DE102017128190A1

DE102017128190A1 - Rahmen für Batteriepackarray mit integrierten Befestigungselementgehäusen

Info

Publication number: DE102017128190A1
Application number: DE102017128190.8A
Authority: DE
Inventors: Saravanan Paramasivam; Steve Droste; Rajaram Subramanian; Kimberley King
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN108116213B; US20180151858A1; CN108116213A; US20200020905A1; US11342628B2; US10431785B2

Abstract

Ein Batteriepack beinhaltet eine Stützstruktur, einen Array-Rahmen, der ein Befestigungselementgehäuse beinhaltet, und ein Befestigungselement, das durch das Befestigungselementgehäuse aufgenommen wird, um den Array-Rahmen an der Stützstruktur anzubringen. Der Array-Rahmen kann an der Stützstruktur unter Verwendung eines Top-Down-Prinzips angebracht werden, das Einsetzen eines Befestigungselements durch ein Befestigungselementgehäuse des Array-Rahmens beinhaltet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Batteriepacks für elektrifizierte Fahrzeuge. Ein beispielhaftes Batteriepack beinhaltet einen Array-Rahmen, der ein Befestigungselementgehäuse aufweist. Das Befestigungselementgehäuse ist konfiguriert, um ein Befestigungselement zum Anbringen des Array-Rahmens an eine Stützstruktur des Batteriepacks aufzunehmen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Wunsch, Kraftstoffverbrauch und Emissionen eines Fahrzeugs zu verringern, ist gut dokumentiert. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge werden gegenwärtig zu diesem Zweck entwickelt. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf den Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Ein Hochspannungsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs in der Regel mit Energie. Das Batteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die Energie zum Versorgen dieser elektrischen Verbraucher mit Energie speichern. Die Batteriezellen sind häufig zu einer oder mehreren Baugruppen zusammengepackt, wobei verschiedene Stützstrukturen wie Rahmen, Abstandshalter, Schienen, Wände, Platten, Anbindungen usw. verwendet werden. Oftmals steht in einem Fahrzeug begrenzter Platz zum Unterbringen des Batteriepacks zur Verfügung. Deshalb sind platzsparende Konstruktionen auf diesem Gebiet wünschenswert.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Stützstruktur, einen Array-Rahmen, der ein Befestigungselementgehäuse beinhaltet, und ein Befestigungselement, das durch das Befestigungselementgehäuse aufgenommen wird, um den Array-Rahmen an der Stützstruktur anzubringen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Batteriepacks ist eine Batteriezelle innerhalb einer Tasche des Array-Rahmens untergebracht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der beiden vorstehenden Batteriepacks ist die Stützstruktur ein Boden einer Einfassungsbaugruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist ein zweiter Array-Rahmen mit dem Array-Rahmen verbunden.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet der zweite Array-Rahmen ein zweites Befestigungselementgehäuse, das anders als das Befestigungselementgehäuse konfiguriert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet der zweite Array-Rahmen ein zweites Befestigungselementgehäuse, das gleich wie das Befestigungselementgehäuse konfiguriert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet das Befestigungselementgehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist die erste Öffnung konfiguriert, um einen Stab aufzunehmen, und ist die zweite Öffnung konfiguriert, um das Befestigungselement aufzunehmen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks erstreckt sich die erste Öffnung entlang einer ersten Achse und erstreckt sich die zweite Öffnung entlang einer zweiten Achse und die erste Achse ist senkrecht zur zweiten Achse.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist der Array-Rahmen entlang einer Längsachse angeordnet und die erste Achse und die zweite Achse sind beide senkrecht zu der Längsachse.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks beinhaltet der Array-Rahmen eine obere Wand, eine untere Wand und eine Rahmenabzweigung, die sich zwischen der oberen Wand und der unteren Wand erstreckt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist das Befestigungselementgehäuse an einer Verbindungsstelle zwischen der Rahmenabzweigung und der unteren Wand angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist das Befestigungselementgehäuse an einer Verbindungsstelle zwischen der Rahmenabzweigung und der oberen Wand angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist das Befestigungselementgehäuse nahe einem Oberteil des Array-Rahmens angeordnet und ist ein zweites Befestigungselementgehäuse nahe einem Unterteil des Array-Rahmens angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Batteriepacks ist das Befestigungselementgehäuse zwischen Befestigungselementgehäusen eines benachbarten Array-Rahmens verschachtelt.
Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Positionieren eines Array-Rahmens in Bezug auf eine Stützstruktur eines Batteriepacks und Verwenden eines Top-Down-Prinzips zum Anbringen des Array-Rahmens an der Stützstruktur. Das Anbringen des Array-Rahmens beinhaltet Einsetzen eines Befestigungselements durch ein Befestigungselementgehäuse des Array-Rahmens.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens beinhaltet das Befestigungselementgehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung, und das Anbringen des Array-Rahmens beinhaltet Einsetzen des Befestigungselements durch die zweite Öffnung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der beiden vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anbringen des Array-Rahmens Einsetzen eines Stabs durch die erste Öffnung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Top-Down-Prinzip Bewegen des Befestigungselements in einer Richtung, die sich von einer oberen Wand des Befestigungselementgehäuses in Richtung einer unteren Wand des Befestigungselementgehäuses erstreckt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens ist die Stützstruktur ein Boden einer Einfassungsbaugruppe des Batteriepacks.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen, einschließlich jeglicher der unterschiedlichen Aspekte oder jeweiligen einzelnen Merkmale davon, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander betrachtet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, gelten für alle Ausführungsformen, sofern solche Merkmale nicht inkompatibel sind.
Die unterschiedlichen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich wie folgt kurz beschreiben.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht ein Batteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs.
3 veranschaulicht einen Array-Rahmen gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Offenbarung.
4 veranschaulicht mehrere Array-Rahmen, die zusammen gestapelt sind, um eine Batteriebaugruppe aufzubauen.
5 ist eine Querschnittsansicht, die Abschnitte eines Batteriepacks darstellt.
6 veranschaulicht einen Array-Rahmen gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Offenbarung.
7 veranschaulicht einen Array-Rahmen gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Offenbarung.
8 veranschaulicht Abschnitte eines weiteren Batteriepacks.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt verschiedene Batteriepackausgesaltungen zur Verwendung in elektrifizierten Fahrzeugen. Ein beispielhaftes Batteriepack beinhaltet eine Stützstruktur und einen Array-Rahmen, der an der Stützstruktur angebracht ist. Der Array-Rahmen beinhaltet ein Befestigungselementgehäuse, das konfiguriert ist, um ein Befestigungselement aufzunehmen. Unter Verwendung eines Top-Down-Prinzips kann das Befestigungselement durch das Befestigungselementgehäuse eingesetzt werden, um den Array-Rahmen an der Stützstruktur anzubringen. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung ausführlicher erläutert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Auch wenn es als Hybrid-Elektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) dargestellt ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und auch auf andere elektrifizierte Fahrzeuge angewandt werden könnten, einschließlich unter anderem auf Plug-in-Hybridfahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEV), Batterie-Elektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEV), Brennstoffzellenfahrzeuge usw.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes und zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. eine erste elektrische Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und ein Batteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Auch wenn 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.
Der Motor 14, der ein Verbrennungsmotor sein kann, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetenradsatz, miteinander verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 18 kann vom Motor 14 durch die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ dazu als ein Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, welche mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Motor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Motor 14 auf ein Differentialgetriebe 48, um schließlich den Fahrzeugantriebsräder 28 Traktion bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differentialgetriebe 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann zudem verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremsungssystems zusammen, bei dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an das Batteriepack 24 ausgeben.
Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Batteriepack 24 kann ein Hochspannungstraktionsbatteriepack sein, das eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 beinhaltet (d. h. Batteriearrays oder Gruppen von Batteriezellen), die in der Lage sind, elektrische Energie auszugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen könnten ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Energie zu versorgen.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug (electric vehicle - EV)-Modus betrieben werden, bei dem ein Elektromotor 22 verwendet wird (allgemein ohne Unterstützung durch den Motor 14) zum Fahrzeugvortrieb, wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 bei bestimmten Fahrmustern/-zyklen bis zu einer maximal zulässigen Entladungsrate entleert wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines Entladebetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter einigen Umständen erhöhen, beispielsweise durch einen Zeitraum der Nutzbremsung. Der Motor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen abgeschaltet, könnte jedoch nach Bedarf auf Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder nach Vorgabe des Fahrzeugführers betrieben werden.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid(HEV)-Modus arbeiten, in dem der Motor 14 und der Elektromotor 22 jeweils zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel für einen Betriebsmodus 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 Motor 14 steigert. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung neben dem EV- und dem HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
2 veranschaulicht ein Batteriepack 24, das in einem elektrifizierten Fahrzeug eingesetzt werden kann. Beispielsweise könnte das Batteriepack 24 Teil des elektrifizierten Fahrzeugs 12 aus 1 sein. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriepacks 24 und seine äußeren Komponenten (z. B. die Einfassungsbaugruppe 60) sind als gestrichelte Linien dargestellt, um die inneren Komponenten des Batteriepacks 24 besser zu veranschaulichen.
Das Batteriepack 24 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 56, die elektrische Energie speichern, um verschiedene elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Energie zu versorgen. Auch wenn eine konkrete Anzahl an Batteriezellen 56 in 2 dargestellt ist, könnte das Batteriepack 24 eine größere oder kleinere Anzahl an Batteriezellen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung einsetzen. Anders formuliert ist diese Offenbarung nicht auf die in 2 gezeigte Konfiguration begrenzt.
Die Batteriezellen 56 können nebeneinander gestapelt sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu bilden, die mitunter als „Zellenstapel“ bezeichnet wird. Das Batteriepack 24 kann eine oder mehrere getrennte Gruppierungen von Batteriezellen 56 beinhalten. Die Batteriezellen 56 können eine beliebige Geometrie (prismatisch, zylindrisch, Tasche usw.) oder Chemie (Lithium-Ionen, Nickel-Metall-Hydrid, Bleisäure usw.) aufweisen.
Die Batteriezellen 56 können zusammen mit beliebigen Stützstrukturen (z. B. Rahmen, Abstandshaltern, Schienen, Wänden, Platten, Anbindungen usw.) gemeinsam als eine Batteriebaugruppe 25 bezeichnet werden. Die Batteriezellen 56 werden in Bezug aufeinander von einer Vielzahl von Array-Rahmen 58 festgehalten. Auch wenn in 2 dargestellt ist, dass das Batteriepack 24 eine einzelne Batteriebaugruppe 25 aufweist, könnte das Batteriepack 24 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung auch eine größere Anzahl von Batteriebaugruppen beinhalten. Darüber hinaus könnte, auch wenn dargestellt ist, dass sie sich längs im Batteriepack 24 erstreckt, die Batteriebaugruppe 25 alternativ dazu derart angeordnet sein, dass sie sich horizontal im Batteriepack 24 erstreckt.
In einer Einfassungsbaugruppe 60 ist jede Batteriebaugruppe 25 des Batteriepacks 24 untergebracht. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Einfassungsbaugruppe 60 eine abgedichtete Einfassung, die einen Boden 62 und eine Abdeckung 64 beinhaltet. Die Abdeckung 64 ist an dem Boden 62 befestigt und dichtet die Batteriebaugruppe 25 des Batteriepacks 24 ab.
3, 4 und 5 veranschaulichen einen beispielhaften Array-Rahmen 58 der Batteriebaugruppe 25 der 2. Der Array-Rahmen 58 beinhaltet einen Rahmenkörper 66, der entlang einer Längsachse A angeordnet ist. Der Rahmenkörper 66 beinhaltet obere Wand 68, eine untere Wand 70 und Rahmenabzweigungen 72, die zwischen der oberen Wand 68 und der unteren Wand 70 verbunden sind. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Rahmenabzweigungen 72 an den Längsverlängerungen der oberen Wand 68 und der unteren Wand 70 angeordnet. Die obere Wand 68, die untere Wand 70 und die Rahmenabzweigungen 72 bilden einen Umkreis um eine Öffnung 74, die durch den Rahmenkörper 66 ausgebildet ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform erstrecken sich die obere Wand 68 und die untere Wand 70 horizontal und parallel zur Längsachse A und erstrecken sich die Rahmenabzweigungen 72 vertikal und quer zur Längsachse A.
Der Rahmenkörper 66 des Array-Rahmens 58 kann eine einheitliche Kunststoffstruktur sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die obere Wand 68, die untere Wand 70 und die Rahmenabzweigungen 72 geformt, gegossen, maschinell bearbeitet oder anderweitig hergestellt, um die einheitliche Struktur auszubilden.
Jede gegenüberliegende Seite des Rahmenkörpers 66 beinhaltet eine Tasche 75. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann eine Rippenstruktur innerhalb der Öffnung 74 positioniert sein, um die Taschen 75 voneinander zu trennen. Die Taschen 75 können bemessen und geformt sein, um eine Batteriezelle aufzunehmen (siehe zum Beispiel Merkmal 56 der 2 und 5). Der Array-Rahmen 58 kann entweder eine oder zwei Batteriezellen unterbringen, wobei jede Tasche 75 in der Lage ist, eine einzelne Batteriezelle aufzunehmen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 Pouch-Zellen für eine Hochspannungsbatteriebaugruppe. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer geeigneten Pouch-Zelle ist eine Lithiumionen-Polymerbatterie. Jedoch werden auch andere Arten von Batteriezellen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung in Betracht gezogen.
Eine Vielzahl von Rückhaltemerkmalen 76 kann in der oberen Wand 68, der unteren Wand 70 und/oder den Rahmenabzweigungen 72 zum Verbinden des Array-Rahmens 58 mit einem benachbarten Array-Rahmen integriert sein. Die Rückhaltemerkmale 76 können in entsprechende Rückhaltemerkmale benachbarter Array-Rahmen eingreifen, um eine Batteriebaugruppe aufzubauen. Es versteht sich, dass die Batteriebaugruppen dieser Offenbarung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Array-Rahmen oder Batteriezellen begrenzt sind.
Der Array-Rahmen 58 kann zusätzlich ein oder mehrere Befestigungselementgehäuse 78 beinhalten. Die Befestigungselementgehäuse 78 sind integrierte Merkmale des Rahmenkörpers 66 des Array-Rahmens 58. Die Befestigungselementgehäuse 78 können von den Rahmenabzweigungen 72 in einer Richtung weg von einer Mitte des Rahmenkörpers 66 vorstehen. In einer ersten nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Befestigungselementgehäuse 78 an einem Unterteil der Rahmenabzweigungen 72 (z. B. nahe einer Verbindungsstelle zwischen den Rahmenabzweigungen 72 und der unteren Wand 70) angeordnet.
Jedes Befestigungselementgehäuse 78 beinhaltet eine erste Öffnung 80 und eine zweite Öffnung 82. Die erste Öffnung 80 erstreckt sich durch das Befestigungselementgehäuse 78. Zum Beispiel kann sich die erste Öffnung 80 entlang einer Achse B zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden 84, 86 des Befestigungselementgehäuses 78 erstrecken. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Achse B senkrecht zur Längsachse A. Die erste Öffnung 80 ist konfiguriert, um einen Stab 88 aufzunehmen (siehe z. B. 4 und 5).
Die zweite Öffnung 82 erstreckt sich ebenfalls durch das Befestigungselementgehäuse 78 und kann sich entlang einer Achse C zwischen einer oberen Wand 90 und einer unteren Wand 92 des Befestigungselementgehäuses 78 erstrecken. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Achse C senkrecht zu sowohl der Längsachse A als auch der Achse B und erstreckt sich vertikal parallel zu den Rahmenabzweigungen 72. Die zweite Öffnung 82 ist konfiguriert, um ein Befestigungselement 98 zum Anbringen des Array-Rahmens 58 an einer Stützstruktur (siehe z. B. 5) aufzunehmen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet der Array-Rahmen 58 zweite Befestigungselementgehäuse 94, die von den Rahmenabzweigungen 58 an einem Ende gegenüber den Befestigungselementgehäusen 78 vorstehen. Die zweiten Befestigungselementgehäuse 94 beinhalten eine einzelne Öffnung 95 zum Aufnehmen eines weiteren Stabs 88. In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform haben die zweiten Befestigungselementgehäuse 94 jedoch keine zusätzlichen Öffnungen zum Aufnehmen der Befestigungselemente zum Anbringen des Array-Rahmens 58 an einer Stützstruktur.
Hauptsächlich bezugnehmend nun auf 4 kann eine Vielzahl von Array-Rahmen 58 nebeneinander gestapelt werden, um eine Batteriebaugruppe 25 aufzubauen (die Batteriezellen der Baugruppe sind der Deutlichkeit wegen nicht gezeigt). In dieser nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet nur ein Rahmen der Gruppierung von Array-Rahmen 58 das Befestigungselementgehäuse 78, das sowohl die ersten Öffnungen 80 als auch die zweite Öffnung 82 aufweist. Die restlichen Array-Rahmen 58 könnten nur die zweiten Befestigungselementgehäuse 94 beinhalten (d. h. sind nur konfiguriert, um die Stäbe 88 aufzunehmen). Es ist möglicherweise nur notwendig, die Befestigungselementgehäuse 78 an den Stellen bereitzustellen, an denen die Batteriebaugruppe 25 befestigt werden muss.
Andere Konfigurationen werden ebenfalls in Betracht gezogen, einschließlich Konfigurationen, bei denen jeder Array-Rahmen 58 einer Baugruppe mindestens eines der Befestigungselementgehäuse 78 beinhaltet. Die Gesamtmenge und die Stellen der Befestigungselementgehäuse 78 der Batteriebaugruppe 25 hängen von vielen Ausgestaltungsfaktoren ab, einschließlich unter anderem der Gesamtlänge der Batteriebaugruppe 25.
5 veranschaulicht Abschnitte eines Batteriepacks 24, das mindestens einen Array-Rahmen 58 beinhaltet, die die Befestigungselementgehäuse 78 beinhalten. Der Array-Rahmen 58 kann in Bezug auf eine Stützstruktur 96 des Batteriepacks 24 positioniert sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Stützstruktur 96 ein Boden einer Einfassungsbaugruppe des Batteriepacks 24.
Ein Stab 88 kann durch die erste Öffnung 80 des Befestigungselementgehäuses 78 eingesetzt werden, um den Array-Rahmen 58 mit zusätzlichen Array-Rahmen einer Batteriebaugruppe 25 zu verbinden. Der Stab 88 verleiht eine Kompression über die Batteriebaugruppe 25. Zusätzlich kann ein Befestigungselement 98 durch die zweite Öffnung 82 zum Anbringen des Array-Rahmens 58 und somit der Batteriebaugruppe 25 an der Stützstruktur 96 eingesetzt werden.
In einer beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform kann das Befestigungselement 98 unter Verwendung eines Top-Down-Prinzips eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Befestigungselement 98 in einer Richtung D1, die sich in einer Richtung von der oberen Wand 90 zur unteren Wand 92 des Befestigungselementgehäuses 78 erstreckt, eingesetzt werden. Im Hinblick auf das Batteriepack 24 als Ganzes erstreckt sich die Richtung D1 von einer Abdeckung (nicht gezeigt) des Batteriepacks 24 in Richtung der Stützstruktur 96. Das Top-Down-Prinzip vereinfacht die Montage des Batteriepacks 24.
In einer ersten nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Befestigungselement 98 eine Bundschraube. In einer zweiten nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet das Befestigungselement 98 eine Bolzen-und-Hülsen-Baugruppe. Das Befestigungselement 98 dient als ein Kompressionsbegrenzer zum Festhalten der Batteriebaugruppe 25 an der Stützstruktur 96 innerhalb des Batteriepacks 24.
Der Array-Rahmen 58 kann auch in der Nähe einer Wärmetauscherplatte 97, mitunter als eine Kälteplatte bezeichnet, positioniert sein. Die Wärmetauscherplatte 97 ist konfiguriert, um Wärme aus den Batteriezellen 56 zu leiten. Mit anderen Worten fungieren die Wärmetauscherplatten 97 als ein Kühlkörper, um Wärme aus den Wärmequellen (d. h. den Batteriezellen 56) bei bestimmten Bedingungen zu entfernen. Die Wärmetauscherplatten 97 könnten alternativ konfiguriert sein, um die Batteriezellen 56 zu erwärmen, wie etwa bei relativ kalten Umgebungsbedingungen.
Ein thermisches Schnittstellenmaterial (thermal interface material - TIM) 99 kann zwischen dem Array-Rahmen 58 und der Wärmetauscherplatte 97 angeordnet sein. Das TIM 99 hält den Wärmekontakt zwischen dem Array-Rahmen 58 und der Wärmetauscherplatte 97 aufrecht und erhöht die Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen Nachbarkomponenten während Wärmeübertragungsvorgängen. Das TIM 99 kann jedes bekannte wärmeleitende Material sein.
Der oben beschriebene Array-Rahmen 58 kann verschiedene andere Konfigurationen annehmen. Zum Beispiel kann das Befestigungselementgehäuse 78, wie in 6 gezeigt, an einem Oberteil der Rahmenabzweigungen 72 (z. B. nahe einer Verbindungsstelle zwischen den Rahmenabzweigungen 72 und der oberen Wand 68 des Rahmenkörpers 66) angeordnet sein.
In noch einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform, gezeigt in 7, sind die Befestigungselementgehäuse 78 sowohl an Oberteilen als auch a Unterteilen der Rahmenabzweigungen 72 (z. B. nahe einer Verbindungsstelle zwischen den Rahmenabzweigungen 72 und sowohl der oberen Wand 68 als auch der unteren Wand 70) angeordnet. Mit anderen Worten kann jede Rahmenabzweigung 72 sowohl ein oberes als auch ein unteres Befestigungselementgehäuse 78 beinhalten. Ein Befestigungselement 98 kann durch die zweiten Öffnungen 82 beider Befestigungselementgehäuse 78 eingesetzt werden, um den Array-Rahmen 58 an einer Stützstruktur anzubringen.
8 veranschaulicht Abschnitte eines weiteren beispielhaften Batteriepacks 124. Das Batteriepack beinhaltet eine erste Batteriebaugruppe 125A und eine zweite Batteriebaugruppe 125B, die mit der ersten Batteriebaugruppe 125A verschachtelt ist. Jede der ersten und zweiten Batteriebaugruppe 125A, 125B beinhaltet eine Vielzahl von Array-Rahmen 158 und eine Vielzahl von Batteriezellen (der Deutlichkeit wegen nicht gezeigt).
Ein Abschnitt der Array-Rahmen 158 sowohl der ersten Batteriebaugruppe 125A als auch der zweiten Batteriebaugruppe 125B beinhaltet Befestigungselementgehäuse 178. Die Befestigungselementgehäuse 178 beinhalten sowohl erste Öffnungen 180 zum Aufnehmen von Stäben 188 als auch zweite Öffnungen 182 zum Aufnehmen von Befestigungselementen 198. Die Befestigungselementgehäuse 178 der ersten Batteriebaugruppe 125A sind zu den Befestigungselementgehäusen 178 der zweiten Batteriebaugruppe 125B versetzt. Auf diese Weise verschachteln sich die Befestigungselementgehäuse 178 der zweiten Batteriebaugruppe 125B zwischen den Befestigungselementgehäusen 178 der ersten Batteriebaugruppe 125A, wenn die zweite Batteriebaugruppe 125B in eine Position benachbart zu der ersten Batteriebaugruppe 125A bewegt wird. Die Möglichkeit, die erste und zweite Batteriebaugruppe 125A, 125B auf diese Weise zu verschachteln, hilft dabei, die Breitenabmessung D des Batteriepacks 124 zu verringern.
Die beispielhaften Array-Rahmen dieser Offenbarung stellen eine effizientere Verpackungsdichte bereit, indem sie Funktionen (z. B. Batteriezellenrückhaltung, Anbringung usw.), die herkömmlicherweise durch mehrere Teile durchgeführt werden, zu einer einzelnen, integrierten Einheit kombinieren. Die Array-Rahmen belegen ein geringeres Volumen und verringern das Ausmaß des Freiraums zwischen Teilen, der innerhalb des Batteriepacks vorhanden ist.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale beliebiger der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen Ausführungsbeispielen eine bestimmte Anordnung von Komponenten offenbart und dargestellt wird, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass bestimmte Modifikationen durch den Umfang dieser Offenbarung abgedeckt sein könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche aufmerksam gelesen werden, um den eigentlichen Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu erfassen.

Claims

Batteriepack, umfassend: eine Stützstruktur; einen Array-Rahmen, der ein Befestigungselementgehäuse beinhaltet; und ein Befestigungselement, das durch das Befestigungselementgehäuse aufgenommen wird, um den Array-Rahmen an der Stützstruktur anzubringen.
Batteriepack nach Anspruch 1, umfassend eine Batteriezelle, die innerhalb einer Tasche des Array-Rahmens untergebracht ist.
Batteriepack nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützstruktur ein Boden einer Einfassungsbaugruppe ist.
Batteriepack nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen zweiten Array-Rahmen, der mit dem Array-Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite Array-Rahmen ein zweites Befestigungselementgehäuse beinhaltet, das gleich wie oder anders als das Befestigungselementgehäuse konfiguriert ist.
Batteriepack nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselementgehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung beinhaltet.
Batteriepack nach Anspruch 5, wobei die erste Öffnung konfiguriert ist, um einen Stab aufzunehmen, und die zweite Öffnung konfiguriert ist, um das Befestigungselement aufzunehmen.
Batteriepack nach Anspruch 5, wobei sich die erste Öffnung entlang einer ersten Achse erstreckt und sich die zweite Öffnung entlang einer zweiten Achse erstreckt und die erste Achse senkrecht zur zweiten Achse ist, und wobei optional der Array-Rahmen entlang einer Längsachse angeordnet ist und die erste Achse und die zweite Achse beide senkrecht zur Längsachse sind.
Batteriepack nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei der Array-Rahmen eine obere Wand, eine untere Wand und eine Rahmenabzweigung, die sich zwischen der oberen Wand und der unteren Wand erstreckt, beinhaltet, und wobei optional das Befestigungselementgehäuse an einer Verbindungsstelle zwischen der Rahmenabzweigung und der unteren Wand oder der oberen Wand angeordnet ist.
Batteriepack nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselementgehäuse nahe einem Oberteil des Array-Rahmens angeordnet ist, und umfassend ein zweites Befestigungselementgehäuse, das nahe einem Unterteil des Array-Rahmens angeordnet ist.
Batteriepack nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Befestigungselementgehäuse zwischen Befestigungselementgehäusen eines benachbarten Array-Rahmens verschachtelt ist.
Verfahren, umfassend: Positionieren eines Array-Rahmens in Bezug auf eine Stützstruktur eines Batteriepacks; und Verwenden eines Top-Down-Prinzips zum Anbringen des Array-Rahmens an der Stützstruktur, wobei das Anbringen des Array-Rahmens ein Einsetzen eines Befestigungselements durch ein Befestigungselementgehäuse des Array-Rahmens beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Befestigungselementgehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung beinhaltet und das Anbringen des Array-Rahmens beinhaltet: Einsetzen des Befestigungselements durch die zweite Öffnung.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Anbringen des Array-Rahmens beinhaltet: Einsetzen eines Stabs durch die erste Öffnung.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Verwenden des Top-Down-Prinzips beinhaltet: Bewegen des Befestigungselements in einer Richtung, die sich von einer oberen Wand des Befestigungselementgehäuses in Richtung einer unteren Wand des Befestigungselementgehäuses erstreckt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Stützstruktur ein Boden einer Einfassungsbaugruppe des Batteriepacks ist.