DE102016113597A1

DE102016113597A1 - Batteriesatzgehäuse mit integriertem Flüssigkeitskanal

Info

Publication number: DE102016113597A1
Application number: DE102016113597.6A
Authority: DE
Inventors: Rohit Gunna; Kanchana Perumalla; Neil Robert Burrows; Hyung Min Baek
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2017-02-16
Also published as: US10622687B2; CN106450076A; CN106450076B; US20170047624A1

Abstract

Ein Batteriesatz gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Gehäuse, das einen monolithischen Körper mit wenigstens einer ersten Seitenwandung und einem mit der ersten Seitenwandung verbundenen Boden, und einem in wenigstens einem von der ersten Seitenwandung und dem Boden verlaufenden Flüssigkeitskanal beinhaltet.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft einen Batteriesatz für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Der Batteriesatz beinhaltet einen monolithischen Gehäusekörper, der wenigstens eine Seitenwandung und einen Boden aufweist. Die Seitenwandung, der Boden, oder beide beinhalten einen oder mehrere Flüssigkeitskanäle für ein thermisches Verwalten von Batteriezellen des Batteriesatzes.
HINTERGRUND
Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und Emissionen von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, ist hinlänglich bekannt. Es werden daher Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungskraftmaschinen reduzieren oder vollständig beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge sind ein Typ von Fahrzeugen, die gegenwärtig für diesen Zweck entwickelt werden. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge selektiv von einer oder mehreren batteriebetriebenen Elektromaschinen angetrieben werden. Im Gegensatz dazu sind herkömmliche Kraftfahrzeuge ausschließlich auf die Verbrennungskraftmaschine angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Ein Hochspannungsbatteriesatz zum Speisen von Elektromaschinen und anderen elektrischen Verbrauchern beinhaltet typischerweise mehrere Batteriezellen. Eine Arraykonstruktion hält die Zellen zusammen. Ein separates Gehäuse nimmt die Batteriezellen auf und dichtet diese gegenüber der Außenumgebung ab. Eine weitere separate Konstruktion, die typischerweise als Kühlplatte ausgelegt ist, wird üblicherweise in Kontakt mit den Batteriezellen positioniert, um die von den Zellen erzeugte Wärme thermisch zu verwalten.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batteriesatz gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Gehäuse, das einen monolithischen Körper mit wenigstens einer ersten Seitenwandung und einem mit der ersten Seitenwandung verbundenen Boden und einem in wenigstens einem von der ersten Seitenwandung und dem Boden verlaufenden Flüssigkeitskanal beinhaltet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Batteriesatzes ist der Flüssigkeitskanal im Boden ausgebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorgenannten Batteriesätze ist der Flüssigkeitskanal in der ersten Seitenwandung ausgebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze ist der Flüssigkeitskanal im Boden ausgebildet und ein zweiter Flüssigkeitskanal ist in der ersten Seitenwandung ausgebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze beinhaltet der monolithische Körper eine erste Seitenwandung, den Boden, eine zweite Seitenwandung und eine Abdeckung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze beinhaltet der Batteriesatz eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen im monolithischen Körper, wobei die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen so verbunden sind, dass sie eine schlangenförmige Durchführung bilden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze beinhaltet der Batteriesatz eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen im monolithischen Körper, wobei die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen so angeordnet sind, dass sie ein paralleles, U-förmiges Flusssystem bilden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze ist eine erste Endkappe an einem ersten Ende des Bodens befestigt und eine zweite Endkappe ist an einem zweiten Ende des Bodens befestigt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze beinhalten die erste Endkappe und die zweite Endkappe jeweils einen Verteiler.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze sind in entweder der ersten Endkappe oder der zweiten Endkappe sowohl ein Einlass als auch ein Auslass angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze befinden sich im monolithischen Körper eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen, und eine Mehrzahl von Wandungen sind so positioniert, dass sie die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen voneinander abteilen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze erstreckt sich wenigstens eine der Mehrzahl von Wandungen von einem ersten Ende des Bodens, endet aber kurz vor einem zweiten Ende des Bodens.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze ist am monolithischen Körper eine Endplatte oder eine Abdeckung befestigt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze stehen aus Oberflächen, die den Flüssigkeitskanal umgeben, eine Mehrzahl von Rippen hervor.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Batteriesätze ist wenigstens ein Batteriearray auf dem Boden positioniert.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Ausbilden eines Gehäuses zum Umschließen eines Batteriearrays eines Batteriesatzes, wobei das Gehäuse einen monolithischen Körper beinhaltet, der wenigstens eine erste mit einem Boden integrierte Seitenwandung beinhaltet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Verfahrens beinhaltet der Schritt des Ausbildens ein Extrudieren des Gehäuses.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der beiden vorgenannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Ausbildens ein Herstellen des Gehäuses in einer Weise, dass wenigstens eines von der ersten Seitenwandung und dem Boden einen Flüssigkeitskanal beinhaltet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren beinhaltet der Schritt des Ausbildens ein Herstellen des Gehäuses in einer Weise, dass es die erste Seitenwandung, den Boden und wenigstens eines von einer zweiten Seitenwandung oder einer Abdeckung beinhaltet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren ein Positionieren des Batteriearrays auf dem Boden. Der Boden ist ausgelegt, das Batteriearray zu tragen und gleichzeitig von den Batteriezellen des Batteriearrays erzeugte Wärme thermisch zu verwalten.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Ansprüche, oder der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich all ihrer diversen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander genommen werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, es sei denn solche Merkmale sind inkompatibel.
Die diversen Merkmale und Vorzüge dieser Offenbarung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können kurz beschrieben werden wie folgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 zeigt Abschnitte eines Batteriesatzes eines elektrifizierten Fahrzeugs.
3 ist eine Querschnittsansicht durch Abschnitt A-A des Batteriesatzes von 2.
4 zeigt ein beispielhaftes Thermomanagementsystem eines Batteriesatzgehäuses.
5 zeigt ein anderes beispielhaftes Thermomanagementsystem eines Batteriesatzgehäuses.
6 zeigt ein beispielhaftes Batteriesatzgehäuse.
7 zeigt ein Batteriesatzgehäuse gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
8 zeigt ein Batteriesatzgehäuse gemäß noch einer anderen Ausführungsform dieser Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt beispielhafte Batteriesatzbauformen für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Der Batteriesatz beinhaltet einen monolithischen Gehäusekörper, der wenigstens eine erste Seitenwandung aufweist, die sich von einem Boden erstreckt. Im monolithischen Gehäusekörper ist ein Flüssigkeitskanal ausgebildet und ist ausgelegt, ein Kühlmittel zu übertragen. Das Kühlmittel kann im Kreislauf durch den Flüssigkeitskanal geführt werden, um durch Batteriezellen des Batteriesatzes erzeugte Wärme thermisch zu verwalten. Durch den Boden, die erste Seitenwandung und/oder eine beliebige andere Wandung des monolithischen Gehäusekörpers hindurch können Flüssigkeitskanäle angeordnet sein. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser ausführlichen Beschreibung genauer erörtert.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Konzepte, auch wenn sie hier als Hybridfahrzeug (hybrid electric vehicle; HEV) dargestellt sind, nicht auf HEVs einschränkt sind und auch auf andere elektrifizierte Fahrzeuge, einschließlich, aber nicht beschränkt darauf, Plug-In Hybridfahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles; PHEVs), batterieelektrische Fahrzeuge (battery electric vehicles; BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge ausgeweitet werden könnten.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Powersplit-Antriebstrangsystem, bei dem ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem Verwendung finden. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einer Kraftmaschine 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet wenigstens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und einen Batteriesatz 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Es ist zwar eine Powersplit-Konfiguration gezeigt, diese Offenbarung erstreckt sich jedoch auf alle Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, einschließlich Vollhybride, Parallelhybride, Seriellhybride, Mildhybride oder Mikrohybride.
Die Kraftmaschine 14, die in einer Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine ist, und der Generator 18 können über eine Kraftübertragungseinheit 30 wie ein Planetengetriebe verbunden sein. Selbstverständlich können auch andere Typen von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um die Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 18 kann von der Kraftmaschine 14 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ dazu als Elektromotor arbeiten, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbundene Welle 38 abgegeben wird. Da der Generator 18 in Wirkverbindung mit der Kraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 vom Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die mit Fahrzeugantriebsrädern 28 durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Mehrzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von der Kraftmaschine 14 zu einem Differentialgetriebe 48, um schließlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 kann eine Mehrzahl von Zahnrädern beinhalten, die die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differentialgetriebe 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann auch dazu eingesetzt werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er ein Drehmoment an eine Welle 52 abgibt, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei manchen Ausführungsformen wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, in welchem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zur Abgabe eines Drehmoments eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an den Batteriesatz 24 abgeben.
Der Batteriesatz 24 ist eine beispielhafte Batterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Der Batteriesatz 24 kann ein Hochspannungs-Traktionsbatteriesatz sein, der eine Mehrzahl von Batteriebaugruppen 25 (d. h. Batteriearrays oder Gruppierungen von Batteriezellen) beinhaltet, die in der Lage sind, elektrische Leistung abzugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Andere Typen von Energiespeichereinrichtungen und/oder -abgabeeinrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 elektrisch anzutreiben.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsarten auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einer Elektrofahrzeug(EV)-Betriebsart betrieben werden, bei der der Elektromotor 22 (im Allgemeinen ohne Unterstützung aus der Kraftmaschine 14) für den Vortrieb des Fahrzeugs verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batterie 24 bei gewissen Fahrmustern/-zyklen bis zu dessen maximal erlaubter Entladerate entleert wird. Die EV-Betriebsart ist ein Beispiel für eine Entladungsbetriebsart für das elektrifizierte Fahrzeug 12. In der EV-Betriebsart kann sich der Ladezustand des Batteriesatzes 24 unter manchen Umständen erhöhen, zum Beispiel aufgrund eines Zeitraums einer Nutzbremsung. In einer standardmäßigen EV-Betriebsart ist die Kraftmaschine 14 im Allgemeinen AUS, sie könnte jedoch, wie erforderlich, auf Basis eines Fahrzeugsystemzustands oder wie vom Bediener gestattet betrieben werden.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einer Hybrid(HEV)-Betriebsart betrieben werden, in der die Kraftmaschine 14 und der Elektromotor 22 beide für den Fahrzeugvortrieb verwendet werden. Die HEV-Betriebsart ist ein Beispiel für eine Ladungserhaltungsbetriebsart des elektrifizierten Fahrzeugs 12. In der HEV-Betriebsart kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Nutzung des Elektromotors 22 für den Vortrieb reduzieren, um den Ladezustand des Batteriesatzes 24 auf einem konstanten oder nahezu konstanten Niveau zu halten, indem der Vortrieb aus der Kraftmaschine 14 erhöht wird. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann im Schutzumfang dieser Offenbarung, zusätzlich zur EV- und HEV-Betriebsart, in anderen Betriebsarten betrieben werden.
2 zeigt Abschnitte eines Batteriesatzes 24, der innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Zum Beispiel könnte der Batteriesatz 24 Bestandteil des elektrifizierten Fahrzeugs 12 von 1 sein. Der Batteriesatz 24 beinhaltet eine Mehrzahl von Batteriezellen 56, um verschiedenen elektrischen Verbrauchern des elektrifizierten Fahrzeugs 12 elektrische Leistung zuzuführen. In 2 sind zwar eine spezielle Anzahl von Batteriezellen 56 dargestellt, der Batteriesatz 24 könnte jedoch im Schutzumfang dieser Offenbarung eine kleinere oder größere Anzahl von Batteriezellen nutzen. Die Offenbarung ist, mit anderen Worten, nicht auf die in 2 und 3 gezeigten speziellen Konfigurationen beschränkt.
Die Batteriezellen 56 können nebeneinander entlang einer Längsachse A gestapelt sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu konstruieren, die manchmal als "Zellenstapel" bezeichnet wird. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet der Batteriesatz 24 zwei separate Gruppierungen von Batteriezellen 56 (d. h. zwei Zellenstapel).
In einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, Tasche usw.), anderen chemischen Eigenschaften (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) oder beides könnten als Alternative im Schutzumfang dieser Offenbarung genutzt werden.
In einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform können Abstandshalter 58, die alternativ als Distanzhalter oder Trennelemente bezeichnet werden können, zwischen aneinander angrenzenden Batteriezellen 56 jeder Gruppierung von Batteriezellen 56 positioniert sein. Die Abstandshalter 58 können thermisch resistente und elektrisch isolierende Plastik- und/oder Schaummaterialien beinhalten. Die Batteriezellen 56 und die Abstandshalter 58 können zusammen als Batteriearray 60 bezeichnet werden. In 2 sind zwei Batteriearrays 60 gezeigt, der Batteriesatz 24 könnte jedoch nur ein einziges Batteriearray beinhalten, oder größer als zwei Batteriearrays. Die Batteriezellen 56 könnten durch eine Reibungskraft zusammengehalten werden, die jeweils aufgrund eines Zusammendrückens der Zellen während des Zusammenbaus der Batteriearrays 60 erzeugt wird. In einer anderen Ausführungsform wird ein Klebstoff verwendet, um beim Zusammenhalt der Batteriezellen 56 zu helfen.
Im Allgemeinen umgibt jeweils ein Gehäuse 62 die Batteriearrays 60 des Batteriesatzes 24. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse 62 einen monolithischen Körper 64, der einen Boden 66, eine erste Seitenwandung 68 und eine zweite Seitenwandung 70 beinhaltet. Die erste Seitenwandung 68 und die zweite Seitenwandung 70 sind mit dem Boden 66 verbunden und erstrecken sich in einer Ausführungsform an gegenüberliegenden Seiten des Bodens 66 nach oben. Die Batteriearrays 60 sind auf dem Boden 66 positioniert und die erste Seitenwandung 68 und die zweite Seitenwandung 70 erstrecken sich an die Seiten der Batteriearrays 60 angrenzend entlang einer zur Längsachse A parallelen Achse. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der monolithische Körper 64 eine extrudierte einstückige Komponente ohne mechanische Verbindungen.
Das Gehäuse 62 kann zusätzlich eine Abdeckung 72 beinhalten, und Stirnwandungen 74 (beide zur besseren Darstellung von anderen Merkmalen des Batteriesatzes 24 teils in Durchsicht gezeigt), die zum vollständigen Zusammenbau des Gehäuses 62 am monolithischen Körper 64 befestigt werden können und die Batteriearrays 60 umschließen. Die Abdeckung 72 und die Stirnwandungen 74 können mit dem monolithischen Körper 64 verschweißt, verklebt oder mechanisch an diesem befestigt werden. In einer anderen, nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Gehäuse 62 aus Aluminium, obgleich auch andere Materialien in den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen.
Das Gehäuse 62 ist ausgelegt, mehrfache Funktionen auszuführen. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform das Gehäuse 62 ausgelegt, eine Druckbelastung gegen die Batteriearrays 60 aufzubringen. In einer anderen Ausführungsform ist das Gehäuse 62 ausgelegt, die Batteriearrays 60 wenigstens teilweise zu umschließen und die Batteriearrays 60 gegen die Außenumgebung abzudichten. In noch einer anderen Ausführungsform ist das Gehäuse 62 und insbesondere der monolithische Körper 64 des Gehäuses 62 mit Ausstattungen zum thermischen Verwalten der Batteriezellen 56 der jeweiligen Batteriearrays 60 versehen. Zum Beispiel kann während Ladevorgängen, Entladevorgängen, bei extremen Umgebungsbedingungen oder anderen Zuständen von den Batteriezellen 56 Wärme erzeugt und freigesetzt werden. Oft ist es erwünscht, dem Batteriesatz 24 die Wärme zu entziehen, um die Kapazität und Lebensdauer der Batteriezellen 56 zu verbessern. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirkt der Boden 66 des monolithischen Körpers 64 des Gehäuses 62 als Kühlplatte, oder Wärmeaustauscherplatte, um die Wärme aus den Batteriezellen 56 abzuleiten. Mit anderen Worten, der Boden 66 wirkt als Wärmesenke, um einer Wärmequelle (d. h. den Batteriezellen 56) Wärme zu entziehen. Die Kühlplattenfunktionalität in dieser Weise in das Gehäuse 62 einzubinden, kann den vertikalen Platzbedarf des Batteriesatzes 24 reduzieren.
Wie nun in 2 und 3 zu sehen ist, kann der Boden 66 des monolithischen Körpers 64 des Gehäuses 62 einen oder mehrere Flüssigkeitskanäle 76 beinhalten, um ein Kühlmittel C im Kreislauf zu führen, um die Batteriezellen 56 thermisch zu konditionieren. Die erste Seitenwandung 68, die zweite Seitenwandung 70, oder beide, können alternativ dazu oder zusätzlich ähnliche Flüssigkeitskanäle beinhalten (siehe zum Beispiel 6 und 7). Das Kühlmittel C kann ein herkömmlicher Typ von Kühlmittelmischung sein, wie etwa mit Ethylenglykol versetztes Wasser. Andere Kühlmittel, einschließlich Gase, fallen jedoch ebenfalls in den Schutzumfang dieser Offenbarung.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Flüssigkeitskanäle 76 so verbunden, dass sie eine schlangenförmige Durchführung 78 zum Übertragen des Kühlmittels C durch den Boden 66 bilden. Die schlangenförmige Durchführung 78 erstreckt sich zwischen einem Einlass 86 und einem Auslass 88. Eine Mehrzahl von Wandungen 80 kann die Flüssigkeitskanäle 76 voneinander trennen. Die Wandungen 80 können sich zwischen gegenüberliegenden Enden 84A, 84B des Bodens 66 erstrecken. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform erstrecken sich die Wandungen 80 jeweils von einem der einander gegenüberliegenden Enden 84A, 84B auf das jeweils andere gegenüberliegende Ende 84A, 84B zu, enden aber bevor sie das gegenüberliegende Ende 84A, 84B erreichen. Zum Beispiel können die Wandungen 80 in einem Abstand D einwärts vom gegenüberliegenden Ende 84A, 84B enden. Auf diese Weise wird der Fluss des Kühlmittels C nicht durch die Wandungen 80 blockiert und kann sich von einem Flüssigkeitskanal 76 zum nächsten winden, während es die schlangenförmige Durchführung 78 durchläuft. Abschnitte der Wandungen 80 können durch Trimmen oder spanende Bearbeitung entfernt werden, um den durchgängigen Fluss des Kühlmittels C zu erleichtern.
In noch einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform stehen eine Mehrzahl von Rippen 82 aus Oberflächen 85 des Bodens 66 hervor, welche die Flüssigkeitskanäle 76 begrenzen. Die Rippen 82 sind ausgelegt, die Oberflächengröße, und somit die Wärmeaustauschleistungsfähigkeit der Flüssigkeitskanäle 76 zu vergrößern.
Die Flüssigkeitskanäle 76 können mit unterschiedlichen Größen und Formen ausgelegt sein, um dabei zu helfen, den Fluss des Kühlmittels C durch die schlangenförmige Durchführung 78 hindurch zu dosieren und im Gleichgewicht zu halten. Die Größe und Form der jeweiligen Flüssigkeitskanäle 76 und die Gesamtzahl der Flüssigkeitskanäle 76 sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang dieser Offenbarung einzuschränken und können speziell auf die Kühlungsanforderungen des Batteriesatzes 24 abgestimmt werden.
Im Betrieb wird das Kühlmittel C in den Einlass 86 der schlangenförmigen Durchführung 78 übertragen und wird dann durch die die schlangenförmige Durchführung 78 definierenden Flüssigkeitskanäle 76 übertragen, bevor es durch den Auslass 88 austritt. Das Kühlmittel C nimmt, während es sich in seiner Bahn entlangschlängelt, die durch den Boden 66 hindurch geleitete Wärme aus den Batteriezellen 56 auf. Das aus dem Auslass 88 austretende Kühlmittel C kann, auch wenn dies nicht gezeigt ist, einem Kühler oder einer sonstigen Wärmeaustauscheinrichtung zugeführt und gekühlt und dann wieder zum Einlass 86 in einen geschlossenen Kreislauf zurückgeführt werden.
4 zeigt ein weiteres beispielhaftes Thermomanagementsystem, das innerhalb des Gehäuses 62 eingebunden werden kann. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Thermomanagementsystem im Boden 66 des monolithischen Körpers 64 des Gehäuses 62 angeordnet. Das Thermomanagementsystem könnte jedoch in anderen Abschnitten des Gehäuses 62 angeordnet sein.
In dieser Ausführungsform ist eine erste Endkappe 90A an einem ersten Ende 84A des Bodens 66 und eine zweite Endkappe 90B an einem zweiten Ende 84B des Bodens 66 befestigt. Die erste Endkappe 90A und die zweite Endkappe 90B können in bekannter Weise am Boden befestigt sein.
Die Endkappen 90A, 90B beinhalten jeweils einen Verteiler 92, oder eine Durchführung, zum Leiten des Kühlmittels C durch die schlangenförmige Durchführung 78. Zum Beispiel kann Kühlmittel C aus einem ersten Flüssigkeitskanal 76A in den Verteiler 92 der zweiten Endkappe 90B übertragen werden, bevor es in einen zweiten Flüssigkeitskanal 76B eintritt. Das Kühlmittel C kann dann durch den zweiten Flüssigkeitskanal 76B und in den Verteiler 92 der ersten Endkappe 90A übertragen werden, bevor es in einen dritten Flüssigkeitskanal 76C eintritt, und so weiter.
Eine Mehrzahl von Wandungen 80 kann die Flüssigkeitskanäle 76A, 76B, 76C und 76D voneinander trennen, um die schlangenförmige Durchführung 78 zu bilden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform verlaufen die Wandungen 80 im Boden 66 und erstrecken sich vom ersten Ende 84A zum zweiten Ende 84B. Die Verteiler 92 der ersten Endkappe 90A und der zweiten Endkappe 90B bilden Durchläufe, um es dem Kühlmittel C zu gestatten, um alle Wandungen 80 herum zu fließen, während es im schlangenförmigen Durchlauf 78 entlang übertragen wird.
5 zeigt noch ein weiteres beispielhaftes Thermomanagementsystem, das in das Gehäuse 62 eingebunden werden kann. In dieser Ausführungsform stellt das Thermomanagementsystem eine parallele, U-förmige Flussausgestaltung zum Übertragen des Kühlmittels C durch das Gehäuse 62 bereit, um zwei Batteriearrays (in 5 nicht gezeigt) parallel gleichzeitig kühlen zu können. Ähnlich wie bei der Ausführungsform von 4 ist eine erste Endkappe 90A an einem ersten Ende 84A des Bodens 66 und eine zweite Endkappe 90B an einem zweiten Ende 84B des Bodens 66 befestigt. Die Endkappen 90A, 90B beinhalten jeweils einen Verteiler 92, zum Leiten des Kühlmittels C in das U-förmige Flusssystem. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet die erste Endkappe 90A sowohl einen Einlass 86 zum Leiten des Kühlmittels C in das Gehäuse 62, als auch einen Auslass 88 zum Ausstoßen des Kühlmittels C aus dem Gehäuse 62.
Im Betrieb tritt Kühlmittel C durch den Einlass 86 in den Verteiler 92 der ersten Endkappe 90A ein. Das Kühlmittel C kann dann gleichzeitig in sowohl einen ersten Flüssigkeitskanal 76A als auch einen zweiten Flüssigkeitskanal 76B im Boden 66 eintreten. Das Kühlmittel C wird über die Länge des ersten und zweiten Flüssigkeitskanals 76A, 76B übertragen, bevor es in den Verteiler 92 der zweiten Endkappe 90B eintritt. Das Kühlmittel C kann sich dann um Wandungen 80 herum winden und aus dem ersten Flüssigkeitskanal 76A in einen dritten Flüssigkeitskanal 76C eintreten, und aus dem zweiten Flüssigkeitskanal 76B in einen vierten Flüssigkeitskanal 76D eintreten. Die Anteile des Kühlmittels C, die innerhalb des ersten und dritten Flüssigkeitskanals 76A, 76C und des zweiten und vierten Flüssigkeitskanals 76B, 76D übertragen werden, bewegen sich beide in einer U-förmigen Bahn. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform kann das durch den ersten und zweiten Flüssigkeitskanal 76A, 76C übertragene Kühlmittel C ein erstes Batteriearray kühlen und das durch den zweiten und vierten Flüssigkeitskanal 76B, 76D übertragene Kühlmittel C kann ein zweites Batteriearray kühlen. Das aus dem dritten und vierten Flüssigkeitskanal 76C, 76D austretende Kühlmittel C kann durch den Auslass 88 aus dem Gehäuse 62 ausgestoßen werden.
6, 7 und 8 stellen verschiedene alternative Ausgestaltungen des monolithischen Körpers 64 des Gehäuses 62 des Batteriesatzes 24 dar. Um zunächst auf 6 Bezug zu nehmen, können die Flüssigkeitskanäle 76 statt im Boden 66 in einer oder beiden der ersten und zweiten Seitenwandungen 68, 70 des monolithischen Körpers 64 ausgebildet sein. Die erste und zweite Seitenwandung 68, 70 können somit anstelle des Bodens 66 als Kühlplatte dienen.
In einer in 7 gezeigten anderen Ausführungsform können Flüssigkeitskanäle 76 jeweils sowohl durch den Boden 66, als auch die erste Seitenwandung 68 und zweite Seitenwandung 70 des monolithischen Körpers 64 hindurch ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein Thermomanagement der Batteriearrays an mehreren Stellen des monolithischen Körpers 64 erzielt werden.
In noch einer weiteren, in 8 gezeigten, nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet der monolithische Körper 64 des Gehäuses 62 einen Boden 66, eine Abdeckung 72, eine erste Seitenwandung 68 und eine zweite Seitenwandung 70. Mit anderen Worten, der Boden 66, die Abdeckung 72, die erste Seitenwandung 68 und die zweite Seitenwandung 70 definieren eine einstückige Gehäusekonstruktion, in welcher die erste Seitenwandung 68 und die zweite Seitenwandung 70 ohne jegliche mechanische Verbindungen zwischen dem Boden 66 und der Abdeckung 72 verbunden sind.
Die verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen sind zwar so dargestellt, dass sie spezielle Komponenten oder Schritte aufweisen, die Ausführungsformen dieser Offenbarung sind jedoch nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Zeichnungen jeweils einander entsprechende oder ähnliche Elemente bezeichnen. Es versteht sich, dass, obwohl in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und gezeigt ist, die Lehren dieser Offenbarung auch anderen Anordnungen zugutekommen könnten.
Die vorstehende Beschreibung ist als erläuternd und in keiner Hinsicht als einschränkend zu verstehen. Dem Durchschnittsfachmann würde sich erschließen, dass bestimmte Modifikationen in den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen könnten. Aus diesem Grund sollte zur Bestimmung des tatsächlichen Schutzumfangs und Inhalts dieser Offenbarung eine genaue Betrachtung der Ansprüche erfolgen.

Claims

Batteriesatz, umfassend: ein Gehäuse, das einen monolithischen Körper mit wenigstens einer ersten Seitenwandung und einem mit der ersten Seitenwandung verbundenen Boden beinhaltet; und einen in wenigstens einem von der ersten Seitenwandung und dem Boden verlaufenden Flüssigkeitskanal.
Batteriesatz nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitskanal im Boden ausgebildet ist.
Batteriesatz nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitskanal in der ersten Seitenwandung ausgebildet ist.
Batteriesatz nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeitskanal im Boden ausgebildet ist und ein zweiter Flüssigkeitskanal in der ersten Seitenwandung ausgebildet ist.
Batteriesatz nach Anspruch 1, wobei der monolithische Körper die erste Seitenwandung, den Boden, eine zweite Seitenwandung und eine Abdeckung beinhaltet.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen im monolithischen Körper, wobei die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen so verbunden sind, dass sie eine schlangenförmige Durchführung bilden.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen im monolithischen Körper, wobei die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen so angeordnet sind, dass sie ein paralleles, U-förmiges Flusssystem bilden.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine an einem ersten Ende des Bodens befestigte erste Endkappe und eine an einem zweiten Ende des Bodens befestigte zweite Endkappe.
Batteriesatz nach Anspruch 8, wobei die erste Endkappe und die zweite Endkappe jeweils einen Verteiler beinhalten.
Batteriesatz nach Anspruch 8, umfassend sowohl einen Einlass als auch einen Auslass, die in entweder der ersten Endkappe oder der zweiten Endkappe angeordnet sind.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen im monolithischen Körper, und eine Mehrzahl von Wandungen sind so positioniert, dass sie die Mehrzahl von Flüssigkeitskanälen voneinander abteilen.
Batteriesatz nach Anspruch 11, wobei sich wenigstens eine der Mehrzahl von Wandungen von einem ersten Ende des Bodens erstreckt, aber kurz vor einem zweiten Ende des Bodens endet.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine am monolithischen Körper befestigte Endplatte oder Abdeckung.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Rippen, die aus Oberflächen, die den Flüssigkeitskanal umgeben, hervorstehen.
Batteriesatz nach Anspruch 1, umfassend wenigstens ein auf dem Boden positioniertes Batteriearray.
Verfahren, umfassend: Ausbilden eines Gehäuses zum Umschließen eines Batteriearrays eines Batteriesatzes, wobei das Gehäuse einen monolithischen Körper beinhaltet, der wenigstens eine erste mit einem Boden integrierte Seitenwandung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Ausbildens beinhaltet, das Gehäuse zu extrudieren.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Ausbildens ein Herstellen des Gehäuses in einer Weise beinhaltet, dass wenigstens eines von der ersten Seitenwandung und dem Boden einen Flüssigkeitskanal beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Ausbildens ein Herstellen des Gehäuses in einer Weise beinhaltet, dass es die erste Seitenwandung, den Boden und wenigstens eines von einer zweiten Seitenwandung oder einer Abdeckung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 16, umfassend ein Positionieren des Batteriearrays auf dem Boden, wobei der Boden ausgelegt ist, das Batteriearray zu tragen und gleichzeitig von den Batteriezellen des Batteriearrays erzeugte Wärme thermisch zu verwalten.