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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System und ein Verfahren, das die Luftkühlung für eine Batterie bereitstellt und insbesondere auf ein System und ein Verfahren, für die Batterie eines Elektrofahrzeugs bereitstellt, das Flussumkehr benutzt.
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2. Erörterung des Standes der Technik
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Elektrofahrzeuge werden immer häufiger. Diese Fahrzeuge beinhalten Hybridfahrzeuge, wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite (EREV), die eine Batterie und eine Hauptantriebsquelle, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, ein Brennstoffzellensystem etc. beinhalten, und reine Elektrofahrzeuge wie zum Beispiel batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV). All diese Arten von Elektrofahrzeugen verwenden eine Hochvoltbatterie, die eine Anzahl von Batteriezellen umfasst. Diese Batterien können verschiedene Batteriearten sein, wie zum Beispiel eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, eine Blei-Batterie etc. Ein typisches Hochvoltbatteriesystem für ein Elektrofahrzeug kann eine große Anzahl von Batteriezellen oder Modulen beinhalten, wobei die Module etliche Batteriezellen beinhalten, um die Anforderungen des Fahrzeugs an Leistung und Reichweite zu erfüllen. Das Batteriesystem kann auch einzelne Batteriemodule beinhalten, wobei jedes Batteriemodul wiederum eine gewisse Anzahl von Batteriezellen enthalten kann, so zum Beispiel 12 Zellen. Die einzelnen Batteriezellen können miteinander elektrisch in Reihe gekoppelt sein oder eine Reihe von Zellen kann elektrisch parallel gekoppelt sein, wobei eine Zahl von Zellen in dem Modul in Reihe geschaltet ist und jedes Modul mit den anderen Modulen elektrisch parallel gekoppelt ist. Verschiedene Fahrzeugkonzepte erfordern verschiedene Batteriekonzepte, die verschiedene Vor- und Nachteile für die einzelne Anwendung beinhalten.
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Die Hochvoltbatterie in einem Elektrofahrzeug wird typischerweise auf einer Halteplatte aus Stahl montiert und mit einer geeigneten Schutzabdeckung abgedeckt, die eine Vielzahl von Funktionen erfüllt. Beispielsweise ist die Abdeckung eine Schutzabdeckung, die verhindert, dass die Batteriezellen bei der Kollision mit einem anderen Objekt nicht beschädigt werden. Ferner gewährleistet die Abdeckung die elektrische Isolation von der Hochspannung der Batterie, um Individuen und Nutzer zu schützen. Des weiteren gewährleistet die Abdeckung eine EMI/RFI-Abschirmung, die Strahlung über einen breiten Bereich von Wellenlängen von der Hochvoltbatterie abschirmt, die beim An- und Ausschalten verschiedener Stromflüsse erzeugt wird, welche ohne Abdeckung das Autoradio oder den Betrieb von Mobiltelefonen etc. beeinträchtigen würde.
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Bekannte Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge beinhalten typischerweise ein Thermomanagementsystem, das die Batterie bei einer gewünschten Betriebstemperatur hält, um die Leistungsfähigkeit der Batterie zu erhöhen.
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Das Thermomanagementsystem beinhaltet typischerweise eine Kühlflüssigkeitsleitung und einen dazugehörigen Wärmetauscher innerhalb des Batteriegehäuses, wobei die Kühlflüssigkeitsleitung eine Kühlflüssigkeit in das Gehäuse und zu dem Wärmetauscher führt, um entweder die Batterie, wenn sie sich bei niedrigen Temperaturen befindet, zu heizen, oder die Batterie, wenn sie sich bei hohen Temperaturen befindet, zu kühlen. Das Thermomanagementsystem beinhaltet ferner ein Reservoir, mit dem der Flüssigkeitsstand innerhalb des Kühlflüssigkeitsmanagementsystems bestimmt wird.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Kühlen und Heizen einer Fahrzeugbatterie mit Luft zu bewerkstelligen, indem ein Gebläse bereitgestellt wird, das geheizte oder gekühlte Luft durch das Batteriegehäuse bläst. Das Kühlen und Heizen mit Luft bietet zahlreiche Vorteile gegenüber dem Kühlen und Heizen mit einer Flüssigkeit, nämlich unter anderem niedrige Kosten, niedrigere Komplexität und höhere Zuverlässigkeit etc. Beispielsweise ist es nicht notwendig, sich über Flüssigkeitsleckagen in einem Luftthermomanagementsystem Gedanken zu machen. Andererseits ist in Anbetracht des Größenzuwachses der Batterien und der damit einhergehenden Wärmebelastung der Batterien die Möglichkeit zur Benutzung eines Luftthermomanagementsystems reduziert. Insbesondere können die höheren Luftströme, die bei höheren Wärmebelastungen erforderlich sind, nicht die gewünschten maximalen Temperaturdifferenzen (delta T) zwischen den Zellen in dem Batteriepack und innerhalb jeder einzelnen Zelle bereitstellen. Mit anderen Worten, die Haltbarkeit der Batterie und die Leistungsfähigkeit der Batterie wird bei denjenigen Batteriepacks gesteigert, die eine kleinere Differenz in der Temperatur von Zelle zu Zelle aufweisen und eine kleinere Differenz in der Temperatur innerhalb einer Zelle. Unter Ausnutzung einer Heizung oder Kühlung mit Luft kann die Temperatur der Zellen am einen Ende des Batteriepacks eine signifikant andere Temperatur aufweisen, als bei den Zellen am entgegengesetzten Ende eines Batteriepacks.
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Es ist möglich, diese Probleme bei den Temperaturdifferenzen zu überwinden, indem eine größere Luftflussrate und/oder ein größeres Luftvolumen bereitgestellt wird. Andererseits erfordern Zuwächse in der Luftflussrate und im Luftvolumen typischerweise größere Gebläse und Gebläsedrehzahlen, welche eine größere Leistungsaufnahme erfordern und ein größeres Gebläsegeräusch erzeugen. Demzufolge war eine Kühlung und eine Heizung mit Luft bei reinen Elektrofahrzeugen, die typischerweise größere Batterien erfordern, ein nicht gangbarer Weg. Demzufolge und aus den oben genannten Gründen ist die Bereitstellung eines Kühl- und Heizsystems mit Luft, das die richtige Zelltemperaturdifferenz bereitstellt, wünschenswert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Thermomanagementsystem offenbart, das eine Kühlung und eine Heizung mit Luft für eine Batterie durch Flussumkehr von Luft durch ein Batteriegehäuse bereitstellt. Die Batterie beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die im Gehäuse bereitgestellt werden. Das Gehäuse beinhaltet einen ersten Verteiler mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und einen zweiten Verteiler gegenüber dem ersten Verteiler mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende. Das Thermomanagementsystem beinhaltet eine Vielzahl von Ventilen, die einen Luftfluss in und aus dem ersten Ende oder in das zweite Ende oder aus dem zweiten Ende des ersten Verteilers und ein zweites Ventil, das einen Luftfluss in das erste Ende oder aus dem ersten Ende oder in das zweite Ende oder aus dem zweiten Ende des zweiten Verteilers ermöglichen, um eine Flussumkehr bereitzustellen.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen deutlich in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist eine Draufsicht auf einen Batteriepack mit Batteriezellen;
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2 ist ein Graph, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse und die Flussrate auf der vertikalen Achse abgetragen sind, um die zeitliche Abfolge zum Bereitstellen einer Luftflussumkehr für ein Batteriethermomanagement zu veranschaulichen;
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3 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur für das Zellheizen mit einem Luftfluss in einer Richtung;
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4 ist ein Graph, bei dem die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur für das Zellheizen mit einem Luftfluss in der entgegengesetzten Richtung;
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5 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur zum Zellheizen mit einer Luftumkehr;
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6 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur zur Zellkühlung mit einem Luftfluss in einer Richtung;
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7 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur zum Zellkühlen mit einem Luftfluss in einer entgegengesetzten Richtung;
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8 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der Zelltemperatur und der Lufttemperatur mit einer Luftumkehr;
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9 ist ein Graph, wobei die Zellanzahl auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Zelltemperatur und einem Einlassende und einem Auslassende eines Batteriepacks zum Zellheizen mit einem Luftfluss in einer Richtung;
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10 ist ein Graph, wobei die Zellanzahl auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Lufttemperatur an einem Einlassende und einem Auslassende von einem Batteriepack zum Zellheizen mit einem Luftfluss in einer entgegengesetzten Richtung;
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11 ist ein Graph, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse und die Zelltemperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung der relativen Zelltemperaturen für Luftfluss ohne Flussumkehr und Luftfluss mit Flussumkehr;
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12 ist ein Graph, wobei die Zellposition auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Lufttemperatur an einem Einlassende und einem Auslassende von einem Batteriepack zum Zellkühlen mit Luftfluss in einer Richtung;
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13 ist ein Graph, wobei die Zellanzahl auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Lufttemperatur an einem Einlassende und an einem Auslassende eines Batteriepacks zum Zellkühlen mit Luftfluss in einer entgegengesetzten Richtung;
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14 ist ein Graph, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse und die Zelltemperatur auf der vertikalen Achse abgetragen sind, zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen Zelltemperatur an einem Einlassende und an einem Auslassende eines Batteriepacks für Luftfluss ohne Flussumkehr und Luftfluss mit Flussumkehr;
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15 ist eine schematische Draufsicht auf ein System mit einem Batteriepack und einem axialen Gebläse, das einen Luftfluss in zwei Richtungen bereitstellt, um eine Flussumkehr bereitzustellen;
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16 ist eine schematische Draufsicht auf ein System mit einem Batteriepack und Ventilen, das eine Luftumkehr gewährleistet;
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17 ist eine schematische Draufsicht auf ein anderes System mit einem Batteriepack und Ventilen, das eine Luftumkehr gewährleistet;
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18 ist eine schematische Draufsicht auf ein anderes System mit Luft eines Batteriepacks und Ventilen, das Luft mit Flussumkehr gewährleistet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die folgende Erörterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die auf ein System und ein Verfahren für die Bereitstellung einer Luftstromumkehr zum Heizen und Kühlen eines Batteriepacks gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise einschränkend sein. Beispielsweise gewährleistet die vorliegende Erfindung die Luftkühlung und Luftheizung einer Fahrzeugbatterie. Allerdings ist einem Fachmann klar, dass die Luftkühlung und Luftheizung auch auf Batterien in anderen Anwendungen angewandt werden kann.
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Wie im folgenden eingehend erörtert werden wird, schlägt die vorliegende Erfindung ein Batteriethermomanagementsystem vor, das eine Luftflussumkehr durch ein Batteriegehäuse mit einer Vielzahl von Batteriezellen gewährleistet. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Thermomanagementsystem auf das Kühlen und Heizen einer Fahrzeugbatterie, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, einer Metallhydrid-Batterie, einer Blei-Batterie etc. gerichtet. Allerdings ist einem Fachmann klar, dass das Thermomanagementsystem der vorliegenden Erfindung auch auf andere Batteriesysteme und Batteriearten angewendet werden kann.
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1 ist eine allgemeine Darstellung eines Batteriepacks 10 oder eines Moduls mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Batteriezellen 12, die innerhalb eines Gehäuses 14 angeordnet sind. Der Batteriepack 10 dient dazu, eine Hochvoltbatterie darzustellen, beispielsweise eine Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug, und kann eine von vielen Modulen sein, die eine vollständige Batterie bilden. Flussumkehr wird durch den Fluss von Heizluft oder Kühlluft in das Gehäuse 40 von einem ersten Ende 16 und aus einem zweiten Ende 18 bewerkstelligt und im daraus folgenden Umkehren des Flusses derart, dass der Fluss in das zweite Ende 18 des Gehäuses 14 eintritt und aus dem ersten Ende 16 herausfließt, wie es durch die Pfeile angedeutet wird. Sobald die Heiz- oder Kühlluft in das erste Ende 16 eintritt, erhält eine erste Zelle 20 den Luftfluss und die Luft fließt in Richtung des zweiten Endes und in einer parallelen Richtung zwischen den Zellen 12, wobei eine letzte Zelle 22 die Luft empfängt. Gleichermaßen ist die Zelle 22 die erste Zelle, die die Luft empfängt und die Zelle 20 die letzte, die die Luft empfängt, wenn der Luftfluss vom zweiten Ende 18 zum ersten Ende 16 gerichtet ist. Für die folgende Erörterung stellt ein gemeinsames Ende von allen Zellen 12 eine Seite des Gehäuses 14 dar und das andere gemeinsame Ende von allen Zellen 12 stellt eine gegenüberliegende Seite des Gehäuses 14 dar, wobei der Luftfluss in die eine Seite oder aus der einen Seite des Gehäuses 14 an einem Ende ein- oder austritt und an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 14 eintritt oder austritt, wie in der Figur dargestellt.
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Die 2 ist ein Graph, wobei die Zeit in Sekunden auf der horizontalen Achse und die Luftvolumenflussrate in Kubikmetern pro Stunde (m3/h) auf der vertikalen Achse abgetragen ist, um den Luftvolumenfluss durch das Gehäuse 14 zu veranschaulichen. Die Kurve 24 zeigt die Richtung des Luftflusses durch das Gehäuse 14, wobei der Fluss sich umkehrt bei einer gewissen Frequenz, um die Flussumkehr zu erzeugen, wie im folgenden beschrieben wird. Die einzelne Ausgestaltung für ein einzelnes System würde die Temperaturdifferenz durch eine einzelne Zelle 12 und von einer Zelle 12 zur nächsten Zelle 12 in Betracht ziehen, um die Volumenflussrate und die Frequenz für die Flussumkehr zu bestimmen, um einen minimalen Betrag an Volumenfluss zu gewährleisten, um eine reduzierte Gebläsedrehzahl zu gewährleisten und demnach ein geringes Gebläsegeräusch und eine niedrige Leistungsaufnahme.
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Die folgende Beschreibung zeigt die Vorzüge des Bereitstellens von Flussumkehr für ein Batteriezellenthermomanagement, um ein gewünschtes delta T über eine einzelne Zelle und ein gewünschtes delta T von einer Zelle zur nächsten Zelle aufrechtzuhalten für sowohl Zellheiz- als auch Zellkühlanwendungen.
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3 ist ein Graph, wobei die Zellposition, das heißt die physikalische Position entlang der Zelle, auf der horizontalen Achse für eine der Zellen 12 und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen ist, um die Variationen in der Zelltemperatur für das Zellheizen ohne Flussumkehr zu veranschaulichen. In diesem Beispiel fließt Luft entlang der Zelle 12 von einer linken Seite der Zelle 12 zu einer rechten Seite der Zelle 12, wie auf der horizontalen Achse dargestellt. Die Kurve 30 stellt die Temperatur der Luft dar, wie sie entlang der Zelle 12 fließt, wobei die Lufttemperatur in Folge des Wärmeaustauschs mit der Zelle 12 reduziert ist. Die Kurve 32 zeigt, dass die Temperatur der Zelle 12 in Abhängigkeit von der Position entlang der Zelle 12 relativ zum Luftfluss steigt. Diese Temperaturänderung von einer Position in der Zelle 12 zu einer anderen Position in der Zelle 12 stellt das delta T einer Zelle dar, und wenn dieser Wert zu groß ist, dann hat die Zelle 12 einen unerwünschten Effizienzverlust und Leistungsverlust, wie eingangs geschildert.
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4 ist der Graph aus der 3 für das Heizen einer Zelle mit Luftfluss von einer rechten zu einer linken Richtung, welche das entgegengesetzte delta T der Zelltemperatur mit der Kurve 36 veranschaulicht, wobei die Kurve 34 die Lufttemperatur ist.
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5 ist der Graph aus der 3 für die Zellheizung mit Flussumkehr, welche die Zelltemperatur mit der Kurve 38 zeigt. Kurven 40 und 42 stellen jeweils die Kurven 30 und 34 dar. Es ist offensichtlich, dass die Luftumkehr entlang der einzelnen Zelle 12 bewirkt, dass die Temperatur der Zelle 12 konsistenter ist, wenn man die Kurven 32 und 36 ohne Flussumkehr damit vergleicht, wobei ein reduziertes delta T in der Zelle bereitgestellt wird.
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6 ist der Graph aus der 3 zum Zellkühlen, wobei die Temperatur der Kühlluft steigt, wenn diese entlang der Zelle 12 fließt und wobei die Luftflussrichtung von links nach rechts erfolgt. Kurve 44 stellt die Temperatur der Zelle 12 von einem Ende der Zelle 12 zum anderen Ende der Zelle 12 dar und Kurve 46 stellt die Temperatur der Luft von einem Ende der Zelle 12 zum anderen Ende der Zelle 12 dar.
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7 ist die Kurve aus der 3 zum Zellkühlen, wobei der Fluss der Kühlluft von rechts nach links erfolgt und wobei die Kurve 48 die Temperatur der Zelle 12 und die Kurve 50 die Lufttemperatur darstellt.
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8 ist der Graph aus der 3 zum Zellkühlen mit Flussumkehr. Kurve 52 ist die Temperatur der Zelle 12 als Ergebnis der Flussumkehr und Kurven 54 und 56 stellen die Kurven 46 und 50 jeweils dar. Wie schon oben ausgeführt, bereitet die Flussumkehr ein reduziertes delta T in der Zelle, verglichen mit den Kurven 46 und 50.
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9 ist ein Graph, wobei die Zellnummer auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse abgetragen ist für das Zellheizen, zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Temperatur einer Zelle in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Zellanordnungslinie relativ zur Umgebungstemperatur. Kurve 60 stellt die Umgebungstemperatur in diesem Ausführungsbeispiel dar und der Luftfluss erfolgt von rechts nach links, wobei die erste Zelle 12 am rechten Ende des Gehäuses 14 den Luftfluss empfängt. Kurve 62 zeigt die Temperatur der Luft an einer Seite des Gehäuses 14 an einem Lufteinlassende der Zellen 12 und Kurve 64 zeigt die Temperatur der Luft an der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 14 an einem Luftauslassende der Zellen 12. Die Kurven 62 und 64 zeigen, dass die Temperatur der Luft an der Einlassseite größer als die Temperatur der Luft an der Auslassseite ist, und die Temperatur der Zellen 12 an der Einlassseite ist höher als die Temperatur der Zellen 12 an der Auslassseite.
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10 ist der Graph aus der 9 zum Zellheizen, wobei der Luftfluss von links nach rechts durch das Gehäuse 14 erfolgt. Kurve 66 zeigt die Lufttemperatur an einer Seite des Gehäuses 14 an einem Lufteinlassende der Zellen 12 und Kurve 68 zeigt die Lufttemperatur an der entgegengesetzten Seite des Gehäuses 14 an einem Luftauslassende der Zellen 12 und veranschaulicht des weiteren, dass die Lufttemperatur an der Einlassseite größer als die Lufttemperatur an der Auslassseite ist und die Temperatur der Zellen 12 an der Einlassseite höher ist als die Temperatur der Zellen 12 an der Auslassseite.
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11 ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und die Zelltemperatur auf der vertikalen Achse abgetragen ist, der die Beziehung für das Zellheizen zwischen der Temperatur der ersten Zelle 12, die den Luftfluss empfängt, und der letzten Zelle 12, die den Luftfluss empfängt, sowohl mit als auch ohne Flussumkehr. Insbesondere stellt die Kurve 70 die Temperatur der ersten Zelle 12 und die Kurve 72 die Temperatur der letzten Zelle 12 in Richtung des Luftflusses ohne Flussumkehr dar. Mit zunehmender Zeit nimmt die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Zellen zu. Kurve 74 stellt die Temperatur der ersten Zelle 12 dar, die den Luftfluss empfängt, und Kurve 76 stellt die Temperatur der letzten Zelle 12 dar, die den Luftfluss während der Flussumkehr empfängt, wobei die Temperatur der beiden Zellen über die Zeit ungefähr gleich bleibt.
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12 ist der Graph aus der 9 für das Zellkühlen mit Luftfluss von rechts nach links durch das Gehäuse 14. Kurve 78 zeigt die Lufttemperatur an der Einlassseite der Zellen 12 und Kurve 80 zeigt die Lufttemperatur an der Auslassseite der Zellen 12.
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13 ist der Graph aus der 9 für Zellkühlen, wobei der Luftfluss von der linken Seite zu der rechten Seite durch das Gehäuse 14 zeigt. Kurve 82 ist die Lufttemperatur an der Einlassseite der Zellen 12 und Kurve 84 ist die Lufttemperatur an der Auslassseite der Zellen 12.
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14 ist ein Graph, bei dem die Zeit auf der horizontalen Achse und die Zelltemperatur auf der vertikalen Achse abgetragen ist, der die relativen Zelltemperaturen für Zellkühlung sowohl mit als auch ohne Flussumkehr zeigt. Kurve 86 ist die Temperatur der ersten Zelle 12, die den Kühlluftfluss über die Zeit empfängt und Kurve 88 ist die Temperatur der letzten Zelle 12, die Kühlluft über die Zeit empfängt. Da der Luftfluss sich erwärmt, während er über die Zellen 12 fließt, wird die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Zelle 12 und der letzten Zelle 12 signifikant. Kurve 90 stellt die Temperatur einer Endzelle im Gehäuse 14 dar und Kurve 92 ist die Temperatur der anderen Endzelle in dem Gehäuse 14 beim Zellkühlen mit Luftflussumkehr. Es ist klar, dass die Temperatur der beiden Endzellen im wesentlichen konstant über die Zeit bleibt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft jegliche strukturelle Konfiguration oder Gestaltung, um Luftflussumkehr durch ein Batteriegehäuse mit einer Vielzahl von Zellen zu gewährleisten. 15 ist eine schematische Draufsicht auf ein Thermomanagementsystem 100 mit einem Batteriepack 102 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 104. Der Batteriepack 102 beinhaltet einen ersten Luftflussverteiler 106 an einem Ende der Zellen 104 und einen zweiten Luftflussverteiler 108 am entgegengesetzten Ende der Zellen 104. Ein Gebläse 110, beispielsweise ein Axialgebläse, stellt einen Luftfluss entlang der Linie 102 bereit, beispielsweise mittels einem Schlauch, außerhalb des Batteriepacks 102, der durch den Batteriepack 102 von dem Verteiler 106 zu dem Verteiler 108 oder von dem Verteiler 108 zu dem Verteiler 106 erfolgt. Ein geeigneter Wärmetauscher 114 wird im System 100 bereitgestellt, mit welchem die Luft von dem Gebläse 110 sowohl zum Aufheizen der Luft zum Erhöhen der Temperatur der Zellen 104 während einem Tieftemperaturbetrieb oder zum Kühlen der Luft durch Fließen durch die Zellen 104 während einem Hochtemperaturbetrieb bereitgestellt wird. Das Gebläse 110 wird so gesteuert, dass es die Richtung bei einer gewünschten Frequenz umkehrt und die gewünschte Drehzahl einstellt, um die Flussumkehr im Einklang mit der obigen Beschreibung zu gewährleisten.
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16 ist eine schematische Draufsicht auf ein Thermomanagementsystem 120, wobei ähnliche Elemente aus dem System 100 mit den selben Bezugszeichen versehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Richtung des Luftstroms vom Gebläse 110 nicht umgekehrt, so dass die Richtung des Luftstroms immer in die Richtung erfolgt, die durch den Pfeil angezeigt ist. Um die Flussumkehr zu erzielen, sind Ventile 122, 124, 126 und 128 vorgesehen. In dieser Ausgestaltung tritt Luft in den Verteiler 106 an einem Ende und einer Seite des Batteriepacks 102 ein und aus dem Verteiler 108 an einem gegenüberliegenden Ende und einer gegenüberliegenden Seite des Verteilers 108 aus. Wenn der Fluss in der Richtung ist, bei der Luft in den Verteiler 106 eintritt und aus dem Verteiler 108 austritt, sind die Ventile 122 und 126 geöffnet und die Ventile 124 und 128 geschlossen. In dieser Ausgestaltung tritt Luft in den Verteiler 106 aus der Leitung 130, und aus dem Verteiler 108 durch die Leitung 132 und zurück durch das Gebläse 110 durch die Leitung 134. Wenn der Fluss umgekehrt wird, sind die Ventile 122 und 126 geschlossen und die Ventile 124 und 128 sind geöffnet, so dass die Luft in dem Verteiler 108 durch die Leitungen 136 und 132 fließt und aus dem Verteiler 106 durch die Leitung 130. In einer alternativen Ausgestaltung können die Ventile 122 und 124 als ein einzelnes Dreiwegventil verwirklicht werden und die Ventile 126 und 128 können als ein einzelnes Dreiwegventil verwirklicht werden, was für Fachleute klar ist.
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Wie oben erörtert, stellt das System 120 einen Luftfluss bereit, der in den Batteriepack 102 an einem Ende und einer Seite eintritt und den Batteriepack 102 an dem entgegengesetzten Ende und der entgegengesetzten Seite wieder verlässt. In einer alternativen Ausführungsform, die verschiedene Vorteile für das Packaging bietet, kann der Luftfluss in den Verteiler 106 oder 108 an einem Ende fließen und den anderen Verteiler 106 oder 108 am selben Ende wieder verlassen. Dies zeigt das Thermomanagementsystem 140 in der 17, wo ähnliche Elemente aus dem System 120 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausführungsform ist die Leitung 132 durch eine Leitung 142 ersetzt, so dass der Luftfluss in den Batteriepack 102 am selben Ende eintritt und wieder austritt.
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18 ist eine schematische Draufsicht auf ein Thermomanagementsystem 150, wo ähnliche Elemente aus den Systemen 120 und 140 mit den selben Bezugszeichen versehen sind. In dieser Ausgestaltung sind Leitungen und Ventile so ausgestaltet, dass der Luftfluss an beiden Enden der Verteiler 106 und 108 ein- und austreten kann, was als eine Kombination der Systeme 120 und 140 angesehen werden kann. Ein Ventil 152 ist in der Leitung 154 vorgesehen, das einen Luftfluss ermöglicht, der an einer rechten Seite des Verteilers 106 eintritt oder austritt, und ein Ventil 156 ist in der Leitung 132 vorgesehen, das gewährleistet, dass ein Luftfluss in die rechte Seite des Verteilers 108 eintritt oder austritt. Wenn die Ventile 152 und 126 offen und die Ventile 122, 124, 128 und 156 geschlossen sind, kann ein Luftfluss in den Verteiler 106 auf der Leitung 154 eintreten und den Verteiler 108 auf der Leitung 142 wieder verlassen. Wenn die Ventile 122 und 126 offen sind und die Ventile 152, 124, 128 und 156 geschlossen sind, kann ein Luftfluss in den Verteiler 106 auf der Leitung 130 eintreten und aus dem Verteiler 108 über die Leitung 142 austreten. Wenn die Ventile 128 und 124 offen sind und die Ventile 152, 122, 126 und 156 geschlossen sind, kann ein Luftfluss in den Verteiler 108 auf der Leitung 142 eintreten und aus dem Verteiler 106 auf der Leitung 130 wieder austreten. Wenn die Ventile 124 und 156 offen sind und die Ventile 152, 122, 126 und 128 geschlossen sind, kann ein Luftfluss in den Verteiler 108 auf der Leitung 132 eintreten und aus dem Verteiler 106 über die Leitung 130 wieder austreten.
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Die vorstehende Erläuterung offenbart und beschreibt lediglich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann leicht aus der obigen Erläuterung und den beigefügten Figuren erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und den Umfang der Erfindung, wie er im folgenden durch die Patentansprüche definiert ist, zu verlassen.
