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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Batteriekühlsysteme und -verfahren. Genauer, aber nicht ausschließlich, betrifft diese Offenbarung eine Konstruktion eines Batteriekühlsystems, das eine relativ gleichmäßige Kühlung eines zugehörigen Batteriesystems bereitstellen kann.
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HINTERGRUND
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Kraftfahrzeuge weisen oftmals elektrische Batterien zum Betrieb von Merkmalen elektrischer Systeme sowie Antriebsstrangsysteme von Fahrzeugen auf. Beispielsweise weisen Fahrzeuge üblicherweise eine 12 V-Blei-Kraftfahrzeugbatterie auf, die derart konfiguriert ist, elektrische Energie an Fahrzeuganlassersysteme (z. B. einen Anlassermotor), Beleuchtungssysteme und/oder Zündsysteme zu liefern. In Elektro-, Brennstoffzellen-(”FC”)- und/oder Hybridfahrzeugen kann ein Hochspannungs-(”HV”)-Batteriesystem verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs (z. B. elektrische Fahrmotoren und dergleichen) mit Leistung zu beaufschlagen.
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Bei gewissen Konstruktionen können in einem Fahrzeug enthaltene Batteriesysteme flüssigkeitsgekühlt sein. Beispielsweise kann zur Dissipierung von Wärme, die von einer HV-Batterie erzeugt wird, die eine Mehrzahl von Zellen und/oder Teilbatterien umfassen kann, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind, ein HV-Batteriesystem ein Kühlsystem aufweisen, das derart konfiguriert ist, eine HV-Batterie unter Verwendung eines flüssigen Kühlmittels zu kühlen. Eine Betrachtung bei der Auslegung eines Batteriekühlsystems ist eine Reduzierung und/oder ein anderweitiges Verhindern des Auftretens von Kühlmittelaustritten aus dem Kühlsystem. Ausgetretenes Kühlmittel kann eine Vielzahl von Problemen bewirken, einschließlich beispielsweise elektrischen Fehlfunktionen und/oder thermischen Ereignissen. Herkömmliche Auslegungen für Batteriekühlsysteme können jedoch die Verwendung relativ komplexer und/oder anderweitig teurer Herstellverfahren betreffen, um das Auftreten von Kühlmittelaustritten zu reduzieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es sind Systeme und Verfahren vorgesehen, die eine Konstruktion eines Batteriekühlsystems enthalten, das für eine relativ gleichförmige Kühlung eines zugeordneten Batteriesystems sorgen kann. Bei gewissen Ausführungsformen kann ein Batteriekühlsystem ein zentrales Kühlmittelliefersystem aufweisen, das derart konfiguriert ist, flüssiges Kühlmittel durch einen oder mehrere Kühlmittelströmungskanäle zu zirkulieren, die in einer oder mehreren Kühlplatten enthalten sind. Neben anderen können Ausführungsformen des Batteriekühlsystems, das hier offenbart ist, für relativ unkomplizierte Herstellprozesse und/oder einen relativ geradlinigen Zusammenbau des Kühlsystems sorgen, eine ausreichende mechanische Festigkeit und/oder Starrheit bereitstellen, um eine Gruppe von Batterien und/oder eine Mehrzahl von Bestandteil-Batteriepackungen strukturell zu stützen, das Auftreten von Austritten von flüssigem Kühlmittel reduzieren, und/oder eine relativ gleichförmige Kühlung (z. B. simultanes Kühlen) einer Gruppe von Batterien und/oder einer Mehrzahl von Bestandteil-Batteriepackungen bereitstellen.
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Bei gewissen Ausführungsformen umfassen Kühlplatten, die in einem Kühlsystem enthalten sind, einen Isolationsfilm, der an einer oder mehreren Seiten und/oder Flächen der Kühlplatten angeordnet ist. Der Isolationsfilm kann so konfiguriert sein, die Batterien und/oder Batteriepackungen von den Kühlsystemplatten, die die Batterien und/oder Packungen tragen, zu isolieren. Ausführungsformen der hier offenbarten Auslegung des Batteriekühlsystems können unter anderem für ein separates Hartlöten von Blechen sorgen, um Kühlsystemplatten während der Herstellung auszubilden. Nach dem Hartlöten kann der Isolationsfilm dann separat auf die Kühlsystemplatten aufgetragen werden. Bei gewissen Ausführungsformen kann das separate Hartlöten der Bleche eine leichtere Aufbringung des Isolationsfilms unterstützen, als ein in einem einzelnen Durchgang erfolgendes Hartlöten, das gewisse Schwierigkeiten in Verbindung mit dem Auftragen des Isolationsfilms einführen kann. Die Platten können dann mechanisch mit einer Dichtung an dem zentralen Kühlmittelliefersystem (z. B. über einen Kompressionspassungsmechanismus, einen O-Ringmechanismus und/oder dergleichen) mechanisch gekoppelt werden. Bei gewissen Ausführungsformen können die Platten gebogen sein, um beabstandete Öffnungen zu erzeugen und damit eine zugeordnete Teilkomponente des Batteriesystems aufzunehmen. Ausführungsformen des offenbarten Batteriekühlsystems können skalierbar sein, um variierende Batteriegrößen und/oder Konfigurationen aufzunehmen und eine thermische Ausdehnung des zugeordneten Batteriesystems über die Zeit zu unterstützen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es sind nicht beschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren enthalten, in welchen:
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1 ein Batteriesystem zeigt, das ein Batteriekühlsystem gemäß hier offenbarten Ausführungsformen aufweist.
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2 Bleche zeigt, die dazu verwendet werden, Kühlplatten eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zu formen.
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3 eine Kühlplatte eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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4A eine Ansicht einer Baugruppe eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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4B eine andere Ansicht einer Baugruppe eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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4C eine noch weitere Ansicht einer Baugruppe eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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5A eine Schnittansicht eines Batteriesystems und einer zugeordneten Kühlmittelströmungsrichtung gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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5B eine Schnittansicht eines Batteriesystems und eines zugeordneten Formgebungsdorns gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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6 eine Schnittansicht einer Dichtung zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und Strömungskanälen, die von einer Kühlplatte definiert sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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7A eine Ansicht einer Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und einer Kühlplatte gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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7B eine andere Ansicht einer Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und einer Kühlplatte gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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8 eine Schnittansicht von oben auf eine Dichtung zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und einer Kühlplatte gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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9A eine Schnittansicht einer Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und Strömungskanälen, die durch eine Kühlplatte definiert sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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9B eine andere Schnittansicht einer Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem und Strömungskanälen, die durch eine Kühlplatte definiert sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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10A eine beispielhafte Turbulatorkonstruktion zeigt, die in einem Strömungskanal einer Kühlplatte gemäß hier offenbarten Ausführungsformen enthalten ist.
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10B eine andere beispielhafte Turbulatorkonstruktion ist, die in einem Strömungskanal einer Kühlplatte gemäß hier offenbarten Ausführungsformen enthalten ist.
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11 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zusammenbauen eines Kühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es ist eine detaillierte Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nachfolgend vorgesehen. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben sind, sei zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf irgendeine Ausführungsform beschränkt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente enthält. Zusätzlich können, während zahlreiche spezifische Details in der folgenden Beschreibung dargestellt sind, um ein vollständiges Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, einige Ausführungsformen ohne einige oder alle dieser Details ausgeführt werden. Überdies ist zu Zwecken der Klarheit bestimmtes technisches Material, das in der Technik bekannt ist, nicht detailliert beschrieben worden, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
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Die Ausführungsformen der Offenbarung werden am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es ist leicht zu verstehen, dass die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, wie allgemein in den Figuren hier beschrieben und gezeigt ist, in einer breiten Vielzahl verschiedener Konfigurationen angeordnet und ausgelegt sein können. Somit ist die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Offenbarung, wie beansprucht ist, zu beschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen der Offenbarung. Zusätzlich müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer spezifischen Reihenfolge oder sogar sequentiell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anders festgelegt ist.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Batteriesystems 100 mit einem Batteriekühlsystem gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesystem 100 in einem Fahrzeug enthalten sein (nicht dargestellt). Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder irgendein anderer Typ von Fahrzeug sein und kann einen Brennkraftmaschinen-(”ICE”-)Antriebsstrang, einen Elektromotorantriebsstrang, einen Hybridmotorantriebsstrang, einen FC-Antriebsstrang und/oder irgendeinen anderen Typ von Antriebsstrang aufweisen, der zum Einbau der hier offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. In einigen Ausführungsformen kann das Batteriesystem 100 ein Hochspannungs-(”HV”)Batteriesystem umfassen und kann verwendet werden, um elektrische Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen (wie beispielsweise in einem elektrischen, hybriden oder FC-Leistungssystem). Bei weiteren Ausführungsformen kann das Batteriesystem 100 eine Niederspannungsbatterie (z. B. eine 12 V-Blei-Kraftfahrzeugbatterie) sein, und kann derart konfiguriert sein, elektrische Energie an eine Vielzahl von Systemen des Fahrzeugs zu liefern, beispielsweise einschließlich Fahrzeuganlassersystemen (z. B. einem Anlassermotor), Beleuchtungssystemen, Zündsystemen und/oder dergleichen.
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Das Batteriesystem 100 kann eine oder mehrere Batteriepacks 102 aufweisen, die in geeigneter Weise dimensioniert sind, um ausreichend elektrische Leistung bereitzustellen, um Anforderungen des Batteriesystems zu erfüllen (beispielsweise ausreichend, um einen zugehörigen Fahrzeugantriebsstrang und/oder dergleichen mit Leistung zu beaufschlagen). Jede Batteriepackung 102 kann einen oder mehrere Teil-Batteriemodule umfassen. Die Batteriemodule könne eine oder mehrere Batteriezellen umfassen, die eine beliebige geeignete Batterietechnologie verwenden, einschließlich beispielsweise Technologien mit Blei–Säure, Nickelmetallhydrid (”NiMH”), Lithiumionen (”Li-Ionen”), Li-Ionen-Polymer, Lithium-Luft, Nickel-Cadmium (”NiCad”), ventilgeregelter Blei-Säure (”VRLA”), einschließlich absorbierter Glasmatte (”AGM”), Nickel-Zink (”NiZn”), Schmelzsalz (z. B. eine ZEBRA-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien.
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Im Normalbetrieb (z. B. Laden und/oder Entladen) können das Batteriesystem 100 und/oder zugeordnete Systeme Wärme erzeugen. Unter gewissen Umständen kann jedoch die Temperatur des Batteriesystems 100 die Batterieleistung beeinflussen. Beispielsweise kann die Batterietemperatur den Betrieb eines elektrochemischen Systems, das in dem Batteriesystem 100 enthalten ist, das Leistungsvermögen eines Fahrzeugs, das dem Batteriesystem 100 zugeordnet ist, die Rundenfahrteffizienz und/oder Ladeakzeptanz des Batteriesystems 100, Leistung und Energie des Batteriesystems 100, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Batteriesystems 100 und/oder Lebensdauer sowie Lebensdauerkosten der Batterie 100 beeinträchtigen. Um die Temperatur des Batteriesystems 100 zu regulieren, kann das Batteriesystem 100 ein Flüssigkeitskühlsystem aufweisen.
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Das Flüssigkeitskühlsystem kann derart konfiguriert sein, ein flüssiges Kühlmittel durch einen oder mehrere Strömungskanäle, die nahe angeordnet sind, durch verschiedene Komponenten und/oder Systeme, die in dem Batteriesystem 100 enthalten sind, zu zirkulieren und/oder zu verteilen, wodurch die Temperatur der Komponenten und/oder Systeme reguliert wird. Bei gewissen Ausführungsformen kann das Flüssigkeitskühlsystem ferner derart konfiguriert sein, das flüssige Kühlmittel zu verschiedenen Komponenten und/oder Systemen zu zirkulieren, die an anderer Steile in einem zugeordneten Fahrzeug enthalten sind. Durch Verwendung eines Flüssigkeitskühlsystems zur Regulierung der Temperatur des Batteriesystems 100 (z. B. Regulierung der Temperatur innerhalb eines gewünschten Bereiches) kann die Leistungsfähigkeit des Batteriesystems 100 verbessert werden, ungleiche Temperaturverteilungen sowie nicht in Ausgleich stehende Batteriepackungen 102 in dem Batteriesystem 100 können reduziert werden und/oder potentielle Gefährdungen, die auf eine nicht gesteuerte Batterietemperatur zurückführbar sind, können gemindert werden.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann das Flüssigkeitskühlsystem eine oder mehrere Kühlplatten 104, 106 umfassen. Die eine oder die mehreren Platten 104, 106 können ein beliebiges geeignetes Material umfassen, das beispielsweise Stahl, rostfreien Stahl, Titan, Aluminium und/oder dergleichen umfasst. Die Kühlsystemplatten 104, 106 können eine strukturelle Abstützung bereitstellen und/oder die Batteriepackungen 102, die in dem Batteriesystem 100 enthalten sind, anderweitig halten. Obwohl 1 zwei Batteriepackungen 102 zeigt, die in dem Batteriesystem 100 enthalten sind, das von den Kühlsystemplatten 104, 106 getragen ist, sei angemerkt, dass Ausführungsformen der offenbarten Systeme und Verfahren skalierbar sind. Demgemäß kann eine beliebige geeignete Anzahl von Batteriepackungen einer beliebigen geeigneten Anzahl von Kühlsystemplatten 104, 106 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zugeordnet werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen können die Kühlplatten 104, 106 einen oder mehrere Strömungskanäle definieren. Bei bestimmten Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Strömungskanäle mit einem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 (zum Beispiel über eine oder mehrere Dichtungen 110 oder dergleichen) gekoppelt sein. Das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 kann so konfiguriert sein, flüssiges Kühlmittel durch den einen oder die mehreren Kühlmittelströmungskanäle zu zirkulieren, die durch eine oder mehrere Kühlplatten 104, 106 definiert sind. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Kühlmittelströmungskanäle nahe den Batteriepackungen 102 angeordnet sein. Demgemäß kann, wenn flüssiges Kühlmittel durch den einen oder die mehreren Kühlmittelkanäle zirkuliert wird, die Temperatur der Batteriepackungen 102 reguliert werden.
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Das Kühlsystem kann ferner eine beliebige Anzahl von Pumpen, Ventilen, Kühlmittelzirkulationspfaden (z. B. Verrohrung), Kühlmittelreservoirs, Wärmetauschern (z. B. Flüssigkeit/Flüssigkeit, Flüssigkeit/Luft, Luft/AC-Einheit oder dergleichen), Kühlsystemelektronik (z. B. Rückkopplungsmechanismen, Temperatursensoren, Thermostaten, Kühlmitteldurchflusssensoren, Pumpen- und Wärmetauschersteuerelektronik und dergleichen) und/oder jede andere Kühlsystemkomponente und/oder -system in beliebiger geeigneter Konfiguration zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels an verschiedene Komponenten und Systemen, die in dem Batteriesystem 100 enthalten sind, einschließlich beliebiger der Komponenten, die hier beschrieben sind, umfassen. Das flüssige Kühlmittel kann eine im Wesentlichen wässrige Kühlmittellösung sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das flüssige Kühlmittel eine beliebige Kombination und/oder Konzentration aus Wasser, Methanol, Glykol, Ethylenglykol, Propylenglykol, Glyzerol, Dex-cool® und/oder jedes andere geeignete Kühlmittelmaterial umfassen.
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2 zeigt Bleche 200a, 200b, die dazu verwendet werden, eine Kühlplatte eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen zu bilden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Bleche 200a, 200b einen oder mehrere Kanalbereiche 202a, 202b umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Kanalbereiche 202a, 202b erhöhte und/oder vertiefte Abschnitte der Bleche 200a, 200b umfassen, die, wenn die Bleche 200a, 200b aneinandergefügt sind, um eine Kühlplatte zu bilden, einen oder mehrere Strömungskanäle definieren. Wie gezeigt ist, können bei weiteren Ausführungsformen die Bleche 200a, 200b ferner eine oder mehrere Öffnungen 204a, 204b des zentralen Kühlmittelliefersystems umfassen, die so konfiguriert sind, ein zentrales Kühlmittelliefersystem (nicht gezeigt) aufzunehmen und eine Strömung von Kühlmittel von dem zentralen Kühlmittelliefersystem durch den einen oder die mehreren Strömungskanäle, die durch die Bleche 200a, 200b definiert sind, zu unterstützen. Die Bleche 200a, 200b können unter Verwendung irgendeines geeigneten Herstellprozesses und/oder einer Kombination von Herstellprozessen geformt werden, einschließlich beispielsweise spanabhebendes Bearbeiten, Formgeben, Stanzen, Gießen und/oder dergleichen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen können die Strömungskanäle, die durch die Bleche 200a, 200b definiert sind, in einer Vielzahl von Konfigurationen angeordnet sein. Beispielsweise können, wie gezeigt ist, die Bleche 200a, 200b Strömungskanäle in einer serpentinenartigen und/oder teilserpentinenartigen Konfiguration definieren. Bei anderen Ausführungsformen können die Strömungskanäle so konfiguriert sein, ein Kühlmittel in bestimmten Bereichen nahe den Batteriepackungen, die dem Kühlsystem zugeordnet sind, und/oder Abschnitten der Batteriepackungen, die dem Kühlsystem zugeordnet sind, zu zirkulieren. Beispielsweise können die Strömungskanäle so konfiguriert sein, Kühlmittel nahe zu Abschnitten der Batteriepackung, die mehr Wärme erzeugen können, und/oder dergleichen, zu zirkulieren.
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3 zeigt eine Kühlplatte 104 eines Batteriekühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Wie gezeigt ist, können die Bleche 200a, 200b aneinandergefügt sein, um eine Kühlplatte 106 zu bilden, die einen oder mehrere Strömungskanäle 300 definiert, durch die Kühlmittel strömen kann. Die Bleche 200a, 200b können in einer Vielzahl von Wegen aneinandergefügt sein, einschließlich beispielsweise Hartlöten, Schweißen und/oder andere Verbindungsprozesse, um die Kühlplatte 106 zu bilden. Bei gewissen Ausführungsformen können die Bleche 200a, 200b aneinandergefügt sein, um eine Kühlplatte 104 in einem einzelnen und/oder anderweitigen Hartlötvorgang mit einem einzelnem Durchgang zu bilden.
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Bei einigen Ausführungsformen können nach dem Aneinanderfügen der Bleche 200a, 200b, um die Kühlplatte 104 zu bilden, die Außenflächen der Kühlplatte 104 mit einem Isolationsfilm beschichtet werden. Der Isolationsfilm kann eine Isolation zwischen der Kühlplatte 106 und/oder einem zugeordneten Batteriesystem und/oder einer zugeordneten Batteriepackung bereitstellen. Bei gewissen Ausführungsformen kann der Isolationsfilm eine Degradation der Kühlplatte 104 über die Zeit mindern (z. B. eine Degradation, die durch den Betrieb des zugeordneten Batteriesystems bewirkt wird).
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4A–4C zeigen einen Zusammenbau eines Batteriekühlsystems 400 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Das Batteriekühlsystem 400 kann eine oder mehrere Kühlsystemplatten 402a–402c umfassen. Die Kühlsystemplatten 402a–402c können eine strukturelle Abstützung bereitstellen und/oder anderweitig Batteriepackungen halten, die in einem zugeordneten Batteriesystem (nicht gezeigt) enthalten sind. Wie gezeigt ist, können bei bestimmten Ausführungsformen die Kühlsystemplatten 402a–402c in einer gestapelten Konfiguration um ein zentrales Kühlmittelliefersystem 108 zusammengebaut werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Kühlsystemplatten 402a–402c ein oder mehrere Elemente 406 umfassen (z. B. durch eine Biegung in den Platten 402a–402c und/oder dergleichen gebildet), die derart konfiguriert sind, um eine Ausrichtung auszuführen und/oder anderweitig sicherzustellen, dass die Kühlsystemplatten 402a–402c in einer bestimmten Distanz relativ zueinander beabstandet sind, wodurch konsistente Räume sichergestellt werden, um zugeordnete Batteriepackungen und/oder eine relative Ausrichtung der Kühlsystemplatten 402a–402c und des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 zu halten.
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Während des Zusammenbaus können die Kühlsystemplatten 402a–402c so konfiguriert sein, dass sie mit einer oder mehreren Kühlmittelverteilungsöffnungen 404 des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 ausgerichtet sind, so dass das zirkulierte Kühlmittel von den Kühlmittelverteilungsöffnungen 404 durch den einen oder die mehreren Strömungskanäle der Kühlsystemplatten 402a–402c während des Betriebs des Kühlsystems 400 strömen kann. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann eine Dichtung 110 das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 mit den Kühlsystemplatten 402a–402c koppeln. Unter anderem kann die Dichtung 110 sicherstellen, dass Kühlmittel nicht aus der Schnittstelle zwischen den Kühlsystemplatten 402a–402c und dem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 während des Betriebs des Kühlsystems 400 austritt.
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5 zeigt eine Schnittansicht eines Batteriesystems 500 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Das Batteriesystem 500 kann eine oder mehrere Kühlsystemplatten 402a–402c sowie eine oder mehrere Batteriepackungen 102 umfassen, die dazwischen angeordnet sind. Die Kühlsystemplatten 402a–402c können in einer gestapelten Konfiguration um das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 zusammengebaut und so konfiguriert sein, um Kühlmittel durch den einen oder mehreren Kühlmittelströmungskanäle zu zirkulieren, die durch eine oder mehrere Kühlmittelplatten 402a–402c definiert sind. Demgemäß kann, wenn Kühlmittel durch den einen oder die mehreren Kühlmittelkanäle zirkuliert wird, die Temperatur der Batteriepackungen 102 reguliert werden.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann Kühlmittel durch das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 in einer bestimmten Richtung (z. B. über eine oder mehrere Pumpen und/oder andere zugeordnete Kühlmittelzirkulationsausstattungen) zirkuliert werden. Beispielsweise kann, wie gezeigt ist, Kühlmittel von einem Einlass des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 zu einem Auslass des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 (z. B. in der Strömungsrichtung, die durch die Pfeile in 5A angegeben ist) in Verbindung mit Kühlbetriebsabläufen zirkuliert werden.
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5B zeigt eine Schnittansicht eines Batteriesystems 500 und eines zugeordneten Formungsdorns 502 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Bei gewissen Ausführungsformen können ein oder mehrere Formungsdorne 502 in das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 (z. B. in Einlässe und/oder Auslässe des zentralen Kühlmittelliefersystems 108) eingesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen können die Formungsdorne 502 ferner so konfiguriert sein, dass sie sich in dem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 ausdehnen (wodurch z. B. das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 ausgedehnt wird), um eine oder mehrere Dichtungen mit Dichtungen 110 und/oder der Kühlsystemplatte 104 zu bilden, wodurch eine Kühlmittelströmung durch das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 zur Zirkulation in Strömungskanäle der Kühlplatte 104 zugelassen wird.
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6 zeigt eine Schnittansicht einer Dichtung 110 zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 und Strömungskanälen 300, die durch eine Kühlplatte 104 definiert sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Dichtung 110 so konfiguriert sein, dass sie das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 mit der Kühlsystemplatte 104 koppelt (z. B. mechanisch über eine Kompressionspassungskonfiguration, eine O-Ring-Konfiguration und/oder dergleichen koppelt, wodurch eine Kühlmittelströmung durch das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 zur Zirkulation in die Strömungskanäle der Kühlplatte 104 zugelassen wird. Unter anderem kann die Dichtung 110 sicherstellen, dass das Kühlmittel nicht von der Schnittstelle zwischen der Kühlmittelsystemplatte 104 und dem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 während des Betriebs des Kühlsystems austritt. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Dichtung 110 so konfiguriert sein, das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 relativ zu der Kühlplatte 104 während des Zusammenbaus des Kühlsystems auszurichten und/oder anderweitig zu positionieren.
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Bei einigen Ausführungsformen kann die Dichtung 110 eine O-Ring-Dichtung umfassen. Die Dichtung 110 kann ein beliebiges geeignetes Material und/oder eine Kombination von Materialien umfassen, einschließlich beispielsweise Gummi. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Dichtung 110 einen oder mehrere Metallringeinsätze umfassen, die in einen oberen und/oder unteren Abschnitt der Dichtung 110 modelliert sind. Bei einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Metallringe eine Verformung der Dichtung unter Druck reduzieren. Bei gewissen Ausführungsformen kann der Film der Dichtung 110 ein Material umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Kühlmittel und/oder anderen Bedingungen ausgesetzt werden kann, die den Kühlsystemen und/oder einem zugeordneten Batteriesystem zugeordnet sind, ohne einer signifikanten Degradation über die Zeit ausgesetzt zu sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Dichtung 110 ein Material umfassen, das für eine variierte thermische Ausdehnung und/oder Kontraktion zwischen dem zentralen Kühlmittelliefersystem und der Kühlplatte 104 sorgt, während das Potential nach Kühlmittellecks, die durch eine solche Expansion und/oder Kontraktion bewirkt werden, reduziert wird.
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Die 7A–7B zeigen eine beispielhafte Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 und einer Kühlplatte 402a gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. 8 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht von oben auf eine Dichtung 110 zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 und einer Kühlplatte 402a gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Wie hier gezeigt ist, können die Kühlmittelverteilungsöffnungen 404 des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 so konfiguriert sein, dass sie mit einem oder mehreren Kühlmittelkanälen 300 ausgerichtet sind, die von der Kühlplatte 402a definiert sind. Demgemäß kann, wenn Kühlmittel durch das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 zirkuliert wird, das Kühlmittel in die Kühlmittelströmungskanäle 300, die durch die Kühlplatte 402a definiert sind, über die Kühlmittelverteilungsöffnungen 404 strömen (z. B. in der Richtung, die durch die Pfeile in den 7A–7B und 8 angegeben ist). Bei weiteren Ausführungsformen kann Kühlmittel auch in einem Hohlraum 800, der von der Dichtung 110 definiert ist, während des Betriebs des Kühlsystems zirkulieren.
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Die 9A–9B zeigen Schnittansichten einer Schnittstelle zwischen einem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 und Strömungskanälen 300, die von einer Kühlplatte 402a definiert sind, gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Wie gezeigt ist, kann eine Dichtung 110 (z. B. ein O-Ring und/oder dergleichen) das zentrale Kühlmittelliefersystem 108 mit den Kühlsystemplatten 402a–402c koppeln. Unter anderem kann die Dichtung 110 sicherstellen, dass Kühlmittel nicht von der Schnittstelle zwischen der Kühlsystemplatte 402a und dem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 austritt, wenn Kühlmittel von dem zentralen Kühlmittelliefersystem 108 zu den Strömungskanälen 300 durch Kühlmittelverteilungsöffnungen 404 des zentralen Kühlmittelliefersystems 108 zirkuliert wird, und/oder eine richtige mechanische Ausrichtung derselben während des Zusammenbaus und/oder Betriebs unterstützt wird.
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Die 10A–10B zeigen beispielhafte Turbulatorkonstruktionen, die in einem Strömungskanal einer Kühlplatte 402 gemäß hier offenbarten Ausführungsformen enthalten sind. Bei einigen Ausführungsformen können die Strömungskanäle einen oder mehrere Bereiche umfassen, die Turbulatoren enthalten. Ein Turbulator kann ein oder mehrere Merkmale umfassen, die durch die Strömungskanäle definiert und derart konfiguriert sind, eine turbulentere Strömung von Kühlmittel durch die Strömungskanäle während des Betriebs zu erzeugen, wodurch eine thermische Leistungsfähigkeit des Kühlsystems verbessert wird. Ein Turbulator kann ein oder mehrere erhöhte und/oder vertiefte Merkmale umfassen, die in einer Wand eines Strömungskanals enthalten sind, die bei einigen Ausführungsformen in einer gemusterten Konfiguration vorliegen kann. Ein Turbulator kann in einer Vielzahl von Wegen geformt werden, einschließlich und ohne Beschränkung, Stanzen, spanabhebendes Bearbeiten, Formen, Gießen und/oder dergleichen.
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Beispielsweise kann, wie in 10A gezeigt ist, ein Turbulator ein Muster von einem oder mehreren Fischgrätmerkmalen umfassen, die in einer Wand eines Strömungskanals enthalten sind. Ähnlicherweise kann, wie in 10B gezeigt ist, ein Turbulator ein Muster von einem oder mehreren kreisförmigen Merkmalen (z. B. eine Blase) umfassen, die in einer Wand eines Strömungskanals enthalten sind. Es sei angemerkt, dass eine breite Vielzahl von Turbulatormerkmalen, -mustern und/oder anderen Konfigurationen in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen verwendet werden kann, und dass beliebige geeignete Turbulatormerkmale, -muster und/oder -konfigurationen, die so ausgelegt sind, eine turbulentere Strömung von Kühlmittel in einem Strömungskanal zu erzeugen, in Verbindung mit hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden können.
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Bei einigen Ausführungsformen kann ein Turbulator in einem Bereich eines zentralen Kühlersystems integriert werden, das eine Kühlmittelströmung unterstützt. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Turbulator eine separate Komponente umfassen, die mechanisch an einem Strömungskanal einer zugeordneten Kühlplatte 402 und/oder eines zentralen Kühlmittelliefersystems angebracht ist.
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Es sei angemerkt, dass eine Anzahl von Varianten an den Ausführungsformen der Geometrien und/oder Konfigurationen, die in Verbindung mit den 1–10B dargestellt sind, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Demgemäß sei angemerkt, dass die 1–10B nur zu Zwecken der Veranschaulichung und Erläuterung und nicht zur Beschränkung vorgesehen sein können.
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11 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1100 zum Zusammenbauen eines Kühlsystems gemäß hier offenbarten Ausführungsformen. Bei 1102 kann das Verfahren 1100 ausgelöst werden. Bei 1104 kann eine oder können mehrere Kühlsystemplatten in einer gestapelten Konfiguration zusammengebaut werden. Ein oder mehrere Dichtungen können mechanisch in einer oder mehreren Öffnungen des zentralen Kühlmittelliefersystems der einen oder mehreren Kühlsystemplatten bei 1106 installiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die eine oder mehreren Dichtungen so konfiguriert sein, um das zentrale Kühlmittelliefersystem mit den Kühlsystemplatten zu koppeln, wodurch eine Kühlmittelströmung durch das zentrale Kühlmittelliefersystem zur Zirkulation in Strömungskanäle der Kühlplatten zugelassen wird, ohne dass Kühlmittel aus der Schnittstelle austritt.
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Bei 1108 kann das zentrale Kühlmittelliefersystem in Öffnungen angeordnet sein, die durch die installierten Dichtungen definiert sind. Bei einigen Ausführungsformen können das zentrale Kühlmittelliefersystem und/oder die installierten Dichtungen so bemessen sein, dass, wenn sie richtig ausgerichtet sind, eine Dichtung geformt wird, die im Wesentlichen leckfrei ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann das zentrale Kühlsystem intern ausgedehnt werden, so dass eine im Wesentlichen leckfreie Dichtung zwischen dem zentralen Kühlliefersystem und/oder der Dichtung und zugeordneten Kühlplatte geformt wird. Beispielsweise können bei einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Dorne in offene Enden des zentralen Kühlmittelliefersystems eingesetzt werden, und können so konfiguriert sein, das zentrale Kühlmittelliefersystem auszudehnen und eine im Wesentlichen leckfreie Dichtung zwischen dem zentralen Kühlmittelliefersystem und/oder einer zugeordneten Dichtung/Kühlsystemplatte zu bilden. Das Verfahren 1100 kann bei 1110 enden.
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Obwohl das Vorhergehende detailliert für die Zwecke der Klarheit beschrieben worden ist, sei angemerkt, dass gewisse Änderungen und Modifikationen ohne Abweichung von den Grundsätzen hier gemacht werden können. Zusätzlich können bestimmte Systeme und/oder Verfahren, die hier offenbart, in flüssigkeitsgekühlten Batteriesystemen, die nicht in einem Fahrzeug (z. B. eine Batteriereservestromsystem oder dergleichen) enthalten sind, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass es viele alternative Wege zur Umsetzung sowohl der hierin beschriebenen Prozesse und Vorrichtungen gibt. Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu verstehen, und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs und der Äquivalente der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
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Die vorangehende Beschreibung ist unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch erkennt der Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung durchgeführt werden können. Beispielsweise können verschiedene Betriebsschritte wie auch Komponenten zur Ausführung von Betriebsschritten in alternativen Wegen abhängig von der bestimmten Anwendung oder in Betrachtung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die dem Betrieb des Systems zugeordnet sind, implementiert sein. Demgemäß können einer oder mehrere der Schritte weggelassen, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner ist diese Offenbarung in einem illustrativen anstatt einem restriktiven Sinne zu betrachten, und alle derartigen Modifikationen sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzumfangs derselben enthalten zu sein. Gleichermaßen sind ein Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch sind Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und jedes Element(e), die dazu führen können, dass irgendein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung auftritt oder deutlicher hervortritt, nicht als ein kritisches, ein erforderliches oder ein wesentliches Merkmal oder Element auszulegen.
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Wie hierin verwendet, sind die Begriffe ”umfassen” und ”aufweisen” und irgendeine andere Variante davon dazu bestimmt, eine nicht ausschließliche Einbeziehung abzudecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diejenigen Elemente umfasst, sondern weitere Elemente, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder einem solchen Prozess, Verfahren, System, Artikel oder Vorrichtung zueigen sind, umfassen kann. Auch, wie hierin verwendet, sind die Begriffe ”gekoppelt”, ”koppelnd” und andere Variante derselben dazu bestimmt, eine physikalische Verbindung, eine elektrische Verbindung, eine magnetische Verbindung, eine optische Verbindung, eine kommunikative Verbindung, eine funktionale Verbindung und/oder jede andere Verbindung abzudecken.
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Der Fachmann erkennt, dass viele Änderungen an den Details der oben beschriebenen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sei daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt.
