diretamente resfriadas pelo óleo que circula internamente no circuito de resfriamento 10. Consequentemente, um aumento de tamanho da unidade de bateria 20 pode ser evitado e a capacidade de resfriamento das células de bateria pode ser aumentada. Em outras palavras, a necessidade de uma tubulação de refrigeração e um compressor, tais como aqueles em estruturas convencionais, é eliminada, permitindo a redução em tamanho dos compartimentos modulares 22, bem como a supressão de um aumento de tamanho de todo o sistema de resfriamento de bateria 1. Além disso, como resultado dos corpos das células de bateria (corpos das células) sendo resfriados de forma direta pelo óleo, a capacidade de resfriamento de um separador e um eletrólito em cada célula de bateria pode ser substancialmente aumentada. Além disso, quando a unidade de bateria 20 é rapidamente carregada com energia elétrica ou quando o veículo viaja em um estado em que a unidade de bateria 20 atinge uma temperatura alta, a unidade de bateria 20 pode ser efetivamente resfriada, prevenindo a diminuição da vida útil da bateria em função do calor. Consequentemente, a eficiência de energia elétrica pode ser aumentada de maneira substancial.

[0051] Além disso, a grande propriedade de isolamento elétrico do óleo permite, por exemplo, a prevenção de curto-circuito nos terminais de bateria. Portanto, por exemplo, as células de bateria da unidade de bateria 20 e os dispositivos eletrônicos da PCU 40 podem ser resfriados diretamente pelo óleo. Além disso, a pequena polaridade do óleo permite a prevenção de corrosão do revestimento de metal (superfície do corpo) de cada célula de bateria mesmo se o óleo entrar em contato com o revestimento de metal. E, visto que o óleo possui um ponto de ebulição e um ponto de fulgor elevados, o óleo permanece estável em uma temperatura alta. Então, quando o líquido é um óleo, o ponto de fluidez do líquido não passa de -30°C e desse modo, mesmo em uma temperatura baixa, o óleo pode estar presente na forma de líquido. Consequentemente, a taxa de fluxo necessária pode ser mantida pela bomba 11, suprimindo o aumento de tamanho da bomba 11. Deste modo, um aumento de tamanho de todo o sistema de resfriamento de bateria 1 pode ser evitado.

[0052] Além disso, no circuito de resfriamento 10, no lado a jusante, na direção de circulação do óleo, do radiador 12, os componentes que possuem temperaturas limite mais baixas são dispostos na seguinte ordem: unidade de bateria 20, PCU 40 e unidade T/A 30 e desse modo, o óleo que havia fluido a partir do radiador 12 pode ser feito para fluir através dos componentes e na ordem ascendente das temperaturas limite. Consequentemente, a unidade de bateria 20, a PCU 40 e a unidade T/A 30 que atingirem as respectivas temperaturas limite podem ser evitadas. Além disso, quando for necessário resfriar a unidade de bateria 20, uma capacidade de resfriamento suficiente pode ser provida pelo aumento da quantidade de descarga a partir da bomba 11.

[0053] Além disso, visto que a PCU 40 e a unidade T/A 30 estão dispostas internamente no circuito de resfriamento 10 que inclui a unidade de bateria 20, a unidade de bateria 20 pode ser aquecida pelo calor gerado na PCU 40 e gerada na unidade T/A 30. Em outras palavras, as células de bateria na unidade de bateria 20 podem ser aquecidas sem o uso de um aquecedor. Em seguida, os corpos das células de bateria (corpos das células) podem ser aquecidos diretamente pelo líquido. Consequentemente, a capacidade de aquecimento de uma placa de eletrodo positivo e uma placa de eletrodo negativo de cada célula de bateria é aumentada. Desse modo, a diminuição de tensão em temperatura fria é reduzida, o que preserva a potência do motor.

[0054] Além disso, o líquido pode fluir entre os cantos opostos em cada compartimento modular 22, garantindo uma velocidade de fluxo uniforme do líquido internamente no compartimento modular 22. Consequentemente, uma não uniformidade de resfriamento internamente no compartimento modular 22 pode ser evitada, o que aumenta a capacidade de resfriamento das células de bateria. Além disso, no compartimento de células de bateria laminadas 23, a diferença entre a pressão aplicada à superfície superior 23b de cada célula de bateria laminada 23 a partir do líquido e a pressão aplicada à superfície inferior 23a a partir do líquido é eliminada. Além disso, no compartimento de células de bateria cilíndricas 24, as células de bateria cilíndricas 24 são organizadas conforme ilustrado nas figuras 8, 10 e 11, permitindo a redução na perda de pressão do líquido internamente no compartimento modular 22.

[0055] Além disso, todos os compartimentos modulares 22 alojados no conjunto de baterias 21 são conectados em série por meio dos respectivos tubos de borracha 50, e dessa forma a taxa de fluxo do líquido é aumentada e a capacidade de liberação de calor (capacidade de resfriamento) a partir das células de bateria é aumentada.

[0056] O sistema de resfriamento de bateria 1 descrito acima é aplicável não apenas a um veículo elétrico, mas também a um veículo híbrido que utiliza um motor de combustão interna e um motor elétrico como fontes de energia para funcionar.

[0057] Além disso, o líquido que circula internamente no circuito de resfriamento 10 não se limita ao óleo descrito acima. No entanto, água, LLC (líquido arrefecedor de motor) e fluido refrigerante (refrigerante de um ciclo de refrigeração para ar condicionado) não estão incluídos no líquido que circula internamente no circuito de resfriamento 10.

[0058] Quando o líquido que circula internamente no circuito de resfriamento 10 é um óleo, é desejável que o óleo possua uma característica de ter pouca viscosidade cinética em uma temperatura baixa. Consequentemente, o líquido pode ser feito para fluir por internamente no circuito de resfriamento 10 em um ambiente de baixa temperatura, por exemplo, em uma faixa de temperatura na qual o veículo pode ser usado.

[0059] Além disso, a entrada e a saída de cada compartimento modular 22 só são necessárias para serem providas nas respectivas proximidades P das posições de cantos opostos e, desse modo, não se limitam àquelas em uma estrutura na qual o líquido é suprido e descarregado a partir das superfícies laterais do compartimento modular 22. Por exemplo, uma estrutura na qual o líquido é suprido e descarregado a partir de uma superfície superior e/ou uma superfície inferior de um compartimento modular 22 pode ser empregada. Neste caso, uma configuração na qual um líquido é suprido e descarregado a partir de uma superfície superior de cada compartimento modular 22 será descrita com referência às figuras de 12 a 15.

[0060] A figura 12 é um diagrama que ilustra esquematicamente outra configuração exemplar de posições de conexão entre os respectivos compartimentos modulares 22. A figura 13 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XIII-XIII na figura 12. A figura 14 é um diagrama que descreve uma configuração na qual as células de bateria cilíndricas 24 estão alojadas internamente em cada compartimento modular 22 ilustrado na figura 12. A figura 15 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XV-XV na figura 14. Na figura 12, uma vista superior de compartimentos modulares 22, conforme visualizados a partir do lado superior, é ilustrada.

[0061] Conforme ilustrado nas figuras 12 e 13, uma entrada 211 e uma saída 212 são providas em uma superfície superior 21a do conjunto de baterias 21. Neste caso, uma entrada 221 (221A a 221F) em uma saída 222 (222A a 222F) são providas nas posições de cantos opostos na superfície superior 22a de cada um dos compartimentos modulares 22 (22A a 22F). Além disso, a entrada 221 e a saída 222 de um compartimento modular 22 estão ambas conectadas a outra saída 222 ou entrada 221 fora do conjunto de baterias 21. No exemplo ilustrado na figura 13, a saída 222D do quarto compartimento modular 22D e a entrada 221E do quinto compartimento modular 22E são conectadas por meio de um tubo de borracha 50 fora do conjunto de baterias 21. Conforme descrito acima, quando uma entrada 221 e uma saída 222 são providas em uma superfície superior 22a de cada compartimento modular 22 , e também, conforme ilustrado nas figuras 14 e 15, uma pluralidade de células de bateria cilíndricas 24 podem ser regularmente dispostas internamente no compartimento modular 22 assim como o compartimento ilustrado na figura 8. Neste caso, embora não seja ilustrado, quando uma entrada 221 e uma saída 222 são providas em uma superfície superior 22a de cada compartimento modular 22, e também, a entrada 221 e a saída 222 podem ser conectadas a outra entrada 221 ou saída 222 internamente no conjunto de baterias 21.

[0062] Além disso, as células de bateria alojadas internamente em cada compartimento modular 22 podem ser células de bateria retangulares. Neste caso, um compartimento no qual as células de bateria retangulares estão alojadas em cada compartimento modular 22 será descrito com referência às figuras de 16 a 19. A figura 16 é um diagrama que descreve um compartimento no qual uma entrada 221 e uma saída 222 são providas nas superfícies laterais de cada compartimento modular 22. A figura 17 é um diagrama que ilustra esquematicamente uma seção transversal ao longo da linha XVII-XVII da figura 16. A figura 18 é um diagrama que descreve um compartimento no qual uma entrada 221 e uma saída 222 são providas em uma superfície superior 22a de cada compartimento modular 22. A figura 19 é um diagrama esquemático de uma seção transversal ao longo da linha XIX-XIX na figura 18.

[0063] Conforme ilustrado nas figuras 16 e 17, uma pluralidade de células de bateria retangulares 25 organizada em duas fileiras na direção direita-esquerda são alojadas internamente em cada compartimento modular 22, o qual inclui uma entrada 221 e uma saída 222 em suas superfícies laterais. Neste caso, o óleo que flui da entrada 221 para internamente no compartimento modular 22 flui através dos espaços entre as células de bateria retangulares 25 e flui do compartimento modular 22 pela saída 222.

[0064] Conforme ilustrado nas figuras 18 e 19, uma pluralidade de células de bateria retangulares 25 é organizada em duas fileiras na direção direita-esquerda internamente em cada compartimento modular 22 que inclui uma entrada 221 e uma saída 222 em uma superfície superior 22a do mesmo. As células de bateria retangulares 25 são dispostas de modo a se manter na direção vertical. A saída 222 do compartimento modular 22 se estende para cima a partir da superfície superior 22a.

[0065] Além disso, a conexão entre os compartimentos modulares 22 usada para a rota de fluxo de óleo não é limitada à conexão em série ilustrada na figura 2 e também pode ser uma conexão paralela. A figura 20 é um diagrama que descreve um compartimento no qual compartimentos modulares 22 são conectados em paralelo internamente em cada conjunto de baterias 21. Conforme ilustrado na figura 20, internamente em cada conjunto de baterias 21, uma primeira rota que conecta do primeiro ao terceiro os compartimentos modulares 22A a 22C e uma segunda rota que conecta do quarto ao sexto os compartimentos modulares 22D a 22F podem ser formadas em paralelo. Na primeira rota, o primeiro compartimento modular 22A, o segundo compartimento modular 22B e o terceiro compartimento modular 22C são dispostos nesta ordem a partir do lado a montante em direção ao lado a jusante. Na segunda rota, um sexto compartimento modular 22F, um quinto compartimento modular 22E e um quarto compartimento modular 22D são dispostos nesta ordem do lado a montante para o lado a jusante. Como um resultado da conexão paralela das metades da pluralidade de compartimentos modulares 22 disposta internamente em cada conjunto de baterias 21, conforme descrito acima, a temperatura de suprimento do líquido é reduzida e a capacidade de liberação de calor a partir (capacidade de resfriamento) das células de bateria é aumentada.

Claims

1. Sistema de resfriamento de bateria (1) compreendendo: um circuito de resfriamento (10); um dispositivo de transmissão de energia (30) disposto no circuito de resfriamento (10), o dispositivo de transmissão de energia (30) incluindo uma engrenagem; um óleo de transmissão que possui uma propriedade de isolação elétrica e é usado para a lubrificação da engrenagem, o óleo de transmissão circulando no circuito de resfriamento (10); uma unidade de bateria (20) disposta no circuito de resfriamento (10), a unidade de bateria (20) incluindo uma pluralidade de compartimentos modulares (22) que alojam uma pluralidade de células de bateria (23); uma bomba (11) disposta no circuito de resfriamento (10), a bomba (11) suprindo o óleo de transmissão para a unidade de bateria (20) e circulando o óleo de transmissão dentro do circuito de resfriamento (10); e um radiador (12) disposto no circuito de resfriamento (10), o radiador (12) liberando calor a partir do óleo de transmissão que flui no circuito de resfriamento (10), no qual o óleo de transmissão efetua uma troca de calor direta dentro do dispositivo de transmissão de energia (30), e flui através de um interior do compartimento modular (22) e efetua troca de calor direta com as células de bateria (23); caracterizado pelo fato de que: a unidade de bateria (20) inclui um conjunto de baterias (21) que aloja a pluralidade de compartimentos modulares (22); dentro do conjunto de baterias (21), os compartimentos modulares (22) são conectados por meio de tubos (50) para que o óleo de transmissão flua através dos compartimentos modulares (22); e o óleo de transmissão que fluiu para dentro do conjunto de baterias (21) flui pelo exterior do conjunto de baterias (21) por meio da pluralidade de compartimentos modulares (22).

2. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no circuito de resfriamento (10), a pluralidade de compartimentos modulares (22) é conectada em série de modo que uma rota de fluxo do óleo de transmissão que flui dentro do conjunto de baterias (21) se torne uma rota de fluxo em série.

3. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no circuito de resfriamento (10), a pluralidade de compartimentos modulares (22) é conectada em paralelo para que a rota de fluxo do óleo de transmissão que flui dentro do conjunto de baterias (21) se torne uma rota de fluxo paralelo.

4. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o compartimento modular (22) possui um formato retangular de paralelepípedo no qual uma entrada (221) para o óleo de transmissão e uma saída (222) para o óleo de transmissão são providas nas proximidades das posições de canto mutuamente opostas quando o compartimento modular (22) é visualizado a partir de um lado superior.

5. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que: uma temperatura limite da unidade de bateria (20) é mais baixa do que uma temperatura limite do dispositivo de transmissão de energia (30); e o óleo de transmissão que havia fluido a partir do radiador (12) é suprido ao dispositivo de transmissão de energia (30) depois de fluir através da unidade de bateria (20).

6. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o óleo de transmissão possui um ponto de fluidez de até -30°C.

7. Sistema de resfriamento de bateria (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que: o circuito de resfriamento (10) inclui uma unidade de controle de energia (40) que converte a energia elétrica de corrente contínua transmitida pela unidade de bateria (20) em energia elétrica de corrente alternada; e o óleo de transmissão flui no interior de um compartimento da unidade de controle de energia (40) e efetua troca de calor direta com um dispositivo eletrônico alojado dentro do compartimento.