DE102016120165A1

DE102016120165A1 - Stützanordnung für eine traktionsbatterie

Info

Publication number: DE102016120165A1
Application number: DE102016120165.0A
Authority: DE
Inventors: Brian Joseph ROBERT; Renata Michaela Arsenault
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-10-24
Publication date: 2017-05-11
Also published as: US10109829B2; US20170133644A1; CN106935751A; CN106935751B

Abstract

Es wird eine Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung bereitgestellt, die eine Gruppe gestapelter prismatischer Kanistergefäße und eine Stützstruktur umfasst. Jedes der Kanistergefäße kann einen Hohlraum zur Aufnahme einer Batteriezelle und eine mehrzackige kammförmige Basis definieren. Die Stützstruktur stützt die Gefäße. Die Stützstruktur und die Basis definieren Kanäle dazwischen, die dazu konfiguriert sind, dass Kühlmittel dort hindurchströmt. Ein unterer Abschnitt jedes der Kanistergefäße, der zu den Kanälen hin offen ist, kann aus einem dielektrischen Material bestehen. Eine dielektrische Schicht kann sich über eine Länge der Kanistergefäße hinweg erstrecken und kann über den Kanälen positioniert sein. Jedes der Kanistergefäße kann ein erstes Positionierungsmerkmal definieren, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal eines benachbarten Kanistergefäßes zur Ausrichtung der Kanistergefäße konfiguriert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Wärmemanagementsysteme für Hochspannungsbatterien, die in Fahrzeugen verwendet werden.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Fahrzeuge, wie z. B. Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs – Battery-Electric Vehicles), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs – Plug-in Hybrid-Electric Vehicles), Mild-Hybridelektrofahrzeuge (MHEVs – Mild Hybrid-Electric Vehicles) oder Voll-Hybridelektrofahrzeuge (FHEVs – Full Hybrid-Electric Vehicles) enthalten eine Energiespeichervorrichtung, wie z. B. eine Hochspannungs(HV)-Batterie, die als eine Antriebsquelle für das Fahrzeug wirkt. Die HV-Batterie kann Komponenten und Systeme zur Unterstützung des Managements von Fahrzeugleistung und Betriebsvorgängen umfassen. Die HV-Batterie kann eine oder mehrere Gruppen von Batteriezellen umfassen, die zwischen Batteriezellenpolen und Verbindungssammelschienen elektrisch miteinander verbunden sind. Die HV-Batterie und die umliegende Umgebung können ein Wärmemanagementsystem zur Unterstützung beim Management der Temperatur der HV-Batterie-Komponenten, -systeme und individuellen Batteriezellen umfassen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung umfasst eine Gruppe gestapelter prismatischer Kanistergefäße und eine Stützstruktur. Jedes der Kanistergefäße definiert einen Hohlraum zur Aufnahme einer Batteriezelle und eine mehrzackige kammförmige Basis. Die Stützstruktur stützt die Gefäße. Die Stützstruktur und die Basis definieren Kanäle dazwischen, die dazu konfiguriert sind, dass Kühlmittel dort hindurchströmt. Ein unterer Abschnitt jedes der Kanistergefäße, der zu den Kanälen hin offen ist, kann aus einem dielektrischen Material bestehen. Eine dielektrische Schicht kann sich über eine Länge der Kanistergefäße hinweg erstrecken und kann über den Kanälen positioniert sein. Jedes der Kanistergefäße kann ein erstes Positionierungsmerkmal definieren, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal eines benachbarten Kanistergefäßes zur Ausrichtung der Kanistergefäße bemessen ist. Jede der Basen kann ein erstes Positionierungsmerkmal definieren, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal der Schale zur Ausrichtung der Kanistergefäße konfiguriert ist. Eine Dichtung kann die Kanäle abdichten. Die Anordnung weist möglicherweise kein Wärmegrenzflächenmaterial auf.
Eine Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung umfasst ein Gehäuse und eine Wärmebasis. Das Gehäuse definiert einen Hohlraum, der dahingehend dimensioniert ist, eine prismatische Batteriezelle aufzunehmen. Die Wärmebasis definiert eine Breite, die gleich einer Breite des Gehäuses ist, und definiert eine oder mehrere Rippen, die entlang einer Länge der Wärmebasis voneinander beabstandet sind. Die Rippen der Wärmebasis sind zur Ausrichtung auf Rippen einer anderen Wärmebasis, um Kühlmittelkanäle zu definieren, wenn zwei oder mehr Wärmebasen in einer Gruppe gestapelt sind, konfiguriert. Die Wärmebasis kann ferner ein mechanisches Befestigungsmittel definieren, das zur derartigen Sicherung einer Stützstruktur daran, dass die Rippen der Wärmebasis auf die Rippen der anderen Wärmebasis ausgerichtet sind, wenn sie in einer Gruppe gestapelt sind, konfiguriert ist. Eine Dichtung kann zwischen der Stützstruktur und einer Peripherie der gestapelten Wärmebasen gesichert sein, so dass Kühlmittel in den Kanälen eingeschlossen ist. Die Wärmebasis kann ferner ein sich vertikal entlang einer Seite davon erstreckendes Positionierungsmerkmal definieren, das dazu konfiguriert ist, mit einem komplementären Aufnahmekanal, der an der Stützstruktur definiert ist, zusammenzupassen. Die Wärmebasis kann eine dielektrische Schicht umfassen, die unter einer Metallhaftungsgrenzflächenschicht, die mit dem Gehäuse verbunden ist, angeordnet ist. Die Rippen der Wärmebasis können aus einem dielektrischen Material bestehen, und ein oberer Abschnitt der Wärmebasis definiert eine Metallhaftungsgrenzfläche. Die Wärmebasis kann eine Metallhaftungsgrenzfläche definieren.
Eine modulare Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung umfasst mehrere prismatische Batteriezellen, mehrere Wärmebasen und eine Schale. Die mehreren Wärmebasen definieren jeweils einen Hohlraum, der dahingehend dimensioniert ist, eine der Batteriezellen aufzunehmen, und ein erstes Positionierungsmerkmal, und umfassen jeweils eine Rippe, die sich von einem unteren Abschnitt erstreckt. Die Schale ist dahingehend mit den Wärmebasen angeordnet, zwei Kühlmittelkanäle auf jeder Seite jeder der Rippen zu definieren, wenn die Wärmebasen ausgerichtet sind. Die Schale definiert mehrere zweite Positionierungsmerkmale, die jeweils dahingehend dimensioniert sind, mit den ersten Positionierungsmerkmalen zusammenzupassen. Jede der Wärmebasen ist dahingehend dimensioniert, mit einem beliebigen der zweiten Positionierungsmerkmale zur Befestigung der Wärmebasen an der Schale zusammenzupassen. Jede der Wärmebasen kann eine dielektrische Schicht umfassen, die zwischen dem Hohlraum und Kühlmittelkanälen positioniert ist. Ein unterer Abschnitt jeder der Wärmebasen, der zu den Kanälen hin offen ist, kann aus einem dielektrischen Material bestehen. Ein unterer Abschnitt jeder der Wärmebasen kann eine Metallhaftungsgrenzfläche definieren. Eine Dichtung kann zwischen den prismatischen Batteriezellen und der Schale gesichert sein, so dass Kühlmittel in den Kanälen eingeschlossen ist. Die Anordnung weist möglicherweise kein Wärmegrenzflächenmaterial auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Batterie-Elektrofahrzeug.
2 ist eine Vorderansicht eines Abschnitts einer Traktionsbatterie und eines Wärmemanagementsystems, die ein Beispiel für Batteriezellenkontaktprobleme zeigt.
3A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Batteriezellenstützanordnung.
3B ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Batteriezellenstützanordnung.
4A ist eine perspektivische Ansicht der Batteriezellenstützanordnung von 3 und eines Beispiels für eine Stützstruktur.
4B ist eine auseinandergezogene Ansicht von 4A.
4C ist eine Draufsicht eines Abschnitts von 4A im Querschnitt.
4D ist eine Vorderansicht eines Abschnitts von 4A im Querschnitt.
5A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Wärmebasis für eine Batteriezellenstützanordnung.
5B ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Wärmebasis für eine Batteriezellenstützanordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder minimiert sein, um Einzelheiten besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf verschiedene Art und Weise einzusetzen sind. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es könnten jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 stellt eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), das hier als Fahrzeug 12 bezeichnet wird, dar. Das Fahrzeug 12 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 umfassen, die mit einem Hybridgetriebe 16 mechanisch verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können zum Betrieb als Motor oder Generator in der Lage sein. Darüber hinaus kann das Hybridgetriebe 16 mit einer Kraftmaschine 18 mechanisch verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann des Weiteren mit einer Antriebswelle 20, die mit den Rädern 22 mechanisch verbunden ist, mechanisch verbunden sein. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 14 können auch als Generatoren wirken und können durch Rückgewinnung von Energie, die normalerweise als Wärme im Reibbremssystem verloren gehen würde, Kraftstoffökonomie bereitstellen. Die elektrischen Maschinen 14 können auch für reduzierte schädliche Emissionen sorgen, da das Hybridelektrofahrzeug 12 unter bestimmten Bedingungen zur Reduzierung des Kraftstoffgesamtverbrauchs des Fahrzeugs 12 im Elektromodus oder Hybridmodus betrieben werden kann.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann, und stellt diese bereit. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Hochspannungsgleichstromausgabe von einer oder mehreren Batteriezellengruppen, die manchmal auch als Batteriezellenstapel bezeichnet werden, in der Traktionsbatterie 24 bereitstellen. Die Batteriezellenstapel können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen. Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 durch einen oder mehrere Schütze (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein. Der eine oder die mehreren Schütze trennen, wenn sie geöffnet sind, die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten und verbinden, wenn sie geschlossen sind, die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann auch mit den elektrischen Maschinen 14 elektrisch verbunden sein und sorgt für die Möglichkeit einer bidirektionalen Übertragung elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14. Beispielsweise kann die Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, wohingegen die elektrischen Maschinen 14 möglicherweise einen Dreiphasen-AC-Strom zum Betrieb erfordern. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die DC-Spannung in eine Dreiphasen-AC-Spannung umwandeln, wie sie von den elektrischen Maschinen 14 erfordert wird. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasen-AC-Spannung von den als Generatoren wirkenden elektrischen Maschinen 14 in die von der Traktionsbatterie 24 erforderte DC-Spannung umwandeln. Teile der vorliegenden Beschreibung sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann es sich bei dem Hybridgetriebe 16 um ein mit einer elektrischen Maschine 14 verbundenes Zahnradgetriebe handeln und die Kraftmaschine 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
Neben der Bereitstellung von Energie zum Antrieb kann die Traktionsbatterie 24 Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein DC/DC-Wandlermodul 28 kann die Hochspannungsgleichstromausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandeln, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie z. B. Kompressoren und elektrische Heizgeräte, können ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. Die Niederspannungssysteme können mit einer Zusatzbatterie 30 (z. B. 12V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
Ein elektrisches Batteriesteuermodul (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 wirken und kann des Weiteren ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen behandelt. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31, wie zum Beispiel einen Thermistor, oder einen anderen Temperaturanzeiger aufweisen. Der Temperatursensor 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Der Temperatursensor 31 kann des Weiteren an den Batteriezellen in der Traktionsbatterie 24 oder in der Nähe davon positioniert sein. Es wird auch in Betracht gezogen, dass mehr als ein Temperatursensor 31 zur Überwachung der Temperatur der Batteriezellen verwendet werden kann.
Bei dem Fahrzeug 12 kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug, wie z. B ein PHEV, ein FHEV, ein MHEV oder ein BEV, handeln. Die Traktionsbatterie 24 kann durch eine externe Energiequelle 36 wieder aufgeladen werden. Die externe Energiequelle 36 kann eine Verbindung mit einem elektrischen Ausgang sein. Die externe Energiequelle 36 kann mit einer EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment – Versorgungseinrichtung für Elektrofahrzeuge) 38 elektrisch verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerelemente zum Regulieren und Managen der Energieübertragung zwischen der Energiequelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Energiequelle 36 kann der EVSE 38 Gleichstrom oder Wechselstrom zuführen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann eine beliebige Art von Anschluss sein, der dazu konfiguriert ist, Energie von der EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann mit einem Ladegerät oder einem bordeigenen Leistungswandlermodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlermodul 32 kann die von der EVSE 38 zugeführte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlermodul 32 kann mit der EVSE 38 zur Koordinierung der Leistungszufuhr zum Fahrzeug 12 zusammenwirken. Der EVSE-Stecker 40 kann Anschlussstifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 34 zusammenpassen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen zur Steuerung und Überwachung des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. CAN – Controller Area Network) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen.
Batteriezellen, wie z. B. prismatische Zellen, können elektrochemische Zellen umfassen, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) umfassen. Das Gehäuse wird manchmal als ein Kanister oder ein Kanistergefäß bezeichnet. Ein Elektrolyt kann gestatten, dass sich die Ionen während der Entladung zwischen der Anode und der Kathode bewegen und dann während der Wiederaufladung zurückkehren. Pole können gestatten, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle heraus fließt. Bei Positionierung in einer Gruppe mit mehreren Batteriezellen können die Pole jeder Batteriezelle auf nebeneinander befindliche entgegengesetzte Pole (positiv und negativ) ausgerichtet sein, und eine Sammelschiene kann die Erleichterung einer Reihenverbindung zwischen den mehreren Batteriezellen unterstützen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, so dass gleiche Pole (positiv und positiv oder negativ und negativ) nebeneinander liegen. Beispielsweise können zwei Batteriezellen mit positiven Polen nebeneinander angeordnet sein und die nächsten beiden Zellen können mit negativen Polen nebeneinander angeordnet sein. In diesem Beispiel kann die Sammelschiene mit den Polen aller vier Zellen in Kontakt stehen. Batteriezellen und Komponenten von Traktionsbatterien können unter Verwendung eines Flüssigkeits-Wärmemanagementsystems, eines Luft-Wärmemanagementsystems oder eines anderen in der Technik bekannten Verfahrens erwärmt und/oder gekühlt werden.
Der Kontakt der Anschlussflächen zwischen einer Wärmeplatte und Oberflächen von Batteriezellen ist ein Faktor, der die Wärmeübertragung innerhalb eines Batteriewärmemanagementsystems und insbesondere im Hinblick auf die Wärmeleitung zwischen der Wärmeplatte und den Batteriezellen beeinflussen kann. Die Anschlussflächen können aufgrund von Oberflächentoleranzen, Komponentenunregelmäßigkeiten und/oder Fremdkörpern uneben sein, wodurch es zu Lücken zwischen ihnen kommen kann.
2 zeigt ein Beispiel eines Abschnitts einer Traktionsbatterieanordnung, die allgemein als eine Traktionsbatterieanordnung 100 bezeichnet wird. Die Traktionsbatterieanordnung 100 kann Batteriezellen 102, die in eine Gruppe gestapelt sind, ein Paar Endplatten 104, die die Batteriezellen 102 dazwischen halten, eine Wärmeplatte 108 und eine Wärmegrenzflächenschicht 110 umfassen. In diesem Beispiel stellen die Regionen 114 einen Bereich dar, in dem die Batteriezellen 102 nicht direkt mit der Wärmegrenzflächenschicht 110 in Kontakt stehen. Eine Wärmeübertragung zur Kühlung der Batteriezellen 102 kann dort, wo Lücken zwischen den Anschlussflächen in der Wärmeplatte 108 und unteren Flächen der Batteriezellen 102 vorliegen, weniger effizient sein. Die Wärmegrenzflächenschicht 110 soll das Füllen dieser Lücken unterstützen, jedoch ist die Wärmegrenzflächenschicht 110 in diesem Beispiel nicht in der Lage, bestimmte Kontaktmängel auszugleichen. Die Beseitigung dieser Kontaktmängel und/oder der Erhalt eines bündigen Kontakts zwischen den Flächen der Batteriezellen 102 und der Wärmeplatte 108 kann zur Bereitstellung einer verbesserten Wärmeübertragung innerhalb des Wärmemanagementsystems wünschenswert sein. Darüber hinaus können sich Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen Auftragung der Wärmegrenzflächenschicht 110 ergeben, was auch zu Fehlausrichtungen der Batteriezellen 102 beitragen kann.
3A und 3B zeigen zwei Beispiele für eine Anordnung zum Stützen einer Batteriezelle. Die Batteriezellenstützanordnung in 3A wird allgemein als eine Batteriezellenstützanordnung 150 bezeichnet. Die Batteriezellenstützanordnung in 3B wird allgemein als eine Batteriezellenstützanordnung 151 bezeichnet. Die Batteriezellenstützanordnung 150 kann ein Kanistergefäß 154 und eine Basis, wie z. B. eine Wärmebasis 156, umfassen. Das Kanistergefäß 154 kann einen Hohlraum 158 darin definieren und zur Aufnahme einer Batteriezelle, wie z. B. einer prismatischen Batteriezelle, dimensioniert sein. Die Wärmebasis 156 kann als eine Wärmebasis bezeichnet werden und kann eine mehrzackige kammförmige Basis definieren. Beispielsweise kann die Wärmebasis 156 eine oder mehrere Rippen, wie z. B. sich davon erstreckende Segmente 159, definieren. Die Segmente 159 können eine Region 161 dazwischen definieren. Wenn eine oder mehrere Batteriezellenstützanordnungen 150 aufeinander ausgerichtet sind, können die Segmente 159 derart ausgerichtet sein, dass die Regionen 161 Kanäle definieren. Die Kanäle können die Bereitstellung eines Pfads zum Strömen von Kühlmittel dort hindurch und wie im Folgenden weiter beschrieben unterstützen. Verschiedene Optionen können zum Sichern des Kanistergefäßes 154 und der Wärmebasis 156 aneinander zur Verfügung stehen. Beispielsweise können das Kanistergefäß 154 und die Wärmebasis 156 durch Löten oder eine Sinterbindung miteinander verbunden sein. Alternativ dazu oder optional können das Kanistergefäß 154 und die Wärmebasis 156 unter Verwendung eines Formverfahrens oder 3D-Druckverfahrens als eine einzige Komponente ausgebildet werden. Die Batteriezellenstützanordnung 151 ist ein Beispiel für eine Konfiguration, bei der ein Kanistergefäß 157 und eine Wärmebasis 163 eine einzige Komponente sind.
Die Wärmebasis 156 kann ein oder mehrere Positionierungsmerkmale zur Unterstützung der Sicherung der Batteriezellenstützanordnung 150 an einer Stützstruktur, wie z. B. einer Batterieschale, umfassen. Beispielsweise können das erste Positionierungsmerkmal 160 und das zweite Positionierungsmerkmal 162 durch die Wärmebasis 156 definiert werden. Die ersten Positionierungsmerkmale 160 können ein oder mehrere mechanische Befestigungsmittel zur Verwendung einer Schraube, eines Bolzens oder eines ähnlichen Befestigungsmittels umfassen. Die zweiten Positionierungsmerkmale 162 können als Säulen geformt sein, die durch die Wärmebasis 156 definiert werden. Die Säulen können zur Einführung in Kanäle, die durch die Stützstruktur definiert werden, dimensioniert sein. Die Positionierungsmerkmale können auch die Ausrichtung der Pole der Batteriezellen sowohl für Reihen- als auch Parallelanordnungen unterstützen.
4A bis 4D zeigen ein Beispiel für eine Stützstruktur, die eine Batterieschale 170 und eine Haltevorrichtung 172 umfasst. Die Haltevorrichtung 172 kann an der Batterieschale 170 befestigt sein, oder die Haltevorrichtung 172 und die Batterieschale 170 können eine einzige Komponente sein. Die Haltevorrichtung 172 kann zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellenstützanordnungen 150 dimensioniert sein. Beispielsweise zeigt 4A vier Batteriezellenstützanordnungen 150, die in der Haltevorrichtung 172 angeordnet sind. Obgleich 4A und 4B vier Batteriezellenstützanordnungen 150 zeigen, wird in Betracht gezogen, dass die Stützstruktur zum Stützen einer beliebigen geeigneten Anzahl an Batteriezellenstützanordnungen 150 konfiguriert sein kann, um beispielsweise Energie- und Leistungsanforderungen Rechnung zu tragen. Beispielsweise kann ein EV-Fahrzeug 600 Batteriezellen verwenden, während ein HEV 300 Batteriezellen verwenden kann. Die Haltevorrichtung 172 kann einen oder mehrere Kanäle 178 umfassen, die zur Aufnahme eines der jeweiligen zweiten Positionierungsmerkmale 162 dimensioniert sind. Die Haltevorrichtung 172 kann eine oder mehrere Aufnahmebohrungen umfassen, die zur Aufnahme eines der jeweiligen ersten Positionierungsmerkmale 160 dimensioniert sind.
Eine Batteriezelle 180 kann in jedem der Kanistergefäße 154 angeordnet sein. Pole 181 können sich von der Batteriezelle 180 erstrecken. Mehrere Batteriezellen 180 können zur Bildung einer Gruppe ausgerichtet sein und können elektrisch miteinander verbunden sein und einem Fahrzeug Leistung zur Entnahme bereitstellen. Die Wärmebasis 156 kann als eine Wärmesenke zur Unterstützung des Managements von Wärmebedingungen der in dem Kanistergefäß 154 untergebrachten Batteriezellen 180 betrieben werden.
Beispielsweise kann die Batterieschale 170 mit den Wärmebasen 156 zur Definition von Kühlmittelkanälen 190 zwischen den Segmenten 159 angeordnet sein. Die Kühlmittelkanäle 190 können Kühlmittelstrom in einer Richtung, die parallel zu einer durch eine Gruppe von Batteriezellen 180 definierten Längsachse verläuft, leiten. 4C und 4D sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Satz der Kühlmittelkanäle 190 zeigen. Die Kühlmittelkanäle 190 können durch die Wärmebasen 156 und die Batterieschale 170 definiert werden. Kühlmittel kann durch die Kühlmittelkanäle 190 zur Unterstützung des Managements von Wärmebedingungen der in den jeweiligen Hohlräumen 158 angeordneten Batteriezellen 180 strömen. Ein Wärmeaustausch kann zwischen dem Kühlmittel und den Batteriezellen 180 über die Batteriestützanordnung 150 erfolgen. In diesem Beispiel umfassen die Batteriezellenstützanordnung 150 und die Stützstruktur keine Wärmegrenzflächenschicht gemäß der Darstellung in 2. Ein Fehlen der Wärmegrenzflächenschicht gemäß der Darstellung in 2 kann den Wärmewiderstand reduzieren und den Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen 180 und dem Kühlmittel in den Kühlmittelkanälen 190 verbessern. Ein Einlass und ein Auslass (nicht gezeigt) können jeweils zu den Kühlmittelkanälen 190 oder einem Sammler (nicht gezeigt) hin frei liegen, um das Zuführen und Abführen von Kühlmittel zu unterstützen. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung 172 den Einlass, den Auslass und einen oder mehrere Sammler, die zu den Kühlmittelkanälen 190 hin frei liegen, definieren.
Die Batteriezellenstützanordnungen 150 und die Stützstruktur können dahingehend dimensioniert sein, eine modulare Beziehung zueinander zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Positionierung jeder Batteriezellenstützanordnung 150 mit Positionierungen der anderen der Batteriezellenstützanordnungen 150 austauschbar sein. Diese modulare Beziehung kann die Vereinfachung der Installation der Batteriezellenstützanordnungen 150 an der Stützstruktur unterstützen und kann des Weiteren Fehler dabei reduzieren. Die modulare Beziehung kann ferner Vorteile bei Reparaturszenarien bieten, indem Batteriezellen 180, die ausfallen, ausgetauscht werden können, ohne die jeweilige Batteriestützanordnung 150 ersetzen zu müssen. Des Weiteren kann eine Gesamtanzahl an Teilen, die zum Stützen und Kühlen von Batteriezellen erforderlich sind, reduziert werden.
Die Kanäle 178 und die zweiten Positionierungsmerkmale 162 können bezüglich einander dahingehend dimensioniert sein, Inhalte der Kühlmittelkanäle 190 darin einzuschließen. Eine Abdichtung, wie z. B. eine Dichtung, kann auch das Einschließen von Inhalten der Kühlmittelkanäle 190 darin unterstützen. Die Abdichtung kann beispielsweise neben den Batteriezellen 180 positioniert und an der Haltevorrichtung 172 befestigt sein. Die Haltevorrichtung kann eine Nut oder Lippe (nicht gezeigt) zur vollständigen oder teilweisen Aufnahme der Abdichtung definieren. Dielektrische Materialien können in der Batteriestützanordnung 150, wie z. B. der Wärmebasis 156, dazu verwendet werden, potentiellen Isolierungsproblemen Rechnung zu tragen, die aus elektrisch geladenen Abschnitten der Batteriestützanordnung 150 resultieren, zu denen es bei einem metallischen Kanistergefäß 154 kommen kann. Beispiele geeigneter dielektrischer Materialien umfassen unter anderem Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumnitrid.
5A zeigt ein Beispiel für eine Konfiguration für eine Wärmebasisanordnung. In diesem Beispiel kann eine Wärmebasisanordnung 240 eine Wärmebasis 242 und eine Grenzflächenschicht 244 umfassen. Die Grenzflächenschicht 244 kann an der Wärmebasis 242 befestigt sein. Die Grenzflächenschicht 244 kann ein dielektrisches Material 246 umfassen, das darin eingebettet ist. Beispiele geeigneter Materialien für das dielektrische Material 246 umfassen unter anderem Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Siliziumnitrid. Die Wärmebasis 242 kann eine mehrzackige kammförmige Basis definieren. Beispielsweise kann die Wärmebasis 242 eine oder mehrere Rippen, wie z. B. sich davon erstreckende Segmente 250, definieren. Die Segmente 250 können eine Region 254 dazwischen definieren. Wenn eine oder mehrere Wärmebasisanordnungen 240 aufeinander ausgerichtet sind, können die Segmente 250 derart ausgerichtet sein, dass die Regionen 254 Kanäle zum Strömen von Kühlmittel dort hindurch definieren, wenn die eine oder die mehreren Wärmebasisanordnungen 240 an einer Stützstruktur befestigt sind. Wie oben beschrieben wird, können verschiedene Optionen zum Sichern eines Kanistergefäßes für eine Batteriezelle und der Wärmebasis 242 aneinander zur Verfügung stehen. Beispielsweise können ein Kanistergefäß und die Wärmebasis 242 durch Löten oder eine Sinterbindung miteinander verbunden sein. Alternativ dazu oder optional können ein Kanistergefäß und die Wärmebasis 242 als eine einzige Komponente ausgebildet sein. In diesem Beispiel kann das dielektrische Material 246 ein befestigtes Kanistergefäß von der Wärmebasis 242 elektrisch isolieren.
5B zeigt ein weiteres Beispiel für eine Konfiguration für eine Wärmebasisanordnung. In diesem Beispiel kann eine Wärmebasisanordnung 300 eine Wärmebasis 310 und eine Grenzflächenschicht 312 umfassen. Die Grenzflächenschicht 312 kann an der Wärmebasis 310 befestigt sein. Die Grenzflächenschicht 312 kann eine Metallbindungsgrenzflächenschicht sein. Beispiele geeigneter Materialien für die Grenzflächenschicht 312 umfassen unter anderem Aluminium und Stahl. Die Grenzflächenschicht 312 kann aus demselben Material wie ein zugehöriges Kanistergefäß hergestellt sein. Die Wärmebasis 310 kann eine mehrzackige kammförmige Basis definieren. Beispielsweise kann die Wärmebasis 310 eine oder mehrere Rippen, wie z. B. sich davon erstreckende Segmente 320, definieren. Die Segmente 320 können eine Region 322 dazwischen definieren. Wenn eine oder mehrere Wärmebasisanordnungen 300 aufeinander ausgerichtet sind, können die Segmente 320 derart ausgerichtet sein, dass die Regionen 322 Kanäle zum Strömen von Kühlmittel dort hindurch definieren, wenn die eine oder die mehreren Wärmebasisanordnungen 300 an einer Stützstruktur befestigt sind. Es wird in Betracht gezogen, dass eine Wärmebasis aus einem metallischen Material, wie z. B. Aluminium, zusammengesetzt sein kann. Wie oben beschrieben wird, können verschiedene Optionen zum Sichern eines Kanistergefäßes für eine Batteriezelle und der Wärmebasis 310 aneinander zur Verfügung stehen. Beispielsweise können ein Kanistergefäß und die Wärmebasis 310 durch Löten oder eine Sinterbindung miteinander verbunden sein. Alternativ dazu oder optional können ein Kanistergefäß und die Wärmebasis 310 als eine einzige Komponente ausgebildet sein. In diesem Beispiel kann die Wärmebasis 310 aus einem dielektrischen Material hergestellt sein und kann ein befestigtes Kanistergefäß von der Wärmebasis 310 elektrisch isolieren.
Ausführungsformen einer Wärmebasisanordnung gemäß der obigen Beschreibung können das Management von Temperaturen einer Traktionsbatterie unterstützen, indem der Wärmewiderstand von der Batteriezelle zur Wärmesenke mit Verbesserung des direkten Kontakts zwischen Batteriezellen und einem Wärmemanagementsystem reduziert wird. Dieser verbesserte Kontakt kann einen Wärmeaustausch zum Kühlen (Laden und Entladen) und Erwärmen (Kaltstart) von Batteriezellen verbessern. Verschiedene Konfigurationen einer Wärmebasis- oder thermalen Batteriestützanordnung gemäß der obigen Beschreibung bieten Konstruktionsoptionen basierend auf einer Kanistergefäßladung, z. B. Kanistergefäß neutral oder Kanistergefäß positiv, zur Unterstützung der elektrischen Isolierung einer Batteriezelle von einem elektrisch leitenden Medium, wie z. B. dem Kühlmittel oder einem Gehäuse des Batteriesatzes. Die verschiedenen Konfigurationen einer Wärmebasis- oder thermalen Batteriestützanordnung gemäß der obigen Beschreibung können mehrere Herstellungsoptionen, wie z. B. Direktbonden oder 3D-Drucken, bieten. Eine Batteriezelle kann von einem Drittanbieter bezogen und mit einem Wärmemanagementsystem, das eine Wärmebasis- oder thermale Batteriestützanordnung gemäß der obigen Beschreibung umfasst, implementiert werden. Diese Implementierung kann Optionen für optimierte thermale, elektrische und mechanische Merkmale über verschiedene Traktionsbatteriekonstruktionen hinweg bieten. Ein Verfahren zur Montage von Traktionsbatterien kann unter Verwendung der Wärmebasis- oder thermalen Batteriestützanordnung gemäß der obigen Beschreibung verbessert werden. Beispielsweise können Positionierungsmerkmale die Verbesserung einer einheitlichen Montage unterstützen und modulare Eigenschaften können die Reduzierung von Montagefehlern unterstützen.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie oben beschrieben, können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt werden. Obgleich verschiedene Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik Vorteile bietend oder bevorzugt beschrieben wurden, ist für den Durchschnittsfachmann jedoch ersichtlich, dass zwischen einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden können, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig sind. Diese Merkmale können Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Einheitlichkeit, Robustheit, Kundenakzeptanz, Zuverlässigkeit, Genauigkeit usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Es wird ferner beschrieben:

A. Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung, die Folgendes umfasst: eine Gruppe gestapelter prismatischer Kanistergefäße, die jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme einer Batteriezelle und eine mehrzackige kammförmige Basis definieren; und eine Stützstruktur, die die Gefäße stützt, wobei die Stützstruktur und die Basis Kanäle dazwischen definieren, die dazu konfiguriert sind, dass Kühlmittel dort hindurchströmt.
B. Anordnung nach A, wobei ein unterer Abschnitt jedes der Kanistergefäße, der zu den Kanälen hin offen ist, aus einem dielektrischen Material besteht.
C. Anordnung nach A, die ferner eine dielektrische Schicht umfasst, die sich über eine Länge der Kanistergefäße hinweg erstreckt und über den Kanälen positioniert ist.
D. Anordnung nach A, wobei jedes der Kanistergefäße ein erstes Positionierungsmerkmal definiert, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal eines benachbarten Kanistergefäßes zur Ausrichtung der Kanistergefäße dimensioniert ist.
E. Anordnung nach A, wobei jede der Basen ein erstes Positionierungsmerkmal definiert, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal der Schale zur Ausrichtung der Kanistergefäße konfiguriert ist.
F. Anordnung nach A, die ferner eine Dichtung zum Abdichten der Kanäle umfasst.
G. Anordnung nach A, wobei die Anordnung kein Wärmegrenzflächenmaterial aufweist.
H. Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert, der dahingehend dimensioniert ist, eine prismatische Batteriezelle aufzunehmen; und eine Wärmebasis, die eine Breite definiert, die gleich einer Breite des Gehäuses ist, und eine oder mehrere Rippen definiert, die entlang einer Länge der Wärmebasis voneinander beabstandet sind, wobei die Rippen der Wärmebasis zur Ausrichtung auf Rippen einer anderen Wärmebasis konfiguriert sind, um Kühlmittelkanäle zu definieren, wenn zwei oder mehr Wärmebasen in einer Gruppe gestapelt sind.
I. Anordnung nach H, wobei die Wärmebasis ferner ein mechanisches Befestigungsmittel definiert, das zur derartigen Sicherung einer Stützstruktur daran, dass die Rippen der Wärmebasis auf die Rippen der anderen Wärmebasis ausgerichtet sind, wenn sie in einer Gruppe gestapelt sind, konfiguriert ist.
J. Anordnung nach I, die ferner eine Dichtung umfasst, die zwischen der Stützstruktur und einer Peripherie der gestapelten Wärmebasen gesichert ist, so dass Kühlmittel in den Kanälen eingeschlossen ist.
K. Anordnung nach I, wobei die Wärmebasis ferner ein sich vertikal entlang einer Seite davon erstreckendes Positionierungsmerkmal definiert, das dazu konfiguriert ist, mit einem komplementären Aufnahmekanal, der an der Stützstruktur definiert ist, zusammenzupassen.
L. Anordnung nach H, wobei die Wärmebasis eine dielektrische Schicht umfasst, die unter einer Metallhaftungsgrenzflächenschicht, die mit dem Gehäuse verbunden ist, angeordnet ist.
M. Anordnung nach H, wobei die Rippen der Wärmebasis aus einem dielektrischen Material bestehen und ein oberer Abschnitt der Wärmebasis eine Metallhaftungsgrenzfläche definiert.
N. Anordnung nach H, wobei die Wärmebasis eine Metallhaftungsgrenzfläche definiert.
O. Modulare Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung, die Folgendes umfasst: mehrere prismatische Batteriezellen; mehrere Wärmebasen, die jeweils einen Hohlraum, der dahingehend dimensioniert ist, eine der Batteriezellen aufzunehmen, und ein erstes Positionierungsmerkmal definieren, und jeweils eine Rippe umfassen, die sich von einem unteren Abschnitt erstreckt; und eine Schale, die dahingehend mit den Wärmebasen angeordnet ist, zwei Kühlmittelkanäle auf jeder Seite jeder der Rippen zu definieren, wenn die Wärmebasen ausgerichtet sind, und mehrere zweite Positionierungsmerkmale definiert, die jeweils dahingehend dimensioniert sind, mit den ersten Positionierungsmerkmalen zusammenzupassen, wobei jede der Wärmebasen dahingehend dimensioniert ist, mit einem beliebigen der zweiten Positionierungsmerkmale zur Befestigung der Wärmebasen an der Schale zusammenzupassen.
P. Anordnung nach O, wobei jede der Wärmebasen eine dielektrische Schicht umfasst, die zwischen dem Hohlraum und Kühlmittelkanälen positioniert ist.
Q. Anordnung nach O, wobei ein unterer Abschnitt jeder der Wärmebasen, der zu den Kanälen hin offen ist, aus einem dielektrischen Material besteht.
R. Anordnung nach O, wobei ein unterer Abschnitt jeder der Wärmebasen eine Metallhaftungsgrenzfläche definiert.
S. Anordnung nach O, die ferner eine Dichtung umfasst, die zwischen den prismatischen Batteriezellen und der Schale gesichert ist, so dass Kühlmittel in den Kanälen eingeschlossen ist.
T. Anordnung nach O, wobei die Anordnung kein Wärmegrenzflächenmaterial aufweist.

Claims

Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung, die Folgendes umfasst: eine Gruppe gestapelter prismatischer Kanistergefäße, die jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme einer Batteriezelle und eine mehrzackige kammförmige Basis definieren; und eine Stützstruktur, die die Gefäße stützt, wobei die Stützstruktur und die Basis Kanäle dazwischen definieren, die dazu konfiguriert sind, dass Kühlmittel dort hindurchströmt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei ein unterer Abschnitt jedes der Kanistergefäße, der zu den Kanälen hin offen ist, aus einem dielektrischen Material besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner eine dielektrische Schicht umfasst, die sich über eine Länge der Kanistergefäße hinweg erstreckt und über den Kanälen positioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei jedes der Kanistergefäße ein erstes Positionierungsmerkmal definiert, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal eines benachbarten Kanistergefäßes zur Ausrichtung der Kanistergefäße dimensioniert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei jede der Basen ein erstes Positionierungsmerkmal definiert, das zur Integration mit einem zweiten Positionierungsmerkmal der Schale zur Ausrichtung der Kanistergefäße konfiguriert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Dichtung zum Abdichten der Kanäle umfasst.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung kein Wärmegrenzflächenmaterial aufweist.
Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert, der dahingehend dimensioniert ist, eine prismatische Batteriezelle aufzunehmen; und eine Wärmebasis, die eine Breite definiert, die gleich einer Breite des Gehäuses ist, und eine oder mehrere Rippen definiert, die entlang einer Länge der Wärmebasis voneinander beabstandet sind, wobei die Rippen der Wärmebasis zur Ausrichtung auf Rippen einer anderen Wärmebasis konfiguriert sind, um Kühlmittelkanäle zu definieren, wenn zwei oder mehr Wärmebasen in einer Gruppe gestapelt sind.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Wärmebasis ferner ein mechanisches Befestigungsmittel definiert, das zur derartigen Sicherung einer Stützstruktur daran, dass die Rippen der Wärmebasis auf die Rippen der anderen Wärmebasis ausgerichtet sind, wenn sie in einer Gruppe gestapelt sind, konfiguriert ist.
Anordnung nach Anspruch 9, die ferner eine Dichtung umfasst, die zwischen der Stützstruktur und einer Peripherie der gestapelten Wärmebasen gesichert ist, so dass Kühlmittel in den Kanälen eingeschlossen ist.