DE102020110591A1

DE102020110591A1 - Baugruppen zum stützen von batterieanordnungen und anderen komponenten innerhalb von batteriepacks

Info

Publication number: DE102020110591A1
Application number: DE102020110591.6A
Authority: DE
Inventors: Rohan Gupta; Eid Farha; Michael William Danyo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-10-22
Also published as: CN111834569A; US20200335743A1; US11239520B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt Baugruppen zum Stützen von Batterieanordnungen und anderen Komponenten innerhalb von Batteriepacks bereit. Diese Offenbarung legt Baugruppen zum Montieren und Stützen von Komponenten innerhalb von Batteriepacks dar. Beispielhafte Batteriepacks können eine erste Batterieanordnung, eine zweite Batterieanordnung, die angrenzend an die erste Batterieanordnung positioniert ist, einen Querträger, der zwischen der ersten Batterieanordnung und der zweiten Batterieanordnung positioniert ist und eine Stützhalterung, die mit dem Querträger verbunden ist, beinhalten. Der Querträger und die Stützhalterung haben zusammen eine Baugruppe etabliert. Sowohl die erste Batterieanordnung als auch die zweite Batterieanordnung können an dem Querträger gesichert sein und die Stützhalterung kann eine Struktur eines zweiten Ranges über mindestens einer von der ersten Batterieanordnung oder der zweiten Batterieanordnung stützen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft Batteriepacks und insbesondere Baugruppen zum Montieren und Stützen von Batterieanordnungen und anderen Komponenten innerhalb von Batteriepacks.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Wunsch, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, 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.
Ein Hochspannungs-Antriebsbatteriepack versorgt die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs üblicherweise mit Energie. Eine Gehäusebaugruppe des Batteriepacks bringt eine Vielzahl von batterieinternen Komponenten unter, einschließlich unter anderem Batterieanordnungen und Batterieelektronikkomponenten. Die batterieinternen Komponenten müssen üblicherweise von einer Bewegung innerhalb der Gehäusebaugruppe abgehalten werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Batteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine erste Batterieanordnung, eine zweite Batterieanordnung, die an die erste Batterieanordnung angrenzt, einen Querträger, der zwischen der ersten Batterieanordnung und der zweiten Batterieanordnung positioniert ist, und eine Stützhalterung, die mit dem Querträger verbunden ist. Sowohl die erste Batterieanordnung als auch das zweite Batterieanordnung sind an dem Querträger gesichert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Batteriepacks ist ein erster Flansch einer ersten Seitenwand der ersten Batterieanordnung durch ein erstes mechanisches Befestigungsmittel an dem Querträger gesichert, und ein zweiter Flansch einer zweiten Seitenwand der zweiten Batterieanordnung ist durch ein zweites mechanisches Befestigungsmittel an dem Querträger gesichert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorgenannten Batteriepacks, werden das erste mechanische Befestigungsmittel und das zweite mechanische Befestigungsmittel durch Durchgangslöcher einer oberen Plattform des Querträgers aufgenommen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks beinhaltet die Stützhalterung einen Verankerungsarm, der durch die Durchgangslöcher einer oberen Plattform des Querträgers aufgenommen ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks ist der Verankerungsarm an eine Strebe des Querträgers geschweißt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks stützt die Stützhalterung eine Struktur eines zweiten Ranges über der ersten Batterieanordnung oder der zweiten Batterieanordnung. Die Struktur des zweiten Ranges ist durch ein mechanisches Befestigungsmittel an der Stützhalterung gesichert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks wird das mechanische Befestigungsmittel in einem Loch aufgenommen, das in einer Plattform der Stützhalterung ausgebildet ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks beinhaltet der Querträger eine Basis, eine Strebe, die sich von der Basis ausgehend nach oben erstreckt, und eine obere Plattform, die von der Basis ausgehend an einem gegenüberliegenden Ende der Strebe angeordnet ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks ist ein erster Basisabschnitt der Basis an einem ersten Bereich einer Ablage einer Gehäusebaugruppe des Batteriepacks angebracht und ein zweiter Basisabschnitt der Basis ist an einem zweiten Bereich der Ablage angebracht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks ist ein hohler Bereich in der Basis und der Strebe ausgebildet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks beinhaltet die Strebe einen ersten Strebenabschnitt, der eine erste Dicke aufweist und einen zweiten Strebenabschnitt, der eine zweite Dicke aufweist, die kleiner als die erste Dicke ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks beinhaltet die obere Plattform eine dritte Dicke, die größer als die erste Dicke ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks beinhaltet die obere Plattform einen ersten Plattformabschnitt, der sich in eine erste Richtung seitlich von der Strebe weg erstreckt und einen zweiten Plattformabschnitt, der sich in eine zweite, entgegengesetzte Richtung seitlich von der Strebe weg erstreckt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks bilden der Querträger und die Stützhalterung eine Baugruppe und die Baugruppe beinhaltet ferner eine Trennelementlagerung, die an dem Querträger angebracht ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Batteriepacks, beinhaltet die Trennelementlagerung eine Elastomerbuchse.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Anbringen einer Stützhalterung an einen Querträger, um eine Baugruppe zu etablieren, ein Anbringen der Baugruppe an eine Ablage eines Batteriepacks, ein Montieren einer ersten Batterieanordnung an den Querträger und ein Stützen einer Struktur eines zweiten Ranges des Batteriepacks relativ zu der ersten Batterieanordnung mit der Stützhalterung.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorgenannten Verfahrens beinhaltet das Anbringen der Stützhalterung an den Querträger ein Einführen eines Verankerungsarms der Stützhalterung durch eine obere Plattform des Querträgers und ein Schweißen des Verankerungsarms an eine Strebe des Querträgers.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Verfahren beinhaltet das Montieren der Baugruppe an der Ablage ein Schweißen einer Basis des Querträgers an die Ablage.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren beinhaltet das Montieren der ersten Batterieanordnung ein mechanisches Anbringen der ersten Batterieanordnung an einer oberen Plattform des Querträgers mit mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorgenannten Verfahren beinhaltet das Stützen der Struktur des zweiten Ranges ein Anbringen der Struktur des zweiten Ranges an einer Plattform der Stützhalterung mit mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung sind für den Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen können wie folgt kurz beschrieben werden.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht einen Batteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs.
3 veranschaulicht ausgewählte Abschnitte des Batteriepacks aus 2.
4 ist eine Draufsicht, die ausgewählte Abschnitte des Batteriepacks aus 3 veranschaulicht.
5 ist eine Querschnittsansicht durch den Bereich A-A aus 4.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe zum Montieren und Stützen von Batterieanordnungen und anderen Komponenten innerhalb eines Batteriepacks.
7 ist eine Querschnittsansicht durch den Bereich B-B aus 4.
8 ist eine Unteransicht des Batteriepacks aus den 2-5 und 7.
9 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Verfahren zum Zusammenbauen eines Batteriepacks.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung legt Baugruppen zum Montieren und Stützen von Komponenten innerhalb von Batteriepacks dar. Beispielhafte Batteriepacks können eine erste Batterieanordnung, eine zweite Batterieanordnung, die angrenzend an die erste Batterieanordnung positioniert ist, einen Querträger, der zwischen der ersten Batterieanordnung und der zweiten Batterieanordnung positioniert ist und eine Stützhalterung, die mit dem Querträger verbunden ist, beinhalten. Der Querträger und die Stützhalterung haben zusammen eine Baugruppe etabliert. Sowohl die erste Batterieanordnung als auch die zweite Batterieanordnung können an dem Querträger gesichert sein und die Stützhalterung kann eine Struktur eines zweiten Ranges über mindestens einer von der ersten Batterieanordnung oder der zweiten Batterieanordnung stützen. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Abschnitten der vorliegenden detaillierten Beschreibung ausführlicher erläutert.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 eines elektrifizierten Fahrzeugs 12. Obwohl es als Hybrid-Elektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) dargestellt ist, versteht es sich, dass die im vorliegenden Zusammenhang beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge ausdehnen könnten, die unter anderem Plug-in-Hybridfahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Batterie-Elektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge usw. beinhalten.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem 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. eine erste elektrische 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 ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem sind jeweils in der Lage, ein Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren Sätzen von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzeugen. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung dargestellt ist, erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, einschließlich Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybridfahrzeugen.
Der Verbrennungsmotor 14, bei dem es sich um eine Brennkraftmaschine handeln kann, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa einen Planetenradsatz, verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Leistungsübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
Der Generator 18 kann von dem Verbrennungsmotor 14 durch die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Verbrennungsmotor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit den 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 ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 auf ein Differential 48, um letztendlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 eine Traktion bereitzustellen. Das Differenzial 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 über das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um ein Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann zudem eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 durch ein Ausgeben eines Drehmoments an eine Welle 52 anzutreiben, welche ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können, zusammen.
Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils eine elektrische Leistung an das Batteriepack 24 ausgeben.
Bei dem Batteriepack 24 handelt es sich um eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Bei dem Batteriepack 24 kann es sich um eine Hochspannungstraktionsbatterie handeln, die eine Vielzahl von Batteriebaugruppen 25 (d. h. Batterieanordnungen oder Gruppen von Batteriezellen) beinhaltet, die in der Lage ist, eine elektrische Leistung auszugeben, um den Motor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben, um eine Leistung bereitzustellen, um die Räder 28 anzutreiben. Es könnten auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit einer elektrischen Leistung zu versorgen.
In einer Ausführungsform weist das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi auf. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (Electric Vehicle - EV) betrieben werden, bei dem der Elektromotor 22 verwendet wird (im Allgemeinen ohne Unterstützung von dem Verbrennungsmotor 14), um das Fahrzeug anzutreiben, wodurch der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter bestimmten Fahrmustern/Zyklen bis zur maximal zulässigen Entladerate entladen wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel einer Entladebetriebsart für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des EV-Modus kann sich der Ladezustand des Batteriepacks 24 unter bestimmten Umständen erhöhen, beispielsweise infolge eines Zeitraums des regenerativen Bremsens. Der Verbrennungsmotor 14 ist in einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen abgeschaltet, könnte jedoch nach Bedarf auf der Grundlage eines Fahrzeugsystemzustands oder nach Maßgabe durch den Fahrzeugführer betrieben werden.
Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann zusätzlich in einem Hybrid(HEV)-Modus betrieben werden, in dem sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der Elektromotor 22 zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel einer Betriebsart zum Erhalten der Batterieladung für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Im HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Verwendung des Elektromotors 22 zum Antreiben des Fahrzeugs reduzieren, um den Ladezustand des Batteriepacks 24 konstant oder ungefähr konstant zu halten, indem es den Antrieb durch den Verbrennungsmotor 14 erhöht. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann neben dem EV- und dem HEV-Modus im Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung in anderen Betriebsarten betrieben werden.
Die 2 und 3 veranschaulichen ein Batteriepack 24, das innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs, wie etwa dem elektrifizierten Fahrzeug 12 aus 1 oder einem beliebigen elektrifizierten Fahrzeug, eingesetzt sein kann. 2 ist eine stark schematische Querschnittsansicht des Batteriepacks 24 und 3 ist eine perspektivische Ansicht des Batteriepacks 24. Abschnitte (z. B. eine Abdeckung 64) des Batteriepacks 24 sind in 3 entfernt, um den internen Inhalt des Batteriepacks 24 eindeutiger darzustellen.
Der Batteriepack 24 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 56 unterbringen, die Energie zum Versorgen unterschiedlicher elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Strom speichern. Der Batteriepack 24 könnte innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung eine beliebige Anzahl von Batteriezellen 56 einsetzen. Dementsprechend ist diese Offenbarung nicht auf die exakte Konfiguration, die in den 2 und 3 gezeigt ist, eingeschränkt.
Die Batteriezellen 56 können nebeneinander entlang einer oder mehrerer Stapelachsen gestapelt sein, um Gruppen von Batteriezellen 56 zu konstruieren, die manchmal als „Zellenstapel“ oder „Zellenanordnungen“ bezeichnet werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Batteriezellen 56 um prismatische Lithiumionenzellen. Allerdings könnten Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, beutelartig usw.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Bleisäure usw.) oder beidem alternativ innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
Die Batteriezellen 56 jeder Zellenstapelgruppe können zusammen mit beliebigen Stützstrukturen (z. B. Anordnungsrahmen, Abstandhalter, Schienen, Wände, Platten, Bindungen usw.) kollektiv als eine Batteriebaugruppe oder eine Batterieanordnung 25 bezeichnet werden. Der in 2 dargestellte Batteriepack 24 beinhaltet vier Batterieanordnungen 25, die seitlich aneinander angrenzend angeordnet sind. Der Batteriepack 24 kann jedoch eine größere oder kleinere Anzahl von Batterieanordnungen beinhalten und trotzdem vom Umfang dieser Offenbarung abgedeckt sein. Obwohl in den 2 oder 3 der Einfachheit halber nicht gezeigt, könnten zusätzliche Komponenten, wie zusätzliche Batterieanordnungen in eines/einer zweiten Ranges/Reihe des Batteriepacks 24 über die Batterieanordnungen 25 gepackt werden, wie nachstehend weiter erläutert.
Eine Gehäusebaugruppe 60 kann jede Batterieanordnung 25 des Batteriepacks 24 unterbringen. Innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung kann die Gehäusebaugruppe 60 eine beliebige Größe, Form und Konfiguration beinhalten. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Gehäusebaugruppe 60 um ein abgedichtetes Gehäuse, das eine Ablage 62 und eine Abdeckung 64 beinhaltet. Während des Zusammenbaus können zum Beispiel die Batterieanordnungen 25 in einer oder mehreren Taschen 58 positioniert sein, die in der Ablage 62 ausgebildet sind, und die Abdeckung 64 kann dann fest an einem Umfangsflansch 65 der Ablage 62 gesichert sein, um die Batterieanordnungen 25 darin abzudichten. Die Abdeckung 64 ist in 3 entfernt, um eine beispielhafte Positionierung der Batterieanordnungen 25 relativ zu der Ablage 62 besser zu veranschaulichen.
Unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 kann jede Batterieanordnung 25 eine Stützstruktur 66 beinhalten, die um einen Außenumfang jedes Zellenstapels angeordnet ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Stützstruktur 66 Paare von Endplatten 68, ein Paar Seitenplatten 70 und eine obere Platte 71. Die Endplatten 68, die Seitenplatten 70 und die obere Platte 71 wirken zusammen, um die Batteriezellen 56 in der gestapelten Konfiguration axial zu beschränken.
Eine der Endplatten 68 kann an jeder Längsausdehnung 72 der Batterieanordnungen 25 angeordnet sein, und eine der Seitenplatten 70 wird zwischen den Endplatten 68 auf jeder Seite 74 der Batterieanordnungen 25 verbunden. In einer Ausführungsform erstrecken sich die Endplatten 68 innerhalb einer Ebene, die quer zu einer Längsachse A1 der Batterieanordnungen 25 verläuft, und die Seitenplatten 70 erstrecken sich in einer Ebene, die parallel zu der Längsachse A1 verläuft. In einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die Längsachsen A1 der Batterieanordnungen 25 quer zu einer Längsachse A2 der Ablage 62. Es werden jedoch auch andere Konfigurationen in Betracht gezogen und diese Offenbarung ist nicht auf die konkreten Platzierungen und Konfigurationen der Batterieanordnungen beschränkt, die in den 3, 4 und 5 gezeigt sind.
Jede Seitenplatte 70 der Stützstruktur 66 kann einen Flansch 75 beinhalten, der seitlich von einem Körper der Seitenplatte 70 in Richtung der Seitenplatte 70 einer benachbarten Batterieanordnung 25 hervorsteht. Jeder Flansch 75 kann eine oder mehrere Nasen 76 beinhalten. Die Nasen 76 können die Nasen 76 eines Flansches 75 einer benachbarten Batterieanordnung 25 überlappen oder nicht. Eine oder mehrere Aussparungen 78 (z. B. offene Räume) können sich zwischen den Flanschen 75 der Seitenplatten 70 von angrenzenden Batterieanordnungen 25 erstrecken. Die Aussparungen 78 sind dazu konfiguriert, Abschnitte von Baugruppen zu beherbergen, die zum Montieren und Stützen der Batterieanordnungen 25 und anderer Komponenten innerhalb des Batteriepacks 24 genutzt werden können.
Beispielsweise kann eine Baugruppe 80 zwischen angrenzenden Batterieanordnungen 25 des Batteriepacks 24 positioniert sein. Die Baugruppen 80 können zum Montieren und Stützen der Batterieanordnungen 25 relativ zu der Ablage 62 und zum Stützen der Strukturen 82 des zweiten Ranges (am besten in 5 gezeigt) innerhalb des Batteriepacks 24 eingesetzt werden. Die Gesamtanzahl der in dem Batteriepack 24 eingesetzten Baugruppen 80 ist konstruktionsspezifisch und soll diese Offenbarung daher nicht einschränken.
In einer Ausführungsform erstreckt sich jede Baugruppe 80 entlang einer Achse, die parallel zu den Längsachsen A1 der Batterieanordnungen 25 verläuft und axial zwischen angrenzenden Batterieanordnungen 25 des Batteriepacks 24 angeordnet ist. Die Baugruppen 80 können sich jeweils über eine Länge L (am besten in 4 gezeigt) erstrecken, die sich von einer Seitenwand 84A zu einer gegenüberliegenden Seitenwand 84B der Ablage 62 erstreckt. In einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei den Baugruppen 80 um separate Komponenten der Stützstruktur 66 der Batterieanordnungen 25.
Jede Baugruppe 80 kann sowohl an den Stützstrukturen 66 benachbarter Batterieanordnungen 25 als auch an einem Abschnitt (z. B. der Ablage 62) der Gehäusebaugruppe 60 gesichert sein. In einer Ausführungsform sind die Flansche 75 der Seitenplatten 70 der Batterieanordnungen 25 über ein oder mehrere mechanische Befestigungsmittel 86 (z. B. Bolzen, Schrauben usw.) an den Baugruppen 80 gesichert. In einer anderen Ausführungsform sind die Baugruppen 80 an Abschnitten der Ablage 62 gesichert (z. B. angeschweißt), sodass jede Baugruppe 80 effektiv als ein Teil der Ablage 62 der Gehäusebaugruppe 60 funktioniert. Andere Montagestellen und Konfigurationen der Baugruppen 80 könnten ebenfalls geeignet sein und werden daher im Rahmen dieser Offenbarung in Betracht gezogen.
Die 5 und 6 veranschaulichen unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 2-4 eine beispielhafte Gestaltung der Baugruppe 80. Obwohl in diesen Figuren eine konkreter Gestaltung der Baugruppe 80 veranschaulicht ist, könnte die Baugruppe 80 verschiedene Modifikationen enthalten und dennoch von dem Umfang dieser Offenbarung abgedeckt sein, solange die Baugruppe 80 zum Montieren und Stützen sowohl der Batterieanordnungen 25 als auch der Strukturen 82 des zweiten Ranges innerhalb des Batteriepacks 24 in der Lage ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Baugruppe 80 einen Querträger 88 und eine oder mehrere Stützhalterungen 90, die an dem Querträger 88 angebracht sein können. Der Querträger 88 kann eine Basis 92, eine Strebe 94, die sich von der Basis 92 ausgehend nach oben erstreckt, und eine obere Plattform 96 beinhalten, die von der Basis 92 ausgehend an einem gegenüberliegenden Ende der Strebe 94 angeordnet ist. Bei dem Querträger 88 kann es sich um ein einteiliges monolithisches Teil handeln, das jeweils die Basis 92, die Strebe 94 und die obere Plattform 96 beinhaltet.
Die Basis 92 des Querträgers 88 kann relativ flach sein und ist in einer Ausführungsform dazu konfiguriert, an der Ablage 62 der Gehäusebaugruppe 60 des Batteriepacks 24 angebracht ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Basis 92 einen ersten Basisabschnitt 98, der sich in eine erste Richtung seitlich von der Strebe 94 weg erstreckt und einen zweiten Basisabschnitt 100, der sich in eine zweite, entgegengesetzte Richtung seitlich von der Strebe 94 weg erstreckt. Der erste Basisabschnitt 98 kann an einem ersten Bereich 102A der Ablage 62 angebracht (z. B. angeschweißt) sein und der zweite Basisabschnitt 100 kann an einem zweiten Bereich 102B der Ablage 62 angebracht (z. B. angeschweißt) sein. Nach dem Anbringen funktioniert die Basis 92 des Querträgers 88 als ein Teil der Ablage 62 zum Stützen der Batterieanordnungen 25.
Die Strebe 94 des Querträgers 88 kann einen ersten Strebenabschnitt 104, der an der Basis 92 angebracht ist und einen zweiten Stützenabschnitt 106, der an der oberen Plattform 96 angebracht ist, beinhalten. Der erste Strebenabschnitt 104 kann eine erste Dicke T1 beinhalten und der zweite Strebenabschnitt 106 kann eine zweite Dicke T2 beinhalten, die kleiner als die erste Dicke T1 ist. In einer Ausführungsform verjüngt sich ein sich verjüngender Abschnitt 108 des ersten Strebenabschnitts 104 zwischen der ersten Dicke T1 und der zweiten Dicke T2.
Der Querträger 88 kann einen oder mehrere hohle Bereiche 110 zum Reduzieren des Gesamtgewichts der Baugruppe 80 beinhalten. In einer Ausführungsform kann sich der hohle Bereich 110 durch Abschnitte sowohl der Basis 92 als auch des ersten Strebenabschnitts 104 des Querträgers 88 erstrecken.
Die obere Plattform 96 des Querträgers 88 kann relativ flach sein und ist in einer Ausführungsform dazu konfiguriert, die Stützhalterungen 90 aufzunehmen und einen Anbringungspunkt zum Anbringen an die angrenzenden Batterieanordnungen 25 bereitzustellen. In einer Ausführungsform beinhaltet die obere Plattform 96 einen ersten Plattformabschnitt 112, der sich in eine erste Richtung seitlich von dem zweiten Strebenabschnitt 106 weg erstreckt und einen zweiten Plattformabschnitt 114, der sich in eine zweite, entgegengesetzte Richtung seitlich von dem zweiten Strebenabschnitt 106 weg erstreckt. Die obere Plattform 96 kann eine dritte Dicke T3 beinhalten, die größer als die erste und zweite Dicke T1, T2 ist.
Die obere Plattform 96 kann erste Durchgangslöcher 116 beinhalten, die jeweils zum Aufnehmen von einem der Befestigungsmittel 86 zum mechanischen Sichern der Flansche 75 der Seitenplatten 70 von angrenzenden Batterieanordnungen 25 an jedem von dem ersten Plattformabschnitt 112 und dem zweiten Plattformabschnitt 114 konfiguriert sind. Die ersten Durchgangslöcher 116 etablieren daher Anbringungspunkte zum Anbringen der Batterieanordnungen 25 an dem Querträger 88. Die obere Plattform 96 kann zusätzlich zweite Durchgangslöcher 118 beinhalten, die zum Aufnehmen der Stützhalterungen 90 konfiguriert sind. Die zweiten Durchgangslöcher 118 etablieren daher Anbringungspunkte zum Sichern der Stützhalterungen 90 an dem Querträger 88. In einer Ausführungsform sind die zweiten Durchgangslöcher 118 von den ersten Durchgangslöchern 116 ausgehend nach innen weisend angeordnet. Die Gesamtzahl und Platzierung der ersten und zweiten Durchgangslöcher 116, 118, die an der oberen Plattform 96 bereitgestellt sind, ist gestaltungsabhängig und soll daher diese Offenbarung nicht einschränken.
Die Stützhalterungen 90 der Baugruppe 80 können ein Paar Verankerungsarme 120 und eine Plattform 122 beinhalten. Die Verankerungsarme 120 können durch die zweiten Durchgangslöcher 118 der oberen Plattform 96 zum Sichern der Stützhalterungen 90 an dem Querträger 88 positioniert sein. In einer Ausführungsform sind die Verankerungsarme 120 an den zweiten Strebenabschnitt 106 des Querträgers 88 geschweißt.
Die Plattform 122 kann ein Loch 124 zum Aufnehmen eines mechanischen Befestigungsmittels 126 beinhalten. Die Struktur 82 des zweiten Ranges kann relativ zu der Stützhalterung 90 gesichert werden, indem das mechanische Befestigungsmittel 126 durch die Struktur 82 des zweiten Ranges und dann in das Loch 124 der Plattform 122 der Stützhalterung 90 eingeführt wird. Auf diese Weise kann die Baugruppe 80 zusätzlich zum Montieren der Batterieanordnungen 25 zusätzlich eine oder mehrere Strukturen 82 des zweiten Ranges innerhalb des Batteriepacks 24 stützen. Die Strukturen 82 des zweiten Ranges könnten zusätzliche Batterieanordnungen, eine Elektronik, Steuermodule, eine Verkabelung usw. beinhalten. Sobald sie gesichert sind, würden die Strukturen 82 des zweiten Ranges einen zweiten Rang oder zweite Reihe des Batteriepacks 24 bilden.
Der Querträger 88 und die Stützhalterungen 90 können aus einem metallischen Material aufgebaut sein. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Querträgern 88 und den Stützhalterungen 90 um extrudierte Teile, die aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Es können jedoch andere Herstellungstechniken und andere Materialien oder Materialkombinationen genutzt werden, um den Querträger 88 und die Stützhalterungen 90 der Baugruppe 80 herzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 7-8 kann jede Baugruppe 80 zusätzlich eine oder mehrere Trennelementlagerungen 128 beinhalten. In einer Ausführungsform ist eine Trennelementlagerung 128 an jedem gegenüberliegenden Endabschnitt 130 des Querträgers 88 montiert. Die Trennelementlagerungen 128 können Elastomerbuchsen 132 beinhalten und können mit mechanischen Befestigungsmitteln 130 an den Querträger 88 montiert sein.
Die Trennelementlagerungen 128 können genutzt werden, um den Batteriepack 24 an einer Leiterstruktur 134 zu montieren. Die Leiterstruktur 134 kann eine Vielzahl von Trägern 136 zum Montieren des Batteriepacks 24 relativ zu einem Fahrzeugrahmen (nicht gezeigt) beinhalten. Die Elastomerbuchsen 132 der Trennelementlagerungen 128 sind dazu konfiguriert, den Batteriepack 24 im Wesentlichen von Fahrzeugbelastungen (z. B. Stoßbelastungenen, Haltbarkeitslastungen und Geräusch-, Vibrations- und Härte(NVH)-Belastungen) zu trennen, die auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden können, wodurch verhindert wird, dass derartige Belastungen in den Batteriepack 24 übertragen werden.
9 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 2-8 schematisch ein Verfahren 150 zum Zusammenbau des vorstehend beschriebenen Batteriepacks 24. Zunächst können bei Block 152 der Querträger 88 und die Stützhalterung 90 aus einem metallischen Material hergestellt werden. In einer Ausführungsform sind der Querträger 88 und die Stützhalterung 90 aus einer Aluminiumlegierung extrudiert.
Als nächstes kann bei Block 154 die Stützhalterung 90 an dem Querträger 88 gesichert werden, um die Baugruppe 80 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Stützhalterung 90 ausgehend von einer Stelle unterhalb der oberen Plattform 96 des Querträgers 88 an den Querträger 88 geschweißt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Verankerungsarme 120 der Stützhalterung 90 an den zweiten Strebenabschnitt 106 des Querträgers 88 geschweißt.
Die Baugruppe 80 kann bei Block 156 an der Ablage 62 der Gehäusebaugruppe 60 gesichert werden. In einer Ausführungsform ist der erste Basisabschnitt 98 des Querträgers 88 an den ersten Bereich 102A der Ablage 62 geschweißt und der zweite Basisabschnitt 100 des Querträgers 88 ist an den zweiten Bereich 102B der Ablage 62 geschweißt.
Als nächstes können bei Block 158 die erste und die zweite Batterieanordnung 25 an dem Querträger 88 der Baugruppe 80 gesichert werden. In einer Ausführungsform können mechanische Befestigungsmittel 86 durch die Flansche 75 der Seitenplatten 70 der ersten und zweiten Batterieanordnung 25 und dann in erste Durchgangslöcher 116 des ersten Plattformabschnitts 112 und des zweiten Plattformabschnitts 114 der oberen Plattform 96 des Querträgers 88 eingeführt sein, um die erste und die zweite Batterieanordnung 25 an dem Querträger 88 der Baugruppe 80 zu sichern.
Eine oder mehrere der Strukturen 82 eines zweiten Ranges können bei Block 160 innerhalb des Batteriepacks 24 gesichert werden. In einer Ausführungsform können die Strukturen 82 des zweiten Ranges unter Verwendung der mechanischen Befestigungsmittel 126 an der Plattform 22 der Stützhalterung 90 befestigt werden.
Schließlich kann bei Block 162 die Abdeckung 64 der Gehäusebaugruppe 60 an der Ablage 62 gesichert werden, um den Prozess des Zusammenbauens des Batteriepacks 24 abzuschließen. Sobald die Abdeckung 64 an der Ablage 62 gesichert ist, sind die Batterieanordnungen 25 und alle Strukturen 82 des zweiten Ranges innerhalb des Batteriepacks 24 abgedichtet.
Die beispielhaften Batteriepacks dieser Offenbarung enthalten Baugruppen zum Montieren und Stützen von Batterieanordnungen oder anderen Komponenten innerhalb des Batteriepacks. Die einzigartige Gestaltung der Baugruppen ermöglicht das Anbringen sowohl von Anordnungen als auch von Stützhalterungen, die Strukturen des zweiten Ranges stützen, an einem Querträger jeder Baugruppe. Die Baugruppen stellen ferner einen strategischen Schweißzugang zum Konstruieren der Baugruppe und zum Anbringen der Baugruppe an anderen Komponenten des Batteriepacks bereit. Dadurch wird sichergestellt, dass zusätzliche Schweißnahtradien nicht auf derselben Ebene eingeleitet werden wie die Anbringungsstellen der Anordnungen, was Spielprobleme zwischen diesen Komponenten verursachen kann.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden 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 von beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen sich entsprechende oder ähnliche Elemente in den mehreren Zeichnungen kennzeichnen. Es versteht sich, dass obwohl eine bestimmte Komponentenanordnung in diesen beispielhaften Ausführungsformen offenbart und veranschaulicht wird, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten. Ein Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang dieser Offenbarung fallen könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Umfang und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu ermitteln.

Claims

Batteriepack, der Folgendes umfasst: eine erste Batterieanordnung; eine zweite Batterieanordnung, die an die erste Batterieanordnung angrenzt; einen Querträger, der zwischen der ersten Batterieanordnung und der zweiten Batterieanordnung positioniert ist; und eine Stützhalterung, die mit dem Querträger verbunden ist, wobei sowohl die erste Batterieanordnung als auch die zweite Batterieanordnung an dem Querträger gesichert sind.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei ein erster Flansch einer ersten Seitenwand der ersten Batterieanordnung durch ein erstes mechanisches Befestigungsmittel an dem Querträger gesichert ist und ein zweiter Flansch einer zweiten Seitenwand der zweiten Batterieanordnung durch ein zweites mechanisches Befestigungsmittel an dem Querträger gesichert ist, und wobei das erste mechanische Befestigungsmittel und das zweite mechanische Befestigungsmittel optional durch Durchgangslöcher einer oberen Plattform des Querträgers aufgenommen werden.
Batteriepack nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützhalterung einen Verankerungsarm beinhaltet, der durch Durchgangslöcher einer oberen Plattform der Querträgers aufgenommen wird, und wobei der Verankerungsarm optional an eine Strebe des Querträgers geschweißt ist.
Batteriepack nach einem Anspruch 1, wobei die Stützhalterung eine Struktur eines zweiten Ranges über der ersten Batterieanordnung oder der zweiten Batterieanordnung stützt, und wobei die Struktur des zweiten Ranges durch ein mechanisches Befestigungsmittel an der Stützhalterung gesichert ist, und wobei das mechanische Befestigungsmittel optional innerhalb eines Lochs aufgenommen ist, das in einer Plattform der Stützhalterung ausgebildet ist.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei der Querträger eine Basis, eine Strebe, die sich von der Basis ausgehend nach oben erstreckt, und eine obere Plattform beinhaltet, die von der Basis ausgehend an einem gegenüberliegenden Ende der Strebe angeordnet ist, und wobei optional ein erster Basisabschnitt der Basis an einem ersten Bereich einer Ablage einer Gehäusebaugruppe des Batteriepacks angebracht ist und ein zweiter Basisabschnitt der Basis an einem zweiten Bereich der Ablage angebracht ist.
Batteriepack nach Anspruch 5, umfassend einen hohlen Bereich, der in der Basis und der Strebe ausgebildet ist.
Batteriepack nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Strebe einen ersten Strebenabschnitt, der eine erste Dicke aufweist und einen zweiten Strebenabschnitt, der eine zweite Dicke aufweist, die kleiner als die erste Dicke ist, beinhaltet.
Batteriepack nach Anspruch 7, wobei die obere Plattform eine dritte Dicke aufweist, die größer als die erste Dicke ist.
Batteriepack nach Anspruch 5, wobei die obere Plattform einen ersten Plattformabschnitt, der sich in eine erste Richtung seitlich von der Strebe weg erstreckt und einen zweiten Plattformabschnitt, der sich in eine zweite, entgegengesetzte Richtung seitliche von der Strebe weg erstreckt, beinhaltet.
Batteriepack nach Anspruch 1, wobei der Querträger und die Stützhalterung eine Baugruppe bilden und die Baugruppe ferner eine an dem Querträger angebrachte Trennelementlagerung umfasst, und wobei die Trennelementlagerung optional eine Elastomerbuchse umfasst.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Anbringen einer Stützhalterung an einem Querträger, um eine Baugruppe zu etablieren; Montieren der Baugruppe an einer Ablage eines Batteriepacks; Montieren einer ersten Batterieanordnung an dem Querträger, und Stützen einer Struktur eines zweiten Ranges des Batteriepacks relativ zu der ersten Batterieanordnung mit der Stützhalterung.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Anbringen der Stützhalterung an dem Querträger Folgendes beinhaltet: Einführen eines Verankerungsarms der Stützhalterung durch eine obere Plattform des Querträgers; und Schweißen des Verankerungsarms an eine Strebe des Querträgers.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Anbringen der Baugruppe an die Ablage Folgendes beinhaltet: Schweißen einer Basis des Querträgers an die Ablage.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Montieren der ersten Batterieanordnung Folgendes beinhaltet: mechanisches Anbringen der ersten Batterieanordnung an einer oberen Plattform des Querträgers mit mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Stützen der Struktur des zweiten Ranges Folgendes beinhaltet: Anbringen der Struktur des zweiten Ranges an einer Plattform der Stützhalterung mit mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel.