DE102021122729A1

DE102021122729A1 - Batteriemodule ohne befestigungselemente

Info

Publication number: DE102021122729A1
Application number: DE102021122729.1A
Authority: DE
Inventors: Travis Cournoyer; Kyle Butterfield; Nathaniel Wynn; Tyler Collins
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2022-03-24
Also published as: KR20220039583A; CN114256548A; US20220093901A1; KR102628330B1; US11715854B2

Abstract

Ein Batteriesystem schließt Batteriezellen ein, die auf einem Träger angeordnet und geklebt sind. Eine oder mehrere Seitenwände sind mit Klebstoff an die Batteriezellen geklebt, um Unterstützung bereitzustellen, und eine Stromabnehmerbaugruppe ist ebenfalls an einer axialen Seite der Batteriezellen geklebt. Ein oder mehrere Teiler können eingeschlossen sein, um die elektrische Isolierung zwischen den parallel geschalteten Batteriezellengruppen aufrechtzuerhalten. Die andere axiale Seite der Batteriezellen ist an eine Kühlplatte geklebt. Eine ähnliche Struktur wird mit Klebstoff auf die andere Seite der Kühlplatte geklebt, um ein kompaktes Batteriesystem zu bilden. Scherwände, Sammelschienen, Anschlusssammelschienen und ein Isolationsbügel mit einer montierten elektronischen Steuereinheit sind mit Klebstoff an die Baugruppe geklebt, um das Batteriesystem zu bilden. Jeder Klebstoff oder Klebstofftyp kann bestimmte Kriterien und Anforderungen aufweisen, wie z. B. Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektronische Leitfähigkeit, Aushärtungsanforderungen oder eine Kombination davon.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf befestigungsfreie Batteriemodule und insbesondere auf Batteriemodule, die unter Verwendung von Klebstoffen zusammengebaut sind, um die Verwendung von Befestigungselementen zu reduzieren oder zu vermeiden.
KURZDARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Vorrichtung, die eine Vielzahl von Batteriezellen, einen Träger, einen Stromabnehmer, eine Seitenwand und eine Kühlplatte einschließt, die unter Verwendung von Klebstoffen zusammengebaut sind. Die Vielzahl von Batteriezellen ist zum Bereitstellen elektrischer Energie konfiguriert. Der Träger ist konfiguriert, um die Ausrichtung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen schließt der Träger eine Vielzahl von Vertiefungen ein, die konfiguriert sind, um die Vielzahl von Batteriezellen auf einer ersten Seite des Trägers aufzunehmen. Der Stromabnehmer ist konfiguriert, um elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt zu sein, um einen oder mehrere Busse zu bilden. Die Seitenwand ist konfiguriert, um der Vorrichtung eine strukturelle Unterstützung bereitzustellen. Die Kühlplatte ist konfiguriert, um Wärme von der Vielzahl von Batteriezellen zu übertragen sowie um der Vorrichtung eine strukturelle Unterstützung bereitzustellen. Ein erster Klebstofftyp verbindet eine erste Seite des Trägers mit der Vielzahl von Batteriezellen, ein zweiter Klebstofftyp verbindet die Seitenwand mit der Vielzahl von Batteriezellen, ein dritter Klebstofftyp verbindet den Stromabnehmer mit einer zweiten Seite des Trägers, und ein vierter Klebstofftyp verbindet die Vielzahl von Batteriezellen mit der Kühlplatte.
In einigen Ausführungsformen schließt die Vorrichtung eine Vielzahl von Teilern ein, die mit dem Träger unter Verwendung des ersten Klebstofftyps verbunden und konfiguriert sind, um die Trennung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten.
In einigen Ausführungsformen schließt die Seitenwand mindestens eine kurze Seite ein, die unter Verwendung des zweiten Klebstofftyps mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden ist, und mindestens eine lange Seite, die unter Verwendung des zweiten Klebstofftyps und des dritten Klebstofftyps mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden ist. Zum Beispiel schließt in einigen Ausführungsformen die Seitenwand einen oder mehrere Abschnitte ein, um den Batteriezellen Unterstützung, Isolierung oder beides bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen sind der erste Klebstofftyp und der zweite Klebstofftyp derselbe Klebstofftyp. In einigen Ausführungsformen schließt der zweite Klebstofftyp einen schnell aushärtenden Klebstoff und einen langsam aushärtenden Klebstoff ein, und der erste Klebstofftyp und der langsam aushärtende Klebstoff sind derselbe Klebstoff.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Batteriesystems ohne Befestigungselemente. Das Verfahren schließt das Auftragen von Klebstoffen auf entsprechende Komponenten und das Positionieren der Komponenten ein. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines ersten Klebstofftyps auf mindestens eines von einem Träger und einer Vielzahl von Batteriezellen und das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen in entsprechenden Vertiefungen des Trägers ein. Der erste Klebstofftyp verbindet die Vielzahl von Batteriezellen mit dem Träger. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines zweiten Klebstofftyps auf mindestens eine von einer Seitenfläche einer Seitenwand und einer Seite der Vielzahl von Batteriezellen und das Positionieren der Seitenfläche der Seitenwand gegen die Vielzahl von Batteriezellen ein. Der zweite Klebstofftyp verbindet die Seitenwand mit der Seite der Vielzahl von Batteriezellen. In einigen Ausführungsformen sind der erste Klebstofftyp und der zweite Klebstofftyp derselbe Klebstofftyp. In einigen Ausführungsformen schließt der zweite Klebstofftyp einen schnell aushärtenden Klebstoff und einen langsam aushärtenden Klebstoff ein, und der erste Klebstofftyp und der langsam aushärtende Klebstoff sind derselbe Klebstoff. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines dritten Klebstofftyps auf mindestens einen von einer Stromabnehmerbaugruppe und dem Träger und das Positionieren der Stromabnehmerbaugruppe gegen eine zweite Seite des Trägers ein. Der dritte Klebstofftyp verbindet die Stromabnehmerbaugruppe mit dem Träger. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines vierten Klebstofftyps auf mindestens eine von der Vielzahl von Batteriezellen und einer Kühlplatte und das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen gegen die Kühlplatte ein. Der vierte Klebstofftyp verbindet die Vielzahl von Batteriezellen mit der Kühlplatte. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen des ersten Klebstofftyps vor dem Auftragen des vierten Klebstofftyps ein.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines Klebstoffes auf mindestens eine von einer Scherwand und der Seitenwand und das Positionieren der Scherwand gegen die Seitenwand ein. Der fünfte Klebstofftyp verbindet die Scherwand mit der Seitenwand, um der Vielzahl von Batteriezellen strukturelle Unterstützung bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das elektrische Koppeln der Stromabnehmerbaugruppe mit der Vielzahl von Batteriezellen ein, um einen oder mehrere Busse zu bilden. Zum Beispiel kann die Stromabnehmerbaugruppe Stromabnehmer einschließen, die konfiguriert sind, um Teilsätze von Batteriezellen parallel zueinander und in Reihe mit anderen Teilsätzen zu koppeln.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines Klebstoffes zum Verbinden mindestens einer Anschlusssammelschiene mit der Seitenwand und Positionieren mindestens einer Anschlusssammelschiene gegen der Seitenwand ein. Die mindestens eine Anschlusssammelschiene ist konfiguriert, um elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt zu werden. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen des Klebstoffes ein, um die mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Seitenwand und mit der Kühlplatte zu verbinden.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Auftragen eines Klebstoffes zum Verbinden einer Sammelschiene mit der Seitenwand und das Positionieren der Sammelschiene gegen die Seitenwand ein. Die Sammelschiene ist konfiguriert, um elektrisch mit der Stromabnehmerbaugruppe gekoppelt zu werden.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen in jeweiligen Vertiefungen des Trägers durch seitliches Anordnen der Vielzahl von Batteriezellen und axiales Pressen der Vielzahl von Batteriezellen ein, sodass die unteren Enden der Vielzahl von Batteriezellen distal zu dem Träger im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu der oberen Ebene des Trägers liegen.
In einigen Ausführungsformen ist der vierte Klebstofftyp für das Übertragen von Wärme und Scherbeanspruchung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Kühlplatte konfiguriert. In einigen Ausführungsformen ist der erste Klebstofftyp für das Aufrechterhalten der elektrischen Isolierung zwischen dem Träger und der Vielzahl von Batteriezellen konfiguriert. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Klebstoff für das Übertragen von Wärme und Scherbeanspruchung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Seitenwand konfiguriert.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Vorrichtung, die Batterieteilmodule, eine Kühlplatte und Scherwände einschließt, die unter Verwendung von Klebstoffen zusammengebaut sind. Die Batterieteilmodule schließen ein erstes Batterieteilmodul mit einer ersten Vielzahl von Batteriezellen und ein zweites Batterieteilmodul mit einer zweiten Vielzahl von Batteriezellen ein. Die Kühlplatte ist konfiguriert, um Wärme von der ersten Vielzahl von Batteriezellen und von der zweiten Vielzahl von Batteriezellen zu übertragen. Die Scherwand ist konfiguriert, um strukturelle Unterstützung bereitzustellen. Das erste Batterieteilmodul ist an der Kühlplatte unter Verwendung eines ersten Klebstofftyps befestigt, das zweite Batterieteilmodul ist an der Kühlplatte unter Verwendung des ersten Klebstofftyps befestigt, und die Scherwand ist an einer ersten Seitenfläche des ersten Batterieteilmoduls und an einer zweiten Seitenfläche des zweiten Batterieteilmoduls unter Verwendung eines zweiten Klebstofftyps befestigt.
In einigen Ausführungsformen schließt jedes Batterieteilmodul einen Träger ein, der mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden und konfiguriert ist, um die Ausrichtung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten, einen Stromabnehmer, der elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, um einen oder mehrere Busse zu bilden, und eine Seitenwand, die mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden und konfiguriert ist, um der Vorrichtung strukturelle Unterstützung bereitzustellen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.

1 zeigt eine Explosionsansicht eines veranschaulichenden Batteriepacks, einschließlich Klebeverbindungen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt eine Explosionsansicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls, einschließlich zweier Batteriepacks (z. B. Teilmodule) und Klebeverbindungen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens zum Zusammenbauen eines Batteriesystems unter Verwendung von Klebstoffen, ohne Befestigungselemente, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls mit Sammelschienen, Bügeln und Steuerschaltung, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
5 zeigt perspektivische Ansichten von Gesichtspunkten des veranschaulichenden Batteriemoduls von 4 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), die ausschließlich durch einen elektrischen Antriebsstrang angetrieben werden, können lange Ladezeiten in der Größenordnung von einigen zehn Minuten haben, und BEV-Hersteller möchten im Allgemeinen die Energiedichte der BEV-Batteriepacks erhöhen. Batteriepacks mit höherer Energiedichte können ein höheres Verhältnis zwischen Kapazität und Gewicht aufweisen und somit eine größere Reichweite des Fahrzeugs erzielen. Viele BEV-Hersteller beruhen stark auf die Verwendung von Befestigungselementen, die wertvollen Bauraum beanspruchen, der sonst mit mehr Batteriezellen gefüllt werden könnte. Dementsprechend besteht der Bedarf, Teile wie Befestigungselemente aus den Batteriepacks zu entfernen und stattdessen die gleichen Anforderungen zu erfüllen, ohne den sonst erforderlichen Bauraum einzunehmen.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Batteriemodulkonstruktion, die zur strukturellen Unterstützung fast ausschließlich auf Klebstoffen beruht. Zum Beispiel können strukturelle, tragende Verbindungen ausschließlich mit Klebstoffen gekoppelt werden. In einigen Ausführungsformen können Klebstoffe für die primäre strukturelle Unterstützung verwendet werden, wobei Befestigungselemente zur Redundanz eingeschlossen sind. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen Hochspannungssammelschienen eines Batteriemoduls eine redundante Druckknopfnietmutter aufgrund der potenziellen Schwere eines Fehlers in Verbindung mit der potenziellen Wahrscheinlichkeit des Auftretens aufgrund der hohen Temperaturen, die die Sammelschienen unter bestimmten Umständen erreichen können, einschließen.
In einigen Ausführungsformen ermöglicht die Verwendung von Klebstoff anstelle von Befestigungselementen zum Verbinden von Teilen das Füllen von Lücken zwischen Teilen sowie das Bereitstellen eines Substrats, durch das mechanische, thermische und/oder elektrische Belastungen übertragen werden können. Zum Beispiel kann jede Klebeverbindung innerhalb eines Batteriemoduls während des Betriebs mehrere Funktionen erfüllen, einschließlich z. B: (1) Übertragen von quasi-statischen Lasten zwischen Teil A und Teil B; (2) Übertragen von mechanischen Stoßimpulsen zwischen Teil A und Teil B; (3) Übertragen von thermischer Energie zwischen Teil A und Teil B; und (4) Widerstehen der Übertragung von elektrischer Energie zwischen Teil A und Teil B.
Zur Veranschaulichung, obwohl einige Klebstoffe ungefähr drei Größenordnungen (oder mehr) dichter sein können als die Luft, die sie zwischen Teilen verdrängen, können Packungseinsparungen immer noch die Masse in der Gesamtenergiedichteberechnung überwiegen. Dies liegt daran, dass im Vergleich zu Befestigungselementen die zusätzlichen Freiräume, die um Schraubenköpfe und Gewinde herum erforderlich wären, für die Aufnahme von mehr Batteriezellen eingespart werden können.
In einem veranschaulichenden Beispiel können Klebstoffe, die den Bindungskriterien gemäß der vorliegenden Offenbarung entsprechen, als strukturelle, thermische, elektrische Schnittstellenmaterialien (STEIM) bezeichnet werden. Typische Klebstoffe können beispielsweise nur einige wenige dieser Anforderungen erfüllen (z. B. Klebstoffe, die ausschließlich das Wärmemanagement als Funktion haben). Zur Veranschaulichung: Die Unterscheidung zwischen Klebstoffen, die STEIM vs. thermische Grenzflächenmaterialien (TIM) sind, kann von Bedeutung sein, da die Validierung der funktionalen Leistung von Klebstoffen, die strukturelle, elektrische und thermische Anforderungen erfüllen, drastische Auswirkungen auf den Plan hat, mit dem ihre Leistung in dem Design validiert werden muss (z. B. die Testumgebung).
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Satz von Klebstoffen, einschließlich eines thermischen Klebstoffes, der zum strukturellen Verbinden von Batteriezellen mit einer Kühlplatte verwendet wird. Beispielsweise kann der thermische Klebstoff einen Wärmeleitfähigkeitsbereich von 1 bis 1,1 W/mK aufweisen. In einem weiteren Beispiel kann die Wärmeleitfähigkeit auf etwa 1,1 W/mK oder darunter begrenzt sein, um eine zu hohe thermische Füllstoffbelastung zu verhindern, die den Klebstoff zu spröde macht, um Schock- und Vibrationsbelastungen während des Betriebs zuverlässig zu absorbieren, ohne während der gesamten Nutzungsdauer der Batterie zu reißen. In einem weiteren Beispiel kann die Überlappungsscherfestigkeit eines thermischen Klebstoffes, der für das Binden von vernickeltem Stahl konfiguriert ist, zu Beginn der Betriebslebensdauer etwa 14 MPa betragen, und der Klebstoff kann konfiguriert sein, um weniger als 2 Gew.-% Wasser während einer 2-stündigen Einweichung in kochendem Wasser zu absorbieren. In einem weiteren Beispiel kann die Glasübergangstemperatur eines thermischen Klebstoffes gewählt werden, um die höchste Betriebstemperatur der Batteriezellen um mindestens 30 °C zu überschreiten, um Ermüdung durch das Durchlaufen der Glasübergangstemperatur während des Betriebs zu reduzieren.
Eine geeignete Verifizierung eines Satzes von Klebstoffen kann dazu beitragen, dass Ausfälle während des Betriebs unwahrscheinlich sind. Zum Beispiel kann durch Spezifizierung mehrerer Anforderungen für jede Klebeverbindung der Designverifizierungsplan (DVP) für jeden in dem Design verwendeten Klebstoff relativ komplexer sein, als dies bisher in der Klebstoffindustrie der Fall war. Traditionell werden die Klebstoffe für einen einzigen Zweck ausgewählt (z. B. strukturelle Unterstützung oder thermisches Grenzflächenmanagement), aber wenn diese Anforderungen mit z. B. dielektrischen Anforderungen gekoppelt werden, kann sich die Validierungsmatrix für jeden Klebstoff (mindestens) verdreifachen. Zum Beispiel können veranschaulichende Merkmale, die in einer Testmatrix zu berücksichtigen sind, (1) Eigenschaften des Massenklebstoffes, (2) Eigenschaften der Klebeverbindung und (3) Degradationsarten während des Betriebs einschließen.
Eigenschaften von Massenklebstoffen stehen üblicherweise zur Prüfung für viele handelsübliche Klebstoffe zur Verfügung (z. B. und sind im Allgemeinen relativ einfach zu bestimmen). Materialeigenschaften können solche einschließen, die sich auf die mechanische Festigkeit im Betrieb (z. B. Überlappungsscherung, Zugfestigkeit, T-Schälfestigkeit, Modul) und in der Simulation (z. B. Poissonzahl, Verlustmodul), die Durchschlagsfestigkeit (z. B. in Bezug auf die Durchschlagsspannung oder den Volumen- und Oberflächenwiderstand), das thermische Verhalten (spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit) oder eine Kombination davon beziehen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Satz von Masseneigenschaften bei allen Temperaturen innerhalb des Betriebstemperaturbereichs des Batteriepacks bestimmt werden. Zum Beispiel können die Eigenschaften entweder direkt oder indirekt bestimmt werden (z. B. durch Bestimmen einer ausreichenden Anzahl von Datenpunkten, um eine Leistungskurve als Funktion der Temperatur zu erstellen). Zur Veranschaulichung müssen Tests möglicherweise in einer Wärmekammer bei Temperaturen von -40 °C bis 100 °C durchgeführt werden.
Wenn das Validierungsschema in die relevanten Anforderungen für jede der einzelnen Verbindungen eines Batteriemoduls aufgeteilt wird, kann die Testmatrix komplexer werden. Zum Beispiel kann ein einzelner Klebstoff für eine Vielzahl von Verbindungen verwendet werden und direkt auf eine Vielzahl verschiedener Materialien geklebt werden, wie z. B. Polycarbonat, Aluminium mit Epoxid-Pulver-Beschichtung, Edelstahl, vernickelter Stahl, Nylon, Aluminium, jedes andere geeignete Material, das in einem Batteriemodul verwendet wird, oder eine Kombination davon. Während der Entwicklungstests kann die Stärke der Klebeverbindung zu jedem dieser Substrate bestimmt werden. Da zum Beispiel Scherfestigkeit die Haupteigenschaft von Klebstoffen sein kann, können Verbindungen für eine Scherbelastung ausgelegt werden, und die Festigkeit gegenüber diesen Substraten sollte mit Überlappungsschertests auf geeigneten Materialprüfgeräten gemessen werden. In einem weiteren Beispiel kann für den Fall, dass erwartet wird, dass Verbindungen hauptsächlich in T-Schälung belastet werden (z. B. eine lineare Zugbelastung am Ende einer Verbindung), stattdessen ein geeigneter T-Schälversuch durchgeführt werden. Unter Umständen kann die Massenklebkraft die Klebkraft an einer bestimmten Oberfläche übersteigen, und dementsprechend können Prozessparameter identifiziert werden, um die Klebkraft an der Oberfläche zu erhöhen (z. B. bevor endgültige Teilewerkzeuge erzeugt werden). Unter einigen solchen Umständen können sich entlang der Oberfläche der Klebeverbindung Spannungsbrüche entwickeln, die sich im Betrieb aufgrund von Degradationsfaktoren schnell ausbreiten können. Um dem Potenzial für eine unzureichende Klebkraft entgegenzuwirken, werden in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Prozessparameter modifiziert, wie z. B. die Oberflächenrauheit (z. B. führt eine größere Rauheit im Allgemeinen zu einer größeren Haftung), die Oberflächenaktivierungsenergie (z. B. führt eine höhere Energie im Allgemeinen zu einer größeren Haftung), die Oberflächensauberkeit (z. B. führen weniger Partikel und Öle auf der Oberfläche im Allgemeinen zu einer größeren Haftung), beliebige andere geeignete Parameter, die sich auf die Verbindung auswirken können, oder eine Kombination davon. In einem veranschaulichenden Beispiel können Prozessschritte oder Änderungen das Säure-Ätzen eines Teilewerkzeugs für diese Oberfläche, die Plasmabehandlung der Oberfläche vor dem Auftragen von Klebstoff, das Reinigen der Klebeoberfläche mit Alkohol vor dem Auftragen von Klebstoff, jedes andere geeignete Verfahren zum Vorbereiten der Oberfläche oder eine Kombination davon einschließen.
In Bezug auf Degradationsfaktoren kann die Auswirkung des Verlusts der funktionellen Leistung an jeder Verbindung überwacht werden, indem z. B. gemessen wird: (1) Feuchtigkeitsaufnahme durch Feuchtigkeit; (2) Feuchtigkeitsaufnahme durch ionisierte Partikel (Zellenentlüftung); (3) Feuchtigkeitsaufnahme durch unbeabsichtigte Exposition mit Kühlmittel (z. B. 50:50 Wasser: Ethylenglykol); (4) Durchlaufen der Glasübergangstemperatur (Tg); (5) mechanische Ermüdung aufgrund des Durchlaufens; (6) Spannungsrissausbreitung durch Temperaturwechsel; (7) Kriechen bei hoher Temperatur; jeder andere geeignete Parameter oder jedes andere geeignete Phänomen; oder eine beliebige Kombination davon. Unter Umständen werden Degradationstests vor zerstörenden mechanischen Tests, wie z. B. dem Überlappungsscheren, durchgeführt. Aufgrund der elektrischen und thermischen Funktionen, die diese Klebstoffe ebenfalls erfüllen können, können jedoch Degradationsfaktoren auf Testcoupons angewendet werden, die anschließend zum erneuten Validieren der elektrischen und thermischen Eigenschaften ausgeführt werden. Dementsprechend können Degradationsfaktoren in ihrer Gesamtheit mit elektrischen und thermischen Betriebsbedingungen berücksichtigt werden.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Vorrichtungen, die Klebstoffe für strukturelle Unterstützung, Wärmemanagement und dielektrischen Schutz einschließen. Einige Vorteile der Verwendung von Klebstoffen für Batteriemodule schließen Verbesserungen in Produktion und Herstellung, Effizienz bei der Verpackung und einen maßgeschneiderten Ansatz für Grenzflächen eines Batteriemoduls basierend auf den Anforderungen an jeder einzelnen Grenzfläche ein.
1 zeigt eine Explosionsansicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls 100, einschließlich Klebeverbindungen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Batteriemodul 100 schließt eine Vielzahl von Batteriezellen 110, Träger 102, Schicht 101, Teiler 107 und Seitenwandabschnitte 103-106 ein, die unter Verwendung von Klebstoffen 151-156 miteinander verbunden sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Seitenwand“ auf die Sammlung von seitlichen Oberflächen, die um eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind, und kann einen einzelnen Abschnitt oder mehr als einen Abschnitt (z. B. eine Vielzahl von Abschnitten, wie z. B. vier Abschnitte, wie dargestellt) einschließen, die nebeneinander oder mit Lücken zwischen einem oder mehreren benachbarten Abschnitten angeordnet sind. Zur Veranschaulichung können die Seitenwandabschnitte 103-106 als ein einziges Bauteil (z. B. gebogenes Blech) verbunden oder anderweitig Teile davon sein, optional mit einer offenen Naht, um eine einfache Installation zu ermöglichen. Wie veranschaulicht, klebt der Klebstoff 152 eine Vielzahl von Batteriezellen 110 auf den Träger 102; Klebstoff 151 verbindet den Träger 102 mit der Schicht 101; Klebstoff 153 verbindet den Seitenwandabschnitt 103 mit einer ersten Seite der Vielzahl von Batteriezellen 110; Klebstoff 154 verbindet den Seitenwandabschnitt 104 mit einer zweiten Seite der Vielzahl von Batteriezellen 110; Klebstoff 155 verbindet den Seitenwandabschnitt 105 mit einer dritten Seite der Vielzahl von Batteriezellen 110; Klebstoff 156 verbindet den Seitenwandabschnitt 106 mit einer vierten Seite der Vielzahl von Batteriezellen 110; und die Teiler 107 sind zwischen der Vielzahl von Batteriezellen 110 angeordnet (z. B. zwischen benachbarten Gruppen von Batteriezellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind) und durch Klebstoff 152 mit dem Träger 102 verbunden. Die Seiten der Vielzahl von Batteriezellen 110 schließen eine Sammlung von zylindrischen Grenzflächen ein, an die Seitenwandabschnitte 103-106 geklebt werden können. Zum Beispiel kann jeder der Seitenwandabschnitte 103-106 nur einen Abschnitt der auf der jeweiligen Seite angeordneten Batteriezellen kontaktieren (z. B. einen äußersten Abschnitt). In einem weiteren Beispiel können die Seitenwandabschnitte 103-106 flach, gekrümmt, segmentiert, verbundförmig oder bogenförmig sein (z. B. um die gekrümmten Batteriezellen aufzunehmen und ihnen besser zu folgen), ein beliebiges anderes geeignetes Profil oder eine beliebige andere geeignete Form oder eine Kombination davon aufweisen.
In einigen Ausführungsformen schließt der Träger 102 eine Vielzahl von Vertiefungen ein. Zum Beispiel kann der Träger 102 eine Anordnung von Löchern einschließen, die konfiguriert sind, um die jeweiligen Batteriezellen einer Vielzahl von Batteriezellen 110 aufzunehmen. Zur Veranschaulichung kann jede Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen 110 in einer entsprechenden Vertiefung des Trägers 102 positioniert sein, wodurch die Vielzahl von Batteriezellen 110 seitlich angeordnet wird. Die Anordnung kann eine dichte Packung (z. B. eine hexagonale dichte Packung mit einem beliebigen geeigneten Abstand), ein Array (z. B. ein rechteckiges Array) oder jede andere geeignete Anordnung einschließen. In einigen Ausführungsformen kann jede Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen 110 axial gepresst sein, sodass die von dem Träger 102 distalen Enden der Vielzahl von Batteriezellen im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu dem Träger 102 liegen (z. B. also seitlich und axial ausgerichtet sind). Dementsprechend kann Klebstoff 152 eine kontinuierliche Schicht, eine Schicht mit Löchern oder Öffnungen, eine Anordnung geeigneter Tropfen oder Klecksen, die der Anordnung der Vielzahl von Batteriezellen 110 entspricht, ein Pfad, der sich bis zu einer Grenzfläche mit jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen 110 erstreckt (z. B. in einem Serpentinenpfad), jede andere geeignete Anwendungsart oder eine Kombination davon sein.
Schicht 101 kann einen oder mehrere Stromabnehmer einschließen, die konfiguriert sind, um mit einer Vielzahl von Batteriezellen 110 oder einem Teilsatz davon elektrisch gekoppelt zu sein. Zum Beispiel kann die Schicht 101 eine Stromabnehmerbaugruppe einschließen, die eine Vielzahl von Stromabnehmern einschließt (die z. B. kammartige Strukturen einschließen können, die sich über die Batteriezellen in der Ebene von Schicht 101 verteilen). Jeder Stromabnehmer kann mit einem Teilsatz von einer Vielzahl von Batteriezellen 110 gekoppelt sein, um elektrische Busse zu bilden. Die elektrische Kopplung kann durch Drahtbonden, Schweißen (z. B. Ultraschallschweißen, Laserschweißen), Pressen oder Federkraft oder eine Kombination davon erreicht werden. Zur Veranschaulichung kann der Träger 102 dielektrisch oder anderweitig elektronisch nicht leitend sein und somit eine Isolierung zwischen der Schicht 101 und einer Vielzahl von Batteriezellen 110 bereitstellen. Dementsprechend kann eine Vielzahl von Leitungen an dem/den Stromabnehmer(n) und der Vielzahl von Batteriezellen 110 befestigt sein, um elektrisch leitfähige Pfade zwischen der Vielzahl von Batteriezellen zu schaffen. 110. Die Stromabnehmer können Teilsätze von Batteriezellen elektrisch parallel koppeln, wobei die Teilsätze elektrisch in Reihe geschaltet sind.
In einigen Ausführungsformen schließen die Klebstoffe 152, 155 und 156 den gleichen Klebstofftyp ein. In einigen Ausführungsformen schließen die Klebstoffe 153 und 154 jeweils den gleichen einen oder die gleichen mehreren Klebstoffe ein. Beispielsweise können die Klebstoffe 153 bis 156 jeweils zwei Klebstoffe einschließen, um ein Muster zu bilden (z. B. einen schnell härtenden und einen langsam härtenden Klebstoff). In einigen Ausführungsformen weist der Klebstoff 151 eine relativ hohe Spannungsfestigkeit auf, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Vielzahl von Batteriezellen 110 und der Schicht 101 zu verhindern (z. B. kann die Schicht 101 einen oder mehrere Stromabnehmer und Isolatoren einschließen). Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Klebstoff 151 derselbe sein wie mindestens eine Komponente oder ein Abschnitt der Klebstoffe 153 und 154.
2 zeigt eine Explosionsansicht eines veranschaulichenden Batteriemoduls 200, einschließlich zweier Batterieteilmodule und Klebeverbindungen, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Jedes der Batterieteilmodule 201 und 202 kann, muss aber nicht, das gleiche sein wie das Batteriemodul 100 von 1. Batteriemodul 200 schließt Batterieteilmodule 201 und 202, Abdeckungen 203 und 204, Kühlplatte 205, Scherwände 206 und 207, Sammelschiene 208, Anschlusssammelschienen 209 und 210, Isolationsbügel 211 und Steuerschaltung 212 ein, die unter Verwendung von Klebstoffen 251 bis 257 miteinander verbunden sind. Wie veranschaulicht, verbindet der Klebstoff 251 das Batterieteilmodul 201 mit der Kühlplatte 205; Klebstoff 252 verbindet das Batterieteilmodul 202 mit der Kühlplatte 205; Klebstoff 253 verbindet die Scherwand 206 mit den Batterieteilmodulen 201 und 202; Klebstoff 254 verbindet die Scherwand 207 mit den Batterieteilmodulen 201 und 202; Klebstoff 255 verbindet die Sammelschiene 208 mit den Batterieteilmodulen 201 und 202; Klebstoff 256 verbindet die Anschlusssammelschienen 209 und 210 mit den Batterieteilmodulen 201 bzw. 202; und Klebstoff 257 verbindet den Isolationsbügel 211 mit den Anschlusssammelschienen 209 und 210.
In einigen Ausführungsformen schließen die Klebstoffe 253, 254, 255, 256 und 257 den gleichen Klebstofftyp oder die gleichen Klebstoffe ein. Zum Beispiel können die Klebstoffe 253 bis 257 eine relativ hohe Scherfestigkeit aufweisen. In einigen Ausführungsformen weisen die Klebstoffe 251 und 252, die den gleichen Klebstofftyp einschließen können, eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um die Wärmeübertragung von den Batteriepacks 201 und 202 zu der Kühlplatte 205 zu ermöglichen.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Verfahrens 300 zum Zusammenbauen eines Batteriesystems unter Verwendung von Klebstoffen, ohne Befestigungselemente, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 300 kann z. B. angewendet werden, um ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug zu montieren, das im Vergleich zu Systemen, die unter Verwendung von Befestigungselementen montiert werden, relativ leichter und kompakter ist. Ferner können in einigen Ausführungsformen ein oder mehrere Befestigungselemente eingeschlossen werden, um eine Redundanz bei der Klebeverbindung bereitzustellen.
Schritt 302 schließt das Auftragen eines ersten Klebstofftyps auf mindestens eines von einem Träger und einer Vielzahl von Batteriezellen ein. In einigen Ausführungsformen schließt der Träger eine Vielzahl von Vertiefungen auf einer ersten Seite des Trägers ein, die zum Aufnehmen der Vielzahl von Batteriezellen konfiguriert sind. Der erste Klebstofftyp kann beliebige geeignete Eigenschaften einschließen. Zum Beispiel kann der erste Klebstofftyp (z. B. ein UV-härtender Strukturklebstoff) eine Aushärtungszeit von weniger als 60 Sekunden (z. B. durch klares Polycarbonat), eine Überlappungsscherfestigkeit von mehr als 15 MPa bei 25 C, eine Wärmeleitfähigkeit von 0,3 W/mK und eine dielektrische Durchschlagfestigkeit von mehr als 19,0 kV/mm einschließen. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der erste Klebstofftyp als Klebstoff 152 von 1 verwendet werden, der eine Vielzahl von Batteriezellen 110 mit dem Träger 102 verbindet.
Schritt 304 schließt das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen in entsprechenden Vertiefungen des Trägers ein. Der erste Klebstofftyp von Schritt 302 verbindet die Vielzahl von Batteriezellen mit dem Träger. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 304 das seitliche Anordnen der Vielzahl von Batteriezellen (z. B. in entsprechenden Vertiefungen des Trägers) und das axiale Pressen der Vielzahl von Batteriezellen ein, sodass die Enden der Vielzahl von Batteriezellen distal zu dem Träger im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu dem Träger liegen.
Schritt 306 schließt das Auftragen eines zweiten Klebstofftyps auf eine Seitenfläche einer Seitenwand, eine Seite der Vielzahl von Batteriezellen oder beides ein. Der zweite Klebstofftyp kann beliebige geeignete Eigenschaften einschließen. Zum Beispiel kann der zweite Klebstofftyp (z. B. ein UV-härtender Strukturklebstoff, der zusammen mit einem bei Umgebungstemperatur aushärtenden 2K-Strukturklebstoff verwendet wird) eine durchschnittliche Überlappungsscherfestigkeit der Verbindung zwischen 18 und 22 MPa, eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von mehr als 15,0 kV/mm und eine Aushärtungszeit für die Befestigungskraft innerhalb von 40 Minuten bei Umgebungstemperatur einschließen. Der zweite Klebstofftyp ist dielektrisch, um einen Kurzschluss zwischen der Vielzahl von Batteriezellen zu verhindern. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Klebstoff für das Übertragen von Wärme und Scherbeanspruchung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Seitenwand konfiguriert. In einigen Ausführungsformen kann der zweite Klebstofftyp eine Kombination von Klebstoffen mit unterschiedlichen Aushärtungseigenschaften einschließen. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der zweite Klebstofftyp einer der Klebstoffe 153 bis 156 aus 1 sein, die eine der Seitenwände 103 bis 106 mit einer Seite der Vielzahl von Batteriezellen 110 verbinden. In einem weiteren Beispiel können die Klebstoffe 153 und 154 jeweils mehr als einen Klebstofftyp einschließen. In einigen Ausführungsformen ist der zweite Klebstofftyp der gleiche wie der erste Klebstofftyp von Schritt 302. In einigen Ausführungsformen schließt der zweite Klebstofftyp einen schnell aushärtenden Klebstoff und einen langsam aushärtenden Klebstoff ein, und der erste Klebstofftyp von Schritt 302 und der langsam aushärtende Klebstoff sind derselbe Klebstofftyp.
Schritt 308 schließt das Positionieren der Seitenfläche der Seitenwand gegen die Seite der Vielzahl von Batteriezellen ein, damit der zweite Klebstofftyp von Schritt 306 die Seitenwand mit der Seite der Vielzahl von Batteriezellen verbindet. Es versteht sich, dass das Positionieren der Seitenfläche der Seitenwand gegen die Seite der Vielzahl von Batteriezellen das Positionieren der Seitenwand angrenzend an und beabstandet von der Seite der Batteriezellen mit dem zweiten Klebstofftyp dazwischen einschließt. In einigen Ausführungsformen können die Schritte 306 und 308 für jede Seite der Vielzahl von Batteriezellen wiederholt werden.
Schritt 310 schließt das Auftragen eines dritten Klebstofftyps auf mindestens eines von einer Stromabnehmerbaugruppe und dem Träger ein. Die Stromabnehmerbaugruppe kann zum Beispiel eine oder mehrere Sammelschienen einschließen, die konfiguriert sind, um Batteriezellen parallel, in Reihe oder in einer Kombination davon elektrisch zu koppeln. Der dritte Klebstofftyp kann beliebige geeignete Eigenschaften einschließen. Zum Beispiel kann der dritte Klebstofftyp (z. B. ein bei Umgebungstemperatur aushärtender 2K-Strukturklebstoff) eine Überlappungsscherfestigkeit der Masse von mehr als 18 MPa, eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von mehr als 15,0 kV/mm und eine Aushärtungszeit für die Befestigungskraft innerhalb von 40 Minuten bei Umgebungstemperatur einschließen (z. B. mit oder ohne eingebettete Glasperlen zum Einstellen der Kleblinie). Der dritte Klebstofftyp ist dielektrisch, um einen Kurzschluss zwischen der Vielzahl der Batteriezellen und dem Stromabnehmer, den Sammelschienen des Stromabnehmers oder beiden zu verhindern. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der dritte Klebstofftyp als Klebstoff 151 von 1 verwendet werden, der den Träger 102 mit der Schicht 101 (z. B. einer Stromabnehmerbaugruppe) verbindet.
Schritt 312 schließt das Positionieren der Stromabnehmerbaugruppe gegen eine zweite Seite des Trägers ein. Es versteht sich, dass das Positionieren der Stromabnehmerbaugruppe gegen die Seite der Vielzahl von Batteriezellen das Positionieren der Stromabnehmerbaugruppe angrenzend an und beabstandet von der zweiten Seite des Trägers mit dem dritten Klebstofftyp dazwischen einschließt. In einigen Ausführungsformen schließt Schritt 312 oder ein nachfolgender Schritt das elektrische Koppeln der Stromabnehmerbaugruppe mit der Vielzahl der Batteriezellen ein, um einen oder mehrere Busse zu bilden.
Schritt 314 schließt das Auftragen eines vierten Klebstofftyps auf mindestens eines von der Vielzahl von Batteriezellen und einer Kühlplatte ein. Der vierte Klebstofftyp kann beliebige geeignete Eigenschaften einschließen. Zum Beispiel kann der vierte Klebstofftyp (z. B. ein bei Umgebungstemperatur aushärtender 2K-Strukturklebstoff mit thermischem Füllstoff) eine Überlappungsscherfestigkeit der Masse von 14 MPa oder mehr, ein Zugmodul von mehr als 1,5 GPa, eine Wärmeleitfähigkeit zwischen 1,0 und 1,2 W/mK, eine dielektrische Durchschlagsfestigkeit von mehr als 19 kV/mm und eine Aushärtungszeit der Befestigungskraft innerhalb von 30 Minuten bei Umgebungstemperatur einschließen (z. B. mit oder ohne eingebettete Glasperlen zum Einstellen der Kleblinie). Der vierte Klebstofftyp ist dielektrisch, um einen Kurzschluss zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Kühlplatte zu verhindern. Ferner stellt der vierte Klebstofftyp eine Wärmeübertragung, eine Scherspannungsübertragung oder beides zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Kühlplatte bereit. In einem veranschaulichenden Beispiel kann der vierte Klebstofftyp als Klebstoff 251 oder 252 von 2 verwendet werden, der das Batterieteilmodul 201 oder 202 mit der Kühlplatte 205 verbindet. In einigen Ausführungsformen erfolgt das Auftragen des ersten Klebstofftyps in Schritt 302 vor dem Auftragen des vierten Klebstofftyps in Schritt 314.
Schritt 316 schließt das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen gegen die Kühlplatte ein. Zum Beispiel kann die Vielzahl der Batteriezellen gegen die Kühlplatte gepresst werden, während der vierte Klebstofftyp aushärtet. Es versteht sich, dass das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen gegen die Kühlplatte das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen angrenzend an und beabstandet von der Kühlplatte mit dem dritten Klebstofftyp dazwischen einschließt.
Verfahren 300 kann das Positionieren und Verbinden beliebiger geeigneter Komponenten in einer Batterieanordnung unter Verwendung von Klebstoffen einschließen. Zum Beispiel schließt das Verfahren 300 in einigen Ausführungsformen das Auftragen eines anderen Klebstofftyps auf mindestens eine von einer Scherwand und der Seitenwand und das Positionieren der Scherwand gegen die Seitenwand ein (z. B. verbindet der andere Klebstofftyp die Scherwand mit der Seitenwand, um der Vielzahl von Batteriezellen strukturelle Unterstützung bereitzustellen). In einem weiteren Beispiel schließt das Verfahren 300 in einigen Ausführungsformen das Auftragen eines anderen Klebstoffes ein, um mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Seitenwand zu verbinden, und das Positionieren der mindestens einen Anschlusssammelschiene gegen die Seitenwand (z. B. ist die mindestens eine Anschlusssammelschiene konfiguriert, um elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt zu werden). In einem weiteren Beispiel schließt das Verfahren 300 in einigen Ausführungsformen das Auftragen eines anderen Klebstoffes ein, um mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Kühlplatte zu verbinden (z. B. ist mindestens eine Anschlusssammelschiene konfiguriert, um thermisch mit der Kühlplatte gekoppelt zu werden). In einem weiteren Beispiel schließt das Verfahren 300 in einigen Ausführungsformen das Auftragen eines fünften Klebstoffes zum Verbinden einer Sammelschiene mit der Seitenwand und das Positionieren der Sammelschiene gegen die Seitenwand ein (z. B. ist die Sammelschiene konfiguriert, um mit der Stromabnehmerbaugruppe elektrisch gekoppelt zu werden).
Schritt 318 schließt das Aushärten eines oder mehrerer der Klebstoffe aus den Schritten 302, 306, 310 und 314 ein. Zum Beispiel kann das Aushärten die Anwendung von Wärme, die Anwendung von UV-Licht, die Anwendung eines chemischen Mittels zum Aushärten (z. B. eines Primers), das Verstreichenlassen mindestens eines vorbestimmten Zeitraums bis zu der Beanspruchung der Klebeverbindung, die Anwendung einer beliebigen anderen geeigneten Aushärtung oder einer beliebigen Kombination davon einschließen. Es versteht sich, dass Schritt 318 mehrfach ausgeführt werden kann. Zum Beispiel kann Schritt 318 nach den Schritten 302 und 304, nach den Schritten 306 und 308, nach den Schritten 310 und 312 und nach den Schritten 314 und 316 ausgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen werden die Schritte von 3 für ein zweites Teilmodul wiederholt, das auf einer zweiten Seite der Kühlplatte positioniert ist, um z. B. das Batteriemodul 200 von 2 zu bilden.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht des veranschaulichenden Batteriemoduls 400 mit den Sammelschienen 409 und 410, dem Bügel 411 und der Steuerschaltung 412, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Sammelschienen 409 und 410, der Bügel 411 und die Steuerschaltung 412 werden unter Verwendung von Klebstoff 450 befestigt, was in 4 durch punkt-gestrichelte Linien gekennzeichnet ist (z. B. die Bereiche, in denen Klebstoff aufgetragen wird und die Komponenten miteinander verbunden werden). Wie veranschaulicht, schließt das Batteriemodul 400 die Batterieteilmodule 401 und 402 (die z. B. den Batterieteilmodulen 201 und 202 von 2 ähnlich sein können), die Seitenwände 403 und 404 und die Kühlplatte 460 ein, an die die Batteriezellen der Batterieteilmodule 401 und 402 geklebt werden. Die Sammelschienen 409 und 410 werden an den jeweiligen Batterieteilmodulen 401 und 402 unter Verwendung von Klebstoff befestigt, wie durch die punkt-gestrichelten Linien angezeigt wird. Wie veranschaulicht, ist Bügel 411 an beiden Sammelschienen 409 und 410 unter Verwendung von Klebstoff befestigt, und die Steuerschaltung 412 ist an dem Bügel 411 unter Verwendung von Klebstoff befestigt. Die Sammelschienen 409 und 410 sind jeweils an der Kühlplatte 460 unter Verwendung von Klebstoff befestigt (z. B. um die Steifigkeit zu verbessern, um einen wärmeleitenden Pfad für die Wärmeübertragung auf die Kühlplatte 460 bereitzustellen, oder beides).
5 zeigt perspektivische Ansichten von Gesichtspunkten des veranschaulichenden Batteriemoduls von 4 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Panel 501 zeigt eine erweiterte Ansicht der Grenzfläche zwischen Sammelschiene 409 und Kühlplatte 460. Der Klebstoff 461 verbindet die Sammelschiene 409 mit der Kühlplatte 460 und stellt somit eine strukturelle Unterstützung, einen Pfad für die Wärmeübertragung oder beides bereit. Zum Beispiel kann der Klebstoff 461 wärmeleitend sein, um die Wärmeübertragung von der Sammelschiene 409 auf die Kühlplatte 460 zu unterstützen. In einem weiteren Beispiel kann der Klebstoff 461 dielektrisch sein, um einen Kurzschluss zwischen der Sammelschiene 409 und der Kühlplatte 460 zu verhindern (z. B. kann eine Isolierschicht oder ein anderes dielektrisches Material zusammen mit dem Klebstoff 461 eingeschlossen sein, um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern).
Panel 502 zeigt eine erweiterte Ansicht der Grenzfläche zwischen Sammelschiene 410 und Kühlplatte 460. Der Klebstoff 462 verbindet die Sammelschiene 410 mit der Kühlplatte 460 und stellt somit eine strukturelle Unterstützung, einen Pfad für die Wärmeübertragung oder beides bereit. Zum Beispiel kann der Klebstoff 462 wärmeleitend sein, um die Wärmeübertragung von der Sammelschiene 410 auf die Kühlplatte 460 zu unterstützen. In einem weiteren Beispiel kann der Klebstoff 462 dielektrisch sein, um einen Kurzschluss zwischen der Sammelschiene 410 und der Kühlplatte 460 zu verhindern (z. B. kann eine Isolierschicht oder ein anderes dielektrisches Material zusammen mit dem Klebstoff 462 eingeschlossen sein, um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern).
Panel 503 zeigt eine erweiterte Ansicht der Grenzfläche zwischen Bügel 411 und Kühlplatte 460. Der Klebstoff 463 verbindet den Bügel 411 mit der Kühlplatte 460 und stellt somit eine strukturelle Unterstützung, einen Pfad für die Wärmeübertragung oder beides bereit. Zum Beispiel kann der Klebstoff 463 wärmeleitend sein, um die Wärmeübertragung von dem Bügel 411 auf die Kühlplatte 460 zu unterstützen. In einem weiteren Beispiel kann der Klebstoff 463 dielektrisch sein, um einen Kurzschluss zwischen dem Bügel 411 und der Kühlplatte 460 zu verhindern (z. B. kann eine Isolierschicht oder ein anderes dielektrisches Material zusammen mit dem Klebstoff 463 eingeschlossen sein, um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern).
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zu Veranschaulichungszwecken und nicht einschränkend dargestellt. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die hierin ausdrücklich beschriebenen. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen davon einschließen soll, die innerhalb des Geistes der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von Batteriezellen, die zum Bereitstellen elektrischer Energie konfiguriert sind; einen Träger, der konfiguriert ist, um die Ausrichtung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten; einen Stromabnehmer, der konfiguriert ist, um elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt zu sein, um einen oder mehrere Busse zu bilden; eine Seitenwand, die konfiguriert ist, um der Vorrichtung strukturelle Unterstützung bereitzustellen; eine Kühlplatte, die konfiguriert ist, um Wärme von der Vielzahl von Batteriezellen zu übertragen sowie um der Vorrichtung eine strukturelle Unterstützung bereitzustellen; einen ersten Klebstofftyp, der eine erste Seite des Trägers mit der Vielzahl von Batteriezellen verbindet; einen zweiten Klebstofftyp, der die Seitenwand mit der Vielzahl von Batteriezellen verbindet; einen dritten Klebstofftyp, der den Stromabnehmer mit einer zweiten Seite des Trägers verbindet; und einen vierten Klebstofftyp, der die Vielzahl von Batteriezellen mit der Kühlplatte verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Vielzahl von Teilern, die unter Verwendung des ersten Klebstofftyps mit dem Träger verbunden und konfiguriert sind, um die Trennung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Seitenwand umfasst: mindestens eine kurze Seite, die mit der Vielzahl von Batteriezellen unter Verwendung des zweiten Klebstofftyps verbunden ist; und mindestens eine lange Seite, die unter Verwendung des zweiten Klebstofftyps und des dritten Klebstofftyps mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Klebstofftyp und der zweite Klebstofftyp derselbe Klebstofftyp sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Klebstofftyp einen schnell aushärtenden Klebstoff und einen langsam aushärtenden Klebstoff umfasst, und wobei der erste Klebstofftyp und der langsam aushärtende Klebstoff derselbe Klebstofftyp sind.
Verfahren zum Zusammenbauen eines Batteriesystems ohne Befestigungselemente, das Verfahren umfassend: Auftragen eines ersten Klebstofftyps auf mindestens einen von einem Träger und einer Vielzahl von Batteriezellen, wobei der Träger eine Vielzahl von Vertiefungen umfasst, die zum Aufnehmen der Vielzahl von Batteriezellen auf einer ersten Seite des Trägers konfiguriert sind; Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen in entsprechenden Vertiefungen des Trägers, wobei der erste Klebstofftyp die Vielzahl von Batteriezellen mit dem Träger verbindet; Auftragen eines zweiten Klebstofftyps auf mindestens eine von einer Seitenfläche einer Seitenwand und einer Seite der Vielzahl von Batteriezellen; Positionieren der Seitenfläche der Seitenwand gegen die Vielzahl von Batteriezellen, wobei der zweite Klebstofftyp die Seitenwand mit der Seite der Vielzahl von Batteriezellen verbindet; Auftragen eines dritten Klebstofftyps auf mindestens eines von einer Stromabnehmerbaugruppe und dem Träger; Positionieren der Stromabnehmerbaugruppe gegen eine zweite Seite des Trägers, wobei der dritte Klebstofftyp die Stromabnehmerbaugruppe mit dem Träger verbindet; Auftragen eines vierten Klebstofftyps auf mindestens eines von der Vielzahl von Batteriezellen und einer Kühlplatte; und Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen gegen die Kühlplatte, wobei der vierte Klebstofftyp die Vielzahl von Batteriezellen mit der Kühlplatte verbindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Klebstofftyp und der zweite Klebstofftyp derselbe Klebstofftyp sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Klebstofftyp einen schnell aushärtenden Klebstoff und einen langsam aushärtenden Klebstoff umfasst, und wobei der erste Klebstofftyp und der langsam aushärtende Klebstoff derselbe Klebstofftyp sind.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Auftragen eines fünften Klebstofftyps auf mindestens eine von einer Scherwand und der Seitenwand; und Positionieren der Scherwand gegen die Seitenwand, wobei der fünfte Klebstofftyp die Scherwand mit der Seitenwand verbindet, um der Vielzahl von Batteriezellen strukturelle Unterstützung bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Auftragen eines fünften Klebstofftyps, um mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Seitenwand zu verbinden; und Positionieren der mindestens einen Anschlusssammelschiene gegen die Seitenwand, wobei die mindestens eine Anschlusssammelschiene konfiguriert ist, um die mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Vielzahl von Batteriezellen elektrisch zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Auftragen eines fünften Klebstofftyps, um mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Kühlplatte zu verbinden; und Positionieren der mindestens einen Anschlusssammelschiene gegen die Kühlplatte, wobei die mindestens eine Anschlusssammelschiene konfiguriert ist, um die mindestens eine Anschlusssammelschiene mit der Vielzahl von Batteriezellen elektrisch zu koppeln.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Auftragen eines fünften Klebstofftyps, um eine Sammelschiene mit der Seitenwand zu verbinden; und Positionieren der Sammelschiene gegen die Seitenwand, wobei die Sammelschiene konfiguriert ist, um elektrisch mit der Stromabnehmerbaugruppe gekoppelt zu werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Auftragen des ersten Klebstofftyps vor dem Auftragen des vierten Klebstofftyps erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Positionieren der Vielzahl von Batteriezellen in entsprechenden Vertiefungen des Trägers umfasst: seitliches Anordnen der Vielzahl von Batteriezellen; und axiales Pressen der Vielzahl von Batteriezellen, sodass die Enden der Vielzahl von Batteriezellen distal zu dem Träger im Wesentlichen in einer Ebene parallel zu dem Träger liegen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der vierte Klebstofftyp für das Übertragen von Wärme und Scherbeanspruchung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Kühlplatte konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Klebstofftyp konfiguriert ist, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Träger und der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Klebstoff für das Übertragen von Wärme und Scherbeanspruchung zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Seitenwand konfiguriert ist.
Vorrichtung, umfassend: ein erstes Batterieteilmodul, umfassend eine erste Vielzahl von Batteriezellen; ein zweites Batterieteilmodul, umfassend eine zweite Vielzahl von Batteriezellen; eine Kühlplatte, die konfiguriert ist, um Wärme von der ersten Vielzahl von Batteriezellen und von der zweiten Vielzahl von Batteriezellen zu übertragen; eine Scherwand, die konfiguriert ist, um strukturelle Unterstützung bereitzustellen, wobei: das erste Batterieteilmodul an der Kühlplatte unter Verwendung eines ersten Klebstofftyps befestigt ist, das zweite Batterieteilmodul an der Kühlplatte unter Verwendung des ersten Klebstofftyps befestigt ist, und die Scherwand an einer ersten Seitenfläche des ersten Batterieteilmoduls und an einer zweiten Seitenfläche des zweiten Batterieteilmoduls unter Verwendung eines zweiten Klebstofftyps befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das erste Batterieteilmodul und das zweite Batterieteilmodul jeweils ferner umfassen: einen Träger, der mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden und konfiguriert ist, um die Ausrichtung der Vielzahl von Batteriezellen aufrechtzuerhalten; einen Stromabnehmer, der elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, um einen oder mehrere Busse zu bilden; und eine Seitenwand, die mit der Vielzahl von Batteriezellen verbunden und konfiguriert ist, um der Vorrichtung strukturelle Unterstützung bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner umfassend: mindestens eine Anschlusssammelschiene, die elektrisch mit der ersten Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, wobei die mindestens eine Anschlusssammelschiene unter Verwendung eines dritten Klebstofftyps an der Kühlplatte befestigt ist.