DE102018118742A1

DE102018118742A1 - Batteriegehäuse mit einer Verbundstruktur mit einem Kühlmittelkanal

Info

Publication number: DE102018118742A1
Application number: DE102018118742.4A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Matthew HAAG; Lucas AMBER; Jason SIELAFF
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-01
Publication date: 2019-02-07
Also published as: CN109390517A; US20190044203A1; US10461383B2

Abstract

Eine beispielhafte Batteriebaugruppe beinhaltet unter anderem eine Verbundstruktur eines Gehäuses. Die Verbundstruktur stellt wenigstens einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals bereit, der ein Kühlmittel transportiert. Ein beispielhaftes Batteriekühlverfahren beinhaltet unter anderem Austauschen von Wärmeenergie zwischen einem Kühlmittel und einer Batteriekomponente, während das Kühlmittel durch einen Kühlmittelkanal geleitet wird. Der Kühlmittelkanal wird wenigstens teilweise durch eine Verbundstruktur eines Gehäuses gebildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Batteriegehäuse und insbesondere eine Verbundstruktur des Gehäuses. Die Verbundstruktur stellt wenigstens einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals bereit.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich von üblichen Motorfahrzeugen, da elektrifizierte Fahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer elektrische Maschinen angetrieben werden, die von einem Batteriepack mit Energie versorgt werden. Die elektrischen Maschinen können das elektrifizierte Fahrzeuge anstelle eines Verbrennungsmotors oder zusätzlich zu diesem antreiben. Zu beispielhaften elektrifizierten Fahrzeuge gehören Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEVs), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge (fuel cell vehicles - FCVs) und Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs).
Der Batteriepack ist eine Traktionsbatterie mit relativ hoher Spannung, die selektiv die elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Energie versorgt. Der Batteriepack kann Kühlung oder Erwärmung benötigen. Der Batteriepack beinhaltet Anordnungen zusammengeschalteter Batteriezellen, die Energie zum Versorgen der elektrischen Verbraucher speichern. Die Anordnungen sind in der Regel in einem Gehäuse aufgenommen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Verbundstruktur eines Gehäuses. Die Verbundstruktur stellt wenigstens einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals bereit, der ein Kühlmittel transportiert.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform der vorstehenden Baugruppe beinhaltet eine Wärmeaustauschplatte, die einen anderen Abschnitt des Kühlmittelkanals bereitstellt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen stellen die Wärmeaustauschplatte und die Verbundstruktur an einem Querschnitt durch den Kühlmittelkanal gemeinsam einen gesamten Kühlmittelkanal bereit.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen beinhaltet einen Einsatz, der in einem Kern der Verbundstruktur gehalten wird. Der Einsatz ist dazu konfiguriert, einen Befestiger aufzunehmen, der eine Batteriekomponente im Verhältnis zur Verbundstruktur befestigt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen erstreckt sich der Einsatz in Längsrichtung an wenigstens einer Seite des Kühlmittelkanals entlang.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen beinhaltet die Verbundstruktur einen Kern, der zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht angeordnet ist. Die erste und zweite Außenschicht weisen eine Materialzusammensetzung auf, die sich von der Materialzusammensetzung des Kerns unterscheidet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen, ist der Kern ein Schaumstoff.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen sind die erste Außenschicht und die zweite Außenschicht faserverstärkter Kunststoff.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen steht die erste Außenschicht in direktem Kontakt mit einem flüssigen Kühlmittel im Kühlmittelkanal.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen beinhaltet wenigstens eine tragende Fläche und wenigstens eine Kanalfläche der Verbundstruktur. Die wenigstens eine tragende Fläche steht in direktem Kontakt mit einer Batteriekomponente. Die wenigstens eine Kanalfläche ist im Verhältnis zur wenigstens einen tragenden Fläche vertieft, um einen vertieften Bereich für den Kühlmittelkanal bereitzustellen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Baugruppen ist die Verbundstruktur ein Schacht des Gehäuses.
Ein Batteriekühlverfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Austauschen von Wärmeenergie zwischen einem Kühlmittel und einer Batteriekomponente, während das Kühlmittel durch einen Kühlmittelkanal geleitet wird. Der Kühlmittelkanal wird wenigstens teilweise durch eine Verbundstruktur eines Gehäuses gebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens ist die Batteriekomponente eine Wärmeaustauschplatte.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Tragen der wenigstens einen Batterieanordnung auf der Wärmeaustauschplatte.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Tragen der Batteriekomponente auf wenigstens einer tragenden Fläche der Verbundstruktur. Der Kühlmittelkanal ist in Bezug auf die wenigstens eine tragende Fläche vertieft.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Befestigen der Batteriekomponente im Verhältnis zur Verbundstruktur durch In-Eingriff-Bringen des Befestigers mit einem Einsatz, der in einem Kern der Verbundstruktur gehalten wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet die Verbundstruktur einen Kern, der zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht angeordnet ist.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anordnen eines Kerns zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht, um das Verbundgehäuse bereitzustellen. Die erste und zweite Außenschicht weisen eine Materialzusammensetzung auf, die sich von der Materialzusammensetzung des Kerns unterscheidet.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anordnen des Kerns zwischen der ersten und zweiten Außenschicht unter Verwendung eines Vakuumeinsackprozesses.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Verfahren, ist der Kern ein Schaumstoff.
Figurenliste
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden für Fachleute anhand der ausführlichen Beschreibung deutlich. Die Figuren, die die ausführliche Beschreibung begleiten, lassen sich kurz wie folgt beschreiben.

1 zeigt schematisch einen beispielhaften Antriebsstrang für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
2 stellt eine perspektivische Ansicht eines Batteriepacks aus dem Antriebsstrang aus 1 dar.
3 stellt einen Schnitt entlang der Linie III-III in 2 dar.
4 stellt einen Schnitt einer Verbundstruktur eines Gehäuses aus dem Batteriepack aus 2 entlang der Linie III-III aus 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar.
5A stellt eine Oberseitenansicht ausgewählter Abschnitte des Batteriepacks in einer Montagephase dar.
5B stellt eine Oberseitenansicht ausgewählter Abschnitte des Batteriepacks in einer späteren Montagephase als in 5A dar.
5C stellt eine Oberseitenansicht ausgewählter Abschnitte des Batteriepacks in einer späteren Montagephase als in 5B dar.
5D stellt eine Oberseitenansicht ausgewählter Abschnitte des Batteriepacks in einer späteren Montagephase als in 5C dar.
5E stellt eine Oberseitenansicht ausgewählter Abschnitte des Batteriepacks in einer späteren Montagephase als in 5D dar.
6A stellt eine Schnittansicht durch die ausgewählten Abschnitte des Batteriepacks aus 5A dar.
6B stellt eine Schnittansicht durch die ausgewählten Abschnitte des Batteriepacks aus 5B dar.
6C stellt eine Schnittansicht durch die ausgewählten Abschnitte des Batteriepacks aus 5C dar.
6D stellt eine Schnittansicht durch die ausgewählten Abschnitte des Batteriepacks aus 5D dar.
6E stellt eine Schnittansicht durch die ausgewählten Abschnitte des Batteriepacks aus 5E dar.
7 stellt eine Schnittansicht der Verbundstruktur aus 4 während der Montagegemäß dem Ausführungsbeispiel dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung betrifft allgemein ein Gehäuse für einen Batteriepack. Das Gehäuse nimmt Batterieanordnungen auf.
Eine Verbundstruktur stellt wenigstens einen Teil des Gehäuses bereit. Die Verbundstruktur kann das Gesamtgewicht des Gehäuses im Verhältnis zu einem Gehäuse reduzieren, das keine Verbundstruktur beinhaltet.
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Verbundstruktur einen Kern, der zwischen Schichten angeordnet ist. Die Materialzusammensetzung des Kerns unterscheidet sich von der Materialzusammensetzung der Schichten. Die Verbundstruktur stellt einen Abschnitt von Kühlmittelkanälen bereit, die zum Leiten eines Kühlmittels durch einen Abschnitt des Batteriepacks benutzt werden.
Bezug nehmend auf 1 ist ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) eine Art von elektrifiziertem Fahrzeug, das einen Antriebsstrang 10 beinhalten kann. Trotz der Darstellung der Verwendung in Verbindung mit dem Antriebsstrang 10 sei darauf verwiesen, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und auch auf eine beliebige andere Art von elektrifiziertem Fahrzeug angewandt werden könnten, einschließlich unter anderem auf Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge usw.
Der Antriebsstrang 10 beinhaltet einen Batteriepack 14 mit einer Vielzahl von Batterieanordnungen 18, einen Verbrennungsmotor 20, einen Elektromotor 22 und einen Generator 24. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Arten von elektrischen Maschinen. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 können separat sein oder die Form eines kombinierten Motor-Generators aufweisen.
In dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um einen Antriebsstrang mit Leistungsverzweigung, welcher ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 anzutreiben. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus dem Verbrennungsmotor 20 und dem Generator 24. Das zweite Antriebssystem beinhaltet wenigstens den Elektromotor 22, den Generator 24 und den Batteriepack 14. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Abschnitte eines elektrischen Antriebssystems des Antriebsstrangs 10.
Der Verbrennungsmotor 20 und der Generator 24 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30, wie beispielsweise ein Planetengetriebe, miteinander verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 20 mit dem Generator 24 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebesatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 24 kann vom Verbrennungsmotor 20 durch die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ dazu als Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, welche mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, die über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. In anderen Beispielen können andere Kraftübertragungseinheiten verwendet werden.
Die Zahnräder 46 übertragen das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 20 auf ein Differenzialgetriebe 48, um die Fahrzeugantriebsräder 28 letztlich mit Traktion zu versorgen. Das Differenzialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment an die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In diesem Beispiel ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differenzialgetriebe 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann selektiv verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. In dieser Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 24 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, bei welchem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 24 als Elektromotor zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Energie ausgeben, um die Zellen des Batteriepacks 14 wieder aufzuladen.
Unter Bezugnahme auf 2 bis 3 und weiterhin unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet der Batteriepack 14 ein Gehäuse 60, das einen Innenbereich 64 bereitstellt, in dem die Batterieanordnungen 18 aufgenommen sind. In dem beispielhaften Gehäuse 60 sind zwei der Batterieanordnungen 18 im Innenbereich 64 aufgenommen. In anderen Beispielen sind in dem Gehäuse 60 mehr als zwei oder weniger als zwei der Batterieanordnungen 18 im Innenbereich 64 aufgenommen.
Das Gehäuse 60 beinhaltet einen Schacht 70 und einen Deckel 74. In diesem Beispiel stellen der Schacht 70 und der Deckel 74 jeweils einen Abschnitt einer der Seiten 78 des Gehäuse s60 bereit. In anderen Beispielen werden die Seiten 78 ausschließlich durch den Schacht 70, ausschließlich durch den Deckel 74 oder durch eine vom Schacht 70 und vom Deckel 74 getrennte Struktur bereitgestellt.
Im Innenbereich 64 ruhen die Batterieanordnungen 18 auf einer Wärmeaustauschplatte 82, die auf tragenden Flächen 84 getragen wird, die von dem Schacht 70 bereitgestellt werden. Mechanische Befestiger 86 befestigen die Wärmeaustauschplatte 82 am Schacht 70. Trotz der Beschreibung als die mechanischen Befestiger 86 können auch andere Befestigungsvorrichtungen verwendet werden. Die Batterieanordnungen 18 können mit anderen mechanischen Befestigern (nicht gezeigt) an der Wärmeaustauschplatte 82 befestigt sein.
Die Wärmeaustauschplatte 82 kann ein Metall oder eine Metalllegierung sein. In einem spezifischen Beispiel ist die Wärmeaustauschplatte Aluminium. Die Wärmeaustauschplatte 82 und andere Beispiele können ein anderes Material als Metalle oder Metalllegierungen sein, das ausgewählt wird, um Wärmeleitfähigkeit zu fördern. In einem spezifischen Beispiel ist die Wärmeaustauschplatte Aluminium.
In einigen Beispielen kann ein Wärmegrenzflächenmaterial (thermal interface material - TIM) zwischen den Batterieanordnungen 18 und der Wärmeaustauschplatte 82 angeordnet sein. Das TIM kann dazu beitragen, den Wärmekontakt zwischen den Batterieanordnungen 18 und der Wärmeaustauschplatte 82 aufrechtzuerhalten. Das TIM kann eine vorgehärtete Folie, eine nicht härtende Flüssigkeit, eine härtende Flüssigkeit, ein Gel oder von anderer Art sein. Das TIM kann silikonbasiert mit leitfähigen Füllstoffen, acrylbasiert mit leitfähigen Füllstoffen oder von anderer Art sein.
In diesem Ausführungsbeispiel stellt der Schacht 70 einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals 90 bereit, der den Batterieanordnungen 18 zugeordnet ist. Der Schacht 70 beinhaltet einen vertieften Bereich 92, um den Kühlmittelkanal 90 bereitzustellen. Der vertiefte Bereich 92 weist in diesem Beispiel ein trapezförmiges Querschnittprofil auf.
Der vertiefte Bereich 92 ist im Verhältnis zu den tragenden Flächen 84, die die Grenzfläche zur Wärmeaustauschplatte 82 bilden, vertieft. Der vertiefte Bereich 92 wird durch einen Unterseitenboden 94 und gegenüberliegende Seitenwände 98 und 102 bereitgestellt. Der vertiefte Bereich 92 in diesem Beispiel erstreckt sich nicht zu den Seiten 78 des Schachts 70. In einem anderen Beispiel erstreckt sich der vertiefte Bereich 92 zu den Seiten 78. Indem sich der vertiefte Bereich 92 zu den Seiten 78 erstreckt, kann ein Kühlmittelkanal bereitgestellt werden, der eine Grenzfläche zu einer Unterseite der Batterieanordnungen 18 sowie einer lateralen Seite der Batterieanordnungen 18 bildet.
Bei dem zusammengebauten Batteriepack 14 deckt die Wärmeaustauschplatte 82 den vertieften Bereich 92 ab, um eine Oberseitenfläche 106 des Kühlmittelkanals 90 bereitzustellen. Insbesondere erstreckt sich die Wärmeaustauschplatte 82 von der Seitenwand 98 zur Seitenwand 102 über den Kühlmittelkanal 90.
Oberseite und Unterseite beziehen sich für die Zwecke dieser Offenbarung auf die Ausrichtung des Batteriepacks aus 3. Andere Ausrichtungen für den Batteriepack 14 sind ebenfalls möglich, von denen einige bewirken, dass die Oberseitenfläche 106 eine Unterseitenfläche des Kühlmittelkanals 90 und der Unterseitenboden 94 eine Oberseitenfläche des Kanals ist. Somit sollen Oberseite und Unterseite den Batteriepack 14 nicht auf eine bestimmte Ausrichtung beschränken.
Ein Kühlmittel 110 kann sich durch den Kühlmittelkanal 90 bewegen. In diesem Beispiel ist das Kühlmittel 110 ein flüssiges Kühlmittel. In einem anderen Beispiel kann das Kühlmittel 110 ein Gas sein. Die tragenden Flächen 84 können eine Dichtung beinhalten, wie etwa eine Ethylenpropylendienmonomer(EPDM)-Gummidichtung, die mit einem Kühlmittel 110 kompatibel ist. Dies blockiert das Kühlmittel 110, so dass es sich nicht zwischen die tragenden Flächen 84 und die Wärmeaustauschplatte 82 bewegt. Die Dichtung kann eine Aufpressdichtung, eine Scheibendichtung, eine Schaumdichtung, eine RTV-Silikondichtung usw. sein.
Das Kühlmittel 110 tauscht Wärmeenergie mit der Wärmeaustauschplatte 82 aus. In diesem Beispiel nimmt das Kühlmittel 110 Wärmeenergie von der Wärmeaustauschplatte 82 auf, die während des Betriebs der Batterieanordnungen 18 erzeugt wird. Das Kühlmittel 110 kühlt die Batterieanordnungen 18, indem die Wärmeenergie von den Batterieanordnungen 18 durch die Wärmeaustauschplatte 82 zum Kühlmittel 110 im Kühlmittelkanal 90 bewegt wird.
Der beispielhafte Kühlmittelkanal 90 erstreckt sich unter beiden Batterieanordnungen 18 im Innenbereich 64. Entsprechend strömt das Kühlmittel 110, das sich durch den Kühlmittelkanal 90 bewegt, unter beiden Batterieanordnungen 18 des Batteriepacks 14 her. In einem anderen Beispiel kann der Kühlmittelkanal 90 in separate Kanäle unterteilt sein. Das heißt, der Kühlmittelkanal 90 kann beispielsweise einen ersten Kanal, der einer der Batterieanordnungen 18 zugeordnet ist, und einen separaten zweiten Kanal beinhalten, der der anderen Anordnung zugeordnet ist.
Bezug nehmend auf 4 und weiterhin unter Bezugnahme auf 3 ist der beispielhafte Schacht 70 eine Verbundstruktur des Gehäuse s 60. Insbesondere beinhaltet der Schacht 70 einen Kern 112, der zwischen einer ersten Außenschicht 114 und einer zweiten Außenschicht 116 angeordnet ist. Wenigstens ein Einsatz 120 ist zwischen der ersten Außenschicht 114 und der zweiten Außenschicht 116 des Schachts 70 angeordnet.
In diesem Beispiel handelt es sich sowohl bei dem Schacht 70 als auch dem Deckel 74 um Verbundstrukturen. In anderen Beispielen ist einer von dem Schacht oder dem Deckel eine Verbundstruktur, und der andere von dem Schacht oder dem Deckel ist keine Verbundstruktur. In wieder einem anderen Beispiel ist ein anderer Bereich des Gehäuses 60 eine Verbundstruktur, wie etwa eine Seitenwand des Gehäuses 60, die separat von dem Schacht 70 und dem Deckel 74 ist.
Der Kern 112 kann Schaumstoff sein. In diesem Beispiel ist der Schaumstoff ein hochdichter Schaumstoff mit geschlossenen Zellen. Zu anderen Beispielmaterialien, die zur Verwendung als der Kern 112 geeignet sind, können Wabenstrukturen, Balsaholz, Meta-Aramid-Materialien, wie sie etwa unter dem Markennamen Nomex® verkauft werden, usw. gehören. Der Kern 112 kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, die von einer Materialzusammensetzung des Kerns 112 abhängen können. Zu beispielhaften Verfahren können das Extrudieren des Kerns 112 und das Formen des Kerns 112 gehören.
Die erste Außenschicht 114 und die zweite Außenschicht 116 sind in diesem Beispiel ein faserverstärkter Kunststoff (fiber reinforced plastic - FRP). Die erste Außenschicht 114 und die zweite Außenschicht 116 können ein spezifisch gerichtetes Gewebematerial beinhalten. Ein Gewebematerial unterscheidet sich beispielsweise von einem zerhackten Mattenmaterial mit Fasern ohne spezifische Richtung.
Obwohl die erste Außenschicht 114 und die zweite Außenschicht 116 als eine einzelne Schicht gezeigt sind, können weitere Schichten benutzt werden, um beispielsweise eine Festigkeit des Schachts 70 zu erhöhen. Ferner kann sich die Materialzusammensetzung der zweiten Außenschicht 116 von der Materialzusammensetzung der ersten Außenschicht 114 unterscheiden. Beispielsweise kann die erste Außenschicht 114 eine Materialzusammensetzung aufweisen, die zur Grenzflächenbildung mit dem Innenbereich 64 des Batteriepacks 14 geeignet ist, und die zweite Außenschicht 116 kann eine Materialzusammensetzung aufweisen, die zur Grenzflächenbildung mit einer Außenumgebung um den Batteriepack 14 geeignet ist. Die zweite Außenschicht 116 kann beispielsweise ein hochtemperaturfestes Epoxid sein, wie etwa Epoxid, das unter dem Markennamen Duralco™ 4460 verkauft wird.
In diesem Beispiel ist der Einsatz 120 in einem Schlitz 122 des Kerns 112 angeordnet. Der Einsatz 120 ist in dieser nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsform ein polymerbasiertes Material. Insbesondere ist der beispielhafte Einsatz 120 ein Polyethylenmaterial mit extrem hohem Molekulargewicht (ultra-high molecular weight - UHMW). Der Einsatz 120 ist in diesem Beispiel eine einzelne monolithische Struktur. In einem anderen Beispiel umfasst der Einsatz 120 eine Vielzahl separater, individueller Einsätze. In anderen Beispielen ist der Einsatz 120 ein Metall oder eine Metalllegierung. Das Material und die Form des Einsatzes 120 können so ausgewählt werden, dass Kriechen reduziert oder eliminiert wird und eine Abdichtung zwischen der Wärmeaustauschplatte 82 und dem Schacht 70 aufrechterhalten wird.
Im zusammengebauten Batteriepack 14 aus 3 erstrecken sich die mechanischen Befestiger 86 für einen Gewindeeingriff mit einem Bereich des Einsatzes 120 durch die erste Außenschicht 114. Der Eingriff der mechanischen Befestiger 86 mit dem Einsatz 120 klemmt die Wärmeaustauschplatte 82 gegen die tragenden Flächen 84 des Schachts 70. Der Einsatz 120 kann in anderen Beispielen verwendet werden, um andere Batteriekomponenten anstelle der Wärmeaustauschplatte 82 oder zusätzlich dazu zu befestigen.
Im Querschnitt des Kühlmittelkanals 90, der in 3 gezeigt ist, stellt der Schacht 70 einen Abschnitt eines Umfangs des Kühlmittelkanals 90 bereit, und die Wärmeaustauschplatte 82 stellt die übrigen Abschnitte des Umfangs des Kühlmittelkanals 90 bereit. Der gesamte Umfang des Kühlmittelkanals 90 wird dadurch durch den Schacht 70 und die Wärmeaustauschplatte 82 bereitgestellt. In anderen Beispielen kann eine andere Struktur wie etwa der Einsatz 120 verwendet werden, um einen Teil des Umfangs des Kühlmittelkanals 90 zu bilden.
In 5A-6E sind ausgewählte Montageschritte des Batteriepacks 14 gezeigt. In 5A und 6A ist der beispielhafte Kern 112 nach dem Aufnehmen des Einsatzes 120 gezeigt.
Nach dem Positionieren des Einsatzes 120 im Kern 112 werden die erste Außenschicht 114 und die zweite Außenschicht 116 um den Kern 112 und den Einsatz 120 herum positioniert, um eine Verbundstruktur bereitzustellen, wie in 5B und 6B gezeigt. Der Kern 112 und der Einsatz 120 werden zwischen der ersten Außenschicht 114 und der zweiten Außenschicht 116 angeordnet. Nach dem Zusammenbauen ist der Einsatz 120 an den Seitenwände 98 und 102 des vertieften Bereichs 92 entlang verlaufend angeordnet, derart, dass der Einsatz 120 auf gegenüberliegenden Seiten des vertieften Bereichs 92 liegt. Der Einsatz 120 erstreckt sich in Längsrichtung an den Seitenwänden 98 und 102 entlang.
Von oben betrachtet weist der vertiefte Bereich 92 eine „C“-Form auf, um einem Fußabdruck der Batterieanordnungen 18 zu folgen, wenn die Batterieanordnungen 18 am Schacht 70 positioniert sind. Aufgrund der „C“-Form kann Kühlmittel an einem Weg P im Kühlmittelkanal 90 unter beiden Batterieanordnungen 18 des Batteriepacks 14 entlang fließen.
Der Kühlmittelkanal 90 kann eine Anzahl möglicher Konfigurationen aufweisen und ist nicht auf die gezeigte „C“-Form mit einem einzelnen primären Strömungsweg beschränkt. Andere beispielhafte Konfigurationen können einen gewundenen Strömungsweg, einen parallelen Strömungsweg (mit zwei oder mehr separaten Kanälen) oder eine andere Art von Konfiguration beinhalten.
Ein beispielhafter Prozess, der zum Anordnen des Kerns 112 und des Einsatzes 120 zwischen der ersten Außenschicht 114 und der zweiten Außenschicht 116 benutzt werden kann, ist Vakuumeinsacken. Natürlich können andere Prozesse benutzt werden.
Wie in 7 gezeigt, kann ein Vakuumeinsackprozess das Positionieren des Kerns 112, des Einsatzes 120, der ersten Außenschicht 114 und der zweiten Außenschicht 116 in einem Hohlraum 130 einer Form 134 einschließen. Die erste und zweite Außenschicht 114 und 116 können mit einem Harz oder einer Nasslaminierung imprägnierte verstärkte Fasern sein.
Ein Entlüftungsmaterial 138 und ein Vakuumsack 142 werden dann über der ersten Außenschicht 114 positioniert und an Außenkanten 146 und 148 an der Form 134 dicht verschlossen. Der Vakuumsack 142 ist dehnbar.
In den Bereichen zwischen dem Vakuumsack 142 und der Form 134 wird dann ein Vakuum erzeugt, damit sich der Schacht 70 an die Form des Hohlraums 130 anpasst. Dann härten die erste Außenschicht 114 und die zweite Außenschicht 116 in der Form 134 aus. Nach dem Aushärten wird das Vakuum aufgehoben und der Schacht 70 wird aus der Form entfernt.
Es kann ein Entformungsmittel zwischen der Form 134 und der zweiten Außenschicht 116 positioniert werden, um das Freigeben des Schachts 70 aus dem Hohlraum 130 nach dem Aushärten zu erleichtern. Ein Material kann in der Form positioniert werden, um während der Vakuumerzeugung Harz aufzusaugen und eine Harzdiffusion von der ersten und zweiten Außenschicht 114 und 116 zuzulassen.
Ein perforiertes Material, wie etwa Abreißgewebe oder Nylongewebe, kann zwischen dem Entlüftungsmaterial 138 und der ersten Außenschicht 114 aufgenommen werden, um das Entfernen des Entlüftungsmaterials 138 und des Vakuumsacks 142 von der ersten Außenschicht 114 nach dem Aushärten zu erleichtern.
In einigen Beispielen kann das Aushärten bis zu zwölf Stunden in Anspruch nehmen. Um die Aushärtzeit zu reduzieren, kann der Schacht 70 in einen Autoklav gegeben werden. Einige andere Beispiele können das Benutzen schnell härtender Epoxide beinhalten.
Bezug nehmend auf 5C und 6C wird der Schacht 70 dann beispielsweise durch einen Bohrprozess bearbeitet, um einen Einlass 150 und einen Auslass 154 durch den Schacht 70 zum vertieften Bereich 92 herzustellen, der den Kühlmittelkanal 90 bereitstellt. Der Einlass 150 und der Auslass 154 können verwendet werden, um ein Kühlmittel, wie etwa ein flüssiges Kühlmittel, zum Kühlmittelkanal 90 hin und davon weg zu leiten. Beispielsweise kann ein flüssiges Kühlmittel, das im Kühlmittelkanal 90 erwärmt wird, durch den Auslass 154 zu einem Wärmetauscher bewegt werden, um Wärmeenergie zu entfernen, und dann durch den Einlass 150 zurück zum Kühlmittelkanal 90 zirkuliert werden.
Die Wärmeaustauschplatte 82 wird dann am Schacht 70 befestigt, wie in 5D und 6D gezeigt. Das Befestigen schließt das Anziehen der mechanischen Befestiger 86 ein, die über den Einsatz 120 mit dem Schacht 70 in Eingriff stehen.
Nach dem Befestigen der Wärmeaustauschplatte 82 können die Batterieanordnungen 18 über der Wärmeaustauschplatte 82 positioniert werden, wie in 5E und 6E gezeigt. Dann kann der Deckel 74 am Schacht 70 befestigt werden, um das Gehäuse aus 2 und 3 bereitzustellen.
Merkmale der offenbarten Beispiele können ein Gehäuse mit einer Verbundstruktur beinhalten, die in Anpassung an verschiedene Größen und Anzahlen von Batterieanordnungen skalierbar ist. Die Verbundstruktur ermöglicht die Verwendung mehrerer Arten von Harz in einerm
Flexibilität zur Verwendung mehrerer Arten von Harz kann vorteilhaft sein. Wie beispielsweise in Verbindung mit 3 beschrieben wurde, kann eine Fläche der Verbundstruktur, die einem Inneren des Batteriepack zugewandt ist, aus einer Art Harz gebildet sein, das besser für eine solche Innenumgebung geeignet ist, während die Außenschicht, die von dem Gehäuse nach außen gewandt ist, aus einem anderen Harz hergestellt sein kann, das besser für eine solche Außenumgebung geeignet ist.
Der Kern der Verbundstruktur kann als eine Isolierung dienen, die die Wirkung externer Wärmequellen auf die Batterieanordnungen des Batteriepacks reduziert. Zu diesen Wärmequellen kann Wärme von einem Auspuff eines Fahrzeugs gehören, in welches der Batteriepack eingebaut ist. Entsprechend kann mehr Kühlkapazität für die Batterieanordnungen und andere Komponenten des Batteriepacks vorgesehen werden. Eine solche fokussierte Kühlung kann eine Größenverringerung von Kühlsystemkomponenten, erhöhte Leistungskapazität oder beides ermöglichen. Ferner können die isolierenden Wirkungen des Kerns in der Verbundstruktur die Notwendigkeit externer Isolationsteile wie etwa Hitzeschilde reduzieren.
Die Verbundstruktur weist in einigen Ausführungsbeispielen ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht pro Flächeneinheit als Gehäuse aus Stahl, Aluminium usw. auf.
Das Einbeziehen von Kühlmittelkanälen derart, dass sie wenigstens teilweise durch die Verbundstruktur definiert sind, kann Komplexität und Kosten reduzieren, da separate Kühlmittel nicht zwingend erforderlich sind.
Die vorstehende Beschreibung ist beispielhafter, nicht einschränkender Natur. Fachleute können zu Abwandlungen und Modifikationen der offenbarten Beispiele gelangen, die nicht notwendigerweise vom Wesen dieser Offenbarung abweichen. Der Umfang des Rechtsschutzes, den diese Offenbarung genießt, ist daher nur durch eine Lektüre der nachfolgenden Ansprüche ersichtlich.

Claims

Batteriebaugruppe, umfassend: eine Verbundstruktur eins Gehäuses, wobei die Verbundstruktur wenigstens einen Abschnitt eines Kühlmittelkanals bereitstellt, der ein Kühlmittel transportiert.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Wärmeaustauschplatte, die einen anderen Abschnitt des Kühlmittelkanals bereitgestellt, und wobei wahlweise die Wärmeaustauschplatte und die Verbundstruktur an einem Querschnitt durch den Kühlmittelkanal gemeinsam einen gesamten Kühlmittelkanal bereitstellen.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Einsatz, der in einem Kern der Verbundstruktur gehalten wird, wobei der Einsatz dazu konfiguriert ist, einen Befestiger aufzunehmen, der eine Batteriekomponente im Verhältnis zur Verbundstruktur befestigt, und wobei sich der Einsatz wahlweise wenigstens an einer Seite des Kühlmittelkanals entlang erstreckt.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Verbundstruktur einen Kern umfasst, der zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Außenschicht eine Materialzusammensetzung aufweisen, die sich von einer Materialzusammensetzung des Kerns unterscheidet, und wobei der Kern wahlweise ein Schaumstoff ist.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 4, wobei die erste Außenschicht und die zweite Außenschicht faserverstärkter Kunststoff sind.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 5, wobei die erste Außenschicht in direktem Kontakt mit einem flüssigen Kühlmittel im Kühlmittelkanal steht.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend wenigstens eine tragende Fläche und wenigstens eine Kanalfläche der Verbundstruktur, wobei die wenigstens eine tragende Fläche in direktem Kontakt mit einer Batteriekomponente steht, wobei die wenigstens eine Kanalfläche im Verhältnis zu der wenigstens einen tragenden Fläche vertieft ist, um einen vertieften Bereich für den Kühlmittelkanal bereitzustellen.
Batteriebaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Verbundstruktur ein Schacht des Gehäuses ist.
Batteriekühlverfahren, umfassend: Austauschen von Wärmeenergie zwischen einem Kühlmittel und einer Batteriekomponente, während das Kühlmittel durch einen Kühlmittelkanal geleitet wird, der wenigstens teilweise durch eine Verbundstruktur eines Gehäuses gebildet wird.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 9, wobei die Batteriekomponente eine Wärmeaustauschplatte ist, und wahlweise ferner umfassend Tragen wenigstens einer Batterieanordnung auf der Wärmeaustauschplatte.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Tragen der Batteriekomponente auf wenigstens einer tragenden Fläche der Verbundstruktur, wobei der Kühlmittelkanal in Bezug auf die wenigstens eine tragende Fläche vertieft ist.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Befestigen der Batteriekomponente im Verhältnis zur Verbundstruktur durch In-Eingriff-Bringen des Befestigers mit einem Einsatz, der in einem Kern der Verbundstruktur gehalten wird.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 9, wobei die Verbundstruktur einen Kern umfasst, der zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht angeordnet ist.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Anordnen eines Kerns zwischen einer ersten Außenschicht und einer zweiten Außenschicht, um das Verbundgehäuse bereitzustellen, wobei die erste und die zweite Außenschicht eine Materialzusammensetzung aufweisen, die sich von einer Materialzusammensetzung des Kerns unterscheidet, und wahlweise ferner umfassend Anordnen des Kerns zwischen der ersten und zweiten Außenschicht unter Verwendung eines Vakuumeinsackprozesses.
Batteriekühlverfahren nach Anspruch 14, wobei der Kern ein Schaumstoff ist.