DE102015103475A1

DE102015103475A1 - Seitlich angebrachte wärmeplatte für traktionsbatterie

Info

Publication number: DE102015103475A1
Application number: DE102015103475.1A
Authority: DE
Inventors: Suriyaprakash Ayyangar Janarthanam; Bhaskara Boddakayala; Saravanan Paramasivam; Sai Kanchana Perumalla
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-09-17
Also published as: CN104916878A; CN104916878B; US20150263397A1

Abstract

Eine Batteriebaugruppe kann eine Anordnung von Batteriezellen aufweisen, die jeweils ein oberes und ein unteres Ende, eine Fläche, die sich dazwischen erstreckt und teilweise eine Außenfläche der Anordnung definiert, und Klemmen aufweisen, die sich von dem oberen Ende erstrecken. Die Batteriebaugruppe kann auch eine Exo-Stützstruktur, die mehrere Haltesegmente aufweist, die konfiguriert sind, das obere und das untere Ende zu stützen, und eine Wärmeplatte aufweisen, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang der Außenseite der Anordnung erstrecken. Die Wärmeplatte kann ausgelegt sein, mit den Batteriezellen über die Flächen in Wärmeverbindung zu treten. Die Exo-Stützstruktur kann ferner eine andere Wärmeplatte aufweisen, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang einer anderen Außenseite der Anordnung erstrecken und ausgelegt sind, mit den Zellen in Wärmeverbindung zu treten. Die Batterieanordnung kann mindestens einen Zellseparator aufweisen, der aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist, das zwischen zwei benachbarten Zellen angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Wärmemanagementsysteme für Hochspannungsbatterien, die in Fahrzeugen benutzt werden.
HINTERGRUND
Fahrzeuge wie batterieelektrische Fahrzeuge (BEV), einsteckbare hybridelektrische Fahrzeuge (PHEV) oder voll hybridelektrische Fahrzeuge (FHEV) enthalten eine Traktionsbatterie wie eine Hochspannungs-(„HS”)-Batterie, die als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug fungiert. Die HS-Batterie kann Komponenten und Systeme aufweisen, welche die Regelung der Fahrzeugleistung und der Betriebsabläufe unterstützen. Die HS-Batterie kann eine oder mehrere Anordnungen von Batteriezellen aufweisen, die zwischen Batteriezellenklemmen und Verbindungssammelschienen elektrisch miteinander verbunden sind. Die HS-Batterie und die Umgebung können ein Wärmemanagementsystem aufweisen, das die Regelung der Temperatur der HS-Batteriekomponenten, Systeme und einzelner Batteriezellen unterstützt.
KURZDARSTELLUNG
Eine Batteriebaugruppe weist eine Anordnung von Batteriezellen auf, die jeweils ein oberes und ein unteres Ende, eine Fläche, die sich dazwischen erstreckt und teilweise eine Außenfläche der Anordnung definiert, und Klemmen aufweisen, die sich von dem oberen Ende erstrecken. Die Batteriebaugruppe weist auch eine Exo-Stützstruktur, die mehrere Haltesegmente, die zum Stützen der Enden konfiguriert sind, und eine Wärmeplatte auf, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang der Außenseite der Anordnung erstrecken und ausgelegt sind, mit den Zellen über die Flächen in Wärmeverbindung zu treten. Die Batteriebaugruppe kann ferner eine Wärmeleitschicht aufweisen, die zwischen und in Kontakt mit den Flächen und der Wärmeplatte angeordnet ist. Die Wärmeplatte kann die Flächen der Batteriezellen direkt kontaktieren. Mindestens eines der Haltesegmente kann einen Segmentkanal darin definieren, der sich entlang eines Abschnitts des oberen und unteren Endes erstreckt, der die Flächen nicht aufweist. Jede der Batteriezellen kann eine andere Fläche aufweisen, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende gegenüber der anderen Fläche erstreckt und teilweise eine andere Außenseite der Anordnung definiert, wobei die Exo-Stützstruktur ferner eine andere Wärmeplatte aufweisen kann, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang der anderen Außenseite der Anordnung erstrecken und ausgelegt sind, mit den Zellen über die andere Fläche in Wärmeverbindung zu treten. Die Batteriebaugruppe kann mindestens einen Zellseparator aufweisen, der aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist, das zwischen zwei benachbarten Zellen angeordnet ist. Der Zellseparator kann konfiguriert sein, die zwei benachbarten Zellen an Abschnitten der Zellen auf drei Seiten zu kontaktieren, die das obere und das untere Ende nicht aufweisen, und kann konfiguriert sein, Wärme daraus abzuleiten. Das wärmeleitfähige Material kann aus keramikdotiertem Polyethylen oder Polypropylen von hoher Dichte oder aus einem Aluminium gefertigt sein, das mit Keramik oder Verbundfolie beschichtet ist.
Ein Fahrzeug weist eine Batteriezellenanordnung mit zwei Seitenabschnitten und zwei Wärmeplatten auf, die jeweils mit der Batteriezellenanordnung auf gegenüberliegenden Seitenabschnitten der Anordnung in Wärmeverbindung stehen und jeweils mehrere im Wesentlichen horizontale Kanäle in Bezug auf die Anordnung darin definieren. Das Fahrzeug weist auch eine Erweiterungsplatte auf, die mindestens einen Erweiterungsplattenkanal aufweist, der mit mindestens einem der im Wesentlichen horizontalen Kanäle in Fluidverbindung steht. Das Fahrzeug weist auch ein Wärmeerzeugungsmodul auf, das mit der Anordnung elektrisch verbunden ist und an der Erweiterungsplatte befestigt ist und damit in Wärmeverbindung steht. Das Fahrzeug weist auch eine Exo-Stützstruktur auf, die konfiguriert ist, die Anordnung zu stützen und die Wärmeplatten unterzubringen und derart auszurichten, dass sich jeder der im Wesentlichen horizontalen Kanäle entlang einer Länge eines der Seitenabschnitte der Anordnung erstreckt. Das Fahrzeug kann eine Wärmeleitschicht aufweisen, die zwischen und in Kontakt mit mindestens einem der Seitenabschnitte und Wärmeplatten angeordnet ist. Mindestens ein Zellseparator, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist, kann sich zwischen zwei benachbarten Batteriezellen befinden und konfiguriert sein, drei Seiten einer der Batteriezellen derart zu kontaktieren, dass Wärme daraus und zu den Wärmeplatten abgeleitet wird. Die Exo-Stützstruktur kann mehrere Haltesegmente definieren, die zum Stützen der Anordnung konfiguriert sind, und die Haltesegmente können mindestens einen Haltekanal darin definieren. Der mindestens eine Haltekanal kann sich entlang eines Abschnitts eines oberen oder unteren Endes der Anordnung erstrecken. Das Fahrzeug kann auch einen Batterieträger aufweisen, der zum Stützen der ersten und der zweiten Stützstruktur konfiguriert ist. Ein unterer Abschnitt der Anordnung, der Stützstrukturen und des Batterieträgers kann einen Hohlraum definieren, sodass Luft unterhalb der Anordnung strömen kann. Die Wärmeplatten können Einlässe definieren, die mit den Kanälen verbunden sind, wobei die Wärmeplatten derart angeordnet sein können, dass sich die Einlässe an gegenüberliegenden Enden der Anordnung befinden.
Ein Batterie-Wärmemanagementsystem weist eine Batteriezellenanordnung auf, die Batteriezellen, zwei Wärmeplatten, die auf jeder Seite der Anordnung angeordnet sind, und eine Exo-Stützstruktur aufweist, die konfiguriert ist, die zwei Wärmeplatten unterzubringen und die Anordnung zu stützen. Die Wärmeplatten definieren jeweils eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, die an gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Wärmeplatte angeordnet sind, und mehrere Kanäle, die jeweils einen Einlass, der mit der Einlassöffnung verbunden ist, und einen Auslass aufweisen, der mit der Auslassöffnung verbunden ist. Die Exo-Stützstruktur ist konfiguriert, die zwei Wärmeplatten unterzubringen und die Anordnung zu stützen. Die Wärmeplatten und die Exo-Stützstruktur sind derart angeordnet, dass sich die Kanäle entlang einer Breite jeder äußeren Fläche der Batteriezellen erstrecken und zu einer Höhe der Anordnung im Wesentlichen senkrecht sind. Eine der Wärmeplatten kann ferner eine Erweiterungsplatte definieren, die mehrere Erweiterungsplattenkanäle definieren, die mit mindestens einem der mehreren Kanäle in Fluidverbindung stehen und konfiguriert sind, mit einem daran befestigten Wärmeerzeugungsmodul in Wärmeverbindung zu treten. Das Batterie-Wärmemanagementsystem kann auch eine andere Batteriezellenanordnung aufweisen, die von der Exo-Stützstruktur gestützt wird und mit der anderen Batteriezellenanordnung derart angeordnet ist, dass eine der Wärmeplatten dazwischen angeordnet ist und mit beiden Batteriezellenanordnungen in Wärmeverbindung steht. Mehrere Zellseparatoren, die aus wärmeleitfähigen Materialien gefertigt sind, können sich zwischen benachbarten Batteriezellen befinden und konfiguriert sein, drei Seiten einer der benachbarten Batteriezellen zu kontaktieren und Wärme daraus abzuleiten. Die Zellseparatoren können C-förmig oder I-förmig sein. Das Batterie-Wärmemanagementsystem kann ferner einen Zellseparatorblock aufweisen, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist und konfiguriert ist, in der Exo-Stützstruktur zu sitzen, und mehrere Schlitze definiert, die zum Aufnehmen der Batteriezellen ausgelegt sind. Die Exo-Stützstruktur kann mehrere Haltesegmente definieren, die konfiguriert sind, die Anordnung zu stützen, wobei die Haltesegmente mindestens einen Haltekanal darin definieren und derart angeordnet sind, dass sich der mindestens eine Haltekanal entlang eines Abschnitts eines oberen oder unteren Endes der Anordnung erstreckt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines batterieelektrischen Fahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Wärmemanagementsystems für die Traktionsbatterie des Fahrzeugs in 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Traktionsbatterie-Baugruppe, die eine Exo-Stützstruktur für eine Batteriezellenanordnung aufweist.
4 ist eine Draufsicht der Batterieanordnung aus 3.
5 ist eine perspektivische Ansicht der Batteriezellenanordnung der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3.
6 ist eine Vorderansicht im Querschnitt eines Abschnitts der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmeplattenabschnitts der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3.
8A ist eine Seitenansicht im Querschnitt der Wärmeplatte aus 7.
8B ist eine erläuternde Draufsicht der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3, die ein Beispiel von Richtungen für eine Wärmefluidströmung darstellt.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Traktionsbatterie-Baugruppe, in der eine Wärmeplatte eine Wärmeplattenerweiterung und ein Wärmeerzeugungsmodul aufweist.
10 ist eine perspektivische Ansicht der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3, einschließlich einer anderen Batteriezellenanordnung und einer Exo-Stützstruktur.
11A ist eine Draufsicht eines Abschnitts der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3 mit zwei Typen von Batteriezellenseparatoren.
11B ist eine perspektivische Ansicht der zwei Batteriezellenseparatoren aus 11A.
11C ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriezellenseparatorblocks zur Verwendung mit der Traktionsbatterie-Baugruppe aus 3.
11D ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriezellenseparatorblocks zur Verwendung mit den zylindrischen Batteriezellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Man wird jedoch verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten aufzuzeigen. Daher sind spezifische hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern nur als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf jede beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen hervorzubringen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 stellt eine schematische Darstellung eines typischen einsteckbaren hybridelektrischen Fahrzeugs (PHEV) dar. Ein typisches einsteckbares hybridelektrisches Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mit einem Hybridgetriebe 16 mechanisch verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können als ein Elektromotor oder ein Generator betrieben werden. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mit einem Motor 18 mechanisch verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mit einer Antriebswelle 20 mechanisch verbunden, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können eine Antriebs- und Abbremsfunktion bereitstellen, wenn der Motor 18 ein- oder abgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile im Hinblick auf die Kraftstoffökonomie bereitstellen, indem sie Energie wiedergewinnen, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das hybridelektrische Fahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen im Elektromodus betrieben werden kann.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstromausgabe aus einer oder mehreren Batteriezellenanordnungen, die manchmal als Batteriezellenstapel bezeichnet werden, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenanordnungen können eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Die Traktionsbatterie 24 ist durch ein oder mehrere Schütze (nicht dargestellt) mit einer oder mehreren leistungselektronischen Modulen 26 elektrisch verbunden. Das eine oder die mehreren Schütze isolieren die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das leistungselektronische Modul 26 ist mit den elektrischen Maschinen 14 auch elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, elektrische Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bidirektional zu übertragen. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine dreiphasige Wechselstromspannung zum Funktionieren benötigen. Das leistungselektronische Modul 26 kann je nach Anforderung der elektrischen Maschinen 14 die Gleichstromspannung in eine dreiphasige Wechselstromspannung umwandeln. In einem regenerativen Modus kann das leistungselektronische Modul 26 die dreiphasige Wechselstromspannung aus den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Die vorliegende Beschreibung ist ebenso auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Für ein reines Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 eine Gangschaltung sein, die mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und der Motor 18 kann nicht vorhanden sein.
Neben der Bereitstellung von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichstrom-/Gleichstrom-Wandlermodul 28 aufweisen, das die Hochspannungs-Gleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-Gleichstromzufuhr umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten wie Kompressoren und Elektroheizvorrichtungen können ohne die Verwendung eines Gleichstrom-/Gleichstrom-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. 12 V-Batterie) elektrisch verbunden.
Ein batterieelektrisches Steuermodul (BECM) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 verbunden sein. Das BECM 33 fungiert als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem aufweisen, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen überwacht. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 wie einen Thermistor oder eine andere Temperaturmessanzeige aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 verbunden sein, um Temperaturdaten hinsichtlich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug wie ein einsteckbares Hybridfahrzeug oder ein batterieelektrisches Fahrzeug sein, in dem die Traktionsbatterie 24 von einer externen Leistungsquelle 36 aufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit einem Elektroausgang verbunden sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit elektrischer Fahrzeugversorgungsausrüstung (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen bereitstellen und derart gesteuert werden, dass sie die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 regelt und verwaltet. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromenergie bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann ein beliebiger Anschlusstyp sein, der konfiguriert ist, Leistung von der EVSE 38 auf das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder bordseitigen Leistungswandlermodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlermodul 32 kann die Leistung, die von der EVSE 38 zugeführt wird, konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die entsprechenden Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlermodul 32 kann mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen erläuterten Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über serielle Busse (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
Die Batteriezellen wie prismatische Zellen, eine zylindrische Zelle oder eine Beutelzelle können elektrochemische Zellen aufweisen, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) aufweisen. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich während der Entladung Ionen zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann während der Aufladung zurückkehren. Klemmen können ermöglichen, dass Strom zur Verwendung von dem Fahrzeug aus der Zelle fließt. Die Klemmen jeder Batteriezelle können, wenn sie in einer Anordnung mit mehreren Batteriezellen angeordnet sind, mit gegenüberliegenden (positiven und negativen) Klemmen benachbart zueinander ausgerichtet sein und eine Sammelschiene kann zur Erleichterung einer Serienverbindung zwischen den mehreren Batteriezellen beitragen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, sodass ähnliche Klemmen (positiv und positiv oder negativ und negativ) benachbart zueinander liegen. Zum Beispiel können zwei Batteriezellen mit positiven Klemmen benachbart zueinander angeordnet sein und die nächsten zwei Zellen können mit negativen Zellen benachbart zueinander angeordnet sein. In diesem Beispiel kann die Sammelschiene Klemmen aller vier Zellen kontaktieren.
Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines flüssigen Wärmemanagementsystems, eines Luft-Wärmemanagementsystems oder anderer im Stand der Technik bekannter Verfahren erwärmt und/oder abgekühlt werden. In einem Beispiel eines flüssigen Wärmemanagementsystems und unter Bezugnahme auf 2 kann die Traktionsbatterie 24 eine Batteriezellenanordnung 88 aufweisen, die von einer Wärmeplatte 90 gestützt dargestellt ist, die von einem Wärmemanagementsystem erwärmt und/oder abgekühlt werden soll. Die Batteriezellenanordnung 88 kann mehrere Batteriezellen 92 aufweisen, die benachbart zueinander angeordnet sind. Das Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul 28, das BECM 33 und/oder ein Ladegerät können unter bestimmten Betriebsbedingungen ebenfalls ein Wärmemanagement erforderlich machen. Eine Wärmeplatte 91 kann das Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul 28, das BECM 33 und/oder das Ladegerät stützen und das Wärmemanagement davon unterstützen. Zum Beispiel kann das Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul 28 während einer Spannungsumwandlung Wärme erzeugen, die abgeleitet werden muss. Als Alternative können Wärmeplatten 90 und 91 miteinander in Fluidverbindung stehen, um eine gemeinsame Fluideinlassöffnung und eine gemeinsame Auslassöffnung zu nutzen.
In einem Beispiel kann die Batteriezellenanordnung 88 an der Wärmeplatte 90 derart befestigt sein, dass nur eine Oberfläche jeder der Batteriezellen 92 wie eine untere Oberfläche mit der Wärmeplatte 90 in Kontakt steht. Die Wärmeplatte 90 und einzelne Batteriezellen 92 können Wärme untereinander übertragen, um das Management der Wärmekonditionierung der Batteriezellenanordnung 88 während Fahrzeugbetriebsabläufen zu unterstützen. Eine gleichmäßige Wärmefluidverteilung und eine hohe Wärmeübertragungskapazität sind zwei Überlegungen bezüglich der Wärmeplatte 90, um ein effektives Wärmemanagement der Batteriezellenanordnungen 88 und anderer umliegender Komponenten bereitzustellen. Da Wärme zwischen der Wärmeplatte 90 und dem Wärmefluid durch Leitung und Konvektion übertragen wird, ist der Oberflächenbereich in einem Wärmefluid-Strömungsfeld für eine effektive Wärmeübertragung sowohl zur Abfuhr von Wärme als auch zur Vorheizung der Batteriezellen 92 bei kalten Temperaturen wichtig. Zum Beispiel erzeugt das Laden und Entladen der Batteriezellen Wärme, welche die Leistung und die Lebensdauer der Batteriezellenanordnung 88 negativ beeinflussen kann, falls sie nicht abgeführt wird. Alternativ kann die Wärmeplatte 90 auch Wärme bereitstellen, um die Batteriezellenanordnung 88 vorzuwärmen, wenn sie kalten Temperaturen ausgesetzt ist.
Die Wärmeplatte 90 kann einen oder mehrere Kanäle 93 und/oder einen Hohlraum aufweisen, um Wärmefluid durch die Wärmeplatte 90 zu verteilen. Zum Beispiel kann die Wärmeplatte 90 eine Einlassöffnung 94 und eine Auslassöffnung 96 aufweisen, die mit den Kanälen 93 zur Bereitstellung und Umwälzung des Wärmefluids in Verbindung stehen können. Die Positionierung der Einlassöffnung 94 und Auslassöffnung 96 in Bezug auf die Batteriezellenanordnungen 88 kann variieren. Zum Beispiel können, wie in 2 dargestellt, die Einlassöffnung 94 und die Auslassöffnung 96 in Bezug auf die Batteriezellenanordnungen 88 zentral angeordnet sein. Die Einlassöffnung 94 und die Auslassöffnung 96 können auch zu der Seite der Batteriezellenanordnungen 88 angeordnet sein. Als Alternative kann die Wärmeplatte 90 einen Hohlraum (nicht dargestellt) definieren, der mit der Einlassöffnung 94 und der Auslassöffnung 96 verbunden ist, um das Wärmefluid bereitzustellen und umzuwälzen. Die Wärmeplatte 91 kann eine Einlassöffnung 95 und eine Auslassöffnung 97 aufweisen, um Wärmefluid abzugeben und zu entfernen. Wahlweise kann eine Lage Wärmeleitmaterial (nicht dargestellt) auf die Wärmeplatte 90 und/oder 91 unter der Batteriezellenanordnung 88 und/oder dem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandermodul 28 und dem BECM 33 aufgebracht werden. Die Lage Wärmeleitmaterial kann die Wärmeübertragung zwischen der Batteriezellenanordnung 88 und der Wärmeplatte 90 beispielsweise durch Füllen von Lücken und/oder Luftspalten zwischen den Batteriezellen 92 und der Wärmeplatte 90 verbessern. Das Wärmeleitmaterial kann auch eine elektrische Isolierung zwischen der Batteriezellenanordnung 88 und der Wärmeplatte 90 bereitstellen. Ein Batterieträger 98 kann die Wärmeplatte 90, die Wärmeplatte 91, die Batteriezellenanordnungen 88 und andere Komponenten stützen. Der Batterieträger 98 kann eine oder mehrere Aussparungen aufweisen, um Wärmeplatten aufzunehmen.
Unterschiedliche Batteriepackkonfigurationen können erhältlich sein, um individuellen Fahrzeugvariablen, einschließlich räumlichen Beschränkungen und Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Die Batteriezellenanordnungen 88 können in einer Abdeckung oder einem Gehäuse (nicht dargestellt) enthalten sein, um die Batteriezellenanordnungen 88 und andere umliegende Komponenten wie das Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul 28 und das BECM 33 zu schützen und zu umschließen. Die Batteriezellenanordnungen 88 können an mehreren unterschiedlichen Stellen angeordnet sein, einschließlich z. B. unter einem Vordersitz, unter einem Rücksitz oder hinter dem Rücksitz des Fahrzeugs. Allerdings wird in Betracht gezogen, dass die Batteriezellenanordnungen 88 an einer beliebigen geeigneten Stelle in dem Fahrzeug 12 angeordnet sein können.
Zwei Beispiele von gewünschten Wärmeplattenleistungen können (i) die Extraktion einer maximalen Wärmemenge aus den Batteriezellen und (ii) die Beibehaltung einer im Wesentlichen gleichmäßigen Temperatur an einer Basis der Batteriezellen einschließen. Zur Erzielung dieser Leistungen kann ein Wärmemanagementsystem verschiedene Überlegungen berücksichtigen. Zum Beispiel kann eine Temperatur der Batteriezelle innerhalb der Zelle zwischen einer minimalen und einer maximalen Temperatur variieren, die als eine Batteriezellen-Deltatemperatur bezeichnet werden kann („Zellen-ΔT”). In einer Batteriezellenanordnung können die Temperaturen der Batteriezellen innerhalb der Batteriezellenanordnung zwischen einer minimalen und einer maximalen Temperatur variieren, die als eine Batteriezellenanordnungs-Deltatemperatur bezeichnet werden kann („Anordnungs-ΔT”). Messungen von niedrigeren Zellen-ΔT und Anordnungs-ΔT weisen typischerweise auf eine gleichmäßigere Temperaturverteilung innerhalb der Batteriezelle bzw. der Batteriezellenanordnung hin. Dementsprechend kann die Maximierung der Wärmeübertragungseffizienz zwischen der Batteriezellenanordnung und der Wärmeplatte zur Minimierung der Zellen-ΔT und der Anordnungs-ΔT beitragen. Eine gewünschte Zellen-ΔT und eine gewünschte Anordnungs-ΔT können je nach den Leistungsanforderungen für verschiedene Fahrzeuge und Wärmemanagementsysteme variieren.
3 bis 6 zeigen ein Beispiel einer Traktionsbatterie-Baugruppe 130, die eine Exo-Stützstruktur 132 aufweisen kann. Die Exo-Stützstruktur 132 kann mehrere Haltesegmente 134 und eine oder mehrere Wärmeplatten aufweisen. Zum Beispiel können eine erste Wärmeplatte 140 und eine zweite Wärmeplatte 141 an der Exo-Stützstruktur 132 befestigt, darin untergebracht oder durch diese definiert sein. Die Exo-Stützstruktur 132 kann an einem Träger 136 befestigt sein. Ein Gehäuse (nicht dargestellt) kann die Traktionsbatterie-Baugruppe 130 umschließen. Die Exo-Stützstruktur 132 kann konfiguriert sein, eine Batteriezellenanordnung 142 zu stützen. Die Exo-Stützstruktur 132, die Batteriezellenanordnung 142 und der Träger 136 können einen Hohlraum 137 dazwischen definieren. Die Batteriezellenanordnung 142 kann ein oberes Ende 144, ein unteres Ende 146 aufweisen und mehrere Batteriezellen 145 aufweisen. Das obere Ende 144 und das untere Ende 146 können eine erste Fläche 148 und eine zweite Fläche 150 für jede der Batteriezellen 145 dazwischen definieren. Die erste Fläche 148 und die zweite Fläche 150 können teilweise eine Außenseite der Batteriezellenanordnung 142 definieren. Die Klemmen 152 können sich von dem oberen Ende 144 der Batteriezellenanordnung 142 nach oben erstrecken. Die Haltesegmente 134 können konfiguriert sein, die Batteriezellenanordnung 142 an dem oberen Ende 144 und dem unteren Ende 146 zu stützen. Der Hohlraum 137 kann einen Weg zum Durchleiten von Luft dadurch bereitstellen. Dieser Luftstrom trägt zur Abfuhr von Wärme aus der Batteriezellenanordnung 142 bei.
Die Wärmeplatten 140 und 141 können jeweils einen der mehrere Kanäle 160 definieren, die sich entlang der Außenseite der Batteriezellenanordnung 142 in einer im Wesentlichen horizontalen Weise erstrecken. Die Kanäle 160 können ausgelegt sein, mit den Batteriezellen 145 über die ersten Flächen 148 und die zweiten Flächen 150 in Wärmeverbindung zu treten. Beispiele einer Wärmeverbindung können Leitung und Konvektion einschließen. Wenngleich die Kanäle 160 kreisförmig dargestellt sind, wird in Betracht gezogen, dass andere Formen für die Kanäle 160 verfügbar sein können. Die Anzahl der Kanäle 160 und ihre Größen können auch je nach den räumlichen Beschränkungen und der gewünschten Wärmemanagementleistung variieren. Die Haltesegmente 134 können jeweils einen oder mehrere Segmentkanäle 161 definieren, die sich entlang eines Abschnitts des oberen Endes 144 und des unteren Endes 146 der Batteriezellenanordnung 142 erstrecken können, um diesem eine Wärmeverbindung bereitzustellen.
Einlasskammern 162 können mit den Kanälen 160 ihrer jeweiligen Wärmeplatten 140 und 141 in Fluidverbindung stehen, um Wärmefluid daran abzugeben. Auslasskammern 168 können mit den Kanälen 160 ihrer jeweiligen Wärmeplatten 140 und 141 in Fluidverbindung stehen, um Wärmefluid daraus zu entfernen. Die Einlasskammern 162 können in Bezug auf die Batteriezellenanordnung 142 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Die Auslasskammern 168 können in Bezug auf die Batteriezellenanordnung 142 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Einlassöffnungen 170 können Wärmefluid an die Einlasskammern 162 abgeben. Wärmefluid kann aus den Auslasskammern 168 über die Auslassöffnungen 171 austreten. Die Wärmeplatten 140 und 141 können auch die Einlassöffnungen 170 und die Auslassöffnungen 171 definieren. Die Ausrichtung der Kammern und Kanäle 160 kann derart sein, dass Wärmefluid, das in den Kanälen 160 fließt, in entgegensetzte Richtungen auf jeder Seite der Batteriezellenanordnung 142 fließt. Diese Ausrichtung kann zur Maximierung der Wärmeübertragungseffizienz zwischen der Batteriezellenanordnung 142 und den Wärmeplatten 140 und 141 durch Minimieren der Zellen-ΔT und Anordnungs-ΔT der Batteriezellen 145 bzw. der Batteriezellenanordnung 142 beitragen.
Die Wärmeplatten 140 und 141 können die Flächen 148 und 150 der Batteriezellen 145 kontaktieren. Außerdem oder alternativ kann eine Wärmeleitschicht 172 zwischen den Wärmeplatten 140 und 141 und den Flächen 148 und 150 der Batteriezellen 145 angeordnet sein. Die Schicht aus Wärmeleitmaterial 172 kann die Wärmeübertragung zwischen der Batteriezellenanordnung 142 und den Wärmeplatten 140 und 141 beispielsweise durch Füllen von Lücken und/oder Luftspalten zwischen den Batteriezellen 145 und den Wärmeplatten 140 und 141 verbessern. Lücken und/oder Luftspalten können das Ergebnis von Variationen bei der Montage und/oder Fertigung sein. Die Wärmeleitschicht 172 kann auch eine elektrische Isolierung zwischen der Batteriezellenanordnung 142 und den Wärmeplatten 140 und 141 bereitstellen. Dementsprechend kann Wärme, die von den Batteriezellen 145 erzeugt wird, auf die Wärmeplatten 140 und 141 und auf das Wärmefluid übertragen werden, das in den Kanälen 160 fließt.
Unter Bezugnahme auf 7 bis 8B können die Wärmeplatten 140 und 141 und die Haltesegmente 134 eine oder mehrere Konfigurationen für die Kanäle 160 bzw. Segmentkanäle 161 definieren. Diese Kanäle 160 und Segmentkanäle 161 können zu einer oder mehreren Batteriezellen 145 gehören und die Kühlung dieser unterstützen. Wände, die durch die Wärmeplatten 140 und 141 definiert sind, können zwischen benachbarten Kanälen geteilt sein und können auch einen Weg zum Durchleiten von Wärme durch die Wärmeplatten 140 und 141 bereitstellen. Zum Beispiel können die Kanäle 160 in den Wärmeplatten 140 und 141 derart angeordnet sein, dass sie eine Wärmefluidströmung in entgegengesetzten Richtungen zueinander lenken, und sich entlang der Flächen 148 und 150 erstrecken. In dieser Anordnung kann sich jeder der Kanäle 160 entlang einer Länge einer der Seitenabschnitte der Batteriezellenanordnung 142, über eine Breite der Flächen 148 und 150 erstrecken und im Wesentlichen senkrecht zu einer Höhe der Batteriezellenanordnung 142 ausgerichtet sein, wie in 8A und 8B dargestellt. Als weiteres Beispiel können die Segmentkanäle 161 in den Haltesegmenten 134 angeordnet sein, um eine Wärmefluidströmung in entgegengesetzte Richtungen zueinander zu lenken, und sich entlang eines äußeren Abschnitts des oberen Endes 144 und des unteren Endes 146 der Batteriezellenanordnung 142 erstrecken. In dieser Anordnung kann sich jeder der Segmentkanäle 161 entlang eines Abschnitts des oberen Endes 144 und des unteren Endes 146 der Batteriezellenanordnung 142 erstrecken.
9 zeigt noch ein anderes Beispiel einer Kanalkonfiguration. In diesem Beispiel kann die Wärmeplatte 140 oder 141 eine Erweiterungsplatte 180 aufweisen. Die Erweiterungsplatte 180 kann Erweiterungskanäle (nicht dargestellt) aufweisen, die mit den Kanälen 160 in Fluidverbindung stehen können. Ein Wärmeerzeugungsmodul 188 kann an der Erweiterungsplatte 180 befestigt sein und damit in Wärmeverbindung stehen. Wärmefluid, das in den Erweiterungskanälen fließt, kann zur Kühlung des Wärmeerzeugungsmoduls 188 beitragen. Beispiele des Wärmeerzeugungsmoduls 188 können ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlermodul, ein BECM und ein Ladegerät einschließen.
Die Kanäle 160, Segmentkanäle 161 und Erweiterungskanäle können wahlweise derart modifiziert und/oder „turbulisiert” oder verwirbelt werden, dass ein erhöhter Oberflächenbereich bereitgestellt wird, der auch die Wärmeübertragungseffizienz erhöhen kann. Eine Verwirbelung beinhaltet die Modifikation einer Oberfläche, die an einem Wärmeübertragungsprozess beteiligt ist, sodass die Wärmeübertragungskapazität intensiviert wird. Die Bereitstellung von Unebenheiten und/oder Verdrängungen für ein Wärmeströmungsfeld kann ein Beispiel einer Verwirbelung der Wärmeströmungsfeldoberfläche sein. Außerdem können mindestens einige der Oberflächen der Kanäle 160 und 161 Fließmerkmale einschließen, die konfiguriert sind, einen effektiven Oberflächenbereich der Kanäle zu erhöhen. Zum Beispiel können die Fließmerkmale gespaltene Hartlotrippen, Hartlotmetallschaum wie Aluminium, Extrusionen, Mulden oder Erhebungen in der unteren Platte einschließen. Diese Merkmale können auch die Übertragung von mehr Wärme auf die Wärmeplatten 140 und 141 unterstützen.
Unter Bezugnahme auf 10A und 10B ist eine andere Exo-Stützstruktur 200 dargestellt, die eine Batteriezellenanordnung 202 und eine Batteriezellenanordnung 203 aufweisen kann. Die Exo-Stützstruktur 200 kann eine einzelne Komponente sein oder kann zwei separate Komponenten sein. Wie bei der Exo-Stützstruktur 132 kann die Exo-Stützstruktur 200 Haltesegmente 206 aufweisen. Wärmeplatten 208 können in der Exo-Stützstruktur 200 enthalten sein oder dadurch definiert sein und mit den Batteriezellenanordnungen 202 und 203 in Wärmeverbindung stehen. Die Haltesegmente 206 und die Wärmeplatten 208 können mehrere Kanäle 210 aufweisen, die konfiguriert sind, eine Wärmefluidströmung entlang der Batteriezellenanordnungen 202 und 203 zu lenken. in diesem Beispiel können die Batteriezellenanordnungen 202 und 203 derart zueinander angeordnet sein, dass eine der Wärmeplatten 208 mit beiden Batteriezellenanordnungen 202 und 203 in Wärmeverbindung steht.
Wie oben beschrieben, findet in einem flüssigen Wärmemanagementsystem die Wärmeübertragung typischerweise von der Batteriezelle in das Wärmefluid und danach in die Wärmeplatte statt. Die Maximierung von Kontaktflächen der Batteriezelle und Wärmeplatte kann die Effizienz des Wärmemanagementsystems erhöhen. Ein Beispiel der Maximierung von Kontaktflächen beinhaltet die Bereitstellung von wärmeleitfähigen Verbindungsmaterialien, die sich zwischen den Batteriezellen befinden und mit den Wärmeplatten in Wärmeverbindung stehen.
Unter Bezugnahme auf 11A und 11B ist ein Beispiel einer Traktionsbatterie-Baugruppe 300 dargestellt. Die Traktionsbatterie-Baugruppe 300 kann eine Exo-Stützstruktur 302 aufweisen, die konfiguriert ist, eine Batteriezellenanordnung 304 zu stützen, die mehrere Batteriezellen 306 aufweist. Entweder Zellseparatoren 310 oder Zellseparatoren 312 können zwischen benachbarten Batteriezellen 306 angeordnet sein. Der Zellseparator 310 kann konfiguriert sein, zwei benachbarte Batteriezellen 306 auf drei Seiten und an Abschnitten der Batteriezellen 306 zu kontaktieren, die kein oberes Ende und unteres Ende aufweisen. Die Zellseparatoren 310 können C-förmig sein, sodass Abschnitte der Zellseparatoren 310 eine oder mehrere Wärmeplatten innerhalb der Exo-Stützstruktur 302 kontaktieren. Die Zellseparatoren 312 können konfiguriert sein, zwei benachbarte Batteriezellen 306 auf drei Seiten und an Abschnitten der Batteriezellen zu kontaktieren, die das obere Ende und das untere Ende nicht aufweisen. Die Zellseparatoren 312 können I-förmig sein, sodass Abschnitte der Zellseparatoren 312 eine oder mehrere Wärmeplatten innerhalb der Exo-Stützstruktur 302 kontaktieren. Die Zellseparatoren 310 und 312 sind zu Erläuterungszwecken beide in der Traktionsbatterie-Baugruppe 300 dargestellt. Höchstwahrscheinlich ist die Festlegung eines bestimmten Zellseparatortyps, der in dem Wärmemanagementsystem verwendet werden soll, durch räumliche Beschränkungen bedingt. Die Zellseparatoren 310 und 312 können die elektrische Isolierung von benachbarten Batteriezellen 306 voneinander unterstützen. Die Zellseparatoren 310 und 312 können aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt sein, um die Ableitung von Wärme aus den Batteriezellen 306 zu unterstützen. Zum Beispiel können die Zellseparatoren 310 und 312 aus einem keramikdotierten Polyethylen oder Polypropylen von hoher Dichte gefertigt sein. Die Zellseparatoren 310 und 312 können auch aus Aluminium gefertigt sein, das mit Keramik beschichtet und/oder mit Folie laminiert ist.
In einem anderen Beispiel, das in 11 C dargestellt ist, kann ein Zellseparator 320 ein einziger Block sein, der konfiguriert ist, in der Traktionsbatterie-Baugruppe 300 zu sitzen. Der Zellseparator 320 kann Schlitze 322 definieren, um die Batteriezellen 306 aufzunehmen. Der Zellseparator 320 kann konfiguriert sein, jede der Batteriezellen 306 auf drei Seiten zu kontaktieren, die das obere Ende und das untere Ende nicht aufweisen. Der Zellseparator 320 kann eine elektrische Isolierung von benachbarten Batteriezellen 306 voneinander unterstützen. Der Zellseparatoren kann aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt sein, um die Ableitung von Wärme aus den Batteriezellen 306 zu unterstützen. Zum Beispiel kann der Zellseparator 320 aus einem keramikdotierten Polyethylen oder Polypropylen von hoher Dichte gefertigt sein.
In noch einem anderen Beispiel, das in 11 D dargestellt ist, kann ein Zellseparator 330 ein einziger Block sein, der konfiguriert ist, in der Traktionsbatterie-Baugruppe 300 zu sitzen. Der Zellseparator 330 kann mehrere zylindrische Schlitze 332 definieren, um die Batteriezellen (nicht dargestellt) aufzunehmen. Der Zellseparator 330 kann konfiguriert sein, eine äußere Oberfläche der zylindrischen Batteriezellen zu kontaktieren. Der Zellseparator 330 kann die Isolierung von benachbarten zylindrischen Batteriezellen voneinander unterstützen und kann aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt sein, das die Ableitung von Wärme aus den zylindrischen Batteriezellen unterstützt. Zum Beispiel kann der Zellseparator 330 aus einem keramikdotierten Polyethylen oder Polypropylen von hoher Dichte gefertigt sein. Es wird in Betracht gezogen, dass diese Typen von Zellseparatorblöcken alternativ geformte Schlitze aufweisen können, um andere Typen von Batteriezellen aufzunehmen, einschließlich, jedoch ohne Einschränkung auf Beutelbatteriezellen.
Wie hierin beschrieben, kann die Befestigung von Wärmeplatten auf jeder Seite einer Batteriezellenanordnung im Vergleich zu einem Wärmemanagementsystem, in dem die Wärmeplatte unter der Batteriezellenanordnung angeordnet ist, einen erhöhten Oberflächenkontaktbereich mit den Batteriezellen bereitstellen. Bei der Verwendung von zwei Wärmeplatten kann eine gemeinsame Ausführung für beide verwendet werden, um Entwicklungs- und Werkzeugkosten zu minimieren. Die zwei Wärmeplatten können auch die Halterung der Zellen und die Bereitstellung von struktureller Steifigkeit für die Traktionsbatterie-Baugruppe unterstützen. Die Haltesegmente können die Halterung der Zellen und die Bereitstellung zusätzlicher Kanäle nahe bei den Batteriezellen unterstützen, damit Wärmefluid dort hindurch fließt. Die Aufnahme von wärmeleitenden Zellseparatoren zwischen benachbarten Batteriezellen kann die Ableitung von Wärme aus den Batteriezellen weiter unterstützen.
Wenngleich vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben, die von den Ansprüchen erfasst sind. Die in der Spezifikation verwendeten Begriffe sind beschreibende und nicht einschränkende Begriffe, und man wird verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Geist und den Schutzbereich der Offenbarung zu verlassen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen als vorteilhaft oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen gemäß dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine oder mehrere Eigenschaften oder Merkmale beeinträchtigt werden können, um gewünschte Systemattribute zu erzielen, die von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können einschließen, sind jedoch nicht beschränkt auf: Kosten, Festigkeit, Strapazierfähigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Gebrauchsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Batteriebaugruppe, umfassend: eine Anordnung von Zellen, die jeweils ein oberes und ein unteres Ende, eine Fläche, die sich dazwischen erstreckt und teilweise eine Außenfläche der Anordnung definiert, und Klemmen aufweisen, die sich von dem oberen Ende erstrecken; und eine Exo-Stützstruktur, die mehrere Haltesegmente, die zum Stützen der Enden konfiguriert sind, und eine Wärmeplatte aufweist, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang der Außenseite der Anordnung erstrecken und ausgelegt sind, mit den Zellen über die Flächen in Wärmeverbindung zu treten.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Wärmeleitschicht, die zwischen und in Kontakt mit den Flächen und der Wärmeplatte angeordnet ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Wärmeplatte die Flächen der Zellen direkt kontaktiert.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der Haltesegmente einen Segmentkanal darin definiert, der sich entlang eines Abschnitts der Enden erstreckt, der die Flächen nicht aufweist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei jede der Zellen eine andere Fläche aufweist, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende gegenüber der anderen Fläche erstreckt und teilweise eine andere Außenseite der Anordnung definiert, und wobei die Exo-Stützstruktur ferner eine andere Wärmeplatte aufweist, die einen oder mehrere Kanäle definiert, die sich entlang der anderen Außenseite der Anordnung erstrecken und ausgelegt sind, mit den Zellen über die andere Fläche in Wärmeverbindung zu treten.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend mindestens einen Zellseparator, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist, das sich zwischen zwei benachbarten Zellen befindet und konfiguriert ist, die zwei benachbarten Zellen an Abschnitten der Zellen auf drei Seiten zu kontaktieren, die das obere und das untere Ende nicht aufweisen, um Wärme daraus abzuleiten.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 6, wobei das wärmeleitfähige Material aus keramikdotiertem Polyethylen oder Polypropylen von hoher Dichte oder aus einem Aluminium gefertigt ist, das mit Keramik oder Verbundfolie beschichtet ist.
Fahrzeug, umfassend: eine Batteriezellenanordnung mit zwei Seitenabschnitten; zwei Wärmeplatten, die jeweils mit der Batteriezellenanordnung auf gegenüberliegenden Seitenabschnitten der Anordnung in Wärmeverbindung stehen und jeweils mehrere im Wesentlichen horizontale Kanäle in Bezug auf die Anordnung definieren; eine Erweiterungsplatte, die mindestens einen Erweiterungsplattenkanal aufweist, der mit mindestens einem der im Wesentlichen horizontalen Kanäle in Fluidverbindung steht; ein Wärmeerzeugungsmodul, das mit der Anordnung elektrisch verbunden ist und an der Erweiterungsplatte befestigt ist und damit in Wärmeverbindung steht; und eine Exo-Stützstruktur, die konfiguriert ist, die Anordnung zu stützen und die Wärmeplatten unterzubringen und derart auszurichten, dass sich jeder der im Wesentlichen horizontalen Kanäle entlang einer Länge eines der Seitenabschnitte der Anordnung erstreckt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Wärmeleitschicht, die zwischen und in Kontakt mit mindestens einem der Seitenabschnitte und Wärmeplatten angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend mindestens einen Zellseparator, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist, das sich zwischen zwei benachbarten Batteriezellen befindet und konfiguriert ist, drei Seiten einer der Batteriezellen derart zu kontaktieren, dass Wärme daraus und zu den Wärmeplatten abgeleitet wird.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Exo-Stützstruktur mehrere Haltesegmente definiert, die konfiguriert sind, die Anordnung zu stützen, und wobei die Haltesegmente mindestens einen Haltekanal darin definieren und derart angeordnet sind, dass sich der mindestens eine Haltekanal entlang eines Abschnitts eines oberen oder unteren Endes der Anordnung erstreckt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Batterieträger, der konfiguriert ist, die Exo-Stützstruktur zu stützen, wobei ein unterer Abschnitt der Anordnung, der Stützstrukturen und des Batterieträgers einen Hohlraum definiert, sodass Luft unterhalb der Anordnung strömen kann.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei jede der Wärmeplatten Einlässe definiert, die mit den Kanälen verbunden sind, und wobei die Wärmeplatten derart angeordnet sind, dass sich die Einlässe an gegenüberliegenden Enden der Anordnung befinden.
Batterie-Wärmemanagementsystem, umfassend: eine Batteriezellenanordnung, die Batteriezellen aufweist; zwei Wärmeplatten, die auf jeder Seite der Anordnung angeordnet sind und jeweils eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung definieren, die an gegenüberliegenden Enden der jeweiligen Wärmeplatte angeordnet sind, und mehrere Kanäle, die jeweils einen Einlass, der mit der Einlassöffnung verbunden ist, und einen Auslass aufweisen, der mit der Auslassöffnung verbunden ist; und eine Exo-Stützstruktur, die konfiguriert ist, die zwei Wärmeplatten unterzubringen und die Anordnung zu stützen, wobei die Platten und die Struktur derart angeordnet sind, dass sich die Kanäle entlang einer Breite jeder äußeren Fläche der Batteriezellen erstrecken und zu einer Höhe der Anordnung im Wesentlichen senkrecht sind.
System nach Anspruch 14, wobei eine der Wärmeplatten ferner eine Erweiterungsplatte definiert, die mehrere Erweiterungsplattenkanäle aufweist, die mit mindestens einem der mehreren Kanäle in Fluidverbindung stehen und konfiguriert sind, mit einem daran befestigten Wärmeerzeugungsmodul in Wärmeverbindung zu treten.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend eine andere Batteriezellenanordnung, die von der Exo-Stützstruktur gestützt wird und mit der anderen Batteriezellenanordnung derart angeordnet ist, dass eine der Wärmeplatten dazwischen angeordnet ist und mit beiden Batteriezellenanordnung in Wärmeverbindung steht.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend mehrere Zellseparatoren, die aus wärmeleitfähigen Materialien gefertigt sind, die zwischen benachbarten Batteriezellen angeordnet und konfiguriert sind, drei Seiten einer der benachbarten Batteriezellen zu kontaktieren und Wärme daraus abzuleiten.
System nach Anspruch 17, wobei die Zellseparatoren C-förmig oder I-förmig sind.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Zellseparatorblock, der aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt ist und konfiguriert ist, in der Exo-Stützstruktur zu sitzen, und mehrere Schlitze definiert, die zum Aufnehmen der Batteriezellen ausgelegt sind.
System nach Anspruch 14, wobei die Exo-Stützstruktur mehrere Haltesegmente definiert, die konfiguriert sind, die Anordnung zu stützen, wobei die Haltesegmente mindestens einen Haltekanal darin definieren und derart angeordnet sind, dass sich der mindestens eine Haltekanal entlang eines Abschnitts eines oberen oder unteren Endes der Anordnung erstreckt.