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EINLEITUNG
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Ein Batteriepack mit einer Leistungsfähigkeit, die zum Betreiben eines oder mehrerer elektrischer Antriebsmotoren oder Generatoren geeignet ist, beinhaltet typischerweise mehrere Batteriemodule, die jeweils eine Anordnung von elektrochemischen Batteriezellen enthalten. In einigen Batteriezellenkonfigurationen sind relativ dünne Kathoden- und Anodenplatten in einer Folientasche eingeschlossen, die ein Elektrolytfluid enthält, mit positiven und negativen Elektroden oder Zellklemmen, die sich von den gegenüberliegenden Enden der Folientasche erstrecken. Die einzelnen Zellklemmen sind in einem bestimmten der Batteriemodule elektrisch verbunden, z. B. über eine Ultraschallschweißtechnik. Der Batteriepack wird dann durch elektrisches Verbinden einer anwendungsspezifischen Anzahl von Batteriemodulen über einen Spannungsbus mit positiven und negativen Sammelschienen zusammengesetzt. So können beispielsweise mehrere Batteriemodule auf einem flachen Batteriefach angeordnet und seriell angeschlossen werden, woraufhin eine äußere Abdeckung zum Schutz der Batteriemodule am Batteriefach befestigt wird.
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Die Batteriepacks, insbesondere der vorstehend beschriebenen Hochspannungsart, erzeugen im Dauerbetrieb erhebliche Wärmemengen. Im Laufe der Zeit verschlechtert die erzeugte Wärme den Wirkungsgrad und die allgemeine strukturelle Integrität des Batteriepacks. Daher werden Wärmemanagementsysteme eingesetzt, um die Temperatur des Batteriepacks genau zu regeln. In einem gängigen Wärmemanagementsystem wird die Wärmeträgerflüssigkeit zu und von den Rippen zirkuliert, die zwischen den Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriemodule können auch direkt über den Kontakt mit einer leitfähigen Platte erwärmt oder gekühlt werden, wobei eine derartige Platte ebenfalls mit der Wärmeträgerflüssigkeit versorgt wird. Ventilatoren, Ventile, Kühler, Radiatoren und andere Komponenten werden in einem Wärmemanagementkreis gesteuert, um sicherzustellen, dass das Batteriepack auf einer gewünschten Temperatur gehalten wird.
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KURZDARSTELLUNG
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Hierin ist ein Batteriepack zur Verwendung mit einer externen Versorgung mit Wärmeträgerflüssigkeit offenbart, wobei das Batteriepack eine Rückwandanordnung aufweist, die elektrische Sammelschienenverbindungen kombiniert, d. h. Anschlusspunkte, an denen die Rückwand mit den Plus- und Minuspolen der das Batteriepack bildenden Batteriemodule verbunden ist, mit einer Wärmeregulationsstruktur, die einen Bereich in der Nähe dieser Anschlusspunkte direkt kühlt oder erwärmt. Die Verwendung der im Folgenden beschriebenen verbesserten Backplane-Anordnung ist dazu gedacht, eine einfache elektrische „Push-To-Connect“ Backplane-zu-Batterie-Modul-Schnittstelle bereitzustellen, die durch das Fehlen von Schraubverbindungen, Nieten oder anderen Verbindungsstrukturen gekennzeichnet ist, die einen Bediener zum Zugriff auf den Hochspannungsbus erfordern. Auf diese Weise wird die Schnittstelle bei allen Montage- und Servicearten im Wesentlichen „fingersicher“ gemacht. Darüber hinaus kann die integrierte Wärmeübertragungsstruktur der Backplane-Anordnung die Gesamtgröße der Sammelschienen reduzieren, wobei weniger Sammelschienenfläche für die Wärmestrahlung benötigt wird.
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In einer nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Batteriepack zur Verwendung mit einer Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit eine Vielzahl von Batteriemodulen und eine Backplane-Anordnung. Die Batteriemodule sind in einer oder mehreren parallelen Reihen angeordnet, wobei jedes Batteriemodul ein Paar Spannungsklemmen aufweist. Die Backplane-Anordnung, die neben parallelen Reihen angeordnet, aber auch mit einer einzelnen Reihe von Batteriemodulen verwendbar ist, beinhaltet einen verlängerten Backplane-Körper und eine Vielzahl von Sammelschienenanordnungen. Der Backplane-Körper weist äußere Längsflächen auf und definiert eine Vielzahl von Innenleitungen. Die Innenleitungen sind so konfiguriert, dass sie in Fluidverbindung mit der Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit stehen, z. B. wenn das Batteriepack letztendlich mit der Zufuhr in einem Fahrzeug, Kraftwerk oder einem anderen System verbunden ist.
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Die Sammelschienenanordnungen, die in einer Anzahl gleich zu der Anzahl der Batteriemodule, d. h. eine Sammelschienenanordnung pro Batteriemodul, vorgesehen sind, werden mit den äußeren Längsflächen verbunden. Die jeweilige Sammelschienenanordnung greift in die Spannungsklemmen eines der jeweiligen Batteriemodule ein oder verbindet sich mit diesen. Die inneren Leitungen erstrecken sich entlang einer Länge des länglichen Backplane-Körpers angrenzend an die Sammelschienenanordnungen, sodass die Wärmeübertragungsflüssigkeit über die inneren Leitungen zu und von den Sammelschienenanordnungen geleitet wird.
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Das Batteriepack kann Endplatten beinhalten, die an einer entsprechenden Endfläche der Batteriemodule angebracht sind. Die Endplatten beinhalten negative und positive elektrische Anschlüsse, die konfiguriert sind, um mit einem entsprechenden Verbinder einer der jeweiligen Sammelschienenanordnungen zusammenzuwirken, wobei der Eingriff zwischen den Anschlüssen durch Einschieben der elektrischen Anschlüsse in oder auf die jeweiligen Spannungsklemmen erfolgt.
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Die positiven Spannungsklemmen der einzelnen Batteriemodule sind in einer „fingersicheren“ Barriere eingeschlossen oder geschützt, die durch eine der jeweiligen Sammelschienenanordnungen bzw. die Endplatten definiert ist. Die negativen und positiven elektrischen Anschlüsse können optional als freiliegende Stab- oder Stiftklemme und als U-förmige Buchse bzw. Buchsenklemme konfiguriert werden.
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Die Sammelschienenanordnungen können in einigen Ausführungsformen mit den äußeren Längsflächen des Backplane-Körpers umspritzt oder mit diesen durch ein Isolierband, Klebstoff oder eine andere Verbindungsstruktur als Teil einer sekundären Operation verbunden werden.
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Das Batteriepack kann Kühlplatten in Fluidverbindung mit den inneren Leitungen beinhalten, wobei diese Platten angrenzend an die Batteriemodule angeordnet und konfiguriert sind, um Wärmeträgerflüssigkeit in die und aus den Leitungen zu lenken/leiten.
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Die Leitungen können parallele und benachbarte erste und zweite Leitungen beinhalten, wobei die erste Leitung die Wärmeträgerflüssigkeit bei einer ersten Temperatur in die Batteriemodule trägt, einzeln, d. h. nicht in Reihe. Die zweite Leitung trägt die Wärmeträgerflüssigkeit bei einer zweiten Temperatur aus den jeweiligen Batteriemodulen heraus, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur.
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Die Innenleitungen beinhalten gemäß einer weiteren Ausführungsform drei Leitungen, einschließlich erster und zweiter Leitungen, die angrenzend an die äußeren Längsflächen verlaufen, und einer dritten Leitung, die sich zwischen und parallel zu den ersten und zweiten Leitungen erstreckt. Die ersten und zweiten Leitungen leiten die Wärmeträgerflüssigkeit bei einer im Wesentlichen gleichen Temperatur, während die dritte Leitung konfiguriert ist, um die Wärmeträgerflüssigkeit bei einer Temperatur zu leiten, die wesentlich höher oder niedriger als die im Wesentlichen gleichen Temperaturen ist.
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Der Backplane-Körper kann in einigen Ausführungsformen nichtlinear sein, sodass ein Strömungspfad durch die Leitungen entlang einer Länge des Backplane-Körpers nichtlinear ist. Der Strömungspfad kann in anderen Ausführungsformen gerade oder linear sein.
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Eine Backplane-Anordnung ist auch zur Verwendung mit dem vorgenannten Batteriepack offenbart, d. h. mit Batteriemodulen, die in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, wobei jede mit positiven und negativen Spannungsklemmen versehen ist, die zwischen den Reihen ausgerichtet sind, und jede in Fluidverbindung mit einer Zufuhr der Wärmeträgerflüssigkeit steht. Die Backplane-Anordnung beinhaltet einen länglichen Backplane-Körper mit äußeren Längsflächen. Der Backplane-Körper definiert Innenleitungen, die konfiguriert sind, um Wärmeträgerflüssigkeit aus der Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit zu leiten, wobei sich die Leitungen entlang einer Länge des länglichen Backplane-Körpers erstrecken. Die Anzahl der Sammelschienenanordnungen entspricht der Anzahl der Batteriemodule, wobei jede Sammelschienenanordnung mit den äußeren Längsflächen des verlängerten Backplane-Körpers verbunden ist. Die Sammelschienenanordnungen sind zum Anschließen an die positiven und negativen Spannungsklemmen der Batteriemodule konfiguriert. Die Innenleitungen leiten die Wärmeträgerflüssigkeit zu und von den Sammelschienenanordnungen, um die Sammelschienenanordnungen zu kühlen oder zu erwärmen.
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Ein Fahrzeug ist ebenfalls hierin offenbart, das Antriebsräder, die über das Motordrehmoment angetrieben werden, eine elektrische Maschine, die konfiguriert ist, um das Motordrehmoment zu erzeugen, eine Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit und ein Batteriepack beinhaltet. Das Batteriepack, das elektrisch mit der elektrischen Maschine verbunden ist und fluidisch mit der Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit verbunden ist, beinhaltet eine Vielzahl von Batteriemodulen und die vorstehend beschriebene Backplane-Anordnung. Die Module sind in einer oder mehreren Reihen angeordnet, und jedes Batteriemodul weist positive und negative Spannungsklemmen und eine Endplatte auf. Die Endplatte bedeckt teilweise die positive Spannungsklemme und bildet so eine fingersichere Barriere zwischen einem Bediener und einem Hochspannungsbus des Fahrzeugs.
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Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Darstellung eines exemplarischen Kraftfahrzeugs mit einem Batteriepack, das mehrere Batteriemodule enthält, wobei die Batteriemodule gemäß der vorliegenden Offenbarung konstruiert sind.
- 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Darstellung eines exemplarischen Batteriepacks, das als Teil des Kraftfahrzeugs von 1 verwendbar ist.
- 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Darstellung eines Paares von Batteriemodulen, die über ein Backplane gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sind.
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Die 4A und 4B sind schematische perspektivische Ansichten der Darstellung eines Teils eines der Batteriemodule von 3, die eine mögliche Zusammenbauoption im Rahmen der Offenbarung darstellen.
- 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Darstellung einer installierten Backplanes mit einer Endfläche und einer optionalen Endplatte der in 3 dargestellten Batteriemodule.
- 6 ist eine schematische durchgängige Ansicht einer optionalen Ausführungsform der in den 2-5 dargestellten Backplanes.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin sich in den mehreren Ansichten gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten beziehen, ist ein Kraftfahrzeug 10 in 1 dargestellt, das einen Antriebsstrang 12 mit einem Hochspannungs-Batteriepack 18 aufweist. Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2-6 beschrieben, verwendet das hierin beschriebene Batteriepack 18 eine Backplane-Anordnung 30, die die Verbindungsfähigkeit des Batteriepacks 18 mit der Wärmeregulierung, d. h. Kühlung oder Erwärmung, einzelner zu diesem Zweck verwendeter Sammelschienenanordnungen integriert oder kombiniert. Das Batteriepack 18 kann, wie dargestellt, eine relativ flache, im Allgemeinen rechteckige Form aufweisen, oder das Batteriepack 18 kann in einer T-Konfiguration oder einer anderen anwendungsgerechten Form angeordnet sein. Der Antriebsstrang 12 kann einen Verbrennungsmotor 13 und eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 in einer hybriden elektrischen Ausführungsform beinhalten oder auf die Verwendung des Motors 13 in einer batterieelektrischen Ausführungsform verzichten, die ausschließlich über das Batteriepack 18 mit Energie versorgt wird.
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In beiden Ausführungsformen überträgt der Antriebsstrang 12 das vom Motor 13 und/oder den elektrischen Maschinen 14 erzeugte Drehmoment auf einen Satz vorderer Antriebsräder 16F und/oder hintere Antriebsräder 16R, oder das Motordrehmoment der elektrischen Maschine 14 kann ausschließlich zum Anlassen und Starten des Motors 13 verwendet werden. Obwohl das Kraftfahrzeug 10 im Folgenden als exemplarisches System beschrieben wird, das von dem Batteriepack 18 profitiert, wie es gemäß der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist, kann das Batteriepack 18 leicht an die Verwendung in Seefahrzeugen, Flugzeugen, Schienenfahrzeugen, Robotern und mobilen Plattformen sowie in Kraftwerken und anderen stationären Systemen angepasst werden.
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Das Batteriepack 18 kann Lithium-Ionen-, Nickel-Metallhydrid- oder andere für die Anwendung geeignete Batteriechemie verwenden. Als Beispiel und nicht einschränkend kann das Batteriepack 18 folien- oder plattenförmige Batteriezellen (nicht dargestellt) beinhalten, die in einem Stapel angeordnet und in Reihe geschaltet sind, um eine ausreichende Ausgangsleistung zur Versorgung der elektrischen Maschine 14 mit Energie bereitzustellen. Wenn die elektrische Maschine 14 als Antriebsmotor zum Drehen der Antriebsräder 16F und/oder 16R und zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 ausgeführt ist, kann das Batteriepack 18 diese Batteriezellen in separaten Batteriemodulen 20 anordnen, wie in 2 schematisch dargestellt, um eine Gleichstrom-(DC)- Ausgangsspannung von 60-300 Volt (VDC) oder mehr zu erzeugen.
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Um eine relativ hohe Ausgangsspannung zu erreichen, können die Batteriemodule 20 in einer bestimmten geometrischen Konfiguration, wie beispielsweise der flachen Konfiguration aus den 1 und 2, angeordnet und über einen Hochspannungsbus in Reihe geschaltet werden. Diese wiederum verbindet die einzelnen Batteriemodule 20 mit der Leistungselektronik und einem Wärmemanagementsystem. Das Wärmemanagementsystem ist schematisch mit einer Flüssigkeitspumpe (P) dargestellt, die konfiguriert ist, um Wärmeträgerflüssigkeit (Pfeil 11) zu und vom Batteriepack 18 zu zirkulieren, wobei wärmere oder kältere Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Batteriepack 18 durch einen Kühler (C) 19 austritt, um eine Temperatur des Batteriepacks 18 zu regeln. Weitere Komponenten des Wärmemanagementsystems werden zur besseren Veranschaulichung weggelassen, darunter Wege- und Wärmeausgleichsventile, Thermostate, Heizkörper, Wärmetauscher usw. Darüber hinaus, während die zugehörige Leistungselektronik der Einfachheit halber aus 1 weggelassen wird, beinhalten diese Komponenten typischerweise ein Wechselrichtermodul mit pulsweitenmodulierten (PWM) Halbleiterschaltern, um eine Gleichspannung aus dem Batteriepack 18 in eine Wechselspannung (VAC) zur Versorgung der elektrischen Maschine 14 umzuwandeln, einen Gleichstromwandler oder ein Hilfsleistungsmodul, um den Spannungspegel aus dem Batteriepack 18 auf ein Hilfsniveau (z. B. 12-15 VDC) zu reduzieren, das für die Versorgung von elektrischen Hilfssystemen an Bord des Fahrzeugs 10 ausreichend ist.
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2 verdeutlicht eine rechteckige Konfiguration des Batteriepacks 18, wie sie im Allgemeinen vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben ist. In dieser nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsform sind eine Vielzahl von Batteriemodulen 20, die jeweils eine Endfläche 22 aufweisen, durchgehend in den parallelen Reihen R1 und R2 angeordnet, wobei in anderen Ausführungsformen nur eine Reihe R1 vorhanden sein kann. Das Batteriepack 18 weist eine Breite (W) und eine Länge (L) auf, wobei sich jede Reihe R1 und R2 über die Länge (L) erstreckt. Zusätzliche Reihen können hinzugefügt werden, um die Breite (W) zu vergrößern, wobei eine gerade Anzahl von Reihen in den offenbarten Ausführungsformen berücksichtigt wird, auch wenn dies nicht erforderlich ist. Als Teil des Batteriepacks 18 ist eine Backplane-Anordnung 30 mit einem verlängerten Backplane-Körper 30B zwischen den parallelen Reihen R1 und R2 angeordnet. Der Backplane-Körper 30B, der in einigen Ausführungsformen aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt werden kann, kann gerade/linear und parallel zu den Reihen R1 und R2 über die Länge (L) sein. Die Form des Backplane-Körpers 30B hängt jedoch letztendlich von der Geometrie der Batteriemodule 20 und des Batteriepacks 18 ab, weshalb die geradlinige/lineare Konfiguration von 2 nur ein mögliches geometrisches Layout für das flache rechteckige Batteriepack 18 ist, wobei die 4A und 4B alternative nichtlineare Formen abbilden.
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Neben dem Tragen der Sammelschienenanordnungen 34 definiert der Backplane-Körper 30B eine Vielzahl von Innenleitungen 32 in Fluidverbindung mit einer externen Zufuhr von Wärmeträgerflüssigkeit, z. B. der in 1 dargestellten Pumpe 35, sodass die Wärmeträgerflüssigkeit 11 von 1 über die Backplane-Anordnung 30 jeweils zu und von den Batteriepacks 18 geführt wird. Die Leitungen 32 können Wärmeträgerflüssigkeit bei einer niedrigeren Temperatur, wie durch den Pfeil Cc angezeigt, zu den Sammelschienenanordnungen 34 leiten, wobei die Wärme entzogen und zu einem Wärmetauscher oder Kühler (siehe 1) als wärmere Wärmeträgerflüssigkeit (Pfeil CH) geleitet wird, z. B. in einem geschlossenen Wärmemanagementkreislauf. Auf diese Weise kombiniert die Backplane-Anordnung 30 die elektrische Verbindungsfähigkeit der Sammelschienen mit dem Wärmemanagement der Sammelschienen-Anordnungen 34.
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Unter Bezugnahme auf 3 bildet eine perspektivische Seitenansicht eines Paares der Batteriemodule 20 eine Endansicht der Backplane-Anordnung 30 ab. Wie dargestellt, sind die Sammelschienenanordnungen 34 mit den äußeren Längsflächen 33 der Backplane-Anordnung 30 verbunden und gleichmäßig über die Länge (L) der Backplane-Anordnung 30 verteilt. In der veranschaulichten Ausführungsform wird ein parallel angrenzendes Paar der Leitungen 32 verwendet, um Wärmeträgerflüssigkeit zu und von den Batteriemodulen 20 zu leiten. Die Wärmeträgerflüssigkeit kann durch eine Platte 49 strömen, die angrenzend an und unter dem Batteriemodul 20 angeordnet ist. In einem exemplarischen Kühlbetrieb kann eine relativ kalte Wärmeträgerflüssigkeit (Pfeil Cc von 2) einzeln durch eine der Leitungen 32 in die Batteriemodule 20 einströmen, innerhalb der Batteriemodule 20 über Rohre, Rippen usw. zirkulieren, wie in der Technik bekannt ist, und bei einer erhöhten Temperatur zur anderen Leitung 32 austreten, wie durch Pfeil CH angezeigt.
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Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kann eine Endplatte 40 an einer entsprechenden Endfläche 22 eines jeweiligen Batteriemoduls 20 angebracht werden. Die Endplatten 40 beinhalten negative und positive Spannungsklemmen 46 und 48, die konfiguriert sind, um mit den entsprechenden elektrischen Steckverbindern 36 und 38 der Backplane-Anordnung 30 zusammenzuwirken, insbesondere unter Verwendung eines Push-To-Connect-Prozesses, der sich durch das Fehlen der Verwendung von Verbindungselementen auszeichnet. Die positive Spannungsklemme 48 kann in einer fingerfesten Barriere, die in das Material der Endplatte 40 eingegossen ist, eingeschlossen oder von dieser abgedeckt werden. Der Kontakteingriff der Backplane-Anordnung 30 und der Batteriemodule 20 erfolgt durch Aufschieben der Backplane-Anordnung 30 auf das Batteriemodul 20 oder umgekehrt in einer „Push-To-Connect“-Weise, ohne dass ein Bediener auf die positive Spannungsklemme 48 des Batteriemoduls 20 zugreifen muss, z. B. um ein Befestigungselement zwischen dem Batteriemodul 20 und einer freiliegenden Stromschiene zu installieren.
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Die 4A und 4B verdeutlichen eine mögliche Installation des Batteriemoduls 20 auf einer Backplane 130, wobei sich die Backplane 130 in ihrer Geometrie von der Backplane 30 der 2 und 3 unterscheidet. Das heißt, während eine vollkommen gerade oder lineare Konfiguration zur Vereinfachung der Herstellung wünschenswert sein kann, weist das Batteriepack 18 von 1 möglicherweise keine derartige Symmetrie auf. Träger, Leistungskomponenten, Gehäusestruktur oder andere dazwischenliegende Strukturen können eine Änderung der geometrischen Form der Backplane 130 erfordern, wobei eine mögliche geometrische Modifikation in den 4A und 4B dargestellt ist.
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4A stellt die Backplane 130 so dar, wie sie z. B. in einem Batteriefach (nicht dargestellt) befestigt ist, wobei ein Batteriemodul 20 zur Backplane 130 hin abgesenkt ist. In der Nähe der dem Batteriemodul 20 zugewandten Längsfläche 33 der Backplane 130 beinhaltet oder definiert die Backplane 130 die elektrischen Verbinder 136 und 138. Die Endplatte 40 deckt und trägt die positive Spannungsklemme 48 des Batteriemoduls 20, wobei die Klemmen 48 und 46 auf der nicht freiliegenden/gegenüberliegenden Seite der Endplatte 40 elektrisch mit den verschiedenen Batteriezellen verbunden sind. Die positiven Spannungsklemmen 48 können optional als vertiefte/U-förmige Buchsenverbinder ausgeführt werden, die, wie dargestellt, weitgehend von der Endplatte 40 abgedeckt sind, während die negative Spannungsklemme 46 ein Flachstecker-Verlängerungs-/Steckverbinder sein kann, der sich parallel zur Endfläche 22 des Batteriemoduls 20 zum elektrischen Gegenstecker 136 erstreckt.
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Aus der Perspektive der 4A und 4B sind auch die Bohrungen 45 sichtbar, die durch eine Seitenfläche 47 der Backplane 130 definiert sind und sich durch diese erstrecken, d. h. sich zwischen den Längsflächen 33 erstrecken. Diese Bohrungen 45 können mit den Batteriemodulen 20, möglicherweise über die Platte 49, unter Verwendung geeigneter Rohrlängen 52 oder 152 verbunden werden, wie in den 4A bzw. 5 am besten dargestellt. Somit lässt sich das Batteriemodul 20 leicht auf die Rückwand 130 drücken, wie in 4B am besten dargestellt, sodass die elektrischen Anschlüsse 136 und 138 der Backplane 130 in oder auf die gegenseitigen Spannungsklemmen 46 und 48 des Batteriemoduls 20 geschoben werden.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird die Endfläche 22 eines bestimmten der Batteriemodule 20 so dargestellt, wie sie bei einer erfolgreichen Verbindung mit der Backplane 30 erscheinen könnte. Die das Batteriemodul 20 umgebenden Sammelschienenanordnungen 34 werden schließlich mit einem anderen entsprechenden Batteriemodul 20 verbunden, um die Montage des Batteriepacks 18 der 1 und 2 abzuschließen. Das Rohr 152 verbindet sich fluidisch mit den Öffnungen 54 in der Backplane 30, um so die Platte 49 mit der Backplane 30 zu verbinden. Die Sammelschienenanordnungen 34 werden an den Längsflächen 33 der Rückwand 30 montiert, beispielsweise durch einen sekundären Vorgang mit Isolierband oder einer anderen geeigneten Befestigungsstruktur 37, oder durch Umspritzen der Sammelschienenanordnungen 34 auf die Längsflächen 33. Das Umspritzen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Teil schrittweise aus verschiedenen Materialien gegossen wird, z. B. können die Längsflächen 33 und die Sammelschienenanordnungen 34 teilweise oder vollständig mit Umspritzmaterialien abgedeckt sein, um die Sammelschienenanordnungen 34 sicher zu befestigen. Da die Backplane 30 auch die Leitung 32 von 3 definiert, wird die Wärmeträgerflüssigkeit letztendlich in unmittelbarer Nähe zu den Sammelschienenanordnungen 34 hindurchgeleitet, um die Temperatur der Sammelschienenanordnungen 34 zu regeln.
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6 verdeutlicht eine schematische Endansicht einer Backplane 230 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Die Backplane 230 definiert drei parallele und benachbarte Innenleitungen 32A, 32B und 32C, wobei die Leitung 32B von den Leitungen 32A und 32C flankiert wird. Die Sammelschienenanordnungen 34 sind mit den Längsflächen 33 verbunden, d. h. an den Längsflächen gemäß 2, 3 und 5 montiert oder an den Längsflächen 33 gemäß 4A und 4B umspritzt. In der exemplarischen Ausführungsform von 6 kann Wärmeträgerflüssigkeit auf zwei verschiedene Arten strömen: bei relativ niedriger Temperatur über die innerste Leitung, d. h. die Leitung 32B, in die Batteriemodule 20 und bei relativ hoher Temperatur aus den Batteriemodulen 20 durch die äußersten Leitungen 32A und 32C zurückkehren, oder Wärmeträgerflüssigkeit in der Leitung 32B kann bei einer niedrigeren Temperatur im Verhältnis zu den äußersten Leitungen 32A und 32C strömen.
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Es kann vorteilhaft sein, die Kühlung der Batteriezellen innerhalb der Batteriemodule 20 gegenüber der Kühlung der Sammelschienenanordnungen 34 zu priorisieren, oder umgekehrt, je nach Konfiguration des Batteriepacks 18. Daher kann das Leiten der Wärmeträgerflüssigkeit durch das Batteriepack 18, einschließlich durch die Batteriemodule 20 und die Backplane 230, je nach Anwendung so modifiziert werden, dass Komponenten mit einer höheren Kühlpriorität mit Wärmeträgerflüssigkeit bei einer niedrigeren Temperatur versorgt werden. Das heißt, dass eine wärmere Wärmeträgerflüssigkeit, die durch die Leitungen 32A und 32C in Bezug auf die Leitung 32B strömt, noch kühler sein kann als die Sammelschienenanordnungen 34, mit einer Temperaturdifferenz zwischen einer gegebenen Sammelschienenanordnung 34 und der Wärmeträgerflüssigkeitstemperatur in der benachbarten Leitung 32A oder 32C, die möglicherweise eine ausreichende Kühlung der Sammelschienenanordnungen 34 gewährleistet.
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Die vorstehend beschriebenen Backplanes 30, 130 und 230 ermöglichen die Integration der elektrischen Backplane und der thermischen Regelstruktur des Batteriepacks 18 aus 1 in ein Strukturelement. Entsprechende Stecker-Buchsen-Schnittstellen stellen sicher, dass vor, während oder nach dem Einbau der Batteriemodule 20 in das Batteriepack 18 keine Hochspannung auf freiliegenden Sammelschienen der Sammelschienenanordnungen 34 anliegt. Die hierin beschriebenen Konfigurationen können auch die Anzahl der Teile reduzieren und die Leckagen im Vergleich zu bestehenden elektrischen und thermischen Managementstrukturen minimieren. Eine verbesserte thermische Regelung der Sammelschienenanordnungen 34 über die Backplanes 30, 130 oder 230 reduziert potenziell die Größe der Sammelschienenanordnungen 34. In Bezug auf die Fertigungsmöglichkeiten können bei Verwendung eines linearen Strömungspfads, wie in den 2 und 3 dargestellt, die beiden Leitungen 32 der entsprechenden Backplane 30 extrudiert werden, wobei die Sammelschienenanordnungen 34 als sekundäre Operation an der Backplane 30 befestigt sind. Wenn der Strömungspfad nichtlinear ist, kann die Backplane 130 oder 230 mit den Sammelschienenanordnungen 34 anschließend umspritzt oder in einer sekundären Operation befestigt werden. Die in den 4A und 4B dargestellten Bohrungen 45 können ebenfalls in einer sekundären Operation oder im Rahmen des Spritzgießens der Backplane 130 oder 230 eingebracht werden.
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Das Design des Batteriepacks 18 bestimmt letztlich die optimale Montagereihenfolge. Wenn beispielsweise die Batteriemodule 20 zuerst in einem Batteriefach angeordnet sind (nicht dargestellt), kann die Backplane 30, 130 oder 230 in Richtung der Batteriemodule 20 und der Leitungen 32 abgesenkt und mit diesen verbunden werden. Alternativ können die Backplanes 30, 130 oder 230 in einem ersten Schritt vor der Installation im Batteriepack 18 an den Batteriemodulen 20 installiert werden.
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Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung detailliert beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Erfindung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt sein kann. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.
