DE102017111315A1

DE102017111315A1 - Abgedichtete batteriepackauslegungen

Info

Publication number: DE102017111315A1
Application number: DE102017111315.0A
Authority: DE
Inventors: Hari Addanki; George Albert Garfinkel; Keith Kearney; Kevin A. Montgomery; Chi Paik; Jeffrey Matthew HAAG; Steve F. Chorian; Chung-hsing Kuo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2017-11-30
Also published as: CN107437596B; US20170346144A1; CN107437596A; US10199697B2

Abstract

Ein beispielhafter Batteriepack beinhaltet eine Batteriebaugruppe und eine Kapselungsbaugruppe, die die Batteriebaugruppe aufnimmt. Die Kapselungsbaugruppe ist dazu angeordnet, Wärme von wenigstens zwei Seiten der Batteriebaugruppe abzuleiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Batteriepacks für Elektrofahrzeuge. Ein beispielhafter Batteriepack beinhaltet eine Kapselungsbaugruppe mit Merkmalen zum Ableiten von Wärme von einer oder mehreren Seiten einer Batteriebaugruppe, die im Inneren der Kapselungsbaugruppe aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Der Wunsch nach Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen von Automobilen ist gut dokumentiert. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren reduzieren oder vollständig eliminieren. Elektrofahrzeuge sind eine Art von Fahrzeug, das derzeit zu diesem Zweck entwickelt wird. Allgemein unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von üblichen Motorfahrzeugen, da sie selektiv von einer oder mehreren batteriebetriebenen elektrischen Maschinen angetrieben werden. Übliche Motorfahrzeuge sind vollständig von Verbrennungsmotoren zum Versorgen und Antreiben des Fahrzeugs abhängig. Ein Hochspannungsbatteriepack versorgt in der Regel die elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Lasten des Elektrofahrzeugs. Der Batteriepack beinhaltet eine Vielzahl von zusammengeschalteten Batteriezellen, die Energie zum Versorgen dieser elektrischen Lasten speichern. Die Batteriezellen setzen bei Ladungs- und Entladungsvorgängen Wärme frei. In einigen Fällen ist es wünschenswert, diese Wärme von dem Batteriepack abzuleiten, um die Kapazität und Lebensdauer der Batteriezellen zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Batteriebaugruppe und eine Kapselungsbaugruppe, die die Batteriebaugruppe aufnimmt und dazu angeordnet ist, Wärme von wenigstens zwei Seiten der Batteriebaugruppe abzuleiten.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet die Kapselungsbaugruppe ein Fach und eine Abdeckung, die an dem Fach angebracht ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet das Fach eine erste Kühlmittelkammer, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer ersten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten, und eine zweite Kühlmittelkammer, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer zweiten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet das Fach eine dritte Kühlmittelkammer, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer dritten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks ist die Batteriebaugruppe an einem Boden eines Fachs der Kapselungsbaugruppe angebracht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks befindet sich ein erstes Wärmegrenzflächenmaterial (TIM) zwischen der Batteriebaugruppe und dem Boden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks befindet sich ein zweites Wärmegrenzflächenmaterial (TIM) zwischen der Batteriebaugruppe und einer Seitenwand des Fachs.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks befindet sich eine erste Kühlmittelkammer zwischen dem Boden und einer Abschlussblende der Kapselungsbaugruppe und eine zweite Kühlmittelkammer im Inneren der Seitenwand.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet die Kapselungsbaugruppe einen Innenraum zum Aufnehmen der Batteriebaugruppe und eine Kühlmittelkammer, die von dem Innenraum isoliert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet die Kapselungsbaugruppe ein gegossenes oder extrudiertes Fach und eine gestanzte Abdeckung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks beinhaltet die Kapselungsbaugruppe ein Fach mit einem Boden, und die Batteriebaugruppe ist über dem Boden positioniert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks springt eine Vielzahl von integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen von dem Boden in einer Richtung entgegengesetzt zur Batteriebaugruppe vor oder ist in einer hohlen Seitenwand der Kapselungsbaugruppe angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks ist eine Abschlussblende unter der Vielzahl von integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen angebracht. Eine erste Kühlmittelkammer ist zwischen dem Boden und der Abschlussblende gebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks erstreckt sich eine Seitenwand relativ zum Boden vertikal, und eine zweite Kühlmittelkammer erstreckt sich im Inneren der Seitenwand.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Batteriepacks ist eine Mittelschiene zwischen der Batteriebaugruppe und einer zweiten Batteriebaugruppe angeordnet, und eine dritte Kühlmittelkammer erstreckt sich innerhalb der Mittelschiene.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Aufnehmen einer Batteriebaugruppe in einer Kapselungsbaugruppe eines Batteriepacks, derart, dass die Kapselungsbaugruppe so angeordnet wird, dass sie Wärmeübertragung mit wenigstens einer ersten Seite und einer zweiten Seite der Batteriebaugruppe ermöglicht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens ist die erste Seite eine Unterseite der Batteriebaugruppe und die zweite Seite ist eine Außenbordseite der Batteriebaugruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Verfahren wird die Kapselungsbaugruppe dazu angeordnet, Wärmeübertragung mit einer dritten Seite der Batteriebaugruppe zu ermöglichen, und die dritte Seite ist eine Innenbordseite der Batteriebaugruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Verfahren beinhaltet das Verfahren das Lenken von Kühlmittel durch eine erste Kühlmittelkammer der Kapselungsbaugruppe, um die Wärmeübertragung zu ermöglichen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehend genannten Verfahren beinhaltet das Lenken des Kühlmittels das Leiten des Kühlmittels über eine Vielzahl von Wärmeübertragungsvorrichtungen, die im Inneren der ersten Kühlmittelkammer angeordnet ist.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Abschnitte, der Ansprüche oder der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen einschließlich beliebiger ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale können unabhängig oder kombiniert betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale gelten für alle Ausführungsformen, soweit die betreffenden Merkmale nicht inkompatibel sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden für Fachleute anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung deutlich. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, lassen sich kurz wie folgt beschreiben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt schematisch einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs dar.
2A und 2B stellen einen Batteriepack gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung dar.
3 stellt einen Batteriepack gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung dar.
4 stellt einen Batteriepack gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung dar.
5 stellt einen Batteriepack gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung dar.
6 stellt einen Batteriepack gemäß noch einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt im Detail verschiedene Batteriepackauslegungen zur Verwendung in Elektrofahrzeugen. Ein beispielhafter Batteriepack beinhaltet eine Batteriebaugruppe, die im Inneren einer Kapselungsbaugruppe aufgenommen ist. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Kapselungsbaugruppe ein Fach und eine Abdeckung, die am Fach anbringbar ist, um die Batteriebaugruppe aufzunehmen. In anderen Ausführungsformen ist die Kapselungsbaugruppe dazu angeordnet, Wärme von wenigstens zwei Seiten der Batteriebaugruppe abzuleiten. Diese und weitere Merkmale werden in den folgenden Abschnitten dieser ausführlichen Beschreibung detaillierter erörtert.
1 stellt schematisch einen Antriebsstrang 10 eines Elektrofahrzeugs 12 dar. Obwohl als ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle, HEV) dargestellt, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere Elektrofahrzeuge erstrecken können, darunter, ohne darauf beschränkt zu sein, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Leistungsteilungsantriebsstrang, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination einer Kraftmaschine 14 und eines Generators 18 (d. h. eine erste elektrische Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet wenigstens einen Motor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und einen Batteriepack 24. In diesem Beispiel gilt das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10. Das erste und zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren Sätzen von Fahrzeugtriebrädern 28 des Elektrofahrzeugs 12. Obwohl in 1 eine Leistungsteilungskonfiguration dargestellt ist, erstreckt sich diese Offenbarung auf beliebige Hybrid- oder Elektrofahrzeuge einschließlich vollständiger Hybride, Parallelhybride, Reihenhybride, Mild-Hybride oder Mikrohybride.
Die Kraftmaschine 14, die in einer Ausführungsform ein Verbrennungsmotor ist, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30 wie etwa einen Planetengetriebesatz verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten mit anderen Getriebesätzen und Getrieben verwendet werden, um die Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebesatz mit einem Außenrad 32, einem Sonnenrad 34 und einer Trägerbaugruppe 36.
Der Generator 18 kann durch die Kraftübertragungseinheit 30 von der Kraftmaschine 14 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie dienen, um dadurch Drehmoment an eine Welle 38 auszugeben, die mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 in Wirkbeziehung mit der Kraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Außenrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugtriebrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz mit einer Vielzahl von Zahnrädern 46 beinhalten. Auch andere Kraftübertragungseinheiten können geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von der Kraftmaschine 14 auf ein Differenzialgetriebe 48, um letztlich Traktion an die Fahrzeugtriebräder 28 bereitzustellen. Das Differenzialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, die das Übertragen von Drehmoment auf die Fahrzeugtriebräder 28 ermöglichen. In einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differenzialgetriebe 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um das Drehmoment auf die Fahrzeugtriebräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 kann auch zum Antreiben der Fahrzeugtriebräder 28 verwendet werden, indem er ein Drehmoment an eine Welle 52 ausgibt, die auch mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an den Batteriepack 24 ausgeben.
Der Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Elektrofahrzeugbatterie. Der Batteriepack 24 kann ein Hochspannungstraktionsbatteriepack sein, der eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 (d. h. Batteriearrays oder Gruppierungen von Batteriezellen) beinhaltet, die elektrische Leistung zum Betreiben des Motor 22 und/oder anderer elektrischer Lasten des Elektrofahrzeugs 12 ausgeben kann. Es können auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das Elektrofahrzeug 12 elektrisch anzutreiben.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das Elektrofahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das Elektrofahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug(Electric Vehicle, EV)-Modus arbeiten, in dem der Motor 22 (im Allgemeinen ohne Unterstützung durch die Kraftmaschine 14) zum Fahrzeugvortrieb verwendet wird, wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 bei bestimmten Fahrmustern/-zyklen auf seine maximal zulässige Entladung entleert wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungsentleerungsbetriebsmodus für das Elektrofahrzeug 12. Im EV-Modus kann der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter bestimmten Umständen ansteigen, beispielsweise während einer Periode des regenerativen Bremsens. Die Kraftmaschine 14 ist bei einem Standard-EV-Modus im Allgemeinen ausgeschaltet, kann jedoch auf Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder wenn vom Fahrer zugelassen betrieben werden.
Das Elektrofahrzeug 12 kann außerdem in einem Hybrid(HEV)-Modus arbeiten, in dem die Kraftmaschine 14 und der Motor 22 beide für den Fahrzeugvortrieb verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungsbeibehaltungsbetriebsmodus für das Elektrofahrzeug 12. Im HEV-Modus kann das Elektrofahrzeug 12 die Vortriebsnutzung des Motors 22 reduzieren, um den Ladezustand des Batteriepacks 24 auf einer konstanten oder ungefähr konstanten Höhe zu halten, indem der Vortrieb durch die Kraftmaschine 14 erhöht wird. Das Elektrofahrzeug 12 kann innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zusätzlich zum EV- und HEV-Modus auch in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
2A und 2B stellen einen Batteriepack 24 der, der in einem Elektrofahrzeug verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Batteriepack 24 Teil des Elektrofahrzeugs 12 aus 1 sein. 2A ist eine perspektivische Ansicht des Batteriepacks 24, wohingegen 2B eine Querschnittansicht ist, die den Inhalt des Batteriepacks 24 darstellt.
Der Batteriepack 24 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 56 (siehe 2B), die elektrische Leistung zum Versorgen verschiedener elektrischer Lasten des Elektrofahrzeugs 12 speichern. Obwohl eine bestimmte Anzahl Batteriezellen 56 in 2B gezeigt ist, kann der Batteriepack 24 innerhalb des Umfangs der Offenbarung eine größere oder kleinere Anzahl Batteriezellen verwenden. Mit anderen Worten, diese Offenbarung ist nicht auf die spezifische Konfiguration beschränkt, die in 2A und 2B gezeigt ist.
Die Batteriezellen 56 können Seite an Seite entlang einer Längsachse gestapelt sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu konstruieren, die mitunter als „Zellstapel“ bezeichnet wird. Der Batteriepack 24 kann eine oder mehrere separate Gruppierungen von Batteriezellen 56 beinhalten.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Allerdings können innerhalb des Umfangs der Offenbarung auch Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, taschenförmig usw.), anderer chemischer Zusammensetzung (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) oder beidem alternativ innerhalb des Umfangs der Offenbarung verwendet werden.
Die Batteriezellen 56, zusammen mit Trägerstrukturen (z. B. Abstandstücken, Schienen, Wänden, Platten, Verbindungen usw.), können kollektiv als eine Batteriebaugruppe 25 bezeichnet werden. In 2B ist eine einzelne Batteriebaugruppe 25 gezeigt; allerdings kann der Batteriepack 24 innerhalb des Umfangs der Offenbarung eine größere oder kleinere Anzahl Batteriebaugruppen beinhalten. Beispielsweise beinhalten die Batteriepacks aus 3–6 jeweils mehrere Batteriebaugruppen.
Eine Kapselungsbaugruppe 60 nimmt die einzelnen Batteriebaugruppen 25 des Batteriepacks 24 auf. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Kapselungsbaugruppe 60 eine abgedichtete Verkapselung, die ein Fach 62 und eine Abdeckung 64 beinhaltet. Die Abdeckung 64 ist an dem Fach 62 anbringbar, um die Batteriebaugruppen 25 und verschiedene andere Elektronikmodule 66 des Batteriepacks 24 zu verkapseln. Die Elektronikmodule 66 können ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module, BECM) und verschiedene andere Elektronik beinhalten.
Die Abdeckung 64 kann in bekannter Weise an dem Fach 62 angebracht sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Abdeckung 64 mechanisch mithilfe eines oder mehrerer Befestigungsmittel an dem Fach 62 befestigt. Die Kapselungsbaugruppe 60 kann mithilfe eines Dichtungsrings oder anderen Abdichtungsmechanismus an einem Flansch 65 abgedichtet sein, der sich dort befindet, wo das Fach 62 und die Abdeckung 64 aufeinandertreffen.
Die Kapselungsbaugruppe 60 kann in unterschiedlicher Weise unter Verwendung einer Kombination von Materialien und Ausbildungsverfahren konstruiert sein. Zu nicht einschränkenden Beispielen geeigneter Ausbildungsverfahren gehören Stanzen, Extrusion, Gießen und Formen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Fach 62 ein Fach aus Gussaluminium und die Abdeckung 64 ist eine gestanzte Stahlabdeckung. Allerdings sind andere Kombinationen von Materialien und Ausbildungsverfahren ebenfalls innerhalb des Umfangs der Offenbarung vorgesehen.
Die Batteriebaugruppe 25 kann an einem Abschnitt des Fachs 62 angebracht sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Batteriebaugruppe 25 beispielsweise an einem Boden 68 des Fachs 62 anliegend angeordnet/daran angebracht. Die Batteriebaugruppe 25 kann an einer beliebigen Wand oder Fläche entweder des Fachs 62 oder der Abdeckung 64 angebracht sein.
In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform ist ein Wärmegrenzflächenmaterial (thermal interface material, TIM) 75 zwischen der Batteriebaugruppe 25 und dem Boden 68 angeordnet. Das TIM 75 hält den Wärmekontakt zwischen den Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 und dem Boden 68 des Fachs 62 aufrecht und erhöht bei Wärmeübertragungsereignissen die Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen benachbarten Komponenten. Das TIM 75 ermöglicht somit Wärmeübertragung von den Batteriezellen 56 (d. h. den Wärmequellen) zur Kapselungsbaugruppe 60 (d. h. dem Kühlkörper). Das TIM 75 kann ein beliebiges bekanntes wärmeleitfähiges Material sein.
Eine Vielzahl von integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen 70 kann vom Boden 68 in einer Richtung weg von der Batteriebaugruppe 25 (d. h. aus der Kapselungsbaugruppe 60 heraus) vorspringen. Die integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen 70 können als Kühllamellen, Kühlstifte oder beliebige andere Wärmeübertragungsvorrichtung konfiguriert sein. Die integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen 70 tragen zum Ableiten der Wärme bei, die von den Batteriezellen 56 an die Kapselungsbaugruppe 60 geleitet wird, oder können unter Bedingungen, in denen die Batteriezellen 56 erwärmt werden müssen, das Zuführen von Wärme zu den Batteriezellen 56 ermöglichen.
Wahlweise kann auf einer der Abdeckung 64 gegenüberliegenden Seite der Kapselungsbaugruppe 60 eine Abschlussblende 72 am Fach 62 befestigt sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Abschlussblende 72 an einer Position unter der Wärmeübertragungsvorrichtungen 70 am Fach 62 angebracht (z. B. verschraubt), um eine Kühlmittelkammer 74 zu bilden. Die Kühlmittelkammer 74 erstreckt sich zwischen der Abschlussblende 72 und dem Boden 68 des Fachs 62. Ein Medium, wie etwa Luft, Flüssigkeit oder Kältemittel, kann durch die Kühlmittelkammer 74 geleitet werden, um Wärme von den Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 abzuleiten oder ihnen Wärme zuzuführen.
Wie dargestellt, trennt der Boden 68 der Kapselungsbaugruppe 60 die Kühlmittelkammer 74 strukturell vom Innenraum der Kapselungsbaugruppe 60, in dem die Batteriebaugruppe 25 und die verschiedenen Elektronikmodule 66 aufgenommen sind. Diese Ausgestaltung eliminiert im Wesentlichen die Notwendigkeit komplizierter interner Dichtungsstrukturen zum Trennen des Kühlmittels der Kühlmittelkammer 74 von möglichen Entlüftungsgasen der Batteriezellen 56. 2A und 2B stellen eine beispielhafte Wärmeregelungskonfiguration zum Kühlen einer einzelnen Seite (z. B. der Unterseite) der Batteriebaugruppe 25 dar. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen vorgesehen, in denen Wärme von mehreren Seiten der Batteriebaugruppe 25 abgeleitet werden kann. Beispiele einer solchen Batteriepackausgestaltung sind unten unter Bezugnahme auf 3, 4, 5 und 6 dargestellt und beschrieben.
Zunächst Bezug nehmend auf 3 beinhaltet ein Batteriepack 124 beispielsweise eine Kapselungsbaugruppe 160, die mehrere Batteriebaugruppen 125 aufnimmt. Die Kapselungsbaugruppe 160 beinhaltet ein Fach 162, eine Abdeckung 164 und eine Abschlussblende 172, die jeweils separate Komponenten der Kapselungsbaugruppe 160 sind. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Fach 162 ein gegossenes oder extrudiertes Teil aus Aluminium oder Stahl, die Abdeckung 164 ist ein gestanztes Teil aus Aluminium oder Stahl, und die Abschlussblende 172 ist ein gestanztes oder geformtes Teil aus Metall oder Kunststoff.
Das Fach 162 dieser Ausführungsform beinhaltet eine monolithische Ausgestaltung mit einem sich horizontal erstreckenden Boden 168, der zwischen sich vertikal erstreckenden Seitenwänden 167 verläuft. Die Batteriebaugruppen 125 sind über dem Boden 168 positioniert, und die Seitenwände 167 erstrecken sich in der Nähe der Außenbordseiten 129 jeder Batteriebaugruppe 125. Das Fach 162 ist dazu angeordnet, Wärmeübertragung mit mehreren Seiten jeder Batteriebaugruppe 125 zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Unterseite 127 jeder Batteriebaugruppe 125 Wärme zum Boden 168 des Fachs 162 ableiten, und die Außenbordseite 129 jeder Batteriebaugruppe 125 kann Wärme an eine der Seitenwände 167 des Fachs 162 ableiten. Ein TIM 175 kann zwischen jeder Batteriebaugruppe 125 und dem Boden 168 und zwischen den Batteriebaugruppen 125 und jeder Seitenwand 167 angeordnet sein, um Wärme aus den Batteriezellen 156 der Batteriebaugruppen 125 heraus abzuleiten.
Eine Vielzahl von Wärmeübertragungsvorrichtungen 170 erstreckt sich zwischen dem Boden 168 und der Abschlussblende 172 um eine erste Kühlmittelkammer 174A der Kapselungsbaugruppe 160. Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 170 sind in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform integrierte Merkmale des Fachs 162. Die Abschlussblende 172 kann an jede Seitenwand 167 des Fachs 162 geschraubt oder in anderer Weise daran befestigt sein, um die erste Kühlmittelkammer 174A zu bilden.
In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform beinhalten die Seitenwände 167 des Fachs 162 einen oder mehrere hohle Bereiche zum Bilden einer zweiten Kühlmittelkammer 174B und einer dritten Kühlmittelkammer 174C der Kapselungsbaugruppe 160. Ein Medium wie etwa Kühlmittel, Luft, Kältemittel usw. kann durch jede Kühlmittelkammer 174A, 174B und 174C geleitet werden, um mittels Zwangskonvektion Wärme von mehreren Seiten jeder Batteriebaugruppe 125 abzuleiten. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform kann Wärme beispielsweise sowohl von der Unterseite 127 als auch den Außenbordseiten 129 der Batteriebaugruppen 125 abgeleitet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann diesen Seiten Wärme zugeführt werden.
4 stellt einen weiteren beispielhaften Batteriepack 224 dar. Der Batteriepack 224 beinhaltet eine Kapselungsbaugruppe 260, die mehrere Batteriebaugruppen 225 aufnimmt. Die Kapselungsbaugruppe 260 beinhaltet ein Fach 262 und eine Abdeckung 264. Anders als bei der Ausführungsform aus 3 ist jedoch eine Abschlussblende 272 der Kapselungsbaugruppe 260 ein integrierter Teil des Fachs 262, anstelle eines separaten Stücks, das mechanisch am Fach 262 befestigt ist. Daher bilden in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform ein Boden 268, Seitenwände 267, Wärmeübertragungsvorrichtungen 270 und die Abschlussblende 272 ein einstückiges monolithisches Fach, wie etwa ein extrudiertes Fach, zum Aufnehmen und zur Wärmeregelung der Batteriebaugruppen 225.
Ein weiterer beispielhafter Batteriepack 324 ist in 5 dargestellt. Der Batteriepack 324 beinhaltet eine Kapselungsbaugruppe 360, die mehrere Batteriebaugruppen 325 aufnimmt. Die Kapselungsbaugruppe 360 beinhaltet ein Fach 362, eine Abdeckung 364 und eine Abschlussblende 372, die separate Komponenten der Kapselungsbaugruppe 360 sein können. Das Fach 362 dieser Ausführungsform beinhaltet eine monolithische Ausgestaltung mit einem sich horizontal erstreckenden Boden 368, der zwischen sich vertikal erstreckenden Seitenwänden 367 verläuft. Die Batteriebaugruppen 325 sind über dem Boden 368 positioniert, und die Seitenwände 367 erstrecken sich in der Nähe der Außenbordseiten 329 jeder Batteriebaugruppe 325. Das Fach 362 ist dazu angeordnet, Wärmeübertragung mit mehreren Seiten der Batteriebaugruppe 325 zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Unterseite 327 jeder Batteriebaugruppe 325 Wärme zum Boden 368 des Fachs 362 ableiten, und die Außenbordseite 329 jeder Batteriebaugruppe 325 kann Wärme an eine der Seitenwände 367 des Fachs 362 ableiten. Ein TIM 375 kann zwischen jeder Batteriebaugruppe 325 und dem Boden 368 und zwischen den Batteriebaugruppen 325 und jeder Seitenwand 367 angeordnet sein, um Wärme aus den Batteriezellen 356 der Batteriebaugruppen 325 heraus abzuleiten.
Eine Vielzahl von Wärmeübertragungsvorrichtungen 370 erstreckt sich zwischen dem Boden 368 und der Abschlussblende 372, um eine erste Kühlmittelkammer 374A der Kapselungsbaugruppe 360 zu bilden. Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 370 sind in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform integrierte Merkmale des Fachs 362. Die Abschlussblende 372 kann mit jeder Seitenwand 367 des Fachs 362 verschraubt oder in anderer Weise daran befestigt sein, um die erste Kühlmittelkammer 374A zu bilden. Kühlmittel kann durch die Kühlmittelkammer 374A geleitet werden, um mittels Zwangskonvektion Wärme von der Unterseite 327 jeder Batteriebaugruppe 125 abzuleiten. In noch einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform, obwohl nicht dargestellt, können Wärmeübertragungsvorrichtungen ähnlich den Wärmeübertragungsvorrichtungen 370 in hohlen Abschnitten der Seitenwände 367 angeordnet sein.
In noch einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Seitenwände 367 des Fachs 362 massiv und nicht hohl und bilden daher keine weiteren Kühlmittelkammern der Kapselungsbaugruppe 360. Wärme wird mittels Leitung und natürlicher Konvektion von den Außenbordseiten 329 der Batteriebaugruppen 325 abgeleitet.
6 stellt noch einen weiteren Batteriepack 424 dar. Der Batteriepack 424 beinhaltet eine Kapselungsbaugruppe 460, die mehrere Batteriebaugruppen 425 aufnimmt. Die Kapselungsbaugruppe 460 beinhaltet ein Fach 462, eine Abdeckung 464 und eine Abschlussblende 472. Die Abschlussblende 472 kann eine von dem Fach 462 separate Komponente oder alternativ eine integrierte Komponente des Fachs 462 sein.
Das Fach 462 dieser Ausführungsform beinhaltet eine monolithische Ausgestaltung mit einem sich horizontal erstreckenden Boden 468, der zwischen sich vertikal erstreckenden Seitenwänden 467 verläuft. Die Batteriebaugruppen 425 sind über dem Boden 468 positioniert, und die Seitenwände 467 erstrecken sich in der Nähe der Außenbordseiten 429 jeder Batteriebaugruppe 425. Das Fach 462 kann außerdem eine Mittelschiene 431 beinhalten, die zwischen den Batteriebaugruppen 425 positioniert ist. Mit anderen Worten, die Mittelschiene 431 ist zu den Innenbordseiten 433 jeder Batteriebaugruppe 425 benachbart.
Das Fach 462 ist dazu angeordnet, Wärmeübertragung mit mehreren Seiten jeder Batteriebaugruppe 425 zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Unterseite 427 jeder Batteriebaugruppe 425 Wärme zum Boden 468 des Fachs 462 ableiten, und die Außenbordseite 429 jeder Batteriebaugruppe 425 kann Wärme an eine der Seitenwände 467 des Fachs 462 ableiten, und die Innenbordseiten 433 jeder Batteriebaugruppe 425 können Wärme an die Mittelschiene 431 des Fachs 462 ableiten. Ein TIM 475 kann zwischen jeder Batteriebaugruppe 425 und dem Boden 468, den Seitenwänden 467 und der Mittelschiene 431 angeordnet sein, um Wärme aus den Batteriezellen 456 der Batteriebaugruppen 425 heraus abzuleiten.
Eine Vielzahl von Wärmeübertragungsvorrichtungen 470 erstreckt sich zwischen dem Boden 468 und der Abschlussblende 472, um eine erste Kühlmittelkammer 474A der Kapselungsbaugruppe 460 zu bilden. Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 470 sind in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform integrierte Merkmale des Fachs 462. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform beinhalten die Seitenwände 467 des Fachs 462 hohle Bereiche zum Bilden einer zweiten Kühlmittelkammer 474B und einer dritten Kühlmittelkammer 474C der Kapselungsbaugruppe 460. In noch einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet die Mittelschiene 431 wenigstens einen hohlen Bereich, der eine vierte Kühlmittelkammer 474D der Kapselungsbaugruppe 460 bildet.
Kühlmittel kann durch jede Kühlmittelkammer 474A, 474B, 474C und 474D geleitet werden, um mittels Zwangskonvektion Wärme von mehreren Seiten jeder Batteriebaugruppen 425 abzuleiten. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform beispielsweise wird Wärme von jeder der Unterseiten 427, der Außenbordseiten 429 und der Innenbordseiten 433 der Batteriebaugruppen 425 abgeleitet.
Obwohl verschiedene nicht einschränkende Ausführungsformen mit spezifischen Komponenten oder Schritten dargestellt wurden, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung 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 beliebiger der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass in den mehreren Zeichnungen gleiche Bezugszeichen entsprechende oder ähnliche Elemente bezeichnen. Es versteht sich, dass in diesen Ausführungsbeispielen zwar eine jeweilige Komponentenanordnung offenbart und dargestellt ist, jedoch auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht einschränkend zu verstehen. Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang der Offenbarung fallen können. Aus diesen Gründen sind die folgenden Ansprüche heranzuziehen, um den tatsächlichen Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu ermitteln.

Claims

Batteriepack, umfassend: eine Batteriebaugruppe; und eine Kapselungsbaugruppe, die die Batteriebaugruppe aufnimmt und dazu angeordnet ist, Wärme von wenigstens zwei Seiten der Batteriebaugruppe abzuleiten.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei die Kapselungsbaugruppe ein Fach und eine Abdeckung beinhaltet, die an dem Fach angebracht ist, und wobei das Fach wahlweise eine erste Kühlmittelkammer, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer ersten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten, und eine zweite Kühlmittelkammer beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer zweiten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten, und wobei das Fach ferner wahlweise eine dritte Kühlmittelkammer beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, Wärme von einer dritten Seite der Batteriebaugruppe abzuleiten.
Batteriepack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batteriebaugruppe an einem Boden eines Fachs der Kapselungsbaugruppe angebracht ist, und wahlweise umfassend ein erstes Wärmegrenzflächenmaterial (TIM) zwischen der Batteriebaugruppe und dem Boden.
Batteriepack nach Anspruch 3, umfassend ein zweites Wärmegrenzflächenmaterial (TIM) zwischen der Batteriebaugruppe und einer Seitenwand des Fachs, und wahlweise umfassend eine erste Kühlmittelkammer zwischen dem Boden und einer Abschlussblende der Kapselungsbaugruppe und eine zweite Kühlmittelkammer innerhalb der Seitenwand.
Batteriepack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kapselungsbaugruppe einen Innenraum zum Aufnehmen der Batteriebaugruppe und eine Kühlmittelkammer beinhaltet, die von dem Innenraum isoliert ist.
Batteriepack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kapselungsbaugruppe ein gegossenes oder extrudiertes Fach und eine gestanzte Abdeckung beinhaltet.
Batteriepack nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kapselungsbaugruppe ein Fach mit einem Boden beinhaltet und die Batteriebaugruppe über dem Boden positioniert ist.
Batteriepack nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl integrierter Wärmeübertragungsvorrichtungen, die aus dem Boden in einer Richtung entgegengesetzt zur Batteriebaugruppe vorspringt oder in einer hohlen Seitenwand der Kapselungsbaugruppe angeordnet ist.
Batteriepack nach Anspruch 8, umfassend eine Abschlussblende, die unter der Vielzahl von integrierten Wärmeübertragungsvorrichtungen angebracht ist, und wobei eine erste Kühlmittelkammer zwischen dem Boden und der Abschlussblende gebildet ist.
Batteriepack nach Anspruch 9, umfassend eine Seitenwand, die sich relativ zu dem Boden vertikal erstreckt, und eine zweite Kühlmittelkammer, die sich innerhalb der Seitenwand erstreckt, und wahlweise umfassend eine Mittelschiene, die zwischen der Batteriebaugruppe und einer zweiten Batteriebaugruppe angeordnet ist, und eine dritte Kühlmittelkammer, die sich innerhalb der Mittelschiene erstreckt.