-
GEBIET DER TECHNIK
-
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Traktionsbatterieendplatte und insbesondere eine Endplatte, die sich an Traktionsbatteriezellen anpassen kann, wenn sie sich ausdehnen.
-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass elektrifizierte Fahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen angetrieben werden, die durch eine Traktionsbatterie mit Leistung versorgt werden. Die elektrischen Maschinen können die elektrifizierten Fahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine antreiben. Eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs kann eine Vielzahl von Batteriezellenbaugruppen beinhalten, die in einem oder mehreren Batteriearrays mit einem Gehäuse angeordnet sind.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Eine Traktionsbatteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Vielzahl von Batteriezellen, die entlang einer Achse angeordnet ist, eine Endplatte an einem axialen Ende der Vielzahl von Batteriezellen und einen gewellten Bereich der Endplatte. Der gewellte Bereich weist eine Vielzahl von Wellen auf, die sich verflachen, um sich an eine Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anzupassen.
-
In einem weiteren Beispiel der vorstehenden Baugruppe erstreckt sich jede der Wellen in der Vielzahl von Wellen längs von einer ersten Kante der Endplatte zu einer gegenüberliegenden zweiten Kante der Endplatte.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen erstreckt sich jede der Wellen in der Vielzahl von Wellen längs in einer Richtung senkrecht zur Achse.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist die erste Kante eine vertikal obere Kante und die zweite Kante eine vertikal untere Kante.
-
Ein weiteres Beispiel für eine beliebige der vorstehenden Baugruppen beinhaltet ein komprimierbares Material, das axial zwischen der Endplatte und der Vielzahl von Batteriezellen angeordnet ist.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen beinhaltet das komprimierbare Material eine Vielzahl axial vorstehender Teile, die in Bezug auf andere Abschnitte des komprimierbaren Materials axial verdickt ist. Jedes der axial vorstehenden Teile ist in die eine der Wellen in der Vielzahl von Wellen eingebettet.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist die Vielzahl axial vorstehender Teile um einen Abstand voneinander und von den anderen Abschnitten des komprimierbaren Materials beabstandet, sodass die axial vorstehenden Teile jeweils nicht aneinander ankoppeln und nicht an die anderen Abschnitte des komprimierbaren Materials ankoppeln.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist die Endplatte derart konfiguriert, dass das Verflachen der Vielzahl von Wellen zur Anpassung an die Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen den gewellten Bereich in Bezug auf eine erste und eine zweite Seitenkante der Endplatte axial nach außen bewegt.
-
Ein weiteres Beispiel für eine beliebige der vorstehenden Baugruppen beinhaltet eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Die Traktionsbatterie weist die Vielzahl von Batteriezellen und die Endplatte auf.
-
Eine Traktionsbatteriebaugruppe gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Vielzahl von Batteriezellen, die entlang einer Achse angeordnet ist, und eine Endplatte an einem axialen Ende der Vielzahl von Batteriezellen. Die Endplatte weist eine axial gerichtete Seite auf, die ein Profil aufweist, das gekrümmt ist, um sich an eine Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anzupassen. Das gekrümmte Profil erstreckt sich von einer ersten Außenkante der Endplatte zu einer gegenüberliegenden, zweiten Außenkante der Endplatte.
-
Ein weiteres Beispiel für die vorstehende Baugruppe beinhaltet ein komprimierbares Material, das sich axial zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Endplatte befindet.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist die Endplatte direkt mit einer Wärmetauscherplatte verbunden.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen ist das Profil ein konkaves Profil.
-
Ein weiteres Beispiel für eine beliebige der vorstehenden Baugruppen beinhaltet eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie die Vielzahl von Batteriezellen und die Endplatte aufweist.
-
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorstehenden Baugruppen sind die Endplatte und ein Batteriepackhalter Teile der gleichen durchgehenden und monolithischen Halterbaugruppe.
-
Ein Verfahren zum Anpassen an eine Ausdehnung von Batteriezellen in einer Traktionsbatterie gemäß noch einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Bereitstellen einer Vielzahl von Batteriezellen, die entlang einer Achse angeordnet ist, und ein Bereitstellen einer Endplatte, die gekrümmt ist, um sich an die Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anzupassen.
-
Ein anderes Beispiel für das vorstehende Verfahren beinhaltet ein Verflachen einer Vielzahl von Wellen in einem gewellten Bereich der Endplatte zum Bereitstellen einer Krümmung in der Endplatte, die sich an die Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anpasst.
-
In einem weiteren Beispiel eines beliebigen der vorstehenden Verfahren drückt das Ausdehnen der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse ein komprimierbares Material gegen die Vielzahl von Wellen, um die Vielzahl von Wellen zu verflachen.
-
In einem weiteren Beispiel eines beliebigen der vorstehenden Verfahren ist die Endplatte mit einem Abschnitt ausgebildet, der gekrümmt ist, um sich an eine Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anzupassen.
-
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorstehenden Verfahren beinhaltet ein direktes Befestigen äußerer Seitenflächen der Endplatte an einer Wärmetauscherplatte.
-
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
-
Figurenliste
-
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden dem Fachmann aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die Figuren, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden:
- 1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 2 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines elektrifizierten Fahrzeugs, in das der Antriebsstrang aus 1 integriert ist.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Batteriearrays aus dem Batteriepack in 2.
- 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Ende des Batteriearrays aus 3.
- 5 zeigt die Draufsicht aus 4 nach axialer Ausdehnung der Batteriezellen.
- 6 veranschaulichen eine Draufsicht auf ein Ende eines Batteriearrays, das eine Endplatte gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung aufweist.
- 7 veranschaulicht die Draufsicht aus 6 nach axialer Ausdehnung der Batteriezellen.
- 8 veranschaulicht eine Draufsicht auf zwei Batteriearrays, die jeweils eine Endplatte gemäß noch einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung aufweisen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Ein Traktionsbatteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die Energie zum Versorgen elektrischer Verbraucher mit Leistung speichert. Von Zeit zu Zeit, wie etwa beim Laden der Batteriezellen, kann sich das Außenprofil der Batteriezellen wölben oder anschwellen. Das Wölben oder Anschwellen kann bewirken, dass sich die Abmessungen der Batteriezellen ändern, was unerwünscht zu einem erhöhten Druck auf die Batteriezellen führen kann, was Verbauungsherausforderungen darstellen kann.
-
Ferner kann Druck, der während des Betriebs auf die Batteriezellen ausgeübt wird, die Leistung der Batteriezellen beeinflussen. Diese Offenbarung beschreibt im Detail Baugruppen und Verfahren zum Anpassen an eine Ausdehnung der Batteriezellen in einer Traktionsbatterie. Um sich an die Ausdehnung anzupassen, ist die Endplatte gekrümmt.
-
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Antriebsstrang 10 eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV) eine Traktionsbatterie 14, die eine Vielzahl von Batteriearrays 18 aufweist, eine Brennkraftmaschine 20, einen Elektromotor 22 und einen Generator 24. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Arten elektrischer Maschinen. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 können getrennt sein oder die Form eines kombinierten Elektromotor-Generators aufweisen.
-
Wenngleich ein PHEV abgebildet ist, versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Konzepte nicht auf PHEVs beschränkt sind und sich auf Traktionsbatterien in einer beliebigen anderen Art eines elektrifizierten Fahrzeugs erstrecken können, einschließlich unter anderem anderer Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEVs), batteriebetriebener Elektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeugen usw.
-
In dieser Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um einen Antriebsstrang mit Leistungsverzweigung, der ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus dem Motor 20 und dem Generator 24. Das zweite Antriebssystem beinhaltet zumindest den Elektromotor 22, den Generator 24 und die Traktionsbatterie 14. Der Elektromotor 22 und der Generator 24 sind Teile eines elektrischen Antriebssystems des Antriebsstrangs 10.
-
Der Motor 20 und der Generator 24 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa einen Planetenradsatz, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 20 mit dem Generator 24 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Leistungsübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
-
Der Generator 24 kann durch den Motor 20 über die Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 24 kann alternativ als ein Elektromotor zum Umwandeln von elektrischer Energie in kinetische Energie dienen, wodurch ein Drehmoment an einer Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist.
-
Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 ist mit einer Welle 40 verbunden, die über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. In anderen Beispielen könnten andere Leistungsübertragungseinheiten verwendet werden.
-
Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von dem Motor 20 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In diesem Beispiel ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
-
Der Elektromotor 22 kann selektiv eingesetzt werden, um die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er Drehmoment an eine Welle 54 ausgibt, die ebenfalls mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In dieser Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 24 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 24 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Elektromotor 22 und der Generator 24 jeweils elektrische Leistung zum Wiederaufladen der Zellen der Traktionsbatterie 14 ausgeben.
-
Unter Bezugnahme auf 2 ist in ein elektrifiziertes Fahrzeug 60 der Antriebsstrang 10 aus 1 integriert. In dem beispielhaften Fahrzeug 60 ist die Traktionsbatterie 14 des Antriebsstrangs 10 benachbart zu einem Unterboden 62 des Fahrzeugs 60 positioniert.
-
Nun unter Bezugnahme auf 3 und weiterhin unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Traktionsbatterie 14 in einer beispielhaften Ausführungsform drei Batteriearrays 18. Jedes der Batteriearrays 18 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 64, die entlang einer Achse A angeordnet ist. Endplatten 68 sind an gegenüberliegenden axialen Enden der Vielzahl von Batteriezellen 64 positioniert. Bindestangen 72 erstrecken sich zwischen den Endplatten 68, um die Vielzahl von Batteriezellen 64 entlang der Achse A aneinander zu befestigen. Die Bindestangen 72 können zum Beispiel mithilfe mechanischer Befestigungselemente direkt an den Endplatten 68 befestigt sein. Die Batteriezellen 64 und die Endplatte 68 sind auf einer Wärmetauscherplatte 76 angeordnet.
-
Unter Bezugnahme auf 4 und weiterhin unter Bezugnahme auf 3, beinhalten die beispielhaften Endplatten 68 jeweils einen gewellten Bereich 80, der eine Vielzahl von Wellen 84 beinhaltet. Der gewellte Bereich 80 des beispielhaften gewellten Bereichs 80 beinhaltet drei Wellen 84. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich jede der Wellen 84 von einer ersten Kante 88 der jeweiligen Endplatte 68 zu einer gegenüberliegenden zweiten Kante 92. In der beispielhaften Ausführungsform ist die erste Kante 88 eine vertikal obere Kante der Endplatte 68 und die zweite Kante 92 eine vertikal untere Kante der Endplatte 68. Für die Zwecke dieser Offenbarung bezieht sich vertikal auf den Boden und die allgemeine Ausrichtung der Traktionsbatterie 14 während des Betriebs des Fahrzeugs 60.
-
Die Wellen 84 erstrecken sich jeweils längs entlang einer vertikalen Achse. Die Wellen 84 erstrecken sich längs in einer Richtung senkrecht zur Achse A.
-
Axial zwischen der Endplatte 68 und der Vielzahl von Batteriezellen 64 befindet sich ein komprimierbares Material 100. Bei dem komprimierbaren Material 100 kann es sich zum Beispiel um Schaumstoff handeln. In diesem Beispiel beinhaltet das komprimierbare Material 100 vier separate Teile 104A-104D. Jedes der Teile 104A-104D ist von den anderen Teilen 104A-104D getrennt und unterscheidet sich von diesen. Ferner sind die Teile 104A-104D jeweils um einen Abstand von den anderen Teilen 104A-104D beabstandet.
-
Die Teile 104B und 104C werden als axial vorstehende Teile (oder Wülste) betrachtet, da die Teile 104B und 104C axial weiter von den Batteriezellen 64 vorstehen als die Abschnitte 104A und 104D. Die axial vorstehenden Teile 104B und 104C sind jeweils in eine der Wellen 84 in dem gewellten Bereich 80 eingebettet. Die axial vorstehenden Teile 104B und 104C sind jeweils um einen Abstand voneinander beabstandet und koppeln nicht direkt aneinander oder an die anderen Teile 104A und 104D des komprimierbaren Materials an. Die Teile 104A und 104D werden als äußere Teile betrachtet, da sich die Teile 104A und 104D in Bezug auf die Achse seitlich außerhalb der Teile 104B und 104D befinden. Eines der Teile 104A befindet sich auf einer ersten Seite der Teile 104B und 104D. Das andere der Teile 104D befindet sich auf einer gegenüberliegenden, zweiten Seite der Teile 104B und 104C.
-
Im Laufe der Zeit dehnen sich die Batteriezellen 64 aus. Die sich ausdehnenden Batteriezellen 64 können das komprimierbare Material 100 komprimieren und eine Kraft gegen die Endplatte 68 ausüben, was bewirkt, dass sich die Endplatte 68 axial nach außen biegt, wie in 5 gezeigt. Die Wellen 84 verflachen sich, wenn sich die Endplatte 68 axial nach außen wölbt. Somit verflachen sich die Wellen 84, um sich an die Ausdehnung der Batteriezellen 64 entlang der Achse A anzupassen.
-
Die sich ausdehnenden Batteriezellen 64 bewegen den gewellten Bereich 80 in Bezug auf eine erste Seitenfläche 108 der Endplatte 68 und eine zweite Seitenfläche 112 der Endplatte 68 axial nach außen. Die sich ausdehnenden Batteriezellen 64 komprimieren zudem die Teile 104A-104D.
-
Nun unter Bezugnahme auf die 6 und 7 befindet sich eine Endplatte 120 gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung an einem axialen Ende der Batteriezellen 64. Die Endplatte 120 ist über Gewindebefestigungselemente, hier Schrauben 124, die sich durch Öffnungen in der Endplatte 120 erstrecken, direkt an den Wärmetauscherplatten 76 befestigt.
-
Die Endplatte 120 weist eine axial gerichtete Seite 128 auf, die ein Profil 130 aufweist, das gekrümmt ist. Das gekrümmte Profil 130 erstreckt sich von einer ersten seitlichen Außenkante 132 der Endplatte 120 zu einer gegenüberliegenden, zweiten seitlichen Außenkante 136 der Endplatte 120.
-
Nach der anfänglichen Montage ist ein komprimierbares Material 140, wie etwa ein Schaumstoff, axial zwischen der Endplatte 120 und den Batteriezellen 64 positioniert. Wenn sich die Batteriezellen 64 im Laufe der Zeit ausdehnen, komprimieren die Batteriezellen 64 das komprimierbare Material 140 und werden in das Profil 130 der Endplatte 120 aufgenommen. Das Profil 130 der Seite 128 der Endplatte 120 ist in diesem Beispiel konkav.
-
Unter Bezugnahme auf 8 kann eine Endplatte 148 gemäß noch einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung Teil einer Batteriepackhalterbaugruppe 152 sein. Zusätzlich zu den Endplatten 148 beinhaltet die Batteriepackhalterbaugruppe 152 einen Halterabschnitt 156. Die Batteriezellen 64 werden auf dem Halterabschnitt 156 gestützt und axial zwischen gegenüberliegenden Endplatten 148 der Batteriepackhalterbaugruppe 152 gehalten. Die Endplatte 148 kann ein durchgehender, ununterbrochener Abschnitt der Halterbaugruppe 152 sein. Anders ausgedrückt ist die Halterbaugruppe 152 eine einzelne Komponente, die einen Bereich, der den Halterabschnitt 156 bereitstellt, und andere Bereiche, welche die Endplatten 148 bereitstellen, aufweist. Endplattenstrukturen, die von der Halterbaugruppe 156 getrennt sind, sind in der Ausführungsform aus 8, die als Zelle-Gehäuse-Baugruppe bezeichnet werden kann, nicht erforderlich.
-
Die Endplatten 148 weisen jeweils eine axial gerichtete Seite 160 auf, die ein Profil 164 aufweist, das gekrümmt ist. Zwischen den Seiten 160 und den Batteriezellen 64 befindet sich ein komprimierbares Material 168. Wenn sich die Batteriezellen 64 im Laufe der Zeit axial ausdehnen, komprimieren die Batteriezellen 64 das komprimierbare Material 164 und werden in das Profil 164 der Endplatten 148 aufgenommen.
-
Die vorhergehende Beschreibung ist beispielhafter und nicht einschränkender Natur. Dem Fachmann können sich Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele erschließen, die nicht zwangsläufig vom Kern dieser Offenbarung abweichen. Demnach kann der Umfang des dieser Offenbarung gewährten Rechtsschutzes nur durch Lektüre der folgenden Patentansprüche bestimmt werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Traktionsbatteriebaugruppe bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Batteriezellen, die entlang einer Achse angeordnet ist; und eine Endplatte an einem axialen Ende der Vielzahl von Batteriezellen, wobei die Endplatte eine axial gerichtete Seite aufweist, die ein Profil aufweist, das gekrümmt ist, um sich an eine Ausdehnung der Vielzahl von Batteriezellen entlang der Achse anzupassen, wobei sich das gekrümmte Profil von einer ersten Außenkante der Endplatte zu einer gegenüberliegenden, zweiten Außenkante der Endplatte erstreckt.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch ein komprimierbares Material, das sich axial zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Endplatte befindet.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Endplatte direkt mit einer Wärmetauscherplatte verbunden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das Profil ein konkaves Profil.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie die Vielzahl von Batteriezellen und die Endplatte aufweist.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind die Endplatte und ein Batteriepackhalter Teile der gleichen durchgehenden und monolithischen Halterbaugruppe.
