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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft allgemein Batteriesätze und insbesondere Batteriesätze mit reversiblen Verbindungen.
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Derzeit werden die Batteriezellen in manchen Batteriesätzen in Rahmen positioniert, die zum Aufnehmen der Zellen, Kühlrippen und von Dehnstoff wie etwa Schaumplatten verwendet werden. Die Rahmen können auch als Leitung für Flüssigkeitskühlung der Zellen verwendet werden. Sie umfassen aber keine Merkmale zum Platzieren der Zelle. In manchen Batteriesätzen werden Zellenlaschen an eine separate Verbindungsplatine geschweißt. Schweißen ist ein irreversibler Prozess, der typischerweise in einem sekundären Fertigungsprozess ausgeführt wird, was weiteren Zeitaufwand und weitere Komplexität für den Montageprozess mit sich bringt. Diese Verbindungsplatinen bestehen manchmal aus Kunststoff, der in einem zweiten Schweißprozess an die Rahmen geschweißt wird, was dem Montageprozess einen weiteren Schritt hinzufügt. Wenn die Verbindungsplatinen an die Rahmen geschweißt werden, können die Rahmen außer an Stellen, an denen in der Verbindungsplatine Bruchstellen vorgesehen sind, nicht mehr getrennt werden.
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Das Kühlen der Batteriezellen ist komplex und erfordert viele Komponenten, einschließlich einer Schaumplatte, um Ausdehnen und Zusammenziehen zu steuern. Es erfordert auch ein hohes Maß an Sauberkeit, um die Kühlflüssigkeitsdichtungen aufrechtzuerhalten.
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Daher besteht Bedarf nach einem Batteriesatz, der leicht zusammenbaubar und zerlegbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es wird eine reversible elektrische Verbindung mit einem Stapel von Batteriezellen vorgesehen. In einer Ausführungsform erzeugt das Stapeln von Zellen in den Rahmen durch eine in den Rahmen eingebettete Busleitung die elektrische Verbindung zwischen Zellen. In einer zweiten Ausführungsform wird die elektrische Verbindung zwischen Zellen durch eine externe Busleitung vorgesehen. Beide Verfahren können problemlos zusammengebaut und zerlegt werden und sehen durch Mindern der Einwirkung von Hochspannung Sicherheitsmerkmale vor.
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In einer Ausführungsform ist ein reversibel verbundener Batteriesatz vorgesehen. Der reversible verbundene Batteriesatz umfasst ein Paar von Endrahmen, mindestens einen Rahmen, mehrere Batteriezellen und mindestens einen Stromverbinder. Ein Endrahmen weist einen Plusanschluss auf und der andere weist einen Minusanschluss auf. Der Rahmen/die Rahmen wird/werden zwischen dem Paar von Endrahmen positioniert. Jede der mehreren Batteriezellen weist eine Pluslasche und eine Minuslasche auf. Die Pluslasche einer der mehreren Batteriezellen ist mit dem Plusanschluss elektrisch verbunden, und die Minuslasche einer anderen der mehreren Batteriezellen ist mit dem Minusanschluss elektrisch verbunden. Die mehreren Batteriezellen sind in dem/den Rahmen und dem Paar von Endrahmen positioniert. Die mehreren Batteriezellen und die Plus- und Minuslaschen werden von dem Rahmen und dem Paar von Endrahmen gelagert. Es ist mindestens ein Stromverbinder vorhanden, der die Minuslasche einer Batteriezelle mit der Pluslasche einer benachbarten Batteriezelle elektrisch verbindet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines zusammengebauten Batteriesatzes.
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2 ist eine Explosionsansicht der Ausführungsform von 1.
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3 ist eine Veranschaulichung einer Ausführungsform eines internen Stromverbinderes.
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4 ist eine Veranschaulichung einer Ausführungsform einer federbelasteten Metallklammer, die zum Verbinden von Batteriezellen verwendet wird.
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5 ist eine Veranschaulichung eines Gurts von federbelasteten Metallklammern.
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6 ist ein Teil einer Draufsicht auf eine Ausführungsform eines zusammengebauten Batteriesatzes.
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7 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines zusammengebauten Batteriesatzes.
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8 ist eine Explosionsansicht der Ausführungsform von 6.
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9A–D sind eine Veranschaulichung von zwei Ausführungsformen der Rahmen.
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10A–C sind eine Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform eines Rahmens.
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11A–C sind eine Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform eines Rahmens.
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12A–B sind eine Veranschaulichung der Arbeitsweise des Einsetzwerkzeugs.
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Eingehende Beschreibung
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Die Batteriekomponenten sind in den Rahmen integriert, der zum Aufnehmen der Niederspannungsbatteriezelle verwendet wird, um Skalierbarkeit, kostengünstige Reversibilität für Reparatur und Wiederaufarbeitung, Verringerung von einer Vielzahl von Komponenten während Montage und Verringerung von Montagekomplexität zu erreichen.
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Die Auslegung sieht einen nichtleitenden Rahmen zum Einschließen von Batteriezellen vor, der integrierte geformte Merkmale aufweist, um die Kühlanforderungen und elektrischen Anforderungen für Energieübertragung und Batteriemanagement zu erfüllen. Sie ermöglicht ein unbeschränktes Stapeln von Rahmen-Zellen-Verbunden. In manchen Ausführungsform sind identische Rahmen vorhanden, die für fehlersicheres Stapeln ausgelegt sind, um eine willkürliche Anzahl von Zellen zusammenzubauen, um die Spannungsanforderungen für jede Anforderung zu erfüllen, wobei jeder Rahmen die erforderliche Wartung zu und von den Zellen vorsieht. Die Reihenschaltungen, die zum Bilden eines Hochspannungsbatteriesystems erforderlich sind, werden durch geformte Stromverbinder in dem Rahmen oder abnehmbare externe Stromverbinder erreicht. In den Rahmen kann ein Wärmetauschsystem integriert und ausgelegt werden, um für jede Stapellänge bei Bedarf eine nahezu gleichmäßige Temperatur im gesamten Batteriesatz zu erhalten.
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Die Auslegung kann in verschiedenen Montagesystemen hergestellt werden, von manuell bis vollautomatisch, um Volumenanforderungen bei niedrigen Kosten zu erfüllen, während ein hohes Maß an Qualität während der Montage gewahrt wird. Sie verringert Montagekosten und Komplexität durch Verringern der Anzahl einzelner Komponenten und durch Verzicht auf einzelne biegsame Schaumseparatoren. Die Auslegung lässt auch den Austausch einer einzigen Zelle beim Händler zu, was die Notwendigkeit von Versand ganzer Batteriesätze umgeht, was Reparatur- und Wiederaufarbeitungsoptionen verbessert. Ferner verbessert sie durch Umschließen aller internen Potentiale in dem Stapel die elektrische Sicherheit bei Montage und/oder Wartung.
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Halterungsmerkmale in dem Rahmen drücken die Zellenränder mäßig zusammen und isolieren sie, um Leckproblemen in dem Gebiet entgegenzuwirken und die Zellenpositionierung in dem Rahmen während der Montage zu unterstützen.
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Batteriestapel erfordern eine Reihenschaltung zwischen Zellen mit sehr niedrigem Widerstand. In manchen Ausführungsformen kann hoher Kontaktdruck, der durch Bolzen oder Zugstangen durch den Rahmenstapel nahe den Zellenlaschen ausgeübt wird, einen ausreichend niedrigen Widerstand vorsehen und eine vollständig reversible Montage ermöglichen. Die Zellenlaschen sollten stark leitende Eigenschaften aufweisen, die einen niedrigen Widerstand ermöglichen. Zum Beispiel können die stark leitenden Eigenschaften durch Beschichtungen, Verkleidungen oder andere Verfahren erhalten werden.
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Die Auslegung integrierte mehrere Komponenten, die eine Kühlrippe, einen Dehnstoff und Sammler in dem Rahmen umfassen, um Montagekomplexität zu verringern. Der Sammler umfasst einen Kanal für das Strömen von Kühlmittel, wie etwa Luft, Wasser oder Kältemittel, über die Kühlrippe. Die Größe und Form der Kühlmittelkanäle und des Kühlmittelpfads in dem Sammler kann für spezifische Anwendungen ausgelegt werden.
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Die Rahmenauslegung kann ein oder mehrere der folgenden Auslegungsmerkmale umfassen: optimale Laschenposition und -größe; einen eingebetteten Stromverbinder mit Federungskontaktmechanismus oder Schlitz für externen Stromverbinder; eingebettete Wärmeüberwachung; eingebetteten Spannungswächter/Zellenladedraht; eingebettete lokale Zellenkomponenten des Batteriemanagementsystems; eingebettete Heiz-/Kühlrippe einschließlich Beutelkontaktmechanismus; eingebetteten Wärmetauscher; eingebettete Oberflächen zum Isolieren von Laschenrändern, um Leck/Kurzschlüsse zu minimieren; und fehlersichere Montagemerkmale.
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1–2 zeigen eine Ausführungsform eines Batteriesatzes 10. Der Batteriesatz 10 weist ein Paar von Endrahmen 15, 20 und Rahmen 25 auf, die zwischen den Endrahmen 15, 20 positioniert sind. Die Endrahmen 15, 20 weisen erhabene Randabschnitte 30 auf, die einen Innenabschnitt 35 umgeben. Der Innenabschnitt 30 ist wie gezeigt typischerweise offen (d. h. wie ein Bilderrahmen). Es könnte sich aber bei Bedarf eine dünne Schicht ganz oder teilweise über den Innenabschnitt erstrecken. In dem Endrahmen 15 befindet sich ein Minusanschluss 40 und in dem Endrahmen 20 ein Plusanschluss 45. Die Anschlüsse können von jeder geeigneten Art von Anschluss sein, einschließlich aber nicht ausschließlich Gewindemuffen und Gewindebolzen.
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Die Endrahmen 15, 20 können eine Kühlrippe 50 umfassen, die sich bei Bedarf über den gesamten oder einen Teil des Innenabschnitts 35 erstreckt.
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Die Rahmen 25 weisen erhabene Außenabschnitte 55 auf, die Innenabschnitte 60 umgeben. Der Innenabschnitt 60 ist wie gezeigt typischerweise offen (d. h. wie ein Bilderrahmen), wenngleich sich eine dünne Schicht über den gesamten oder einen Teil des Innenabschnitt erstrecken könnte. Die Rahmen 25 können eine Kühlrippe 65 umfassen, die sich bei Bedarf über den gesamten oder einen Teil des Innenabschnitts 60 erstreckt.
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Die Kühlrippen können aus einem beliebigen herkömmlichen Kühlmaterial bestehen. Geeignete Materialien umfassen Wärmeleiter geringen Gewichts wie etwa Aluminium oder Sandwichstrukturen aus zwei Wärmeleitern geringen Gewichts, die durch eine Schicht aus komprimierbaren Schaum oder einen anderen Expansionskompensator getrennt sind, um ein durch den Ladezustand, das Erwärmen und Abkühlen der Zellen hervorgerufenes Ausdehnen und Zusammenziehen der Batteriezellen an einer Seite der Kühlrippe zu ermöglichen, sind aber nicht darauf beschränkt. Sie kann bei Bedarf integrierte Wärmerohrtechnologie enthalten.
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Die Endrahmen und die Rahmen bestehen typischerweise aus einem leicht bauenden, nicht leitenden Material. Geeignete Materialien umfassen Kunststoffe, wie etwa Polypropylen, Nylon 6-6 und andere kostengünstige Materialien, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Rahmen können bei Bedarf für bauliche Festigkeit faserverstärkt sein.
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Die Rahmen und Kühlrippen können bei Bedarf separate Teile sein oder sie können kombiniert sein. Der Rahmen könnte zum Beispiel aus zwei Stücken bestehen, die um die Kühlrippe zusammenschnappen. Alternativ könnte die Kühlrippe in den Rahmen geformt sein, wie etwa durch Spritzgießen oder dergleichen. Alternativ könnte die Kühlrippe in den Rappen eingeschnappt werden oder könnte mittels eines Abdichtmaterials wie etwa Santopren an den Rahmen abgedichtet werden.
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Neben den zwei Endrahmen gibt es mindestens einen Rahmen 25 in dem Batteriesatz 10 und typischerweise viele. In den meisten Fällen gibt es einen Rahmen weniger als die Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen.
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Wenn zum Beispiel 18 Batteriezellen in Reihe geschaltet sind, könnte es 17 Rahmen geben. In manchen Fällen kann die Anzahl von Rahmen und Zellen gleich sein.
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Batteriezellen 70 sind in dem Innenabschnitt 60 der Rahmen 25 und des Endrahmens 20 positioniert. Die Batteriezellen 70 weisen Pluslaschen 75 und Minuslaschen 80 auf. Die Batteriezellen 70 und die Pluslaschen 75 und Minuslaschen 80 werden abhängig von ihrer Position in dem Satz von den erhabenen Randabschnitten 55 der Rahmen 25 oder den erhabenen Randabschnitten 30 des Endrahmens 20 gelagert. Die erhabenen Randabschnitte der Rahmen und Endrahmen sind so ausgelegt, dass sie die Batteriezelle und Laschen lagern (oder halten). Die Auslegung der erhabenen Abschnitte hängt von den verwendeten bestimmten Batteriezellen ab. Die Kühlrippen 50 und 65 könnten, falls vorhanden, die Batteriezellen ebenfalls teilweise lagern.
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Wie gezeigt befindet sich die Batteriepluslasche 75 an der zur Minuslasche 80 entgegengesetzten Seite der Batteriezelle. Das Aufweisen der Zellenlaschen an gegenüberliegenden Seiten der Zelle ruft eine gleichmäßigere Wärmeerzeugung hervor. Wenn sich die Zellenlaschen nahe zueinander oder an einer Seite befinden, neigen sie dazu, eine höhere Wärmekonzentration und größere Temperaturunterschiede über dem Volumen der Zelle aufzuweisen, was zu lokalisierten heißen Stellen führen kann. Diese Anordnungen von Zellenlaschen kann aber mit geeigneter Kühlung verwendet werden. Ferner haben Zellenhersteller auch Zellenlaschen verschiedener anderer Konfigurationen. Die bestimmte Ausgestaltung von Zellenlaschen ist nicht wichtig, und Rahmenanordnungen können so hergestellt werden, dass sie Zellenlaschen jeder Konfiguration entsprechen.
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Die Rahmen und/oder die Endrahmen können optional Spannungssensorbohrungen 90 und Temperatursensorbohrungen 95 umfassen. Eine wünschenswerte Anordnung weist die Spannungssensorbohrungen und Temperatursensorbohrungen an gegenüberliegenden Seiten des Rahmens auf, wenngleich dies nicht erforderlich ist. Ferner könnten manche Rahmen nur Spannungssensorbohrungen haben, andere könnten nur Temperatursensorbohrungen haben und manchen Rahmen könnten keine davon haben; die Verwendung dieser Optionen würde aber die Anzahl erforderlicher Teile erhöhen. Die Spannungssensoren und Temperatursensoren können bei Bedarf mit einem Batteriemanagementsystem (nachstehend beschrieben) verbunden werden. Bei Bedarf können auch andere Arten von Sensoren verwendet werden. Die Sensorbohrungen können so ausgelegt sein, dass sie eine bestimmte Art von Sensor aufnehmen, oder eine Sensorbohrung könnte so ausgelegt sein, dass sie verschiedene Sensoren aufnimmt.
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Die Plus- und Minuslaschen von benachbarten Batteriezellen werden durch Stromverbinder 97 elektrisch verbunden. Die Stromverbinder bestehen aus leitenden Materialien. Die Stromverbinder können intern oder extern sein.
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1–3 zeigen eine Ausführungsform eines internen Stromverbinderes 97, der in den Rahmen eingebettet ist. Der interne Stromverbinder 97 ist im Allgemeinen U-förmig und erstreckt sich durch den Rahmen, wobei jeder Schenkel des U eine Kontaktfläche an gegenüberliegenden Seiten des Rahmens bildet. Der interne Stromverbinder kann federbelastet sein, um bei Bedarf das Erhalten eines guten Kontakts zur Zellenlasche zu unterstützen. Auf die Stromverbinder wird zum Beispiel durch Bolzen, die sich durch den Stapel von Rahmen erstrecken, Druck ausgeübt, um den notwendigen Kontakt zwischen den Zellenlaschen und den Stromverbindern vorzusehen, um einen Verbindung niedrigen Widerstands zu erhalten.
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Eine gute elektrische Verbindung zwischen dem Stromverbinder und den Laschen steht mit dem Betrag der Kontaktfläche zwischen diesen in Verbindung. Bei einer großen Fläche kann es schwer sein, mit der Zellenlasche vollständigen Kontakt herzustellen, wenn die beiden Flächen nicht parallel sind. Eine hohe Stelle an einem Ende könnte zum Beispiel das gegenüberliegende Ende nicht weit genug bewegen lassen, um festen Kontakt herzustellen. Die Oberfläche des Stromverbinderes kann durch Hinzufügen von Schlitzen oder Schnitten, die mehrere kleinere Oberflächen vorsehen, die jeweils eine verstärkte unabhängige Bewegung haben, segmentiert sein. Folglich verhindert eine hohe Stelle an einem Ende nicht, dass das nächste Segment guten Kontakt herstellt.
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Die Oberflächenrauheit des Anschlusses kann ferner durch chemische oder mechanische Abrasivmittel oder durch Auftragen einer Beschichtung auf die Oberfläche abgeändert werden.
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Eine Ausführungsform eines externen Stromverbinderes ist eine federbelastete leitende Klammer 100, die in 4 gezeigt ist. Die Federkraft der Klammern liegt typischerweise in dem Bereich von etwa 500 bis etwa 1500 N. Die Klammer kann aus einem leitenden Material, einschließlich aber nicht ausschließlich Metallen, bestehen. Ein Beispiel für ein geeignetes Material für eine Klammer ist ein Federstahl, der mit Kupfer und Nickel beschichtet oder kaschiert ist (oder anderer Prozess).
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An einem nicht leitenden, biegsamen Streifen oder Gurt 105, der in 5 gezeigt ist, kann eine Reihe von Klammern 100 angebracht werden. Die Klammern sind an dem Gurt beabstandet, so dass sie in die geformten Schlitze auf abwechselnden Rahmen, die den Stapel der prismatischen Batteriezelle umschließen, eingesetzt werden können. In einer Ausführungsform, bei der die Plus- und Minuslaschen sich auf gegenüberliegenden Seiten der Batteriezelle befinden, würde sich auf jeder Seite des Batteriesatzes ein Gurt befinden, um die erforderlichen Verbindungen herzustellen. Dies ermöglicht eine gewisse maßliche Änderung im Stapel. Der Rahmen und die Klammern können so ausgelegt sein, dass der Montage- und Demontageprozess einfach gemacht wird, Verschleiß der Zellenlaschenoberfläche minimiert wird und eine elektrische Leitung niedrigen Widerstands nach der Montage beibehalten wird.
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Der Gurt kann aus einem nicht leitenden, biegsamen Material, wie etwa Kunststoff, bestehen. Beispiele für geeignete Kunststoffe umfassen Polypropylen oder Nylon, sind aber nicht darauf beschränkt. Es könnte ein geformter Teil mit einem Streifen Kunststoff zwischen dem Halter sein, um eine gewisse Bewegung entlang seiner Länge zuzulassen. Statt des Verwendens der Spannungssensorbohrungen zum Überwachen der Spannung können die Gurte elektrische Wächterdrähte an jeder Klammer vorsehen, die in dem Gurt zum Anschluss an ein übliches Batteriemanagementsystem gebündelt sind.
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Das Batteriemanagementsystem kann nach Bedarf eine oder mehrere Bedingungen in dem Batteriesatz, einschließlich aber nicht ausschließlich der Spannung, des Stroms und der Temperatur an ausgewählten Punkten in dem Batteriesatz, überwachen. Die sich ergebenden Messwerte können für verschiedene Zwecke verwendet werden, wie etwa Diagnose oder Betreiben des Fahrzeugs in einer anderen Betriebsart. Während eines Ladezyklus kann das Batteriemanagementsystem abhängig von der Auslegung des Batteriemanagementsystems durch Übertragen von Energie unter Verwenden einfacher Widerstände oder möglicherweise zu benachbarten Zellen, die die Energie absorbieren können, ein Überladen einzelner Zellen verhindern.
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Wenn externe Stromverbinder verwendet werden, bleibt der Batteriestapel ein Niederspannungssystem (z. B. 3 V), bis die Gurte vollständig eingesetzt sind, und kehrt in dem Moment zu einem Niederspannungssystem zurück, da ein Gurt teilweise ausgerückt wird. Dies sieht eine Möglichkeit für eine signifikante Verbesserung der elektrischen Sicherheit während Fertigung, Wartung beim Händler und Wiederaufarbeitung vor. Die Herstellungskosten können aufgrund der signifikanten Verringerung der Hochspannungsbereiche der Anlage durch Einbauen des Gurts an der Endmontage kurz vor dem Schließen der Abdeckung gesenkt werden. Ferner kann ein Zellenladen an einzelnen Zellen nach der Montage, aber vor Einbau des Gurts bequem und wirtschaftlicher erfolgen.
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Die Fähigkeit, die Hochspannung durch Ziehen des Gurts unmittelbar nach Entfernen der Batterieabdeckung zu unterbrechen, ermöglicht mehr Reparaturoptionen, einschließlich Ersatz einzelner Zellen, was den Händlern eine größere Rolle beim Reparaturprozess ermöglichen kann.
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Druck wird direkt durch die elastischen Eigenschaften der Klammer ausgeübt, um einen elektrischen Kontakt niedrigen Widerstands zu halten. Dies verringert oder beseitigt die Abhängigkeit von durch den Rahmenstapel ausgeübten Druck (z. B. unter Verwenden eines oder mehrerer Bolzen oder Zugstangen durch die Rahmen und Endrahmen), was in dem Stapel einer maßlichen Änderung unterliegen kann.
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In einer Ausführungsform können die Rahmen und Klammern eine Rampe 102 bzw. Kerbenmerkmale umfassen, um die Klammer offen zu halten und während des Einführprozesses ein Gleiten der Klammer über die Zellenlaschen mechanisch zu verhindern. Eine Rampe 102 in dem Schlitz zwängt die Zinken der Klammer auf, bis die Kerbe die Rampe verlässt, zu welchem Zeitpunkt die Klammer vertikal auf die Zellenlaschenoberflächen schnappt. Dies führt während des Einführens zu null oder minimalem Gleiten der Klammer auf der Zellenlaschenoberfläche.
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Bei der Montage und Demontage kann ein Einführwerkzeug verwendet werden, wie in 12A–B gezeigt ist. Das Werkzeug wird vorübergehend an dem Gurt angebracht, wobei es die Klammern weiter aufzwängt, als zum Überqueren der Rampe ohne Berühren erforderlich ist. Das Werkzeug umgeht die Notwendigkeit, während der Montage übermäßigen Druck auszuüben oder an den Batterierahmen zu klopfen. Das Werkzeug kann auch verwendet werden, um den Gurt durch ausreichend weites Öffnen der Klammern, um den Verriegelungsmechanismus in dem Rampen/Kerben-Merkmal zu lösen, auszurücken. Die Stifte an dem Werkzeug öffnen und schließen die Klammeröffnung in der Richtung vertikal zum Laschenkontakt, so dass auf der Elektrodenoberfläche kein Verschleiß auftritt.
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6 zeigt einen Teil einer Ausführungsform des Batteriesatzes 10, der Kühlkanäle 115 in den Endrahmen 15, 20 und Rahmen 25 umfasst. Die Kühlkanäle sind offene Räume für einen Strömungspfad, um Kühlmittel über die freiliegende Kühlrippe treten zu lassen.
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7–8 zeigen eine andere Ausführungsform, in der Batteriezellen parallel geschaltet sind. Der Batteriesatz 210 weist ein Paar von Endrahmen 215, 220 und Rahmen 225 auf, die zwischen den Endrahmen 215, 220 positioniert sind. Die Endrahmen 215, 220 weisen erhabene Randabschnitte 230 auf, die einen Innenabschnitt 235 umgeben. In dem Endrahmen 215 befindet sich ein Minusanschluss 240 und in dem Endrahmen 220 ein Plusanschluss 245. Die Endrahmen 215, 220 können eine Kühlrippe 250 umfassen, die sich bei Bedarf über den Innenabschnitt 235 erstreckt.
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Die Rahmen 225 weisen erhabene Außenabschnitte 255 auf, die Innenabschnitte 260 umgeben. Die Endrahmen 225 können eine Kühlrippe 265 umfassen, die sich bei Bedarf über den Innenabschnitt 260 erstreckt.
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Paare von Batteriezellen 270 sind in dem Innenabschnitt 260 der Rahmen 225 und des Endrahmens 220 positioniert. Die Paare von Batteriezellen 270 weisen Pluslaschen 275 und Minuslaschen 280 auf. Die Paare von Batteriezellen 270 können bei Bedarf durch lose Kühlrippen 253 getrennt werden.
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Die Batteriezellen 270 und die Pluslaschen 275 und Minuslaschen 280 werden von den erhabenen Randabschnitten 255 der Rahmen 225 oder den erhabenen Randabschnitten 230 des Endrahmens 220 gelagert. Die Batteriezellen 270 könnten auch durch die Kühlrippen 250 und 265 gelagert werden.
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Die erhabenen Abschnitte der Endrahmen und Rahmen unterscheiden sich in dieser Ausführungsform von denen in der Ausführungsform mit einzelner Batteriezelle. Die Rahmen sind breiter, um sowohl Zellen als auch lose Kühlrippen, falls vorhanden, aufzunehmen.
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Die Rahmen und/oder die Endrahmen können optional Spannungssensorbohrungen 290 und Temperatursensorbohrungen 295 umfassen.
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Die Pluslaschen 275 und Minuslaschen 280 von benachbarten Batteriezellen werden wie vorstehend beschrieben zum Beispiel durch Stromverbinder elektrisch verbunden. Der Stromverbinder kann ein interner Stromverbinder oder ein externer Stromverbinder sein, wie etwa eine federbelastete Metall-klammer 300.
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Die Rahmen können bei Bedarf fehlersichere Merkmale umfassen. Fehlersichere Merkmale tragen dazu bei, Fehler zu vermeiden, indem das Erfolgen der Montage nur auf richtige Weise zugelassen wird. Fehlersichere Merkmale sind aus dem Stand der Technik gut bekannt.
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9A–D zeigen ein Beispiel von Rahmen mit fehlersicheren Merkmalen. Es sind rechte und linke Rahmen 425A und 425B vorhanden. Die Rahmen weisen erhabene Außenabschnitte 455 und Innenabschnitte 460 auf. Es sind Kühlkanäle 515 vorhanden. Es sind formschlüssige Löcher 520A und 520B und Stifte 525A und 525B vorhanden. Die formschlüssigen Stifte und Löcher verriegeln die Rahmen. Die formschlüssigen Löcher 520 und Stifte 525 können auf dem rechten und linken Rahmen versetzt sein. Der rechte Rahmen könnte zwei Sätze von Löchern und zwei Sätze von Stiften versetzt von den Löchern aufweisen, während der linke Rahmen zwei Sätze von Stiften, die den Löchern in dem rechten Rahmen entsprechen, und zwei Sätze von Löchern, die den Stiften in dem rechten Rahmen entsprechen, hätte. Die Löcher 520A an dem rechten Rahmen 425A greifen mit den Stiften 525B an dem linken Rahmen 425B, und die Stifte 525A an dem rechten Rahmen 425A greifen mit den Löchern 520B. Die rechten Rahmen 425A und die linken Rahmen 425B lassen sich leicht stapeln und trennen, wie in 8C–D gezeigt ist.
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Die rechten und linken Rahmen 425A und 425B wurden zum Herstellen des Batteriesatzes abwechseln. Diese Anordnung macht die Montage des Batteriesatzes fehlersicher, da der Versatz der Stifte und Löcher abwechselnde rechte und linke Rahmen erfordern.
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Es könnte ein Universalrahmen verwendet werden, wie er in 10–11 gezeigt ist. In der in 10A–C gezeigten Ausführungsform weist der Rahmen 425 erhabene Randabschnitte 455 und einen Innenabschnitt 460 auf. Es sind Kühlkanäle 515 vorhanden. Es sind symmetrische formschlüssige Löcher 520 und Stifte 525 vorhanden. Bei dieser Anordnung befinden sich die Stifte immer an einer Seite und die Löcher befinden sich immer an der anderen, was das Stapeln und Entstapeln etwas schwieriger macht. Die Rahmen werden beim Herstellen des Batteriesatzes umgedreht, wie in 10C gezeigt ist, was eine fehlersichere Herstellung vorsieht.
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Eine andere Universalrahmen-Ausführungsform ist in 11A–C gezeigt. In dieser Ausführungsform liegt eine diagonal symmetrische Auslegung von Stiften 525 und Löchern 520 vor. Die Rahmen können mühelos gestapelt und entstapelt werden, da sie wie in 11B gezeigt Stift an Stift sind. Jeder zweite Rahmen wird um 180° Grad gedreht, was fehlersichere Herstellung vorsieht.
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Zu beachten ist, dass Begriffe wie ”bevorzugt”, ”üblicherweise” und ”typischerweise” hierin nicht genutzt werden, um den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken oder um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale ausschlaggebend, wesentlich oder auch wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Vielmehr sollen diese Begriffe lediglich alternative oder zusätzliche Merkmale betonen, die in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, aber nicht genutzt werden müssen.
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Für die Zwecke des Beschreibens und Darlegens der vorliegenden Erfindung wird festgestellt, dass der Begriff ”Vorrichtung” hierin genutzt wird, um eine Kombination von Komponenten und einzelne Komponenten darzustellen, unabhängig davon, ob die Komponenten mit anderen Komponenten kombiniert sind. Zum Beispiel kann eine erfindungsgemäße ”Vorrichtung” eine elektrochemische Umwandlungsbaugruppe oder Brennstoffzelle, ein Fahrzeug, das eine elektrochemische Umwandlungsbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, etc. umfassen.
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Für die Zwecke des Beschreibens und Darlegens der vorliegenden Erfindung wird festgestellt, dass der Begriff ”im Wesentlichen” hierin genutzt wird, um den inhärenten Grad an Unsicherheit darzustellen, der einem quantitativen Vergleich, einem Wert, einer Messung oder einer anderen Darstellung zugeordnet sein kann. Der Begriff ”im Wesentlichen” wird hierin auch genutzt, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einem genannten Bezugswert abweichen kann, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands zu führen.
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Nach erfolgter ausführlicher Beschreibung der Erfindung unter Verweis auf bestimmte Ausführungsformen derselben, versteht sich, dass Abwandlungen und Änderungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Erfindung abzuweichen. Auch wenn im Einzelnen einige Aspekte der vorliegenden Erfindung hierin als bevorzugt oder besonders vorteilhaft bezeichnet sind, wird erwogen, dass die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf diese bevorzugten Aspekte der Erfindung beschränkt ist.
