DE102016106907A1

DE102016106907A1 - Peristaltikpumpe für Traktionsbatterie-Wärmemanagemetsystem

Info

Publication number: DE102016106907A1
Application number: DE102016106907.8A
Authority: DE
Inventors: Alvaro Masias; Brian Joseph ROBERT
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2016-10-20
Also published as: CN106058332A; US10483603B2; CN106058332B; US9553344B2; DE102016106907A8; US9780420B2; US20170352930A1; US20160308262A1; US20170110772A1

Abstract

Es wird eine Batteriebaugruppe, die ein Array aus Batteriezellen, ein Leitungssystem und eine Emissionsvorrichtung enthält, bereitgestellt. Das Leitungssystem kann Kühlmittel zum thermischen Verbinden mit dem Array zuführen und kann einen Kanal mit einer Wandung definieren, die dielektrische oder magnetische Partikel aufweist. Die Emissionsvorrichtung kann in der Nähe der Wandung liegen und dazu ausgelegt sein, selektiv ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld oder eine Spannung auszugeben, um eine Kompressionskraft auf die Partikel aufzubringen, um eine Querschnittsfläche des Kanals einzustellen, um einen Durchfluss des Kühlmittels dort hindurch zu steuern. Der Kanal kann ein flexibles Rohr auf Harzbasis sein. Die Baugruppe kann auch einen Sensor und eine Steuerung enthalten. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die Zustände der Baugruppe oder des Systems angeben.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Wärmemanagementsysteme für in Fahrzeugen genutzte Hochspannungsbatterien.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge, wie Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs, Battery Electric Vehicles), Plug-in Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs, Plug-in Hybrid Electric Vehicles), Mildhybridelektrofahrzeuge (MHEVs, Mild Hybrid Electric Vehicles) oder Vollhybridelektrofahrzeuge (FHEVs, Full Hybrid Electric Vehicles) umfassen eine Energiespeichereinrichtung, wie zum Beispiel eine Hochspannungs-(HV-)Batterie, zur Funktion als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug. Die HV-Batterie kann Komponenten und Systeme zur Unterstützung des Managens von Fahrzeugleistung und -operationen enthalten. Die HV-Batterie kann ein oder mehrere Arrays aus Batteriezellen enthalten, die zwischen Batteriezellenanschlüssen und Verbindungsstromschienen elektrisch verbunden sind. Die HV-Batterie und das umgebende Umfeld können ein Wärmemanagementsystem zum Unterstützen beim Managen der Temperatur der HV-Batteriekomponenten, -systeme und einzelner Batteriezellen enthalten.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Fahrzeugtraktionsbatteriebaugruppe enthält ein Array aus Batteriezellen, ein Leitungssystem und einen Elektromagneten. Das Leitungssystem führt Kühlmittel zum thermischen Verbinden mit dem Array zu und definiert einen Kanal mit einer Schicht, die magnetische Partikel enthält. Der Elektromagnet liegt in der Nähe der Schicht und ist dazu ausgelegt, selektiv ein Magnetfeld auszugeben, um eine Kraft auf die Magnetpartikel aufzubringen, um eine Querschnittsfläche des Kanals einzustellen, um einen Durchfluss des Kühlmittels dort hindurch zu steuern. Der Kanal kann ein flexibles Rohr auf Harzbasis sein, und die Schicht kann ein Maschenelement sein, das das Rohr wenigstens zum Teil einschließt. Der Kanal kann benachbart zum Array und in thermischer Verbindung mit ihm liegen. Der Sensor kann auch einen Sensor und eine Steuerung enthalten. Der Sensor kann eine Durchflussrate des im System fließenden Kühlmittels messen. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit dem Sensor und dem Elektromagneten stehen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, den Elektromagneten auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die einen Durchflusszustand außerhalb eines vorbestimmten Durchflussratenbereichs angeben, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren. Der Sensor kann eine Temperatur des Arrays messen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, den Elektromagneten auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die angeben, dass eine Temperatur über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren. Der Elektromagnet kann mit einer Krümmung im Kanal angeordnet sein, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels einzustellen. Die Baugruppe kann außerdem eine Wärmeleitplatte enthalten, die in thermischer Verbindung mit dem Array steht und einen Einlass und einen Auslass aufweist. Der Elektromagnet kann benachbart zum Einlass liegen und dazu ausgelegt sein, eine Durchflussrate des durch den Auslass fließenden Kühlmittels einzustellen.
Eine Batteriebaugruppe enthält ein Array aus Batteriezellen, ein Leitungssystem und eine Emissionsvorrichtung. Das Leitungssystem führt Kühlmittel zum thermischen Verbinden mit dem Array zu und definiert einen Kanal mit einer Wandung mit dielektrischen Partikeln. Die Emissionsvorrichtung liegt in der Nähe der Wandung und ist dazu ausgelegt, selektiv eine Spannung oder ein elektrisches Feld auszugeben, um eine dielektrisch angetriebene Kompressionskraft auf die Partikel aufzubringen, um eine Querschnittsfläche des Kanals einzustellen, um einen Durchfluss des Kühlmittels dort hindurch zu steuern. Der Kanal kann ein flexibles Rohr auf Harzbasis sein, der piezoelektrische Materialien enthält. Die Emissionsvorrichtung kann eine Spannung ausgeben, um die piezoelektrischen Materialien zu bewegen. Der Kanal kann ein flexibles Rohr auf Harzbasis sein, der Materialien mit Elektrostriktionseigenschaften enthält. Die Emissionsvorrichtung kann ein elektrisches Feld ausgeben, um die Materialien mit Elektrostriktionseigenschaften zu bewegen. Die Baugruppe kann auch einen Sensor und eine Steuerung enthalten. Der Sensor kann eine Durchflussrate des im System fließenden Kühlmittels messen. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit dem Sensor und der Emissionsvorrichtung stehen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die einen Durchflusszustand außerhalb eines vorbestimmten Durchflussratenbereichs angeben, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren. Der Sensor kann eine Temperatur des Arrays messen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die angeben, dass eine Temperatur über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren. Die Emissionsvorrichtung kann mit einer Krümmung im Kanal angeordnet sein, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels einzustellen. Die Steuerung kann dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Zuständen der Batteriezellen während eines Fahrzyklus des Fahrzeugs oder während eines Fahrzeugkaltstarts zu steuern.
Ein Fahrzeug enthält einen Traktionsbatteriesatz, ein Leitungssystem, eine Emissionsvorrichtung und ein Steuerungssystem. Das Leitungssystem stellt einen Weg für Kühlmittel zum Eintreten in und Austreten aus dem Batteriesatz bereit und enthält eine Leitung. Der Sensor misst Zustände des Batteriesatzes und des Systems. Die Emissionsvorrichtung ist mit der Leitung dazu angeordnet, eine Peristaltikpumpe zu bilden. Das Steuerungssystem ist dazu ausgelegt, die Pumpe auf Basis von aus dem Sensor aufgenommenen Signalen zu aktivieren, so dass eine Querschnittsfläche eines Teils der Leitung eingestellt wird, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels zu beeinflussen. Die Emissionsvorrichtung kann ein Elektromagnet zur Ausgabe eines Magnetfeldes sein. Die Emissionsvorrichtung kann eine Spannungsemissionsvorrichtung oder eine Emissionsvorrichtung für ein elektrisches Feld sein. Der Sensor kann dazu ausgelegt sein, eine Durchflussrate wenigstens eines Teils des Systems oder eine Temperatur des Traktionsbatteriesatzes zu messen. Die Steuerung kann außerdem dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung selektiv zu aktivieren, um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld auszugeben, um einen Kühlmitteldurchfluss in Teilen des Systems zu befördern, die benachbart zu Batteriezellen des Traktionsbatteriesatzes sind, die eine Temperatur aufweisen, die einen Schwellenwert überschreitet. Die Steuerung kann außerdem dazu ausgelegt sein, die Emissionsvorrichtung selektiv zu aktivieren, um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld auszugeben, um einen Kühlmitteldurchfluss in Teilen des Systems zu befördern, die eine Durchflussrate unter einem Schwellenwert aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht schematisch ein Batterieelektrofahrzeug.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Teil eines Wärmemanagementsystems für eine Traktionsbatterie.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, die in einer ersten Anordnung gezeigt wird.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Teils der Peristaltikpumpenbaugruppe aus 3, die in einer zweiten Anordnung gezeigt wird.
5 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt eines Beispiels für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, die in einer ersten Anordnung gezeigt wird.
6 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils der Peristaltikpumpenbaugruppe aus 5, die in einer zweiten Anordnung gezeigt wird.
7 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils der Peristaltikpumpenbaugruppe aus 5, die in einer dritten Anordnung gezeigt wird.
8 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils der Peristaltikpumpenbaugruppe aus 5, die in einer vierten Anordnung gezeigt wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, die in einer ersten Anordnung gezeigt wird.
10 ist eine perspektivische Ansicht des Teils der Peristaltikpumpenbaugruppe aus 9, die in einer zweiten Anordnung gezeigt wird.
11 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt eines Beispiels für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, die in einer ersten Anordnung gezeigt wird.
12 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils einer Peristaltikpumpenbaugruppe aus 11, die in einer zweiten Anordnung gezeigt wird.
13 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils einer Peristaltikpumpenbaugruppe aus 11, die in einer dritten Anordnung gezeigt wird.
14 ist eine veranschaulichende Draufsicht im Querschnitt des Teils einer Peristaltikpumpenbaugruppe aus 11, die in einer vierten Anordnung gezeigt wird.
15 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils eines Wärmemanagementsystems eines Traktionsbatteriesatzes, das eine Peristaltikpumpenbaugruppe enthält.
16 ist eine veranschaulichende, perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Kühlkanal für ein Wärmemanagementsystem eines Traktionsbatteriesatzes, das eine Peristaltikpumpenbaugruppe enthält.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann darüber zu unterrichten, Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verschieden einzusetzen. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, mit Bezug auf jede der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für spezielle Anwendungen oder Umsetzungsformen verlangt werden.
1 zeigt ein Schema eines Beispiels für ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV). Ein Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die Elektromaschinen 14 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die Elektromaschinen 14 können Antriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromaschinen 14 können auch als Generatoren fungieren und Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromaschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Fahrzeug 12 unter gewissen Bedingungen im Elektromodus oder im Hybridmodus betrieben werden kann, um den Gesamtkraftstoffverbrauch des Fahrzeugs 12 zu verringern.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert und stellt Energie bereit, die von den Elektromaschinen 14 oder anderen Komponenten des Fahrzeugs 12 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe aus einem oder mehreren Batteriezellen-Arrays in der Traktionsbatterie 24 bereit, die manchmal auch als Batteriezellenstapel bezeichnet werden. Die Hochspannungs-Gleichstromausgabe kann auch in eine Niederspannungs-Gleichstromausgabe für Anwendungen, wie zum Beispiel Fahrzeug-Stopp-Start, umgewandelt werden. Die Batteriezellen-Arrays können eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Die Traktionsbatterie 24 kann elektrisch mit einem oder mehreren leistungselektronischen Modulen 26 über einen oder mehrere Schützkontakte (nicht dargestellt) verbunden sein. Der eine oder die mehreren Schützkontakte trennen die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das leistungselektronische Modul 26 ist ebenfalls mit den Elektromaschinen 14 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 14 zum Funktionieren eine dreiphasige Wechselspannung benötigen können. Das leistungselektronische Modul 26 kann die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandeln, wie sie von den Elektromaschinen 14 benötigt wird. In einem regenerativen Modus kann das leistungselektronische Modul 26 die dreiphasige Wechselspannung aus den Elektromaschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug oder auf andere Hybridfahrzeuge anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer Elektromaschine 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Zusätzlich dazu, dass die Traktionsbatterie 24 Energie für den Antrieb bereitstellt, kann sie Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgangsgröße der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist. Andere Hochspannungslasten, wie zum Beispiel Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der Hochspannung verbunden sein, ohne dass ein Gleichspannungswandlermodul 28 verwendet wird. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme mit einer Zubehörbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden.
Ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM, Battery Energy Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem enthalten, das für jede der Batteriezellen Temperatur und Ladezustand managt. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie zum Beispiel einen Thermistor oder ein anderes Temperaturmessinstrument. Der Temperatursensor 31 kann in Verbindung mit dem BECM 33 stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann auch auf oder in der Nähe der Batteriezellen in der Traktionsbatterie 24 liegen. Es wird ebenfalls in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 verwendet werden kann, um die Temperatur der Batteriezellen zu überwachen.
Das Fahrzeug 12 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug sein, wie zum Beispiel ein PHEV, ein FHEV, ein MHEV oder ein BEV, in dem die Traktionsbatterie 24 von einer externen Leistungsquelle 36 wiederaufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 38 verbunden sein. Das EVSE 38 kann Schaltungsanordnungen und Steuerungen zum Regeln und Managen der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeport 34 kann irgendeine Portart sein, die dazu ausgelegt ist, Leistung vom EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeport 34 kann mit einem Ladegerät oder einem On-Board-Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die aus dem EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann an das EVSE 38 angekoppelt sein, um die Zufuhr von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Pins aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 34 ineinandergreifen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere verknüpfte Steuerungen zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen.
Die Batteriezellen, wie zum Beispiel eine prismatische Zelle, können elektrochemische Zellen enthalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie wandeln. Prismatische Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) enthalten. Ein Elektrolyt kann es Ionen gestatten, sich während des Entladens zwischen der Anode und der Kathode zu bewegen und dann während des Wiederaufladens zurückzukehren. Anschlüsse können gestatten, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle heraus fließt. Wenn sie in einem Array mit mehreren Batteriezellen positioniert sind, können die Anschlüsse jeder Batteriezelle mit gegenüberliegenden Anschlüssen (positiv und negativ), die einander benachbart sind, ausgerichtet sein, und eine Stromschiene kann eine Reihenverbindung zwischen den mehreren Batteriezellen einrichten helfen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, so dass gleichartige Anschlüsse (positiv und positiv oder negativ und negativ) einander benachbart liegen. Zum Beispiel können zwei Batteriezellen so angeordnet sein, dass positive Anschlüsse einander benachbart liegen, und die nächsten beiden Zellen können so angeordnet sein, dass negative Anschlüsse einander benachbart liegen. In diesem Beispiel kann die Stromschiene Anschlüsse aller vier Zellen kontaktieren. Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines Flüssig-Wärmemanagementsystems, eines Luft-Wärmemanagementsystems oder eines anderen, im Fachgebiet bekannten Verfahrens beheizt und/oder gekühlt werden.
Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines Flüssig-Wärmemanagementsystems, eines Luft-Wärmemanagementsystems oder eines anderen, im Fachgebiet bekannten Verfahrens beheizt und/oder gekühlt werden. In einem Beispiel für ein Flüssig-Wärmemanagementsystem und jetzt mit Bezug auf 2: Die Traktionsbatterie 24 kann ein Batteriezellen-Array 88 enthalten, das gestützt von einer Wärmeleitplatte 90 gezeigt wird und das von einem Wärmemanagementsystem beheizt und/oder gekühlt werden soll. Das Batteriezellen-Array 88 kann mehrere Batteriezellen 92 enthalten, die benachbart zueinander positioniert sind, und strukturelle Halterungskomponenten enthalten. Das Gleichspannungswandlermodul 28 und/oder das BECM 33 können ebenfalls, unter gewissen Betriebsbedingungen, Kühlen und/oder Beheizen erfordern. Eine Wärmeleitplatte 91 kann das Gleichspannungswandlermodul 28 und das BECM 33 stützen und ihr Wärmemanagement unterstützen. Zum Beispiel kann das Gleichspannungswandlermodul 28 während der Spannungswandlung Wärme erzeugen, die möglicherweise abgeführt werden muss. Alternativ können die Wärmeleitplatten 90 und 91 miteinander in Fluidverbindung stehen, um einen gemeinsamen Fluideinlassport und einen gemeinsamen Auslassport gemeinsam zu nutzen.
In einem Beispiel kann das Batteriezellen-Array 88 an der Wärmeleitplatte 90 montiert sein, so dass lediglich eine Oberfläche jeder der Batteriezellen 92 in Kontakt mit der Wärmeleitplatte 90 steht. Die Wärmeleitplatte 90 und die einzelnen Batteriezellen 92 können Wärme zwischen einander übertragen, um während des Fahrzeugbetriebs das Managen der thermischen Behandlung der Batteriezellen 92 im Batteriezellen-Array 88 zu unterstützen. Gleichförmige Thermofluidverteilung und hohe Wärmeübertragungsfähigkeit sind zwei Gesichtspunkte für die Wärmeleitplatte 90, damit wirksames Wärmemanagement für die Batteriezellen 92 in den Batteriezellen-Arrays 88 und für andere umgebende Komponenten bereitgestellt wird. Weil Wärme zwischen der Wärmeleitplatte 90 und dem Thermofluid über Wärmeleitung und Konvektion übertragen wird, ist die Oberflächenfläche in einem Thermofluid-Strömungsfeld für die wirksame Wärmeübertragung wichtig, sowohl zum Abführen von Wärme als auch zum Beheizen der Batteriezellen 92 bei niedrigen Temperaturen. Zum Beispiel erzeugt das Aufladen und Entladen der Batteriezellen Wärme, die die Leistung und die Lebensdauer des Batteriezellen-Arrays 88 negativ beeinflussen kann, wenn sie nicht abgeführt wird. Alternativ kann die Wärmeleitplatte 90 auch Wärme für das Batteriezellen-Array 88 bereitstellen, wenn es niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.
Die Wärmeleitplatte 90 kann einen oder mehrere Kanäle 93 und/oder einen Hohlraum enthalten, um Thermofluid durch die Wärmeleitplatte 90 zu verteilen. Zum Beispiel kann die Wärmeleitplatte 90 einen Einlassport 94 und einen Auslassport 96 enthalten, die zum Bereitstellen und Umwälzen des Thermofluids mit den Kanälen 93 in Verbindung stehen können. Die Positionierung des Einlassports 94 und des Auslassports 96 kann in Bezug auf die Batteriezellen-Arrays 88 unterschiedlich sein. Zum Beispiel und wie in 2 gezeigt wird, können der Einlassport 94 und der Auslassport 96 in Bezug auf die Batteriezellen-Arrays 88 mittig positioniert sein. Der Einlassport 94 und der Auslassport 96 können auch an der Seite der Batteriezellen-Arrays 88 positioniert sein. Alternativ kann die Wärmeleitplatte 90 einen Hohlraum (nicht dargestellt) definieren, der zum Bereitstellen und Umwälzen des Thermofluids mit dem Einlassport 94 und dem Auslassport 96 in Verbindung steht. Die Wärmeleitplatte 91 kann einen Einlassport 95 und einen Auslassport 97 enthalten, um Thermofluid zuzuführen und abzuführen. Optional kann eine Lage Thermal Interface Material (nicht dargestellt) an der Wärmeleitplatte 90 und/oder 91 unter dem Batteriezellen-Array 88 und/oder dem Gleichspannungswandlermodul 28 bzw. dem BECM 33 angebracht werden. Die Lage thermisch leitfähiges Zwischenschichtmaterial (Thermal Interface Material) kann die Wärmeübertragung zwischen dem Batteriezellen-Array 88 und der Wärmeleitplatte 90 verbessern, indem sie zum Beispiel Lücken und/oder Luftspalte zwischen den Batteriezellen 92 und der Wärmeleitplatte 90 füllt. Das thermisch leitfähige Zwischenschichtmaterial kann ebenfalls elektrische Isolierung zwischen dem Batteriezellen-Array 88 und der Wärmeleitplatte 90 bereitstellen. Ein Batterietrog 98 kann die Wärmeleitplatte 90, die Wärmeleitplatte 91, das Batteriezellen-Array 88 und andere Komponenten stützen. Der Batterietrog 98 kann eine oder mehrere Ausnehmungen enthalten, um die Wärmeleitplatten aufzunehmen.
Unterschiedliche Batteriesatzkonfigurationen können verfügbar sein, um einzelne Fahrzeugvariablen anzusprechen, einschließlich Packaging-Einschränkungen und Leistungsanforderungen. Das Batteriezellen-Array 88 kann in einer Abdeckung oder einem Gehäuse (nicht dargestellt) enthalten sein, um das Batteriezellen-Array 88 und andere umgebende Komponenten, wie zum Beispiel das Gleichspannungswandlermodul 28 und das BECM 33, zu schützen und zu kapseln. Das Batteriezellen-Array 88 kann an mehreren unterschiedlichen Stellen positioniert sein, einschließlich zum Beispiel unter einem Vordersitz, unter einem Rücksitz oder hinter dem Rücksitz des Fahrzeugs. Allerdings ist in Betracht zu ziehen, dass die Batteriezellen-Arrays 88 an irgendeiner geeigneten Stelle im Fahrzeug 12 positioniert sein können.
Operationen des HV-Batteriesystems profitieren von einförmigen Temperaturzuständen der Batteriezellen im HV-Batteriesystem. Flüssigkeitsgekühlte Systeme pumpen typischerweise Kühlmittel durch das System unter Verwendung eines geschlossenen Schleifenweges mit einer Pumpe. Wenn das Kühlmittel durch das System fließt und Wärme aus den Batteriezellen zieht, akkumuliert das Kühlmittel Wärme, und über dem System kann ein Temperaturgefälle erzeugt werden. Außerdem kann ein Kühlmitteldurchflussmuster aufgrund verschiedener Krümmungen und/oder unregelmäßiger Formen des Kühlmittelweges im System gestört werden, was ebenfalls zu Temperaturgefällen beitragen kann. Batteriezellen von HV-Batteriesystemen können unterschiedlich altern, was auf variierende Temperaturen der Batteriezellen während des Betriebs des elektrisch betriebenen Fahrzeugs zurückzuführen ist. Diese Alterungsdifferenzen können zu Leistungsverschlechterung des HV-Batteriesystems und des elektrisch betriebenen Fahrzeugs führen.
Eine Peristaltikpumpe ist ein Beispiel für eine Verdrängerpumpe, die bei einem HV-Batteriesystem verwendet werden kann, um einen Kühlmitteldurchfluss im System zu beeinflussen, um das Managen seiner thermischen Zustände zu unterstützen und Leistungsverschlechterung zu bekämpfen. Zum Beispiel kann eine Peristaltikpumpe auf dem Wechsel zwischen einer Kompression und einer Relaxation eines Rohrs oder eines Schlauchs basieren, um Flüssigkeiten darin zu bewegen. In einem Beispiel für eine mechanisch angetriebene Peristaltikpumpe kann eine Rolle rotieren und entlang einer Länge des Rohrs oder des Schlauchs laufen, um Teile entlang der Länge zu komprimieren. In einem anderen Beispiel kann ein Rotor mit Nocken an einer Krümmung des Rohrs oder des Schlauchs liegen. Wenn der Rotor rotiert, stehen die Teile des Rohrs oder des Schlauchs, die von den Nocken zusammengepresst werden, unter Kompression und können abgeklemmt werden. Wenn sich das Rohr oder der Schlauch in ihrem unveränderten Zustand befinden, nachdem der Nocken vorbeigelaufen ist, wird das Fluid eingebracht, um sich durch das System zu bewegen. Dieser Vorgang kann als Peristaltik bezeichnet werden.
Die 3 und 4 zeigen ein Beispiel für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, in der Magnetfeldausgaben verwendet werden können, um Peristaltik eines Kühlkanals eines Wärmemanagementsystems für ein HV-Batteriesystem anzutreiben, der hier im Allgemeinen als ein Kühlkanal 200 bezeichnet wird. Der Kühlkanal 200 kann verschiedene Gestalten und Formen aufweisen, wie zum Beispiel eine Rohrform. Der Kühlkanal 200 wird in 3 in einer ersten Anordnung oder einem unveränderten Zustand gezeigt, und ein Teil des Kühlkanals 200 wird in 4 in einer zweiten Position oder im Kompressionszustand gezeigt. Der Kühlkanal 200 kann eine Komponente eines Leitungssystems zum Zuführen von Kühlmittel für thermisches Verbinden mit einem Batteriezellen-Array sein und kann einen Durchflussweg für Kühlmittel definieren. Zu Beispielen für Kühlmittel, die zur Verwendung mit der Peristaltikpumpenbaugruppe geeignet sind, zählen Glykol, Wasser, Mineralöl und Syntheseöl. Der Kühlkanal 200 kann Partikel enthalten, die empfindlich gegenüber mechanischer Betätigung sind, wie zum Beispiel Magnetpartikel. Die Partikel können über den ganzen Kühlkanal verteilt sein, in ausgewählten Teilen des Kühlkanals 200 verteilt sein oder in einer Komponente enthalten sein, die am Kühlkanal 200 befestigt ist.
Zum Beispiel kann der Kühlkanal 200 eine Schicht 204 enthalten. Die Schicht 204 kann eine flexible Schicht sein, die ein flexibles Material auf Harzbasis umfassen kann, wie zum Beispiel Polypropylen. In diesem Beispiel kann ein Maschenelement 210, das Magnetpartikel aufweist, wenigstens teilweise wenigstens einen Teil des Kühlkanals 200 einschließen oder bedecken. Zu Beispielen für Materialien, die Magnetpartikel aufweisen, die für das Maschenelement 210 geeignet sein können, zählen magnetischer Stahl und Eisen. Die Peristaltikpumpenbaugruppe kann einen oder mehrere Elektromagneten, die in der Nähe des Kühlkanals 200 liegen, zum Ausgeben eines Magnetfeldes enthalten. Zum Beispiel kann ein Paar Elektromagneten 220 in der Nähe des Kühlkanals 200 und so liegen, dass von den Elektromagneten 220 ausgegebene Magnetfelder die Magnetpartikel des Maschenelements 210 beeinflussen können. Die Elektromagneten 220 können auf beiden Seiten des Kühlkanals 200 oder in anderen Anordnungen positioniert sein, wie es für spezielle Einbaubeschränkungen geeignet ist. Eine Steuerung (nicht dargestellt) kann in elektrischer Verbindung mit den Elektromagneten 220 stehen und kann dazu ausgelegt sein, deren Betrieb zu steuern.
Zum Beispiel werden die Elektromagneten 220 in 3 deaktiviert gezeigt, und der Kühlkanal 200 befindet sich in einem unveränderten Zustand. In 4 sind die Elektromagneten 220 aktiviert und geben ein Magnetfeld ab, um eine Kraft (dargestellt durch Pfeile) auf die Magnetpartikel im Maschenelement 210 aufzubringen. Die Magnetfelder aus den Elektromagneten 220 beeinflussen die Magnetpartikel, so dass sie die flexible Schicht 204 bewegen und komprimieren, um eine Querschnittsfläche des Kühlmitteldurchflussweges einzustellen, der durch den Kühlkanal 200 definiert wird. Durchflussraten von Kühlmittel, das durch den Kühlkanal 200 läuft, können somit mit verschiedenen Abfolgen aus Aktivierung und Deaktivierung der Elektromagneten 220 gesteuert werden.
Die Steuerung kann auch dazu ausgelegt sein, mit einem oder mehreren Sensoren zu arbeiten. Das Peristaltikpumpensystem kann einen Temperatursensor (nicht dargestellt) und/oder einen Durchflussratensensor (nicht dargestellt) enthalten. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit den Sensoren stehen, um einen oder mehrere der Elektromagneten 220 auf Basis von Signalen aus den Sensoren zu aktivieren, um eine Durchflussrate des Kühlmittels geeignet einzustellen, zum Beispiel als Reaktion auf eine Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen oder darauf, dass eine Kühlmitteldurchflussrate außerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt.
Das Einbeziehen dieser Art einer peristaltischen Pumpbewegung im Kühlmittelkanal 200 kann auch zusätzliche Steuerungsoptionen in Bezug auf den Kühlmitteldurchfluss bereitstellen. Zum Beispiel kann ein verteiltes System von Kühlmittelkanälen mit beweglichen Wandungen die Kühlmittelbewegung beeinflussen, indem der Kühlmitteldurchfluss dezentral und dynamisch an unterschiedlichen Stellen mit dem Leitungssystem manipuliert wird. Die beweglichen Wandungen können an Teilen des Kühlmitteldurchflussweges liegen, wo die Geometrie den Kühlmitteldurchfluss negativ beeinflusst, wie zum Beispiel an Krümmungen oder Biegungen in den Kühlmittelkanälen.
Die 5 bis 8 zeigen ein anderes Beispiel für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, in der Magnetfeldausgaben verwendet werden können, um Peristaltik eines Kühlkanals eines Wärmemanagementsystems für ein HV-Batteriesystem anzutreiben, der hier im Allgemeinen als ein Kühlkanal 300 bezeichnet wird. In diesem Beispiel wird der Kühlkanal 300 angeordnet zwischen einem ersten Elektromagnetensatz 320, einem zweiten Elektromagnetensatz 324 und einem dritten Elektromagnetensatz 328 gezeigt. Der Kühlkanal 300 kann verschiedene Gestalten und Formen aufweisen, wie zum Beispiel eine Rohrform. Der Kühlkanal 300 wird in 5 in einer ersten Anordnung oder einem unveränderten Zustand gezeigt. Teile des Kühlkanals 300 werden in den 6 bis 8 in komprimierten Zuständen gezeigt. Der Kühlkanal 300 kann eine Komponente eines Leitungssystems zum Zuführen von Kühlmittel für thermisches Verbinden mit einem Batteriezellen-Array sein und kann einen Durchflussweg für Kühlmittel definieren. Zu Beispielen für Kühlmittel, die zur Verwendung mit der Peristaltikpumpenbaugruppe geeignet sind, zählen Glykol, Wasser, Mineralöl und Syntheseöl. Der Kühlkanal 300 kann Magnetpartikel enthalten, die über eine ganze Schicht 304 verteilt sind, die in ausgewählten Teilen des Kühlkanals 300 verteilt sind oder die in einer Komponente enthalten sind, die am Kühlkanal 300 befestigt ist. Die Schicht 304 kann eine flexible Schicht sein, die ein flexibles Material auf Harzbasis umfassen kann, wie zum Beispiel Polypropylen. Die in der Schicht 304 enthaltenen Magnetpartikel werden in den 5 bis 8 durch X'e dargestellt, allerdings werden mehrere Anordnungen von Magnetpartikeln in Betracht gezogen. Zu Beispielen für Materialien, die Magnetpartikel aufweisen, die für die Schicht 304 geeignet sein können, zählen magnetischer Stahl und Eisen.
Die Elektromagnetensätze können in einer gesteuerten Abfolge arbeiten, um ein Magnetfeld auf unterschiedliche Teile des Kühlkanals 300 aufzubringen. Eine Steuerung (nicht dargestellt) kann in elektrischer Verbindung mit den Elektromagnetensätzen stehen und kann dazu ausgelegt sein, deren Betrieb zu steuern. Die Steuerung kann die Elektromagnetensätze in einer Abfolge aktivieren, um eine peristaltische Pumpbewegung zu ermöglichen, bei der die Querschnittsfläche des Kühlkanal 300 entlang einer Länge oder eines Teils des Kühlkanals 300 komprimiert und erweitert wird.
Zum Beispiel werden in 5 der erste Elektromagnetensatz 320, der zweite Elektromagnetensatz 324 und der dritte Elektromagnetensatz 328 deaktiviert gezeigt, und der Kühlkanal 300 wird im unveränderten Zustand gezeigt. Die Abmessung 331 stellt eine Länge über dem Kühlkanal 300 im unveränderten Zustand dar und kann einen Durchmesser des Kühlkanals 300 in einer Anordnung darstellen, in der der Kühlkanal 300 zylindrisch rohrförmig ist. In 6 wird der erste Elektromagnetensatz 320 aktiviert gezeigt, und ein Teil des in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 300 wird als Ergebnis, dass das Magnetfeld eine Kraft (dargestellt durch Pfeile) auf die Magnetpartikel aufbringt, die dem Magnetfeld ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. Die Abmessung 333 stellt eine Länge über dem Kühlkanal 300 an einem seiner komprimierten Teile dar. Die Abmessung 333 kann einen Durchmesser des Kühlkanals 300 in einer Anordnung darstellen, in der der Kühlkanal 300 zylindrisch rohrförmig ist. Die Abmessung 333 ist kleiner als die Abmessung 331. Von daher beeinflussen die Magnetfelder aus den Elektromagneten 320 die Magnetpartikel, so dass sie die flexible Schicht 304 bewegen und komprimieren, um eine Querschnittsfläche des Kühlmitteldurchflussweges einzustellen, der durch den Kühlkanal 300 definiert wird.
In 7 wird der zweite Elektromagnetensatz 324 aktiviert gezeigt, und ein Teil des in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 300 wird als Ergebnis, dass das Magnetfeld eine Kraft auf Magnetpartikel aufbringt, die dem Magnetfeld ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. In 8 wird der dritte Elektromagnetensatz 328 aktiviert gezeigt, und ein Teil des in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 300 wird als Ergebnis, dass das Magnetfeld eine Kraft auf Magnetpartikel aufbringt, die dem Magnetfeld ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. Aufeinanderfolgende Aktivierung der Elektromagnetensätze komprimiert Teile des Kühlkanals 300 und entspannt sie dann, um Peristaltik entlang des Kühlkanals 300 zu befördern. Durchflussraten von Kühlmittel, das durch den Kühlkanal 300 läuft, können somit mit verschiedenen Abfolgen aus Aktivieren und Deaktivieren der Elektromagnetensätze gesteuert werden.
Die Steuerung kann auch dazu ausgelegt sein, mit einem oder mehreren Sensoren zu arbeiten. Das Peristaltikpumpensystem kann einen Sensor 350 enthalten. Der Sensor 350 kann ein Durchflussratensensor sein. In einem anderen Beispiel kann ein Temperatursensor (nicht dargestellt) mit Batteriezellen angeordnet sein, um ihre Temperaturzustände zu überwachen. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit dem Sensor 350 stehen, um die Elektromagnetensätze auf Basis von daraus aufgenommenen Signalen zu aktivieren. Als Reaktion auf das Aufnehmen der Signale kann die Steuerung eine Durchflussrate des Kühlmittels im Kühlkanal 300 geeignet einstellen, indem sie das Arbeiten der Elektromagnetensätze steuert.
Die 9 und 10 zeigen ein Beispiel für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, in der Ausgaben eines elektrischen Feldes verwendet werden können, um Peristaltik eines Kühlkanals, der Elektrostriktionsmaterialien aufweist, eines Wärmemanagementsystems für ein HV-Batteriesystem anzutreiben, der hier im Allgemeinen als ein Kühlkanal 400 bezeichnet wird. Der Kühlkanal 400 kann verschiedene Gestalten und Formen aufweisen, wie zum Beispiel eine Rohrform. Der Kühlkanal 400 wird in 9 in einer ersten Anordnung oder einem unveränderten Zustand gezeigt, und ein Teil des Kühlkanals 400 wird in 10 in einer zweiten Position oder im Kompressionszustand gezeigt. Der Kühlkanal 400 kann eine Komponente eines Leitungssystems zum Zuführen von Kühlmittel für thermisches Verbinden mit einem Batteriezellen-Array sein und kann einen Durchflussweg für Kühlmittel definieren. Zu Beispielen für Kühlmittel, die zur Verwendung mit der Peristaltikpumpenbaugruppe geeignet sind, zählen Glykol, Wasser, Mineralöl und Syntheseöl. Der Kühlkanal 400 kann dielektrische Partikel enthalten, die über ihn verteilt sind, die in ausgewählten Teilen des Kühlkanals 400 verteilt sind oder die in einer Komponente enthalten sind, die am Kühlkanal 400 befestigt ist. Zu Beispielen für geeignete Elektrostriktionsmaterialien zählt Blei-Magnesium-Niobat.
Zum Beispiel kann der Kühlkanal 400 eine Schicht 404 enthalten. Die Schicht 404 kann eine flexible Schicht sein, die ein flexibles Material auf Harzbasis umfassen kann, wie zum Beispiel Polypropylen. Die Peristaltikpumpenbaugruppe kann eine oder mehrere Emissionsvorrichtungen enthalten, wie zum Beispiel eine Emissionsvorrichtung für ein elektrisches Feld, die in der Nähe des Kühlkanals 400 liegt, um ein elektrisches Feld auszugeben. Zum Beispiel kann ein Paar Emissionsvorrichtungen 420 in der Nähe des Kühlkanals 400 und so liegen, dass von den Emissionsvorrichtungen 420 ausgegebene elektrische Felder die dielektrischen Partikel der Schicht 404 beeinflussen können. Die Emissionsvorrichtungen 420 können auf beiden Seiten des Kühlkanals 400 oder in anderen Anordnungen positioniert sein, wie es für spezielle Einbaubeschränkungen geeignet ist. Eine Steuerung (nicht dargestellt) kann in elektrischer Verbindung mit den Emissionsvorrichtungen 420 stehen und kann dazu ausgelegt sein, deren Betrieb zu steuern.
Zum Beispiel werden die Emissionsvorrichtungen 420 in 9 deaktiviert gezeigt, und der Kühlkanal 400 befindet sich in einem unveränderten Zustand. In 10 werden die Emissionsvorrichtungen 420 aktiviert gezeigt und geben somit ein elektrisches Feld ab, um eine Kraft (dargestellt durch Pfeile) auf die Elektrostriktionsmaterialien in der Schicht 404 aufzubringen. Die elektrischen Felder aus den Emissionsvorrichtungen 420 beeinflussen das Elektrostriktionsmaterial, so dass es die flexible Schicht 404 bewegt und komprimiert, um eine Querschnittsfläche des Kühlmitteldurchflussweges einzustellen, der durch den Kühlkanal 400 definiert wird. Durchflussraten von Kühlmittel, das durch den Kühlkanal 400 läuft, können somit mit verschiedenen Abfolgen aus Aktivieren und Deaktivieren der Emissionsvorrichtungen 420 gesteuert werden.
Die Steuerung kann auch dazu ausgelegt sein, mit einem oder mehreren Sensoren zu arbeiten. Das Peristaltikpumpensystem kann einen Temperatursensor (nicht dargestellt) und/oder einen Durchflussratensensor (nicht dargestellt) enthalten. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit den Sensoren stehen, um eine oder mehrere der Emissionsvorrichtungen 420 auf Basis von Signalen aus den Sensoren zu aktivieren, um eine Durchflussrate des Kühlmittels geeignet einzustellen, zum Beispiel als Reaktion auf eine Temperatur einer oder mehrerer Batteriezellen oder darauf, dass eine Kühlmitteldurchflussrate außerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt.
Das Einbeziehen dieser Art einer peristaltischen Pumpbewegung im Kühlmittelkanal 400 kann auch zusätzliche Steuerungsoptionen in Bezug auf den Kühlmitteldurchfluss bereitstellen. Zum Beispiel kann ein verteiltes System von Kühlmittelkanälen mit beweglichen Wandungen die Kühlmittelbewegung beeinflussen, indem der Kühlmitteldurchfluss dezentral und dynamisch an unterschiedlichen Stellen mit dem Leitungssystem manipuliert wird. Die beweglichen Wandungen können an Teilen des Kühlmitteldurchflussweges liegen, wo die Geometrie den Kühlmitteldurchfluss negativ beeinflusst, wie zum Beispiel an Krümmungen oder Biegungen in den Kühlmittelkanälen.
Die 11 bis 14 zeigen ein anderes Beispiel für einen Teil einer Peristaltikpumpenbaugruppe, in der Spannungsausgaben verwendet werden können, um Peristaltik eines Kühlkanals, der piezoelektrische Materialien aufweist, eines Wärmemanagementsystems für ein HV-Batteriesystem anzutreiben, der hier im Allgemeinen als ein Kühlkanal 500 bezeichnet wird. In diesem Beispiel wird der Kühlkanal 500 angeordnet zwischen einem ersten Emissionsvorrichtungssatz 520, einem zweiten Emissionsvorrichtungssatz 524 und einem dritten Emissionsvorrichtungssatz 528 gezeigt. Der Kühlkanal 500 kann verschiedene Gestalten und Formen aufweisen, wie zum Beispiel eine Rohrform. Der Kühlkanal 500 wird in 11 in einer ersten Anordnung oder einem unveränderten Zustand gezeigt. Teile des Kühlkanals 500 werden in den 12 bis 14 in komprimierten Zuständen gezeigt. Der Kühlkanal 500 kann eine Komponente eines Leitungssystems zum Zuführen von Kühlmittel für thermisches Verbinden mit einem Batteriezellen-Array sein und kann einen Durchflussweg für Kühlmittel definieren. Zu Beispielen für Kühlmittel, die zur Verwendung mit der Peristaltikpumpenbaugruppe geeignet sind, zählen Glykol, Wasser, Mineralöl und Syntheseöl. Die Schicht 504 kann eine flexible Schicht sein, die ein flexibles Material auf Harzbasis umfassen kann, wie zum Beispiel Polypropylen. Zu Beispielen für geeignete piezoelektrische Materialien für den Kühlkanal 500 zählen Quarz, Blei-Zirkonat-Titanat und Barium-Titanat.
Die Emissionsvorrichtungssätze können in einer gesteuerten Abfolge arbeiten, um eine Spannung auf unterschiedliche Teile des Kühlkanals 500 aufzubringen. Eine Steuerung (nicht dargestellt) kann in elektrischer Verbindung mit den Emissionsvorrichtungssätzen stehen und kann dazu ausgelegt sein, deren Betrieb zu steuern. Die Steuerung kann die Emissionsvorrichtungssätze in einer Abfolge aktivieren, um eine peristaltische Pumpbewegung zu ermöglichen, bei der die Querschnittsfläche des Kühlkanal 500 entlang einer Länge oder eines Teils des Kühlkanals 500 komprimiert und erweitert wird.
Zum Beispiel werden in 11 der erste Emissionsvorrichtungssatz 520, der zweite Emissionsvorrichtungssatz 524 und der dritte Emissionsvorrichtungssatz 528 deaktiviert gezeigt, und der Kühlkanal 500 wird im unveränderten Zustand gezeigt. Die Abmessung 531 stellt eine Länge über dem Kühlkanal 500 im unveränderten Zustand dar und kann einen Durchmesser des Kühlkanals 500 in einer Anordnung darstellen, in der der Kühlkanal 500 zylindrisch rohrförmig ist. In 12 wird der erste Emissionsvorrichtungssatz 520 aktiviert gezeigt, und ein Teil des in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 500 wird als Ergebnis, dass die Spannung eine Kraft (dargestellt durch Pfeile) auf die dielektrischen Partikel aufbringt, die der Spannung ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. Die Abmessung 533 stellt eine Länge über dem Kühlkanal 500 an einem seiner komprimierten Teile dar. Die Abmessung 533 kann einen Durchmesser des Kühlkanals 500 in einer Anordnung darstellen, in der der Kühlkanal 500 zylindrisch rohrförmig ist. Von daher beeinflusst die Spannung aus den Emissionsvorrichtungen 520 die piezoelektrischen Materialien, so dass sie die flexible Schicht 504 bewegen und komprimieren, um eine Querschnittsfläche des Kühlmitteldurchflussweges einzustellen, der durch den Kühlkanal 500 definiert wird.
In 13 wird der zweite Emissionsvorrichtungssatz 524 aktiviert gezeigt, und ein Teil in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 500 wird als Ergebnis, dass die Spannung eine Kraft auf die piezoelektrischen Materialien aufbringt, die der Spannung ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. In 14 wird der dritte Emissionsvorrichtungssatz 528 aktiviert gezeigt, und ein Teil des in seiner Nähe liegenden Kühlkanals 500 wird als Ergebnis, dass die Spannung eine Kraft auf die piezoelektrischen Materialien aufbringt, die der Spannung ausgesetzt sind, komprimiert gezeigt. Aufeinanderfolgende Aktivierung der Emissionsvorrichtungssätze komprimiert Teile des Kühlkanals 500 und entspannt sie dann, um Peristaltik entlang des Kühlkanals 500 zu befördern. Durchflussraten von Kühlmittel, das durch den Kühlkanal 500 läuft, können somit mit verschiedenen Abfolgen aus Aktivieren und Deaktivieren der Emissionsvorrichtungssätze gesteuert werden.
Die Steuerung kann auch dazu ausgelegt sein, mit einem oder mehreren Sensoren zu arbeiten. Das Peristaltikpumpensystem kann einen Sensor 550 enthalten. Der Sensor 550 kann ein Durchflussratensensor sein. In einem anderen Beispiel kann ein Temperatursensor (nicht dargestellt) mit Batteriezellen angeordnet sein, um ihre Temperaturzustände zu überwachen. Die Steuerung kann in elektrischer Verbindung mit dem Sensor 550 stehen, um die Emissionsvorrichtungssätze auf Basis von daraus aufgenommenen Signalen zu aktivieren. Als Reaktion auf das Aufnehmen der Signale kann die Steuerung eine Durchflussrate des Kühlmittels im Kühlkanal 500 geeignet einstellen, indem sie das Arbeiten der Emissionsvorrichtungssätze steuert.
Die 15 und 16 zeigen Beispiele für Stellen, an denen die Peristaltikpumpenbaugruppe in einem HV-Batteriesystem arbeiten kann. 15 zeigt ein Beispiel für einen Teil eines HV-Batteriesystems, das hier im Allgemeinen als System 600 bezeichnet wird. Das System 600 kann einen Batteriesatz 602, eine Peristaltikpumpenbaugruppe 604, einen Einlasskühlkanal 606, einen Auslasskühlkanal 608 und eine Pumpe 610 enthalten. Die Peristaltikpumpenbaugruppe 604 kann Operationen der Pumpe 610 ergänzen, oder sie kann die Verwendung der Pumpe 610 ersetzen. Zum Beispiel kann die Peristaltikpumpenbaugruppe 604 mit dem Einlasskühlkanal 606 und benachbart zum Batteriesatz 602 angeordnet sein, um eine Durchflussrate des Kühlmittels, das zum Auslasskühlkanal 608 fließt, einzustellen. Die Peristaltikpumpenbaugruppe 604 kann zum Beispiel eine Durchflussrate des durch den Batteriesatz 602 fließenden Kühlmittels erhöhen, um Kühlen von Batteriezellen des Batteriesatzes 602 zu unterstützen, die möglicherweise über einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegen.
16 zeigt ein Beispiel für eine Peristaltikpumpenbaugruppe, die mit einem HV-Batteriesystem arbeiten kann, die hier im Allgemeinen als eine Peristaltikpumpenbaugruppe 630 bezeichnet wird. Die Peristaltikpumpenbaugruppe 630 kann in einer Wärmeleitplatte 634 angeordnet sein und kann mit einem Kühlkanal 636 angeordnet sein. In diesem Beispiel liegt die Peristaltikpumpenbaugruppe 630 an einer Krümmung im Kühlkanal 636. Krümmungen in Leitungssystemen können eine Kühlmitteldurchflussrate unterbrechen. Das Betreiben der Peristaltikpumpenbaugruppe 630 an einer Krümmung kann jegliche Durchflussratenunterbrechungen aufgrund der Krümmung minimieren oder beseitigen, indem eine Durchflussrate des durch die Krümmung des Kühlkanals 636 fließenden Kühlmittels eingestellt wird. Obwohl die Krümmung des Kühlkanals 636 in diesem Beispiel als U-förmig gezeigt wird, wird in Betracht gezogen, dass die Peristaltikpumpe 630 mit verschiedenen Arten von Krümmungen, Kurven oder anderen solchen Biegungen in Leitungssystemen von HV-Batteriesystemen angeordnet sein kann.
Die vorgeschlagenen Systeme und Pumpenbaugruppen, die oben beschrieben werden, können auch Batteriesatzwärmemanagement während normaler Fahrzeugoperationen, Fahrzyklen und Kaltstartoperationen verbessern, indem sie die Systeme oder Pumpenbaugruppen auf Basis von gemessenen Zuständen selektiv aktivieren, um Temperatur- oder Durchflussschwankungen auszugleichen. Die oben beschriebenen Systeme und Pumpenbaugruppen können auch das Batteriesatzwärmemanagement während Aufladeoperationen verbessern, um Leistung aus einer Aufladestation für das System oder die Pumpenbaugruppe zu verwenden, während das Fahrzeug ausgeschaltet ist.
Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche umfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener Ausführungsformen können, wie vorher beschrieben wurde, kombiniert werden, so dass sie weitere Ausführungsformen der Offenbarung bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder gegenüber Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer erwünschter Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um erwünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Eigenschaften können Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Einheitlichkeit, Robustheit, Kundenakzeptanz, Zuverlässigkeit, Genauigkeit usw. zählen. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.

Claims

Fahrzeugtraktionsbatteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: ein Array aus Batteriezellen; ein Leitungssystem, um Kühlmittel zum thermischen Verbinden mit dem Array zuzuführen und einen Kanal mit einer Schicht zu definieren, die magnetische Partikel enthält; und einen Elektromagneten, der in der Nähe der Schicht liegt und dazu ausgelegt ist, selektiv ein Magnetfeld auszugeben, um eine Kraft auf die Magnetpartikel aufzubringen, um eine Querschnittsfläche des Kanals einzustellen, um einen Durchfluss des Kühlmittels dort hindurch zu steuern.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Kanal ein flexibles Rohr auf Harzbasis umfasst und die Schicht ein Maschenelement ist, das das Rohr wenigstens zum Teil einschließt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kanal benachbart zum Array liegt und sich in thermischer Verbindung mit ihm befindet.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Folgendes umfasst: einen Sensor zum Messen einer Durchflussrate des im System fließenden Kühlmittels; und eine Steuerung, die in elektrischer Verbindung mit dem Sensor und dem Elektromagneten steht und dazu ausgelegt ist, den Elektromagneten auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die einen Durchflusszustand außerhalb eines vorbestimmten Durchflussratenbereichs angeben, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem Folgendes umfasst: einen Sensor zum Messen einer Temperatur des Arrays; und eine Steuerung, die in elektrischer Verbindung mit dem Sensor und dem Elektromagneten steht und dazu ausgelegt ist, den Elektromagneten auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die angeben, dass eine Temperatur über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromagnet mit einer Krümmung im Kanal angeordnet ist, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels einzustellen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Wärmeleitplatte umfasst, die in thermischer Verbindung mit dem Array steht und einen Einlass und einen Auslass aufweist, wobei der Elektromagnet benachbart zum Einlass liegt und dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate des durch den Auslass fließenden Kühlmittels einzustellen.
Batteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: ein Array aus Batteriezellen; ein Leitungssystem, um Kühlmittel zum thermischen Verbinden mit dem Array zuzuführen und einen Kanal mit einer Wandung zu definieren, die dielektrische Partikel aufweist; und eine Emissionsvorrichtung, die in der Nähe der Wandung liegt und dazu ausgelegt ist, selektiv eine Spannung oder ein elektrisches Feld auszugeben, um eine dielektrisch angetriebene Kompressionskraft auf die Partikel aufzubringen, um eine Querschnittsfläche des Kanals einzustellen, um einen Durchfluss des Kühlmittels dort hindurch zu steuern.
Baugruppe nach Anspruch 8, wobei der Kanal ein flexibles Rohr auf Harzbasis umfasst, das piezoelektrische Materialien enthält, und wobei die Emissionsvorrichtung eine Spannung ausgibt, um die piezoelektrischen Materialien zu bewegen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Kanal ein flexibles Rohr auf Harzbasis umfasst, das Materialien mit Elektrostriktionseigenschaften enthält, und wobei die Emissionsvorrichtung ein elektrisches Feld ausgibt, um die Materialien mit Elektrostriktionseigenschaften zu bewegen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die außerdem Folgendes umfasst: einen Sensor zum Messen einer Durchflussrate des im System fließenden Kühlmittels; und eine Steuerung, die in elektrischer Verbindung mit dem Sensor und der Emissionsvorrichtung steht und dazu ausgelegt ist, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die angeben, dass ein Durchflusszustand außerhalb eines vorbestimmten Durchflussratenbereichs liegt, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die außerdem Folgendes umfasst: einen Sensor zum Messen einer Temperatur des Arrays; und eine Steuerung, die elektrisch mit dem Sensor und der Emissionsvorrichtung verbunden und dazu ausgelegt ist, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Signalen aus dem Sensor zu aktivieren, die angeben, dass eine Temperatur über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, um eine Kühlmitteldurchflussrate wenigstens eines Teils des Systems zu manipulieren.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Emissionsvorrichtung mit einer Krümmung im Kanal angeordnet ist, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels einzustellen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 13, die außerdem eine Steuerung umfasst, die elektrisch mit der Emissionsvorrichtung verbunden und dazu ausgelegt ist, die Emissionsvorrichtung auf Basis von Zuständen der Batteriezellen während eines Fahrzyklus des Fahrzeugs oder während eines Fahrzeugkaltstarts zu steuern.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Traktionsbatteriesatz; ein Leitungssystem, das einen Weg für Kühlmittel zum Eintreten in und zum Austreten aus dem Batteriesatz bereitstellt und eine Leitung enthält; einen Sensor zum Messen von Zuständen des Batteriesatzes und des Systems; eine Emissionsvorrichtung, die mit der Leitung angeordnet ist, um eine Peristaltikpumpe zu bilden; und ein Steuerungssystem, das dazu ausgelegt ist, die Pumpe auf Basis von aus dem Sensor aufgenommenen Signalen zu aktivieren, so dass eine Querschnittsfläche eines Teils der Leitung eingestellt wird, um eine Durchflussrate des dort hindurch fließenden Kühlmittels zu beeinflussen.
Fahrzeug nach Anspruch 15, wobei die Emissionsvorrichtung einen Elektromagneten zur Ausgabe eines Magnetfelds umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei die Emissionsvorrichtung eine Spannungsemissionsvorrichtung oder eine Emissionsvorrichtung für ein elektrisches Feld umfasst.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Sensor dazu ausgelegt ist, eine Durchflussrate wenigstens eines Teils des Systems oder eine Temperatur des Traktionsbatteriesatzes zu messen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Steuerung außerdem dazu ausgelegt ist, die Emissionsvorrichtung selektiv zu aktivieren, um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld auszugeben, um einen Kühlmitteldurchfluss in Teilen des Systems zu befördern, die benachbart zu Batteriezellen des Traktionsbatteriesatzes liegen, die eine Temperatur aufweisen, die einen Schwellenwert überschreitet.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Steuerung außerdem dazu ausgelegt ist, die Emissionsvorrichtung selektiv zu aktivieren, um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld auszugeben, um einen Kühlmitteldurchfluss in Teilen des Systems zu befördern, die eine Durchflussrate unter einem Schwellenwert aufweisen.