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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf elektrisch betriebene Fahrzeuge und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Batteriewärmemanagementsystem, das in der Lage ist, Batteriezellen eines Batteriesystems innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs zu halten.
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HINTERGRUND
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Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs, Hybrid Electric Vehicles), Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEVs), batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge und andere bekannte elektrisch betriebene Fahrzeuge unterscheiden sich von konventionellen Kraftfahrzeugen darin, dass sie anstelle von oder zusätzlich zu einem Motor mit innerer Verbrennung von einer oder mehreren Elektromaschinen (d. h. Elektromotoren und/oder Generatoren) versorgt werden. Hochspannungsstrom zum Versorgen dieser Arten von Elektromaschine(n) wird typischerweise durch ein Traktionsbatteriesystem zugeführt, das eine oder mehrere Batteriezellen aufweist, die Energie speichern.
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Batteriesysteme werden typischerweise aus einem oder mehreren Batteriemodulen aufgebaut, die jeweils mehrere Batteriezellen aufweisen. Unter manchen Bedingungen wird in den Batteriezellen Wärme erzeugt. Diese Wärme muss möglicherweise abgeführt werden, um die Batteriezellenkapazität, -lebensdauer und -leistungsfähigkeit zu verbessern. Alternativ müssen die Batteriezellen möglicherweise beheizt werden, um unter anderen Bedingungen korrekt zu funktionieren, wie zum Beispiel bei extrem kalten Umgebungsbedingungen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Batteriewärmemanagementsystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem einen Wärmespreizer, einen Kühlmittelkanal, der am Wärmespreizer befestigt ist, und eine Zuführungssammelleitung, die mit dem Kühlmittelkanal fluidisch verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, dem Kühlmittelkanal ein Wärmeübertragungsmittel zuzuführen. Eine Rückführungssammelleitung ist fluidisch mit dem Kühlmittelkanal verbunden und dazu ausgelegt, das Wärmeübertragungsmittel aus dem Kühlmittelkanal auszustoßen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens steht der Wärmespreizer in Kontakt mit einer Batteriezelle.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform jedes der vorher genannten Systeme umfasst das System mehrere Batteriezellen und mehrere Wärmespreizer, wobei wenigstens einer der mehreren Wärmespreizer zwischen benachbarten Batteriezellen der mehreren Batteriezellen eingefügt ist.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist der Wärmespreizer eine getemperte Pyrographitplatte oder eine flexible Graphitlage.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist ein zweiter Kühlmittelkanal an einer dem Kühlmittelkanal gegenüberliegenden Kante des Wärmespreizers befestigt.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme befindet sich ein Vakuumisolierpaneel unterhalb des Wärmespreizers.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme befindet sich eine Folienheizung auf einer ersten Seite des Vakuumisolierpaneels und eine Grundfläche befindet sich auf einer zweiten Seite des Vakuumisolierpaneels.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist das Wärmeübertragungsmittel ein flüssiges Kühlmittel.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme enthält der Kühlmittelkanal wenigstens ein Steigerungsmerkmal.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme liefert eine zentrale Zuführungsleitung das Wärmeübertragungsmittel zur Zuführungssammelleitung, und eine zentrale Rückführungsleitung überträgt das Wärmeübertragungsmittel vom Kühlmittelkanal weg.
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Ein Batteriesystem nach einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem ein Batteriemodul, das wenigstens eine Batteriezelle und ein Batteriewärmemanagementsystem aufweist, das dazu ausgelegt ist, die wenigstens eine Batteriezelle als Reaktion auf eine erste Temperaturbedingung mit einer Folienheizung zu beheizen und die wenigstens eine Batteriezelle durch Übertragen von Wärme in den Wärmespreizer als Reaktion auf eine zweite Temperaturbedingung zu kühlen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Systems enthält das Batteriewärmemanagementsystem den der wenigstens einen Batteriezelle benachbarten Wärmespreizer, einen Kühlmittelkanal, der am Wärmespreizer befestigt ist, eine Zuführungssammelleitung in der Nähe einer ersten Seite des Kühlmittelkanals und eine Rückführungssammelleitung in der Nähe einer zweiten Seite des Kühlmittelkanals.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform jedes der vorher genannten Systeme enthält das Batteriewärmemanagementsystem einen Wärmetauscher, der dazu ausgelegt ist, ein Wärmeübertragungsmittel, das durch den Kühlmittelkanal übertragen wird, zu kühlen.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme enthält das Batteriewärmemanagementsystem eine Grundfläche, die die wenigstens eine Batteriezelle stützt.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist ein Vakuumisolierpaneel auf die Grundfläche montiert.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Systeme ist die Folienheizung zwischen dem Vakuumisolierpaneel und der wenigstens einen Batteriezelle positioniert.
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Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Übertragen von Wärme aus einer Batteriezelle zu einem Wärmespreizer, das Leiten der Wärme aus dem Wärmespreizer in einen Kühlmittelkanal und das Ableiten der Wärme in ein Wärmeübertragungsmittel, das im Kühlmittelkanal übertragen wird, für das Wärmemanagement der Batteriezelle.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorher genannten Verfahrens beinhaltet das Verfahren den Schritt, eine Temperaturbedingung der Batteriezelle abzutasten.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren den Schritt, die Batteriezelle als Reaktion darauf zu beheizen, dass die Temperaturbedingung eine kalte Umgebungsbedingung angibt.
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In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorher genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Anweisen des Ableitungsschritts als Reaktion darauf, dass die Temperaturbedingung eine warme Umgebungsbedingung angibt.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen, einschließlich jedem ihrer verschiedenen Aspekte oder entsprechender einzelner Merkmale, werden möglicherweise unabhängig oder in irgendeiner Kombination aufgenommen. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei dann, solche Merkmale sind unvereinbar.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden sich für Fachleute aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ergeben. Die Zeichnungen, die zur ausführlichen Beschreibung gehören, können kurz wie folgt beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
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2 veranschaulicht eine Vorderansicht eines Batteriemoduls eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
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3 veranschaulicht eine Draufsicht auf das Batteriemodul aus 2.
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4 veranschaulicht ein anderes Batteriemodul.
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5 veranschaulicht einen Kühlkanal eines Batteriewärmemanagementsystems.
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6 veranschaulicht ein Batteriewärmemanagementsystem für das Wärmemanagement eines Batteriesystems.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Batteriemodul zur Verwendung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Das beispielhafte Batteriemodul enthält ein Batteriewärmemanagementsystem, das zum Wärmemanagement einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriemoduls in der Lage ist. Zum Beispiel wird das hier beschriebene Batteriewärmemanagementsystem möglicherweise eingesetzt, um die Batteriezellen zu beheizen und/oder zu kühlen, um die Batteriezellen in einem gewünschten Temperaturbereich über einen Gesamtbereich von Umgebungsbedingungen zu halten. Diese und andere Merkmale werden in dieser Offenbarung beschrieben.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 12, wie zum Beispiel ein HEV. Obwohl für ein HEV aufgezeigt, sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, auf PHEVs, BEVs und Brennstoffzellenfahrzeuge.
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In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigtes System, das Folgendes einsetzt: ein erstes Antriebssystem, das eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 16 (d. h. eine erste Elektromaschine) enthält, und ein zweites Antriebssystem, das wenigstens einen Elektromotor 36 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 16 und ein Traktionsbatteriesystem 50 enthält. Zum Beispiel bilden der Elektromotor 36, der Generator 16 und das Traktionsbatteriesystem 50 möglicherweise ein Elektroantriebssystem 25 des Antriebsstrangs 10. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 30 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 anzutreiben, wie unten ausführlicher erörtert wird.
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Der Verbrennungsmotor 14, wie zum Beispiel ein Motor mit innerer Verbrennung, und der Generator 16 sind möglicherweise durch ein Verteilergetriebe 18 verbunden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Verteilergetriebe 18 ein Planetengetriebesatz. Selbstverständlich werden möglicherweise andere Arten von Verteilergetrieben, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 16 zu verbinden. Das Verteilergetriebe 18 enthält möglicherweise einen Zahnkranz 20, ein Sonnenrad 22 und eine Trägerbaugruppe 24. Der Generator 16 wird vom Verteilergetriebe 18 angetrieben, wenn er als ein Generator fungiert, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 16 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch er Drehmoment an eine Welle 26 abgibt, die mit der Trägerbaugruppe 24 des Verteilergetriebes 18 verbunden ist. Weil der Generator 16 betriebsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 vom Generator 16 gesteuert werden.
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Der Zahnkranz 20 des Verteilergetriebes 18 ist möglicherweise mit einer Welle 28 verbunden, die mit den Fahrzeugantriebsrädern 30 durch ein zweites Verteilergetriebe 32 verbunden ist. Das zweite Verteilergetriebe 32 enthält möglicherweise einen Zahnradsatz, der mehrere Zahnräder 34A, 34B, 34C, 34D, 34E und 34F aufweist. Andere Verteilergetriebe sind möglicherweise ebenfalls geeignet. Die Zahnräder 34A–34F übertragen Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 an ein Differentialgetriebe 38, um Traktion für die Fahrzeugantriebsräder 30 bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 38 enthält möglicherweise mehrere Zahnräder, die die Übertragung von Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 30 ermöglichen. Das zweite Verteilergetriebe 32 ist mechanisch mit einer Achse 40 durch das Differentialgetriebe 38 verkoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 30 zu verteilen.
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Der Elektromotor 36 kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 30 durch Drehmomentabgabe an eine Welle 46 anzutreiben, die ebenfalls mit dem zweiten Verteilergetriebe 32 verbunden ist. In einer Ausführungsform sind der Elektromotor 36 und der Generator 16 Teil eines Bremsenergierückgewinnungssystems, in dem sowohl der Elektromotor 36 als auch der Generator 16 als Elektromotoren eingesetzt werden können, um Drehmoment abzugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 36 als auch der Generator 16 beide elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus 48 und an das Traktionsbatteriesystem 50 abgeben. Das Traktionsbatteriesystem 50 ist möglicherweise eine Hochspannungsbatterie, die in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 36 und des Generators 16 abzugeben. Andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder -abgabeeinrichtungen können ebenfalls zur Verwendung im elektrisch betriebenen Fahrzeug 12 integriert sein. Das Traktionsbatteriesystem 50 wird möglicherweise aus einem oder mehreren Batteriemodulen gebildet, die Batteriezellen enthalten, die die zum Versorgen des Elektromotors 36 und/oder des Generators 16 nötige Energie speichern.
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Der Elektromotor 36, der Generator 16, das Verteilergetriebe 18 und das Verteilergetriebe 32 werden möglicherweise im Allgemeinen als eine Transaxle 42 oder Getriebe des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 bezeichnet. Wenn demzufolge ein Fahrer eine spezielle Schaltstellung auswählt, wird die Transaxle 42 geeignet gesteuert, um den entsprechenden Gang zum Voranbringen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 bereitzustellen, indem den Fahrzeugantriebsrädern 30 Traktion bereitgestellt wird.
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Der Antriebsstrang 10 enthält möglicherweise zusätzlich ein Steuerungssystem 44, um verschiedene Aspekte des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 zu überwachen und/oder zu steuern. Zum Beispiel kommuniziert das Steuerungssystem 44 möglicherweise mit dem Elektroantriebssystem 25, den Verteilergetrieben 18, 32 oder anderen Komponenten, um das elektrisch betriebene Fahrzeug 12 zu überwachen und/oder zu steuern. Das Steuerungssystem 44 enthält Elektronik und/oder Software, um die notwendigen Steuerungsfunktionen zum Betreiben des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 auszuführen. In einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem 44 eine Kombination aus Fahrzeugsystemsteuerung und Antriebsstrangsteuerungsmodul (VSC/PCM, vehicle system controller/powertrain control module). Obwohl es als eine einzelne Hardware-Einrichtung gezeigt wird, enthält das Steuerungssystem 44 möglicherweise mehrere Steuerungen in Form von mehreren Hardware-Einrichtungen oder mehreren Software-Steuerungen innerhalb einer oder mehrerer Hardware-Einrichtungen.
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Ein Controller Area Network (CAN) 52 gestattet es dem Steuerungssystem 44, mit der Transaxle 42 zu kommunizieren. Zum Beispiel nimmt das Steuerungssystem 44 möglicherweise Signale aus der Transaxle 42 auf, die angeben, ob ein Übergang zwischen Schaltstellungen stattfindet. Das Steuerungssystem 44 kommuniziert möglicherweise ebenfalls mit einem Batteriesteuerungsmodul des Traktionsbatteriesystems 50 oder anderen Steuerungseinrichtungen.
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Zusätzlich enthält das Elektroantriebssystem 25 möglicherweise eine oder mehrere Steuerungen 54, wie zum Beispiel eine Wechselrichtersystemsteuerung (ISC, Inverter System Controller). Die Steuerung 54 ist dazu ausgelegt, spezifische Komponenten innerhalb der Transaxle 42 zu steuern, wie zum Beispiel den Generator 16 und/oder den Elektromotor 36, wie zum Beispiel zur Unterstützung von bidirektionalem Leistungsfluss. In einer Ausführungsform ist die Steuerung 54 eine Wechselrichtersystemsteuerung, die mit einem einstellbaren Spannungswandler kombiniert ist (ISC/VVC, Inverter System Controller/Variable Voltage Converter).
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2 und 3 veranschaulichen ein beispielhaftes Batteriemodul 60, das in ein elektrisch betriebenes Fahrzeug integriert sein kann. Zum Beispiel wird das Batteriemodul 60 möglicherweise im Batteriesystem 50 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 aus 1 eingesetzt. Das Batteriesystem 50 könnte irgendeine Anzahl von Batteriemodulen 60 enthalten, um den Elektromaschinen 16, 36 des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 (siehe 1) elektrische Leistung zuzuführen. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Anzahl von durch das Batteriesystem 50 eingesetzten Batteriemodulen 60 diese Offenbarung einschränkt, und sie könnte abhängig von der Art des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 variieren.
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Eine oder mehrere Batteriezellen 62 können in Bezug aufeinander gestapelt sein, um das Batteriemodul 60 aufzubauen. Die Batteriezellen 62 sind möglicherweise aufeinander, an ihren Seiten oder in irgendeiner anderen Konfiguration gestapelt. Die Batteriezellen 62 sind in einer nicht einschränkenden Ausführungsform prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Möglicherweise werden auch andere Batteriezellenarten innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung genutzt. Jede Batteriezelle 62 enthält zwei Anschlüsse 65, die aus der Batteriezelle 62 nach außen hervorstehen. Zellenverbinder 63 (siehe 3) werden möglicherweise genutzt, um benachbarte Batteriezellen 62 parallel zu verbinden. Die Zellenverbinder 63 erstrecken sich möglicherweise in einer einzigen Ebene über den Batteriezellen 62. In einer Ausführungsform sind die Paare paralleler Batteriezellen 62 möglicherweise in Reihe mit anderen Paaren von Batteriezellen 62 verbunden.
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Möglicherweise wird Wärme während Auflade- und Entladeoperationen von jeder Batteriezelle 62 erzeugt. Möglicherweise wird auch während „Schlüssel-Aus”-Bedingungen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 12 Wärme in die Batteriezellen 62 als ein Ergebnis von relativ extremen (d. h. warmen) Umgebungsbedingungen übertragen. Das Batteriemodul 60 enthält daher möglicherweise ein Batteriewärmemanagementsystem 99 für das Wärmemanagement der Batteriezellen 62 über einen Gesamtbereich von Umgebungsbedingungen.
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In einer Ausführungsform enthält das Batteriewärmemanagementsystem 99 einen oder mehrere Wärmespreizer 64 (siehe 3) und Kühlmittelkanäle 66, eine Zuführungssammelleitung 68 und eine Rückführungssammelleitung 70. Wie nachstehend ausführlicher erörtert wird, wird Abwärme möglicherweise von den Batteriezellen 62 zu den Kanten der Wärmespreizer 64 übertragen und anschließend über ein Wärmeübertragungsmittel M, das durch die Kühlmittelkanäle 66 übertragen wird, abgeführt.
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Die Wärmespreizer 64 stellen Wärmeübertragung über eine Wickelachse 72 (siehe 2) der Batteriezellen 62 bereit. In einer Ausführungsform ist ein Wärmespreizer 64 zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 62 eingeschichtet. Die Wärmespreizer 64 können fest an den Batteriezellen 62 auf irgendeine bekannte Art und Weise befestigt sein. In einer Ausführungsform enthält das Batteriemodul 60 mehrere Batteriezellen 62 und mehrere Wärmespreizer 64, wobei wenigstens ein Wärmespreizer 64 zwischen benachbarten Batteriezellen 62 eingefügt ist.
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Die Wärmespreizer 64 können in irgendeiner Größe oder Form ausgeführt sein. Es ist beabsichtigt, dass die Gesamtanzahl, Größe und Form der Batteriezellen 62 und der Wärmespreizer 64 diese Offenbarung nicht einschränken.
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In einer Ausführungsform bestehen die Wärmespreizer 64 aus Aluminium- oder Kupferlagen. In einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Wärmespreizer 64 aluminiumgekapselte, getemperte Pyrographitplatten. In einer anderen Ausführungsform sind die Wärmespreizer 64 flexible Graphitlagen. In noch einer anderen Ausführungsform bestehen die Wärmespreizer 64 aus Aluminium oder Stahl. Zum Beispiel dient möglicherweise ein Aluminium- oder Stahlbatteriegehäuse als ein Wärmespreizer. Die Wärmespreizer 64 weisen eine relativ große Wärmeleitfähigkeit auf, um Wärme aus den Batteriezellen 62 hinaus zu leiten. Andere thermisch leitfähige Materialien (z. B. Wärmerohre) sind als Wärmespreizer 64 möglicherweise ebenfalls geeignet.
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Ein Kühlmittelkanal 66 ist möglicherweise an jeder Seite des Wärmespreizers 64 befestigt. Die Kühlmittelkanäle 66 sind möglicherweise mit dem Wärmespreizer 64 auf irgendeine bekannte Art und Weise verbunden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Löten, Hartlöten oder durch das Verwenden von Wärmeleitpaste. Falls die Batteriezellen 62 elektrisch aktive Metallgehäuse einschließen, sind die Wärmespreizer 64 möglicherweise elektrisch von den Batteriezellen 62 isoliert, zum Beispiel unter Verwendung von dünnen Kunststoffbeschichtungen. Die Kühlmittelkanäle 66 erstrecken sich möglicherweise auch über eine gesamte Länge L des Batteriemoduls 60 (siehe Draufsicht in 3). Mit anderen Worten: Die Kühlmittelkanäle 66 definieren eine einzelne Rohrleitung entlang jeder Seite des Batteriemoduls 60.
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Ein Wärmeübertragungsmittel M wird möglicherweise durch die Kühlmittelkanäle übertragen, um Wärme abzuführen, die durch die Wärmespreizer 64 aus den Batteriezellen 62 geleitet worden ist. Das Wärmeübertragungsmittel M ist möglicherweise ein flüssiges Kühlmittel. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform enthält das Wärmeübertragungsmittel M 60% Ethylenglycol und 40% Wasser. Allerdings sind für diese Anwendung möglicherweise andere Wärmeübertragungsmittel oder Kühlmittel geeignet.
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Das Wärmeübertragungsmittel M wird durch die Zuführungssammelleitung 68 übertragen. Die Zuführungssammelleitung 68 überträgt das Wärmeübertragungsmittel M zum Kühlmittelkanal 66, bevor es durch die Rückführungssammelleitung 70 austritt. In einer Ausführungsform befindet sich die Zuführungssammelleitung 68 in der Nähe eines Bodens 74 des Kühlmittelkanals 66, und die Rückführungssammelleitung 70 befindet sich in der Nähe einer Oberseite 76, die dem Boden 74 gegenüber liegt. In der veranschaulichten Ausführungsform läuft das Wärmeübertragungsmittel M vertikal vom Boden 74 zur Oberseite 76 des Kühlmittelkanals 66 (siehe 2). Allerdings wird eine umgekehrte Konfiguration ebenfalls in Betracht gezogen, bei der das Wärmeübertragungsmittel M innerhalb des Kühlkanals 66 von der Oberseite 76 abwärts zum Boden 74 hin fließt (siehe 4). In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Rückführungssammelleitung 70 in einer Ebene, die über der Ebene der Zellenverbinder 63 liegt.
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Die Batteriezellen 62 werden, ebenso wie die verschiedenen anderen Komponenten des Batteriemoduls 60, von einer Grundfläche 78 gestützt. Die Grundfläche 78 ist eine Stützstruktur, die Belastungen des Batteriemoduls 60 in einen Batteriestützrahmen (nicht dargestellt) überträgt.
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Ein Vakuumisolierpaneel (VIP) 80 ist möglicherweise an die Grundfläche 78 montiert. Das VIP 80 isoliert die Grundfläche 78 und schützt die Batteriezellen 62 gegenüber Umgebungstemperaturen. Das VIP 80 enthält möglicherweise eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, um die Batteriezellen 62 von Schwankungen in Umgebungsbedingungen thermisch zu isolieren.
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Eine Folienheizung 82 ist möglicherweise so positioniert, dass sie sich zwischen den Batteriezellen 62 und dem VIP 80 erstreckt. Mit anderen Worten: Die Folienheizung 82 befindet sich möglicherweise am Boden der Batteriezellen 62. Die Folienheizung 82 wird selektiv eingeschaltet, um die Batteriezellen 62 zu beheizen, wie zum Beispiel bei extrem kalten Umgebungsbedingungen. In einer Ausführungsform ist die Folienheizung 82 eine Folienheizung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), obwohl andere Heizeinrichtungen ebenfalls in Betracht gezogen werden.
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5 veranschaulicht einen Kühlmittelkanal 166 eines Batteriewärmemanagementsystems 99. Wo es angebracht ist, bezeichnen in dieser Offenbarung gleiche Referenznummern gleiche Elemente, und Referenznummern, zu denen 100 oder Vielfache davon addiert ist, bezeichnen modifizierte Elemente, die so zu verstehen sind, dass sie die gleichen Merkmale und Vorteile wie die entsprechenden Originalelemente einschließen.
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Ein Wärmespreizer 64 erstreckt sich zwischen einer ersten Batteriezelle 62A und einer zweiten Batteriezelle 62B. Der Kühlmittelkanal 166 ist mit einer Kante 94 des Wärmespreizers 64 verbunden.
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In einer Ausführungsform enthält der Kühlmittelkanal 166 wenigstens ein Steigerungsmerkmal 90. Die Steigerungsmerkmale 90 erhöhen die Wärmeübertragungswirkung zwischen dem Wärmeübertragungsmittel M (siehe 2) und dem Kühlkanal 166. Die Steigerungsmerkmale 90 werden auf einer inneren Wandung 92 des Kühlmittelkanals 166 gebildet, oder sie erstrecken sich von dieser. Die Steigerungsmerkmale 90 könnten mehrere Kühlrippen 96 enthalten, die sich diagonal über den Kühlmittelkanal 166 erstrecken. Allerdings könnten andere Steigerungsmerkmale, die andere Konfigurationen aufweisen, im Aufbau integriert sein, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Kühlrippen, Turbulatoren, Vertiefungen oder andere Merkmale.
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6 veranschaulicht schematisch den Betrieb des Batteriewärmemanagementsystems 99 als Teil eines geschlossenen Systems für das Wärmemanagement der Batteriezellen 62 mehrerer Batteriemodule 60 eines Batteriesystems 50. Das Batteriewärmemanagementsystem 99 enthält möglicherweise eine zentrale Zuführungsleitung 102 und eine zentrale Rückführungsleitung 104. Die zentrale Zuführungsleitung 102 und die zentrale Rückführungsleitung 104 erstrecken sich möglicherweise zu irgendeiner Stelle in Bezug auf die Batteriemodule 60 des Batteriesystems 50. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform erstrecken sich die zentrale Zuführungsleitung 102 und die zentrale Rückführungsleitung 104 entlang einem Mittelpunkt des Batteriesystems 50 zwischen horizontal benachbarten Batteriemodulen 60.
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Die zentrale Kühlmittelzuführungsleitung 102 liefert den Zuführungssammelleitungen 68, die den Kühlmittelkanälen 66 zuführen, das Wärmeübertragungsmittel M (siehe 2–3). Die zentrale Kühlmittelrückführungsleitung 104 steht in fluidischer Verbindung mit den Rückführungssammelleitungen 70 (siehe 2–3), um das Wärmeübertragungsmittel M aus dem Batteriesystem 50 nach dem Abführen von Wärme aus den Batteriezellen 62 jedes Batteriemoduls 60 auszustoßen.
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Das Wärmeübertragungsmittel M wird möglicherweise in einem Tank 106 gespeichert. Eine Pumpe 108 wälzt das Wärmeübertragungsmittel M durch das geschlossene Batteriewärmemanagementsystem 99 um.
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Ein Wärmetauscher 84 ist möglicherweise hinter der zentralen Rückführungsleitung 104 positioniert. Das Wärmeübertragungsmittel M kann daher zum Wärmetauscher 84 übertragen werden, nachdem es durch die Kühlmittelkanäle 66 übertragen worden ist, um Wärme aus den Batteriezellen 62 abzuführen. Nachdem es vom Wärmetauscher 84 gekühlt worden ist (zum Beispiel unter Verwendung einer separaten Kühleinheit, nicht dargestellt), wird das Wärmeübertragungsmittel M möglicherweise in die zentrale Zuführungsleitung 102 zurückgeführt, um das Wärmeübertragungsmittel M zum Abführen zusätzlicher Wärme aus den Batteriezellen 62 erneut umzuwälzen.
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In einer nicht einschränkenden Verwendung kann das Batteriewärmemanagementsystem 99 die Batteriezellen 62 als Reaktion auf eine erste Temperaturbedingung TC1 (d. h. relativ kalte Umgebungstemperaturen) beheizen und die Batteriezellen 62 als Reaktion auf eine zweite Temperaturbedingung TC2 (d. h. relativ warme Umgebungstemperaturen) kühlen. Die erste und die zweite Temperaturbedingung TC1 und TC2 können vom Steuerungssystem 44 abgetastet werden (siehe auch 1), das möglicherweise mit dem Wärmemanagementsystem 99 in Verbindung steht. Das Steuerungssystem 44 schaltet die Folienheizung 82 (schematisch in 6 gezeigt) möglicherweise als Reaktion auf das Abtasten der ersten Temperaturbedingung TC1 ein. Die Folienheizung 82 beheizt die Batteriezellen 62, wenn sie eingeschaltet ist. Die Batteriezellen 62 müssen möglicherweise während des Nichtbetriebs des elektrisch betriebenen Fahrzeugs beheizt werden, wie zum Beispiel während der Wintermonate kälterer Klimazonen. Das Wärmeübertragungsmittel M wird möglicherweise als Reaktion auf die erste Temperaturbedingung TC1 nicht durch das Batteriewärmemanagementsystem 99 umgewälzt.
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Die Folienheizung 82 erhält als Reaktion auf das Abtasten der zweiten Temperaturbedingung TC2 eine Anweisung Aus. Der Wärmetauscher 84 wird möglicherweise zum Kühlen des Wärmeübertragungsmittels M als Reaktion auf das Abtasten der zweiten Temperaturbedingung TC2 verwendet. Das gekühlte Wärmeübertragungsmittel M wird dann möglicherweise zum Kühlen der Batteriezellen 62 zur zentralen Zuführungsleitung 102 zurückgeführt. Wärme aus den Batteriezellen 62 wird in das Wärmeübertragungsmittel M abgeleitet, wenn es im Innern der Kühlmittelkanäle 66 übertragen wird. Die Batteriezellen 62 müssen möglicherweise bei relativ warmen Umgebungsbedingungen gekühlt werden, wie zum Beispiel während der Sommermonate oder in wärmeren Klimazonen.
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Obwohl die unterschiedlichen, nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht werden, dass sie spezifische Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese besonderen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus irgendeiner der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus irgendeiner der anderen, nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Referenzziffern durchweg entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Obwohl eine besondere Komponentenanordnung offenbart und in diesen Ausführungsbeispielen veranschaulicht wird, versteht es sich, dass auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorher genannte Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht als in irgendeinem Sinne einschränkend interpretiert werden. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass gewisse Modifikationen in den Schutzbereich dieser Offenbarung gelangen können. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Schutzbereich und Gehalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
