DE102021109239A1

DE102021109239A1 - Energiespeicher-baugruppe

Info

Publication number: DE102021109239A1
Application number: DE102021109239.6A
Authority: DE
Inventors: Karl C. Dorgan; Anil Yadav; Yangbing Zeng; Konrad M. Brown; Anandakrishnan S; Robert J. Schoenherr; Nicholas R. Bratton
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-04-13
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US11799149B2; US20220069380A1; CN114122592A; CN114122592B

Abstract

Eine Energiespeicheranordnung umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen, die elektrisch miteinander verbunden sind, um einen Batteriesatz zu bilden, in dem die Batteriezellen gruppiert sind, um einen ersten Zellenstapel und einen zweiten Zellenstapel zu bilden. Die Energiespeicheranordnung umfasst auch eine erste Barriere, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren. Die Energiespeicheranordnung umfasst ferner eine Kühlmittelplatte, die entlang der Batteriezellen angeordnet ist. Die Kühlmittelplatte definiert einen Kanal, durch den ein Fluid geleitet wird, um Wärme von den Batteriezellen weg zu transportieren. Die Kühlmittelplatte definiert einen Schlitz, der von dem Kanal beabstandet ist, und der Schlitz ist axial mit der ersten Barriere ausgerichtet, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren.

Description

Die Verwendung von vollelektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen (Hybridfahrzeuge, die einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Batterie verwenden), wie z. B. Batterieelektrofahrzeuge, Hybridelektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge und Brennstoffzellen-Hybridelektrofahrzeuge, hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Voll- und teilelektrische Fahrzeuge enthalten in der Regel eine wiederaufladbare Energiespeicherkomponente, wie z. B. eine Hochspannungsbatterie. Die Leistung und Lebensdauer der wiederaufladbaren Energiespeicherkomponente kann verbessert werden, indem die Exposition gegenüber übermäßig hohen Temperaturen, wie z. B. einer thermischen Durchgeh-Situation, kontrolliert wird.
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Energiespeicheranordnung bereit, die eine Vielzahl von Batteriezellen enthält, die elektrisch miteinander verbunden sind, um einen Batteriesatz zu bilden, in dem die Batteriezellen gruppiert sind, um einen ersten Zellenstapel und einen zweiten Zellenstapel zu bilden. Die Energiespeicheranordnung umfasst auch eine erste Barriere, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren. Die Energiespeicheranordnung umfasst ferner eine Kühlmittelplatte, die entlang der Batteriezellen angeordnet ist. Die Kühlmittelplatte definiert einen Kanal, durch den ein Fluid geleitet wird, um Wärme von den Batteriezellen weg zu transportieren. Die Kühlmittelplatte definiert einen Schlitz, der von dem Kanal beabstandet ist, und der Schlitz ist axial mit der ersten Barriere ausgerichtet, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren.
In bestimmten Aspekten umfassen die Batteriezellen jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende, die einander entlang einer Längsachse gegenüberliegen. Außerdem ist in bestimmten Konfigurationen der Schlitz axial relativ zur Längsachse verlängert. Des Weiteren weist der Schlitz eine Länge und eine Breite auf, die durch die Kühlplatte definiert sind. Im Allgemeinen ist die Länge des Schlitzes größer als die Breite des Schlitzes. In bestimmten Konfigurationen ist die Länge des Schlitzes mindestens doppelt so groß wie die Breite des Schlitzes. Die Länge des Schlitzes ist relativ zur Längsachse axial angeordnet.
In verschiedenen Aspekten ist der Schlitz weiter als eine Vielzahl von Schlitzen definiert. In verschiedenen Aspekten schlängelt sich der Kanal auch durch die Kühlmittelplatte, um eine Vielzahl von Pfaden zu bilden, die voneinander beabstandet sind. Mindestens einer der Schlitze ist zwischen den Pfaden angeordnet. In bestimmten Konfigurationen ist der mindestens eine der Schlitze weiter definiert, da einer der Schlitze zwischen den Pfaden angeordnet ist. In anderen Konfigurationen ist der mindestens eine der Schlitze weiter als eine Vielzahl von Schlitzen definiert, die zwischen den Pfaden angeordnet sind. Darüber hinaus ist in bestimmten Konfigurationen mindestens einer der Schlitze, der zwischen den Pfaden angeordnet ist, größer als ein anderer der Schlitze, der zwischen demselben der entsprechenden Pfade angeordnet ist. Darüber hinaus definiert die Kühlmittelplatte in verschiedenen Konfigurationen eine erste Öffnung, die in Fluidverbindung mit dem Kanal steht, und der größere der Schlitze ist näher an der ersten Öffnung angeordnet als der andere der Schlitze.
Im Allgemeinen umfassen die Batteriezellen in verschiedenen Konfigurationen jeweils eine erste Seite und eine zweite Seite, die der entsprechenden ersten Seite der Batteriezellen gegenüberliegt.
In bestimmten Aspekten umfasst die Energiespeicheranordnung eine thermische Schicht, die zwischen der ersten Seite der Batteriezellen und der Kühlmittelplatte angeordnet ist, um Wärme von den Batteriezellen an die Kühlmittelplatte zu übertragen. In bestimmten Konfigurationen trennt die thermische Schicht die erste Barriere und den Schlitz. In anderen Konfigurationen definiert die thermische Schicht einen Schlitz, der mit dem Schlitz der Kühlmittelplatte fluchtet und mit der ersten Barriere fluchtet.
In verschiedenen Konfigurationen umfasst die Energiespeicheranordnung eine erste Seitenplatte und eine zweite Seitenplatte, die entlang einer ersten Achse voneinander beabstandet sind. Im Allgemeinen sind die Batteriezellen in dieser Konfiguration zwischen der ersten Seitenplatte und der zweiten Seitenplatte angeordnet. Außerdem ist die Kühlmittelplatte an der ersten Seitenplatte und der zweiten Seitenplatte befestigt, um in dieser Konfiguration einen Boden des Batteriespeichers zu schließen.
In bestimmten Aspekten sind die Pfade und die Schlitze in einem alternierenden Muster ausgerichtet. In einer Konfiguration sind die Pfade und die Schlitze in einem alternierenden Muster relativ zur ersten Achse ausgerichtet.
In einem Aspekt umfasst die Energiespeicheranordnung einen im Schlitz angeordneten Einsatz.
In verschiedenen Aspekten sind die Pfade in einer parallelen Anordnung relativ zueinander angeordnet, um einen parallelen Fluidstrom durch jeden der Pfade zu ermöglichen.
In bestimmten Konfigurationen umfasst die Kühlmittelplatte eine obere Platte und eine untere Platte, und der Kanal ist ferner als eine Vielzahl von Kanälen definiert, die zwischen der oberen Platte und der unteren Platte angeordnet sind. In dieser Konfiguration sind die Schlitze durch die obere Platte und die untere Platte definiert. Darüber hinaus sind in bestimmten Konfigurationen die obere Platte und die untere Platte entlang der jeweiligen Kanten jedes der Schlitze zusammengelötet, um die jeweiligen Seiten jedes der Kanäle zu schließen. Darüber hinaus sind in anderen Konfigurationen die obere Platte und die untere Platte miteinander verklebt, mechanisch aneinander befestigt oder zusammen als eine Vielzahl von stranggepressten Rohrstücken geformt, die aneinander befestigt sind, so dass jedes der stranggepressten Rohrstücke einen entsprechenden Abschnitt des Kanals umgibt.
In bestimmten Aspekten sind die Batteriezellen zu einem dritten Zellstapel gruppiert. Die Energiespeicheranordnung umfasst eine zweite Barriere, die in dieser Konfiguration zwischen dem zweiten Zellstapel und dem dritten Zellstapel angeordnet ist. Außerdem ist in dieser Konfiguration mindestens ein weiterer der Schlitze auf die zweite Barriere ausgerichtet, um die Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Zellstapel und dem dritten Zellstapel zu reduzieren.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch eine andere Energiespeicheranordnung bereit, die ein Gehäuse und eine Vielzahl von Batteriezellen enthält, die in dem Gehäuse enthalten sind. Die Batteriezellen sind elektrisch miteinander verbunden, um einen Batteriesatz zu bilden, der zur Versorgung einer Last konfiguriert ist. Die Batteriezellen sind gruppiert, um einen ersten Zellenstapel und einen zweiten Zellenstapel zu bilden. Die Energiespeicheranordnung umfasst ferner eine erste Barriere, die zwischen dem ersten Zellstapel und dem zweiten Zellstapel angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellstapel und dem zweiten Zellstapel zu reduzieren. Die Energiespeicheranordnung umfasst auch eine Kühlmittelplatte, die entlang der Batteriezellen angeordnet ist. Die Kühlmittelplatte schließt eine Seite des Gehäuses ab. Die Kühlmittelplatte definiert einen Kanal zur Führung eines Fluids durch diesen, um Wärme von den Batteriezellen weg zu übertragen. Die Kühlmittelplatte definiert einen Schlitz, der von dem Kanal beabstandet ist, und der Schlitz ist axial mit der ersten Barriere ausgerichtet, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren.
In bestimmten Aspekten umfasst die Kühlmittelplatte eine obere Platte und eine untere Platte. Daher ist in bestimmten Konfigurationen der Kanal zwischen der oberen Platte und der unteren Platte angeordnet, und der Schlitz ist durch die obere Platte und die untere Platte definiert.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Anspruchsumfang der Offenbarung wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Konfigurationen zur Ausführung der Ansprüche im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Ausführungen und Konfigurationen zum Ausführen der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer beweglichen Plattform an einer Ladestation, wobei zur Veranschaulichung innere Merkmale der beweglichen Plattform außerhalb der beweglichen Plattform vergrößert dargestellt sind.
2 ist eine schematische perspektivische Teil-Explosionsansicht einer Energiespeicheranordnung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Energiespeicheranordnung mit einer Kühlmittelplatte einer ersten Konfiguration.
4 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht der Kühlmittelplatte von 3.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühlmittelplatte einer zweiten Konfiguration.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Kühlmittelplatte von den Linien 6-6 von 5 aus.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühlmittelplatte einer dritten Konfiguration.
8 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Kühlmittelplatte einer vierten Konfiguration.
9 ist eine schematische fragmentarische perspektivische Ansicht eines Einsatzes, der in einem Schlitz einer der hierin beschriebenen Kühlmittelplatten angeordnet ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diejenigen, die über gewöhnliche Fachkenntnisse verfügen, werden erkennen, dass alle Richtungsangaben (z. B. oben, unten, nach oben, nach unten, über, unter, links, rechts, vertikal, horizontal usw.) für die FIGS beschreibend verwendet werden, um das Verständnis des Lesers zu erleichtern, und keine Einschränkungen (z. B. in Bezug auf die Position, Ausrichtung oder Verwendung usw.) für den Umfang der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus kann sich der Begriff „im Wesentlichen“ auf eine geringfügige Ungenauigkeit oder geringfügige Abweichung eines Zustands, einer Menge, eines Werts oder einer Abmessung usw. beziehen, von denen einige innerhalb von Fertigungsabweichungen oder Toleranzbereichen liegen.
Der Ausdruck „mindestens eines von“, wie er hier verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er das nicht-exklusive logische „oder“ einschließt, d. h. A und/oder B und so weiter, je nach Anzahl der Komponenten.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist in 1 allgemein eine bewegliche Plattform 10, wie z. B. ein Fahrzeug, dargestellt. Die bewegliche Plattform 10 kann einen elektrischen Antriebsstrang 12 und ein Batteriesystem 14 umfassen, das ein Multi-Pack-Batteriesystem sein kann. In der dargestellten Beispielkonfiguration von 1 versorgt der elektrische Antriebsstrang 12 die elektrischen Antriebsfunktionen der beweglichen Plattform 10, die in 1 ein Kraftfahrzeug ist.
Nicht einschränkende Beispiele für die bewegliche Plattform 10, wie das Fahrzeug, können ein Auto, ein LKW, ein Motorrad, ein Geländewagen, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, Schienenfahrzeuge oder jede andere geeignete bewegliche Plattform sein. Zusätzlich kann das Fahrzeug ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV), ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV), ein vollelektrisches Fahrzeug (AEV) und ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug (FCEV) usw. sein. Es ist zu verstehen, dass alternativ eine Nicht-Fahrzeug-Anwendung verwendet werden kann, wie z. B. landwirtschaftliche Geräte, stationäre Plattformen, stationäre oder mobile Kraftwerke, Roboter, Förderanlagen, Transportplattformen, etc. Daher kann das hier beschriebene Batteriesystem 14 in wiederaufladbaren elektrischen Systemen für Fahrzeug- oder Nicht-Fahrzeug-Anwendungen verwendet werden. Zur Veranschaulichung wird die bewegliche Plattform 10 von 1 im Folgenden im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben, ohne die vorliegende Lehre auf Fahrzeuganwendungen im Allgemeinen zu beschränken.
Das Batteriesystem 14 kann eine Energiespeicheranordnung 16, wie z. B. eine Batterie oder ein Batteriemodul, umfassen, die innerhalb der beweglichen Plattform 10 angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie den elektrischen Antriebsstrang 12 mit Antriebsenergie versorgt. Bei der Energiespeicheranordnung 16 kann es sich beispielsweise um eine Sekundärbatterie oder eine wiederaufladbare Batterie handeln, die so konfiguriert ist, dass sie Energie umwandelt und den elektrischen Antriebsstrang 12 und/oder andere Systeme der beweglichen Plattform 10 mit Strom versorgt. In einem Beispiel kann die Energiespeicheranordnung 16 eine elektrische Maschine 34, wie z. B. einen elektrischen Fahrmotor, mit Strom versorgen. Daher kann die Energiespeicheranordnung 16, wie z. B. die Batterie, für Automobilanwendungen nützlich sein, wie z. B. das PHEV, das HEV, das BEV, das AEV und das FCEV. Die Energiespeicheranordnung kann auch als Energiespeichergerät bezeichnet werden.
Die Energiespeicheranordnung 16 kann zur Speicherung von Energie und zur Versorgung verschiedener Komponenten der beweglichen Plattform 10 verwendet werden, einschließlich der elektrischen Maschine 34, der Steuersysteme usw. Die Energiespeicheranordnung 16 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 18, die elektrisch miteinander verbunden sind, um ein Batteriepaket 20 zu bilden. Genauer gesagt sind die Batteriezellen 18 elektrisch miteinander verbunden, um das Batteriepaket 20 zu bilden, das für die Versorgung einer Last 22 konfiguriert ist. Die Last 22 kann aus dem elektrischen Antriebsstrang 12, der elektrischen Maschine 34, einem oder mehreren der Steuersysteme des Fahrzeugs usw. stammen.
Darüber hinaus kann, obwohl nicht dargestellt, mehr als ein Batteriepaket 20 verwendet werden. Daher können die Batteriezellen 18 zu einem sekundären Batteriepaket kombiniert werden, und so weiter, je nach der gewünschten Anwendung. Das heißt, das sekundäre Batteriepaket kann mit einem oder mehreren anderen Batteriepaketen 20 verbunden werden. Beispielhaft kann die Energiespeicheranordnung 16 ausreichend dimensioniert sein, um eine ausreichende Spannung zum Betreiben des PHEV, des HEV, des BEV, des AEV und dergleichen bereitzustellen, z. B. etwa 300 bis 400 Volt oder mehr, je nach gewünschter Anwendung.
Die bewegliche Plattform 10 ist in einem Gleichstrom-Schnellladebetrieb (DCFC) dargestellt, bei dem das Batteriesystem 14 elektrisch mit einer externen DCFC-Station 24 verbunden ist, z. B. über einen Fahrzeugladeanschluss 26, der mit einem Körper der beweglichen Plattform 10 verbunden ist, der intern mit einem Gleichstrom-Ladeanschluss (nicht dargestellt) unter Verwendung eines Hochspannungs-Ladekabels 28 verbunden ist.
Die bewegliche Plattform 10 kann Vorder- und Hinterräder 30A bzw. 30B umfassen. Die Vorder- und Hinterräder 30A, 30B können mit separaten vorderen und hinteren Antriebsachsen 32A, 32B verbunden sein. In einer Allradkonfiguration (AWD) können die Antriebsachsen 32A, 32B einzeln von separaten rotierenden Elektromaschinen 34 angetrieben werden, die jeweils als elektrische Fahrmotoren über ein entsprechendes Wechselrichtermodul 36 funktionieren, wie in 1 gezeigt. Die elektrischen Maschinen 34 können Teil des elektrischen Antriebsstrangs 12 sein.
Der Batteriesatz 20, der eine Lithium-Ionen-, Zink-Luft-, Nickel-Metallhydrid-, Bleisäure- oder eine andere anwendungsgeeignete Batteriechemie verwenden kann, wird selektiv über eine DCFC-Ladespannung (VCH) von der externen DCFC-Station 24 aufgeladen. Wenn die bewegliche Plattform 10 in Betrieb ist, wird eine modulierte Schaltsteuerung durch eine Steuerung 38 über Steuersignale durchgeführt, um letztendlich eine elektrische Maschine 34 (siehe 1) zu erregen, um ein Motordrehmoment zu erzeugen und an eines oder mehrere der Straßenräder 30A, 30B zu liefern und dadurch die bewegliche Plattform 10 anzutreiben und/oder andere nützliche Arbeiten auszuführen. Somit bilden das Batteriepaket 20 und Die Steuerung 38 zusammen das Batteriesystem 14, mit anderen möglichen Komponenten wie Wärmemanagement/Kühlung (unten besprochen) und Leistungselektronik-Hardware.
Die Steuerung 38 enthält einen Prozessor (P) und einen Speicher (M), wobei der Speicher (M) anwendungsgeeignete Mengen an greifbarem, nicht transitorischem Speicher, z. B. Festwertspeicher, enthält, ob optisch, magnetisch, Flash oder anderweitig. Die Steuerung 38 enthält auch anwendungsgeeignete Mengen an Direktzugriffsspeicher, elektrisch löschbarem programmierbarem Festwertspeicher und dergleichen, sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen und Eingangs-/Ausgangsschaltungen und - vorrichtungen, sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Die Steuerung 38 ist so programmiert, dass er Befehle ausführt, die die Fähigkeit verkörpern, das Batteriesystem 14 zu steuern, wie z. B. das Laden der Energiespeicheranordnung 16 oder die Stromversorgung verschiedener Komponenten des Fahrzeugs.
Während verschiedener Betriebszustände des Fahrzeugs ist es wünschenswert, thermisches Durchgehen zu minimieren. Thermisches Durchgehen kann einen Kurzschluss in einem Batteriesystem verursachen, der zu einer beschleunigten Ausbreitung zwischen den Batteriezellen 18 führt. Daher umfasst die hier beschriebene Energiespeicheranordnung 16 Merkmale zur Reduzierung des thermischen Durchgehens bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Kühlleistung während der verschiedenen Betriebsvorgänge der beweglichen Plattform 10. Beispielsweise kann das thermische Durchgehen der hier beschriebenen Energiespeicheranordnung 16 während der folgenden beispielhaften Betriebsvorgänge des Fahrzeugs reduziert werden, wie z. B. DCFC oder ein anderes Aufladen des Batteriepakets 20, das Betreiben des elektrischen Antriebsstrangs 12, eine Unterbrechung des Batteriepakets 20, usw.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann die Energiespeicheranordnung 16 im Allgemeinen ein Gehäuse 40 umfassen, und die Batteriezellen 18 sind in dem Gehäuse 40 enthalten. Genauer gesagt kann die Energiespeicheranordnung 16 eine erste Seitenplatte 42 und eine zweite Seitenplatte 44 umfassen, die entlang einer ersten Achse 46 voneinander beabstandet sind. Die erste Seitenplatte 42 und die zweite Seitenplatte 44 können jeweils Teil des Gehäuses 40 sein. Die Batteriezellen 18 sind zwischen der ersten Seitenplatte 42 und der zweiten Seitenplatte 44 angeordnet. Zum Beispiel können die Batteriezellen 18 in der Nähe der ersten Seitenplatte 42 im Vergleich zu den Batteriezellen 18 in der Nähe der zweiten Seitenplatte 44 anfällig für thermisches Durchgehen sein, was weiter unten diskutiert wird.
Wie in 2 am besten dargestellt, können die Batteriezellen 18 im Allgemeinen jeweils ein erstes Ende 48 und ein zweites Ende 50 aufweisen, die einander entlang einer Längsachse 52 gegenüberliegen. Im Allgemeinen sind die erste Achse 46 und die Längsachse 52 quer zueinander angeordnet. Weiterhin können die Batteriezellen 18 jeweils eine erste Seite 54 und eine zweite Seite 56 aufweisen, die der entsprechenden ersten Seite 54 der Batteriezellen 18 gegenüberliegt.
Die Batteriezellen 18 können gruppiert werden, um einen ersten Zellstapel 58A und einen zweiten Zellstapel 58B zu bilden. Jede geeignete Anzahl von Batteriezellen 18 kann gruppiert werden, um den ersten Zellstapel 58A und den zweiten Zellstapel 58B zu bilden. Zum Beispiel können eine oder mehrere Batteriezellen 18 zusammen gruppiert werden, um den ersten Zellstapel 58A zu bilden, und in ähnlicher Weise können eine oder mehrere Batteriezellen 18 zusammen gruppiert werden, um den zweiten Zellstapel 58B zu bilden. Der erste Zellenstapel 58A ist näher an der ersten Seitenplatte 42 angeordnet als der zweite Zellenstapel 58B. Mit anderen Worten, der zweite Zellenstapel 58B sind weiter von der ersten Seitenplatte 42 beabstandet als der erste Zellenstapel 58A sind von der ersten Seitenplatte 42.
Außerdem können die Batteriezellen 18 so angeordnet werden, dass sie eine beliebige Anzahl von Zellstapeln 58A-58F aufweisen. Daher können die Batteriezellen 18 beispielsweise so gruppiert werden, dass sie einen dritten Zellenstapel 58C bilden. Darüber hinaus können die Batteriezellen 18 gruppiert werden, um einen vierten Zellstapel 58D zu bilden, usw. Zur Veranschaulichung sind in 3 sechs Zellenstapel 58A-58F dargestellt.
Daher können eine oder mehrere Batteriezellen 18 gruppiert werden, um jeden der Zellenstapel 58A-58F zu bilden.
Bezug nehmend auf 2 können die Batteriezellen 18 im Batteriepaket 20 gestapelt oder angeordnet und in einer elektrischen Reihenschaltung oder in einer elektrischen Parallelschaltung verbunden sein. Daher können der erste Zellenstapel 58A und der zweite Zellenstapel 58B in dem Batteriepaket 20 gestapelt oder angeordnet und in der elektrischen Reihenanordnung oder in der elektrischen Parallelanordnung verbunden sein. Während des normalen Betriebs des Batteriepakets 20 findet im Allgemeinen eine Wärmeübertragung von dem Zellstapel 58A-58F zu einer Kühlplatte 66 (die weiter unten besprochen wird) statt, um die Temperatur jeder der Batteriezellen 18 so gleichmäßig wie möglich zu halten. Wenn sich der Batteriesatz 20 im thermischen Durchgehen befindet, kann im Allgemeinen eine Wärmeübertragung durch den Batteriesatz 20 stattfinden, z. B. von dem ersten Zellstapel 58A zu dem zweiten Zellstapel 58B. Das heißt, die Batteriezellen 18 sind am wärmsten, die der ersten Seitenplatte 42 am nächsten sind, und die Batteriezellen 18 kühlen ab, je weiter sie von der ersten Seitenplatte 42 entfernt sind, in Richtung des Pfeils 60 in 3. Der Pfeil 60 kann im Allgemeinen parallel zur ersten Achse 46 verlaufen. Daher kann beispielsweise der erste Zellenstapel 58A anfällig für thermisches Durchgehen im Vergleich zu dem zweiten Zellenstapel 58B sein, der weiter unten besprochen wird. Es ist zu verstehen, dass jeder der Zellenstapel 58A-58F anfällig für thermisches Durchgehen sein kann und das obige Beispiel für thermisches Durchgehen gilt für jeden benachbarten Zellenstapel 58A-58F.
Die Batteriezellen 18 können jede geeignete Konfiguration haben, um Energie zu speichern und Leistung bereitzustellen. Zum Beispiel können die Batteriezellen 18 zylindrisch, prismatisch, rechteckig usw. sein. Darüber hinaus können die Batteriezellen 18 eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vom Dosen-Typ oder eine Zelle vom Pouch-Typ sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Lithium-Mangan-, Lithium-Ionen-Phosphat-, Lithium-Kobalt-, Lithium-Nickel-basierte Zellen usw. Daher kann der Batteriepaket 20 beispielsweise als wiederaufladbarer Lithium-Ionen- oder Nickel-Cadmium-Batteriepaket unterschiedlich konfiguriert sein.
Zurück zu 2: Jede der Batteriezellen 18 kann eine oder mehrere Zelllaschen 62 enthalten. Genauer gesagt, kann jede der Batteriezellen 18 eine Zelllasche 62 aufweisen. Beispielsweise kann sich die Zelllasche bzw. können sich die Zelllaschen 62 jeder der Batteriezellen 18 von mindestens einem des ersten Endes 48 und des zweiten Endes 50 der entsprechenden der Batteriezellen 18 nach außen erstrecken. Ein weiteres Beispiel ist, dass sich die Zelllasche(n) 62 jeder der Batteriezellen 18 von mindestens einer der ersten Seite 54 und der zweiten Seite 56 der entsprechenden Batteriezelle 18 nach außen erstrecken kann/können. Im Allgemeinen können die Zelllaschen 62 der Batteriezellen 18 in elektrischer Reihenschaltung oder in elektrischer Parallelschaltung verbunden werden, unabhängig von der Lage der Zelllasche(n) 62 am ersten Ende 48/dem zweiten Ende 50 oder der ersten Seite 54/der zweiten Seite 56 oder Kombinationen davon. Zur Veranschaulichung sind in 2 die Zelllaschen 62 dargestellt, die sich vom ersten und zweiten Ende 48, 50 der entsprechenden Batteriezellen 18 erstrecken.
Bezugnehmend auf 3 umfasst die Energiespeicheranordnung 16 ferner eine erste Barriere 64A, die zwischen dem ersten Zellenstapel 58A und dem zweiten Zellenstapel 58B angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel 58A und dem zweiten Zellenstapel 58B zu reduzieren. Die erste Barriere 64A kann zwischen einzelnen der Batteriezellen 18 und/oder zwischen Stapeln 58A, 58B der Batteriezellen 18, die im jeweiligen Batteriepaket 20 angeordnet sind, positioniert werden. Genauer gesagt wird die erste Barriere 64A aus einem oder mehreren Materialien und einer oder mehreren Schichten gebildet, um eine thermische Barriere zu schaffen, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellstapel 58A und dem zweiten Zellstapel 58B zu reduzieren.
Der erste Zellstapel 58A kann für thermisches Durchgehen anfällig sein und erwärmt sich daher stärker als der zweite Zellstapel 58B. Daher ist die erste Barriere 64A so konfiguriert, dass sie Wärme vom ersten Zellstapel 58A absorbiert, um die Wärmeübertragung auf den zweiten Zellstapel 58B zu minimieren. Daher wirkt die erste Barriere 64A, um Wärme abzuführen, bevor sie den zweiten Zellenstapel 58B erreicht.
Bezugnehmend auf 3, als ein nicht einschränkendes Beispiel, ist die erste Barriere 64A zwischen dem ersten Zellenstapel 58A mit vier Batteriezellen 18 und dem zweiten Zellenstapel 58B mit vier Batteriezellen 18 angeordnet. Die erste Barriere 64A kann auch als eine erste thermische Barriere bezeichnet werden.
In Fortsetzung von 3 kann die Energiespeicheranordnung 16 auch eine zweite Barriere 64B enthalten, die zwischen dem zweiten Zellenstapel 58B und dem dritten Zellenstapel 58C angeordnet ist. Genauer gesagt ist die zweite Barriere 64B aus einem oder mehreren Materialien und einer oder mehreren Schichten gebildet, um eine thermische Barriere zu schaffen, die die Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Zellstapel 58B und dem dritten Zellstapel 58C reduziert. Die zweite Barriere 64B funktioniert auf die gleiche Weise wie die erste Barriere 64A. Das heißt, die zweite Barriere 64B ist so konfiguriert, dass sie Wärme vom zweiten Zellstapel 58B absorbiert, um die Wärmeübertragung zum dritten Zellstapel 58C zu minimieren. Daher wirkt die zweite Barriere 64B, um Wärme abzuführen, bevor sie den dritten Zellenstapel 58C erreicht. Die zweite Barriere 64B kann auch als zweite thermische Barriere bezeichnet werden.
Es kann eine beliebige Anzahl von Barrieren 64A-64D verwendet werden. Zur Veranschaulichung sind in 3 vier Barrieren 64A-64D dargestellt. Die Barrieren 64A-64D, wie z. B. die erste Barriere 64A und die zweite Barriere 64B usw., mindern die Wärmeausbreitung in einer Situation mit überhöhten Temperaturen, die durch den Betrieb einer oder mehrerer der Batteriezellen 18 entstanden sein können. Daher wirken die Barrieren 64A-64D im Allgemeinen so, dass sie die Wärme ableiten, bevor sie den nächsten Zellenstapel 58A-58F erreichen. Die Barrieren 64A-64D können aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten bestehen. Außerdem können eine oder mehrere der Barrieren 64A-64D aus einer Schicht und eine oder mehrere der Barrieren 64A-64D aus mehreren Schichten gebildet sein. Die Schichten können aus einem oder mehreren Materialien gebildet werden, und nicht einschränkende Beispiele für die Materialien werden im Folgenden diskutiert.
Die erste Barriere 64A und die zweite Barriere 64B (und alle zusätzlichen Barrieren 64C, 64D) können aus allen geeigneten Materialien zur Verringerung der Wärmeübertragung gebildet werden, und nicht einschränkende Beispiele können einen oder mehrere Schaumstoffe, Metalle, Fasern, Polymere, Legierungen, phasenändernde Materialien usw. umfassen. Spezifischere, nicht einschränkende Beispiele für die erste Barriere 64A und die zweite Barriere 64B usw. können eine oder mehrere von feinen Glasfasern, amorphen Quarzglasfasern, Glimmer, Polyimidform, amorphen Quarzfasern, vulkanisiertem Silikon, Silikatwolle, Graphit, pyrogenem Siliziumdioxid, Urethanschaumpolymer, Silikonschaum, mikrokristallinen Keramikfasern, Aluminium usw. umfassen.
In Bezug auf das Phasenwechselmaterial ist das Phasenwechselmaterial so konfiguriert, dass es eine endotherme Phasenwechselreaktion durchläuft, wenn eine Temperatur einer der Batteriezellen 18 bei oder über einer Aktivierungstemperatur liegt. Mit anderen Worten, die endotherme Phasenwechselreaktion ermöglicht die Wärmeabsorption aus dem Batteriepaket 20, wenn die Temperatur bei oder über der Aktivierungstemperatur liegt.
Bezug nehmend auf 2 und 3 umfasst die Energiespeicheranordnung 16 auch die Kühlplatte 66, die entlang der Batteriezellen 18 angeordnet ist. Im Allgemeinen ist die Kühlmittelplatte 66 so konfiguriert, dass sie Wärme von den Batteriezellen 18 wegleitet. Die Kühlmittelplatte 66 enthält zusätzliche Merkmale, die im Folgenden erläutert werden, um eine Wärmeausbreitung zu verhindern und gleichzeitig die Kühlleistung zu erhalten.
Im Allgemeinen verschließt die Kühlmittelplatte 66 eine Seite des Gehäuses 40. In bestimmten Konfigurationen ist die Kühlmittelplatte 66 an der ersten Seitenplatte 42 und der zweiten Seitenplatte 44 befestigt, um einen Boden 68 des Batteriepakets 20 zu schließen. Die Batteriezellen 18 sind im Inneren des Gehäuses 40 so ausgerichtet, dass die erste Seite 54 oder die zweite Seite 56 der Batteriezellen 18 neben der Kühlmittelplatte 66 angeordnet sind. So kann es zu einer Wärmeübertragung von den Batteriezellen 18 entlang der ersten Seite 54 oder der zweiten Seite 56 zur Kühlmittelplatte 66 kommen. In 2 und 3 ist zur Veranschaulichung die erste Seite 54 der Batteriezellen 18 entlang der Kühlmittelplatte 66 angeordnet.
Unter Bezugnahme auf die 3-8 definiert die Kühlmittelplatte 66 einen Kanal 70, durch den ein Fluid geleitet wird, um Wärme von den Batteriezellen 18 abzuleiten. Im Allgemeinen ist das Fluid, das durch die Kühlmittelplatte 66 fließt, ein flüssiges Fluid, und nicht einschränkende Beispiele können Kühlmittel, Öl, Wasser usw. umfassen.
Der Kanal 70 schlängelt sich durch die Kühlmittelplatte 66 und bildet eine Vielzahl von Pfaden 72, die voneinander beabstandet sind. Die Bahnen 72 können beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. In einer Konfiguration sind die Pfade 72 im Wesentlichen parallel zueinander in Bezug auf die Längsachse 52 angeordnet. Als solche können die Pfade 72 in einer parallelen Anordnung relativ zueinander angeordnet sein, um einen parallelen Fluidstrom durch jeden der Pfade 72 bereitzustellen. Die parallele Anordnung der Pfade 72 sowie die Tatsache, dass die Pfade 72 relativ zueinander gleich groß sind, sorgt für eine ausgeglichene Fluidströmung durch den Kanal 70. Mit anderen Worten, der Flüssigkeitsstrom durch jeden der Pfade 72 ist im Wesentlichen gleich groß.
Wie oben erwähnt, kann der erste Zellstapel 58A anfällig für thermisches Durchgehen sein. Die Kühlmittelplatte 66 erwärmt sich dort stärker, wo die Kühlmittelplatte 66 auf den ersten Zellstapel 58A ausgerichtet ist, weil sich der erste Zellstapel 58A stärker erwärmt als die anderen Zellstapel 58B-58F. Daher kühlt sich die vom ersten Zellstapel 58A entfernte Kühlmittelplatte 66 allmählich in Richtung des Pfeils 60 in 3 ab. Daher ist der Pfad bzw. sind die Pfade 72, die mit dem ersten Zellstapel 58A fluchten, am anfälligsten für Dampfblasenbildung.
Dampfsperre kann auftreten, wenn sich der Zellstapel 58A so stark erwärmt, dass das Fluid im ausrichtenden Pfad 72 bis zu dem Punkt kocht, an dem das flüssige Fluid zu Dampf wird, und der Dampf in diesem Pfad 72 das flüssige Fluid daran hindert, durch diesen Pfad 72 zu fließen und möglicherweise das flüssige Fluid daran hindert, durch die anderen Pfade 72 zu fließen, abhängig von der Konfiguration des Kanals 70.
Daher kann der hier beschriebene Kanal 70 ein oder mehrere Verbindungsstücke 74 bilden (siehe 5, 7 und 8), um jeden der Pfade 72 fluidisch zu verbinden, um eine Situation zu vermeiden, in der das Fluid aufgrund von Dampfsperre nicht durch einen der Pfade 72 fließen kann. Wie in den 5, 7 und 8 dargestellt, sind die Pfade 72 über die Verbindungsstücke 74 an den distalen Enden 76 der Pfade 72 fluidisch verbunden. Durch die Verbindung der Pfade 72 an den distalen Enden 76 mit den Verbindern 74 kann, wenn einer der Pfade 72 dampfgesperrt wird, der dampfgesperrte Pfad 72 aufgrund der parallelen Anordnung der Pfade 72 umgangen werden, und das Fluid fließt weiter durch den Kanal 70, um die anderen Batteriezellen 18 zu kühlen. So sorgt die parallele Anordnung der Pfade 72 für einen parallelen Flüssigkeitsstrom, der es ermöglicht, den Pfad 72, der dampfgesperrt wird, zu umgehen. Daher bewahrt die Konfiguration der Kühlmittelplatte 66 die Kühlleistung des Batteriepakets 20.
Wie in 4 und 6 am besten dargestellt, kann die Kühlmittelplatte 66 in bestimmten Konfigurationen eine obere Platte 78 und eine untere Platte 80 umfassen. Im Allgemeinen ist der Kanal 70 zwischen der oberen Platte 78 und der unteren Platte 80 angeordnet. Somit sind die Pfade 72 zwischen der oberen Platte 78 und der unteren Platte 80 angeordnet. In bestimmten Konfigurationen ist der Kanal 70 ferner als eine Vielzahl von Kanälen 70 definiert, die zwischen der oberen Platte 78 und der unteren Platte 80 angeordnet sind. Das heißt, die Kanäle 70 sind so angeordnet, dass sie jeden der Pfade 72 bilden. Die Konfiguration der Kühlmittelplatte 66 in den 7 und 8 kann die obere Platte 78 und die untere Platte 80 wie in den 4 und 6 dargestellt aufweisen, auch wenn für die 7 und 8 nicht auch eine Explosions- oder Querschnittsansicht vorgesehen ist.
Die Kühlmittelplatte 66 kann eine erste Öffnung 82 in Fluidverbindung mit dem Kanal 70 definieren, und die Kühlmittelplatte 66 kann eine zweite Öffnung 84 in Fluidverbindung mit dem Kanal 70 definieren.
Beispielsweise kann das Fluid über die erste Öffnung 82 in den Kanal 70 und über die zweite Öffnung 84 aus dem Kanal 70 geleitet werden oder umgekehrt. Der Kanal 70 schlängelt sich zwischen der ersten Öffnung 82 und der zweiten Öffnung 84 durch die Kühlmittelplatte 66. Im Allgemeinen ist der erste Zellstapel 58A proximal zur ersten Öffnung 82 angeordnet. Das heißt, der erste Zellenstapel 58A kann näher an der ersten Öffnung 82 angeordnet sein als der zweite Zellenstapel 58B.
Die Kühlmittelplatte 66 wurde mit weiteren Merkmalen versehen, um die Wärmeübertragung weiter zu reduzieren. Zum Beispiel definiert die Kühlmittelplatte 66 einen Schlitz 86, um die Wärmeübertragung zu reduzieren (siehe 3-9). In bestimmten Konfigurationen ist der Schlitz 86 durch die obere Platte 78 und die untere Platte 80 definiert. Im Allgemeinen ist der Schlitz 86 vom Kanal 70 beabstandet. Der Schlitz 86 fluchtet axial mit der ersten Barriere 64A, um den Wärmeübergang zwischen dem ersten Zellenstapel 58A und dem zweiten Zellenstapel 58B zu reduzieren. Wenn sich die Kühlmittelplatte 66 beispielsweise in der Ausrichtung von 3 befindet, fluchtet der Schlitz 86 unter der ersten Barriere 64A. Der Schlitz 86 schafft eine Unterbrechung zwischen den Batteriezellen 18, die die Ableitung der Wärme in die erste Barriere 64A erzwingt. Außerdem erzeugt der Schlitz 86 eine Unterbrechung in der Kühlmittelplatte 66, die die Wärmeübertragung durch die Kühlmittelplatte 66 in Richtung des Pfeils 60 in 3 reduziert.
Wie in den 5, 7 und 8 am besten zu sehen ist, ist der Schlitz 86 im Allgemeinen axial relativ zur Längsachse 52 langgestreckt. Der Schlitz 86 weist eine Länge L und eine Breite W auf, die durch die Kühlmittelplatte 66 definiert sind. Außerdem ist die Länge L des Schlitzes 86 größer als die Breite W des Schlitzes 86. In bestimmten Konfigurationen ist die Länge L des Schlitzes 86 axial relativ zur Längsachse 52 angeordnet. Zum Beispiel kann die Länge L des Schlitzes 86 mindestens zweimal so groß sein wie die Breite W des Schlitzes 86.
In bestimmten Konfigurationen ist der Schlitz 86 weiter als eine Vielzahl von Schlitzen 86 definiert. Genauer gesagt sind die Schlitze 86 durch die obere Platte 78 und die untere Platte 80 der Kühlmittelplatte 66 definiert (wie in 4 und 6 am besten dargestellt). Mindestens ein weiterer der Schlitze 86 fluchtet mit der zweiten Barriere 64B, um die Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Zellenstapel 58B und dem dritten Zellenstapel 58C zu reduzieren. Jeder der Schlitze 86 weist die oben besprochene Länge L und die Breite W auf. In bestimmten Konfigurationen, wie am besten in 3 und 6 gezeigt, ist die Breite W der Schlitze 86 kleiner als eine Breite D der Pfade 72. Die Schlitze 86 können durch die obere Platte 78 und die untere Platte 80 in 7 und 8, die keine Explosionsansichten sind, definiert sein.
Im Allgemeinen ist mindestens einer der Schlitze 86 zwischen den Pfaden 72 angeordnet, wie in 3-8 gezeigt. In bestimmten Konfigurationen ist der mindestens eine der Schlitze 86 weiter definiert, da einer der Schlitze 86 zwischen den Pfaden 72 angeordnet ist (siehe 3 und 6). Mit anderen Worten, in bestimmten Konfigurationen ist ein einzelner Schlitz 86 zwischen einem Paar von Pfaden 72 angeordnet. In anderen Konfigurationen ist der mindestens eine der Schlitze 86 als eine Vielzahl von Schlitzen 86 definiert, die zwischen den Pfaden 72 angeordnet sind (siehe 7 und 8). Mit anderen Worten, in bestimmten Konfigurationen sind mehr als einer der Schlitze 86 zwischen einem Paar der Pfade 72 angeordnet. In einer Konfiguration ist die Mehrzahl der Schlitze 86 in einer Reihe zwischen dem Paar der Pfade 72 voneinander beabstandet. Es ist zu verstehen, dass die Schlitze 86 jede geeignete Konfiguration sein können, um die Wärmeübertragung zu reduzieren.
So sind in bestimmten Konfigurationen die Pfade 72 und die Schlitze 86 in einem abwechselnden Muster ausgerichtet. Genauer gesagt, sind die Pfade 72 und die Schlitze 86 in einem alternierenden Muster relativ zur ersten Achse 46 ausgerichtet. Zum Beispiel kann ein einzelner Schlitz 86 zwischen einem Paar der Pfade 72 angeordnet sein (siehe 3 und 4). Als weiteres Beispiel kann eine Vielzahl von Schlitzen 86, die eine einzelne Reihe bilden, zwischen einem Paar der Pfade 72 angeordnet sein (siehe 7 und 8). Als weiteres Beispiel kann eine Vielzahl von Schlitzen 86, die eine Vielzahl von Reihen nebeneinander bilden, zwischen einem Paar der Pfade 72 angeordnet werden. Als weiteres Beispiel kann eine Vielzahl von Pfaden 72, die eine Vielzahl von Reihen nebeneinander bilden, zwischen einem Paar der Schlitze 86 angeordnet sein (siehe 5 und 6).
Außerdem ist in bestimmten Konfigurationen mindestens einer der Schlitze 86, die zwischen den Pfaden 72 angeordnet sind, größer als ein anderer der Schlitze 86, der zwischen demselben der entsprechenden Pfade 72 angeordnet ist (siehe 8). Das heißt, im Allgemeinen können ein oder mehrere Schlitze 86 in einer Reihe zwischen einem Paar der Pfade 72 unterschiedliche Größen voneinander haben. In bestimmten Konfigurationen ist der größere der Schlitze 86 näher am ersten Anschluss 82 angeordnet als der andere der Schlitze 86. Der größere Schlitz bzw. die größeren Schlitze 86 können sich z. B. darauf beziehen, dass die Länge L des Schlitzes bzw. der Schlitze 86 größer ist als die Länge L des anderen Schlitzes bzw. der anderen Schlitze 86 und/oder die Breite des Schlitzes bzw. der Schlitze 86 größer ist als die Breite des anderen Schlitzes bzw. der anderen Schlitze 86.
Um auf den Prozess der Herstellung der Kühlmittelplatte 66 zurückzukommen, kann die Kühlmittelplatte 66 durch verschiedene Methoden hergestellt werden. Zum Beispiel können die obere Platte 78 und die untere Platte 80 miteinander verlötet werden, um die Platten 78, 80 miteinander zu verbinden. Die obere Platte 78 und die untere Platte 80 können entlang des Schlitzes 86 zusammengelötet werden. Genauer gesagt können die obere Platte 78 und die untere Platte 80 entlang der Schlitze 86 zusammengelötet werden, wenn eine Vielzahl von Schlitzen 86 verwendet wird. In bestimmten Konfigurationen können die obere Platte 78 und die untere Platte 80 entlang der jeweiligen Kanten 88 des Schlitzes 86 zusammengelötet werden, um die jeweiligen Seiten der Pfade 72 zu schließen. Außerdem können die obere Platte 78 und die untere Platte 80 an Stellen außerhalb der Schlitze 86 zusammengelötet werden, um andere Seiten 54, 56 der Pfade 72 zu schließen. Genauer gesagt können die obere Platte 78 und die untere Platte 80 entlang der jeweiligen Kanten 88 jedes der Schlitze 86 zusammengelötet werden, um die jeweiligen Seiten jedes der Kanäle 70 zu schließen. Die obere Platte 78 und die untere Platte 80 können auch an anderen Stellen zusammengelötet werden, um die Kanten benachbarter Pfade 72 zu schließen. In anderen Beispielen werden die obere Platte 78 und die untere Platte 80 zusammengeklebt, mechanisch aneinander befestigt oder zusammen als eine Vielzahl von stranggepressten Rohrstücken geformt, die aneinander befestigt sind, so dass jedes der stranggepressten Rohrstücke einen entsprechenden Abschnitt des Kanals 70 umgibt. Als solche können die obere und die untere Platte 78, 80 über einen Klebstoff zusammengeklebt werden. Darüber hinaus können die obere und die untere Platte 78, 80 über ein oder mehrere Befestigungselemente, Bolzen, Schrauben, Schellen, Kupplungen usw. mechanisch aneinander befestigt werden.
Im Hinblick auf das Extrudieren der Teile der oberen und unteren Platte 78, 80 kann jedes der extrudierten Rohrstücke Teil der oberen und unteren Platte 78, 80 sein, die einen oder mehrere der Pfade 72 umgeben, und die länglichen Kanten jedes der extrudierten Rohrstücke passen zusammen, um die Schlitze 86 zwischen jedem der extrudierten Rohrstücke zu bilden, und dann wird jedes der extrudierten Rohrstücke aneinander befestigt, um die Kühlmittelplatte 66 zu vervollständigen. 6 zeigt beispielhafte Stellen X, an denen die obere und die untere Platte 78, 80 mittels Klebstoff, mechanischer Befestigungsmittel oder an Stellen, an denen jedes der extrudierten Rohrstücke mit einem entsprechenden der extrudierten Rohrstücke verbunden werden kann, aneinander befestigt werden können, was repräsentativ für jede der hier beschriebenen Konfigurationen ist. Die Klebe-/Löt-/Befestigungsbreite usw. ist ausreichend bemessen, damit die oberen und unteren Platten 78, 80 aneinander befestigt werden können.
Bezug nehmend auf 6 kann die Kühlmittelplatte 66 optional eine Trägerplatte 89 enthalten, die die Bodenplatte 80 trägt. In dieser Konfiguration ist die Bodenplatte 80 zwischen der oberen Platte 78 und der Trägerplatte 89 angeordnet. Die Trägerplatte 89 ist in 6 teilweise in Phantomlinien (Strich-Punkt-Punkt-Strich-Linien) dargestellt, um die allgemeine Position zu verdeutlichen, an der die Trägerplatte 89 relativ zur Bodenplatte 80 angeordnet ist. Es ist zu verstehen, dass jede der hierin beschriebenen Konfigurationen optional die Trägerplatte 89 enthalten kann. Außerdem kann jede geeignete Anzahl von Trägerplatten 89 verwendet werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl von Trägerplatten 89 übereinander gestapelt werden, um die gewünschte strukturelle Unterstützung zu bieten. Als weiteres Beispiel kann eine Trägerplatte 89 verwendet werden, um die gewünschte strukturelle Unterstützung anstelle der Vielzahl von Trägerplatten 89 bereitzustellen.
Bezug nehmend auf 9 können optional einer oder mehrere der Schlitze 86 mit einem Material gefüllt sein. Daher kann die Energiespeicheranordnung 16 in bestimmten Konfigurationen einen Einsatz 90 enthalten, der in dem Schlitz 86 angeordnet ist. Der Einsatz 90 kann bei der Wärmeabsorption helfen und somit Wärme von den Batteriezellen 18 ableiten. Bei Verwendung einer Mehrzahl von Schlitzen 86 kann der Einsatz 90 weiter als eine Mehrzahl von Einsätzen 90 definiert sein, und die Einsätze 90 sind in jedem der Schlitze 86 angeordnet. Der Einsatz 90 kann aus jedem geeigneten Material gebildet sein, und nicht einschränkende Beispiele können Polymer(e), Schaumstoff(e) usw. umfassen.
Unter Bezugnahme auf 3 und 6 kann die Energiespeicheranordnung 16 auch eine thermische Schicht 92 enthalten, die zwischen der ersten Seite 54 der Batteriezellen 18 und der Kühlmittelplatte 66 angeordnet ist, um Wärme von den Batteriezellen 18 an die Kühlmittelplatte 66 zu übertragen. Genauer gesagt kann die Wärmeschicht 92 zwischen der ersten Seite 54 der Batteriezellen 18 und der oberen Platte 78 der Kühlmittelplatte 66 angeordnet sein. Die Wärmeschicht 92 ist so konfiguriert, dass sie Wärme von den Batteriezellen 18 ableitet.
In bestimmten Konfigurationen trennt die thermische Schicht 92 die erste Barriere 64A und den Schlitz 86 (siehe Phantomlinien (Strich-Punkt-Punkt-Strich-Linien) in 6). In anderen Konfigurationen definiert die Wärmeschicht 92 einen Schlitz 94, der mit dem Schlitz 86 der Kühlmittelplatte 66 fluchtet und mit der ersten Barriere 64A ausgerichtet ist (siehe 3). Es ist zu verstehen, dass jede Konfiguration der Wärmeschicht 92 in jeder der hier beschriebenen Konfigurationen der Kühlplatte 66 verwendet werden kann. Die Wärmeschicht 92 kann aus einer Klebeschicht gebildet werden. Außerdem kann die thermische Schicht 92 als thermisches Schnittstellenmaterial (TIM) bezeichnet werden.
Die Energiespeicheranordnung 16 kann weitere Merkmale aufweisen, die hier nicht im Detail besprochen werden. Beispielsweise kann die Energiespeicheranordnung 16 eine Mittelplatte 96 (siehe 3) enthalten, die zwischen einem Paar des Zellenstapels 58A-58F angeordnet ist, um dem Batteriepaket 20 eine strukturelle Unterstützung zu geben.
Bezug nehmend auf 2 kann die Energiespeicheranordnung 16 eine integrierte Ladebatterie 98 (ICB), eine ICB-Abdeckung 100, einen Thermistor 102, einen Kabelbaum usw. umfassen.
Während die bevorzugten Ausführungsformen und andere Konfigurationen zur Ausführung der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit dem Stand der Technik, auf den sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Designs und Konfigurationen zur Durchführung der Offenbarung im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen. Darüber hinaus sind die in den Figuren dargestellten Konfigurationen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Merkmale verschiedener Konfigurationen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Konfigurationen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Konfigurationsbeispiele beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Konfigurationen kombiniert werden kann, was zu anderen Konfigurationen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Figuren beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche anderen Konfigurationen in den Rahmen des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Eine Energiespeicheranordnung, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Batteriezellen, die elektrisch miteinander verbunden sind, um ein Batteriepaket zu bilden, in dem die Batteriezellen gruppiert sind, um einen ersten Zellenstapel und einen zweiten Zellenstapel zu bilden; eine erste Barriere, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren; eine Kühlmittelplatte, die entlang der Batteriezellen angeordnet ist, und wobei die Kühlmittelplatte einen Kanal zum Hindurchführen eines Fluids definiert, um Wärme von den Batteriezellen weg zu leiten; und wobei die Kühlmittelplatte einen Schlitz definiert, der von dem Kanal beabstandet ist, und der Schlitz axial mit der ersten Barriere ausgerichtet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei die Batteriezellen jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, die sich entlang einer Längsachse gegenüberliegen, und der Schlitz axial relativ zur Längsachse verlängert ist.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei: der Schlitz weiter als eine Vielzahl von Schlitzen definiert ist, der Kanal sich durch die Kühlmittelplatte schlängelt, um eine Vielzahl von Pfaden zu bilden, die voneinander beabstandet sind; und mindestens einer der Schlitze zwischen den Pfaden angeordnet ist.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine der Schlitze weiter dadurch definiert ist, dass einer der Schlitze zwischen den Pfaden angeordnet ist.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 3, wobei der mindestens eine der Schlitze weiterhin als eine Vielzahl von Schlitzen definiert ist, die zwischen den Pfaden angeordnet sind.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen im Schlitz angeordneten Einsatz.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei: der Kanal schlängelt durch die Kühlmittelplatte sich, um eine Vielzahl von Pfaden zu bilden, die voneinander beabstandet sind; und die Pfade in einer parallelen Anordnung relativ zueinander angeordnet sind, um einen parallelen Fluidstrom durch jeden der Pfade bereitzustellen.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei: die Kühlmittelplatte eine obere Platte und eine untere Platte umfasst; der Kanal ferner als eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die zwischen der oberen Platte und der unteren Platte angeordnet sind; der Schlitz ferner als eine Vielzahl von Schlitzen definiert ist, und die Schlitze durch die obere Platte und die untere Platte definiert sind; und die obere Platte und die untere Platte entlang der jeweiligen Kanten jedes der Schlitze zusammengelötet werden, um die jeweiligen Seiten jedes der Kanäle zu schließen.
Die Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, wobei: die Kühlmittelplatte eine obere Platte und eine untere Platte umfasst; der Kanal ferner als eine Vielzahl von Kanälen definiert ist, die zwischen der oberen Platte und der unteren Platte angeordnet sind; der Schlitz ferner als eine Vielzahl von Schlitzen definiert ist, und die Schlitze durch die obere Platte und die untere Platte definiert sind; und die obere Platte und die untere Platte miteinander verklebt, mechanisch aneinander befestigt oder als eine Vielzahl von stranggepressten Rohrstücken geformt sind, die aneinander befestigt sind, so dass jedes der stranggepressten Rohrstücke einen entsprechenden Abschnitt des Kanals umgibt.
Eine Energiespeicheranordnung, die Folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine Vielzahl von Batteriezellen, die in dem Gehäuse enthalten sind, und wobei die Batteriezellen elektrisch miteinander verbunden sind, um einen Batteriesatz zu bilden, der zur Versorgung einer Last konfiguriert ist; wobei die Batteriezellen gruppiert sind, um einen ersten Zellenstapel und einen zweiten Zellenstapel zu bilden; eine erste Barriere, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel angeordnet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren; eine Kühlmittelplatte, die entlang der Batteriezellen angeordnet ist, und wobei die Kühlmittelplatte eine Seite des Gehäuses verschließt; wobei die Kühlmittelplatte einen Kanal zur Führung eines Fluids durch diesen definiert, um Wärme von den Batteriezellen weg zu leiten; und wobei die Kühlmittelplatte einen Schlitz definiert, der von dem Kanal beabstandet ist, und der Schlitz axial mit der ersten Barriere ausgerichtet ist, um die Wärmeübertragung zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel zu reduzieren.