DE102018117414A1

DE102018117414A1 - Arrayplattenbaugruppen zum anwenden von druckfederkräften gegen batteriezellenstapel

Info

Publication number: DE102018117414A1
Application number: DE102018117414.4A
Authority: DE
Inventors: Saravanan Paramasivam; Kimberley King; Dave Moschet; Bhaskara Boddakayala; Rajaram Subramanian
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2019-01-24
Also published as: US10446894B2; US20190027797A1; CN109285976A

Abstract

Eine Batteriebaugruppe beinhaltet eine Gruppierung von Batteriezellen und eine Arrayplattenbaugruppe, welche mit mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen in Kontakt steht. Die Arrayplattenbaugruppe beinhaltet eine Federplatte, die dazu ausgelegt ist, eine Druckfederkraft gegen die mindestens eine Zelle auszuüben. Die Druckfederkraft kann auf einem dreidimensionalen Profil der Gruppierung von Batteriezellen beruhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Batteriebaugruppen für Batteriepacks von elektrifizierten Fahrzeugen. Eine beispielhafte Batteriebaugruppe beinhaltet eine Arrayplattenbaugruppe zum Ausüben einer Druckfederkraft gegen eine Gruppierung von Batteriezellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Wunsch nach einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes von Kraftfahrzeugen ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Derzeit werden zu diesem Zweck elektrifizierte Fahrzeuge 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 Leistung. Das Batteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die Energie speichern, um diese elektrischen Verbraucher mit Leistung zu versorgen. Die Batteriezellen erzeugen während der Lade- und Entladevorgänge Wärme. Von Zeit zu Zeit, wie etwa wenn die Batteriezellen geladen werden, kann sich das externe Profil der Batteriezellen auswölben oder anschwellen. Das Auswölben kann uneinheitliche Zellenstapelmaße verursachen, was somit zu Packungsproblemen führt.
KURZDARSTELLUNG
Eine Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Gruppierung von Batteriezellen und eine Arrayplattenbaugruppe, welche mit mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen in Kontakt steht. Die Arrayplattenbaugruppe beinhaltet eine Federplatte, die dazu ausgelegt ist, eine Druckfederkraft gegen mindestens eine Zelle auszuüben.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorstehenden Batteriebaugruppe ist die Arrayplattenbaugruppe an einer Längsausdehnung der Gruppierung von Batteriezellen positioniert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorstehenden Batteriebaugruppen ist die Arrayplattenbaugruppe an einer Seite der Gruppierung von Batteriezellen positioniert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Federplatte ein Federmerkmal, das zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, wenn sich ein Profil der mindestens einen Zelle ändert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen ist das Profil zwischen einem ersten Profil und einem zweiten Profil änderbar, das mindestens teilweise relativ zu dem ersten Profil ausgewölbt ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Federplatte einen Plattenkörper und ein Federmerkmal, das von dem Plattenkörper vorsteht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen enthält die Baugruppe ein zweites Federmerkmal, das von dem Plattenkörper vorsteht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Arrayplattenbaugruppe eine äußere Platte und eine innere Platte und die Federplatte erstreckt sich zwischen der äußeren Platte und der inneren Platte.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Federplatte eine Kontaktfläche, die mit der inneren Platte zusammenhängt, und einen äußeren Umfang, der mit der äußeren Platte zusammenhängt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Federplatte ein Federmerkmal, das eine Kontaktfläche und eine Vielzahl von Stegen aufweist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen ist mindestens eine der Kontaktfläche und der Vielzahl von Stegen als Reaktion auf eine dimensionale Änderung der Gruppierung von Batteriezellen flexibel.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen erstreckt sich jedes der Vielzahl von Stegen zwischen der Kontaktfläche und einem äußeren Umfang der Federplatte.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen ist eine Öffnung zwischen benachbarten Stegen der Vielzahl von Stegen angeordnet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer beliebigen der vorstehenden Batteriebaugruppen beinhaltet die Federplatte ein erstes Federmerkmal und ein zweites Federmerkmal benachbart zu dem ersten Federmerkmal.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batteriebaugruppen erstreckt sich ein Mittelträger zwischen dem ersten Federmerkmal und dem zweiten Federmerkmal.
Ein Verfahren nach einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Anwenden einer Druckfederkraft gegen eine Gruppierung von Batteriezellen einer Batteriebaugruppe mit einer Arrayplattenbaugruppe, wobei die Arrayplattenbaugruppe eine Federplatte zum Ausüben der Druckfederkraft auf Grundlage eines dimensionalen Profils der Gruppierung von Batteriezellen beinhaltet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens bewegt sich ein Federmerkmal der Federplatte in eine eingefahrene Position als Reaktion darauf, dass sich mindestens eine Zelle der Gruppierung von Batteriezellen zu einem ausgewölbteren Profil bewegt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren bewegt sich ein Federmerkmal der Federplatte in eine ausgefahrene Position als Reaktion darauf, dass sich mindestens eine Zelle der Gruppierung von Batteriezellen zu einem weniger ausgewölbten Profil bewegt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet ein Federmerkmal der Federplatte eine Kontaktfläche, die mit entweder mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen oder einer inneren Platte der Arrayplattenbaugruppe zusammenhängt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Federmerkmal eine Vielzahl von flexiblen Stegen und mindestens eines der Kontaktfläche und der Vielzahl von flexiblen Stegen bewegt sich als Reaktion auf eine Änderung des dimensionalen Profils, um die Druckfederkraft beizubehalten.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, die Patentansprüche oder die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen, einschließlich sämtlichen dazugehörigen unterschiedlichen Aspekten oder jeweiligen einzelnen Merkmalen, 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 verschiedenen 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 eine Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Batteriebaugruppe aus 2.
4 ist eine Querschnittsansicht der Batteriebaugruppe aus 2.
5 veranschaulicht eine Batteriezelle der Batteriebaugruppe aus 2.
6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe.
7 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe.
8 veranschaulicht noch eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe.
9 veranschaulicht noch eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe.
10 ist eine Seitenansicht einer beispielhaften Federplatte für eine Batteriebaugruppe.
11 ist eine Vorderansicht der Federplatte aus 10.
12 ist eine perspektivische Ansicht der Federplatte aus 10.
13 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Federplatte für eine Batteriebaugruppe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung bietet Details von Batteriebaugruppen zur Verwendung innerhalb von Batteriepacks elektrifizierter Fahrzeuge. Eine beispielhafte Batteriebaugruppe beinhaltet eine Gruppierung von Batteriezellen und eine Arrayplattenbaugruppe, welche mit mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen in Kontakt steht. Die Arrayplattenbaugruppe beinhaltet ein oder mehrere Federmerkmale, die dazu ausgelegt sind, eine Druckfederkraft gegen die Gruppierung von Batteriezellen auszuüben. Die Druckfederkraft behält eine Druckkraft gegen die Gruppierung von Batteriezellen. Die Druckkraft sorgt unabhängig von Variationen von Batteriezelldicken für einheitlichere Zellenstapelabmessungen. Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung ausführlicher erläutert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Obwohl ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle - HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicles - PHEVs), und Batterieelektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge usw.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, welches ein erstes und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet wenigstens 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 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem sind jeweils dazu in der Lage, Drehmoment zum Antreiben von einer oder mehreren Gruppen von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzeugen. Obwohl in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung gezeigt ist, erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Serienhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeugen.
Der Motor 14, der ein Verbrennungsmotor sein kann, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie etwa einen Planetenradsatz, miteinander verbunden sein. Selbstverständlich können andere Typen von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 18 kann vom Motor 14 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Elektromotor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie fungieren, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Kraftübertragungseinheit 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 Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz mit einer Vielzahl von Zahnrädern 46 beinhalten. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Motor 14 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 durch das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann zudem eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben von Drehmoment an eine Welle 52 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, bei dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an das Batteriepack 24 ausgeben.
Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um ein Hochspannungstraktionsbatteriepack handeln, das eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 beinhaltet (d. h. Batterieanordnungen oder Gruppierungen von Batteriezellen), die in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben. Es könnten zudem andere Typen von Leistungsspeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
Bei 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 arbeiten, bei dem der Elektromotor 22 verwendet wird (im Allgemeinen ohne Unterstützung vom Motor 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 für einen Entladebetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter einigen Umständen erhöhen, beispielsweise aufgrund eines Zeitraums von Nutzbremsung. Der Motor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen abgeschaltet, könnte jedoch bei Bedarf auf Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder nach Maßgabe durch den Fahrzeugführer betrieben werden.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid-(HEV-)Modus betrieben werden, bei dem sowohl der Motor 14 als auch der Elektromotor 22 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 reduzieren, 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 der vorliegenden Offenbarung zusätzlich zum EV- und zum HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
Die 2, 3 und 4 veranschaulichen eine Batteriebaugruppe 25, die innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Zum Beispiel könnte die Batteriebaugruppe 25 eine Komponente des Batteriepacks 24 des in 1 gezeigten elektrifizierten Fahrzeugs 12 sein. Die Batteriebaugruppe 25 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 56, die elektrische Energie speichern, um verschiedene elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Leistung zu versorgen. Obwohl eine konkrete Anzahl an Batteriezellen in den 2-4 dargestellt ist, könnte die Batteriebaugruppe 25 eine größere oder kleinere Anzahl an Zellen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung nutzen. Anders ausgedrückt ist diese Offenbarung nicht auf die in den 2-4 gezeigte konkrete Konfiguration beschränkt.
Die Batteriezellen 56 können nebeneinander entlang einer Längsachse A gestapelt sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu bilden, die mitunter als „Zellenstapel“ bezeichnet werden. In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 Lithium-Ionen-Pouch-Zellen. Allerdings könnten Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, prismatisch usw.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) oder beidem alternativ dazu innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
Die Batteriezellen 56 können innerhalb von Arrayrahmen 57 gehalten sein. Jeder Arrayrahmen 57 kann zum Beispiel eine oder mehrere Batteriezellen 56 beinhalten. In einer Ausführungsform ist eine Thermorippe 59 (siehe 4) ebenfalls von den Arrayrahmen 57 gehalten. Die Thermorippen 59 können zwischen benachbarten Batteriezellen 56 des Zellenstapels positioniert sein, um Wärme, die von den Batteriezellen 56 erzeugt wird, thermal zu verwalten.
Die Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 können von einer Stützstruktur 58 gestützt sein, die um den äußeren Umfang des Zellenstapels angeordnet ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Stützstruktur 58 eine oder mehrere Arrayplattenbaugruppen 60 und mehrere Stützplatten 61. Zusammen können die Arrayplattenbaugruppe 60 und die Stützplatten 61 miteinander verbunden sein, um die Batteriezellen 56 in der gestapelten Konfiguration axial einzuschränken.
Die Stützstruktur 58 kann wahlweise eine oder mehrere Bindungen 63 und eine oder mehrere Stangen 65 beinhalten. Die Stangen 65 können sich durch die Arrayplattenbaugruppen 60 und die Arrayrahmen 57 erstrecken, um beim axialen Einschränken der Batteriezellen 56 behilflich zu sein.
Jede Arrayplattenbaugruppe 60 kann eine äußere Platte 84, eine innere Platte 86 und eine Federplatte 88 beinhalten, die zwischen der äußeren Platte 84 und der inneren Platte 86 angeordnet sind. Die innere Platte 86 ist mit mindestens einer der Batteriezellen 56 zusammenhängend und die äußere Platte 84 ist von den Batteriezellen 56 beabstandet und somit nicht damit zusammenhängend. Wie detaillierter nachstehend beschrieben ist die Federplatte 88 dazu konfiguriert, eine Druckfederkraft gegen den Zellenstapel der Batteriebaugruppe 25 anzuwenden.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Batteriebaugruppe 25 eine einzelne Arrayplattenbaugruppe 60, die an einer Längsausdehnung 62 der Batteriebaugruppe 25 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform dient die Arrayplattenbaugruppe 60 als eine Endplatte der Stützstruktur 58 und erstreckt sich parallel mit den Längsachsen A2 der Batteriezellen 56.
In einer anderen Ausführungsform kann die Batteriebaugruppe 25 zwei Arrayplattenbaugruppen 60 beinhalten. In dieser Ausführungsform ist eine Arrayplattenbaugruppe 60 an jeder Längsausdehnung 62 der Batteriebaugruppe 25 angeordnet (siehe z. B. 6).
In einer anderen Ausführungsform ist die Arrayplattenbaugruppe 60 entlang einer Seite 64 der Batteriebaugruppe 25 angeordnet (siehe z. B. 7). In dieser Ausführungsform dient die Arrayplattenbaugruppe 60 als eine Seitenplatte der Stützstruktur 58 und erstreckt sich parallel mit den Längsachsen A2 der Batteriezellen 56.
In noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Batteriebaugruppe 25 zwei Arrayplattenbaugruppen 60. In dieser Ausführungsform ist eine Arrayplattenbaugruppe 60 auf jeder Seite 64 der Batteriebaugruppe 25 angeordnet (siehe z. B. 8).
In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Stützstruktur 58 Arrayplattenbaugruppen 60, die entlang beider der Längsausdehnungen 62 und der Seiten 64 der Batteriebaugruppe 25 angeordnet sind (siehe z. B. 9). In dieser Ausführungsform beinhaltet die Batteriebaugruppe 25 vier gesamte Arrayplattenbaugruppen 60. Die Gesamtzahl von Arrayplattenbaugruppen 60 und Stützplatten 61, die innerhalb der Batteriebaugruppe 25 verwendet werden ist für die Ausgestaltung spezifisch und kann von dem Ausmaß von benötigter Druckkraft, die zum Beibehalten von konsistenten Zellenstapelabmessungen nötig ist, abhängen.
Nun unter Bezugnahme auf die 2-5 können sich eine oder mehr der Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 auswölben, anschwellen oder anderweitig während bestimmten Bedingungen, wie etwa Lade- und Entladebedingungen, ausdehnen. Zum Beispiel können sich eine oder mehrere der Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 zwischen einer ersten Position X (gezeigt in gestrichelten Linien) und einer zweiten Position X' (gezeigt in durchgezogenen Linien) auswölben, anschwellen oder ausdehnen. Die Batteriezellen 56 können sich in eine beliebige Position zwischen der ersten Position X und der zweiten Position X' auswölben. Die Batteriezellen 56 können sich als Reaktion auf Wärmeerzeugung oder chemische Reaktionen, die innerhalb der Batteriezellen 56 erfolgen, wölben.
In einer Ausführungsform bezeichnet die erste Position X der Batteriezelle 56 im Allgemeinen ein nicht geladenes Profil der Batteriezelle 56 und die zweite Position X' bezeichnet im Allgemeinen ein geladenes Profil. Ein äußeres Gehäuse 66 der Batteriezelle 56 kann eine erste Kontur C1 beinhalten, die in der ersten Position X im Allgemeinen ebenflächig (oder weniger ausgewölbt) ist, und eine zweite Kontur C2, die in der zweiten Position X' im Allgemeinen nicht ebenflächig (oder ausgewölbter) ist. Die variierenden Profile der Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 können zu inkonsistenten Zellenstapelabmessungen führen. Zum Beispiel kann die Gesamtlänge der Batteriebaugruppe 25 größer werden, wenn sich eine oder mehrere Batteriezellen 56 zu der zweiten Position X' auswölben. Um dieses Problem anzugehen, können eine oder mehrere der Arrayplattenbaugruppen 60 der Trägerstruktur 58 Federmerkmale zum Ausüben einer Druckfederkraft gegen den Zellenstapel beinhalten, um konsistentere Zellenstapelabmessungen beizubehalten, trotz der variierenden Profile der Batteriezellen 56. Beispielhafte Federplatten, die mit derartigen Federmerkmalen ausgestattet sind, werden nachstehend detaillierter beschrieben.
Die 10, 11 und 12 veranschaulichen, unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 2-5, eine beispielhafte Federplatte 88 für die Arrayplattenbaugruppe 60 der Batteriebaugruppe 25. Die Federplatte 88 beinhaltet einen Plattenkörper 68 und ein Federmerkmal 70, das von dem Plattenkörper 68 vorsteht. Wenn die Arrayplattenbaugruppe 60 an der Batteriebaugruppe 25 montiert ist, kann der Plattenkörper 68 der Federplatte 88 in Kontakt mit der äußeren Platte 84 der Arrayplattenbaugruppe 60 stehen und das Federmerkmal 70 kann mit der inneren Platte 86 der Arrayplattenbaugruppe 60 in Kontakt stehen (siehe z. B. 4).
In einer Ausführungsform sind der Plattenkörper 68 und die Federmerkmale 70 integral miteinander gebildet, um die Federplatte 88 bereitzustellen. Die Federplatte 88 ist somit als ein monolithisches Teil angesehen, das jegliche mechanische Befestigungsmittel ausschließt.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Federplatte 88 ein einzelnes Federmerkmal 70. Es versteht sich jedoch, dass die Federplatte 88 dazu ausgestaltet sein könnte, eine beliebige Menge von Federmerkmalen 70 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zu beinhalten. Die gesamte Anzahl von Federmerkmalen 70, die in die Federplatte 88 ausgestaltet sind, kann von der Menge von Druckkraft abhängen, die zum Beibehalten von Druck auf der Batteriebaugruppe 25 erforderlich ist.
Der Plattenkörper 68 der Federplatte 88 beinhaltet einen äußeren Umfang 72, der durch eine Vielzahl von Trägern 74 erstellt ist. In einer Ausführungsform ist der äußere Umfang 72 ein rechteckiger Umfang. In einer anderen Ausführungsform ist der äußere Umfang 72 ein quadratischer Umfang. Es werden jedoch auch andere Formen im Umfang der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen.
Das Federmerkmal 70 der Federplatte 88 kann eine Kontaktfläche 78 und eine Vielzahl von Stegen 80 beinhalten, die sich zwischen der Kontaktfläche 78 und den Trägern 74 des Plattenkörpers 68 verbinden. Die Kontaktfläche 78 ist im Allgemeinen flach und steht in Kontakt mit der inneren Platte 86 oder mindestens einer Batteriezelle 56, wenn die Arrayplattenbaugruppe 60 innerhalb der Batteriebaugruppe 25 montiert ist (siehe z. B. die 2-4). Öffnungen 82 können sich zwischen benachbarten Stegen 80 des Federmerkmals 70 erstrecken.
Die Konfiguration der Stege 80 und der Öffnungen 82 verleihen dem Federmerkmal 70 „federartige“ Eigenschaften. Zum Beispiel können sich die Stege 80, die Kontaktflächen 78 oder beide zu einer eingefahrenen Position RP biegen (z. B. elastische Verformung aufweisen) (siehe 10), wenn sich eine oder mehr Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 26 zu ihren zweiten Positionen X' auswölben (siehe 5). In der eingefahrenen Position RP hat sich das Federmerkmal 70 zu dem Plattenkörper 68 bewegt und hat sich somit in eine Richtung von dem Zellenstapel weg (d. h. zu der äußere Platte 84 hin) bewegt. Des Weiteren können sich die Stege 80, die Kontaktflächen 78 oder beide zu ihren ausgefahrenen Positionen EP oder zurück zu den Zellenstapeln (d. h. zu der inneren Platte 86) biegen, wenn sich die Batteriezellen 56 zurück zu ihrer ersten Position X bewegen. Daher sind die Federmerkmale 70 dazu in der Lage, beliebige dimensionale Variationen in dem Zellenstapel zu kompensieren.
Sobald die Arrayplattenbaugruppe 60 an die Batteriebaugruppe 25 montiert wurde, wölbt sich das Federmerkmal 70 von dem Plattenkörper 68 in eine Richtung zu den Batteriezellen 56 aus. In einer Ausführungsform übt das Federmerkmal 70 selektiv eine Druckfederkraft gegen die innere Platte 86 der Arrayplattenbaugruppe 60 aus, um eine Druckkraft über die Batteriezellen 56 der Batteriebaugruppe 25 (siehe 2-4) beizubehalten. Die innere Platte 86 der Arrayplattenbaugruppe 60 ist dazu ausgestaltet, eine gleichmäßigere Druckfederkraft gegen den Zellenstapel zu verteilen.
Die Menge an Druckfederkraft, die von dem Federmerkmal 70 angewendet wird, kann abgestimmt werden, um eine beliebige gewünschte Druckkraft für einen beliebigen Zellenstapel zu erreichen. In einer Ausführungsform kann die Druckfederkraft, die von dem Federmerkmal 70 angewendet wird, durch Ändern der Dicke des Materials der Stege 80 und der Kontaktflächen 78, Stapeln einer oder mehrerer Federplatten 88 usw. geändert werden.
13 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Federplatte 188. Die Federplatte 188 beinhaltet einen Plattenkörper 168 und mehrere Federmerkmale 170, die von dem Plattenkörper 168 vorstehen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die Federplatte 188 zwei Federmerkmale 170. Es versteht sich jedoch, dass die Federplatte 188 dazu ausgestaltet sein könnte, eine beliebige Menge von Federmerkmalen 170 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zu beinhalten. Die Federplatte 188 kann dazu konfiguriert sein, eine Druckfederkraft gegen mehr als eine Batteriebaugruppe eines Batteriepacks oder gegen einen Zellenstapel auszuüben, der Batteriezellen beinhaltet, die relativ große Breiten aufweisen.
In dieser Ausführungsform beinhaltet der Plattenkörper 168 der Federplatte 188 einen Mittelträger 176, der sich zwischen den Federmerkmalen 170 der Federplatte 188 erstreckt. Der Mittelträger 176 stellt der Federplatte 188 strukturelle Unterstützung bereit.
Die beispielhaften Batteriebaugruppen dieser Offenbarung beinhalten Arrayplattenbaugruppen, die mit einer oder mehreren Federplatten ausgestattet sind. Die Federplatten beinhalten federähnliche Merkmale, die dazu in der Lage sind, einen Zellenstapel unter Druck zu halten, indem sie eine Druckfederkraft gegen den Stapel ausüben. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen entfernen den Bedarf, Schaumauflagen zwischen dem Stapel und den Platten bereitzustellen. Die vorgeschlagenen Ausgestaltungen verwenden daher weniger Teile und reduzieren somit Kosten und Einbauzeiten.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese bestimmten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten einer 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 genau gelesen werden, um den wahren Umfang und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu bestimmen.

Claims

Beansprucht wird:
Batteriebaugruppe, die Folgendes umfasst: eine Gruppierung von Batteriezellen; und eine Arrayplattenbaugruppe, die mit mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen in Kontakt steht, wobei die Arrayplattenbaugruppe eine Federplatte beinhaltet, die dazu ausgelegt ist, eine Druckfederkraft gegen die mindestens eine Zelle auszuüben.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Arrayplattenbaugruppe ferner an einer Längsausdehnung der Gruppierung von Batteriezellen positioniert ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Arrayplattenbaugruppe an einer Seite der Gruppierung von Batteriezellen positioniert ist.
Batteriebaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federplatte ein Federmerkmal beinhaltet, das zwischen einer ausgefahrenen Position und einer eingefahrenen Position beweglich ist, wenn sich ein Profil der mindestens einer Zelle ändert, und wahlweise wobei das Profil zwischen einem ersten Profil und einem zweiten Profil wechselbar ist, das relativ zu dem ersten Profil mindestens teilweise ausgewölbt ist.
Batteriebaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federplatte einen Plattenkörper und ein Federmerkmal beinhaltet, das von dem Plattenkörper vorsteht, und wobei sie wahlweise ein zweites Federmerkmal umfasst, das von dem Plattenkörper vorsteht.
Batteriebaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Arrayplattenbaugruppe eine äußere Platte und eine innere Platte beinhaltet, und wobei sich die Federplatte zwischen der äußeren Platte und der inneren Platte erstreckt, und wahlweise wobei die Federplatte eine Kontaktfläche, die mit der inneren Platte zusammenhängt, und einen äußeren Umfang beinhaltet, der mit der äußeren Platte zusammenhängt.
Batteriebaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federplatte ein Federelement beinhaltet, das eine Kontaktfläche und eine Vielzahl von Stegen aufweist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 7, wobei mindestens eine der Kontaktfläche und der Vielzahl von Stegen als Reaktion auf eine dimensionale Änderung der Gruppierung von Batteriezellen flexibel ist, und wobei sich wahlweise jeder der Vielzahl von Stegen zwischen der Kontaktfläche und einem äußeren Umfang der Federplatte erstreckt.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 7, die eine Öffnung umfasst, welche zwischen benachbarten Stegen der Vielzahl von Stegen angeordnet ist.
Batteriebaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Federplatte ein erstes Federmerkmal und ein zweites Federmerkmal benachbart zu dem ersten Federmerkmal beinhaltet und wobei sie wahlweise einen Mittelträger umfasst, der sich zwischen dem ersten Federmerkmal und dem zweiten Federmerkmal erstreckt.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Anwenden einer Druckfederkraft gegen eine Gruppierung von Batteriezellen einer Batteriebaugruppe mit einer Arrayplattenbaugruppe, wobei die Arrayplattenbaugruppe eine Federplatte zum Ausüben der Druckfederkraft auf Grundlage eines dimensionalen Profils der Gruppierung von Batteriezellen beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich ein Federmerkmal der Federplatte in eine eingefahrene Position als Reaktion darauf bewegt, dass sich mindestens eine Zelle der Gruppierung von Batteriezellen zu einem ausgewölbteren Profil bewegt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei sich ein Federmerkmal der Federplatte in eine ausgefahrene Position als Reaktion darauf bewegt, dass sich mindestens eine Zelle der Gruppierung von Batteriezellen zu einem weniger ausgewölbten Profil bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei ein Federmerkmal der Federplatte eine Kontaktfläche beinhaltet, die mit entweder mindestens einer Zelle der Gruppierung von Batteriezellen oder einer inneren Platte der Arrayplattenbaugruppe zusammenhängt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Federmerkmal eine Vielzahl von flexiblen Stegen beinhaltet und sich mindestens eins der Kontaktfläche und der Vielzahl von flexiblen Stegen als Reaktion auf eine Änderung des dimensionalen Profils bewegt, um die Druckfederkraft beizubehalten.