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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Batteriepacks elektrifizierter Fahrzeuge und insbesondere Erkennungsleitungsbaugruppen und Verfahren zum Schützen vor Überstromzuständen innerhalb von Batteriepacks.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der Wunsch, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen bei Kraftfahrzeugen zu verringern, ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen reduzieren oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf die Brennkraftmaschine angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Ein Hochspannungsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs in der Regel mit Strom. Der Batteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen müssen zuverlässig miteinander verbunden werden, um die notwendige(n) Spannung und Leistungspegel zum Betreiben des elektrifizierten Fahrzeugs zu erreichen. Zahlreiche Teile, die Stromschienen, Verkabelung und Sensoren beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, werden typischerweise benötigt, um die Batteriezellen elektrisch zu verbinden.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Batterieanordnung gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Erkennungsleitungsbaugruppe, die ein erstes Verkabelungselement beinhaltet, das eine erste Spannungserkennungsleitung beinhaltet, eine Leiterplatte, die mit dem ersten Verkabelungselement verbunden ist, und eine erste Sicherung, die an die Leiterplatte montiert und mit der ersten Spannungserkennungsleitung verbunden ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorstehenden Batterieanordnung, beinhaltet die Batterieanordnung eine Vielzahl von Batteriezellen und die Erkennungsleitungsbaugruppe verbindet die Vielzahl von Batteriezellen elektrisch.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen, ist das erste Verkabelungselement als ein elastisches Kabel oder eine elastische gedruckte Schaltung konfiguriert.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen erstreckt sich die erste Spannungserkennungsleitung in dem flachen elastischen Kabel oder ist auf eine Außenseite der elastischen gedruckten Schaltung aufgetragen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist ein Übergangsbereich an einer Montagefläche der Leiterplatte bereitgestellt und ist zwischen der ersten Spannungserkennungsleitung und der ersten Sicherung verbunden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist das erste Verkabelungselement zwischen der Leiterplatte und einer Vielzahl von Stromschienen angeschlossen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist mindestens ein zusätzliches Kabel zwischen der Leiterplatte und einem Erkennungsleitungsanschluss verbunden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist der Erkennungsleitungsanschluss an einer Zwischenkabelbaumbaugruppe oder direkt an einem Steuermodul angeschlossen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen beinhaltet die Leiterplatte mindestens einen elastischen Rückhaltearm zum Befestigen der Leiterplatte an einem Kunststoffträger eines Schaltungsanschlusssystems.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen erstreckt sich die erste Spannungserkennungsleitung zwischen einer Stromschiene und der ersten Sicherung.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen beinhaltet die Erkennungsleitungsbaugruppe mindestens einen Heißleiter.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen beinhaltet die Erkennungsleitungsbaugruppe ein zweites Verkabelungselement, das eine zweite Spannungserkennungsleitung aufweist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist die Leiterplatte mittig zwischen das erste Verkabelungselement und das zweite Verkabelungselement montiert.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist eine zweite Sicherung an der Leiterplatte montiert und mit der zweiten Spannungserkennungsleitung verbunden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorstehenden Batterieanordnungen ist die Erkennungsleitungsbaugruppe eine Komponente eines Schaltungsanschlusssystems, das an eine Oberseite einer Batterieanordnung montiert ist.
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Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Montieren einer Sicherung an einer Leiterplatte einer Erkennungsleitungsbaugruppe eines Schaltungsverbindungssystems der Batterieanordnung. Die Sicherung ist dazu konfiguriert, eine Schaltung als Reaktion auf einen Batterieüberstromzustand zu unterbrechen, die durch eine Spannungserkennungsleitung der Erkennungsleitungsbaugruppe geschaffen wurde.
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In einer weiteren nichteinschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens beinhaltet das Verfahren das Entfernen der Sicherung von der Leiterplatte als Reaktion auf den Batterieüberstromzustand und das Ersetzen der Sicherung durch eine zweite Sicherung.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren einen Übergangsbereich, der an einer Montagefläche der Leiterplatte bereitgestellt ist und zwischen der Spannungserkennungsleitung und der Sicherung verbunden ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Verfahren das Anschließen der Leiterplatte mit einem Erkennungsleitungsanschluss und das Anschließen des Erkennungsleitungsanschlusses entweder an eine Kabelbaumbaugruppe oder an ein Steuermodul.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Absätze, die Ansprüche oder die folgende Beschreibung und die nachfolgenden Zeichnungen, die alle ihrer unterschiedlichen Aspekten oder jeweiligen individuellen Merkmale beinhalten, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander betrachtet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, gelten für alle Ausführungsformen, sofern solche Merkmale nicht inkompatibel sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht schematisch eine Kraftübertragung eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 2 veranschaulicht einen Batteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 3 veranschaulicht eine beispielhafte Erkennungsleitungsbaugruppe eines Schaltungsanschlusssystems einer Batterieanordnung.
- 4 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Erkennungsleitungsbaugruppe eines Schaltungsanschlusssystems einer Batterieanordnung.
- 5 veranschaulicht eine Leiterplatte und andere ausgewählte Abschnitte einer Erkennungsleitungsbaugruppe. Die Leiterplatte schafft eine Montagefläche zum Einbauen von Sicherungen in die Erkennungsleitungsbaugruppe.
- 6 veranschaulicht beispielhafte Rückhaltemerkmale zum Befestigen einer Leiterplatte einer Erkennungsleitungsbaugruppe an einem Träger eines Schaltungsanschlusssystems.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung zeigt beispielhafte Batteriepackausgestaltungen zur Verwendung in elektrifizierten Fahrzeugen im Detail. Beispielhafte Batteriepacks können eine Erkennungsleitungsbaugruppe beinhalten, die eine Leiterplatte aufweist, die mittig zwischen ein erstes und zweites Verkabelungselement (z. B. flache elastische Kabel oder flache gedruckte Schaltungen) montiert ist. Die Leiterplatte schafft eine geeignete Montagefläche zum Einbauen von Erkennungsleitungssicherungen in die Erkennungsleitungsbaugruppe. Die mittigen Erkennungsleitungssicherungen stellen ein einfaches und zuverlässiges Warten der Batterieanordnung als Reaktion auf Batterieüberstromzustände bereit. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung genauer erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch eine Kraftübertragung 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Obwohl dieses als Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) dargestellt ist, versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, die unter anderem Plug-in-Hybridfahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge etc. beinhalten.
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In einer Ausführungsform ist die Kraftübertragung 10 ein Kraftübertragungssystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und einen Batteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem der Kraftübertragung 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem sind jeweils dazu in der Lage, Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzeugen. Obwohl in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, erstreckt sich diese Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, die Vollhybride, Parallelhybride, Serienhybride, Mildhybride oder Mikrohybride gehören.
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Der Motor 14, der eine Brennkraftmaschine sein kann, und der Generator 18 können über eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, die andere Zahnradsätze und Getriebe beinhalten, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 30 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
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Der Generator 18 kann durch den Motor 14 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Elektromotor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie fungieren, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Motor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment vom Motor 14 auf ein Differentialgetriebe 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differentialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 durch das Differentialgetriebe 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 kann ebenfalls dazu eingesetzt werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er Drehmoment an eine Welle 52 ausgibt, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, bei dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an den Batteriepack 24 abgeben.
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Der Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Batterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Der Batteriepack 24 kann eine Hochspannungstraktionsbatterie sein, die eine Vielzahl von Batterieanordnungen 25 beinhaltet (d. h. Batteriebaugruppen oder Gruppierungen von Batteriezellen), die in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben, um Leistung zum Antreiben der Räder 28 bereitzustellen. Andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Energie zu versorgen.
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In einer Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (Electric Vehicle mode - EV-Modus) betrieben werden, in dem der Elektromotor 22 zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird (im Allgemeinen ohne Unterstützung vom Motor 14), wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 bei bestimmten Fahrmustern/-zyklen bis zur maximal zulässigen Entladerate entladen wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel für einen Ladungsentleerungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter einigen Umständen erhöhen, zum Beispiel aufgrund eines Zeitraums von Nutzbremsung. Der Motor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen AUS, könnte jedoch nach Bedarf auf Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder nach Vorgabe des Fahrzeugführers betrieben werden.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybridmodus (HEV-Modus) betrieben werden, in dem sowohl der Motor 14 als auch der Elektromotor 22 zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel für einen Ladungserhaltungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Verwendung des Elektromotors 22 für den Antrieb verringern, um den Ladezustand des Batteriepacks 24 konstant oder ungefähr konstant zu halten, indem der Antrieb durch den Motor 14 gesteigert wird. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung zusätzlich zum EV- und zum HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
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Die 2 veranschaulicht einen Batteriepack 24, der innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs, wie etwa das elektrifizierte Fahrzeug 12 aus 1, eingesetzt werden kann. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriepacks 24 und bestimmte Komponenten (z. B. eine Gehäusebaugruppe 60) sind als Strichlinien gezeigt, um den Inhalt des Batteriepacks 24 besser zu veranschaulichen.
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Der Batteriepack 24 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 56 unterbringen, die Energie zum Versorgen unterschiedlicher elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Leistung speichern. Der Batteriepack 24 könnte eine beliebige Anzahl von Batteriezellen 56 innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung einsetzen. Somit ist diese Offenbarung nicht auf genau die Konfiguration beschränkt, die in 2 gezeigt ist.
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Die Batteriezellen 56 können nebeneinander entlang einer oder mehrerer Längsstapelachsen gestapelt sein, um Gruppierungen von Batteriezellen 56 zu bilden, die manchmal als „Zellenstapel“ oder „Zellenanordnungen“ bezeichnet werden. In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Allerdings könnten Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, Pouch etc.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure etc.) oder beidem alternativ dazu innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
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Die Batteriezellen 56 jeder Gruppierung können zusammen mit beliebigen Stützstrukturen (z. B. Array-Rahmen, Abstandshaltern, Schienen, Wänden, Platten, Bindungen etc.) zusammenfassend als Batteriebaugruppe 25 bezeichnet werden. Der in der 2 dargestellte Batteriepack 24 beinhaltet eine einzelne Batterieanordnung 25; der Batteriepack 24 könnte jedoch eine größere Anzahl von Batterieanordnungen beinhalten und dennoch in den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen. Auch hier ist diese Offenbarung nicht auf die in 2 gezeigte konkrete Konfiguration beschränkt.
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Obwohl es nicht in der hochschematischen Darstellung aus 2 gezeigt ist, könnte der Batteriepack 24 zusätzlich eine oder mehrere elektronische Batteriekomponenten unterbringen. Die elektronischen Batteriekomponenten könnten ein elektrisches Leitungszentrum (Bussed Electrical Center - BEC), ein elektrisches Batteriesteuermodul (Battery Electric Control Module - BECM), Kabelbäume, Verdrahtungsschleifen, E/A-Anschlüsse etc. oder eine beliebige Kombination dieser elektronischen Batteriekomponenten beinhalten.
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Eine Gehäusebaugruppe 60 kann jede Batterieanordnung 25 des Batteriepacks 24 unterbringen. Die Gehäusebaugruppe 60 kann ein versiegeltes Gehäuse sein, das eine Wanne 62 und eine Abdeckung 64 beinhaltet. Die Gehäusebaugruppe 60 kann innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung eine beliebige Größe, Form und Konfiguration beinhalten.
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Ein Schaltungsanschlusssystem 66 kann in die Batterieanordnung 25 zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen 56 eingebaut werden. Die Batteriezellen 56 können entweder in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung verbunden sein. Das Schaltungsanschlusssystem 66 kann eingerastet, verschweißt, geklemmt oder anderweitig an einer oder mehreren der Batteriezellen 56 oder Trägerstrukturen (z. B. Seitenwände, Abschlusswände, Anordnungsrahmen etc.) der Batterieanordnung 25 angebracht sein. In einer Ausführungsform ist das Schaltungsanschlusssystem 66 mit den Oberseiten der Batteriezellen 56 der Batterieanordnung 25 verbunden oder erstreckt sich in Spannweite über diese. Es sind jedoch auch andere Montagepositionen vorgesehen.
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In einer Ausführungsform, in der die Batteriezellen 56 Batteriezellen prismatischer Art sind, kann das Schaltungsanschlusssystem 66 als ein Stromschienenmodul bezeichnet sein. In einer weiteren Ausführungsform, in der die Batteriezellen 56 Batteriezellen der Art Pouch sind, kann das Schaltungsanschlusssystem 66 als ein miteinander verbundenes Stromschienen-(interconnected bus bar - ICB-)modul bezeichnet sein.
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Das Schaltungsanschlusssystem 66 kann eine Erkennungsleitungsbaugruppe 68 beinhalten. Die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 schafft eine integrierte Schaltung zum elektrischen Verbinden und Ausgleichen der Spannung der Batteriezellen 56. Die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 kann ebenfalls dazu konfiguriert sein, die Spannungen jeder Batteriezelle 56 zu messen und die Spannungsmesswerte einem Steuermodul zum weiteren Verarbeiten zuzuführen (siehe Merkmal 70 aus 3), wie etwa ein Batterieelektroniksteuermodul (battery electronic control module - BECM). Zum Beispiel kann das Steuermodul die Spannungsmesswerte zum Einstellen der angemessenen Leistungsgrenzen des Batteriepacks 24 und zum Überwachen des Allgemeinzustands jeder Batteriezelle 56 verarbeiten. Wie nachfolgend ausführlicher ausgeführt, kann die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 zusätzlich Merkmale zum Bereitstellen von Schaltungsschutz für jede einzelne Batteriezelle 56 der Batterieanordnung 25 enthalten.
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3 veranschaulicht ferner die beispielhafte Erkennungsleitungsbaugruppe 68 des Schaltungsanschlusssystems 66 aus 2. Die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 kann eine Vielzahl von Stromschienen 72, ein erstes Verkabelungselement 74, das mit einem ersten Abschnitt der Vielzahl von Stromschienen 72 verbunden ist, ein zweites Verkabelungselement 76, das mit einem zweiten Abschnitt der Vielzahl von Stromschienen 72 verbunden ist, eine Leiterplatte 78 und einen Erkennungsleitungsanschluss 80 beinhalten. Jede dieser Komponenten ist nachfolgend ausführlicher beschreiben.
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Die Stromschienen 72 können mit Anschlussklemmen 82 (siehe 2) der Batteriezellen 56 verbunden sein. Jede Stromschiene 72 verbindet benachbarte Anschlussklemmen 82 benachbarter Batteriezellen 56 elektrisch. In einer Ausführungsform verbinden die Stromschienen 72 benachbarte Anschlussklemmen 82, die entgegengesetzte Polungen (d. h. negativ an positiv oder positiv an negativ) beinhalten.
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Die Stromschienen 72 können gestanzte, relativ dünne Metallstreifen sein, die dazu konfiguriert sind, die Leistung zu leiten, die durch die Batteriezellen 56 gespeichert wurde. Beispielhafte Stromschienenmaterialien beinhalten Kupfer, Messing oder Aluminium, obwohl andere leitfähige Materialien ebenfalls geeignet sein können. In einer Ausführungsform sind die Stromschienen 72 Starkstromschienen, die relativ hohe Stromstärkekapazitäten aufweisen.
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Jedes des ersten und zweiten Verkabelungselements 74, 76 kann die Leistung von den Batteriezellen 56 von den Stromschienen 72 an jeden von einem positiven (+) Hochspannungsanschluss 84 und einem negativen (-) Hochspannungsanschluss 86 verteilen. Die Leistung kann dann nach Wunsch zum Versorgen der elektrischen Verbraucher eines elektrifizierten Fahrzeugs mit Leistung verteilt werden.
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In einer Ausführungsform sind das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76 als flache elastische Kabel (flat flexible cables - FFCs) konfiguriert. In einer weiteren Ausführungsform sind das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76 als elastische gedruckte Schaltungen (flexible printed circuits - FPCs) konfiguriert. Das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76 können deshalb ein relativ dünnes und elastisches Substrat 88 beinhalten. Das Substrat 88 kann aus einem nachgiebigen (d. h. biegsamen) Material bestehen. Nichteinschränkende Beispiele derartiger Materialien beinhalten Polyimide (PI), Kapton®, Polyester (PET), Polyethylennapthalat (PEN), Polyethermid (PEI), unterschiedliche Flourpolymere (FEP) oder Copolymere etc.
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Jedes vom ersten und zweiten Verkabelungselement 74, 76 kann eine oder mehrere Spannungserkennungsleitungen 90 beinhalten. In einer Ausführungsform beinhalten die Spannungserkennungsleitungen 90 Kupferbahnen. Es könnten jedoch andere leitfähige Materialien verwendet werden, um die Spannungserkennungsleitungen 90 zu bilden.
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Die Spannungserkennungsleitungen 90 können an oder in das Substrat 88 an- bzw. eingebaut werden. Wenn zum Beispiel das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76 als FFCs konfiguriert sind, können die Spannungserkennungsleitungen 90 im Substrat 88 umgossen werden, oder, wenn das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76 als FPCs konfiguriert sind, können die Spannungserkennungsleitungen 90 auf eine Außenseite des Substrats 88 gedruckt werden. Die Spannungserkennungsleitungen 90 können auf das Substrat 88 unter Verwendung einer Vielfalt von additiven oder subtraktiven Methoden aufgetragen werden, die Gießen, Drucken, Beschichten, Ätzen, Laminieren, Gravieren, Fräsen, Abtragen etc. beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Das erste und zweite Verkabelungselement 74, 76, und deshalb die Spannungserkennungsleitungen 90, können sich zwischen der Stromschiene 72 und der Leiterplatte 78 erstrecken. In einer Ausführungsform erstreckt sich mindestens eine Spannungserkennungsleitung 90 zwischen jeder Stromschiene 72 und der Leiterplatte 78, die sich mittig zwischen dem ersten und zweiten Verkabelungselement 74, 76 befindet. Die Leiterplatte 78 kann in einer Ausführungsform eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board - PCB) sein. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Leiterplatte 78 aus einem glasverstärktem Epoxidschichtmaterial, wie etwa zum Beispiel FR-4.
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Sobald die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 mit der Batterieanordnung 25 auf die in 2 gezeigte Weise verbunden ist, kann die Spannung jeder Batteriezelle 56 durch die Spannungserkennungsleitungen 90 des ersten und zweiten Verkabelungselements 74, 76 gemessen werden. Die Spannungserkennungsleitungen 90 können Spannungssignale an die Leiterplatte 78 kommunizieren, die elektrisch mit dem Erkennungsleitungsanschluss 80 verbunden sein kann. Der Erkennungsleitungsanschluss 80 kann mit einer Zwischenkabelbaumbaugruppe 92 verbunden sein, die mit dem Steuermodul 70 (siehe 3) verbunden ist. Alternativ kann der Erkennungsleitungsanschluss 80 direkt an das Steuermodul 70 (siehe 4) angeschlossen sein. Das Steuermodul 70 kann die Spannungssignale zum Einstellen der angemessenen Leistungsgrenzen des Batteriepacks 24 und zum Überwachen des Allgemeinzustands jeder Batteriezelle 56 verarbeiten.
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Die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 kann zusätzlich einen oder mehrere Heißleiter 94 beinhalten. Die Heißleiter 94 können Batteriezustände, wie etwa Temperaturen, von einer oder mehreren der Batteriezellen 56 der Batterieanordnung 25 überwachen. Die Heißleiter 94 können Änderungen des Widerstands als Reaktion auf Temperaturänderungen der Batteriezellen 56 zeigen. Informationen im Zusammenhang mit beliebigen Änderungen des Widerstands als Reaktion auf Änderungen der Temperatur können an den Erkennungsleitungsanschluss 80 und dann zum Steuermodul 70 zum Überwachen des Gesundheitszustands der Batterieanordnung 25, wie etwa zum Beispiel um das Überladen der Batteriezellen 56 zu vermeiden, kommuniziert werden.
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Unter hauptsächlicher Bezugnahme auf 5 kann die Leiterplatte 78 den Übergang vom ersten und zweiten Verkabelungselement 74, 76 des Erkennungsleitungsanschlusses 68 zu zusätzlichen Kabeln 96 ermöglichen, welche die Verbindung der Leiterplatte 78 mit dem Erkennungsleitungsanschluss 80 ermöglichen. Die zusätzlichen Kabel 96 können Standardkabel, FFCs, FPCs etc. sein.
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Aufgrund der Unterschiede in der Materialzusammensetzung der Spannungserkennungsleitungen 90 und der Leiterplatte 78 kann ein Übergangsbereich 98 an der Leiterplatte 78 zum Verbinden der Spannungserkennungsleitungen 90 mit der Leiterplatte 78 bereitgestellt sein. Der Übergangsbereich 98 kann durch Lötmittel, Schweißperlen, Anschlussklemmen etc. geschaffen sein.
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Eine Sicherung 100 kann in jeder einzelnen Erkennungsleitungsschaltung bereitgestellt sein, um die Batterieanordnung 25 vor versehentlichen Kurzschlussereignissen zu schützen. Einzelabsicherungen sind im Allgemeinen nicht im ersten und zweiten Verkabelungselement 74, 76 möglich, da das Substrat 88 keine Anlagerung oder das Löten der Sicherungen 100 zulässt. Die mittig montierte Leiterplatte 78 stellt jedoch eine geeignete Montagefläche 99 für das Einbauen der Sicherungen 100 in die Erkennungsleitungsbaugruppe 68 bereit. In einer Ausführungsform ist die Gesamtzahl von Sicherungen 100, die an die Leiterplatte 78 montiert sind, gleich der Gesamtzahl von Spannungserkennungsleitungen 90, die im ersten und zweiten Verkabelungselement 74, 76 bereitgestellt sind. Im Fall eines Ereignisses mit relativ starkem Strom können die Sicherungen 100 betrieben werden, um die Erkennungsleitungsschaltung zu unterbrechen und Überstrom und jedliche zugeordneten Beschädigungen der Batteriezellen 56 zu verhindern.
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Die mittige Montagestelle der Sicherungen 100 auf der Leiterplatte 78 ermöglicht ein einfaches und wirksames Warten der Batterieanordnung 25. Zum Beispiel kann nach einem Überstromereignis eine durchgebrannte Sicherung einfach aus der Leiterplatte 78 entfernt und ersetzt werden, ohne dass der Batteriepack 24 vom Fahrzeug entfernt oder beliebige andere komplexe Wartungstechniken durchgeführt werden müssen.
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6 veranschaulicht eine beispielhafte Verbindung der Leiterplatte 78 der Erkennungsleitungsbaugruppe 68 mit einem Träger 102 des Schaltungsanschlusssystems 66. In einer Ausführungsform ist der Träger 102 ein Kunststoffgehäuse des Schaltungsanschlusssystems 66. Die Leiterplatte 78 kann in den Träger 102 eingerastet (z. B. geklemmt) sein. In einer Ausführungsform beinhaltet die Leiterplatte 78 einen oder mehrere elastische Rückhaltearme 104. Die elastischen Rückhaltearme 104 können in Öffnungen 106 positioniert sein, die im Träger 102 zum Zurückhalten der Leiterplatte 78 in Bezug auf den Träger 102 gebildet sind.
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Die beispielhaften Batteriepacks dieser Offenbarung beziehen Erkennungsleitungssicherungen direkt mit in die Erkennungsleitungsbaugruppenausgestaltung ein. Die mittig montierte Leiterplatte der Erkennungsleitungsbaugruppe stellt einen geeigneten Montagepunkt für Erkennungsleitungssicherungen bereit, was in bekannten Ausgestaltungen nicht möglich war. Die mittig montierte Leiterplatte kann ebenfalls Kabelführungsprobleme durch das Ändern der Reihenfolge der Signale von der Eingabe zur Ausgabe beseitigen. Das zentralisierte Absichern, in Kombination mit der Oberseitenmontageposition der Batterieanordnung der Erkennungsleitungsbaugruppe, ermöglicht weiterhin das einfache und zuverlässige Warten der Batterieanordnung als Reaktion auf Überstromzustände.
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Wenngleich die verschiedenen nichteinschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach bestimmte Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus beliebigen der nichteinschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus beliebigen der anderen nichteinschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine bestimmte Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, jedoch andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Der Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Modifikationen in den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen könnten. Deshalb sollten die folgenden Patentansprüche aufmerksam gelesen werden, um den eigentlichen Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
