DE102017116420A1

DE102017116420A1 - Batteriewärmeleitmaterialinstallationsbaugruppe und verfahren

Info

Publication number: DE102017116420A1
Application number: DE102017116420.0A
Authority: DE
Inventors: Kevin James Rhodes; Patrick Daniel Maguire; Juil Yum
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2017-07-20
Publication date: 2018-01-25
Also published as: US20180026321A1; CN107645023A; US10109901B2; CN107645023B

Abstract

Ein beispielhaftes Wärmeleitmaterialinstallationsverfahren schließt unter anderem das Bewegen eines Materials durch eine Leitung zu einem Hohlraum in einer Batterieanordnung ein. Die Leitung ist zumindest teilweise durch eine Wärmetauscherplatte der Batterieanordnung bereitgestellt. Das Verfahren schließt ferner das Halten des Materials in dem Hohlraum ein, um ein Wärmeleitmaterial zwischen der Wärmetauscherplatte und mindestens einer Batteriezellenbaugruppe bereitzustellen. Eine beispielhafte Batteriewärmeleitmaterialinstallationsbaugruppe schließt eine Wärmetauscherplatte, einschließend eine Leitung mit mindestens einem Einlass, der sich zu einer Außenseite einer Batterieanordnung öffnet, und mindestens einem Auslass, der sich zu einem Hohlraum zwischen der Wärmetauscherplatte und einer Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen öffnet, ein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Installieren eines Wärmeleitmaterials in einer Batterieanordnung. Insbesondere betrifft die Offenbarung das Installieren des Wärmeleitmaterials unter Verwendung einer Leitung in einer Wärmetauscherplatte der Batterieanordnung.
HINTERGRUND
Elektrofahrzeuge unterscheiden sich von konventionellen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge unter Verwendung von einer oder mehreren elektrischen Maschinen, die von einem Batteriepack mit Strom versorgt wird/werden, selektiv angetrieben werden. Die elektrischen Maschinen können die Elektrofahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor antreiben. Beispielelektrofahrzeuge schließen Hybridelektrofahrzeuge (HEV), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV), Brennstoffzellenfahrzeuge (FCV) und batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) ein.
Ein Batteriepack eines Elektrofahrzeugs kann eine Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen einschließen, die in einer oder mehreren Batterieanordnungen angeordnet sind. Die Wärmeenergie in den Batteriezellenbaugruppen kann während einiger Betriebsphasen zunehmen, wie etwa wenn die Batteriezellenbaugruppen aufgeladen und entladen werden. Dementsprechend zirkuliert in einigen Batteriepacks ein Kühlmittel durch eine Wärmetauscherplatte. Das Kühlmittel transportiert die Wärmeenergie weg von dem Batteriepack, um den Wärmeenergiegehalt in den Batteriezellenbaugruppen und anderen Teilen des Batteriepacks zu verringern. In das Batteriepack kann ein Wärmeleitmaterial eingebunden sein, um einen guten thermischen Kontakt zwischen der Wärmetauscherplatte und anderen Bereichen des Batteriepacks zu ermöglichen. Das Wärmeleitmaterial kann ebenso in andere Bereiche des Batteriepacks eingebunden werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Wärmeleitmaterialinstallationsverfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt unter anderem das Bewegen eines Materials durch eine Leitung zu einem Hohlraum in einer Batterieanordnung ein. Die Leitung ist zumindest teilweise durch eine Wärmetauscherplatte der Batterieanordnung bereitgestellt. Das Verfahren schließt ferner das Halten des Materials in dem Hohlraum ein, um ein Wärmeleitmaterial zwischen der Wärmetauscherplatte und mindestens einer Batteriezellenbaugruppe bereitzustellen.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens schließt das Bewegen des Materials durch eine Vielzahl von Leitungsauslässen von der Leitung zu dem Hohlraum ein.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Bewegen des Materials durch einen Leitungseinlass zu der Leitung ein. Die Leitungsauslässe, die weiter von dem Leitungseinlass entfernt sind, weisen einen Durchmesser auf, der größer ist als der von Leitungsauslässen, die näher an dem Leitungseinlass sind.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform nach einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Blockieren des Leitungseinlasses nach dem Bewegen ein, um das Material daran zu hindern, dass es sich von der Leitung durch den mindestens einen Leitungseinlass bewegt.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Bewegen des Materials zu der Leitung durch mindestens einen Leitungseinlass in einer ersten Richtung, und das Bewegen des Materials von der Leitung durch mindestens einen Leitungsauslass in einer zweiten Richtung ein. Die Leitung lenkt einen Strom des Materials so um, dass die erste Richtung quer zu der zweiten Richtung verläuft.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Leiten eines Stroms des Materials in dem Hohlraum unter Verwendung eines strukturellen Merkmals ein, das sich von der Batteriezellenbaugruppe erstreckt.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Einspritzen des Materials in die Leitung während des Bewegens als eine Flüssigkeit, und anschließend das Aushärten des Materials ein.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen in der Wärmetauscherplatte ein, die von der Leitung getrennt sind und sich von dieser unterscheiden.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform von einem beliebigen der vorstehenden Verfahren schließt das Bewegen von einem Teil des Materials von der Leitung zu dem Hohlraum durch einen ersten Leitungsauslass, der einen ersten Durchmesser aufweist und sich in der Nähe eines ersten axialen Endes der Wärmetauscherplatte befindet, und das Bewegen von einem Teil des Materials von der Leitung zu dem Hohlraum durch einen zweiten Leitungsauslass ein, der einen größeren, zweiten Durchmesser aufweist und sich in der Nähe eines gegenüberliegenden, zweiten axialen Endes der Wärmetauscherplatte befindet.
Eine Batteriewärmeleitmaterialinstallationsbaugruppe gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt unter anderem eine Wärmetauscherplatte, einschließend eine Leitung mit mindestens einem Leitungseinlass, der sich zu einer Außenseite einer Batterieanordnung öffnet, und mindestens einem Leitungsauslass, der sich zu einem Hohlraum zwischen der Wärmetauscherplatte und einer Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen öffnet, ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorstehenden Baugruppe schließt die Baugruppe in dem Hohlraum ein Wärmeleitmaterial ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen schließt die Baugruppe in der Leitung das Wärmeleitmaterialleitmaterial ein.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen schließt die Baugruppe eine Kappe ein, die an dem Leitungseinlass gesichert ist, um ein Wärmeleitmaterial daran zu hindern, durch den Einlass zu strömen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen wird der Leitungseinlass in einer ersten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt, und der Leitungsauslass wird in einer zweiten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt, die zu der ersten Fläche quer verläuft.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen wird der Leitungseinlass in einer ersten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt, und der Leitungsauslass wird in einer zweiten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt, die im Allgemeinen senkrecht zu der ersten Fläche verläuft.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen erstreckt sich die Leitung linear von dem mindestens einen Einlass zu dem mindestens einen Auslass.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen schließt die Wärmetauscherplatte ferner eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen ein, die von der Leitung getrennt sind und sich von dieser unterscheiden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen schließt die Baugruppe in dem Hohlraum ein Wärmeleitmaterial ein und die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen ist entlang einer Achse verteilt. Das Wärmeleitmaterial ist konfiguriert, um Wärmeenergie von der Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen auf die Wärmetauscherplatte zu übertragen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen entspricht die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen einer ersten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen, und die Baugruppe schließt eine zweite Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen ein, die von der ersten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen beabstandet ist. Das Wärmeleitmaterial ist konfiguriert, um Wärmeenergie sowohl von der ersten als auch der zweiten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen auf die Wärmetauscherplatte zu übertragen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen zwischen einem Paar von Stirnplatten axial komprimiert.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele gehen für den Fachmann aus der detaillierten Beschreibung hervor. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Figuren können kurz wie folgt beschrieben werden:
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebs eines Elektrofahrzeugs.
2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines Batteriepacks von dem Antrieb aus 1, einschließend eine Vielzahl einzelner Batterieanordnungen.
3 veranschaulicht eine Draufsicht einer Wärmetauscherplatte von dem Batteriepack aus 2.
4 veranschaulicht die Wärmetauscherplatte aus 3, wobei ausgewählte Teile weggeschnitten sind, um eine Vielzahl von Kühlkanälen und eine Wärmeleitmaterialleitung zu zeigen.
5 veranschaulicht eine schematische Seitenansicht des Batteriepacks aus 2, wobei ausgewählte Seitenwände entfernt sind.
6 veranschaulicht eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Batterieanordnung von dem Batteriepack aus 5.
7 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Wärmetauscherplatte zur Verwendung in dem Batteriepack aus 2.
8 veranschaulicht eine Seitenansicht einer weiteren beispielhaften Wärmetauscherplatte zur Verwendung in dem Batteriepack aus 2.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Installieren eines Wärmeleitmaterials (TIM) in einem Batteriepack. Während der Installation wird das TIM durch eine Leitung bewegt, die zumindest teilweise von einer Wärmetauscherplatte zu einem Hohlraum in dem Batteriepack bereitgestellt wird. Das TIM kann dann bei Bedarf aushärten. Das TIM kann in einigen Beispielen in dem Hohlraum aushärten. Durch das Installieren des TIM, indem das TIM durch die Leitung in dem Batteriepack bewegt wird, kann ein Austreten des TIM verhindert werden.
In Bezug auf 1 schließt ein Antrieb 10 eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) ein Batteriepack 14, das eine Vielzahl von Batterieanordnungen 18', 18 aufweist, einen Verbrennungsmotor 20, einen Elektromotor 22 und einen Generator 24 ein. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Arten von elektrischen Maschinen. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 können getrennt sein oder die Form eines kombinierten Motor-Generators aufweisen.
In dieser Ausführungsform ist der Antrieb 10 ein Antrieb mit Leistungsverzweigung, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 anzutreiben. Das erste Antriebssystem schließt eine Kombination aus dem Verbrennungsmotor 20 und dem Generator 24 ein. Das zweite Antriebssystem schließt zumindest den Elektromotor 22, den Generator 24 und das Batteriepack 14 ein. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Teile eines elektrischen Antriebssystems des Antriebs 10.
Der Verbrennungsmotor 20 und der Generator 24 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie etwa ein Planetengetriebe, miteinander verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließend andere Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 20 mit dem Generator 24 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 einschließt.
Der Generator 24 kann vom Verbrennungsmotor 20 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ als ein Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, welche mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, welche durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz einschließen, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 einschließt. Andere Kraftübertragungseinheiten können in anderen Beispielen verwendet werden.
Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 20 auf ein Differential 48, um die Fahrzeugantriebsräder 28 letztlich mit Traktion zu versorgen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern einschließen, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann selektiv eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch das Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 54 anzutreiben, welche ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 24 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, bei welchem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 24 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Elektromotor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Energie ausgeben, um Zellen des Batteriepacks 14 wiederaufzuladen.
In Bezug auf 2 schließt das beispielhafte Batteriepack 14 nun in fortgesetztem Bezug auf 1 vier der Batterieanordnungen 18', 18 ein, die entlang einer Achse A angeordnet sind. Jede der Batterieanordnungen 18', 18 schließt eine Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen 60, ein Paar von Stirnplatten 64 und Seitenwände 68 ein. Die Batterieanordnungen 18', 18 sind auf einer Wärmetauscherplatte 72 positioniert, die verwendet wird, um einen Wärmeenergiegehalt in den Batteriezellenbaugruppen 60 und anderen Bereichen des Batteriepacks 14 zu steuern.
In jeder der Batterieanordnungen 18', 18 sind die Batteriezellenbaugruppen 60 zwischen den Paaren von Stirnplatten 64 axial komprimiert. Die Seitenwände 68 befinden sich an gegenüberliegenden seitlichen Außenkanten der Batteriezellenbaugruppen 60. Durch die Anschlüsse 70 der Batteriezellenbaugruppen 60 können die Batterieanordnungen 18', 18 elektrisch mit anderen Teilen des Antriebs 10 verbunden werden.
Die Batteriezellenbaugruppen 60 schließen in diesem Beispiel prismatische Batteriezellen ein. In einem anderen Beispiel schließen die Batteriezellenbaugruppen stattdessen oder zusätzlich beutelartige Batteriezellen ein.
Gelegentlich kann die Wärmeenergie der Batteriezellenbaugruppen 60 und anderer Teile des Batteriepacks 14 zunehmen. Eine Verringerung der Wärmeenergie kann für einen effizienten Betrieb des Batteriepacks 14 und zum Vermeiden von Komplikationen, die mit einem hohen Gehalt an Wärmeenergie verknüpft sind, erforderlich sein.
In Bezug auf 3 und 4 kann die Wärmetauscherplatte 72 nun in fortgesetztem Bezug auf 2 verwendet werden, um Wärmeenergie aus den Batteriezellenbaugruppen 60 zu entfernen. Die Anordnungen 18', 18 sind an der Wärmetauscherplatte 72 in einer Wärmetauscherregion 74 positioniert.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Wärmetauscherplatte 72 eine gestanzte Aluminiumstruktur.
Um Wärmeenergie in dem Batteriepack 14 zu verringern, wird ein Kühlmittel, wie etwa ein flüssiges Kühlmittel, von einem Wärmetauscher 76 durch einen Kühlmitteleinlass 80 in der Wärmetauscherplatte 72 bewegt. Das Kühlmittel zirkuliert dann in der Nähe der Wärmetauscherregion 74 durch Kühlmittelkanäle 78 in der Wärmetauscherplatte 72. In den Kühlmittelkanälen 78 nimmt das Kühlmittel Wärmeenergie aus den Batteriezellenbaugruppen 60 und anderen Teilen des Batteriepacks 14 auf.
Das erwärmte Kühlmittel bewegt sich dann von den Kühlmittelkanälen 78 durch einen Kühlmittelauslass 84 der Wärmetauscherplatte 72 zurück zu dem Wärmetauscher 76. An dem Wärmetauscher 76 wird die Wärmeenergie in dem erwärmten Kühlmittel von dem Kühlmittel übertragen. Der Wärmetauscher 76 kann zum Beispiel die Wärmeenergie in dem erwärmten Kühlmittel an die Umgebungsluft austauschen.
In Bezug auf 5–6 füllt ein TIM 88 nun in fortgesetztem Bezug auf 2–4 im Wesentlichen einen Hohlraum 92 zwischen Flächen der Batteriezellenbaugruppen 60 und der Wärmetauscherplatte 72 aus. Das TIM 88 vereinfacht die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Batterieanordnung 18' und der Wärmetauscherplatte 72 in der Wärmetauscherregion 74. Die restlichen Batterieanordnungen 18 des Batteriepacks 14 sind auf ähnliche Weise konfiguriert, um entsprechende Hohlräume zwischen Flächen der Batteriezellenbaugruppen 60 und der Wärmetauscherplatte 72 einzuschließen.
Das TIM 88 ist zwischen den Batteriezellenbaugruppen 60 und der Wärmetauscherplatte 72 zusammengepresst. Eine erste Seite des TIM 88 ist der Wärmetauscherplatte 72 zugewandt. Eine gegenüberliegende, zweite Seite des TIM 88 ist den Batteriezellenbaugruppen 60 zugewandt. Das TIM 88 wird verwendet, um Wärmeenergie von den Batteriezellenbaugruppen 60 auf die Wärmetauscherplatte 72 zu übertragen.
Im Allgemeinen kann das TIM 88 ein beliebiges Material sein, das die Wärmeleitfähigkeit vereinfacht. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das TIM 88 ein Material auf Siliziumbasis. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform ist das TIM 88 ein Zweikomponentenepoxidmaterial.
In diesem Beispiel ist das TIM 88 während der Installation flüssig. Sobald es in dem Hohlraum 92 installiert ist, kann das TIM 88 flüssig bleiben oder in dem Hohlraum 92 aushärten, um ein nicht flüssiges TIM 88 bereitzustellen. In einem anderen Beispiel härtet das TIM 88 aus, wenn es teilweise in dem Hohlraum installiert ist oder wenn es sich außerhalb des Hohlraums befindet.
Um das TIM 88 in dem Hohlraum 92 zu installieren, pumpt eine Pumpe 94 das TIM 88 von einer TIM-Zufuhr 96 durch einen Leitungseinlass 100 in der Wärmetauscherplatte 72. Das TIM 88 wird unter Druck durch den Leitungseinlass 100 bewegt, wodurch das TIM 88 dazu gedrängt wird, sich von dem Leitungseinlass 100 durch eine Leitung 110 in der Wärmetauscherplatte 72 zu bewegen. In einem anderen Beispiel wird eine Spritze verwendet, um das TIM 88 in die Leitung 110 zu drängen. In diesem Beispiel wird die gesamte Leitung 110 von der Wärmetauscherplatte 72 bereitgestellt. In einem anderen Beispiel stellt die Wärmetauscherplatte 72 einen Teil der Leitung 110 bereit und ein anderer Teil des Batteriepacks 14, wie etwa die Stirnplatten 64 oder die Seitenwände 68, stellen die restlichen Teile bereit.
Insbesondere wird die Leitung 110 zumindest teilweise in der Wärmetauscherplatte 72 bereitgestellt und ist von Kühlmittelkanälen 78 in der Wärmetauscherplatte 72 getrennt und unterscheidet sich von diesen. Die Kühlmittelkanäle 78 kommunizieren Kühlmittel von dem Wärmetauscher 76 durch die Wärmetauscherplatte 72, um die Batterieanordnung 18' und andere Teile des Batteriepacks 14 während des Betriebs zu kühlen.
Ein Teil des TIM 88 bewegt sich von der Leitung 110 durch mindestens einen Leitungsauslass 114 in den Hohlraum 92. Nach dem Eintritt in den Hohlraum 92 breitet sich das TIM 88 aus, um den Hohlraum 92 auszufüllen. Ein Teil des TIM 88 bewegt sich außerdem von der Leitung 110 durch andere Leitungsauslässe 114 in Hohlräume, die mit den anderen Batterieanordnungen 18 verknüpft sind, welche auf der Wärmetauscherplatte 72 angeordnet sind.
In einigen Beispielen kann ein strukturelles Merkmal des Batteriepacks 14 verwendet werden, um einen Strom des TIM 88 in dem Hohlraum 92 zu leiten. Zum Beispiel können die Batteriezellenbaugruppen 60 Wärmerippen (nicht gezeigt) einschließen, die das TIM 88 direkt berühren. Die Wärmerippen vereinfachen eine Übertragung von Wärmeenergie von den Batteriezellenbaugruppen 60 auf das TIM 88. Die Wärmerippen können zusätzlich einen Strom in dem Hohlraum 92 zu bestimmten Bereichen des Hohlraums 92 leiten, für die ein Ausfüllen mit dem TIM 88 schwieriger ist. Zum Beispiel können die Wärmerippen abgewinkelt sein, um einen Strom des TIM 88 zu Bereichen des Hohlraums 92 zu lenken, die von dem Leitungsauslass 114 am weitesten entfernt sind.
Die Wärmetauscherplatte 72 kann außerdem strukturelle Merkmale, wie etwa Erhöhungen oder Leitbleche, einschließen, die sich in den Hohlraum 92 erstrecken, um das TIM 88 daran zu hindern, in einige Bereiche des Hohlraums 92 zu strömen oder um das TIM 88 so zu leiten, dass es entlang einer bestimmten Richtung strömt.
In einem anderen Beispiel können die Batteriezellenbaugruppen 60 einen Strom des TIM 88 von dem Hohlraum 92 in Bereichen, die näher an dem Leitungsauslass 114 liegen, blockieren oder diesem auf andere Weise entgegentreten und sie können offen sein, um einen Strom des TIM 88 von dem Hohlraum 92 in Bereichen, die weiter von dem Leitungsauslass 144 entfernt sind, zu fördern.
Ein beispielhafter Bereich, der weiter von dem Leitungsauslass 114 entfernt ist, können die äußeren Eckbereiche des Hohlraums 92 sein, wie etwa der Bereich in der Nähe der Führungslinie, der mit dem Bezugszeichen 122 in 4 verknüpft ist. In einem derartigen Beispiel strömt das TIM 88 durch den Leitungsauslass 114 in den Hohlraum 92 und wird dann gesteuert, um den Hohlraum 92 in der Nähe der Ecken des Hohlraums 92 zu verlassen, die schwieriger auszufüllen sein können. Der Hohlraum 92 wird so angesehen, dass er auf angemessene Weise mit TIM 88 gefüllt ist, wenn ein Teil des TIM 88 den Hohlraum 92 an den Ecken verlassen hat.
Die TIM-Zufuhr 96 fährt damit fort, das TIM 88 in flüssiger Form durch den Leitungseinlass 100 zu pumpen, bis der Hohlraum 92, der mit der Batterieanordnung 18' verknüpft ist, mit dem TIM 88 gefüllt ist, und bis die Hohlräume, die mit den anderen Anordnungen 18 verknüpft sind, mit dem TIM 88 gefüllt sind. Eine Kappe 118 wird dann über dem Leitungseinlass 100 gesichert, um zu verhindern, dass das flüssige TIM 88 durch den Leitungseinlass 100 aus der Leitung 110 strömt.
Während sich das TIM 88 in den Hohlraum 94 bewegt, kann der Strom des TIM 88 von einem der Leitungsauslässe 114 den Strom des TIM 88 von einem anderen der Leitungsauslässe 114 berühren (4). Während die Ströme des TIM 88 von unterschiedlichen Leitungsauslässen 114 beginnen sich zu überlagern, wird das TIM 88 in einer Richtung, die senkrecht zu der Achse A verläuft, seitlich nach außen gelenkt. Dadurch kann ein vollständiges Auffüllen des Hohlraums 92 begünstigt werden.
In einigen Beispielen kann Luft, Stickstoff oder ein anderes Fluid durch den Leitungseinlass 100 in die Leitung 110 gedrängt werden, bevor die Kappe 118 über dem Leitungseinlass 100 gesichert wird. Die Luft oder ein anderes Fluid kann das TIM 88, das in der Leitung 110 zurückbleibt, in die Hohlräume 92 drängen. Die Leitung 110 wird dann mit einem Fluid gefüllt, das sich von dem TIM 88 unterscheidet. Dementsprechend wird eine Gesamtmenge des TIM 88 verringert. Das heißt, dass, anstatt dass die Hohlräume 92 und die Leitung 110 mit dem TIM 88 gefüllt sind, lediglich die Hohlräume 92 gefüllt sind. Da das TIM 88 kostspielig sein und dadurch zusätzliches Gewicht hinzukommen kann, können durch eine Verringerung der Gesamtmenge des TIM 88 die Kosten verringert werden.
Die Leitung 110 erstreckt sich axial von dem Leitungseinlass 100 entlang der Wärmetauscherplatte 72. In diesem Beispiel weist die Leitung 110 einen einzigen Leitungseinlass 100 und eine Vielzahl von Leitungsauslässen 114 auf. Zwei der Leitungsauslässe 114 sind mit den Hohlräumen 92 für jede der Batterieanordnungen 18', 18 verknüpft. Andere Anzahlen des Leitungseinlasses 100 und des Leitungsauslasses 114 können verwendet werden.
Insbesondere weisen die Leitungsauslässe 114 jeweils einen Durchmesser auf. Die Platzierung der Auslässe 114 kann eingestellt werden, um eine bestimmte Durchflussgeschwindigkeit des TIM 88 in den Hohlraum 92 zu begünstigen. Die Durchmesser der spezifischen Auslässe 114 können ebenso eingestellt werden, um eine bestimmte Durchflussgeschwindigkeit des TIM 88 in den Hohlraum 92 zu begünstigen.
In diesem Beispiel ist ein Durchmesser der Leitungsauslässe 114, die dem Leitungseinlass 100 am nächsten sind, kleiner als ein Durchmesser der Leitungsauslässe 114, die weiter von dem Leitungseinlass 100 entfernt sind. Die Durchmesser der Leitungsauslässe 114 können schrittweise zunehmen, wenn man sich von dem Leitungseinlass 100 axial wegbewegt. Das heißt, dass, wenn man sich entlang der Leitung 110 von dem Leitungseinlass 100 axial bewegt, jeder folgende Leitungsauslass 114 einen größeren Durchmesser aufweist als die vorhergehenden Leitungsauslässe 114.
In einem anderen Beispiel weisen beide Leitungsauslässe 114, die sich zu dem Hohlraum 92 der Batterieanordnung 18' öffnen, den gleichen ersten Durchmesser auf. Die Leitungsauslässe 114, die sich zu dem Hohlraum 92 öffnen, der mit der zweiten Batterieanordnung 18 von dem Leitungseinlass 100 verknüpft ist, weisen einen gleichen zweiten Durchmesser auf, der größer ist als der erste Durchmesser. Die zweite Batterieanordnung 18 von dem Leitungseinlass 100 grenzt direkt an die Batterieanordnung 18' an. Die Leitungsauslässe 114, die sich zu dem Hohlraum 92 öffnen, der mit der dritten Batterieanordnung 18 von dem Leitungseinlass 100 verknüpft ist, weisen dann einen gleichen dritten Durchmesser auf, der größer ist als der zweite Durchmesser. Ferner weisen die Leitungsauslässe 114, die sich zu dem Hohlraum 92 öffnen, der mit der vierten Batterieanordnung 18 von dem Leitungseinlass 100 verknüpft ist, einen gleichen vierten Durchmesser auf, der größer ist als der zweite Durchmesser.
Indem der Durchmesser der Leitungsauslässe 114 vergrößert wird, kann der Strom des TIM 88 in die Hohlräume 92 vereinfacht werden. Da die Batterieanordnungen 18, die am weitesten von dem Leitungseinlass 100 entfernt positioniert sind, Druckverluste erfahren können, kann eine Vergrößerung des Durchmesser dieser Leitungsauslässe 114 dazu beitragen, zu gewährleisten, dass die Hohlräume 92, die mit den Batterieanordnungen 18 verknüpft sind, vollständig ausgefüllt sind.
Wenn der Hohlraum 92 mit dem TIM 88 gefüllt ist, kann sich das TIM 88 verfestigen oder es kann erstarren. Danach wird die Wahrscheinlichkeit dafür verringert, dass sich das TIM 88 von dem Hohlraum 92 zurück durch die Leitungsauslässe 114 bewegt. Dichtungen, wie etwa Klebeband, können verwendet werden, um das TIM 88 während der Verfestigung zusätzlich zu den umgebenden Strukturen des Batteriepacks 14 (z. B. den Stirnplatten 64 und den Seitenwänden 68) zu halten.
Alternativ kann das TIM 88 in flüssiger Form bleiben und mit dem Hohlraum 92 abgedichtet werden.
Wenn installiert, berührt das TIM 88 direkt nach unten gewandte Flächen der Batteriezellenbaugruppen 60. Nach unten ist in Bezug auf den Horizont oder den Boden gemeint. Andere Ausrichtungen sind möglich. Das heißt, dass das TIM 88 unter anderem in Abhängigkeit davon, wie die Wärmetauscherplatte 72 in Bezug auf die Batteriezellenbaugruppen 60 positioniert ist, in anderen Beispielen in anderen Bereichen des Batteriepacks 14 positioniert sein kann.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform reicht ein Abstand D zwischen den Batterieanordnungen 18', 18 und der Wärmetauscherplatte von 0,25 bis 0,30 Millimeter. Toleranzsummierungen, Abweichungen hinsichtlich der Bauart und andere Faktoren können dazu führen 72, dass der Abstand D in verschiedenen Bereichen in einem der Hohlräume 92 variiert. In dem Beispiel aus 4 hat die axiale Komprimierung der Batteriezellenbaugruppen 60 dazu geführt, dass die Batteriezellenbaugruppen 60 in der Nähe eines axialen Zentrums der Batterieanordnungen 18', 18 mehr von der Wärmetauscherplatte 72 weggezogen werden als die Batteriezellenbaugruppen 60 an den axialen Enden der Batterieanordnungen 18', 18. Der Abstand D ist demnach an einem axialen Zentrum der Batterieanordnungen 18', 18 in Bezug auf den Abstand D an einem axialen Ende der Batterieanordnungen 18', 18 vergrößert.
Da das beispielhafte TIM 88 als eine Flüssigkeit installiert wird, kann sich das TIM 88 an diese Unterschiede hinsichtlich des Abstands D und an andere Maßabweichungen in dem Hohlraum 92 anpassen. Indem das TIM 88 unter Druck in den Hohlraum 92 gedrängt wird, wird ferner gewährleistet, dass sich das TIM 88 an die Abmessungen des Hohlraums 92 anpasst und den Hohlraum 92 vollständig ausfüllt. Durch ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraums 92 mit dem TIM 88 werden ein guter thermischer Kontakt zwischen den Batteriezellenbaugruppen 60 und dem TIM 88 sowie ein guter thermischer Kontakt zwischen dem TIM 88 und der Wärmetauscherplatte 72 gewährleistet. Das TIM 88 kann in einigen Beispielen in den Hohlraum 92 eingespritzt werden, bis ein Schwellendruck erreicht wird, wodurch Abweichungen hinsichtlich der Menge des TIM 88 ermöglicht werden können, das verwendet wird, um einen bestimmten der Hohlräume 92 auszufüllen.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann ein Umfang des Hohlraums 92 konfiguriert sein, um das TIM 88 zu einem oder mehreren Sickerschlitzen zu kommunizieren. Die Sickerschlitze sind bemessen, um einen Gegendruck zu entwickeln, der einem Fülldruck der Pumpe 94 entspricht. Die Größen der Sickerschlitze können variieren. Zum Beispiel können sich kleinere Sickerschlitze zu Bereichen des Hohlraums 92 öffnen, die den Leitungsauslässen 114 am nächsten sind, und größere Sickerschlitze können sich zu Bereichen des Hohlraums 92 öffnen, die weiter von den Leitungsauslässen 114 entfernt sind, wie etwa Bereiche in der Nähe der äußeren Ecken des Hohlraums 92.
Die kleineren Sickerschlitze können zulassen, dass Luft aus dem Hohlraum 92 entweicht, während der Hohlraum 92 mit dem TIM 88 gefüllt wird, um ein vollständigeres Ausfüllen des Hohlraums 92 zu begünstigen. Die kleineren Sickerschlitze können bemessen sein, um einen wesentlichen Strom des TIM 88 zu hemmen, wodurch das TIM 88 angeregt wird, in anderen Bereichen des Hohlraums 92 zu strömen. Das heißt, dass die beispielhaften kleineren Sickerschlitze nicht so groß gehalten werden, dass im Wesentlichen Mengen an TIM 88 durch die kleineren Sickerschlitze strömen und die Ecken des Hohlraums 92 ungenügend ausgefüllt werden.
In diesem Beispiel öffnen sich sowohl der Leitungseinlass 100 zu der Leitung 110 als auch die Leitungsauslässe 114 zu einer nach oben gewandten Fläche 122 der Wärmetauscherplatte 72. Andere Positionierungen für den Leitungseinlass 100 und die Leitungsauslässe 114 sind möglich.
Da der beispielhafte Hohlraum 92 im Allgemeinen senkrecht zu einer Gravitationskraft ausgerichtet ist, die auf das Batteriepack 14 wirkt, breitet sich das TIM 88 von den Leitungsauslässen 114 nach außen aus, wenn es in den Hohlraum 92 eintritt. Durch diese Ausrichtung kann das Ausfüllen des Hohlraums 92 mit dem TIM 88 begünstigt werden, da das TIM 88 im Wesentlichen nicht durch die Schwerkraft zu einer der lateralen Seiten des Hohlraums 92 gezogen wird.
In Bezug auf 7 weist nun eine andere beispielhafte Wärmetauscherplatte 130 einen Leitungseinlass 134 zu einer Leitung 136 in einer axial gerichteten Fläche 138 auf. Eine Vielzahl von Leitungsauslässen 142 von der Leitung öffnet sich zu einer Fläche 146 der Wärmetauscherplatte 130, die mit Batterieanordnungen in einem Batteriepack Schnittstellen bildet. Die Fläche 138 verläuft quer zu der Fläche 146.
Wie die Leitung 110 aus 6 wird die Leitung 136 verwendet, um ein TIM in flüssiger Form zu Hohlräumen zwischen der Wärmetauscherplatte 130 und einer Vielzahl von Batterieanordnungen zu bewegen. Da der Leitungseinlass 134 zu dem Leitungsauslass 142 quer verläuft, lenkt die Leitung 136 einen Strom des TIM von einer ersten Richtung zu einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung um. Der Leitungseinlass 134 kann bedeckt werden, um das TIM daran zu hindern, aus den Hohlräumen durch die Leitung 136 zurückzuströmen.
In Bezug auf 8 schließt nun eine weitere beispielhafte Wärmetauscherplatte 150 eine Vielzahl von Leitungseinlässen 154, Leitungen 158 und Leitungsauslässen 162 ein. Ein TIM wird durch die Leitungen 158 in einer Richtung D zu Hohlräumen zwischen Batterieanordnungen und der Wärmetauscherplatte 150 bewegt. Sobald die Hohlräume gefüllt sind, können die Leitungsauslässe 162 oder Leitungen 158 bedeckt werden.
Jeder der Leitungseinlässe 154 ist mit einem der Leitungsauslässe 142 verknüpft. Jede der Leitungen 158 erstreckt sich linear durch die Wärmetauscherplatte 150 von dem Leitungseinlass 154 zu dem Leitungsauslass 162.
Jede der beispielhaften Leitungen 158 ist mit einem der Hohlräume in dem Batteriepack verknüpft. Das Strukturieren der Wärmetauscherplatte 150, sodass sie mehrere Leitungen aufweist, um das TIM zu Hohlräumen zu kommunizieren, kann dazu beitragen, zu steuern, wie viel TIM zu jedem der Hohlräume kommuniziert wird. Da die Größen der Hohlräume aufgrund von Toleranzen hinsichtlich der Bauart, der Größe der Anordnung usw. variieren können, können unterschiedliche Mengen des TIM durch jede der Leitungen 158 kommuniziert werden.
In einigen Beispielen kann die Wärmetauscherplatte 150 eine Füllstandsanzeige 164 einbinden, die mit jedem der Hohlräume verknüpft ist. Die Füllstandsanzeige 164 erstreckt sich durch die Wärmetauscherplatte 150 und öffnet sich zu einem der Hohlräume. In einigen Ausführungsformen stellt die Füllstandsanzeige 164 einen Weg bereit, um zu sehen, ob der Hohlraum mit TIM gefüllt ist oder nicht. In anderen Beispielen strömt das TIM aus dem Hohlraum in eine Richtung F durch die Füllstandsanzeige 164 hinaus, wenn der Hohlraum mit TIM gefüllt ist. Durch eine Beobachtung des TIM, das aus der Füllstandsanzeige 164 herausströmt, wird demnach eine Anzeige dafür bereitgestellt, dass der Hohlraum mit TIM gefüllt ist. Die Füllstandsanzeigen 164 können nach dem Ausfüllen bedeckt werden, um zu verhindern, dass sich TIM aus den Hohlräumen durch die Füllstandsanzeigen 164 bewegt, sobald die Hohlräume gefüllt sind. In einigen Beispielen sind die Füllstandsanzeigen 164 wie die zuvor beschriebenen Sickerschlitze strategisch platziert, um eine im Wesentlichen vollständige Füllung des Hohlraums 92, besonders in den Bereichen zu begünstigen, die schwieriger auszufüllen sind, wie etwa in den äußeren Ecken des Hohlraums 92, die am weitesten von den Auslassleitungen 114 entfernt sind.
Zusätzlich zu der Wärmetauscherplatte 150 können Füllstandsanzeigen in Verbindung mit der Wärmetauscherplatte 72 aus 2–6 oder der Wärmetauscherplatte 130 aus 7 verwendet werden.
Merkmale der offenbarten Beispiele können ein TIM-Installationsverfahren einschließen, das ein vollständiges Ausfüllen eines Hohlraums zwischen Batterieanordnungen und einer Wärmeleitplatte ohne Lücken vereinfacht. Die offenbarten Beispiele machen keine separate Leitung oder eine andere Installationsstelle erforderlich als die Leitung, die in der Wärmeleitplatte eingerichtet wird.
Durch eine Gestaltung der TIM-Leitungsauslassbohrungen, eine Menge an TIM und Leitmerkmale für das TIM kann eine schnelle Installation des TIM in das Batteriepack begünstigt werden, um den Hohlraum ohne Lücken und ohne dass wesentliche Mengen an TIM aus dem Hohlraum gedrückt werden, vollständig auszufüllen.
Die vorstehende Beschreibung ist eher beispielhafter als einschränkender Natur. Für einen Fachmann können Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele ersichtlich sein, die nicht zwangsläufig vom Kern dieser Offenbarung ausgehen. Demnach kann der Schutzumfang dieser Offenbarung lediglich durch die Analyse der folgenden Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Batteriewärmeleitmaterialinstallationsbaugruppe, umfassend: eine Wärmetauscherplatte, einschließend eine Leitung mit mindestens einem Leitungseinlass, der sich zu einer Außenseite einer Batterieanordnung öffnet, und mindestens einem Leitungsauslass, der sich zu einem Hohlraum zwischen der Wärmetauscherplatte und einer Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen öffnet.
Baugruppe nach Anspruch 1, umfassend ein Wärmeleitmaterial in dem Hohlraum.
Baugruppe nach Anspruch 2, umfassend das Wärmeleitmaterial in der Leitung.
Baugruppe nach Anspruch 1, umfassend eine Kappe, die an dem Einlass gesichert ist, um ein Wärmeleitmaterial daran zu hindern, durch den Leitungseinlass zu strömen.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Leitungseinlass in einer ersten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt wird, und der mindestens eine Auslass in einer zweiten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt wird, die zu der ersten Fläche quer verläuft.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Einlass in einer ersten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt wird, und der mindestens eine Leitungsauslass in einer zweiten Fläche der Wärmetauscherplatte bereitgestellt wird, die im Allgemeinen senkrecht zu der ersten Fläche verläuft.
Baugruppe nach Anspruch 6, wobei sich die Leitung von dem mindestens einen Leitungseinlass zu dem mindestens einen Leitungsauslass linear erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Wärmetauscherplatte ferner eine Vielzahl von Kühlmittelkanälen einschließt, die von der Leitung getrennt sind und sich von dieser unterscheiden.
Baugruppe nach Anspruch 1, umfassend ein Wärmeleitmaterial in dem Hohlraum, und die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen, die entlang einer Achse verteilt ist, wobei das Wärmeleitmaterial konfiguriert ist, um Wärmeenergie von der Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen auf die Wärmetauscherplatte zu übertragen.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen einer ersten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen entspricht, und umfassend eine zweite Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen, die von der ersten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen beabstandet ist, wobei das Wärmeleitmaterial konfiguriert ist, um Wärmeenergie sowohl von der ersten als auch der zweiten Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen auf die Wärmetauscherplatte zu übertragen.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen zwischen einem Paar von Stirnplatten axial komprimiert ist.