DE102015119926A1

DE102015119926A1 - Batteriemodul mit seitlicher Kompressionsstruktur mit Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102015119926A1
Application number: DE102015119926.2A
Authority: DE
Inventors: Evan Mascianica; Josef Dollison; Jeremy Samborsky; Daniel Miller
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN105655664A; US20160156074A1; US10347953B2

Abstract

Zu einem Batteriemodul gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung zählen unter anderem eine erste Anordnung von Batteriezellen entlang einer ersten Achse und eine zweite Anordnung von Batteriezellen entlang einer zweiten Achse. Die Batteriezellen der ersten und zweiten Anordnung weisen jeweils axial gewandte Wände auf. Das Batteriemodul weist ferner eine Kompressionsstruktur auf, durch die ein Wärmetauscher bereitgestellt wird. Die Kompressionsstruktur ist axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart.

Description

HINTERGRUND
Bei Elektrofahrzeugen wie beispielsweise Hybridelektrofahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEVs) werden elektrische Maschinen anstelle von oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine verwendet. Elektrofahrzeuge sind typischerweise mit einem Batteriepack ausgestattet, das ein oder mehrere Batteriemodule aufweist. Die Batteriemodule weist mehrere Batteriezellen auf. Ein bekannter Batteriemodultyp weist dem Boden, den Seiten, den Enden und der Oberseite des Moduls benachbarte Kompressionsstrukturen auf. Die Kompressionsstrukturen halten die Batteriezellen fest und sorgen für eine Formstabilität, die für die Funktion und Dauerhaftigkeit der Batteriearchitektur erforderlich ist.
KURZDARSTELLUNG
Zu einem Batteriemodul gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung zählen unter anderem eine erste Anordnung von Batteriezellen entlang einer ersten Achse und eine zweite Anordnung von Batteriezellen entlang einer zweiten Achse. Die Batteriezellen der ersten und zweiten Anordnung weisen jeweils axial gewandte Wände auf. Das Batteriemodul weist ferner eine Kompressionsstruktur auf, durch die ein Wärmetauscher bereitgestellt wird. Die Kompressionsstruktur ist axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul eine Basis auf. Die Batteriezellen werden auf der Basis unterstützt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls ist die Kompressionsstruktur eine seitliche Kompressionsstruktur, die sich von der Basis aus nach oben erstreckt. Die seitliche Kompressionsstruktur erstreckt sich entlang einer Länge des Batteriemoduls.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul eine erste seitliche Kompressionsstruktur und eine zweite seitliche Kompressionsstruktur auf, die sich von entgegengesetzten Seiten der Basis aus nach oben erstrecken.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul eine erste Endstruktur und eine zweite Endstruktur an entgegengesetzten Enden des Batteriemoduls auf. Die erste und zweite Endstruktur erstrecken sich zwischen der ersten und zweiten seitlichen Kompressionsstruktur.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls ist die zweite Achse zu der ersten Achse beabstandet, und die zweite Achse verläuft parallel zu der ersten Achse.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul eine dritte, vierte und fünfte Anordnung von Batteriezellen auf. Die Kompressionsstruktur ist axial gewandten Wänden einer Batteriezelle aus der dritten, vierten und fünften Anordnung benachbart.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist die Kompressionsstruktur einen Kanal auf, um ein Fluid entlang der Länge des Batteriemoduls zu leiten. Der Kanal weist eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des Fluids von einer Fluidquelle und eine Auslassöffnung zum Leiten des Fluids zu einer Fluidrückführung auf.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist die Kompressionsstruktur einen ersten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt, einen zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt und einen Wendeabschnitt zwischen dem ersten und zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt auf.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls liegt der erste in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt zwischen der Einlassöffnung und dem Wendeabschnitt, und der zweite in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt liegt zwischen dem Wendeabschnitt und der Auslassöffnung.
Zu einem Batteriemodul gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung zählen unter anderem eine erste Anordnung von Batteriezellen, die sich entlang einer ersten Achse erstreckt, und eine zweite Anordnung von Batteriezellen, die sich entlang einer zweiten Achse erstreckt. Die zweite Achse ist zu der ersten Achse beabstandet. Das Batteriemodul weist ferner eine Kompressionsstruktur auf, die einer Zelle der ersten Anordnung und einer Zelle der zweiten Anordnung benachbart ist. Durch die Kompressionsstruktur wird ein Wärmetauscher bereitgestellt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls erstreckt sich die Kompressionsstruktur entlang einer Länge des Batteriemoduls.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist die Kompressionsstruktur einen Kanal auf, um ein Fluid innerhalb der Kompressionsstruktur zu leiten.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist die Kompressionsstruktur mindestens einen Kanal auf, um ein Fluid entlang der Länge des Batteriemoduls zu leiten. Der mindestens eine Kanal weist eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des Fluids von einer Fluidquelle und eine Auslassöffnung zum Leiten des Fluids zu einer Fluidrückführung auf.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls ist die Kompressionsstruktur eine erste seitliche Kompressionsstruktur, und wobei das Batteriemodul eine zweite seitliche Kompressionsstruktur aufweist, wobei sich die erste und zweite Anordnung zwischen der ersten und zweiten seitlichen Kompressionsstruktur jeweils entlang der ersten und zweiten Achse erstrecken.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul eine Basis auf. Die Batteriezellen werden auf der Basis unterstützt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls erstrecken sich die erste seitliche Kompressionsstruktur und die zweite seitliche Kompressionsstruktur von entgegengesetzten Seiten der Basis aus nach oben.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Batteriemoduls weist das Batteriemodul Endstrukturen auf, die sich zwischen der ersten und der zweiten seitlichen Kompressionsstruktur erstrecken.
Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem den Schritt eines Herstellens eines Fluidstroms in einem Kanal einer seitlichen Kompressionsstruktur eines Batteriemoduls.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend erwähnten Verfahrens weist das Batteriemodul eine erste und eine zweite Anordnung von Batteriezellen auf, die sich jeweils entlang einer ersten und zweiten Achse erstrecken. Jede der Batteriezellen weist axial gewandte Wände auf, die jeweils der ersten oder zweiten Achse zugewandt sind. Die seitliche Kompressionsstruktur ist ferner axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Abschnitte, der Ansprüche oder der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen, eingeschlossen alle ihre unterschiedlichen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können voneinander unabhängig oder in jeder beliebigen Kombination verwendet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, außer wenn derartige Merkmale unvereinbar sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen können kurz beschrieben werden wie folgt:
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Batteriemoduls.
3 ist eine Endansicht des Batteriemoduls aus 2.
4 zeigt die Anordnung der Zellen in dem Batteriemodul aus 2.
5 zeigt schematisch eine Kühlanordnung, die mit dem Batteriemodul aus 2 in Zusammenhang steht.
6 ist eine vergrößerte Ansicht einer seitlichen Kompressionsstruktur des Batteriemoduls aus 2.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung betrifft ein Batteriemodul mit einer seitlichen Kompressionsstruktur, durch die ein Wärmetauscher bereitgestellt wird.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs 12, das bei diesem Beispiel ein elektrifiziertes Fahrzeug ist. Obwohl es als ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle, HEV) gezeigt wird, sollte beachtet werden, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles, PHEVs), batterieelektrische Fahrzeuge (battery electric vehicles, BEVs) sowie Fahrzeuge mit modularem Hybridgetriebe (modular hybrid transmission vehicles).
Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigtes Antriebsstrangsystem, bei dem ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet werden. Das erste Antriebssystem weist eine Kombination aus einer Kraftmaschine 14 und einem Generator 18 (d.h. eine erste elektrische Maschine) auf. Das zweite Antriebssystem weist mindestens einen Motor 22 (d.h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 sowie eine Batterie 24 auf. Bei dieser Ausführungsform wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren Sätzen von Antriebsrädern 28 des Fahrzeugs 12.
Die Kraftmaschine 14, bei der es sich bei dieser Ausführungsform um eine Verbrennungskraftmaschine (internal combustion engine, ICE) handelt, erhält Kraftstoff wie beispielsweise Benzin von einem Kraftstofftank 16. In Abhängigkeit von dem Fahrzeugtyp können andere Kraftstoffe als Benzin verwendet werden. Die Kraftmaschine 14 und der Generator 18 können durch eine Energieübertragungseinheit 30, verbunden sein, die bei diesem Beispiel ein Hybridgetriebesystem wie beispielsweise ein Planetenradsatz ist. Selbstverständlich können andere Arten von Energieübertragungseinheiten mit anderen Radsätzen und Getrieben verwendet werden, um die Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Energieübertragungseinheit 30 ein Planetenradsatz, der ein Hohlrad, ein Sonnenrad und eine Trägeranordnung aufweist.
Der Generator 18 kann mithilfe der Kraftmaschine 14 durch die Energieübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 abgegeben wird, die mit der Energieübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 operativ mit der Kraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 von dem Generator 18 gesteuert werden.
Die Energieübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die mit Antriebsrädern 28 des Fahrzeugs durch eine zweite Energieübertragungseinheit 44 verbunden ist, bei der es sich bei diesem Beispiel um ein Zahnradgetriebe (drive gear system) handelt. Die zweite Energieübertragungseinheit 44 kann einen Radsatz mit mehreren Zahnrädern aufweisen. Andere Energieübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die zweite Energieübertragungseinheit 44 überträgt ein Drehmoment von der Kraftmaschine 14 auf ein Differentialgetriebe 48, um schließlich Traktion für die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 kann mehrere Zahnräder aufweisen, die die Übertragung eines Drehmoments zu den Antriebsrädern 28 des Fahrzeugs ermöglichen. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Energieübertragungseinheit 44 durch das Differentialgetriebe 48 mechanisch mit einer Achse 50 verbunden, um ein Drehmoment an die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs zu verteilen.
Der Motor 22 (d.h. die zweite elektrische Maschine) kann auch eingesetzt werden, um die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs durch Abgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, die mit der zweiten Energieübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, bei dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Abgeben eines Drehmoments eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an die Batterie 24 abgeben.
Bei der Batterie 24 handelt es sich um einen beispielhaften Typ einer Batterieanordnung für ein elektrifiziertes Fahrzeug, und sie kann die Form einer Hochspannungsbatterie annehmen, die in der Lage ist, elektrische Energie abzugeben, um den Motor 22 und/oder den Generator 18 zu betreiben. Die Batterie 24 kann ein oder mehrere Batteriemodule 64 (2) aufweisen, die abhängig von der Anwendung parallel oder in Reihe geschaltet sind. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -abgabevorrichtungen können ebenfalls zur Energieversorgung innerhalb des Fahrzeugs 12 verwendet werden.
Der Antriebsstrang 10 kann außerdem ein Steuersystem 58 (bzw. „Steuergerät“) zum Überwachen und/oder Steuern verschiedener Aspekte des Fahrzeugs 12 aufweisen. Zum Beispiel kann das Steuersystem 58 mit dem elektrischen Antriebssystem, den Energieübertragungseinheiten 30, 44 oder anderen Komponenten Daten austauschen, um das Fahrzeug 12 zu überwachen, das Fahrzeug 12 zu steuern oder beides.
Das Steuersystem 58 weist Elektronik, Software oder beides auf, um die erforderlichen Steuerfunktionen zum Betreiben des Fahrzeugs 12 auszuführen. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Steuersystem 58 eine Kombination aus Fahrzeugsystemsteuergerät (vehicle system controller) und Antriebsstrangsteuermodul (powertrain control module) (VSC/PCM). Obwohl es als eine einzige Hardwarevorrichtung gezeigt wird, kann das Steuersystem 58 mehrere Steuergeräte in der Form mehrerer Hardwarevorrichtungen oder mehrere Softwaresteuerungen in einer oder mehreren Hardwarevorrichtungen aufweisen. Ein Controller-Area-Network (CAN) 62 ermöglicht dem Steuersystem 58, mit den verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 12 Daten auszutauschen.
Ein beispielhaftes Batteriemodul 64 wird in 2 gezeigt. Bei diesem Beispiel weist das beispielhafte Batteriemodul 64 eine Länge L₁, eine Breite B₁ und eine Höhe H₁ auf. Die Länge L₁ des Batteriemoduls ist größer als die Breite B₁, und bei einem Beispiel beträgt das Verhältnis der Länge L₁ zu der Breite B₁ etwa 5 zu 1.
Wie in 2 und 3 gezeigt, weist das Batteriemodul 64 eine Basis 66 mit einer Breite B₁ und einer Länge L₁ auf. Die erste und zweite seitliche Kompressionsstruktur 68, 70 sind an der Basis 66 befestigt und erstrecken sich von dieser aus nach oben in der Richtung der Höhe H₁. Die erste und zweite seitliche Kompressionsstruktur 68, 70 erstrecken sich entlang der Länge L₁ des Batteriemoduls 64 zwischen einer entgegengesetzt angeordneten ersten und zweiten Endstruktur 72, 74. Die erste und zweite Endstruktur 72, 74 spannen sich zwischen den seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 in der Richtung der Breite B₁ des Batteriemoduls 64. Außerdem sind mehrere (bei diesem Beispiel fünf) obere Elemente 76 zwischen den entgegengesetzten seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 vorgesehen. Die oberen Elemente 76 spannen sich ebenfalls zwischen den seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 in der Richtung der Breite B₁ des Batteriemoduls 64.
Zusammen halten die Basis 66, die seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70, die Endstrukturen 72, 74 und die oberen Elemente 76 mehrere Batteriezellen 78 („Zellen 78“) innerhalb des Fahrzeugs 12 fest. Es sollte beachtet werden, dass die Basis 66, die seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70, die Endstrukturen 72, 74 und die oberen Elemente 76 mithilfe einer Anzahl bekannter Techniken aneinander befestigt sein können. Zum Beispiel sind bei einem Beispiel die Strukturen mithilfe bekannter Arten von Befestigungsmitteln wie beispielsweise Muttern und Bolzen aneinander befestigt. Bei einem anderen Beispiel sind mindestens einige der Strukturen aneinandergeschweißt.
Nochmals: Mehrere Zellen 78 werden in dem Batteriemodul 64 festgehalten. Die obere Fläche jeder Zelle 78 weist zwei Anschlüsse 80, 82 auf. Bei diesem Beispiel sind die Zellen 78 derart angeordnet, dass die Anschlüsse 80, 82 mithilfe mehrerer Sammelschienen miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Zellen 78 könnten jedoch auch parallel geschaltet sein.
4 zeigt zu Veranschaulichungszwecken die Zellen 78 ohne die entsprechende Haltestruktur des Batteriemoduls 64. Wie gezeigt, sind die Zellen 78 in mehreren Anordnungen 84, 86, 88, 90, 92 angeordnet. Obwohl fünf Anordnungen gezeigt werden, sollte beachtet werden, dass diese Offenbarung sich auf Batteriemodule erstreckt, die eine andere Anzahl von Anordnungen enthalten.
Bezogen auf die erste Anordnung 84 weist jede der Zellen 78 eine Länge L₂, eine Breite B₂ und eine Höhe H₂ auf. Bei diesem Beispiel ist die Länge L₂ der Zellen 78 größer als die Breite B₂. Ferner weist die erste Anordnung 84 bei dem gezeigten Beispiel sechs Zellen 78 auf. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Anordnung 84 eine andere Anzahl von Zellen aufweisen kann.
Innerhalb jeder Anordnung sind die Zellen 78 derart angeordnet, dass ihre Länge L₂ parallel zu der Länge L₁ des Moduls 64 ist. Insbesondere sind in der ersten Anordnung 84 die axial gewandten Wände 94 der Zellen 78 mit einer Länge L₂ und einer Höhe H₂ entlang einer gemeinsamen ersten Achse A₁ angeordnet. Jede Batteriezelle 78 weist zwei entgegengesetzte axial gewandte Wände 94 auf. Die restlichen Wände der Batteriezellen 78 sind von der ersten Achse A₁ abgewandt und sind daher nicht „axial gewandt“. Ferner erstreckt sich, wie gezeigt, die erste Achse A₁ senkrecht zu einer Außenfläche der axial gewandten Wände 94. Die erste Achse A₁ ist außerdem senkrecht zu der Richtung der Länge L₁ des Batteriemoduls 64.
Die Zellen 78 der zweiten Anordnung 86 sind den Zellen 78 der ersten Anordnung 84 benachbart angeordnet. Die Zellen 78 in der zweiten Anordnung 86 sind entlang einer zweiten Achse A₂ auf im Wesentlichen dieselbe Weise angeordnet, wie die Zellen 78 der ersten Anordnung 84 entlang der ersten Achse A₁ angeordnet sind. Die Zellen aus den Anordnungen 88, 90 und 92 sind ebenfalls in ähnlicher Weise angeordnet und erstrecken sich entlang entsprechenden Achsen A₃, A₄, A₅. Alle der Achsen A₁ bis A₅ sind zueinander entlang der Länge L₁ des Batteriemoduls beabstandet und sind zueinander parallel und verlaufen jeweils senkrecht zu der Länge L₁ des Batteriemoduls 64.
Durch Anordnen der Zellen 78 in dem Batteriemodul 64 wie in 4 gezeigt, ist der relativ große Oberflächenbereich, der durch die axial gewandten Wände 94 der Zellen 78 bereitgestellt wird, den seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 ausgesetzt. Wie nachfolgend erörtert, kann die in 4 gezeigte Anordnung der Zellen 78 eine wirksamere Wärmeübertragung (z.B. Kühlung) relativ zu den Zellen 78 zur Folge haben.
Mit Bezug auf 5 und 6: Durch die seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 wird jeweils ein Wärmetauscher bereitgestellt. Wie gezeigt, weist jede der seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 einen Kanal 96, 98 auf, um ein Kühlfluid F von einer Kühlfluidquelle 100 innerhalb der jeweiligen seitlichen Kompressionsstruktur 68, 70 zu leiten. Die Kühlfluidquelle 100 kann eine oder mehrere Pumpen aufweisen, die als Reaktion auf Befehle von einem Steuergerät wie beispielsweise dem Steuersystem 58 betreibbar sind.
Die seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 sind bei einem Beispiel einstückig mit den Kanälen 96, 98 ausgebildet. Alternativ können die Kanäle 96, 98 getrennt von den seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 ausgebildet und dann später befestigt werden. Die Kanäle 96, 98 sind einer Innenseite (siehe die Innenseite 99 in 6) der seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 benachbart vorgesehen. Die Zellen 78 können derart angeordnet sein, dass sie direkt mit den Innenseiten der seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 in Kontakt stehen (z.B. würde die Oberfläche der axial gewandten Wände 94 der Zellen aus jeder Anordnung in direktem Kontakt mit der Innenseite 99 stehen). Alternativ kann sich eine dazwischen angeordnete isolierende oder leitende Schicht zwischen den Innenseiten 99 und den Zellen 78 befinden.
6 zeigt das Detail des Kanals 96, der der ersten seitlichen Kompressionsstruktur 68 zugeordnet ist. Obwohl 6 nur die seitliche Kompressionsstruktur 68 zeigt, sollte beachtet werden, dass der Kanal 98 der zweiten seitlichen Kompressionsstruktur 70 ähnlich angeordnet ist. Wie gezeigt, weist der Kanal 96 der ersten seitlichen Kompressionsstruktur 68 eine Einlassöffnung 102, einen ersten in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitt 104, einen Wendeabschnitt 106 (siehe 5), einen zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitt 108 und eine Auslassöffnung 110 auf.
Während eines Betriebs des Fahrzeugs 12 erzeugen die Zellen 78 Wärme. Auf einen Befehl von dem Steuersystem 58 hin wird beispielsweise Kühlfluid F von der Kühlquelle 100 in die Einlassöffnung 102 geleitet und fließt zuerst entlang der Länge L₁ des Batteriemoduls 64 durch den ersten in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitt 104 in Richtung auf das entgegengesetzte Ende des Batteriemoduls 64. Das Kühlfluid F wird dann mithilfe eines Wendeabschnitts 106 in Richtung auf den zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitt 108 geleitet. Der zweite in Längsrichtung verlaufende Kühlabschnitt 108 leitet das Kühlfluid F zurück zu der Auslassöffnung 110, die bei diesem Beispiel der Einlassöffnung 102 benachbart ist. Stromab der Auslassöffnung 110 wird das Kühlfluid F entweder zu einer Kühlfluidrückführung oder zu der Einlassöffnung eines benachbarten Moduls (z.B. kann das Fahrzeug 12 mehr als ein Batteriemodul 12 aufweisen) geleitet.
Obwohl zwei in Längsrichtung verlaufende Kühlabschnitte 104, 108 in 5 gezeigt werden, könnte eine andere Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitten vorhanden sein. Bei einem Beispiel kann ein einziger in Längsrichtung verlaufender Kühlabschnitt vorhanden sein. Bei diesem Beispiel wäre die Auslassöffnung an einem entgegengesetzt zu der Einlassöffnung liegenden Ende des Batteriemoduls vorgesehen. Bei anderen Beispielen sind drei oder mehr in Längsrichtung verlaufende Kühlabschnitte vorhanden. Bei diesen Beispielen sind zusätzliche Wendeabschnitte zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Kühlabschnitten vorhanden. Ferner sollte beachtet werden, dass, obwohl der gezeigte Wendeabschnitt 106 im Allgemeinen eine U-Form aufweist, andere Arten von Wendeabschnitten in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen.
Es sollte beachtet werden, dass es sich bei dem Kühlfluid F um ein beliebiges bekanntes Kühlfluid handeln kann, eingeschlossen ein Kältemittel, Wasser oder Luft, um einige Beispiele zu nennen. Ferner ist es bei Fahrzeugen mit mehr als einem Batteriemodul 64 möglich, dass benachbarte Module eine gemeinsame seitliche Kompressionsstruktur gemeinsam nutzen. In diesem Fall würde eine einzige seitliche Kompressionsstruktur zum Kühlen und Festhalten der Zellen aus benachbarten Modulen verwendet.
Ein Anordnen der Zellen 78 derart, dass der relativ große Oberflächenbereich der axial gewandten Wände (z.B. der axial gewandten Wände 94) den Wärmetauschern der seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 ausgesetzt ist, sorgt für eine konsistentere und wirksamere Kühlung der Zellen 78. Insbesondere befinden sich bei Verwendung der offenbarten Anordnung mehr Zellen 78 in nächster Nähe eines Wärmetauschers. Des Weiteren wird durch ein Zusammenführen eines Wärmetauschers mit den seitlichen Kompressionsstrukturen 68, 70 die Anzahl von Teilen in dem System verringert, was wiederum die Einfachheit einer Montage des Systems erhöht, die Gesamtkosten verringert und Platz spart.
Obwohl die verschiedenen Beispiele die spezifischen in den Abbildungen gezeigten Komponenten aufweisen, sind Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese speziellen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einem der Beispiele in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einem anderen Beispiel zu verwenden.
Fachleute werden verstehen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft und nicht einschränkend sind. Das bedeutet, Modifikationen dieser Offenbarung würden in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Demzufolge sollten die folgenden Ansprüche genau gelesen werden, um ihren wahren Schutzbereich und Inhalt festzustellen.
Es wird ferner beschrieben:
A. Batteriemodul, das umfasst:
eine erste Anordnung von Batteriezellen entlang einer ersten Achse;
eine zweite Anordnung von Batteriezellen entlang einer zweiten Achse, wobei die Batteriezellen der ersten und zweiten Anordnung jeweils axial gewandte Wände aufweisen, und
eine Kompressionsstruktur, durch die ein Wärmetauscher bereitgestellt wird, wobei die Kompressionsstruktur axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart ist.
B. Batteriemodul nach A, wobei das Batteriemodul eine Basis aufweist, wobei die Batteriezellen auf der Basis unterstützt werden.
C. Batteriemodul nach B, wobei die Kompressionsstruktur eine seitliche Kompressionsstruktur ist, die sich von der Basis aus nach oben erstreckt, wobei sich die seitliche Kompressionsstruktur entlang einer Länge des Batteriemoduls erstreckt.
D. Batteriemodul nach C, wobei das Batteriemodul eine erste seitliche Kompressionsstruktur und eine zweite seitliche Kompressionsstruktur aufweist, die sich von entgegengesetzten Seiten der Basis aus nach oben erstrecken.
E. Batteriemodul nach D, wobei das Batteriemodul eine erste Endstruktur und eine zweite Endstruktur an entgegengesetzten Enden des Batteriemoduls aufweist, wobei sich die erste und zweite Endstruktur zwischen der ersten und zweiten seitlichen Kompressionsstruktur erstrecken.
F. Batteriemodul nach A, wobei die zweite Achse zu der ersten Achse beabstandet ist, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse verläuft.
G. Batteriemodul nach A, wobei das Batteriemodul eine dritte, vierte und fünfte Anordnung von Batteriezellen aufweist und die Kompressionsstruktur axial gewandten Wänden einer Batteriezelle aus jeweils der dritten, vierten und fünften Anordnung benachbart ist.
H. Batteriemodul nach A, wobei die Kompressionsstruktur einen Kanal zum Leiten eines Fluids entlang der Länge des Batteriemoduls aufweist, wobei der Kanal eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des Fluids von einer Fluidquelle und eine Auslassöffnung zum Leiten des Fluids zu einer Fluidrückführung aufweist.
I. Batteriemodul nach H, wobei die Kompressionsstruktur einen ersten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt, einen zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt und einen Wendeabschnitt zwischen dem ersten und zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt aufweist.
J. Batteriemodul nach I, wobei der erste in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt zwischen der Einlassöffnung und dem Wendeabschnitt liegt, und wobei der zweite in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt zwischen dem Wendeabschnitt und der Auslassöffnung liegt.
K. Batteriemodul, das umfasst:
eine erste Anordnung von Batteriezellen, die sich entlang einer ersten Achse erstreckt;
eine zweite Anordnung von Batteriezellen, die sich entlang einer zweiten Achse erstreckt, die zu der ersten Achse beabstandet ist, und
eine Kompressionsstruktur, die einer Zelle der ersten Anordnung und einer Zelle der zweiten Anordnung benachbart ist, wobei durch die Kompressionsstruktur ein Wärmetauscher bereitgestellt wird.
L. Batteriemodul nach K, wobei sich die Kompressionsstruktur entlang einer Länge des Batteriemoduls erstreckt.
M. Batteriemodul nach K, wobei die Kompressionsstruktur einen Kanal aufweist, um ein Fluid innerhalb der Kompressionsstruktur zu leiten.
N. Batteriemodul nach K, wobei die Kompressionsstruktur mindestens einen Kanal zum Leiten eines Fluids entlang der Länge des Batteriemoduls aufweist, wobei der mindestens eine Kanal eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des Fluids von einer Fluidquelle und eine Auslassöffnung zum Leiten des Fluids zu einer Fluidrückführung aufweist.
O. Batteriemodul nach K, wobei die Kompressionsstruktur eine erste seitliche Kompressionsstruktur ist, und wobei das Batteriemodul eine zweite seitliche Kompressionsstruktur aufweist, wobei sich die erste und zweite Anordnung zwischen der ersten und zweiten seitlichen Kompressionsstruktur jeweils entlang der ersten und zweiten Achse erstrecken.
P. Batteriemodul nach O, wobei das Batteriemodul eine Basis aufweist, wobei die Batteriezellen auf der Basis unterstützt werden.
Q. Batteriemodul nach P, wobei sich die erste und zweite seitliche Kompressionsstruktur von entgegengesetzten Seiten der Basis aus nach oben erstrecken.
R. Batteriemodul nach Q, wobei das Batteriemodul Endstrukturen aufweist, die sich zwischen der ersten und der zweiten seitlichen Kompressionsstruktur erstrecken.
S. Verfahren, das umfasst:
Herstellen eines Fluidstroms in einem Kanal einer seitlichen Kompressionsstruktur eines Batteriemoduls.
T. Verfahren nach S, wobei das Batteriemodul eine erste und zweite Anordnung von Batteriezellen aufweist, die sich entlang einer entsprechenden ersten und zweiten Achse erstrecken, wobei jede der Batteriezellen axial gewandte Wände aufweist, die jeweils der ersten oder zweiten Achse zugewandt sind, und wobei die seitliche Kompressionsstruktur axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart ist.

Claims

Batteriemodul, das umfasst: eine erste Anordnung von Batteriezellen entlang einer ersten Achse; eine zweite Anordnung von Batteriezellen entlang einer zweiten Achse, wobei die Batteriezellen der ersten und zweiten Anordnung jeweils axial gewandte Wände aufweisen, und eine Kompressionsstruktur, durch die ein Wärmetauscher bereitgestellt wird, wobei die Kompressionsstruktur axial gewandten Wänden einer Batteriezelle der ersten Anordnung und einer Batteriezelle der zweiten Anordnung benachbart ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodul eine Basis aufweist, wobei die Batteriezellen auf der Basis unterstützt werden.
Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei die Kompressionsstruktur eine seitliche Kompressionsstruktur ist, die sich von der Basis aus nach oben erstreckt, wobei sich die seitliche Kompressionsstruktur entlang einer Länge des Batteriemoduls erstreckt.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Batteriemodul eine erste seitliche Kompressionsstruktur und eine zweite seitliche Kompressionsstruktur aufweist, die sich von entgegengesetzten Seiten der Basis aus nach oben erstrecken.
Batteriemodul nach Anspruch 4, wobei das Batteriemodul eine erste Endstruktur und eine zweite Endstruktur an entgegengesetzten Enden des Batteriemoduls aufweist, wobei sich die erste und zweite Endstruktur zwischen der ersten und zweiten seitlichen Kompressionsstruktur erstrecken.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die zweite Achse zu der ersten Achse beabstandet ist, wobei die zweite Achse parallel zu der ersten Achse verläuft.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodul eine dritte, vierte und fünfte Anordnung von Batteriezellen aufweist und die Kompressionsstruktur axial gewandten Wänden einer Batteriezelle aus jeweils der dritten, vierten und fünften Anordnung benachbart ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Kompressionsstruktur einen Kanal zum Leiten eines Fluids entlang der Länge des Batteriemoduls aufweist, wobei der Kanal eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des Fluids von einer Fluidquelle und eine Auslassöffnung zum Leiten des Fluids zu einer Fluidrückführung aufweist.
Batteriemodul nach Anspruch 8, wobei die Kompressionsstruktur einen ersten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt, einen zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt und einen Wendeabschnitt zwischen dem ersten und zweiten in Längsrichtung verlaufenden Kanalabschnitt aufweist.
Batteriemodul nach Anspruch 9, wobei der erste in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt zwischen der Einlassöffnung und dem Wendeabschnitt liegt, und wobei der zweite in Längsrichtung verlaufende Kanalabschnitt zwischen dem Wendeabschnitt und der Auslassöffnung liegt.