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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Batteriepacks für elektrifizierte Fahrzeuge. Ein beispielhaftes Batteriepack beinhaltet seitenorientierte Batteriebaugruppen, die eine gemeinsame Entlüftungskammer teilen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der Wunsch nach einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes von Automobilen ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge sind eine Fahrzeugart, welche in dieser Hinsicht gerade entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge dadurch von konventionellen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Konventionelle Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu ausschließlich auf den Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug mit Energie zu versorgen und anzutreiben.
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Ein Hochspannungs-Antriebsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs in der Regel mit Energie. Das Batteriepack beinhaltet eine Vielzahl von miteinander verbundenen Batteriezellen, die Energie speichern, um diese elektrischen Verbraucher mit Energie zu versorgen. Es gibt oftmals einen begrenzten Platz innerhalb eines Fahrzeugs, um das Batteriepack unterzubringen. Deshalb sind platzeffiziente Batteriepackdesigns wünschenswert.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Batteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet unter anderem eine erste seitenorientierte Batteriebaugruppe, eine zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe und eine Entlüftungskammer, die zwischen der ersten seitenorientierten Batteriebaugruppe und der zweiten seitenorientierten Batteriebaugruppe angeordnet ist.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform des vorstehenden Batteriepacks beinhalten die erste seitenorientierte Batteriebaugruppe und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines der vorstehenden Batteriepacks ist die Vielzahl der Batteriezellen derart angeordnet, dass eine erste Dimension, die sich entlang einer X-Achse der Vielzahl von Batteriezellen erstreckt, kleiner ist als eine zweite Dimension, die sich entlang einer Z-Achse der Vielzahl von Batteriezellen erstreckt.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks sind die ersten seitenorientierte Batteriebaugruppe und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe in einer vertikalen Richtung größer als in einer horizontalen Richtung.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist eine erste Entlüftung einer ersten Batteriezelle der ersten seitenorientierten Batterieanordnung einer zweiten Entlüftung einer zweiten Batteriezelle der zweiten seitenorientierten Batterieanordnung zugewandt, sodass sowohl die erste Entlüftung als auch die zweite Entlüftung in Fluidverbindung mit der Entlüftungskammer stehen.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist die Entlüftungskammer ein geschlossener Raum, der von einer oberen Platte, einer unteren Platte und zwei Endplatten gebildet wird.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks liegen mindestens eine der oberen Platte, der unteren Platte oder der zwei Endplatten an einem Leistenstreifen an.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks liegen mindestens eine der oberen Platte, der unteren Platte oder der zwei Endplatten an einer Leiste an, die von einer Lasche eines Abstandshalters gebildet wird.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks liegen mindestens eine der oberen Platte, der unteren Platte oder der zwei Endplatten an einer Leiste an, die von einem Arm einer Seitenschiene gebildet wird.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks wird der Entlüftungsschlauch mit mindestens einer der oberen Platte, der unteren Platte oder der zwei Endplatten verbunden.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet die erste seitenorientierte Batteriebaugruppe eine erste Wärmetauschvorrichtung und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe beinhaltet eine zweite Wärmetauschvorrichtung.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist eine Wärmetauschvorrichtung axial zwischen einer der ersten seitenorientierten Batteriebaugruppe und der zweiten seitenorientierten Batteriebaugruppe und einer dritten seitenorientierten Batteriebaugruppe positioniert.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet die Wärmetauschvorrichtung mindestens einen Kühlmitteldurchlass.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks bildet eine Wärmetauschvorrichtung eine äußere Wand des Batteriepacks.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks bildet eine Wärmetauschvorrichtung eine innere Barriere des Batteriepacks.
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Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft unter anderem Anordnen einer ersten seitenorientierten Batteriebaugruppe relativ zu einer zweiten seitenorientierten Baugruppe eines Batteriepacks, sodass die erste und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe eine gemeinsame Entlüftungskammer teilen.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anordnen Zuwenden einer ersten Entlüftung einer ersten Batteriezelle der ersten seitenorientierten Batteriebaugruppe zu einer zweiten Entlüftung einer zweiten Batteriezelle der zweiten seitenorientierten Batteriebaugruppe.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anordnen Positionieren einer Wärmetauschvorrichtung, um eine äußere Wand des Batteriepacks zu bilden.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anordnen Positionieren einer Wärmetauschvorrichtung, um eine innere Barriere des Batteriepacks zu bilden.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhalten die erste seitenorientierte Batteriebaugruppe und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe eine Vielzahl von Batteriezellen, und das Verfahren beinhaltet Anordnen der Vielzahl von Batteriezellen, sodass eine erste Dimension, die sich entlang einer X-Achse der Vielzahl von Batteriezellen erstreckt, kleiner ist als eine zweite Dimension, die sich entlang einer Z-Achse der Vielzahl von Batteriezellen erstreckt.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Abschnitte, die Ansprüche oder die nachstehende Beschreibung und die nachstehenden Zeichnungen, einschließlich jedweder der dazugehören verschiedenen Aspekte oder jeweiliger individueller Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale gelten für alle Ausführungsformen, sofern derartige Merkmale nicht inkompatibel sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung gehen für den Fachmann aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervor. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs.
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2 veranschaulicht ein Batteriepack mit einem platzeffizienten Design.
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3 veranschaulicht zusätzliche Merkmale des Batteriepacks aus 2.
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4 veranschaulicht eine Konfiguration der Batteriepack-Entlüftungskammer.
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5 veranschaulicht eine andere Konfiguration der Batteriepack-Entlüftungskammer.
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6 veranschaulicht ein anderes beispielhaftes Batteriepack mit einem platzeffizienten Design.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt verschiedene Batteriepackdesigns zur Verwendung innerhalb von elektrifizierten Fahrzeugen. Ein beispielhaftes Batteriepack beinhaltet erste und zweite seitenorientierte Batteriebaugruppen. Die erste und die zweite seitenorientierte Batteriebaugruppe können angeordnet sein, um eine gemeinsame Entlüftungskammer zum Bilden eines platzeffizienten Verpackungsdesigns zu teilen. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Abschnitten der vorliegenden detaillierten Beschreibung ausführlicher erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Obwohl als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) dargestellt, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, darunter unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
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In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, welches ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Zum ersten Antriebssystem gehört eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. eine erste elektrische Maschine). Zum zweiten Antriebssystem gehören mindestens ein Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), der Generator 18 und ein Batteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um ein oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, deckt die vorliegende Offenbarung ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug ab, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeugen.
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Der Verbrennungsmotor 14, bei welchem es sich bei einer Ausführungsform um einen Verbrennungsmotor handelt, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, miteinander verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 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.
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Der Generator 18 kann vom Verbrennungsmotor 14 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 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. Da der Generator 18 betriebsfähig mit dem Motor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, welche über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz einschließen, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 einschließt. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 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. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 kann zudem verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, welche ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, bei welchem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotor zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an das Batteriepack 24 ausgeben.
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Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie eines Elektrofahrzeugs. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um ein Hochspannungstraktionsbatteriepack handeln, welches eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 enthält (d. h. Batteriearrays oder Gruppen von Batteriezellen), welche in der Lage sind, elektrische Energie auszugeben, um den Elektromotor 22 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsarten auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (Electric Vehicle – EV) arbeiten, bei welchem der Elektromotor 22 verwendet wird (im Allgemeinen ohne Unterstützung vom Verbrennungsmotor 14), um das Fahrzeug anzutreiben, wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter bestimmten Fahrmustern/Zyklen bis zur maximal zulässigen Entladerate entladen wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel einer Entladebetriebsart für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter einigen Umständen erhöhen, beispielsweise durch einen Zeitraum regenerativen Bremsens. Der Verbrennungsmotor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen abgeschaltet (OFF), könnte jedoch nach Bedarf auf der Grundlage eines Fahrzeugssystemzustands oder nach Maßgabe durch den Fahrzeugführer betrieben werden.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid-Modus (HEV) laufen, in welchem der Verbrennungsmotor 14 und der Elektromotor 22 jeweils zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel einer Betriebsart zum Erhalten der Batterieladung für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Verwendung des Elektromotors 22 zum Antreiben des Fahrzeugs verringern, um den Ladezustand des Batteriepacks 24 konstant oder ungefähr konstant zu halten, indem es den Antrieb durch den Verbrennungsmotor 14 steigert. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann neben den EV- und HEV-Modi im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung in anderen Betriebsarten betrieben werden.
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Die 2 und 3 veranschaulichen ein Batteriepack 24, das innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs genutzt werden kann. Zum Beispiel könnte das Batteriepack 24 Teil des elektrifizierten Fahrzeugs 12 aus 1 sein.
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Das Batteriepack 24 beinhaltet eine erste Batteriebaugruppe 25A und eine zweite Batteriebaugruppe 25B, die benachbart zur ersten Batteriebaugruppe 25A angeordnet sind. Jede Batteriebaugruppe 25A, 25B beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 56, die elektrische Energie speichern, um verschiedene elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgen. Obwohl eine spezifische Anzahl an Batteriezellen 56 in 2 dargestellt sind, könnte das Batteriepack 24 eine größere oder kleinere Anzahl an Batteriezellen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung nutzen. In anderen Worten, diese Offenbarung ist nicht auf die spezifische in den 2 und 3 gezeigte Konfiguration begrenzt.
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Die Batteriezellen 56 jeder Batterieanordnung 25A, 25B kann nebeneinander entlang einer Längsachse gestapelt sein, um eine Gruppe von Batteriezellen 56 zu bilden, die manchmal als „Zellstapel“ bezeichnet wird. Das Batteriepack 24 kann zwei oder mehrere separate Gruppen von Batteriezellen 56 beinhalten.
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In einer nicht begrenzenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Allerdings könnten Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, beutelartig usw.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Bleisäure usw.) oder beidem alternativ innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
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Die Batteriezellen 56 können, zusammen mit jeder beliebigen anderen Stützstruktur (z. B. Abstandshalter, Schienen, Wände, Platten, Bindungen usw.), gemeinsam als eine Batteriebaugruppe bezeichnet werden. Zwei Batteriebaugruppen 25A, 25B werden in den 2 und 3 gezeigt; allerdings kann das Batteriepack 24 eine größere Anzahl an Batteriebaugruppen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung beinhalten.
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Die erste und zweite Batteriebaugruppe 25A, 25B werden als „seitenorientierte Batteriebaugruppen“ betrachtet, da sie zu ihren Seiten und nicht zur ihren Unterseiten ausgerichtet sind. In solch einer Konfiguration ist zum Beispiel eine Dimension D1, die sich entlang einer X-Achse (d. h. einer horizontalen Achse) der Batteriezellen 56 jeder Batteriebaugruppe 25A, 25B erstreckt, kleiner als eine Dimension D2, die sich entlang einer Z-Achse (d. h. einer vertikalen Achse) der Batteriezellen 56 erstreckt (siehe 2). Somit sind die erste und zweite Batteriebaugruppe 25A, 25B in dieser nicht begrenzenden Ausführungsform in der vertikalen Richtung größer als in der horizontalen Richtung. Diese Konfiguration ermöglicht dem Batteriepack 24, effizient in einen Fahrzeugraum verpackt zu werden, der über ausreichend vertikalen Raum verfügt, jedoch in der horizontalen Richtung begrenzt sein kann.
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Die Batteriezellen 56 der ersten und zweiten Batteriebaugruppe 25A, 25B können jeweils eine oder mehrere Entlüftungen 58 beinhalten, die zu einer gemeinsamen oder geteilten Entlüftungskammer 60 entlüften. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform sind die Entlüftungen 58 der Batteriezellen 56 der ersten Batteriebaugruppe 5A aufgrund der seitenorientierten Eigenschaft dieser Baugruppen den Entlüftungen 58 der Batteriezellen 56 der zweiten Batteriebaugruppe 25B zugewandt. Die Entlüftungskammer 60 ist axial zwischen der ersten und zweiten Batteriebaugruppe 25A, 25B in dieser nicht begrenzenden Ausführungsform positioniert.
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Die Entlüftungen 58 können Batterieentlüftungsnebenprodukte 62, wie etwa Gase oder andere Nebenprodukte, während bestimmten Batteriezellentlüftungsereignissen aus den Batteriezellen 56 ausstoßen. Zum Beispiel können Batterieentlüftungsereignisse bei Übertemperatur- oder Überladungsbedingungen der Batteriezellen 56 oder bei anderen Zellbedingungen auftreten.
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Die Entlüftungskammer 60 wird durch mehrere Platten gebildet, die an die erste und zweite Batteriebaugruppe 25A, 25B montiert sind. Zum Beispiel kann die Entlüftungskammer eine obere Platte 64, eine untere Platte 66 und zwei Endplatten 68 beinhalten. Die obere Platte 64 und die untere Platte 66 werden am besten in 2 veranschaulicht, wohingegen eine der Endplatten 68 in 3 veranschaulicht wird. Eine andere Endplatte 68 ist am gegenüberliegenden Ende des Batteriepacks 24 positioniert und wird deshalb nicht in den beispielhaften Figuren gezeigt. Gemeinsam bilden die obere Platte 64, die untere Platte 66 und die Endplatten 68 einen geschlossenen Raum, um die Batterieentlüftungsnebenprodukte 62 aufzunehmen. Die Batterieentlüftungsnebenprodukte 62 können aus der Entlüftungskammer 60 zu einer Position außerhalb des Batteriepacks 24 durch einen Entlüftungsschlauch 70 ausgestoßen werden. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform ist der Entlüftungsschlauch 70 mit einer oder beiden der Endplatten 68 verbunden (siehe z. B. 3). Allerdings könnte der Entlüftungsschlauch 70 an anderen Stellen mit der Entlüftungskammer 60 verbunden werden.
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Die obere Platte 64, die untere Platte 66 und die Endplatten 68 können relativ zur ersten und zweiten Batteriebaugruppe 25A, 25B mit Hilfe einer Vielzahl von Techniken positioniert werden. In einer ersten nicht begrenzenden Ausführungsform werden die Leistenstreifen 72 auf den Batteriezellen 56 jeder Batteriebaugruppe 25A, 25B montiert (siehe z. B. 2 und 3). Die obere Platte 64 und die untere Platte 66 liegen an den Leistenstreifen 72 an, sodass sie bündig mit äußeren Flächen der Batteriebaugruppen 25A, 25B positioniert sind. Die Endplatten 68 können in ähnlicher Weise positioniert sein.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, werden benachbarte Batteriezellen 56 jeder Batteriebaugruppe 25A, 25B durch einen Abstandshalter 74 separiert. Jeder Abstandshalter 74 beinhaltet eine Lasche 76, die sich über die Kanten der benachbarten Batteriezellen 56 hinaus erstreckt. Die Laschen 76 bilden Leisten 78 zum Aufnehmen der Platten. Zum Beispiel können die obere Platte 64 und die untere Platte 66 an den Leisten 78 anliegen.
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In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, beinhaltet jede Batteriebaugruppe 25A, 25B eine Seitenschiene 80. Die Seitenschienen 80 beinhalten Arme 82, die sich in die Entlüftungskammer 60 erstrecken. Die Arme 82 fangen die Platten auf (nur die in 5 gezeigte obere Platte 64).
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Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 beinhaltet jede der ersten und zweiten Batteriebaugruppe 25A, 25B zusätzlich eine Wärmetauschvorrichtung 84, die manchmal als eine Kälteplatte bezeichnet werden kann. Die Wärmetauschvorrichtungen 84 sind auf einer gegenüberliegenden Seite ihrer entsprechenden Batteriebaugruppe 25A, 25B von der Entlüftungskammer 60 positioniert.
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Die Wärmetauschvorrichtungen 84 führen mehrere Funktionen durch. Eine erste Funktion der Wärmetauschvorrichtungen 84 besteht darin, die Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppen 25A, 25B thermisch zu verwalten. Zum Beispiel kann Wärme während Ladevorgängen, Entladevorgängen, extremen Umgebungsbedingungen oder anderen Bedingungen von den Batteriezellen 56 erzeugt und freigegeben werden. Es ist oftmals wünschenswert, die Wärme aus dem Batteriepack 24 zu entfernen, um Leistung und Lebensdauer der Batteriezellen 56 zu verbessern. Die Wärmetauschvorrichtungen 84 sind dazu konfiguriert, die Wärme aus den Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppen 25A, 25B zu leiten. Mit anderen Worten, fungieren die Wärmetauschvorrichtungen 84 als Kühlelement, um Wärme aus den Wärmequellen (d. h. den Batteriezellen 56) zu entfernen. Die Wärmetauschvorrichtungen 84 können alternativ genutzt werden, um die Batteriezellen 56 zu erwärmen, wie etwa während extrem kalten Umgebungsbedingungen. In einer weiteren nicht begrenzenden Ausführungsform könnten die Wärmetauschvorrichtungen 84 mit einem oder mehreren Kühlmitteldurchlässen zum Verbinden eines Mediums, wie etwa Kühlmittel, Luft oder Kältemittel, konfiguriert sein, um Wärme aus den Batteriebaugruppen 25A, 25B abzuleiten.
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Die Wärmetauschvorrichtungen 84 können außerdem funktionieren, um eine Barriere oder Wand des Batteriepacks 24 zu erzeugen. Zum Beispiel könnten die Wärmetauschvorrichtungen 84 entweder als eine äußere Wand des Batteriepacks 24 oder als eine Barriere zwischen der ersten oder zweiten Batteriebaugruppe 25A, 25B und zusätzlichen Batteriebaugruppen innerhalb des Batteriepacks 24 fungieren. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Wärmetauschvorrichtungen 84 als äußere Seitenwände einer Umhüllungsbaugruppe 86 angeordnet, die außerdem einen Deckel 88 und eine Basis 90 beinhalten (siehe z. B. 3). Obwohl nicht gezeigt, könnten der Deckel 88 und die Basis 90 auch mit einem oder mehreren Kühlmitteldurchlässen zum Verbinden eines Mediums, wie etwa Kühlmittel, Luft oder Kältemittel, konfiguriert sein, um Wärme aus den Batteriebaugruppen 25A, 25B abzuleiten.
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6 veranschaulicht ein anderes beispielhaftes Batteriepack 124, das ein platzeffizientes Verpackungsdesign aufweist. Das Batteriepack 124 beinhaltet eine erste Batteriebaugruppe 125A und eine zweite Batteriebaugruppe 125B, die eine gemeinsame Wärmetauschvorrichtung 184 teilen. Die Wärmetauschvorrichtung 184 ist axial zwischen der ersten Batteriebaugruppe 125A und der zweiten Batteriebaugruppe 125B angeordnet.
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Die erste und die zweite Batteriebaugruppe 125A, 125B sind seitenorientierte Baugruppen, die jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen 156 beinhalten. Die Batteriezellen 156 können jeweils eine oder mehrere Entlüftungen 158 beinhalten. In dieser nicht begrenzenden Ausführungsform sind die Entlüftungen 158 der Batteriezellen 156 der ersten Batteriebaugruppe 125A in einer Richtung weg von den Entlüftungen 158 der Batteriezellen 156 der zweiten Batteriebaugruppe 125B ausgerichtet.
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Die beispielhafte Wärmetauschvorrichtung 184 ist dazu konfiguriert, Wärme aus den Batteriezellen 156 der Batteriebaugruppen 125A, 125B zu leiten. In einer nicht begrenzenden Ausführungsform beinhaltet die Wärmetauschvorrichtung 184 einen oder mehrere Kühlmitteldurchlässe 192, die sich dadurch erstrecken. Ein Medium, wie etwa Kühlmittel, Luft oder Kältemittel, können durch jeden Kühlmitteldurchlass 192 kommuniziert werden, um Wärme aus der ersten Batteriebaugruppe 125A und der zweiten Batteriebaugruppe 125B durch eine erzwungene Konvektion abzuleiten.
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In einer anderen nicht begrenzenden Ausführungsform kann das Batteriepack 124 aus 6 in Kombination mit dem Batteriepack 24 aus den 2–5 verwendet werden, um ein skalierbares Design bereitzustellen. Mehrere Batteriepacks 24 und Batteriepacks 124 können innerhalb einer einzigen Baugruppe zusammen gestapelt werden, um ein platzeffizientes Design bereitzustellen, in dem sowohl die Entlüftungskammern und die Wärmetauschvorrichtungen von zwei oder mehrere Batteriebaugruppen geteilt werden.
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Die Batteriepacks dieser Offenbarung weisen platzeffiziente Verpackungsdesigns auf. Die platzeffizienten Verpackungsdesigns werden erreicht, indem die Batteriebaugruppen des Packs derart angeordnet werden, dass die Baugruppen eine gemeinsame Entlüftungskammer oder eine gemeinsame Wärmetauschvorrichtung teilen.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht sind, dass sie konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine konkrete Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Modifikationen durch den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Geltungsbereich und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu ermitteln.
