DE102019114621A1

DE102019114621A1 - Batteriemodul und verfahren zum ausbilden eines batteriemodulgehäuses

Info

Publication number: DE102019114621A1
Application number: DE102019114621.6A
Authority: DE
Inventors: Mahesh A. Mummigatti; Tejas R. Bhavsar; Nagaraj Angadi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-07-26
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-01-30
Also published as: CN110783504A; US20200036067A1

Abstract

Ein Batteriemodul beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen und ein Batteriemodulgehäuse, das konfiguriert ist, um die Vielzahl von Batteriezellen zumindest teilweise zu umschließen. Das Batteriemodulgehäuse beinhaltet mindestens eine Wand, die einen Außenumfang und einen gegenüberliegenden Innenumfang definiert. Ein Fluidaustauschsystem beinhaltet einen oder mehrere Kanäle, die in der mindestens einen Wand ausgebildet sind und sich mindestens teilweise durch diese erstrecken, mindestens einen Einlassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich mindestens teilweise durch diese erstreckt, und mindestens einen Auslassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich mindestens teilweise durch diese erstreckt. Ein Kühlmittel wird über den mindestens einen Einlassabschnitt in das Fluidaustauschsystem eingeführt, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert und verlässt das Fluidaustauschsystem über den mindestens einen Auslassabschnitt, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Batteriemodul und ein Verfahren zum Ausbilden eines Batteriemodulgehäuses. Genauer gesagt, bezieht sich die Offenbarung auf eine Batterieanordnung mit einem oder mehreren Batteriemodulen mit Gehäusen, die konfiguriert sind, um die Kühlung der Batteriezellen zu verbessern. Elektrochemische Batteriezellen und Batteriepacks werden zur Stromversorgung von drehmomenterzeugenden elektrischen Maschinen, Zubehörmodulen oder anderen elektrischen Verbrauchern an Bord verschiedener Systeme verwendet. Ein typisches Batteriepack beinhaltet mehrere wieder aufladbare Batteriezellen.
Die Verwendung von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, wie batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen, elektrischen Fahrzeugen mit erweiterter Reichweite, Hybridelektrofahrzeugen, Plug-In-Hybridelektrofahrzeugen und Brennstoffzellen-Hybridelektrofahrzeugen, die eine wiederaufladbare Energiespeicherquelle erfordern, hat in den letzten Jahren zugenommen. Viele Hybrid-Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge verwenden eine Batterieanordnung, die aus mehreren Lithium-Ionen-Zellen besteht, als Energiespeicherquelle.
KURZDARSTELLUNG
Hierin offenbart ist ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einem Batteriemodulgehäuse, das konfiguriert ist, um die Vielzahl von Batteriezellen zumindest teilweise zu umschließen. Das Batteriemodulgehäuse beinhaltet mindestens eine Wand, die einen Außenumfang und einen gegenüberliegenden Innenumfang definiert. Ein Fluidaustauschsystem beinhaltet einen oder mehrere Kanäle, die in der mindestens einen Wand ausgebildet sind und sich mindestens teilweise durch diese erstrecken, mindestens einen Einlassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich mindestens teilweise durch diese erstreckt, und mindestens einen Auslassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich mindestens teilweise durch diese erstreckt. Ein Kühlmittel wird über den mindestens einen Einlassabschnitt in das Fluidaustauschsystem eingeführt, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert und verlässt das Fluidaustauschsystem über den mindestens einen Auslassabschnitt, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.
Das Batteriemodulgehäuse beinhaltet eine erste Seitenwand, eine zweite Wand, die der ersten Seitenwand gegenüberliegt, eine obere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand erstreckt, und eine untere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand gegenüber der oberen Wand erstreckt, die konfiguriert ist, um den Außenumfang und den Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zu definieren. Die Außenumfänge der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand des Batteriemodulgehäuses bilden mindestens ein erstes Ende und ein zweites Ende des Batteriemodulgehäuses.
Das Batteriemodulgehäuse beinhaltet mindestens eine Öffnung in einem oder mehreren aus dem ersten Enden und dem zweiten Enden des Batteriemodulgehäuses, wobei die mindestens eine Öffnung mit dem Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zusammenwirkt. Ein oder mehrere Verschlüsse werden an mindestens einem aus dem ersten Enden und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses angebracht und umschließen diese zumindest teilweise. Das Batteriemodul beinhaltet eine Batteriezellenschnittstelle, die Elektrodenverlängerungen von jeder der Vielzahl von Batteriezellen und mindestens einer Endplatte aufnimmt und befestigt und mindestens eine Endplatte, die an der Batteriezellenschnittstelle befestigbar ist und mit mindestens einem aus dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses zusammenwirkt und diese zumindest teilweise umschließt.
Der eine oder die mehreren Kanäle des Fluidaustauschsystems sind zumindest teilweise in der mindestens einen Wand des Batteriemodulgehäuses eingekapselt. Der eine oder die mehreren Kanäle, die in der mindestens einen Wand definiert sind, beinhalten einen ersten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer ersten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken, und einen zweiten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer zweiten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Batteriemodulgehäuse für ein Batteriemodul, das eine Vielzahl von Batteriezellen aufnimmt, mindestens eine Wand mit einer ersten Seitenwand, eine zweite Seitenwand, die der ersten Seitenwand gegenüberliegt, eine obere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand erstreckt, und eine untere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand gegenüber der oberen Wand erstreckt. Die erste Seitenwand, die zweite Seitenwand, die obere Wand und die untere Wand sind konfiguriert, um den Außenumfang und den Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zu definieren.
Ein Fluidaustauschsystem beinhaltet einen oder mehrere Kanäle, die in mindestens einer aus der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand ausgebildet sind und sich mindestens teilweise durch diese erstrecken. Mindestens ein Einlassabschnitt ist in mindestens einer aus der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand definiert und erstreckt sich mindestens teilweise durch diese. Mindestens ein Auslassabschnitt ist in der mindestens einen Wand definiert und erstreckt sich mindestens teilweise durch diese, wobei der eine oder die mehreren Kanäle, der mindestens eine Einlassabschnitt und der mindestens eine Auslassabschnitt zusammenwirken, um ein Fluidaustauschsystem für das Batteriemodulgehäuse zu bilden.
Der mindestens eine Einlassabschnitt und der mindestens eine Auslassabschnitt wirken zusammen, um ein Fluidaustauschsystem für das Batteriemodulgehäuse zu bilden. Ein Kühlmittel wird über den mindestens einen Einlassabschnitt in das Fluidaustauschsystem eingeführt, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert und verlässt das Fluidaustauschsystem über den mindestens einen Auslassabschnitt, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.
Die Außenumfänge der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand des Batteriemodulgehäuses bilden mindestens ein erstes Ende und ein zweites Ende des Batteriemodulgehäuses. Das Batteriemodulgehäuse beinhaltet mindestens eine Öffnung in einem oder mehreren aus dem ersten Enden und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses und wirkt mit dem Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zusammen und umschließt zumindest teilweise mindestens eines aus dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses:

Der eine oder die mehreren Kanäle des Fluidaustauschsystems sind zumindest teilweise in der mindestens einen Wand des Batteriemodulgehäuses eingekapselt. Der eine oder die mehreren Kanäle, die in der mindestens einen Wand definiert sind, beinhalten einen ersten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer ersten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken, und einen zweiten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer zweiten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken.

In einem Aspekt beinhaltet das Fluidaustauschsystem einen Einlassabschnitt, der durch die obere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt, und einen Auslassabschnitt der durch die untere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen und dem Einlassabschnitt in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt. Kühlmittel wird durch den Einlassabschnitt eingeleitet, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert, die in der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand gebildet sind und sich zumindest teilweise durch diese erstrecken, und tritt aus dem Auslassabschnitt aus, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen. Mindestens ein Verbindungselement wirkt mit einer oder mehreren aus der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand zusammen und erstreckt sich zumindest teilweise durch diese, wobei das mindestens eine Trennelement einen Durchgang, der mit dem einen oder den mehreren Kanälen in der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand in Fluidverbindung steht, aufweist.
In einem weiteren Aspekt beinhaltet das Fluidaustauschsystem einen ersten Einlassabschnitt, der durch die obere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen in der oberen Wand in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt, und einen ersten Auslassabschnitt, der durch die obere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen und dem Einlassabschnitt in der oberen Wand in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt. Ein zweiter Einlassabschnitt ist durch die untere Wand, die mit einem oder mehreren Kanälen in der unteren Wand in Fluidverbindung steht, definiert und erstreckt sich zumindest teilweise dadurch, während ein zweiter Auslassabschnitt durch die untere Wand, die mit einem oder mehreren Kanälen und dem zweiten Einlassabschnitt in der unteren Wand in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise dadurch erstreckt. Kühlmittel wird durch den ersten Einlassabschnitt und die zweiten Einlassabschnitte eingeleitet, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert, die in der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand gebildet sind und sich zumindest teilweise durch diese erstrecken, und tritt aus dem ersten Auslassabschnitt und dem zweiten Auslassabschnitt aus, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.
In noch einem weiteren Aspekt beinhaltet das Fluidaustauschsystem einen ersten Einlassabschnitt, der durch die untere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen in der unteren Wand in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt, und einen ersten Auslassabschnitt, der durch die untere Wand, die mit dem einen oder den mehreren Kanälen und dem zweiten Einlassabschnitt in der unteren Wand in Fluidverbindung steht, definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt. Kühlmittel wird durch den ersten Einlassabschnitt eingeleitet, durch den einen oder die mehreren Kanäle, die in der unteren Wand ausgebildet sind und sich zumindest teilweise durch die untere Wand erstrecken, zirkuliert und tritt aus dem ersten Auslassabschnitt aus, um die Vielzahl der Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.
In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet ein Verfahren zum Ausbilden eines Batteriemodulgehäuses für ein Batteriemodul, das eine Vielzahl von Batteriezellen empfängt, die Schritte des Ausbildens eines Batteriemodulgehäusemusters, des Aufbringens einer feuerfesten Beschichtung auf das Batteriemodulgehäusemuster und des Anwendens eines Trocknungsprozesses der feuerfesten Beschichtung auf dem Batteriemodulgehäusemuster. Das Batteriemodulgehäusemuster wird in eine Gießwalze eingesetzt. Unterstützender Gießwerkstoff wird der Gießwalze zugegeben, um das Batteriemodulgehäusemuster zumindest teilweise zu umgeben und zu umschließen. Ein geschmolzenes Metall wird auf das Batteriemodulgehäusemuster aufgebracht.
Der Schritt des Ausbildens des Batteriemodulgehäusemusters beinhaltet ferner das Bereitstellen eines Polymermaterials zum Ausbilden des Batteriemodulgehäusemusters und das Ausbilden mindestens einer Wand des Batteriemodulgehäuses zum Definieren eines Innenumfangs und eines Außenumfangs des Gehäuses. Ein oder mehrere Kühlkanäle werden zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der mindestens einen Wand gebildet. Mindestens ein Einlassabschnitt und mindestens ein Auslassabschnitt werden zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der mindestens einen Wand gebildet. Ein Lost-Foam-Gießverfahren kann mit dem vorstehenden Verfahren verwendet werden.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Kraftfahrzeugs mit einer Batterieanordnung des hierin beschriebenen Typs;
2 ist eine schematische Explosionsansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform der Offenbarungen;
3 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriemodulgehäuses mit einer Reihe von Kühlkanälen gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung;
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls gemäß der Offenbarung;
5 ist eine seitliche Schnittansicht eines Batteriemoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung;
6 ist ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zum Ausbilden einer Batterieanordnung;
7 ist eine seitliche Schnittansicht eines Batteriemoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung;
8 ist eine seitliche Schnittansicht eines Batteriemoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung; und
9 ist eine seitliche Schnittansicht eines Batteriemoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der Offenbarung;

Für die vorliegende Offenbarung können Modifikationen und alternative Formen in Betracht gezogen werden, wobei repräsentative Ausführungsformen exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Erfindungsgemäße Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen Formen dieser Offenbarung beschränkt. Vielmehr zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsformen der Offenbarung ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich, werden die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung für gleiche oder ähnliche Teile oder Schritte verwendet. Die Zeichnungen sind vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Zur Vereinfachung und Klarheit können richtungsweisende Begriffe, wie oben, unten, links, rechts, nach oben, über, oben, unter, unterhalb, hinten und vom mit Bezug auf die Zeichnungen angewendet werden. Diese und ähnliche richtungsweisende Begriffe sind nicht so auszulegen, um den Umfang der Offenbarung zu beschränken.
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie etwa Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein tiefgreifendes Verständnis für die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalten“ und „aufweisen“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten an, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke beschränkt werden. Diese Begriffe können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, Region, Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein weiter unten diskutiertes erstes Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt als ein zweites Element, Komponente, Bereich, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene Begriffe wie „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen können hierin zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en) verwendet werden, wie in den Figuren dargestellt. Räumlich relative Begriffe können bezwecken, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren dargestellten Orientierung zu umspannen. Wird beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht, sind Elemente, die als „unterhalb“ von oder „unter“ anderen Elementen oder Eigenschaften beschrieben werden, dann „oberhalb“ anderer Elemente oder Eigenschaften ausgerichtet. Daher kann der Beispielbegriff „unterhalb“ sowohl eine Orientierung von oberhalb als auch von unterhalb enthalten. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in andere Richtungen) und die hierin verwendeten räumlich bezogenen Schlagworte können dementsprechend interpretiert werden.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen sich auf gleiche Komponenten beziehen, veranschaulicht 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Batterieanordnung 10, die Teil einer Vorrichtung 12 sein kann. Die Vorrichtung 12 kann eine mobile Plattform sein, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf einen PKW, Sportfahrzeug, Leichtlastfahrzeug, Schwerlastfahrzeug, ATV, Minivan, Bus, Transitfahrzeug, Fahrrad, Roboter, landwirtschaftliches Fahrzeug, sportbezogene Ausrüstung, Boot, Flugzeug, Zug oder eine andere Transportvorrichtung, sein. Die Vorrichtung 12 kann eine nicht-mobile Plattform sein, wie beispielsweise ein Desktop-Computer, ein Haushaltsgerät, eine medizinische Vorrichtung, eine Hausautomatisierungseinheit und eine industrielle Automatisierungseinheit, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die Vorrichtung 12 kann verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternative Komponenten und Einrichtungen beinhalten.
Die Batterieanordnung 10 ist in 1 als Teil eines Systems der mobilen Plattform 12 dargestellt, z.B. ein Kraftfahrzeug mit Antriebsrädern 16, die in Bezug auf eine Karosserie 18 angeordnet sind. Die Batterieanordnung 10 treibt die Antriebsräder 16 oder eine andere Last an Bord des Systems, z. B. einen Generator, einen Elektromotor, eine Hilfsenergieeinheit, einen Kompressor usw., elektrisch an. Die Batterieanordnung 10 von 1 kann in nicht einschränkenden exemplarischen Ausführungsformen vielfältig als wiederaufladbarer Lithium-Ionen- oder Nickel-Cadmium-Batteriepack konfiguriert werden. Andere Ausführungsformen können mit unterschiedlichen Formen oder Nennleistungen oder mit anderen aktiven Materialien vorgesehen werden, weshalb die spezifische Konfiguration von 1 exemplarisch und nicht einschränkend ist.
Unter Bezugnahme auf die 2-5 beinhaltet die Batterieanordnung 10 ein oder mehrere Batteriemodule 20. Das eine oder die mehreren Batteriemodule 20 beinhalten jeweils ein Batteriemodulgehäuse 22 mit mindestens einer Wand 24, die konfiguriert ist, um eine Vielzahl von Batteriezellen 26 darin zumindest teilweise zu umschließen oder einzukapseln. Das Batteriemodulgehäuse 24 kann aus einem einteiligen Schaumgussverfahren ausgebildet werden. Die Vielzahl der Batteriezellen 26 kann in einer Vielzahl von Konfigurationen ausgebildet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine polymerbeschichtete Metallfolienbeutelbatteriezelle oder dergleichen, wie in 2 dargestellt.
Jede Batteriezelle 26 weist positive (+) und negative (-) Elektrodenverlängerungen auf, die als tabellarische Erweiterungen 28 der Batteriezelle 26 ausgeführt werden können. Eine vorgegebene Anzahl an Batteriezellen 26 kann nebeneinander innerhalb einer Batteriezellenschnittstelle 30 angeordnet sein. Die Batteriezellen 26 und die Schnittstelle 30 können über mindestens eine Endplatte befestigt sein, die im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist, sodass die elektrodenförmigen Verlängerungen 28 der verschiedenen Batteriezellen 26 seriell angeordnet oder anderweitig in einer gewünschten Ausrichtung ausgerichtet sind.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Zelle“ auf eine Lithium-Ionen-Batterie mit zwei Elektroden, die als Batterie betrieben werden kann. In einigen Situationen kann der Begriff „Zelle“ auch verwendet werden, um sich auf eine Reihe von Zellen zu beziehen, insbesondere wenn die Zellen durch eine gemeinsame positive Busstruktur und eine gemeinsame negative Busstruktur parallel geschaltet sind. In einer derartigen Situation können mehrere Zellen seriell oder parallel geschaltet werden, um ein Batteriemodul auszubilden. Daher kann der Begriff Zelle in einigen Situationen hierin entweder als Äquivalent zur Verwendung einer Zelle oder als Zwischeneinheit zwischen Zelle und Modul verwendet werden. Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Modul“ jedoch verwendet, um eine Vielzahl von betriebsmäßig verbunden Monozellen zu bezeichnen, sodass 2 ein Modul veranschaulicht, das mehr als eine Zelle aufweist. Im Allgemeinen betrifft der Begriff „Pack“ eine Vielzahl von betriebsmäßig verbundenen Modulen.
Die Struktur des Batteriemoduls 20 der 2-5 sind grundlegende Veranschaulichungen, und der dargestellte Abschnitt des Batteriemoduls 20 kann Teil eines größeren Moduls oder mehrerer Batteriemodule in einer Batterieanordnung sein. Die Batteriezellen 26 im Modul 20 können in einem Behälter eingeschlossen oder eingekapselt sein, der ein hartes (z.B. metallisches) Gehäuse oder ein weicher Beutel sein kann (z.B. mehrere Polymerschichten, mehrere Blechschichten oder Kombinationen davon).
Das Batteriemodul 20 kann als Teil eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems oder einer Anordnung mit mehreren ähnlich aufgebauten Batteriemodulen 20 ausgeführt werden, die so angeordnet sind, dass sie, wie in 1 dargestellt, einen größeren Batteriepack oder eine größere Anordnung 10 bilden. Die Batterieanordnung 10 kann eine relativ hochspannungsfähige Energiespeichervorrichtung mit einer Anzahl von Batteriemodulen 20 und Batteriezellen 26 sein, die von der Menge der benötigten elektrischen Leistung abhängig sind. So können in einer exemplarischen Ausführungsform beispielsweise vierundzwanzig oder mehr einzelne Lithium-Ionen-Batteriezellen 26 verwendet werden, wobei die Batteriezellen 26 gemeinsam in der Lage sind, je nach Konfiguration mindestens 18-60 kWh Energie auszugeben.
Die mindestens eine Wand 24 des Batteriemodulgehäuses 22 kann eine Vielzahl von Wänden beinhalten, die konfiguriert sind, um zusammenzuwirken, um das Gehäuse 22 auszubilden. So kann das Batteriemodulgehäuse beispielsweise 22 eine erste Wand oder eine erste Seitenwand 24A, eine gegenüberliegende zweite Wand oder eine zweite Seitenwand 24B, eine dritte Wand oder eine obere Wand 24C, die sich zwischen der ersten Wand 24A und der zweiten Wand 24B erstreckt, und eine vierte Wand oder untere Wand 24D, die sich zwischen der ersten Wand 24A und der zweiten Wand 24B gegenüber der dritten Wand 24C erstreckt, beinhalten, die zusammenwirken, um das Gehäuse 22 auszubilden. Die Anzahl der Wände kann für eine Vielzahl von Geometrien variiert werden, einschließlich beispielsweise einer einzelnen zylindrischen Wand, eines Paares zusammenwirkender halbzylindrischer Wände oder dergleichen. Die Wände 24 können aus einem Metall, wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, oder einem Polymer, einem Polymerverbund oder einem anderen ausreichend steifen Material bestehen. Das Batteriemodulgehäuse 22 kann als eine einheitliche Struktur mit den Wänden 24A, 24B, 24C, 24D gebildet werden. Alternativ kann das Batteriemodulgehäuse 22 durch die Wände 24A, 24B, 24C, 24D oder durch Zusammenfügen der oberen und unteren Abschnitten mit den Wänden 24A, 24B, 24C, 24D zusammengebaut werden.
Jede der Wände 24 beinhaltet einen Außenumfang 34 und einen gegenüberliegenden Innenumfang 36. Die Wände 24A, 24B, 24C, 24D definieren beim Zusammenwirken und Konfigurieren zum Ausbilden des Batteriemodulgehäuses 22 auch gemeinsam einen Außenumfang 34 und einen Innenumfang 36 des Batteriemodulgehäuses 22. Die Wände 24A, 24B, 24C, 24D definieren, wenn sie zusammenwirken und konfiguriert sind, um das Batteriemodulgehäuse 22 auszubilden, ferner mindestens ein erstes Ende 48A und ein entgegengesetztes zweites Ende 48B.
Mindestens eine Öffnung 38, 40 kann durch die Wände und zwischen den Wänden 24 in mindestens einem aus dem ersten Ende 48A und dem zweiten Ende 48B des Batteriemodulgehäuses 22 ausgebildet sein. Die mindestens eine Öffnung 38, 40 kann mit dem Innenumfang 36 des Batteriemodulgehäuses 22 zusammenwirken und Zugang zu diesem ermöglichen. Abschnitte der Vielzahl von Batteriezellen 26, wie beispielsweise die elektrodenförmigen Verlängerungen 28, können sich zumindest teilweise durch die Öffnungen 38, 40 erstrecken und die Schnittstelle 30 und die Endplatten 32 einrasten lassen, um elektrische Verbindungen zu ermöglichen. Am Außenumfang 34 der einen oder der mehreren Wände 24 können ein oder mehrere Flansche 41 vorgesehen sein, die die Verbindung des Gehäuses 22 zu einer Oberfläche unterstützen können (nicht dargestellt).
Ein oder mehrere Kanäle 42 können in der mindestens einen Wand 24 zwischen dem Außenumfang 34 und dem Innenumfang 36 der mindestens einen Wand 24 definiert sein und sich zumindest teilweise durch diese erstrecken. Die Menge und Position des einen oder der mehreren Kanäle 42 in jeder der Wände 24 kann so eingestellt werden, dass sie eine Reihe von Faktoren berücksichtigt, wie beispielsweise die Größe des Batteriemodulgehäuses 22 und die Art und Menge der Batteriezellen 26, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Gehäuses 22 aufgenommen und getragen werden. Weiterhin können in jeder der Wände 24 in einer Vielzahl von Positionen und Konfigurationen Kanäle 42 gebildet werden und Kanäle können auch mit Kanälen 42 in angrenzenden Wänden 24 des Batteriemodulgehäuses zusammenwirken. Zusätzlich können der eine oder die mehreren Kanäle zumindest teilweise in der mindestens einen Wand 24 eingekapselt oder zwischen dem Außenumfang 34 und dem Innenumfang 36 der mindestens einen Wand 24 vollständig eingeschlossen sein.
In einer exemplarischen Ausführungsform, die in den 2 und 3 dargestellt ist, ist das Batteriemodulgehäuse 22 als eine einheitliche Struktur ausgebildet, die aus der ersten Seitenwand 24A, der gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 24B, der oberen Wand 24C und der unteren Wand 24D besteht. Der eine oder die mehreren Kanäle 42, die in den Wänden 24 definiert oder ausgebildet sind, können mindestens einen ersten Satz von Kanälen 42A beinhalten, die mindestens teilweise durch die obere Wand 24C hindurch ausgebildet sind und sich in eine erste Richtung erstrecken, und einen zweiten Satz von Kanälen 42B, die mindestens teilweise durch die obere Wand 24C hindurch ausgebildet sind und sich in eine zweite Richtung erstrecken. Die Kanäle 42A und 42B können sich überschneiden oder zusammenwirken, um in Fluidverbindung zu stehen, da sich die Kanäle 42A und 42B durch die obere Wand 24C erstrecken. Die Kanäle 42A, 42B können jedoch in wechselnden Konfigurationen und Geometrien angeordnet werden, um die Ziele der Offenbarung zu erreichen.
Zusätzlich kann ein erster Satz von Kanälen 42C definiert oder zumindest teilweise durch und in einer ersten Richtung in der ersten Seitenwand 24A ausgebildet sein, während ein zweiter Satz von Kanälen 42D zumindest teilweise durch und in einer zweiten Richtung in der ersten Seitenwand 24A ausgebildet sein kann. Wie bei den Kanälen 42A und 42B können sich die Kanäle 42C und 42D überschneiden und zusammenwirken, da sich die Kanäle 42C und 42D durch die Wand 24B erstrecken. Es ist ferner vorgesehen, dass sich der eine oder die mehreren Kanäle 42, die durch die angrenzenden Wänden 24 des Batteriemodulgehäuses 22 definiert sind, wie beispielsweise der zweite Satz von Kanälen 42B in der oberen Wand 24C und der zweite Satz von Kanälen 42D in der ersten Seitenwand 24A, sich überschneiden und zusammenwirken können, wenn die Wände 24A, 24C das Batteriemodulgehäuse 22 ausbilden.
Mindestens ein Einlassabschnitt 44 kann definiert oder ausgebildet sein und sich zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand 24 des Batteriemodulgehäuses 22 erstrecken. Die Menge und Position des mindestens einen Einlassabschnitts 44 im Batteriemodulgehäuse 22 kann so eingestellt werden, dass er eine Reihe von Faktoren berücksichtigt, wie beispielsweise die Größe des Batteriemodulgehäuses 22 und die Art und Menge der Batteriezellen 26, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Gehäuses 22 aufgenommen und getragen werden. So kann beispielsweise der mindestens eine Einlassabschnitt 44 in einem oder mehreren aus dem ersten Ende 48A, dem zweiten Ende 48B des Batteriemodulgehäuses 22 ausgebildet sein und sich mindestens teilweise dadurch erstrecken.
Zusätzlich kann der mindestens eine Einlassabschnitt 44 zumindest teilweise in der mindestens einen Wand 24 eingekapselt oder zwischen dem Außenumfang 34 und dem Innenumfang 36 der mindestens einen Wand 24 vollständig eingeschlossen sein. Weiterhin kann der mindestens eine Einlassabschnitt 44 mit dem einen weiteren Kanal 42 in der mindestens einen Wand 24 des Batteriemodulgehäuses 22 zusammenwirken und in Fluidverbindung stehen. Alternativ kann der mindestens eine Einlassabschnitt 44 mit dem einen oder den mehreren Kanälen 42 über einen Verbinder oder dergleichen (nicht dargestellt) zusammenwirken.
Mindestens ein Auslassabschnitt 46 kann definiert oder ausgebildet sein und sich zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand 24 des Batteriemodulgehäuses 22 erstrecken. Wie beim mindestens einen Einlassabschnitt 44 können die Menge und Position des mindestens einen Einlassabschnitts 46 im Batteriemodulgehäuse 22 so eingestellt werden, damit eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Größe des Batteriemodulgehäuses 22 und die Art und Menge der Batteriezellen 26, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Gehäuses 22 aufgenommen und getragen werden. So kann beispielsweise der mindestens eine Auslassabschnitt 46 in einem oder mehreren aus dem ersten Ende 48A, dem zweiten Ende 48B des Batteriemodulgehäuses 22 ausgebildet sein und sich mindestens teilweise dadurch erstrecken.
Der mindestens eine Auslassabschnitt 46 kann mit dem mindestens einen Einlassabschnitt 44 und dem einen weiteren Kanal 42 in der mindestens einen Wand 24 des Batteriemodulgehäuses 22 zusammenwirken und in Fluidverbindung stehen. Der mindestens eine Auslassabschnitt 46 kann zumindest teilweise in der mindestens einen Wand 24 eingekapselt oder zwischen dem Außenumfang 34 und dem Innenumfang 36 der mindestens einen Wand 24 vollständig eingeschlossen sein. Weiterhin wirkt der mindestens eine Auslassabschnitt 46 mit dem mindestens einen Einlass 44 und dem einen oder den mehreren Kanälen 42 über einen Verbinder oder dergleichen (nicht dargestellt) zusammen.
Wie in den 2 und 3 dargestellt, können die Außenumfänge 34 der ersten Seitenwand 24A, der gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 24B, der oberen Wand 24C und der gegenüberliegenden unteren Wand 24D des Batteriemodulgehäuses 22 mindestens ein erstes Ende 48A und ein zweites Ende 48B des Gehäuses 22 bilden. Der eine oder die mehreren Kanäle 42, die in der mindestens einen Wand 24 ausgebildet sind, können sich bis mindestens zum ersten Ende 48A und zum zweiten Ende 48B des Gehäuses 22 erstrecken.
Ein oder mehrere Verschlüsse 50 können um mindestens eines aus dem ersten Ende 48A und dem zweiten Ende 48B des Batteriegehäusemoduls 22 herum angebracht werden, um eine Dichtung für ein Fluidaustauschsystem 52 in dem zwischen dem einen oder den mehreren Kanälen 42, dem mindestens einen Einlassabschnitt 44 und dem mindestens einen Auslassabschnitt 46 gebildeten Gehäuse 22 zumindest teilweise zu umschließen und zu erzeugen. Das Fluidaustauschsystem 52 zwischen dem einen oder den mehreren Kanälen 42, dem mindestens einen Einlassabschnitt 44 und dem mindestens einen Auslassabschnitt 46 kann verwendet werden, um die Kühlung der Vielzahl von Batteriezellen 26 zu unterstützen, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Batteriemodulgehäuses 22 angeordnet sind.
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein Kühlmittel oder eine Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Einlassabschnitt 44 in den einen oder die mehreren Kanäle 42 eingeleitet. Das Kühlmittel oder die Kühlflüssigkeit kann eine Vielzahl von Flüssigkeiten darstellen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, ein Gas oder eine Flüssigkeit, wie beispielsweise ein wasserbasiertes Kühlmittel oder dielektrisches Öl. Das Kühlmittel oder die Kühlflüssigkeit kann von einer Pumpe oder einer anderen Vorrichtung entweder durch den mindestens einen Einlassabschnitt 44 in den einen oder die mehreren Kanäle 42 zirkuliert oder passiv in den einen oder die mehreren Kanäle 42 eingeführt werden. Der mindestens eine Auslassabschnitt 46 kann neben einer Verbindung zu einer Pumpe auch mit einem Wärmetauscher oder dergleichen verbunden sein, um die Kühlflüssigkeit nach dem Verlassen des Batteriemoduls 20 aufzubereiten.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 wird ein Verfahren zum Bilden des Batteriemodulgehäuses näher beschrieben. Das Batteriemodulgehäuse kann unter Verwendung einer Vielzahl von Herstellungsverfahren geformt werden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Batteriemodulgehäuse im Lost-Foam-Gießverfahren geformt werden. Bei Block 100 kann das Schaummuster des Batteriemodulgehäuses von Hand geschnitten oder aus einem Block aus Polymermaterial, wie Polystyrol, Polymethylmethacrylat (PMMA) oder dergleichen, bearbeitet werden. Das Schneid- oder Bearbeitungsverfahren bildet den Innen- und Außenumfang des Gehäuses. Darüber hinaus sind der eine oder die mehreren Kühlkanäle, Einlass oder Auslass in das Schaummuster eingearbeitet.
Alternativ kann das Schaummuster des Batteriemodulgehäuses gebildet werden, indem vorgewärmte Polystyrolperlen in eine vorgewärmte Aluminiumform bei niedrigem Druck eingespritzt werden. Auf das Polystyrol wird Dampf aufgebracht, wodurch sich das Polystyrol ausdehnt und die Form füllt. Das Verfahren der Schaummustererstellung im Batteriemodulgehäuse kann verwendet werden, um ein einzelnes Schaummuster zu erstellen oder um mehrere Schaummuster zu erzeugen.
Es ist auch vorgesehen, dass das Schaummuster des Batteriemodulgehäuses aus einem einzigen Schaummuster erstellt werden kann oder aus zusammenpassenden Musterabschnitten gebildet werden kann, die miteinander verbunden, verklebt oder befestigt werden. Es ist ferner auch vorgesehen, dass mehrere Schaummuster des Batteriemodulgehäuses in einer Clusteranordnung platziert werden können.
Bei Block 102 kann eine feuerfeste Beschichtung auf das Schaummuster aufgebracht werden, um das Schaummuster für den Gießprozess vorzubereiten. Die feuerfeste Beschichtung kann unter Verwendung einer Vielzahl von Verfahren aufgebracht werden, einschließlich Sprühen, Bürsten oder Eintauchen der Beschichtung auf das Schaummuster. Die feuerfeste Beschichtung wirkt als Barriere zwischen dem Schaummodell und unterstützenden Gießwerkstoffen. Es ist auch vorgesehen, dass die feuerfeste Beschichtung Werkstoffe verwendet, um zuzulassen, dass Gase, die während des Gießverfahrens entstehen, durch die unterstützenden Gießwerkstoffe entweichen.
Bei Block 104 werden die Schaummuster einem Trocknungsprozess unterzogen, um sicherzustellen, dass die feuerfeste Beschichtung auf dem Schaummuster trocknet. Nach dem Trocknen werden die beschichteten Schaummodelle in einen Gießkolben oder eine Trommel bei Block 106 eingesetzt. Sand oder andere unterstützende Gießwerkstoffe werden dem Gießkolben zugegeben, um das Schaummuster oder Cluster von Schaummustern zu umgeben. Der Gießkolben kann einem vibrationsverdichteten Verfahren unterzogen werden, um sicherzustellen, dass die unterstützenden Gießwerkstoffe die Schaummodelle umgeben und umschließen. Ein Teil der Schaummuster oder der die Schaummuster verbindende Cluster kann von den unterstützenden Gießwerkstoffen freigelegt werden.
Bei Block 108 kann geschmolzenes Metall, wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder dergleichen, auf den freiliegenden Abschnitt des Schaummusters und in das in den unterstützenden Gießwerkstoffen eingeschlossene Schaummuster gegossen werden. Das geschmolzene Metall verdampft das Polystyrolschaummuster durch Pyrolyse oder ein thermisches Abbauverfahren, wobei das Schaummuster nach und nach durch das Metall ersetzt wird. Die feuerfeste Beschichtung behält die Form des Batteriemodulgehäuses aus dem Schaummuster bei und wirkt als Barriere für die unterstützenden Gießwerkstoffe. Das entstehende Gas aus dem verdampften Schaummuster strömt durch die feuerfeste Beschichtung und die unterstützenden Gießwerkstoffe und aus dem Kolben durch Lüftungsöffnungen. Bei Block 110 wird das Batteriemodulgehäuse aus Gussmetall von den unterstützenden Gießwerkstoffen entfernt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 5 ist eine Schnittansicht von mindestens einer Ausführungsform des Batteriemoduls 20 dargestellt. In dieser ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 20 beinhaltet das Batteriemodulgehäuse 22 einen oder mehrere Kanäle 42, die in jedem aus der ersten Seitenwand 24A, der gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 24B, der Verbindungsoberwand 24C und der gegenüberliegenden Verbindungsunterwand 24D ausgebildet sind, um die Vielzahl der darin gespeicherten Batteriezellen zu kühlen. Ein Einlassabschnitt 44 kann in der oberen Wand 24C vorgesehen sein. Es versteht sich, dass die Menge und Position des mindestens einen Einlassabschnitts 44 im Batteriemodulgehäuse 22 angepasst werden kann, um die Zwecke dieser Offenbarungen zu erfüllen.
Ein oder mehrere Kanäle 42E erstrecken sich zumindest teilweise durch die obere Wand 24C und wirken mit dem Einlassabschnitt 44 zusammen. Der Kühlmittelstrom, der im Allgemeinen durch Pfeile und Bezugszeichen 54 gekennzeichnet ist, wird über den Einlassabschnitt 44 in den einen oder die mehreren Kanäle 42E eingeleitet. Das Kühlmittel 54 wird bei einer ersten Temperatur aus dem Einlassabschnitt 44 eingeleitet und zirkuliert oder strömt durch den einen oder die mehreren Kanäle 42 des Fluidaustauschsystems, die im Allgemeinen als Bezugzeichen 52 bezeichnet werden, um Wärme aus der Vielzahl von Batteriezellen 26, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Batteriemodulgehäuses 22 empfangen wird, zu entnehmen, um die Batteriezellen 26 im Batteriemodulgehäuse 22 zu kühlen.
Das Kühlmittel 54 strömt vom Einlassabschnitt 44 durch den Kanal 42E zu den mit dem Kanal 42E in der gegenüberliegenden ersten Seitenwand 24A und zweiten Seitenwand 24B in Fluidverbindung stehenden Kanälen 42F, 42G. Während das Kühlmittel 54 durch einen oder mehrere Kanäle 42 des Batteriemodulgehäuses 22 zirkuliert oder strömt, entzieht das Kühlmittel 54 der Vielzahl von Batteriezellen 26 Wärme und erhöht dadurch die Temperatur des Kühlmittels 54, wenn das Kühlmittel 54 an dem mindestens einen Einlassabschnitt 44 in das Fluidaustauschsystem 52 eingeführt wird, von einer ersten Temperatur auf mindestens eine zweite Temperatur, die in Richtung des mindestens einen Auslassabschnitts 46 strömt. Der mindestens eine Auslassabschnitt 46 kann mit dem einen oder den mehreren Kanälen 42H in der Bodenwand 24D des Batteriemodulgehäuses 22 zusammenwirken, wodurch das auf mindestens eine zweite Temperatur erwärmte Kühlmittel 54 aus dem Batteriemodulgehäuse 22 austreten oder entfernt werden kann.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 wird eine zweite Ausführungsform des Batteriemoduls 20 veranschaulicht. Wie bei der ersten Ausführungsform des in 6 veranschaulichten Batteriemoduls 20 beinhaltet das Batteriemodulgehäuse 22 eine obere Wand 24C, eine gegenüberliegende untere Wand 24D und ein Paar gegenüberliegende Seitenwände 24A, 24B, die sich zwischen der oberen Wand 24C und der unteren Wand 24D erstrecken und mit diesen verbunden sind. Ein oder mehrere Kanäle 42 erstrecken sich durch jede der Wände 24 und stehen in Fluidverbidung miteinander. Das Batteriemodulgehäuse 22 beinhaltet ferner mindestens einen Einlassabschnitt 44 und mindestens einen Auslassabschnitt 46, die sich in Fluidverbindung mit einem oder mehreren Kanälen 42 befinden, um das Fluidaustauschsystem 52 zu bilden.
Das Batteriemodulgehäuse 22 kann ferner mindestens ein Verbindungselement 62 beinhalten, das mit einer oder mehreren aus der ersten Seitenwand 24A und der zweiten Seitenwand 24B des Gehäuses 22 zusammenwirkt und sich mindestens teilweise dadurch erstreckt. Das mindestens eine Verbindungselement 62 schließt einen Durchgang 64 ein, der mit dem einen oder den mehreren Kanälen 42 in den Wänden 24, dem mindestens einen Einlaufabschnitt 44 und dem mindestens einen Auslaufabschnitt 46 in Fluidverbidung steht. Der eine oder die mehreren Kanäle 42 in den Wänden 24 und der Durchgang 64 in dem mindestens einen Verbindungselement 62 leiten den Kühlmittelstrom bei einer ersten Temperatur von dem mindestens einen Einlassabschnitt 44 ab, wodurch Wärme aus der Vielzahl von Batteriezellen 26 entnommen wird, die innerhalb des Innenumfangs 36 des Batteriemodulgehäuses 22 aufgenommen wird, so dass das Kühlmittel 54 bei mindestens einer zweiten Temperatur in einer Richtung zu dem mindestens einen Auslassabschnitt 46 strömt. Es ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungselement oder der mindestens eine Verbinder 62 und der Durchgang 64 in der einen oder den mehreren Wänden 24 vorgesehen sein können.
Eine dritte Ausführungsform des Batteriemoduls 20 ist in 8 veranschaulicht. Das Batteriemodulgehäuse 22 beinhaltet eine erste oder obere Wand 24C mit einem oder mehreren Kanälen 42E darin und eine gegenüberliegende untere Wand 24D mit einem oder mehreren Kanälen 42H darin. Die erste und die zweite Seitenwand 24A, 24B, die einander gegenüberliegen erstrecken sich zwischen der oberen Wand 24C und der unteren Wand 24D. Ein erster Einlassabschnitt 44A wirkt mit der oberen Wand 24C zusammen und steht in Fluidverbindung mit dem einen oder den mehreren Kanälen 42E, während ein zweiter Einlassabschnitt 44B mit der unteren Wand 24D zusammenwirkt und in Fluidverbindung mit dem einen oder den mehreren Kanälen 42H steht.
Das Kühlmittel 54 wird bei einer ersten Temperatur durch die Einlassabschnitte 44A, 44B eingeleitet und strömt durch die Kanäle 42E, 42H, um die Vielzahl der innerhalb des Innenumfangs 36 des Batteriemodulgehäuses 22 aufgenommenen Batteriezellen 26 abzukühlen. Das Kühlmittel tritt durch die Auslassabschnitte 46A, 46B aus, die die von den Batteriezellen 26 erzeugte Wärme tragen, so dass das Kühlmittel 54 auf mindestens eine zweite Temperatur erhitzt wird.
Alternativ kann das Batteriemodulgehäuse 22 des Batteriemoduls 20, wie in 9 dargestellt, so ausgebildet sein, dass es einen oder mehrere Kanäle 42 beinhaltet, die in einer einzigen Wand des Gehäuses 22, wie beispielsweise die Bodenwand 24D, ausgebildet sind. Das Kühlmittel 54 strömt durch einen Einlassabschnitt 44 bei einer ersten Temperatur in den Kanal 42H. Das Kühlmittel 54 in Kanal 42H nimmt Wärme aus der Vielzahl von Batteriezellen 26 im Innenumfang 36 des Gehäuses 22 auf. Das Kühlmittel 54 transportiert die von den Batteriezellen 26 erzeugte Wärme derart, dass das Kühlmittel auf mindestens eine zweite Temperatur erwärmt wird und verlässt das Gehäuse 22 durch den Auslassabschnitt 46 in Fluidverbindung mit dem Kanal 42H.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 kann das Batteriemodulgehäuse 22 eine Reihe von strukturellen Abstandhalterelementen 78 beinhalten, von denen jedes zwischen einem benachbarten Paar von Batteriezellen 26A und/oder 26B angeordnet ist und dieses trennt. Durch das Trennen benachbarter Paare der Batteriezellen 26A, 26B wird eine Aufprallkraft, die mindestens eine senkrecht zur Länge der Abstandhalterelemente 78 gerichtete Komponente aufweist (d.h. eine Komponente in einer Richtung von einer der Batteriezellen 26A, 26B zu einer anderen der Batteriezellen 26A, 26B, die sich auf einer gegenüberliegenden Seite des zwischengeschalteten Abstandhalterelements 78 befindet), zumindest teilweise vom Abstandhalterelement 78 aufgenommen. Ferner kann eine nachgiebige Stützstruktur 80, wie beispielsweise Schaumstoff oder dergleichen, im Innenumfang 36 des Batteriemodulgehäuses 22 zwischen dem Innenumfang 36 und den Batteriezellen 26 vorgesehen sein, um die Batteriezellen 26 im Batteriemodulgehäuse 22 zu tragen und zu schützen.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, doch der Umfang der Offenbarung ist einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung in den angehängten Ansprüchen. 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 mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Batteriemodul, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen; und ein Batteriemodulgehäuse, das konfiguriert ist, um die Vielzahl von Batteriezellen zumindest teilweise zu umschließen, wobei das Batteriemodulgehäuse Folgendes beinhaltet: mindestens eine Wand, die einen Außenumfang und einen gegenüberliegenden Innenumfang definiert, einen oder mehrere Kanäle, die in der mindestens einen Wand ausgebildet sind und sich zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand erstrecken, mindestens einen Einlassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt, und mindestens einen Auslassabschnitt, der in der mindestens einen Wand definiert ist und sich zumindest teilweise durch diese erstreckt, wobei der eine oder die mehreren Kanäle, der mindestens eine Einlassabschnitt und der mindestens eine Auslassabschnitt zusammenwirken, um ein Fluidaustauschsystem für das Batteriemodulgehäuse zu bilden, wobei ein Kühlmittel über den mindestens einen Einlassabschnitt in das Fluidaustauschsystem eingeführt wird, durch den einen oder die mehreren Kanäle zirkuliert und das Fluidaustauschsystem über den mindestens einen Auslassabschnitt verlässt, um die Vielzahl von Batteriezellen im Batteriemodulgehäuse zu kühlen.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodulgehäuse ferner das Folgende umfasst: eine erste Seitenwand, eine zweite Wand, die der ersten Seitenwand gegenüberliegt, eine obere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand erstreckt, und eine untere Wand, die sich zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand gegenüber der oberen Wand erstreckt, die konfiguriert ist, um den Außenumfang und den Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zu definieren.
Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei die Außenumfänge der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der oberen Wand und der unteren Wand des Batteriemodulgehäuses mindestens ein erstes Ende und ein zweites Ende des Batteriemodulgehäuses bilden.
Batteriemodul nach Anspruch 3, ferner umfassend mindestens eine Öffnung in einem oder mehreren aus dem ersten Enden und dem zweiten Enden des Batteriemodulgehäuses, wobei die mindestens eine Öffnung mit dem Innenumfang des Batteriemodulgehäuses zusammenwirkt.
Batteriemodul nach Anspruch 3 ferner umfassend ein oder mehrere Verschlüsse, die an mindestens einem aus dem ersten Enden und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses angebracht sind und diese zumindest teilweise umschließen.
Das Batteriemodul nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Batteriezellenschnittstelle, die Elektrodenverlängerungen von jeder der Vielzahl von Batteriezellen und mindestens einer Endplatte aufnimmt und befestigt und mindestens eine Endplatte, die an der Batteriezellenschnittstelle befestigbar ist und mit mindestens einem aus dem ersten Ende und dem zweiten Ende des Batteriemodulgehäuses zusammenwirkt und diese zumindest teilweise umschließt.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei der eine oder die mehreren Kanäle des Fluidaustauschsystems zumindest teilweise in der mindestens einen Wand des Batteriemodulgehäuses eingekapselt sind.
Batteriemodul nach Anspruch 7, wobei der eine oder die mehreren Kanäle, die in der mindestens einen Wand definiert sind, ferner das Folgende umfassen: einen ersten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer ersten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken, und einen zweiten Satz von Kanälen, die mindestens teilweise durchgehend ausgebildet sind und sich in einer zweiten Richtung in der mindestens einen Wand erstrecken.
Verfahren zum Bilden eines Batteriemodulgehäuses für ein Batteriemodul, das eine Vielzahl von Batteriezellen aufnimmt, wobei das Verfahren das Folgende umfasst: Bilden eines Batteriemodulgehäusemusters; Aufbringen einer feuerfesten Beschichtung auf das Batteriemodulgehäusemuster; Anwenden eines Trocknungsverfahrens für die feuerfeste Beschichtung auf dem Batteriemodulgehäusemuster; Einsetzen des Batteriemodulgehäusemusters in eine Gießwalze; Zugeben von unterstützendem Gießwerkstoff zur Gießwalze, um das Batteriemodulgehäusemuster zumindest teilweise zu umgeben und zu umschließen. Aufbringen eines geschmolzenen Metalls auf das Batteriemodulgehäusemuster;
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Ausbildens des Batteriemodulgehäusemusters ferner das Folgende umfasst: Bereitstellen eines Polymermaterials zum Ausbilden des Batteriemodulgehäusemusters; Ausbilden mindestens einer Wand des Batteriemodulgehäuses, um einen Innenumfang und einen Außenumfang des Gehäuses zu definieren; Ausbilden eines oder mehrerer Kühlkanäle, die zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der mindestens einen Wand verlaufen; Ausbilden mindestens eines Einlassabschnitts, der zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der mindestens einen Wand verläuft; und Ausbilden mindestens eines Auslassabschnitts zumindest teilweise durch die mindestens eine Wand zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der mindestens einen Wand.