-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft Tragstrukturen für Hochspannungsbatterien und Thermomanagementsysteme, die in elektrisch betriebenen Fahrzeugen verwendet werden.
-
HINTERGRUND
-
Fahrzeuge, wie beispielsweise batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV für engl. battery-electric vehicles), Plug-in-Elektrofahrzeuge (für engl. plug-in electric vehicles), Mildhybridelektrofahrzeuge (MHEV für engl. mild hybrid-electric vehicles) oder Vollhybridelektrofahrzeuge (FHEV für engl. full hybrid-electric vehicles) enthalten eine Energiespeichervorrichtung, wie beispielsweise eine Hochspannungs (HS)-Batterie, die als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug fungiert. Die HS-Batterie kann Komponenten und Systeme zur Unterstützung beim Steuern der Performance und von Betriebsvorgängen eines Fahrzeugs umfassen. Die HS-Batterie kann eine oder mehrere Gruppen von Batteriezellen umfassen, die zwischen Batteriezellenklemmen und Verbindungssammelschienen elektrisch miteinander verbunden sind. Die HS-Batterie und die umliegende Umgebung können ein Thermomanagementsystem zur Unterstützung beim Regeln der Temperatur der HS-Batteriekomponenten und -systeme sowie einzelner Batteriezellen umfassen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Ein Fahrzeug umfasst ein Paar von beabstandeten Batteriezellengruppen, ein Paar von Unterstrukturen, die zum Festhalten der Gruppen angeordnet sind, und eine Thermoplattenanordnung, die zwischen den Gruppen angeordnet ist. Jede der Unterstrukturen umfasst gegenüberliegende Endplatten und gegenüberliegende obere und untere Seitenwände, die an den Endplatten befestigt sind und jeweils einen Flansch aufweisen, der sich zum jeweiligen Flansch der anderen Unterstruktur erstreckt und damit überlappt, um die Unterstrukturen ohne mechanische Befestigung zu verbinden. Die Thermoplattenanordnung ist zwischen den überlappenden Flanschen und den Gruppen angeordnet, um eine Sandwichformation zu bilden. Die Thermoplattenanordnung kann mindestens eine Wärmeleitkomponente umfassen, die auf einer Seite einer Thermoplatte angeordnet und mit einem Abschnitt mindestens einer der Batteriezellengruppen in Kontakt ist. Die Thermoplattenanordnung kann ferner einen oder mehrere Kompressionsbegrenzer umfassen, die mit mindestens einer der Wärmeleitkomponenten angeordnet sind, um ein Ausmaß von Kompression zu bestimmen, welche die mindestens eine der Wärmeleitkomponente von der benachbarten Batteriezellengruppe empfängt. Die oberen und unteren Seitenwände können ferner einen anderen Flansch umfassen, der wenigstens einen Abschnitt von jeweiligen Außenflächen abdeckt, die durch die Batteriezellengruppen definiert werden, und die anderen Flansche können mit den Batteriezellengruppen derart angeordnet sein, dass entgegengesetzte laterale Kräfte auf die Thermoplattenanordnung ausgeübt werden. Der eine der überlappenden Flansche kann eine Breite definieren, die gleich wie oder kleiner als eine Breite der Thermoplattenanordnung ist. Die überlappenden Flansche können miteinander laserverschweißt, verschraubt, vernietet oder klebend verbunden sein.
-
Eine Traktionsbatterieanordnung umfasst erste und zweite Gruppen von Batteriezellen, eine Exo-Tragstruktur und eine Thermoplattenanordnung. Die ersten und zweiten Gruppen von Batteriezellen weisen jeweils Innen- und Außenflächen sowie Klemmen auf, die sich von den Außenflächen erstrecken. Die Exo-Tragstruktur umfasst Halteflansche, die zum derartigen Festhalten der Gruppen angeordnet sind, dass die Flansche und Innenflächen einen Hohlraum dazwischen definieren. Die Thermoplattenanordnung ist innerhalb des Hohlraums in thermischer Verbindung mit den Gruppen untergebracht und mit den Gruppen angeordnet, um eine Sandwichformation zu definieren. Die Exo-Tragstruktur kann ein Paar von Unterstrukturen auf jeder Seite der Thermoplattenanordnung umfassen. Jede Unterstruktur kann obere und untere Seitenwände umfassen, die innere Halteflansche der Halteflansche aufweisen, welche die jeweilige obere oder untere Seitenwand von der anderen Unterstruktur überlappen. Die inneren Halteflansche können mit der Thermoplattenanordnung angeordnet sein, um entgegengesetzte vertikale Kräfte auf die Thermoplattenanordnung auszuüben. Die oberen und unteren Seitenwände können ferner äußere Halteflansche der Halteflansche umfassen, die wenigstens einen Abschnitt der Außenflächen der Gruppen abdecken, und die äußeren Halteflansche können mit den Gruppen angeordnet sein, um entgegengesetzte laterale Kräfte auf die Thermoplattenanordnung auszuüben. Die Exo-Tragstruktur kann ferner eine Mittelstange umfassen, die sich der Länge nach entlang der Außenflächen erstreckt, um die Exo-Tragstruktur in Längsrichtung zu verstärken. Die Thermoplattenanordnung kann ein Paar von Wärmeleitkomponenten umfassen, von welchen eine auf jeder Seite einer Thermoplatte angeordnet ist. Ein oder mehrere Kompressionsbegrenzer können auf jeder Seite der Thermoplatte angeordnet sein, die den Gruppen zugewandt ist. Die Begrenzer können mit den Batteriezellen angeordnet sein, um ein Ausmaß der Kompression der Wärmeleitkomponenten zu definieren. Die Exo-Tragstruktur kann ein Paar von Unterstrukturen auf jeder Seite der Thermoplattenanordnung umfassen, die ohne mechanische Befestigungselemente miteinander verbunden sind. Jede Unterstruktur kann eine Mehrzahl von vertikalen und lateralen Halteflanschen der Halteflansche umfassen, die sich davon erstrecken. Die Thermoplattenanordnung kann eine Thermoplatte und eine Wärmeleitkomponente umfassen, die auf beiden Seiten der Platte angeordnet ist, und die vertikalen und lateralen Halteflansche können mit den Gruppen und der Thermoplattenanordnung derart angeordnet sein, dass entgegengesetzte Kräfte auf die Thermoplatte ausgeübt werden, um die Wärmeleitkomponenten zwischen der Thermoplatte und der jeweiligen Gruppe zusammenzudrücken.
-
Eine Traktionsbatterieanordnung umfasst erste und zweite Gruppen von Batteriezellen, Thermoplattenanordnung und eine Exo-Tragstruktur. Die ersten und zweiten Gruppen von Batteriezellen weisen Klemmen auf, die sich von Außenseitenflächen der Gruppen erstrecken. Die Thermoplattenanordnung ist zwischen den Gruppen und in thermischer Verbindung damit angeordnet. Die Exo-Tragstruktur ist so ausgelegt, dass sie die Gruppen trägt, und umfasst ein Paar von oberen und unteren Seitenwänden sowie Paare von gegenüberliegenden Endplatten. Das Paar von oberen Seitenwänden umfasst jeweils einen oberen Flansch, die sich über der Thermoplattenanordnung erstrecken und einander überlappen. Das Paar von unteren Seitenwänden umfasst jeweils einen unteren Flansch, die sich unter der Thermoplattenanordnung erstrecken und einander überlappen. Die Paare von gegenüberliegenden Endplatten sind mit den jeweiligen Seitenwänden angeordnet, um die Gruppen dazwischen festzuhalten. Die Flansche sind mit der Thermoplattenanordnung derart angeordnet, dass die Gruppen gegen die gegenüberliegenden Seiten der Thermoplattenanordnung zusammengedrückt werden. Die Thermoplattenanordnung kann außerdem eine Thermoplatte und ein Paar von Wärmeleitkomponenten umfassen, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Thermoplatte befinden und mit der Exo-Tragstruktur angeordnet sind, um Innenflächen der Gruppen zu kontaktieren. Die Thermoplattenanordnung kann ferner einen oder mehrere Kompressionsbegrenzer umfassen, die sich in der Nähe der Wärmeleitkomponenten befinden und mit der Exo-Tragstruktur angeordnet sind, um ein Ausmaß von Kompressionskraft zu bestimmen, die von den Gruppen auf die Wärmeleitkomponenten ausgeübt wird. Jede der Seitenwände kann ferner äußere Flansche umfassen, die wenigstens einen Abschnitt der jeweiligen Außenseitenflächen abdecken, und die äußeren Flansche können mit der Thermoplattenanordnung derart angeordnet sein, dass die Gruppen dazwischen zusammengedrückt werden. Einer von jedem der überlappenden Flansche kann eine Breite definieren, die gleich wie oder kleiner als eine Breite der Thermoplattenanordnung ist. Die überlappenden oberen und unteren Flansche können miteinander laserverschweißt, verschraubt oder vernietet sein.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung, die ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug veranschaulicht.
-
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Abschnitts einer Traktionsbatterie und eines Thermomanagementsystems.
-
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Traktionsbatterieanordnung mit einer Exo-Tragstruktur für zwei Batteriezellengruppen und eine Thermoplattenanordnung.
-
3B ist eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle der beiden Batteriezellengruppen von 3A.
-
4 eine Vorderansicht eines Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3.
-
5 ist eine teilweise auseinander gezogene Ansicht des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3, welche zwei Unterstrukturen der Exo-Tragstruktur und die Thermoplattenanordnung darstellt.
-
6 ist eine Vorderansicht des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3, wobei Abschnitte entfernt sind, um innere Komponenten der Traktionsbatterieanordnung zu zeigen.
-
7 ist eine Draufsicht und eine bruchstückhafte Querschnittansicht eines Beispiels von laserverschweißten oberen Seitenwänden des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3.
-
8 ist eine Draufsicht und eine bruchstückhafte Querschnittansicht eines Beispiels von oberen Seitenwänden des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3, die durch Schrauben miteinander verbunden dargestellt sind.
-
9 ist eine Draufsicht und eine bruchstückhafte Querschnittansicht eines Beispiels von oberen Seitenwänden des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3, die durch Nieten miteinander verbunden dargestellt sind.
-
10 ist eine Draufsicht und eine bruchstückhafte Querschnittansicht eines Beispiels von oberen Seitenwänden des Abschnitts der Traktionsbatterieanordnung von 3, die durch miteinander verschachtelte Wände verbunden dargestellt sind, die durch die oberen Seitenwände definiert werden.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Es werden hierin Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten darzustellen. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen Struktur- und Funktionsdetails nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis für die Belehrung von Fachleuten über verschiedene Einsatzmöglichkeiten von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auszulegen. Wie für Durchschnittsfachleute zu erkennen ist, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu bilden, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen könnten jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale im Einklang mit den Lehren dieser Offenbarung gewünscht sein.
-
1 stellt ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) schematisch dar. Ein typisches Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 14 umfassen, die mit einem Hybridgetriebe 16 mechanisch verbunden sind. Die Elektromaschinen 14 können imstande sein, als ein Motor oder ein Generator zu funktionieren. Außerdem ist das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist zudem mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist. Die Elektromaschinen 14 können Antriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die Elektromaschinen 14 können außerdem als Generatoren fungieren und durch Rückgewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme im Reibungsbremssystem verloren gehen würde, Kraftstoffeinsparungsvorteile bereitstellen. Die Elektromaschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, da das Hybridelektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen im Elektromodus oder Hybridmodus betrieben werden kann, um den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 12 zu verringern.
-
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert und liefert Energie, die von den Elektromaschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs-GS-Ausgabe aus einer oder mehreren Batteriezellengruppen, manchmal als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellengruppe können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen. Die Traktionsbatterie 24 ist durch einen oder mehrere Kontaktgeber (nicht dargestellt) elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 verbunden. Der eine oder die mehreren Kontaktgeber trennen die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn geöffnet, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn geschlossen. Das Leistungselektronikmodul 26 ist außerdem elektrisch mit den Elektromaschinen 14 verbunden und stellt die Fähigkeit zu bidirektionaler Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine GS-Spannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 14 möglicherweise eine Dreiphasen-WS-Spannung benötigen, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die GS-Spannung in eine Dreiphasen-WS-Spannung umwandeln, wie von den Elektromaschinen 14 benötigt. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasen-WS-Spannung von den Elektromaschinen 14, die als Generatoren fungieren, in GS-Spannung umwandeln, die von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Die Beschreibung hierin kann gleichermaßen auf ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug angewendet werden. Für ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer Elektromaschine 14 verbunden ist, und die Kraftmaschine 18 kann nicht vorhanden sein.
-
Abgesehen davon, dass sie Energie zum Antrieb bereitstellt, kann die Traktionsbatterie 24 Energie auch für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein typisches System kann ein GS/GS-Wandlermodul 28 umfassen, das die Hochspannungs-GS-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-GS-Versorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie beispielsweise Kompressoren und elektrische Heizelemente, können ohne Verwendung eines GS/GS-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. 12-V-Batterie) verbunden.
-
Ein elektrisches Batterieüberwachungsmodul (BECM für engl. battery electrical control module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren, und es kann außerdem ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, das die Temperatur und den Ladezustand einer jeden der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31, wie beispielsweise einen Thermistor oder ein anderes Temperaturmessgerät, aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann außerdem auf oder nahe zu den Batteriezellen innerhalb der Traktionsbatterie 24 angeordnet sein. Es ist außerdem vorgesehen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 zum Überwachen der Temperatur der Batteriezellen verwendet werden können.
-
Das Fahrzeug 12 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug, wie etwa PHEV, ein FHEV, ein MHEV oder ein BEV sein, in dem die Traktionsbatterie 24 durch eine externe Leistungsquelle 36 wiederaufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit der Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE für engl. electric vehicle supply equipment) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungsanordnung und Bedienelemente bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regeln und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrische GS- oder WS-Leistung an die EVSE 38 liefern. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Anstecken an einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann ein beliebiger Typ von Anschluss sein, der zum Übertragen von Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 ausgelegt ist. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einen Onboard-Leistungsumwandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die von der EVSE 38 gelieferte Leistung aufbereiten, um die geeigneten Spannungs- und Strompegel für die Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann über eine Schnittstelle mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aufnahmen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
-
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere assoziierte Steuerungen zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder diskrete Leiter kommunizieren.
-
Die Batteriezellen, wie beispielsweise eine prismatische Zelle, können elektrochemische Zellen umfassen, welche gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische Zellen umfassen ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode). Ein Elektrolyt kann Ionen bei Entladung sich zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann bei Wiederaufladung zurückkehren lassen. Klemmen können Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle fließen lassen. Wenn in einer Gruppe mit mehreren Batteriezellen positioniert, können die Klemmen jeder Batteriezelle mit gegenüberliegenden Klemmen (positiven und negativen) benachbart zueinander ausgerichtet sein, und eine Sammelschiene kann beim Ermöglichen einer Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen helfen. Die Batteriezellen können außerdem parallel angeordnet sein, derart dass ähnliche Klemmen (positive und negative oder negative und positive) benachbart zueinander sind. Zum Beispiel können zwei Batteriezellen mit positiven Klemmen benachbart zueinander angeordnet sein, und die nächsten zwei Zellen können mit negativen Klemmen benachbart zueinander angeordnet sein. In diesem Beispiel kann die Sammelschiene Klemmen von allen vier Zellen kontaktieren. Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines Flüssigkeits-Thermomanagementsystem, eines Luft-Thermomanagementsystems oder eines anderen auf dem Fachgebiet bekannten Verfahrens erwärmt und/oder gekühlt werden.
-
Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines Flüssigkeits-Thermomanagementsystem, eines Luft-Thermomanagementsystem oder eines anderen auf dem Fachgebiet bekannten Verfahrens erwärmt und/oder gekühlt werden. In einem Beispiel eines Flüssigkeits-Thermomanagementsystems kann nunmehr unter Bezugnahme auf 2 die Traktionsbatterie 24 eine Batteriezellengruppe 88 umfassen, die so dargestellt ist, dass sie durch eine Thermoplatte 90 getragen wird, die durch ein Thermomanagementsystem erwärmt und/oder gekühlt werden soll. Die Batteriezellengruppe 88 kann eine Mehrzahl von Batteriezellen 92, die benachbart zueinander positioniert sind, und strukturelle Komponenten umfassen. Das GS/GS-Wandlermodul 28 und/oder das BECM 33 können unter bestimmten Betriebsbedingungen ebenfalls Kühlung und/oder Erwärmung benötigen. Eine Thermoplatte 91 kann das GS/GS-Wandlermodul 28 und das BECM 33 tragen und beim Thermomanagement davon helfen. Zum Beispiel kann das GS/GS-Wandlermodul 28 während der Spannungsumwandlung Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Alternativ können die Thermoplatten 90 und 91 miteinander in Fluidverbindung stehen, um sich einen gemeinsamen Fluideinlassanschluss und einen gemeinsamen Fluidauslassanschluss zu teilen.
-
In einem Beispiel kann die Batteriezellengruppe 88 derart an der Thermoplatte 90 montiert sein, dass nur eine Fläche jeder der Batteriezellen 92, wie beispielsweise eine Bodenfläche, mit der Thermoplatte 90 in Kontakt ist. Die Thermoplatte 90 und die einzelnen Batteriezellen 92 können untereinander Wärme übertragen, um beim Steuern der thermischen Konditionierung der Batteriezellen 92 innerhalb der Batteriezellengruppe 88 bei Fahrzeugbetriebsvorgängen zu helfen. Gleichmäßige Thermofluidverteilung und hohe Wärmeübertragungsfähigkeit sind zwei Überlegungen hinsichtlich der Thermoplatte 90 zum Bereitstellen eines effektiven Thermomanagements der Batteriezellen 92 innerhalb der Batteriezellengruppen 88 und anderer umliegender Komponenten. Da Wärme zwischen der Thermoplatte 90 und dem Thermofluid über Leitung und Konvektion übertragen wird, ist der Oberflächenbereich in einem Thermofluid-Flussfeld für effektive Wärmeübertragung sowohl zum Wegnehmen von Wärme als auch zum Erwärmen der Batteriezellen 92 bei kalten Temperaturen wichtig. Zum Beispiel erzeugt das Laden und Entladen der Batteriezellen Wärme, die sich negativ auf die Performance und die Lebensdauer der Batteriezellengruppe 88 auswirken kann, wenn sie nicht weggenommen wird. Alternativ kann die Thermoplatte 90 auch Wärme für die Batteriezellengruppe 88 bereitstellen, wenn kalten Temperaturen ausgesetzt.
-
Die Thermoplatte 90 kann einen oder mehrere Kanäle 93 und/oder einen Hohlraum umfassen, um Thermofluid durch die Thermoplatte 90 zu verteilen. Zum Beispiel kann die Thermoplatte 90 einen Einlassanschluss 94 und einen Auslassanschluss 96 umfassen, die zum Bereitstellen und Zirkulierenlassen des Thermofluids mit den Kanälen 93 in Verbindung stehen können. Die Positionierung des Einlassanschlusses 94 und des Auslassanschlusses 96 in Bezug auf die Batteriezellengruppen 88 kann variieren. Wie zum Beispiel in 2 dargestellt, können der Einlassanschluss 94 und der Auslassanschluss 96 in Bezug auf die Batteriezellengruppen 88 zentral positioniert sein. Der Einlassanschluss 94 und der Auslassanschluss 96 können auch zur Seite der Batteriezellengruppen 88 positioniert sein. Alternativ kann die Thermoplatte 90 einen Hohlraum (nicht dargestellt) in Verbindung mit dem Einlassanschluss 94 und dem Auslassanschluss 96 zum Bereitstellen und Zirkulierenlassen des Thermofluids umfassen. Die Thermoplatte 91 kann einen Einlassanschluss 95 und einen Auslassanschluss 97 zum Liefern und Entfernen von Thermofluid umfassen. Optional kann eine Folie aus Wärmeleitmaterial (nicht dargestellt) auf die Thermoplatte 90 und/oder 91 unter der Batteriezellengruppe 88 und/oder dem GS/GS-Wandlermodul 28 bzw. dem BECM 33 aufgebracht werden. Die Folie aus Wärmeleitmaterial kann die Wärmeübertragung zwischen der Batteriezellengruppe 88 und der Thermoplatte 90 zum Beispiel durch Füllen von Lücken und/oder Luftspalten zwischen den Batteriezellen 92 und der Thermoplatte 90 verbessern. Das Wärmeleitmaterial kann außerdem elektrische Isolierung zwischen der Batteriezellengruppe 88 und der Thermoplatte 90 bereitstellen. Ein Batterietrog 98 kann die Thermoplatte 90, die Thermoplatte 91, die Batteriezellengruppe 88 und andere Komponenten tragen. Der Batterietrog 98 kann eine oder mehrere Aussparungen zum Aufnehmen der Thermoplatten umfassen.
-
Es können verschiedene Batteriepackkonfigurationen verfügbar sein, um individuellen Fahrzeugvariablen, welche Packungsbeschränkungen und Leistungsanforderungen umfassen, gerecht zu werden. Die Batteriezellengruppe 88 kann innerhalb einer Abdeckung oder eines Gehäuses (nicht dargestellt) enthalten sein, um die Batteriezellengruppe 88 und andere umliegende Komponenten, wie beispielsweise das GS/GS-Wandlermodul 28 und das BECM 33, zu schützen und einzufassen. Die Batteriezellengruppe 88 kann an verschiedenen Stellen angeordnet werden, die zum Beispiel unter einem Vordersitz, und einem Rücksitz oder hinter dem Rücksitz des Fahrzeugs umfassen. Es ist jedoch vorgesehen, dass die Batteriezellengruppen 88 an jeder geeigneten Stelle im Fahrzeug 12 angeordnet werden können.
-
Ein Kontakt der Passflächen zwischen einer Thermoplatte und Oberflächen der Batteriezellen ist ein Faktor, der die Wärmeübertragung innerhalb eines Batterie-Thermomanagementsystems und insbesondere in Bezug auf Leitung zwischen der Thermoplatte und den Batteriezellen beeinflussen kann. Die Passflächen können aufgrund von Oberflächentoleranzen, Unregelmäßigkeiten von Komponenten und/oder Verschmutzung uneben sein, was zu Spalten dazwischen führen kann. Außerdem kann Verformung der Batteriezellengruppe, wie beispielsweise Verbiegen und/oder Verdrehen, zu Anordnungstoleranzen von Batteriezelle zu Batteriezelle führen. Wärmeübertragung in Bezug auf Kühlung und Erwärmung der Batteriezellen kann weniger wirksam sein, wenn Spalte zwischen den Passflächen der jeweiligen Thermoplatten und den Bodenflächen der Batteriezellen vorhanden sind. Das Beseitigen dieser Kontaktmängel und/oder das Erhalten eines bündigen Kontakts zwischen den Oberflächen können wünschenswert sein, um für eine verbesserte Wärmeübertragung innerhalb des Thermomanagementsystems zu sorgen. Ferner können frühere Beispiele von Traktionsbatterieanordnungen eine Thermoplatte unter einem Satz von Batteriezellengruppen umfassen. In diesem Beispiel sind Klemmen der Batteriezellengruppen in Bezug auf die Thermoplatte vertikal ausgerichtet, und die Batteriezellengruppen können voneinander beabstandet sein. Dieses Beispiel kann mehr Komponenten und folglich mehr Packungsraum erfordern, da die Thermoplatte unter den Batteriezellengruppen statt dazwischen angeordnet ist.
-
3A bis 6 zeigen ein anderes Beispiel eines Abschnitts einer Traktionsbatterieanordnung. In diesem Beispiel kann ein Abschnitt einer Traktionsbatterieanordnung 100 eine Exo-Tragstruktur mit einem Paar von Unterstrukturen 106 umfassen. Jede der Unterstrukturen 106 kann ein Paar von gegenüberliegenden Endplatten 108 umfassen. Eine obere Seitenwand 110 und eine untere Seitenwand 112 können sich zwischen den gegenüberliegenden Endplatten 108 erstrecken. Eine Mehrzahl von Befestigungselementen 114 kann die oberen Seitenwände 110 und die unteren Seitenwände 112 mit ihren jeweiligen gegenüberliegenden Endplatten 108 verbinden, In jeder der Unterstrukturen 106 können die jeweiligen Endplatten 108, oberen Seitenwände 110 und unteren Seitenwände 112 eine Batteriezellengruppe 120 dazwischen festhalten. Das Paar von Batteriezellengruppen 120 kann eine Mehrzahl von Batteriezellen 122 umfassen. Jede Batteriezellengruppe 120 kann eine Innenfläche 126 und eine Außenfläche 128 definieren. Eine Mehrzahl von Klemmen 130 kann sich von jeder der Außenflächen 128 in einer seitlichen Ausrichtung zu den Batteriezellen 122 statt in der vertikalen Ausrichtung der früheren Beispiele von Traktionsbatterieanordnungen, die zuvor beschrieben wurden, erstrecken.
-
Die Batteriezellengruppen 120 können voneinander beabstandet sein. Die Unterstrukturen 106 können die Batteriezellen 122 ausrichten und/oder festhalten, und sie können so bemessen sein, dass sie eine Thermoplattenanordnung zwischen den Batteriezellengruppen 120 aufnehmen. Die Thermoplattenanordnung kann eine Thermoplatte 136 und zwei Wärmeleitkomponenten 142 umfassen, Die Wärmeleitkomponenten 142 können auf gegenüberliegenden Seiten der Thermoplatte 136 angeordnet sein. Die Unterstrukturen 106 und die Thermoplattenanordnung können miteinander angeordnet sein, um eine Sandwichformation zu definieren. Die Thermoplatte 136 kann mit jeder der Batteriezellengruppen 120 in thermischer Verbindung stehen, um beim Steuern der thermischen Bedingungen der Batteriezellen 122 zu helfen. Die Wärmeleitkomponenten 142 können die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellengruppen 120 und der Thermoplatte 136 verbessern. Zum Beispiel können die Wärmeleitkomponenten 142 jegliche Lücken oder Luftspalte zwischen den Batteriezellen 122 und der Thermoplatte 136 füllen. Die Wärmeleitkomponenten 142 können außerdem elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen 122 und der Thermoplatte 136 bereitstellen. Beispiele der Wärmeleitkomponenten 142 können eine Folie aus Wärmeleitmaterial, eine Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitkleber umfassen.
-
Die Exo-Tragstruktur kann außerdem einen oder mehrere Ansätze 148 auf jeder der gegenüberliegenden Endplatten 108 umfassen. Die Ansätze 148 können mit entsprechenden Öffnungen (nicht dargestellt) der Thermoplatte 136 angeordnet sein, um Befestigung daran zu ermöglichen. Ein oder mehrere Kompressionsbegrenzer 144 können sich von der Thermoplatte 136 erstrecken. Die Kompressionsbegrenzer 144 können an der Thermoplatte 136 befestigt sein, oder die Thermoplatte 136 kann die Kompressionsbegrenzer 144 definieren. Die Kompressionsbegrenzer 144 können mit den Batteriezellen angeordnet sein, um beim Bestimmen eines Ausmaßes von Kompressionskraft, die durch die Wärmeleitkomponenten 142 von den Batteriezellen 122 empfangen wird, oder einer Distanz von Bewegung der Batteriezellen 122 zu helfen, wenn die Unterstrukturen 106 miteinander verbunden werden.
-
Zum Beispiel können die Unterstrukturen 106 mit einander verbunden werden, um beim Bereitstellen des gewünschten Kontakts zwischen den Batteriezellen 122, den Wärmeleitkomponenten 142 und der Thermoplatte 136 zu helfen. Die oberen Seitenwände 110 können jeweils einen oberen inneren Halteflansch 150 umfassen. Die oberen inneren Halteflansche 150 können sich von einem Abschnitt der jeweiligen oberen Seitenwand 110 in der Nähe der Innenflächen 126 der Batteriezellengruppen 120 zur anderen Unterstruktur 106 erstrecken. Die oberen inneren Halteflansche 150 können einander berühren und überlappen, um eine Kraft auf die Thermoplatte 136 zu erzeugen, wie durch einen Kraftpfeil 155 dargestellt. Zum Beispiel können die oberen inneren Halteflansche 150 aus einem Material mit elastischen Eigenschaften sein, um bei der Überlappungsbeziehung der oberen inneren Halteflansche 150 zu helfen. Die unteren Seitenwände 112 können jeweils einen unteren inneren Halteflansch 154 umfassen. Die unteren inneren Halteflansche 154 können sich von einem Abschnitt der jeweiligen unteren Seitenwand 112 in der Nähe der Innenflächen 126 der Batteriezellengruppen 120 zur anderen Unter-Tragstruktur 106 erstrecken. Die unteren inneren Halteflansche 154 können einander berühren und überlappen, um eine Kraft auf die Thermoplatte 136 zu erzeugen, wie durch einen Kraftpfeil 157 dargestellt.
-
Zum Beispiel können die unteren inneren Halteflansche 154, wie bei den oberen inneren Halteflanschen 150, aus einem Material mit elastischen Eigenschaften sein, um bei der Überlappungsbeziehung der unteren inneren Halteflansche 154 zu helfen. Die von den oberen inneren Halteflanschen 150 und den unteren inneren Halteflanschen 154 erzeugten Kräfte können die Thermoplatte 136 dazwischen zusammendrücken. Die oberen inneren Halteflansche 150, die unteren inneren Halteflansche 154 und die Innenflächen 126 der Batteriezellengruppen 120 können einen Hohlraum dazwischen definieren. Die Unterstrukturen 106 können die Batteriezellen 122 derart ausrichten und/oder festhalten, dass der Hohlraum so bemessen sein kann, dass er die Thermoplattenanordnung aufnimmt. Einer von jedem der oberen inneren Halteflansche 150 und der unteren inneren Halteflansche 154 kann eine Breite definieren, welche gleich wie oder kleiner als die Breite der Thermoplattenanordnung ist, um einen geeigneten Spielraum in Bezug auf die gegenüberliegende Unterstruktur 106 und Kontakt zwischen der Thermoplattenanordnung und den Batteriezellengruppen 120 bereitzustellen. In einem anderen Beispiel kann einer von jedem der oberen inneren Halteflansche 150 und der unteren inneren Halteflansche 154 eine Breite definieren, welche größer als die Breite der Thermoplattenanordnung ist. In diesem Beispiel kann der andere der Flansche mit der Breite, die größer als die Breite der Thermoplattenanordnung ist, eine eingelassene Aussparung definieren, um den oberen inneren Halteflansch 150 und den unteren inneren Halteflansch 154 aufzunehmen. Alternativ können die oberen Halteflansche 150 und die unteren Halteflansche 154 Konstruktionsspielräume zueinander und der Thermoplatte 136 aufweisen, um den Zusammenbau der Unterstrukturen 106 und zur Thermoplatte 136 zu erleichtern. Zum Beispiel können nach dem Anordnen der Unterstruktur 106 und der Thermoplatte 136 nahe zueinander (wie in 6 dargestellt) die Kräfte 155 und 157 durch ein externes Werkzeug oder eine externe Vorrichtung entwickelt werden, um die Konstruktionsspielräume der oberen Halteflansche 150 und der unteren Halteflansche 154 während des Befestigungsvorgangs, der die Unterstrukturen 106 und die Thermoplattenanordnung zusammenhält, zu überwinden.
-
Die oberen Seitenwände 110 können jeweils einen oberen äußeren Halteflansch 160 umfassen. Die oberen äußeren Halteflansche 160 können sich von einem Abschnitt der jeweiligen oberen Seitenwand 110 in der Nähe der Außenflächen 128 der Batteriezellengruppen 120 zu den Klemmen 130 erstrecken. Die oberen äußeren Halteflansche 160 können einen Abschnitt der Außenflächen 128 abdecken. Die unteren Seitenwände 112 können jeweils einen unteren äußeren Halteflansch 164 umfassen. Die unteren äußeren Halteflansche 164 können sich von einem Abschnitt der jeweiligen unteren Seitenwand 112 in der Nähe der Außenflächen 128 der Batteriezellengruppen 120 zu den Klemmen 130 erstrecken. Die unteren äußeren Halteflansche 164 können einen Abschnitt der Außenflächen 128 abdecken. Die oberen äußeren Halteflansche 160 und die unteren äußeren Halteflansche 164 können mit den Batteriezellengruppen 120 angeordnet sein, um entgegengesetzte Kräfte in einer Querrichtung auszuüben, wie durch Kraftpfeile 165 dargestellt. Zum Beispiel können die oberen äußeren Halteflansche 160 und die unteren äußeren Halteflansche 164 beim Zusammendrücken der Batteriezellengruppen 120 gegen die Thermoplatte 136 und, falls vorhanden, die Wärmeleitkomponenten 142 helfen.
-
Obwohl die Überlappungsbeziehung der oberen inneren Halteflansche 150 und der unteren inneren Halteflansche 154 die Unterstrukturen 106 und die Thermoplattenanordnung ohne mechanische Befestigungselemente verbinden kann, kann die Überlappungsbeziehung auch verschiedene Befestigungsoptionen ermöglichen, wenn gewünscht und wie in 7 bis 10 dargestellt. 7 bis 10 zeigen Beispiele, welche die oberen inneren Halteflansche 150 verbinden, es versteht sich jedoch, dass die Befestigungsoptionen auch zum Verbinden der unteren inneren Halteflansche 154 verfügbar sind. 7 stellt ein Beispiel dar, wobei die oberen inneren Halteflansche 150 entlang einer Naht 180 durch Laser miteinander verschweißt sind. Andere Beispiele von geeigneten Schweißoptionen umfassen Nahtschweißen und Punktschweißen. Eine Laserschweißung kann ein niedrigeres Profil der überlappenden Flansche 150 in Bezug auf die Verbindungsoptionen bereitstellen, die in 8 und 9 dargestellt sind. Ferner erfordert eine Laserschweißung keine Aufnahme von Befestigungselementen, welche innerhalb der Thermoplatte 136 enthalten sind und welche Kühlkanäle der Thermoplatten 136 beeinträchtigen können. 8 stellt ein Beispiel dar, wobei die oberen inneren Halteflansche 150 durch eine Mehrzahl von Schrauben 182 verbunden sind. Die Mehrzahl von Schrauben 182 kann Vorteile in Bezug auf die Wartbarkeit der Traktionsbatterie 100 bereitstellen. Zum Beispiel sind die Schrauben 182 im Vergleich zu den in 7 und 9 dargestellten Verbindungsoptionen leichter zu entfernen. 9 stellt ein Beispiel dar, wobei die oberen inneren Halteflansche 150 durch eine Mehrzahl von Nieten 184 verbunden sind. Die Mehrzahl von Nieten 184 stellt ein niedrigeres Profil der überlappenden oberen inneren Halteflansche 150 bereit und wird nicht so tief in die Thermoplatte 136 eingeführt, wie wenn die Bolzen 182 verwendet werden, um die oberen inneren Halteflansche 150 zu verbinden. 10 stellt ein Beispiel dar, wobei die oberen inneren Halteflansche 150 eine Mehrzahl von verschachtelten Wänden 186 definieren. Die verschachtelten Wände 186 stellen eine im Wesentlichen bündige Beziehung zwischen den oberen Halteflanschen 150 bereit, und in diesem Beispiel haben die oberen Halteflansche 150 vielmehr eine Verriegelungsbeziehung anstelle einer Überlappungsbeziehung und weisen folglich eine niedrigeres Profil als die in 7 bis 9 dargestellten Verbindungsoptionen auf. Die verschachtelten Wände 186 können zum Beispiel durch Laserschweißen, Schrauben oder Nieten miteinander verbunden sein. In einem anderen Beispiel können die oberen Halteflansche 150 und die unteren Halteflansche 154 klebend miteinander verbunden sein.
-
Optional können die Unter-Tragstrukturen 106 jeweils eine Mittelstange 190 umfassen. Die Mittelstange 190 kann sich in Längsrichtung entlang der Außenflächen 128 der Batteriezellengruppen 120 erstrecken. Die Mittelstange 190 kann sich zwischen den jeweiligen Endplatten 108 erstrecken, um beim Verstärken der Exo-Tragstruktur in Längsrichtung zu helfen.
-
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche erfasst werden. Die in der Spezifikation verwendeten Wörter sind beschreibende statt einschränkende Wörter, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie bereits erwähnt, können die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht werden. Für Durchschnittsfachleute ist zu erkennen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen so hätten beschrieben werden können, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Charakteristiken Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, auf ein oder mehr Merkmale oder eine oder mehr Charakteristiken verzichtet werden kann, um gewünschte Gesamtsystemeigenschaften zu erreichen, welche von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Vermarktbarkeit, Erscheinung, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, leichte Montage usw. umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Entsprechend liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehr Charakteristiken beschrieben wurden, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
