-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft Thermo-Systeme für das Wärmemanagement von Batteriezellen in Elektrofahrzeugen.
-
HINTERGRUND
-
Fahrzeuge wie etwa Batteriefahrzeuge (BEVs), Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs) oder Vollhybridfahrzeuge (FHEVs) enthalten eine Batterie wie etwa eine Hochspannungsbatterie, die als eine Energiequelle für das Fahrzeug dient. Die Batteriekapazität und die Zykluslebensdauer können sich in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur der Batterie ändern. Es ist allgemein wünschenswert, die Batterie innerhalb eines spezifizierten Temperaturbereichs zu halten, während das Fahrzeug arbeitet oder während das Fahrzeug lädt.
-
Fahrzeuge mit Batterien können Wärmemanagementsysteme enthalten, um eine Temperatursteuerung für die Batterien bereitzustellen, um die Lebensdauer zu verlängern und die Leistung zu verbessern.
-
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Bei einer Ausführungsform enthält eine Traktionsbatteriebaugruppe ein Batteriearray mit mehreren gestapelten Zellen. Ein Paar Thermoplatten ist so angeordnet, dass das Array dazwischen geschichtet wird und enthält mehrere Rippen, die sich von nur einer der Thermoplatten nach außen in das Array erstrecken. Die mehreren Rippen sind mit den Zellen verschachtelt, um die Zellen zu kühlen oder zu heizen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält eine Traktionsbatteriebaugruppe ein Batteriearray mit mehreren gestapelten Zellen. Jede Zelle besitzt ein Paar gegenüberliegende Hauptoberflächen. Eine Thermoplatte ist bei einer Seitenoberfläche jeder der Zellen angeordnet und enthält mehrere Rippen, die sich von dort aus erstrecken und an einem freien Ende enden. Jede der Rippen ist zwischen den Hauptoberflächen von zwei benachbarten Zellen angeordnet.
-
Bei noch einer weiteren Ausführungsform enthält das Fahrzeug eine Karosserie, eine innerhalb der Karosserie angeordnete elektrische Maschine und an der Karosserie angebrachte Räder. Die Räder werden durch die elektrische Maschine angetrieben. Eine Traktionsbatteriebaugruppe ist konfiguriert zum Liefern von Energie an die elektrische Maschine. Die Traktionsbatteriebaugruppe enthält ein Batteriearray mit mehreren gestapelten Zellen. Ein Paar Thermoplatten ist so angeordnet, dass sie das Array dazwischen schichten. Ein Paar Thermoplatten enthält jeweils mehrere Rippen, die sich von nur einer der Thermoplatten nach außen in das Array erstrecken. Die Rippen sind mit den Zellen verschachtelt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein Schemadiagramm eines typischen Plug-in-Hybridfahrzeugs.
-
2 zeigt eine Perspektivansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe.
-
3 zeigt eine auseinandergezogene Vorderansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe
-
4 zeigt eine Vorderansicht der in 3 gezeigten Traktionsbatteriebaugruppe.
-
5 zeigt eine Vorderansicht einer weiteren Traktionsbatteriebaugruppe.
-
6 zeigt eine Perspektivansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe mit flexiblen Rippen.
-
7 zeigt eine Perspektivansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe mit einer geklemmten Verbindung zwischen den Rippen und Thermoplatten.
-
8 zeigt eine Perspektivansicht einer Traktionsbatteriebaugruppe mit einer Nut-und Feder-Rippenbefestigung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind die hierin offenbarten spezifischen strukturellen und funktionalen Details nicht als beschränkend anzusehen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um dem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können verschiedene, unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt sind oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit dem Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein.
-
1 zeigt ein Schemadiagramm eines typischen Plug-in-Hybridfahrzeugs (PHEV). Das Fahrzeug 12 enthält eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können in der Lage sein, als ein Elektromotor oder als ein Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch an einen Verbrennungsmotor 18 angeschlossen. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 wirken auch als Generatoren und können Vorzüge bezüglich Kraftstoffökonomie bereitstellen, indem sie durch regeneratives Bremsen Energie zurückgewinnen. Die elektrischen Maschinen 14 reduzieren die Schadstoffemissionen und vergrößern die Kraftstoffökonomie, indem sie die Arbeitslast des Verbrennungsmotors 18 reduzieren.
-
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepaket 24 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 liefert typischerweise einen Hochspannungs-Gleichstrom (DC), der von einer oder mehreren Batteriezellarrays, manchmal als Batteriezellstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 ausgegeben wird. Die Batteriezellarrays können eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Die Traktionsbatterie 24 ist durch einen oder mehrere Schaltschütze (nicht gezeigt) elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 26 angeschlossen. Das eine oder die mehreren Schaltschütze trennen die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 26 ist ebenfalls an die elektrischen Maschinen 14 angeschlossen und liefert die Fähigkeit zum bidirektionalen Transferieren elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14. Beispielsweise kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung liefern, während die elektrischen Maschinen 14 zum Funktionieren möglicherweise einen Dreiphasen-Wechselstrom (AC) erfordern. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasen-Wechselspannung umwandeln, wie sie durch die elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasen-Wechselspannung von den elektrischen Maschinen 14, die als Generatoren wirken, in die Gleichspannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Die Beschreibung hierin lässt sich gleichermaßen auf ein vollelektrisches Fahrzeug anwenden. Bei einem vollelektrischen Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Räderkasten sein, der mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 liegt nicht vor.
-
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere Fahrzeugstromsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein DC-DC-Wandlermodul 28 enthalten, das die Hochspannungsgleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten wie etwa Verdichter und elektrische Heizungen können ohne Verwendung eines DC-DC-Wandlermoduls 28 direkt an die Hochspannung angeschlossen werden. Bei einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch an eine Hilfsbatterie 30 angeschlossen (z. B. 12 Volt-Batterie).
-
Ein Batteriestromsteuermodul (BECM – Battery Electrical Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Kommunikation stehen. Das BECM 33 kann als ein Controller für die Traktionsbatterie 24 dienen und kann auch ein Elektroniküberwachungssystem enthalten, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 wie etwa einen Thermistor oder ein anderes Temperaturmessgerät besitzen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Kommunikation stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 zu liefern.
-
Das Fahrzeug 12 kann durch eine externe Stromquelle 36 wieder aufgeladen werden. Die externe Stromquelle 36 ist eine Verbindung mit einer Stromsteckdose. Die externe Stromquelle 36 kann elektrisch an eine Ladestation (EVSE – Electric Vehicle Supply Equipment) 38 angeschlossen sein. Die EVSE 38 kann Schaltungsanordnungen und Regler zum Regeln und Verwalten des Transfers von elektrischer Energie zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Stromquelle 36 kann elektrischen Gleich- oder Wechselstrom an die EVSE 38 liefern. Die EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 besitzen. Der Ladeport 34 kann eine beliebige Art von Port sein, der konfiguriert ist zum Transferieren von Strom von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12. Der Ladeport 34 kann elektrisch an ein Ladegerät oder an ein Bordstromumwandlungsmodul 32 angeschlossen sein. Das Stromumwandlungsmodul 32 kann den von der EVSE 38 gelieferten Strom konditionieren, um die angemessenen Spannungs- und Strompegel an die Traktionsbatterie 24 zu liefern. Das Stromumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 gekoppelt sein, um die Lieferung von Strom an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Stifte besitzen, die mit entsprechenden Ausnehmungen des Ladeports 34 koppeln.
-
Die verschiedenen erörterten Komponenten können einen oder mehrere assoziierte Controller besitzen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Controller können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
-
Die Batteriezellen, wie etwa eine prismatische oder Pouch-Zelle, können elektrochemische Zellen beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) enthalten. Ein Elektrolyt kann gestatten, dass sich während des Entladens Ionen zwischen der Anode und Kathode bewegen und während des Wiederaufladens dann zurückkehren. Anschlüsse können gestatten, dass Strom aus der Zelle hinausfließt, um durch das Fahrzeug verwendet zu werden. Bei Positionierung in einem Array mit mehreren Batteriezellen können die Anschlüsse jeder Batteriezelle auf gegenüberliegende Anschlüsse (positive und negative) beieinander ausgerichtet sein und eine Sammelschiene kann das Erleichtern einer Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen unterstützen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, so dass sich ähnliche Anschlüsse (positive und positive oder negative und negative) beieinander befinden. Beispielsweise können zwei Batteriezellen mit positiven Anschlüssen beieinander angeordnet sein, und die nächsten beiden Zellen können mit negativen Anschlüssen beieinander angeordnet sein. Bei diesem Beispiel kann die Sammelschiene Anschlüsse aller vier Zellen kontaktieren.
-
Unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 werden schematische. Ansichten einer konzeptionellen Traktionsbatteriebaugruppe 50 gezeigt. Die Traktionsbatteriebaugruppe 50 enthält ein Batteriearray 52. Das Batteriearray 52 enthält mehrere gestapelte Batteriezellen 54. Halterungen 55 können verwendet werden, um die Zellen 54 zu sichern. Jede Batteriezelle 54 besitzt ein Paar gegenüberliegende Hauptoberflächen 56, 58, die durch Seitenoberflächen 60 miteinander verbunden sind. Die Hauptoberflächen 56, 58 können wesentlich größer sein als die Seitenoberflächen 60. Es werden jedoch unterschiedliche Batteriezellformen zur Verwendung mit der Traktionsbatteriebaugruppe 50 in Betracht gezogen. Beispielsweise kann es sich bei den Zellen um eine Zelle vom Pouch-Typ oder um eine prismatische Zelle handeln. Jede Batteriezelle 54 enthält mindestens einen Anschluss 62, der sich von einer oder mehreren der Seitenoberflächen 60 nach außen erstreckt. Die Anschlüsse, falls mehr als einer vorliegt, 62 können sich auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen 60 befinden oder können sich auf der gleichen Seitenoberfläche 60 befinden. Die Anschlüsse 62 sind durch Sammelschienen (nicht gezeigt) miteinander verbunden, um die Batteriezellen 54 elektrisch in Reihe oder parallel zu schalten.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 50 enthält auch eine erste Thermoplatte 64. Die erste Thermoplatte 64 besitzt eine Außenseite 66 und eine Innenseite 68. Die Außenseite 66 und die Innenseite 68 sind durch ein Gehäuse 72 bildende Seitenwände 70 miteinander verbunden.
-
Innerhalb des Gehäuses 72 befinden sich innere Kanäle zum Umwälzen eines Fluidmediums durch die Thermoplatte, um Wärme zu oder von den Zellen 54 zu transferieren. Das Fluidmedium kann die Zellen 54 heizen oder kühlen. Die Kanäle sind durch ein Fluidmediumumwälzsystem (nicht gezeigt) verbunden. Das Umwälzsystem ermöglicht den Wärmetausch zwischen den Zellen und der Platte, und den. Umlauf des Kühlmittelmediums. Das Fluidmedium kann ein beliebiges wärmeleitendes Fluid wie etwa eine Ethylenglycolmischung oder ein Kältemittel sein.
-
Die erste Thermoplatte 64 enthält mehrere erste Rippen 74. Jede Rippe 74 besitzt einen Basisabschnitt 76 und einen Spitzenabschnitt 80. Jede Rippe 74 ist am proximalen Ende oder festen Ende 78 des Basisabschnitts 76 mit der Innenseite 68 verbunden. Die Rippe kann durch eine Vielzahl von Verfahren verbunden werden, einschließlich Hartlöten, Klemmen oder Feder und Nut. Jede Rippe 74 ist derart angeordnet, dass der Spitzenabschnitt 80 von der Innenseite 68 nach außen in das Array 52 vorsteht. Jede Rippe 74 enthält eine erste Kontaktoberfläche 84 und eine zweite Kontaktoberfläche 86, die sich gegenüber von der ersten Kontaktoberfläche 84 befindet. Die Kontaktoberflächen 84, 86 sind die Oberflächen, die die Zellen 54 kontaktieren. Die Kontaktoberflächen 84, 86 können wesentlich größer sein als die Seitenoberflächen oder Seitenoberflächen 88, die die Zellen 54 nicht kontaktieren. Jede Rippe 74 ist zwischen benachbarte Zellen 54 geschachtelt, wobei sich die Kontaktoberflächen 84, 86 mit den Hauptoberflächen 56, 58 der Zellen 54 in Kontakt befinden.
-
Jede Rippe 74 kann derart dimensioniert sein, dass sich die Rippe 74 nur über einen Abschnitt der Hauptoberfläche 56, 58 der Zellen 54 erstreckt. Somit kann das distale Ende oder freie Ende 82 des Spitzenabschnitts 80 innerhalb des Umfangs der Hauptoberflächen 56, 58 angeordnet sein. Alternativ können sich die Rippen 74 über die Länge der Hauptoberflächen 56, 58 erstrecken.
-
Bei den Rippen 74 kann es sich um eine massive Rippe handeln. Die Rippen 74 können aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet werden. Ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 100 Watt/Meter* Grad Celsius (W/m·C) kann vorteilhaft sein. Zu beispielhaften Materialien zählen Aluminium, Kupfer, wärmeleitender Kunststoff oder Magnesium. Die Rippen 74 können verjüngt sein, wie in 3 und 4 gezeigt, oder können gleichförmig sein, wie in 5 gezeigt. Verjüngte Rippen zu haben, kann für ein besseres Packen sorgen, indem ein kompakteres Array bereitgestellt wird. Die verjüngten Rippen helfen auch, Abweichungen bei der Zell- und Rippengröße zu berücksichtigen, wodurch für eine bessere Passung und reduzierte Stapelprobleme gesorgt wird. Die verjüngten Rippen besitzen eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit, weil sie an der Basis dicker sind als an der Spitze und die Basis dort ist, wo die meiste Wärmeleitung auftritt. Die Rippen 74 sind verjüngt und besitzen keilförmige Seitenoberflächen 88. Die Kontaktoberflächen 84, 86 sind gleichförmig und flach, wobei sie eine im Wesentlichen rechteckige Oberfläche besitzen. Die Seitenoberflächen 88 sind am proximalen Ende 78 des Basisabschnitts 76 am dicksten und verjüngen sich so, dass sie am distalen Ende 82 des Spitzenabschnitts 80 am dünnsten sind.. Beispielsweise kann die Seitenoberfläche 88 eine Breite von 1,0 Millimeter (mm) am proximalen Ende 78 und eine Breite von 0,4 mm am distalen Ende 82 besitzen. Die Verjüngung ist im Wesentlichen linear, um relativ flache Kontaktoberflächen 84, 86 bereitzustellen. Die Zellen 54 sind so ausgelegt, dass sie um eine Achse gedreht werden, die von der Seitenoberfläche vorsteht, so dass die Zellhauptoberflächen 56, 58 an den Kontaktoberflächen 84, 86 sitzen.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 50 enthält auch eine zweite Thermoplatte 90. Die zweite Thermoplatte 90 besitzt eine Außenseite 92 und eine Innenseite 94. Die Außenseite 92 und die Innenseite 94 sind unter Ausbildung eines Gehäuses 98 durch Seitenwände 96 miteinander verbunden. Die erste und zweite Thermoplatte 64, 90 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 52 angeordnet und sind ausgelegt, das Array zwischen sich zu schichten. Innerhalb des Gehäuses 98 befinden sich innere Kanäle zum Umwälzen eines Fluidmediums durch die Thermoplatte, um Wärme zu oder von den Zellen 54 zu transferieren. Das Fluidmedium kann die Zellen 54 heizen oder kühlen. Die Kanäle sind durch ein Fluidmediumumwälzsystem (nicht gezeigt) verbunden. Das Umwälzsystem ermöglicht den Wärmetausch zwischen den Zellen und der Platte, und den Umlauf des Kühlmittelmediums. Das Fluidmedium kann ein beliebiges wärmeleitendes Fluid wie etwa eine Ethylenglycolmischung oder ein Kältemittel sein.
-
Die zweite Thermoplatte 90 enthält mehrere zweite Rippen 100. Jede Rippe 100 besitzt einen Basisabschnitt 156 und einen Spitzenabschnitt 160. Jede Rippe 100 ist mit der Innenseite 94 am proximalen Ende oder am festen Ende 104 verbunden. Die Rippen 100 können durch eine Vielzahl von Verfahren, wie oben beschrieben, mit der Thermoplatte 90 verbunden sein. Jede Rippe 100 ist derart ausgelegt, dass das distale Ende oder freie Ende 108 von einer Innenseite 94 nach außen in das Array 52 vorsteht. Jede Rippe 100 enthält eine erste Kontaktoberfläche 110 und eine zweite Kontaktoberfläche 112, die sich gegenüber von der ersten Kontaktoberfläche 110 befindet. Die Kontaktoberflächen 110, 112 sind die Oberflächen, die die Zellen 54 kontaktieren. Die Kontaktoberflächen 110, 112 können wesentlich größer sein als die Neben- oder Seitenoberflächen 114. Jede Rippe 100 ist zwischen benachbarte Zellen 54 geschachtelt, wobei sich die Kontaktoberflächen 110, 112 mit den Hauptoberflächen 56, 58 der Zellen 54 in Kontakt befinden. Die ersten Rippen 74 sind zwischen anderen Paaren von benachbarten Zellen als die zweiten Rippen 100 angeordnet.
-
Die erste und zweite Rippe 74, 100 sind so angeordnet, dass sie sich entlang der Länge des Arrays abwechseln. Die 2, 3 und 4 veranschaulichen die Anordnung als zweite Rippe 100, dann Zelle 54 und dann erste Rippe 74. Diese Sequenz wiederholt sich entlang der Länge des Arrays 52. Diese Offenbarung zieht jedoch andere Zell- und Rippensequenzen, wie etwa erste Rippe, Zelle, Zelle, zweite Rippe, in Betracht.
-
Jede Rippe 100 ist derart dimensioniert, dass sich die Rippe 100 nur über einen Abschnitt der Hauptoberflächen 56, 58 der Zellen 54 erstreckt. Somit ist das distale Ende 108 innerhalb des Umfangs der Hauptoberflächen 56, 58 angeordnet. Die ersten Rippen 74 und die zweiten Rippen 100 stehen nur mit ihrer entsprechenden Thermoplatte in Kontakt. Alternativ können sich die Rippen 100 über die Länge der Hauptoberflächen 56, 58 erstrecken.
-
Bei den Rippen 100 kann es sich um eine massive Rippe handeln. Die Rippen 100 können aus einem beliebigen wärmeleitenden Material, wie etwa Aluminium, Kupfer, wärmeleitendem Kunststoff oder Magnesium, ausgebildet werden. Die Rippen 100 können auch verjüngt sein. Die Rippen 100 sind verjüngt und besitzen keilförmige Seitenoberflächen 114. Die Kontaktoberflächen 110, 112 sind gleichförmig und flach, wobei sie eine im Wesentlichen rechteckige Oberfläche besitzen. Die Seitenoberflächen 114 sind am proximalen Ende 104 des Basisabschnitts 102 am dicksten und verjüngen sich so, dass sie am distalen Ende 108 des Spitzenabschnitts 106 am dünnsten sind. Beispielsweise kann die Seitenoberfläche 114 eine Breite von 1,0 Millimeter (mm) am proximalen Ende 104 und eine Breite von 0,4 mm am distalen Ende 108 besitzen. Die Verjüngung ist im Wesentlichen linear, um flache Kontaktoberflächen 110, 112 bereitzustellen. Die Zellen 54 sind so ausgelegt, dass sie um eine Achse gedreht werden, die von der Seitenoberfläche 114 vorsteht, so dass die Zellhauptoberflächen 56, 58 an den Kontaktoberflächen 110, 112 sitzen.
-
Optional können Folien aus Wärmegrenzflächenmaterial (nicht gezeigt) zwischen den Zellen und den Wärmerippen aufgebracht werden. Die Folien aus Wärmegrenzflächenmaterial können den Wärmetransfer zwischen den Zellen und den Rippen erhöhen, indem beispielsweise Hohlräume und/oder Luftspalte zwischen ihnen gefüllt werden. Das Wärmegrenzflächenmaterial kann auch eine elektrische Isolation zwischen den Zellen und der Batteriebaugruppe bereitstellen.
-
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine schematische Ansicht einer weiteren konzeptionellen Traktionsbatteriebaugruppe 130 gezeigt. Die Baugruppe 130 ist ähnlich der Baugruppe 50, besitzt aber Rippen mit gleichförmiger Dicke. Die Traktionsbatteriebaugruppe 130 enthält ein Batteriearray 132. Das Batteriearray 132 enthält mehrere gestapelte Batteriezellen 134. Halterungen 135 können verwendet werden, um die Zellen 134 zu sichern. Jede Batteriezelle 134 besitzt ein Paar gegenüberliegende Hauptoberflächen 136, 138, die durch Seitenoberflächen 140 miteinander verbunden sind. Die Hauptoberflächen 136, 138 können wesentlich größer sein als die Seitenoberflächen 140. Es werden jedoch unterschiedliche Batteriezellformen zur Verwendung mit der Traktionsbatteriebaugruppe 132 in Betracht gezogen.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 130 enthält auch eine erste Thermoplatte 144. Die erste Thermoplatte 144 besitzt eine Außenseite 146 und eine Innenseite 148. Die Außenseite 146 und die Innenseite 148 sind durch ein Gehäuse 152 bildende Seitenwände 150 miteinander verbunden. Innerhalb des Gehäuses 152 befinden sich innere Kanäle zum Umwälzen eines Fluidmediums durch die Thermoplatte 144, um Wärme zu oder von den Zellen 54 zu transferieren. Das Fluidmedium kann die Zellen 54 heizen oder kühlen. Die Kanäle sind durch ein Fluidmediumumwälzsystem (nicht gezeigt) verbunden. Das Umwälzsystem ermöglicht den Wärmetausch und den Umlauf des Kühlmittelmediums. Das Fluidmedium kann ein beliebiges wärmeleitendes Fluid wie etwa eine Ethylenglycolmischung oder ein Kältemittel sein. Die Thermoplatte 144 kann an der einen der Seitenoberflächen 140 der Zellen angeordnet sein. Diese Anordnung liefert zusätzlichen Wärmetransfer, weil Wärme sowohl durch die Haupt- als auch Seitenoberflächen transferiert wird.
-
Die erste Thermoplatte 144 enthält mehrere erste Rippen 154. Jede Rippe 154 besitzt im Gegensatz zu der in 2 bis 4 gezeigten verjüngten Rippe eine gleichförmige Querschnittsfläche. Jede Rippe 154 besitzt einen Basisabschnitt 156 und einen Spitzenabschnitt 160. Jede Rippe 154 ist am proximalen Ende 158 des Basisabschnitts 156 mit der Innenseite 148 verbunden. Jede Rippe 154 ist derart ausgelegt, dass das distale Ende 162 von der Innenseite 148 in das Array 132 vorsteht. Jede Rippe 154 enthält eine erste Kontaktoberfläche 164 und eine zweite Kontaktoberfläche 166, die sich gegenüber von der ersten Kontaktoberfläche 164 befindet. Die Kontaktoberflächen 164, 166 sind die Oberflächen, die die Zellen 134 kontaktieren. Die Kontaktoberflächen 164, 86 können wesentlich größer sein als die Seitenoberflächen oder Seitenoberflächen 168, die die Zellen 134 nicht kontaktieren. Jede Rippe 154 ist zwischen benachbarte Zellen 134 geschachtelt, wobei sich die Kontaktoberflächen 164, 166 mit den Hauptoberflächen 136, 138 der Zellen 134 in Kontakt befinden.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 130 enthält auch eine zweite Thermoplatte 170. Die zweite Thermoplatte 170 besitzt eine Außenseite 172 und eine Innenseite 174. Die Außenseite 172 und die Innenseite 174 sind durch ein Gehäuse 178 bildende Seitenwände 176 miteinander verbunden. Die erste und zweite Thermoplatte 144, 170 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 132 angeordnet und sind ausgelegt, das Array 132 zwischen sich zu schichten. Die zweite Thermoplatte 170 kann an die eine der Hauptoberflächen 140 der Zellen angeordnet sein, wie oben beschrieben.
-
Die zweite Thermoplatte 170 enthält mehrere zweite Rippen 180. Jede Rippe 180 besitzt eine gleichförmige Ouerschnittsfläche. Jede Rippe 180 besitzt einen Basisabschnitt 181 und einen Spitzenabschnitt 183. Jede Rippe 180 ist am proximalen Ende 182 mit der Innenseite 174 verbunden. Jede Rippe 180 ist derart ausgelegt, dass das distale Ende 184 von der Innenseite 174 nach außen in das Array 132 vorragt. Jede Rippe 180 enthält eine erste Kontaktoberfläche 186 und eine zweite Kontaktoberfläche 188, die sich gegenüber von der ersten Kontaktoberfläche 186 befindet. Die Kontaktoberflächen 186, 188 sind die Oberflächen, die die Zellen 134 kontaktieren. Die Kontaktoberflächen 186, 188 können wesentlich größer sein als die Seitenoberflächen 190. Jede Rippe 180 ist zwischen benachbarte Zellen 134 geschachtelt, wobei die Kontaktoberflächen 186, 188 mit den Hauptoberflächen 136, 138 der Zellen 134 in Kontakt stehen. Die Rippen 180 sind zwischen anderen Paaren von benachbarten Zellen als die ersten Rippen 154 angeordnet. Die ersten und zweiten Rippen 154, 180 sind so angeordnet, dass sie sich entlang der Länge des Arrays 132 abwechseln, wie zuvor beschrieben.
-
Unter Bezugnahme auf 6 wird eine Traktionsbatteriebaugruppe 200 gezeigt. Die Traktionsbatteriebaugruppe 200 ist ähnlich den Baugruppen 50 und 130, zeigt aber spezifisch eine Rippe mit einem flexiblen Abschnitt. Die Baugruppe 200 enthält ein Batteriearray 202. Das Batteriearray 202 enthält mehrere gestapelte Zellen 204. Die Erfindung zieht die Verwendung einer beliebigen Art von Zellen in Betracht. Es werden Zellen 204 vom Pouch-Typ mit einem Paar gegenüberliegender Hauptoberflächen 206, 208 dargestellt, die durch Seitenoberflächen 210 miteinander verbunden sind. Jede Zelle 204 enthält Anschlüsse 212, die sich von einer oder mehreren der Seitenoberflächen 210 nach außen erstrecken.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 200 enthält eine erste Thermoplatte 214. Die erste Thermoplatte 214 besitzt eine Außenseite 216 und eine Innenseite 218. Die Außenseite 216 und die Innenseite 218 sind durch ein Gehäuse 222 bildende Seitenwände 220 miteinander verbunden. Im Gehäuse 222 befinden sich interne Kanäle 224 zum Umwälzen eines Fluidmediums durch die Thermoplatte 214, um Wärme zu oder von den Zellen 204 zu transferieren. Die Thermoplatte 214 kann zum Kühlen oder Heizen der Zellen verwendet werden. Die Zellen können durch Umwälzen eines warmen Fluidmediums durch die Thermoplatte 214 geheizt werden. Wärme kann durch einen Verbrennungsmotor oder eine andere Wärmequelle an das Fluidmedium geliefert werden. Die internen Kanäle 224 sind mit einem Fluidumwälzsystem (nicht gezeigt) verbunden. Das Umwälzsystem ermöglicht den Wärmetausch und den Umlauf des Fluidmediums. Bei dem Fluidmedium kann es sich um ein beliebiges wärmeleitendes Fluid wie etwa eine Ethylenglycolmischung oder ein Kältemittel handeln.
-
Die erste Thermoplatte 214 enthält mehrere erste Rippen 226. Jede Rippe 226 besitzt eine Basisplatte 228, die das proximale Ende der Rippe 226 definiert. Die Basisplatte 228 ist an der Innenseite 218 der Wärmeplatte 214 angebracht. Diese Offenbarung zieht alle Arten herkömmlicher Verbindungen in Betracht, wie etwa Hartlöten, Klemmen, Kleber und/oder Befestigungsmittel. Jede Rippe 226 ist derart ausgelegt, dass sich das distale Ende 234 von der Innenseite 216 nach außen in das Array 202 erstreckt. Jede Rippe 226 enthält eine erste Kontaktoberfläche 236 und eine zweite Kontaktoberfläche 238, die sich gegenüber der ersten Kontaktoberfläche 236 befindet. Die Kontaktoberflächen 236, 238 sind die Oberflächen, die die Zellen 204 kontaktieren. Die Kontaktoberflächen 236, 238 können wesentlich größer sein als die Neben- oder Seitenoberflächen 240, die die Zellen 204 nicht kontaktieren. Jede Rippe 226 ist zwischen benachbarte Zellen 204 geschachtelt, wobei die Kontaktoberflächen 236, 238 mit den Hauptoberflächen 206, 208 der Zellen 204 in Kontakt stehen. Die Rippen 226 können verjüngt oder gleichförmig sein, wie oben beschrieben.
-
Jede Rippe 226 enthält einen flexiblen Abschnitt 242. Der flexible Abschnitt 242 gestattet jeder Rippe 226, sich relativ zur Thermoplatte 214 zu bewegen. Der flexible Abschnitt enthält ein Doppelgelenk mit einem ersten und zweiten Filmscharnier. Das erste und zweite Filmscharnier sind konfiguriert, sich in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, wenn eine Kraft ausgeübt wird. Dies gestattet, dass die Rippe 226 relativ zur Thermoplatte 214 verlagert wird, um die durch die beiden benachbarten Zellen 204 auf die Rippe 226 ausgeübten Kräfte auszugleichen. Dies verleiht dem Array 202 Flexibilität und hilft, dass die erste und zweite Kontaktoberfläche 236, 238 an den Hauptoberflächen 206, 208 der Zellen 204 sitzen. Einen flexiblen Abschnitt zu haben, kann auch Stapelprobleme reduzieren, indem es Flexibilität zwischen den Komponenten innerhalb des Arrays gestattet.
-
Die Batteriebaugruppe 200 enthält auch eine zweite Thermoplatte 244. Die erste und zweite Thermoplatte 214, 244 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 202 angeordnet und schichten das Array zwischen sich. Die zweite Thermoplatte 244 ist identisch mit der ersten Thermoplatte 214 und enthält analog mehrere, an der zweiten Thermoplatte 244 angebrachte zweite Rippen 246. Die zweiten Rippen 246 sind identisch mit den ersten Rippen 226.
-
Die Baugruppe 200 kann auch ein Paar von Endplatten 248 enthalten, die auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 202 angeordnet sind. Spanngurte 250 verbinden die Endplatten 248 miteinander und komprimieren das Array 202. Die Komprimierung hilft, die Rippen 226, 246 an den Zellen 204 zu halten, und hilft, die Zellen 204 festzuhalten.
-
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Traktionsbatteriebaugruppe 260 gezeigt. Die Traktionsbatteriebaugruppe 260 ist ähnlich den Baugruppen 50, 130 und 200, zeigt aber spezifisch eine Klemmverbindung zwischen den Rippen und ihrer entsprechenden Thermoplatte. Die Baugruppe 260 enthält ein Batteriearray 262. Das Batteriearray 262 enthält mehrere gestapelte Zellen 264. Die Erfindung zieht die Verwendung irgendeiner Art von Zellen in Betracht. Es sind Zellen 264 vom Pouch-Typ mit einem Paar gegenüberliegender Hauptoberflächen 266, 268 dargestellt, die durch Hauptoberflächen 270 miteinander verbunden sind. Jede Zelle 264 enthält Anschlüsse 272, die sich von einer oder mehreren der Seitenoberflächen 270 nach außen erstrecken.
-
Die Traktionsbatteriebaugruppe 260 enthält eine erste Thermoplatte 274. Die erste Thermoplatte 274 besitzt eine Außenseite 276 und eine Innenseite 278. Die Außenseite 276 und die Innenseite 278 sind durch ein Gehäuse 282 bildende Seitenwände 280 miteinander verbunden. Im Gehäuse 282 befinden sich innere Kanäle 284. Die erste Thermoplatte 274 enthält mehrere erste Rippen 286. Jede Rippe 286 ist derart ausgelegt, dass sich das distale Ende 294 von der Innenseite 278 nach außen in das Array 262 erstreckt. Jede Rippe 286 enthält eine erste Kontaktoberfläche 296 und eine zweite Kontaktoberfläche 298, die sich gegenüber der ersten Kontaktoberfläche 296 befindet. Jede Rippe 286 besitzt eine Basisplatte 288, die das proximale Ende 290 der Rippe 286 definiert. Jede Basisplatte 288 enthält ein gegenüberliegendes Paar von Vorsprüngen 292, die sich in der Seitenoberflächenrichtung von der Rippe 286 nach außen erstrecken.
-
Jede Rippe 286 ist über eine Klemme 302 an der Thermoplatte 274 gesichert. Die Klemme 302 kann ein beliebiger Mechanismus sein, der konfiguriert ist zum Aufbringen einer Druckkraft zwischen den Vorsprüngen 292 und der Thermoplatte 274. Die Klemme kann ein „C”-förmiger Rippenklipp 302 sein, der so ausgelegt ist, dass er jede Rippe 286 an die Thermoplatte 274 klemmt. Der Klipp 302 kann auf einer oder beiden Seiten der Thermoplatte 274 vorgesehen sein. Der Klipp 302 enthält einen ersten Arm 304 und einen zweiten Arm 306, die zusammen einen Kanal 308 definieren. Der Vorsprung 292 und der Wärmeplatten-Längskantenabschnitt 310 werden im Kanal 308 aufgenommen. Der erste und zweite Arm 304, 306 arbeiten zusammen, um die Basisplatte 288 an die Thermoplatte 274 zu klemmen. Jede Rippe 286 ist zwischen benachbarte Zellen 264 geschachtelt, wobei die Kontaktoberflächen 296, 298 mit den Hauptoberflächen 266, 268 der Zellen 264 in Kontakt stehen. Die Rippen 286 können verjüngt oder gleichförmig sein.
-
Die Batteriebaugruppe 260 enthält auch eine zweite Thermoplatte 312. Die erste und zweite Thermoplatte 274, 312 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 262 angeordnet und schichten das Array zwischen sich. Die zweite Thermoplatte 312 ist identisch mit der ersten Thermoplatte 274 und enthält analog mehrere zweite Rippen 314. Die zweiten Rippen 314 sind identisch mit den ersten Rippen 286 und sind analog über einen Klemmmechanismus 316 an der zweiten Thermoplatte 312 angebracht.
-
Unter Bezugnahme auf 8 wird eine Batteriebaugruppe 320 gezeigt. Die Traktionsbatteriebaugruppe 320 ist ähnlich den Baugruppen 50, 130, 200 und 260, zeigt aber spezifisch eine Nut- und Feder-Verbindung zwischen den Rippen und ihrer entsprechenden Thermoplatte. Die Baugruppe 320 enthält ein Batteriearray 322. Das Batteriearray 322 enthält mehrere gestapelte Zellen 324. Die Erfindung zieht die Verwendung einer beliebigen Art von Zellen in Betracht. Es sind Zellen 324 vom Pouch-Typ mit einem Paar von gegenüberliegenden Hauptoberflächen 326, 328 dargestellt, die durch Seitenoberflächen 330 miteinander verbunden sind. Jede Zelle 324 enthält Anschlüsse 332, die sich von einer oder mehreren der Seitenoberflächen 330 nach außen erstrecken.
-
Die Traktionsbatterie 320 enthält eine erste Thermoplatte 334. Die erste Thermoplatte 334 besitzt eine Außenseite 336 und eine Innenseite 338. Die Außenseite 336 und die Innenseite 338 sind durch ein Gehäuse 342 bildende Seitenwände 340 miteinander verbunden. Innerhalb des Gehäuses 342 befinden sich innere Kanäle 344. Die erste Thermoplatte 334 enthält mehrere erste Rippen 346. Jede Rippe 346 ist derart ausgelegt, dass sich das distale Ende von der Innenseite 338 nach außen in das Array 322 erstreckt. Jede Rippe 346 enthält eine erste Kontaktoberfläche 352 und eine zweite Kontaktoberfläche 354, die sich gegenüber der ersten Kontaktoberfläche 352 befindet. Die Kontaktoberflächen 252, 254 sind die Oberflächen, die die Zellen 324 kontaktieren.
-
Jede Rippe 346 besitzt eine Basisplatte 358, die mindestens eine Feder 360 enthält. Die mindestens eine Feder 360 wird innerhalb einer entsprechenden Nut 362 aufgenommen, die in der Thermoplatte 334 angeordnet ist. Die Feder-und Nut-Anordnung positioniert die Rippen quer zum Array 322 und gestattet eine axiale Bewegung, was während der Montage vorteilhaft sein kann. Die Rippen 346 können unter Verwendung von Endplatten, Klipps 364 oder einer anderen Halterung axial gesichert werden. Jede Rippe 346 ist zwischen benachbarten Zellen 324 verschachtelt, wobei die Kontaktoberflächen 352, 354 mit den Hauptoberflächen 326, 328 der Zellen 324 in Kontakt stehen. Die Rippen 346 können verjüngt oder gleichförmig sein.
-
Die Batteriebaugruppe 320 enthält auch eine zweite Thermoplatte (nicht gezeigt). Die erste und zweite Thermoplatte sind auf gegenüberliegenden Seiten des Arrays 322 angeordnet und schichten das Array zwischen sich. Die zweite Thermoplatte ist identisch mit der ersten Thermoplatte 334 und enthält analog mehrere zweite Rippen 368, die mit den ersten Rippen 346 identisch sind.
-
Wenngleich oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen, die die Ansprüche einschließen, beschreiben. Die in der Patentschrift verwendeten Wörter sind Wörter der Beschreibung anstatt der Beschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen möglicherweise so beschrieben worden sind, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik bezüglich einer oder mehrerer gewünschter Charakteristika Vorteile liefern oder bevorzugt werden, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristika beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Zu diesen Attributen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. zählen. Als solches liegen Ausführungsformen, die so beschrieben werden, dass sie bezüglich einer oder mehrerer Charakteristika weniger wünschenswert sind als andere Ausführungsformen oder Implementierungen nach dem Stand der Technik, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
