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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Offenbarung betrifft eine Batteriebaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Die Batteriebaugruppe enthält eine Gehäusebaugruppe, die einen Innenraum definiert. Ein Volumenveränderungsbauelement ist in eine Wand der Gehäusebaugruppe integriert und so gestaltet, dass ein Volumen des Innenraums der Batteriebaugruppe modifiziert wird.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Notwendigkeit der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen von Autos ist weithin bekannt. Mithin werden derzeit Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren reduzieren oder ganz beseitigen. Ein Typ von Fahrzeugen, die zu diesem Zweck entwickelt werden, sind elektrifizierte Fahrzeuge. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, weil sie selektiv von batteriebetriebenen elektrischen Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge hingegen sind für den Antrieb des Fahrzeugs ausschließlich auf den Verbrennungsmotor angewiesen.
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Um die elektrischen Maschinen elektrifizierter Fahrzeuge mit Leistung zu versorgen, werden Hochspannungsbatteriebaugruppen eingesetzt. Die Batteriebaugruppen enthalten Batterieanordnungen, die aus einer Vielzahl von Batteriezellen aufgebaut sind. Eine Gehäusebaugruppe, die oft einen Träger und eine Umhüllung enthält, haust die Batterieanordnungen ein. Die Gehäusebaugruppe muss abgedichtet und belüftet werden, um zu verhindern, dass sich innerhalb des Innenraums der Batteriebaugruppe Feuchtigkeit anstaut. Gemäß der Gaszustandsgleichung (PV = nRT) können Temperaturschwankungen innerhalb der Batteriebaugruppe Druckunterschiede zwischen dem Batterie-Innenraum und der Umgebungsatmosphäre erzeugen. Diese Druckunterschiede können ein Vakuum erzeugen, das Feuchtigkeit und Staub in den Batterie-Innenraum zieht.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Batteriebaugruppe gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem eine Gehäusebaugruppe, die einen Innenraum definiert, und ein Volumenveränderungsbauelement, das in eine Wand der Gehäusebaugruppe integriert und so gestaltet ist, dass ein Volumen des Innenraums modifiziert wird.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform der obigen Batteriebaugruppe ist im Innenraum eine Vielzahl von Batterie-Innenkomponenten untergebracht.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der beiden obigen Batteriebaugruppen enthält die Gehäusebaugruppe einen Träger und eine Umhüllung.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist die Wand ein Teil des Trägers und das Volumenveränderungsbauelement ist als ein Teil des Trägers integriert.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist die Wand ein Teil der Umhüllung und das Volumenveränderungsbauelement ist als ein Teil der Umhüllung integriert.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist mindestens eine Batterieanordnung innerhalb des Innenraums eingehaust.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält das Volumenveränderungsbauelement eine biegsame Membran.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist die biegsame Membran zu einer ersten Position hin bewegbar, um das Volumen des Innenraums zu verkleinern, und ist zu einer zweiten Position hin bewegbar, um das Volumen des Innenraums zu vergrößern.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält das Volumenveränderungsbauelement eine biegsame Membran, die innerhalb eines Fensters der Wand befestigt ist.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist eine Abdeckung an einer äußeren Oberfläche einer Befestigungsoberfläche der Wand befestigt, wobei die Abdeckung die biegsame Membran umhüllt.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist eine Abdeckung an einer inneren Oberfläche einer Befestigungsoberfläche der Wand befestigt, wobei die Abdeckung die biegsame Membran umhüllt.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält das Volumenveränderungsbauelement eine elastomere Membran.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält das Volumenveränderungsbauelement einen Flüssigkeitsspeicher.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen schließt der Flüssigkeitsspeicher ein Fluid ein, das zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer verschiebbar ist, um das Volumen des Innenraums zu modifizieren.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist die Batteriebaugruppe innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs befestigt.
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Ein Verfahren gemäß einer anderen beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem Ausgleichen eines Druckunterschieds zwischen einem Innenraum einer Batteriebaugruppe und der Atmosphäre außerhalb der Batteriebaugruppe mit einem Volumenveränderungsbauelement, das als ein Teil einer Gehäusebaugruppe der Batteriebaugruppe integriert ist.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform des obigen Verfahrens enthält das Volumenveränderungsbauelement eine biegsame Membran, die in eine Wand der Gehäusebaugruppe integriert ist.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform eines der beiden obigen Verfahren enthält das Verfahren Bewegen der biegsamen Membran zu einer ersten Position hin, um ein Volumen des Innenraums zu verkleinern, oder Bewegen der biegsamen Membran zu einer zweiten Position hin, um das Volumen des Innenraums zu vergrößern.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform eines der obigen Verfahren enthält das Volumenveränderungsbauelement einen Flüssigkeitsspeicher und umfasst Verschieben eines Fluids zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, um ein Volumen des Innenraums zu modifizieren.
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In einer weiteren nicht ausschließlichen Ausführungsform eines der obigen Verfahren enthält das Volumenveränderungsbauelement eine elastomere Membran und umfasst Biegen der elastomeren Membran zum Innenraum hin, um ein Volumen des Innenraums zu verkleinern, oder Biegen der elastomeren Membran vom Innenraum weg, um das Volumen des Innenraums zu vergrößern.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und der folgenden Zeichnungen, einschließlich jeglicher ihrer verschiedenen Ausgestaltungen oder jeweiligen einzelnen Merkmale, können einzeln oder in beliebigen Kombinationen gebraucht werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn, derartige Merkmale sind damit unvereinbar.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung. Die Zeichnungen, die der ausführlichen Beschreibung beiliegen, lassen sich kurz wie folgt beschreiben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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2 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Batteriebaugruppe von 2.
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Die 4A und 4B veranschaulichen ein Volumenveränderungsbauelement nach einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
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5 veranschaulicht ein Volumenveränderungsbauelement nach einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung.
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6 veranschaulicht ein Volumenveränderungsbauelement nach einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
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7 veranschaulicht ein Volumenveränderungsbauelement nach noch einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt ausführlich eine Batteriebaugruppe für elektrifizierte Fahrzeuge. Die Batteriebaugruppe enthält eine Gehäusebaugruppe, die einen Innenraum definiert. Die Gehäusebaugruppe kann eine oder mehrere Batterieanordnungen einhausen, die eine Vielzahl von Batteriezellen enthalten. Ein Volumenveränderungsbauelement ist in eine Wand der Gehäusebaugruppe integriert. Das Volumenveränderungsbauelement ist so gestaltet, dass ein Volumen des Innenraums modifiziert wird, wodurch ein Druckunterschied zwischen dem Innenraum der Batteriebaugruppe und der Atmosphäre außerhalb der Batteriebaugruppe ausgeglichen wird. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser ausführlichen Beschreibung eingehender erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Wenngleich dieses als Hybridelektrofahrzeug (HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs eingeschränkt sind und sich auch auf andere elektrifizierte Fahrzeuge wie unter anderem aufladbare Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) erstrecken könnten.
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In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebskraftverteilungssystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einer Kraftmaschine 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem enthält mindestens einen Motor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und eine Batteriebaugruppe 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Das erste und das zweite Antriebssystem generieren ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Wenngleich eine Antriebskraftverteilungsgestaltung gezeigt ist, erstreckt sich diese Offenbarung auf beliebige Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, unter anderem auf Vollhybride, Parallelhybride, Serienhybride, Mildhybride oder Mikrohybride.
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Die Kraftmaschine 14, die in einer Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine ist, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, etwa ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können auch Leistungsübertragungseinheiten von anderen Typen, einschließlich anderer Getriebe und Umformerelemente, zum Verbinden der Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 genutzt werden. In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Tragbaugruppe 36 enthält.
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Der Generator 18 kann von der Kraftmaschine 14 durch die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Motor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie fungieren und gibt dadurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ab, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit der Kraftmaschine 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann ein Getriebe enthalten, das eine Vielzahl von Rädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Räder 46 übertragen ein Drehmoment von der Kraftmaschine 14 an ein Differenzial 48, um eine Traktion der Fahrzeugantriebsräder 28 zu bewirken. Das Differenzial 48 kann eine Vielzahl von Rädern enthalten, welche die Übertragung eines Drehmoments an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differenzial 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um ein Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Motor 22 kann auch eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem ein Drehmoment an eine Welle 52 abgegeben wird, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform arbeiten der Motor 22 und der Generator 18 als Teile eines Nutzbremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Abgeben eines Drehmoments eingesetzt werden können. Der Motor 22 und der Generator 18 können zum Beispiel je elektrische Leistung an die Batteriebaugruppe 24 abgeben.
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Die Batteriebaugruppe 24 ist ein beispielhafter Typ einer Batterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Die Batteriebaugruppe 24 kann ein Hochspannungstraktionsbatteriepack enthalten, das eine Vielzahl von Batterieanordnungen enthält, die zum Abgeben elektrischer Leistung zum Betreiben des Motors 22 und des Generators 18 fähig sind. Es können auch Energiespeichereinrichtungen und/oder -abgabeeinrichtungen von anderen Typen genutzt werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
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In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei Grundbetriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Electric-Vehicle(EV)-Modus betrieben werden, in dem der Motor 22 (allgemein ohne Unterstützung von der Kraftmaschine 14) für den Fahrzeugvortrieb genutzt wird, wodurch bei bestimmten Antriebsabläufen/-zyklen der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bis zu ihrer maximal zulässigen Entladerate reduziert wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel für einen Ladungsverringerungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des EV-Modus kann sich der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter manchen Umständen erhöhen, zum Beispiel aufgrund eines Zeitraums einer Nutzbremsung. Die Kraftmaschine 14 ist in einem Standard-EV-Modus allgemein AUS, könnte jedoch bei Bedarf basierend auf einem Fahrzeugsystemzustand oder abhängig von den Vorgaben des Fahrers betrieben werden.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid(HEV)-Modus arbeiten, in dem sowohl die Kraftmaschine 14 als auch der Motor 22 für den Fahrzeugvortrieb genutzt werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel für einen Ladungserhaltungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 den Vortrieb durch den Motor 22 weniger nutzen, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder annähernd konstanten Niveau zu halten, indem es stattdessen den Vortrieb durch die Kraftmaschine 14 mehr nutzt. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann im Schutzbereich dieser Offenbarung außer im EV- und im HEV-Modus auch in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
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Die 2 und 3 veranschaulichen eine Batteriebaugruppe 54, die in einem elektrifizierten Fahrzeug eingebaut sein kann. Die Batteriebaugruppe 54 könnte zum Beispiel innerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs 12 von 1 eingesetzt werden. Die Batteriebaugruppe 54 enthält eine Batterieanordnung 56 (d. h. eine Gruppierung von Batteriezellen) zum Zuführen elektrischer Leistung zu den Komponenten eines elektrifizierten Fahrzeugs. Wenngleich in den 2 und 3 nur eine Batterieanordnung 56 veranschaulicht ist, könnte die Batteriebaugruppe im Schutzbereich dieser Offenbarung auch mehrere Batterieanordnungen 56 enthalten. Mit anderen Worten, diese Offenbarung ist nicht auf die spezielle Gestaltung eingeschränkt, die in den 2 und 3 gezeigt ist.
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Die Batterieanordnung 56 enthält eine Vielzahl von Batteriezellen 58, die über eine Erstreckungslänge L der Batterieanordnung 56 aneinandergeschichtet sein können (siehe 3). Die Batteriezellen 58, wenngleich dies nicht gezeigt ist, können über Sammelschienenbaugruppen elektrisch miteinander verbunden sein. In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 58 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Alternativ könnten im Schutzbereich dieser Offenbarung jedoch auch Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, Pouch etc.) und/oder anderen chemischen Zusammensetzungen (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure etc.) verwendet werden.
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Die Batteriebaugruppe 54 kann zusätzlich eine Gehäusebaugruppe 60 enthalten, die einen Innenraum 66 zum Einhausen der Batterie-Innenkomponenten, etwa der Batterieanordnung 56, definiert. Die Gehäusebaugruppe 60 kann auch eine oder mehrere elektronische Komponenten 68 umgeben (siehe 3). Die elektronischen Komponenten 68, die schematisch gezeigt sind, können neben anderen Komponenten eines oder mehrere der Elemente Batterieenergiesteuermodul (BECM), Stromverteilungsbox (BEC) und Wartungs-/Servicestecker (Service Disconnect) enthalten. In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform enthält die Gehäusebaugruppe einen Träger 62 und eine Umhüllung 64, die eine Vielzahl von Wänden 65 herstellen, welche den Innenraum 66 umgeben.
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Ein Volumenveränderungsbauelement 70 kann in eine oder mehrere der Wände 65 der Gehäusebaugruppe 60 integriert sein. In dieser Offenbarung bedeutet der Begriff „integriert“, dass das Volumenveränderungsbauelement 70 ein Teil der Wand/Wände 65 ist, statt dass es sich innerhalb oder außerhalb des Innenraums 66 der Gehäusebaugruppe 60 befindet. In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform ist das Volumenveränderungsbauelement 70 als ein Teil des Trägers 62 der Gehäusebaugruppe 60 integriert. In einer anderen Ausführungsform ist das Volumenveränderungsbauelement 70 als ein Teil der Umhüllung 64 der Gehäusebaugruppe 60 integriert. Es versteht sich, dass das Volumenveränderungsbauelement 70 in eine beliebige Wand 65 (oder mehrere Wände) der Gehäusebaugruppe 60 integriert sein kann.
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Das Volumenveränderungsbauelement 70 ist so ausgelegt, dass sich ein veränderliches Volumen bei Vorhandensein einer abgedichteten Batteriebaugruppe 54 ändern lässt. Das Volumenveränderungsbauelement 70 kann zum Beispiel ein Volumen des Innenraums 66 modifizieren, um einen Druckunterschied zwischen dem Innenraum 66 und der Atmosphäre außerhalb der Batteriebaugruppe 54 auszugleichen. Es ist wünschenswert, dass der Druckunterschied zwischen der Atmosphäre und dem Innenraum 66 null beträgt, um zu vermeiden, dass ein Vakuum erzeugt wird, das Feuchtigkeit, Staub, Schmutzstoffe und/oder andere ungewollte Substanzen in den Innenraum 66 der Batteriebaugruppe 54 ziehen könnte, oder es sollte ein Druckunterschied sein, der die Gehäusebaugruppe 60 zu Komponenten innerhalb oder außerhalb der Batteriebaugruppe 54 hin durchbiegt.
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Mit Bezug auf die 4A und 4B kann das Volumenveränderungsbauelement 70 eine biegsame Membran 72 enthalten. Die biegsame Membran 72 kann in einem Fenster 74 der Wand 65 der Gehäusebaugruppe 60 befestigt sein. In einer Ausführungsform besteht die biegsame Membran 72 aus einem polymeren Werkstoff. Der polymere Werkstoff ist basierend auf der Lebensdauer des Volumenveränderungsbauelements 70 auswählbar, die von der geschätzten Zahl der Zyklen und davon abhängen könnte, wie weit sich die biegsame Membran 72 als Reaktion auf Druckschwankungen innerhalb der Batteriebaugruppe 54 wahrscheinlich biegen wird.
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In einer Ausführungsform, wie am besten in 4B veranschaulicht, ist die biegsame Membran 72 des Volumenveränderungsbauelements 70 derart bewegbar, dass ein Volumen des Innenraums 66 der Batteriebaugruppe 54 modifiziert wird, um einen Druckunterschied zwischen dem Innenraum 66 und der Umgebungsatmosphäre A auszugleichen. Die biegsame Membran 72 bewegt sich zum Beispiel möglicherweise als Reaktion auf eine Verringerung des Innendrucks der Batteriebaugruppe 54 relativ zur Umgebungsatmosphäre A aus einem freien Zustand X hin zu einer ersten Position X’ (d. h. in eine Richtung zum Innenraum 66 hin). Durch die Bewegung zur ersten Position X’ hin wird das Volumen des Innenraums 66 verkleinert. Alternativ kann sich die biegsame Membran 72 als Reaktion auf eine Erhöhung des Innendrucks der Batteriebaugruppe 54 relativ zur Umgebungsatmosphäre A zu einer zweiten Position X’’ hin bewegen (d. h. in eine Richtung vom Innenraum 66 weg). Durch die Bewegung zur zweiten Position X’’ hin wird das Volumen des Innenraums 66 vergrößert. Es versteht sich, dass die biegsame Membran 72 durch eine elastische Verformung zu beliebigen Positionen zwischen der ersten Position X’ und der zweiten Position X’’ hin bewegt werden kann. Wenn sich die biegsame Membran 72 biegt, vergrößert sich der Flächeninhalt der biegsamen Membran 72. Der Unterschied im Volumen zwischen der ersten Position X’ und der zweiten Position X’’ kann basierend auf den erwarteten Druck- und Temperaturbereichen, für welche die Batteriebaugruppe 54 ausgelegt ist, und der Menge von Gas (z. B. Luft), die nach einer Abdichtung innerhalb der Batteriebaugruppe 54 vorhanden sein wird, vorher ermittelt werden.
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5 veranschaulicht ein weiteres Volumenveränderungsbauelement 170, das innerhalb einer Batteriebaugruppe 154 genutzt werden kann. In dieser Offenbarung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gegebenenfalls gleiche Elemente, und Bezugszeichen, zu denen jeweils 100 oder Vielfache von 100 addiert wurden, bezeichnen modifizierte Elemente, von denen angenommen wird, dass ihnen die gleichen Merkmale und Vorteile der entsprechenden ursprünglichen Elemente innewohnen. In dieser Ausführungsform enthält eine Wand 165 einer Gehäusebaugruppe 160 der Batteriebaugruppe 154 eine Befestigungsoberfläche 167. Ein Fenster 174, oder eine Öffnung, ist durch die Befestigungsoberfläche 167 gebildet. Innerhalb des Fensters 174 kann eine biegsame Membran 172 befestigt sein. Die biegsame Membran 172 kann auf beliebige Weise befestigt werden, etwa unter anderem durch Einklemmen, Anhaftung, Ankleben, Verschweißen, Angießen etc.
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Die Befestigungsoberfläche 167 der Wand 165 kann einen Flansch 169 enthalten, der sich um den Umfang des Fensters 174 herum erstreckt. In einer Ausführungsform ist der Flansch 169 gekrümmt, um eine „freundliche Kante“ um den Umfang des Fensters 174 herum herzustellen. Keine „freundlichen Kanten“ sind scharfe Kanten, die die biegsame Membran 172 beschädigen könnten. Die „freundliche Kante“ trägt auch zur Reduzierung potenzieller Spannungserhöhungen bei, die zu einem Defekt der biegsamen Membran 172 führen können, und daher kann am Innenraum 166 ein ähnlich gerundeter Flansch eingesetzt werden, um eine längere Lebensdauer der biegsamen Membran 172 zu begünstigen.
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In einer anderen Ausführungsform kann an einer äußeren Oberfläche 173 der Befestigungsoberfläche 167 eine Abdeckung 171 befestigt sein. Die Abdeckung 171 schützt zudem die biegsame Membran 172. An einer Innenoberfläche 177 der Befestigungsoberfläche 167 kann wahlweise eine zweite Abdeckung 175 befestigt sein, um die biegsame Membran 172 vor scharfen Kanten zu schützen, welche möglicherweise innerhalb des Innenraums 166 vorhanden sind. In Zwischenräume 181, die zwischen der Abdeckung 171 oder der Abdeckung 175 und der biegsamen Membran 172 gebildet sind, kann Luft geleitet werden.
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Ähnlich wie in der Ausführungsform der 4A und 4B ist die biegsame Membran 172 so bewegbar, dass ein Volumen eines Innenraums 166 der Batteriebaugruppe 154 modifiziert wird. Die biegsame Membran 172 kann zum Beispiel in einem freien Zustand X, an einer ersten Position X’, einer zweiten Position X’’ oder irgendeiner Position zwischen der ersten Position X’ und der zweiten Position X’’ positioniert sein. Die erste Position X’ ist näher beim Innenraum 166, um das Volumen des Innenraums 166 zu verkleinern, wenn die Gegebenheiten eine Verringerung des Innendrucks der Batteriebaugruppe 154 erforderlich machen, und die zweite Position X’’ ist weiter weg vom Innenraum 166, um das Volumen des Innenraums 166 zu vergrößern, wenn die Gegebenheiten eine Erhöhung des Innendrucks der Batteriebaugruppe 154 erforderlich machen. In dieser Ausführungsform ist die Volumenänderung nicht davon abhängig, dass sich die biegsame Membran 172 tatsächlich ausdehnt. Vielmehr kann die biegsame Membran 172 einen gleichbleibenden Flächeninhalt enthalten.
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Ein weiteres Volumenveränderungsbauelement 270 wird von 6 veranschaulicht. In dieser Ausführungsform enthält das Volumenveränderungsbauelement 270 der Batteriebaugruppe 254 eine elastomere Membran 272, die innerhalb eines Fensters 274 einer Gehäusebaugruppe 260 befestigt ist. Die elastomere Membran 272 kann zwischen gegenüberliegenden Flanschen 269 einer Wand 265 der Gehäusebaugruppe 260 festgehalten oder eingeklemmt sein. Die gegenüberliegenden Flansche 269 markieren einen Umfang des Fensters 274.
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Die elastomere Membran 272 kann aus einem beliebigen elastomeren Werkstoff bestehen. In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform besteht die elastomere Membran 272 aus Gummi. Der Werkstoff der elastomeren Membran 272 ist basierend auf dem Ausmaß der Ausdehnung auswählbar, die nötig ist, um eine bestimmte Volumenänderung innerhalb der Batteriebaugruppe 254 zu erreichen.
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Die elastomere Membran 272 ist derart ausdehnbar, dass ein Druckunterschied zwischen einem Innenraum 266 der Batteriebaugruppe 254 und der Umgebungsatmosphäre A ausgeglichen wird. Die elastomere Membran 272 kann normalerweise eine Flachmembran sein, wie durch die Position X dargestellt. Die elastomere Membran 272 ist ausdehnbar bis zu einer ersten Position X’, um das Volumen des Innenraums 266 zu verkleinern, oder bis zu einer zweiten Position X’’, um das Volumen des Innenraums 266 zu vergrößern.
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7 veranschaulicht noch ein weiteres Volumenveränderungsbauelement 370 für eine Batteriebaugruppe 354. In dieser Ausführungsform enthält das Volumenveränderungsbauelement 370 einen Flüssigkeitsspeicher 375. Der Flüssigkeitsspeicher 375 kann innerhalb einer Wand 365 einer Gehäusebaugruppe 360 der Batteriebaugruppe 354 gebildet sein. Das Volumenveränderungsbauelement 370, das den Flüssigkeitsspeicher 375 enthält, wird mithin als in die Wand 365 integriert angesehen.
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Der Flüssigkeitsspeicher 375 kann eine erste Kammer 377 und eine zweite Kammer 379 enthalten, die fluidisch miteinander verbunden sind. Eine Trennwand 389 trennt die erste Kammer 377 von der zweiten Kammer 379 innerhalb der Wand 365. Der Flüssigkeitsspeicher 375 ermöglicht eine Volumenänderung der Batteriebaugruppe 354. Die Volumenänderung ist durch eine Fluidverschiebung zwischen der ersten Kammer 377 und der zweiten Kammer 379 erreichbar. Zum Beispiel ist eine erste Position des Fluids möglicherweise eine Kombination aus einer Fluidfüllhöhe F1 und einer Fluidfüllhöhe F2, die eine Flüssigkeitsmenge auf gleicher Höhe bilden. Wenn der Relativdruck innerhalb der Batteriebaugruppe 354 steigt, wird das Fluid zur Außenumgebung hin gedrückt, wodurch das Batterie-Innenvolumen vergrößert und der Innen- und der Außendruck wieder ausgeglichen werden. Eine zweite Position des Fluids wird durch eine Kombination aus der Fluidfüllhöhe F2 und einer Fluidfüllhöhe F3 dargestellt. Falls der Relativdruck der Batteriebaugruppe 354 abnimmt, können sich die Fluide in die entgegengesetzte Richtung bewegen, um das Volumen eines Innenraums 366 der Batteriebaugruppe 354 zu verkleinern.
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In einer Ausführungsform ist die erste Kammer 377 über eine Öffnung 301 zur Außenatmosphäre hin offen, und die zweite Kammer 379 ist über eine Öffnung 303 zum Luftvolumen innerhalb der Batteriebaugruppe 354 offen. Die Öffnungen 301, 303 lassen zu, dass das Fluid zwischen der ersten Kammer 377 und der zweiten Kammer 379 umverteilt wird und mithin das Volumen des Innenraums der Batteriebaugruppe 354 angleichbar ist.
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Um die Fluidfüllhöhen F1, F2 und F3 zu erzielen, kann eine Flüssigkeit verwendet werden, die im Einsatzumgebungsbereich nicht gefrieren oder verdampfen kann. In einer nicht ausschließlichen Ausführungsform ist das innerhalb des Flüssigkeitsspeichers 375 eingeschlossene Fluid ein mittelschweres Öl oder eine andere geeignete Substanz.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht ausschließlichen Ausführungsformen als spezielle Komponenten oder Schritte aufweisend veranschaulicht werden, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen eingeschränkt. Es ist möglich, manche der Komponenten oder Merkmale von beliebigen der nicht ausschließlichen Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht ausschließlichen Ausführungsformen zu nutzen.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den diversen Zeichnungen jeweils entsprechende oder ähnliche Elemente bezeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen Ausführungsbeispielen ein konkreter Aufbau aus Komponenten offenbart und veranschaulicht wird, die Lehren dieser Offenbarung auch für andere Aufbauten vorteilhaft sein könnten.
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Die obige Beschreibung ist als beispielhaft und nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen. Für den Durchschnittsfachmann wäre erkennbar, dass bestimmte Modifizierungen in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen könnten. Deshalb sollten zur Ermittlung des Schutzbereichs und des Inhalts dieser Offenbarung die folgenden Ansprüche herangezogen werden.
