DE102018106390A1

DE102018106390A1 - Verfahren und vorrichtung zur montage eines batteriearrays

Info

Publication number: DE102018106390A1
Application number: DE102018106390.3A
Authority: DE
Inventors: Jacob Wiles; Alexander Bartlett; Bikram Singh; Baocheng SUN; Dylan Erb
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2018-09-27
Also published as: US10538168B2; CN108736053B; CN108736053A; US20180272887A1

Abstract

Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Komprimieren von mindestens einem Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung vor dem Einbauen des Batteriemoduls in ein Array. Ein weiteres Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Hervorrufen einer Eigenspannung in einem Batteriemodul, um das Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren, bevor es in ein Array eingebaut wird. Eine Vorrichtung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Kompressionsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, mindestens ein Batteriemodul vorübergehend zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren, bevor das Batteriemodul in ein Array eingebaut wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Montage eines Batteriearrays für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Eine Druckkraft wird auf ein Batteriemodul aufgebracht, um eine Eigenspannung hervorzurufen, bevor das Batteriemodul in das Batteriearray eingebaut wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Bedarf an einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen von Kraftfahrzeugen ist hinlänglich bekannt. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektrifizierte Fahrzeuge stellen eine Fahrzeugart dar, die gegenwärtig zu diesem Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Konventionelle Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf den Verbrennungsmotor angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Ein Hochspannungs-Batteriepack zum Versorgen elektrischer Maschinen und anderer elektrischer Verbraucher beinhaltet üblicherweise mehrere Batteriebaugruppen oder Batteriearrays, die eine Vielzahl von miteinander verbundenen Batteriemodulen beinhalten, die aus Batteriezellen bestehen. Eine Gesamtdicke eines nicht steifen Batteriemoduls, das aus einer Charge von Batteriezellen zusammengesetzt ist, kann anders sein als bei einem Batteriemodul, das aus einer nachfolgenden Charge von Batteriezellen zusammengesetzt ist. Dies kann Probleme bei der Montage verursachen, wenn eine Arraylänge festgesetzt ist.
Die Batteriemodule bestehen aus ineinandergreifenden Rahmen, wobei die Batteriezellen innerhalb der Rahmen liegen. Diese Art von Anordnung kann zu einer Auswölbung führen, wenn der Zellenstapel sein Maximum erreicht. Wenn die Gesamtlänge der Batteriemodule, die zu einem Batteriearray zusammengesetzt werden sollen, größer als die festgesetzte Länge des Arrays ist, dann müssen zusätzliche Kräfte auf die Modulbaugruppe aufgebracht werden, wie zum Beispiel Hämmern, Hebel oder Biegen, was nicht wünschenswert ist. Somit werden effizientere Montageverfahren gewünscht.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Komprimieren von mindestens einem Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung vor dem Einbauen des Batteriemoduls in ein Array.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens beinhaltet der Komprimierungsschritt Komprimieren einer Vielzahl von Batteriemodulen zu der gewünschten Abmessung, um eine Vielzahl von komprimierten Batteriemodulen bereitzustellen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der beiden vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Definieren der gewünschten Abmessung als eine nominale Dicke für das Batteriemodul.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Definieren einer festgesetzten Länge für das Array und Einbauen von einem oder mehreren komprimierten Batteriemodulen in das Array, so dass eine Summierung einer Dicke jedes eingebauten Batteriemoduls die festgesetzte Länge nicht überschreitet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet der Komprimierungsschritt nur Komprimieren von Batteriemodulen, die eine Dicke aufweisen, die die nominale Dicke überschreitet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren besteht jedes Batteriemodul aus einer Vielzahl von gestapelten Batteriezellen und eine Vielzahl von komprimierten Batteriemodulen wird in das Array eingebaut.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der oben genannten Verfahren beinhaltet der Komprimierungsschritt Aufbringen eines Drucks gegen ein Ende des Batteriemoduls, um eine Dicke des Batteriemoduls auf die nominale Dicke zu reduzieren, bevor das Batteriemodul in das Array eingebaut wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Freigeben des Drucks nach der Komprimierung und vor dem Einbauen des komprimierten Batteriemoduls in das Array.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet der Komprimierungsschritt Aufbringen von Druck auf das Batteriemodul, um ein gewünschtes Maß an Eigenspannung in dem Batteriemodul hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul vorübergehend bei der gewünschten Abmessung zu halten, Freigeben des Drucks, wenn das Batteriemodul die gewünschte Abmessung erreicht hat und nachfolgend Einbauen des Batteriemoduls mit der gewünschten Abmessung in das Array.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren löst sich die Eigenspannung allmählich mit der Zeit, so dass sich das Batteriemodul entspannt, nachdem es in das Array eingebaut wurde.
Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem Hervorrufen einer Eigenspannung in einem Batteriemodul, um das Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren, bevor es in ein Array eingebaut wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren besteht das Batteriemodul aus einer Vielzahl von gestapelten Batteriezellen und beinhaltet der Schritt des Hervorrufens Aufbringen von Druck auf das Batteriemodul, um die Eigenspannung in dem Batteriemodul bis zu einem Niveau hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul vorübergehend zu der gewünschten Dimension zu komprimieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Freigeben des Drucks, wenn das Batteriemodul die gewünschte Abmessung erreicht hat, um ein komprimiertes Batteriemodul bereitzustellen, und nachfolgend Einbauen des komprimierten Batteriemoduls in das Array.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Definieren der gewünschten Abmessung als eine nominale Dicke für das Batteriemodul, Bereitstellen eines Satzes von Batteriemodulen, der in das Array eingebaut werden soll, und nur Komprimieren der Batteriemodule, die eine Dicke aufweisen, die die nominale Dicke überschreitet, vor dem Einbau in das Array.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren Definieren einer festgesetzten Länge für das Array und Einbauen des Satzes von Batteriemodulen in das Array, so dass eine Summierung der nominalen Dicke jedes Batteriemoduls die festgesetzte Länge nicht überschreitet.
Eine Vorrichtung gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Kompressionsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, mindestens ein Batteriemodul vorübergehend zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren, bevor das Batteriemodul in ein Array eingebaut wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorstehenden Vorrichtung beinhaltet die Kompressionsvorrichtung einen Aktor, der von einer Steuerung gesteuert wird, um einen Druck auf das Batteriemodul aufzubringen, um ein gewünschtes Maß an Eigenspannung in dem Batteriemodul hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul vorübergehend bei der gewünschten Abmessung zu halten, und wobei die Steuerung ein Freigabesignal generiert, um den Druck freizugeben, wenn das Batteriemodul die gewünschte Abmessung erreicht hat, so dass das Batteriemodul mit der gewünschten Abmessung nachfolgend in das Array eingebaut werden kann.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der beiden vorstehenden Vorrichtungen beinhaltet die Kompressionsvorrichtung einen Tisch mit einer Aufnahmevorrichtung, um das Batteriemodul aufzunehmen, wobei die Aufnahmevorrichtung mindestens eine erste Wand, die in Bezug auf den Tisch feststehend gehalten ist, und eine zweite Wand, die axial von der ersten Wand beabstandet und in eine Richtung zur ersten Wand durch den Aktor als Reaktion auf ein von der Steuerung generiertes Kompressionssignal bewegbar ist, beinhaltet, und wobei das Batteriemodul in der Aufnahmevorrichtung zwischen der ersten und zweiten Wand aufgenommen ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der vorstehenden Vorrichtungen ist die gewünschte Abmessung als eine nominale Dicke für das Batteriemodul definiert, und wobei die Steuerung ein Kompressionssignal generiert, um den Aktor zu bewegen, um die Batteriemodule, die eine Dicke aufweisen, die die nominale Dicke überschreitet, zu komprimieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer beliebigen der vorstehenden Vorrichtungen umfasst der Aktor einen linearen Aktor.
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 beschriebenen 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 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Batteriemoduls, das aus einer Vielzahl von Batteriezellen besteht.
3 ist eine schematische Darstellung eines unkomprimierten Batteriemoduls ohne Eigenspannung.
4 ist eine schematische Darstellung einer Druckkraft, die auf das Batteriemodul der 3 aufgebracht wird, um das Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren und eine Eigenspannung hervorzurufen.
5 ist eine schematische Darstellung eines komprimierten Batteriemoduls mit Eigenspannung.
6 veranschaulicht ein Beispiel einer Vorrichtung, die verwendet wird, um die Druckkraft der 4 aufzubringen.
7 veranschaulicht ein oder mehrere komprimierte Batteriemodule als in einem Array eingebaut.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt ausführlich beispielhafte Batteriemodule, die in ein Batteriearray eingebaut werden, das in einem elektrifizierten Fahrzeug eingesetzt werden kann. Ein beispielhaftes Batteriemodul wird zu einer gewünschten Abmessung komprimiert, bevor das Batteriemodul in das Array eingebaut wird. In einigen Ausführungsformen wird eine Vielzahl von Batteriemodulen zu der gewünschten Abmessung komprimiert, bevor die Batteriemodule in das Array eingebaut werden. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung ausführlicher erläutert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Obwohl als ein Hybrid-Elektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle - HEV) abgebildet, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und auch auf andere elektrifizierte Fahrzeuge angewendet werden könnten, einschließlich unter anderem auf Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles - PHEV), Batterie-Elektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicles - BEV) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes Antriebssystem und ein 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 Motor 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 generieren ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 anzutreiben. Es wird zwar eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung gezeigt, doch dehnt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug aus, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Serienhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeuge.
Der Motor 14, bei dem es sich in einer Ausführungsform um einen Verbrennungsmotor handelt, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetenradsatz, 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. Bei 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 Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die 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 die Fahrzeugantriebsräder 28 letztlich mit Traktion zu versorgen. Das Differentialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differentialgetriebe 48 mechanisch mit einer Achse 16 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 kann zudem eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 26 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, bei dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische 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 50 beinhaltet (d. h. Batteriearrays oder Gruppen von Batteriezellen), die in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um den Motor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Es können auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit Strom zu versorgen.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeug(EV)-Modus arbeiten, in dem ein Motor 22 zum Fahrzeugantrieb verwendet wird (allgemein ohne Unterstützung durch den Motor 14), wodurch der Ladestatus 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 Motors 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.
Wie in 1 gezeigt, kann das Batteriepack 24 aus einem oder mehreren Batteriearrays 50 bestehen. Jedes Array 50 besteht aus einer Vielzahl von Batteriemodulen 52. 2 veranschaulicht ein Batteriemodul 52, das eine Vielzahl von Batteriezellen 54 beinhaltet, um diverse elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Strom zu versorgen. Auch wenn eine konkrete Anzahl an Batteriezellen 54 in 2 abgebildet ist, könnte im Batteriepack 52 eine größere oder kleinere Anzahl an Batteriezellen 54 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung eingesetzt werden. Anders formuliert, ist diese Offenbarung nicht auf die in 2 dargestellte konkrete Konfiguration eingeschränkt.
Die Batteriezellen 54 können entlang einer Längsachse A nebeneinander gestapelt werden, um eine Gruppierung von Batteriezellen 54, die mitunter „Zellstapel“ genannt wird, zu konstruieren. Natürlich könnten die Batteriezellen 54 in anderen Konfigurationen gruppiert werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 54 Pouch-Zellen. Jedoch werden Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, prismatisch, Lithiumionenzellen usw.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) oder beidem innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung in Betracht gezogen. Beispiele von Batteriemodulen beinhalten Konfigurationen mit 10 oder 20 Zellen; jedoch werden andere Konfigurationen, die weniger oder mehr Zellen beinhalten, ebenfalls in Betracht gezogen.
Die Batteriezellen 54 werden von einer Rahmenstruktur 56, die um einen Umfang der Zellen 54 positioniert ist, gelagert. Diese Art von Anordnung kann zu einer Auswölbung führen, wenn der Zellenstapel sein Maximum erreicht. Ein Beispiel eines ausgewölbten Batteriemoduls 52a ist in 3 gezeigt. Dieses ausgewölbte Batteriemodul 52a weist eine Dicke T auf, die durch eine Abmessung X definiert ist. Wenn die Gesamtsumme der Dicken der Batteriemodule 52, die zu einem Batteriearray 50 zusammengesetzt werden sollen, größer als die festgesetzte Länge des Arrays 50 ist, dann ist es schwierig, die Module 52 ohne Hämmern, Hebel oder Biegen der Module zu dem Array 50 zusammenzusetzen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das gemäß einem Beispiel unter anderem Komprimieren von mindestens einem Batteriemodul 52 (siehe 4) zu einer gewünschten Abmessung beinhaltet, um ein komprimiertes Batteriemodul 52b bereitzustellen, bevor das Batteriemodul 52 in das Array 50 eingebaut wird. Ein Beispiel eines komprimierten Batteriemoduls 52b ist in 5 gezeigt. In einem weiteren Beispiel wird eine Vielzahl von Batteriemodulen 52 zu der gewünschten Abmessung komprimiert, um eine Vielzahl von komprimierten Batteriemodulen 52b bereitzustellen.
In einem Beispiel ist die gewünschte Abmessung als eine nominale Dicke Tn für das Batteriemodul 52 definiert. Wie in 4 gezeigt, bringt eine Kompressionsvorrichtung 58 einen Druck P gegen ein Ende 82 des Batteriemoduls 42 auf, um eine Dicke des Batteriemoduls 52 auf die nominale Dicke Tn zu reduzieren, bevor das Batteriemodul 52 in das Array 50 eingebaut wird. In dem in 4 gezeigten Beispiel reduziert die Kompressionsvorrichtung 58 eine Dicke des Batteriemoduls 52 um eine Distanz ΔX auf die nominale Dicke Tn, wie in 5 gezeigt ist.
Ein Beispiel der Kompressionsvorrichtung 58 ist in 6 gezeigt. Die Kompressionsvorrichtung 58 ist dazu konfiguriert, das Batteriemodul 52 vorübergehend zu der nominalen Dicke Tn zu komprimieren, bevor das Batteriemodul 52 in das Array 50 eingebaut wird. Die Kompressionsvorrichtung 58 beinhaltet einen Aktor 60, der von einer Steuerung 62 gesteuert wird, um einen Druck auf das Batteriemodul 52 aufzubringen, um ein gewünschtes Maß an Eigenspannung in dem Batteriemodul 52 hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul 52 vorübergehend bei der gewünschten Abmessung für die nominale Dicke Tn zu halten. Die Steuerung 62 generiert ein Freigabesignal, um den Druck freizugeben, wenn das Batteriemodul 52 die gewünschte Abmessung erreicht hat, so dass das komprimierte Batteriemodul 52b nachfolgend in das Array 50 eingebaut werden kann.
In einem Beispiel umfasst die Steuerung 62 einen oder mehrere Computer, die Prozessoren, Speicher, Schnittstellenvorrichtungen usw. beinhalten, und die programmiert sind, um Module zu identifizieren, die die nominale Dicke überschreiten und um die Kompressions- und Freigabesignale für den Aktor 60, falls nötig, zu generieren, um die komprimierten Module bereitzustellen. Ein beispielhafter Aktor 60 kann einen linearen Aktor umfassen, wie etwa einen hydraulischen Zylinder, einen Luftzylinder oder eine ähnliche Vorrichtung. Die Steuerung 62 ist dazu programmiert, das Maß der Eigenspannung, die im Batteriemodul hervorgerufen wird, zu modulieren, indem die Kompressionsdistanz oder die Kompressionskraft zum Beispiel unter Verwendung eines Druckaufnehmers oder einer ähnlichen Vorrichtung gesteuert wird.
In dem in 6 gezeigten Beispiel beinhaltet die Kompressionsvorrichtung 58 einen Tisch 64 mit einer Aufnahmevorrichtung 66, die dazu konfiguriert ist, das Batteriemodul 52 aufzunehmen. Die Aufnahmevorrichtung 66 beinhaltet mindestens eine erste Wand 68, die in Bezug auf den Tisch 64 feststehend gehalten ist, und eine zweite Wand 70, die axial von der ersten Wand 68 beabstandet und in eine Richtung zur ersten Wand 68 durch den Aktor 60 als Reaktion auf ein von der Steuerung 62 generiertes Kompressionssignal bewegbar ist. Das Batteriemodul 52 wird in der Aufnahmevorrichtung 66 zwischen der ersten Wand 68 und der zweiten Wand 70 aufgenommen. Sobald das Batteriemodul 52 in der Aufnahmevorrichtung positioniert ist, bewegt der Aktor 60 die zweite Wand 70 in Richtung des Batteriemoduls 52 und komprimiert das Modul um ein Maß ΔX, um die nominale Dicke Tn zu erzielen. In einem Beispiel ist die zweite Wand 70 so festgelegt, dass sie eine maximale Weglänge in Richtung der ersten Wand 68 aufweist, so dass die Distanz zwischen den Wänden bei der maximalen Weglänge die gewünschte nominale Dickenabmessung ist.
Sobald das komprimierte Batteriemodul 52b die nominale Dicke Tn erreicht hat, wird der Druck freigegeben und das Batteriemodul 52b wird von dem Tisch 64 entfernt. Die durch die Kompression hervorgerufene Eigenspannung hält das Modul vorübergehend für einen kurzen Zeitraum bei der nominalen Dicke Tn, wodurch ein Einbau des Moduls in das Array 50 möglich ist. In einem Beispiel bringt der Aktor 60 einen Druck auf, der 3600 Kraftpfund nicht überschreitet; jedoch könnten andere Kraftniveaus abhängig von der Anwendung verwendet werden.
Wie in 7 gezeigt, kann das Array 50 zwei oder mehr Arrayplatten 74 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, die gestapelten Batteriemodule axial einzuengen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Arrayplatten 74 an Längserstreckungen des Batteriepacks 24 (1) angeordnet. Das Array 50 kann optional eine untere Lagerstruktur 76 beinhalten. Die Arrayplatten 74 und die untere Lagerstruktur 76 könnten entweder aus metallischen Materialien (Aluminium, Stahl usw.) oder Kunststoffmaterialen gefertigt sein. Die allgemeine Größe und Form der Arrayplatten 74 sollen diese Offenbarung nicht einschränken.
Die Arrayplatten 74 beinhalten einen ersten Seitenbereich 78 und einen zweiten Seitenbereich 80 gegenüber dem ersten Seitenbereich 78. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform weist der erste Seitenbereich 78 in Richtung der Batteriemodule 52, die in das Array 50 eingebaut werden sollen, und weist der zweite Seitenbereich 80 in eine Richtung weg von den Batteriemodulen 52. In einem Beispiel weist das Array 50 eine festgesetzte Einbaulänge L auf, die zwischen den ersten Seitenbereichen 78 der gegenüberliegenden Arrayplatten 74 definiert ist. Ein oder mehrere komprimierte Batteriemodule 52 werden in das Array 50 eingebaut, so dass eine Summierung eine Dicke T jedes eingebauten Batteriemoduls 52 die festgesetzte Länge L nicht überschreitet. Somit kann jedes Array 50 aus einer Kombination aus komprimierten Batteriemodulen und Batteriemodulen, die nicht komprimiert wurden, da die Module die Nominaldicke nicht überschritten, bestehen.
In einem Beispiel kann sich die Anzahl der Module 52, die in ein Array 50 eingebaut sind, zwischen vier und sieben Modulen bewegen. Sobald die komprimierten Module in das Array 50 eingebaut sind, löst sich die Eigenspannung allmählich mit der Zeit, so dass sich das Batteriemodul 52 entspannt, nachdem es in das Array 50 eingebaut wurde. Die vorübergehende Reduzierung der Dicke des Moduls verringert den Gesamtmodulstapel während des Arrayeinbaus, was die Einpassung der Module erleichtert und die Notwendigkeit für Hebeln oder Hämmern an den Modulen beseitigt.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht sind, dass sie 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

Verfahren, umfassend: Komprimieren von mindestens einem Batteriemodul zu einer gewünschten Abmessung, bevor das Batteriemodul in ein Array eingebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Komprimierungsschritt beinhaltet: Komprimieren einer Vielzahl von Batteriemodulen zu der gewünschten Abmessung, um eine Vielzahl von komprimierten Batteriemodulen bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2, umfassend: Definieren der gewünschten Abmessung als eine nominale Dicke für das Batteriemodul.
Verfahren nach Anspruch 3, umfassend: Definieren einer festgesetzten Länge für das Array, und Einbauen von einem oder mehreren komprimierten Batteriemodulen in das Array, so dass eine Summierung einer Dicke jedes eingebauten Batteriemoduls die festgesetzte Länge nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Komprimierungsschritt beinhaltet: nur Komprimieren von Batteriemodulen, die eine Dicke aufweisen, die die nominale Dicke überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei jedes Batteriemodul aus einer Vielzahl von gestapelten Batteriezellen besteht und wobei eine Vielzahl von komprimierten Batteriemodulen in das Array eingebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Komprimierungsschritt beinhaltet: Aufbringen eines Drucks gegen ein Ende des Batteriemoduls, um eine Dicke des Batteriemoduls auf die nominale Dicke zu reduzieren, bevor das Batteriemodul in das Array eingebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 7, umfassend: Freigeben des Drucks nach der Komprimierung und vor dem Einbauen des komprimierten Batteriemoduls in das Array.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Komprimierungsschritt beinhaltet: Aufbringen von Druck auf das Batteriemodul, um ein gewünschtes Maß an Eigenspannung in dem Batteriemodul hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul vorübergehend bei der gewünschten Abmessung zu halten, Freigeben des Drucks, wenn das Batteriemodul die gewünschte Abmessung erreicht hat, und nachfolgend Einbauen des Batteriemoduls mit der gewünschten Abmessung in das Array.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich die Eigenspannung allmählich mit der Zeit löst, so dass sich das Batteriemodul entspannt, nachdem es in das Array eingebaut wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Komprimierungsschritt beinhaltet: Hervorrufen einer Eigenspannung in einem Batteriemodul, um das Batteriemodul vorübergehend zu der gewünschten Abmessung zu komprimieren.
Vorrichtung, umfassend: eine Kompressionsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, mindestens ein Batteriemodul vorübergehend zu einer gewünschten Abmessung zu komprimieren, bevor das Batteriemodul in ein Array eingebaut wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Kompressionsvorrichtung einen Aktor beinhaltet, der von einer Steuerung gesteuert wird, um einen Druck auf das Batteriemodul aufzubringen, um ein gewünschtes Maß an Eigenspannung in dem Batteriemodul hervorzurufen, das ausreichend ist, um das Batteriemodul vorübergehend bei der gewünschten Abmessung zu halten, und wobei die Steuerung ein Freigabesignal generiert, um den Druck freizugeben, wenn das Batteriemodul die gewünschte Abmessung erreicht hat, so dass das Batteriemodul mit der gewünschten Abmessung nachfolgend in das Array eingebaut werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kompressionsvorrichtung einen Tisch mit einer Aufnahmevorrichtung beinhaltet, um das Batteriemodul aufzunehmen, wobei die Aufnahmevorrichtung mindestens eine erste Wand, die in Bezug auf den Tisch feststehend gehalten ist, und eine zweite Wand, die axial von der ersten Wand beabstandet und in eine Richtung zur ersten Wand durch den Aktor als Reaktion auf ein von der Steuerung generiertes Kompressionssignal bewegbar ist, beinhaltet, und wobei das Batteriemodul in der Aufnahmevorrichtung zwischen der ersten und zweiten Wand aufgenommen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei ist die gewünschte Abmessung als eine nominale Dicke für das Batteriemodul definiert ist, und wobei die Steuerung ein Kompressionssignal generiert, um den Aktor zu bewegen, um die Batteriemodule, die eine Dicke aufweisen, die die nominale Dicke überschreitet, zu komprimieren, wobei der Aktor optional einen linearen Aktor umfasst.