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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Offenbarung beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 63/403,445 , die am 2. September 2022 eingereicht wurde und durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist.
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GEBIET DER TECHNIK
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Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen Traktionsbatteriepacks und insbesondere Systeme und Verfahren zum elektrischen Verbinden von Zellenstapeln von Traktionsbatteriepacks.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Elektrifizierte Fahrzeuge können einen Traktionsbatteriepack zum Versorgen von elektrischen Maschinen und anderen elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs mit Energie beinhalten Der Traktionsbatteriepack beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen und verschiedene andere batterieinterne Komponenten, die den Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs unterstützen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Traktionsbatteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem einen ersten Zellenstapel, der einen ersten Querträger beinhaltet, einen ersten Hochspannungsanschluss, der an dem ersten Querträger montiert ist, einen zweiten Zellenstapel, der einen zweiten Querträger beinhaltet, und einen zweiten Hochspannungsanschluss, der an dem zweiten Querträger montiert ist. Der erste Hochspannungsanschluss ist an den zweiten Hochspannungsanschluss gekoppelt, um den ersten Zellenstapel und den zweiten Zellenstapel elektrisch zu verbinden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Traktionsbatteriepacks koppelt ein mechanisches Befestigungselement den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform jedes der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Hochspannungsanschluss einen ersten elektrischen Kontaktabschnitt und der zweite Hochspannungsanschluss beinhaltet einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt, der neben dem ersten elektrischen Kontaktabschnitt entlang einer vertikalen Achse angeordnet ist. Das mechanische Befestigungselement erstreckt sich entlang der vertikalen Achse, um den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss zu koppeln.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Hochspannungsanschluss einen ersten elektrischen Kontaktabschnitt und der zweite Hochspannungsanschluss beinhaltet einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt, der neben dem ersten elektrischen Kontaktabschnitt entlang einer horizontalen Achse angeordnet ist. Das mechanische Befestigungselement erstreckt sich entlang der horizontalen Achse, um den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss zu koppeln.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks koppelt eine Schweißraupe den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks koppelt eine Sammelschiene den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Hochspannungsanschluss einen Steckerabschnitt, der zum Eingreifen in einen Buchsenabschnitt des zweiten Hochspannungsanschlusses konfiguriert ist, um den ersten Zellenstapel und den zweiten Zellenstapel elektrisch zu verbinden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der Buchsenabschnitt einen ersten Arm, einen zweiten Arm und einen Schlitz, der sich zwischen dem ersten Arm und dem zweiten Arm erstreckt. Der Steckerabschnitt ist innerhalb des Schlitzes aufgenommen, um den ersten Zellenstapel und den zweiten Zellenstapel elektrisch zu verbinden.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks bilden der erste Querträger und der zweite Querträger eine Querträgerbaugruppe, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel des Traktionsbatteriepacks angeordnet ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks ist ein Entgasungsdurchgang zwischen dem ersten Querträger und dem zweiten Querträger angeordnet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks stellt eine Gehäuseabdeckung eine vertikal obere Seite des Entgasungsdurchgangs bereit und eine Gehäuseschale oder eine Wärmetauscherplatte stellt eine vertikal untere Seite des Entgasungsdurchgangs bereit.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks bildet eine durch den ersten Querträger ausgebildete Entgasungsöffnung einen Entgasungsweg zwischen dem ersten Querträger und dem zweiten Querträger.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Zellenstapel eine Vielzahl von Batteriezellen, die zwischen dem ersten Querträger und einem dritten Querträger getragen ist, und der zweite Zellenstapel beinhaltet eine andere Vielzahl von Batteriezellen, die zwischen dem zweiten Querträger und einem vierten Querträger getragen ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Hochspannungsanschluss einen Basisabschnitt, der an dem ersten Querträger montiert ist, und einen elektrischen Kontaktabschnitt, der sich in einem Querwinkel von dem Basisabschnitt weg erstreckt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet der erste Hochspannungsanschluss einen ersten elektrischen Kontaktabschnitt mit einer ersten Öffnung und der zweite Hochspannungsanschluss beinhaltet einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt mit einer zweiten Öffnung, die koaxial an der ersten Öffnung ausgerichtet ist.
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Ein Traktionsbatteriepack gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem einen ersten Zellenstapel, einen zweiten Zellenstapel, eine Querträgerbaugruppe, die zwischen dem ersten Zellenstapel und dem zweiten Zellenstapel angeordnet ist, und ein elektrisches Verbindungssystem zum elektrischen Verbinden des ersten Zellenstapels und des zweiten Zellenstapels. Das elektrische Verbindungssystem beinhaltet einen ersten Hochspannungsanschluss des ersten Zellenstapels, einen zweiten Hochspannungsanschluss des zweiten Zellenstapels und ein mechanisches Befestigungselement, das den ersten Hochspannungsanschluss an den zweiten Hochspannungsanschluss fügt.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet das mechanische Befestigungselement eine Schweißraupe. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform jedes der vorstehenden Traktionsbatteriepacks fügt die Schweißraupe eine Sammelschiene mit dem ersten Hochspannungsanschluss und dem zweiten Hochspannungsanschluss zusammen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks beinhaltet das mechanische Befestigungselement eine Schrauben-Mutter-Baugruppe.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Traktionsbatteriepacks ist der erste Hochspannungsanschluss an einem ersten Querträger der Querträgerbaugruppe montiert und der zweite Hochspannungsanschluss ist an einem zweiten Querträger der Querträgerbaugruppe montiert.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, was beliebige ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale beinhaltet, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination herangezogen werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich kurzgefasst wie folgt beschreiben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 veranschaulicht schematisch ein elektrifiziertes Fahrzeug.
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Traktionsbatteriepacks für ein elektrifiziertes Fahrzeug.
- 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie 3-3 aus 2.
- 4 veranschaulicht einen beispielhaften Zellenstapel des Traktionsbatteriepacks aus 2 und 3.
- 5 veranschaulicht ein beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem zum Verbinden benachbarter Zellenstapel eines Traktionsbatteriepacks.
- 6 veranschaulicht ein anderes beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem zum Verbinden benachbarter Zellenstapel eines Traktionsbatteriepacks.
- 7A und 7B veranschaulichen ein beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem zum Verbinden benachbarter Zellenstapel eines Traktionsbatteriepacks.
- 8 veranschaulicht noch ein anderes beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem zum Verbinden benachbarter Zellenstapel eines Traktionsbatteriepacks.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt elektrische Verbindungssysteme zum elektrischen Verbinden von Zellenstapeln eines Traktionsbatteriepacks. Beispielhafte elektrische Verbindungssysteme können einen ersten Hochspannungsanschluss eines ersten Zellenstapels und einen zweiten Hochspannungsanschluss eines zweiten Zellenstapels beinhalten. Der erste Hochspannungsanschluss kann an einem ersten Querträger des ersten Zellenstapels montiert sein und der zweite Hochspannungsanschluss kann an einem zweiten Querträger des zweiten Zellenstapels montiert sein. Der erste Hochspannungsanschluss kann an den zweiten Hochspannungsanschluss gekoppelt angeordnet sein, um den ersten Zellenstapel und den zweiten Zellenstapel elektrisch zu verbinden. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung genauer erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch ein elektrifiziertes Fahrzeug 10. Das elektrifizierte Fahrzeug 10 kann eine beliebige Art von elektrifiziertem Antriebsstrang beinhalten. In einer Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 10 ein Batterieelektrofahrzeug (Battery Electric Vehicle - BEV). Die in dieser Schrift beschriebenen Konzepte sind jedoch nicht auf BEVs beschränkt und könnten sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken, zu denen unter anderem Hybridelektrofahrzeuge (Hybrid Electric Vehicles - HEVs), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge usw. gehören. Daher könnte der Antriebsstrang des elektrifizierten Fahrzeugs 10, obwohl dies in dem Ausführungsbeispiel nicht konkret dargestellt ist, mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet sein, die entweder allein oder in Kombination mit anderen Leistungsquellen eingesetzt werden kann, um das elektrifizierte Fahrzeug 10 anzutreiben.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist das elektrifizierten Fahrzeug 10 als ein Personenkraftwagen dargestellt. Das elektrifizierte Fahrzeug 10 könnte jedoch alternativ eine Geländelimousine (SUV), ein Lieferwagen, ein Pickup oder eine beliebige andere Fahrzeugkonfiguration sein. Wenngleich in den Figuren dieser Offenbarung eine spezifische Beziehung der Komponenten veranschaulicht ist, sollen die Veranschaulichungen diese Offenbarung nicht einschränken. Die Platzierung und Ausrichtung der verschiedenen Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 10 sind schematisch gezeigt und könnten innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung variieren. Des Weiteren sind die verschiedenen dieser Offenbarung beigefügten Figuren nicht zwingend maßstabsgetreu gezeichnet und können einige Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um gewisse Details einer konkreten Komponente oder eines konkreten Systems hervorzuheben.
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In einer veranschaulichten Ausführungsform ist das elektrifizierte Fahrzeug 10 ein vollelektrisches Fahrzeug, das ausschließlich durch elektrische Leistung, wie etwa durch eine oder mehrere elektrische Maschinen 12, ohne Unterstützung von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die elektrische Maschine 12 kann als Elektromotor, elektrischer Generator oder beides betrieben werden. Die elektrische Maschine 12 nimmt elektrische Energie auf und kann die elektrische Energie in Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Räder 14 des elektrifizierten Fahrzeugs 10 umwandeln.
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Ein Spannungsbus 16 kann die elektrische Maschine 12 elektrisch mit einem Traktionsbatteriepack 18 koppeln. Das Traktionsbatteriepack 18 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Traktionsbatteriepack 18 kann eine Hochspannungs-Traktionsbatteriepackbaugruppe sein, die eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet, die in der Lage sind, elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine 12 und/oder anderer elektrischer Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 10 auszugeben. Es könnten auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 10 mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Der Traktionsbatteriepack 18 kann an einem Unterboden 20 des elektrifizierten Fahrzeugs 10 befestigt sein. Der Traktionsbatteriepack 18 könnte sich jedoch innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung an einer anderen Stelle an dem elektrifizierten Fahrzeug 10 befinden.
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2 und 3 veranschaulichen zusätzliche Details, die dem Traktionsbatteriepack 18 des elektrifizierten Fahrzeugs 10 zugeordnet sind. Der Traktionsbatteriepack 18 kann eine Vielzahl von Zellenstapeln 22 beinhalten, die innerhalb eines Innenbereichs 30 einer Gehäusebaugruppe 24 untergebracht sind. Die Gehäusebaugruppe 24 des Traktionsbatteriepacks 18 kann eine Gehäuseabdeckung 26 und eine Gehäuseschale 28 beinhalten. Die Gehäuseabdeckung 26 kann an der Gehäuseschale 28 befestigt (z. B. geschraubt, geschweißt, geklebt usw.) sein, um den Innenbereich 30 zum Unterbringen der Zellenstapel 22 und anderer batterieinterner des Traktionsbatteriepacks 18 Komponenten bereitzustellen.
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Jeder Zellenstapel 22 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 32 beinhalten. Die Batteriezellen 32 jedes Zellenstapels 22 können entlang einer Zellenstapelachse A relativ zueinander nebeneinander gestapelt sein. Die Batteriezellen 32 speichern und liefern elektrische Energie zum Versorgen verschiedener Komponenten des elektrifizierten Fahrzeugs 10 mit Energie. Obwohl eine bestimmte Anzahl von Batteriestapeln 22 und Batteriezellen 32 in den verschiedenen Figuren dieser Offenbarung veranschaulicht ist, könnte das Traktionsbatteriepack 18 eine beliebige Anzahl von Zellenstapeln 22 beinhalten, wobei jeder Zellenstapel 22 eine beliebige Anzahl von individuellen Batteriezellen 32 aufweist.
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In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 32 Lithium-Ionen-Pouch-Zellen. Innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung könnten alternativ jedoch Batteriezellen genutzt werden, die andere Geometrien (zylindrisch, prismatisch usw.) und/oder chemische Zusammensetzungen (Nickel-Metallhydrid, Blei-Säure usw.) aufweisen.
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Eine oder mehrere konstruktive Wärmemauerbaugruppen 34 können entlang der jeweiligen Zellenstapelachse A jedes Zellenstapels 22 angeordnet sein. Die konstruktiven Wärmemauerbaugruppen 34 können jeden Zellenstapel 22 in zwei oder mehr Gruppierungen oder Sektionen 36 von Batteriezellen 32 unterteilen oder aufteilen. Jede Sektion 36 kann eine oder mehrere der Batteriezellen 32 eines der Zellenstapel 22 halten. In einer Ausführungsform werden die Batteriezellen 32 jedes Zellenstapels 22 innerhalb einer von vier Sektionen 36 gehalten. Andere Konfigurationen, einschließlich Konfigurationen, die eine größere oder kleinere Anzahl von Sektionen 36 nutzen, könnten jedoch innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
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Die Batteriezellen 32 jedes Zellenstapels 22 können zwischen einem Paar von Querträgern 38 angeordnet sein. Die Querträger 38 können zum Tragen der Batteriezellen 32 und zum mindestens teilweise Abgrenzen der Zellenstapel 22 konfiguriert sein.
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Die Querträger 38 können klebend an der Gehäuseabdeckung 26 und an entweder der Gehäuseschale 28 und an einer Wärmetauscherplatte 44, die zwischen der Gehäuseschale 28 und einem oder mehreren Zellstapeln 22 positioniert ist, befestigt sein. Der Klebstoff kann diese Grenzflächen abdichten, um zu verhindern, dass Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte durch diese Bereiche entweichen.
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Unmittelbar benachbarte Querträger 38 können eine Querträgerbaugruppe 40 bilden, die zwischen benachbarten Zellenstapeln 22 des Traktionsbatteriepacks 18 angeordnet ist. Die Querträgerbaugruppen 40 können beispielsweise zum Übertragen einer an einer Seite des elektrifizierten Fahrzeugs 10 aufgebrachten Last konfiguriert sein. Jeder Querträger 38 der Querträgerbaugruppen 40 kann ein konstruktiver Träger sein, der dazu beitragen kann, Zuglasten von Dehnungs- und Drucklasten der Batteriezelle 32 aufzunehmen. Die Querträgerbaugruppen 40 sind daher zum Erhöhen der baulichen Integrität des Traktionsbatteriepacks 18 konfiguriert.
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Die Querträgerbaugruppen 40 können zudem ein Batteriepack-Entgasungssystem zum Überführen von Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukten aus dem Traktionsbatteriepack 18 während Batteriewärmeereignissen bilden. Beispielsweise können die Querträgerbaugruppen 40 Durchgänge 42 bilden (am besten in 3 gezeigt), die Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte von den Zellenstapeln 22 zu einer Position überführen können, an der die Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte aus dem Traktionsbatteriepack 18 ausgestoßen werden können.
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In der in 3 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform können der erste und der zweite benachbarte Querträger 38 eine erste Seite bzw. eine zweite Seite des Durchgangs 42 der Querträgerbaugruppe 40 bilden. Ferner kann eine vertikal obere Seite des Durchgangs 42 durch die Gehäuseabdeckung 26 gebildet werden und eine vertikal untere Seite des Durchgangs 42 kann durch eine Wärmetauscherplatte 44 gebildet werden, die gegen die Gehäuseschale 28 positioniert ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Wärmetauscherplatte 44 weggelassen werden und die vertikal untere Seite des Durchgangs 42 kann durch die Gehäuseschale 28 gebildet sein. Im Rahmen dieser Offenbarung beziehen sich vertikal und horizontal auf den Boden und eine allgemeine Ausrichtung des Traktionsbatteriepacks 18, wenn dieses innerhalb des elektrifizierten Fahrzeugs 10 von 1 eingebaut ist.
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In einer Ausführungsform erstrecken sich die Zellenstapel 22, die Querträgerbaugruppen 40 und die jeweiligen Durchgänge 42 in einer Fahrzeugquerrichtung in Längsrichtung. Es werden jedoch auch andere Konfigurationen und Ausrichtungen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung in Betracht gezogen.
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4 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und 3 einen beispielhaften Zellenstapel 22 des Traktionsbatteriepacks 18. Zusätzliche Zellenstapel 22 des Traktionsbatteriepacks 18 könnten eine identische Ausgestaltung wie der in 4 gezeigte Zellenstapel 22 oder eine ähnliche Ausgestaltung beinhalten, da ihre elektrischen Verbindungen mit benachbarten Zellenstapeln variieren können, um eine notwendige elektrische Schaltung zu vervollständigen, wie für einem Durchschnittsfachmann ersichtlich, der von dieser Offenbarung profitiert.
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Der Zellenstapel 22 kann eine Vielzahl von Zellenpaketen 46 beinhalten, die horizontal zwischen einem Paar von Querträgern 38 und in Längsrichtung (z. B. nebeneinander entlang der Zellenstapelachse A) zwischen einem Paar von Kompressionsplatten 50 gestapelt sind. Die Gesamtanzahl der Zellenpakete 46, die innerhalb des Zellenstapels 22 bereitgestellt sind, kann variieren und soll daher diese Offenbarung nicht einschränken.
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Jede Kompressionsplatte 50 kann aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein. Die Kompressionsplatten 50 können zum Aufnehmen und Aufrechterhalten einer Kompression des Zellenstapels 22 entlang der Zellenstapelachse A konfiguriert sein. Die Kompressionsplatten 50 können an den Querträgern 38 angebracht sein. In einer Ausführungsform beinhalten die Kompressionsplatten 50 Laschen 54, die durch die Querträger 38 aufgenommen werden.
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Jedes Zellenpaket 46 des Zellenstapels 22 kann eine Kombination aus Batteriezellen 32, eine oder mehrere konstruktive Wärmemauern 34 und ein oder mehrere Zellendehnungskissen 48 beinhalten, die entlang der Zellenstapelachse A gestapelt sind. Eine beispielhafte Stapelkonfiguration jedes Zellenpakets 46 kann die folgende Anordnung von Unterkomponenten beinhalten: Batteriezelle 32 - Batteriezelle 32 - Zellendehnungskissen 48 - konstruktive Wärmemauer 34 - Zellendehnungskissen 48 - Batteriezelle 32 - Batteriezelle 32 - Zellendehnungskissen 48. Die Zellenpakete 46 könnten jedoch verschiedene andere Stapelanordnungen/-konfigurationen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung verkörpern.
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Die verschiedenen Unterkomponenten jedes Zellenpakets 46 können beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffs, wie Streifen von doppelseitigem Klebeband 52, aneinander befestigt sein. Die Streifen des doppelseitigen Klebebands 52 können zwischen jedem benachbarten Paar von Unterkomponenten des Zellenpakets 46 eingesetzt sein.
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Die konstruktiven Wärmemauern 34 können jeweils eine einstückige Konstruktion oder eine mehrschichtige Sandwich-Konstruktion beinhalten, die zum Verlangsamen oder sogar Verhindern der Wärmeausbreitung von Zellenpaket zu Zellenpaket durch den Zellenstapel 22 konfiguriert ist. In einer Ausführungsform können die konstruktiven Wärmemauern 34 beispielsweise aus einem metallischen Material, wie Edelstahl oder Aluminium, oder einem thermoplastischen Material hergestellt sein. In einer anderen Ausführungsform beinhalten die konstruktiven Wärmemauern 34 (ein) Isoliermaterial(ien), wie Aerogelmaterialien oder Schaumstoffmaterialien. Es könnten jedoch andere Materialien oder Kombinationen von Materialien verwendet werden, um die konstruktiven Wärmemauern 34 mit isolierenden Eigenschaften innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung bereitzustellen.
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Die Zellendehnungskissen 48 können (ein) nachgiebige(s) Material(ien) zum Aufnehmen des Anschwellens der Batteriezelle beinhalten. Das nachgiebige Material kann beispielsweise Polyurethanschaum oder Silikonschaum beinhalten. Es könnten jedoch andere Materialien oder Kombinationen von Materialien genutzt werden, um die Zellendehnungskissen 48 mit nachgiebigen Eigenschaften innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung auszustatten.
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Jeder Querträger 38 kann einen Trägerkörper 74 und einen oder mehrere Verstärkungsabschnitte beinhalten. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet der Querträger 38 einen oberen oder ersten Verstärkungsabschnitt 76 und einen unteren oder zweiten Verstärkungsabschnitt 78. Es werden jedoch auch andere Konfigurationen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung in Betracht gezogen.
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Der Trägerkörper 74 kann eine einheitliche Konstruktion sein, die einen oberen Abschnitt 83, einen unteren Abschnitt 82 und einen Mittenabschnitt 84 beinhaltet, der sich zwischen dem oberen Abschnitt 83 und dem unteren Abschnitt 82 erstreckt und diese verbindet. Der obere Abschnitt 83 kann eine obere Plattform 86 des Querträgers 38 bilden und der untere Abschnitt 82 kann eine untere Basis 88 des Querträgers 38 bilden. Wenn sie innerhalb der Gehäusebaugruppe 24 des Traktionsbatteriepacks 18 auf die in 3 gezeigte Weise positioniert ist, kann die obere Plattform 86 eine Grenzfläche mit der Gehäuseabdeckung 26 bilden und die untere Basis 88 kann eine Grenzfläche mit der Wärmetauscherplatte 44 oder der Gehäuseschale 28 bilden.
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Der Trägerkörper 74 jedes Querträgers 38 kann aus einem beliebigen geeigneten thermoplastischen Material hergestellt sein. In einer Ausführungsform ist der Trägerkörper 74 um jeden des ersten Verstärkungsabschnitts 76 und des zweiten Verstärkungsabschnitts 78 aufgeformt. Der erste Verstärkungsabschnitt 76 kann sich daher innerhalb des oberen Abschnitts 83 des Trägerkörpers 74 erstrecken und der zweite Verstärkungsabschnitt 78 kann sich innerhalb des unteren Abschnitts 82 des Trägerkörpers 74 erstrecken. Der erste und der zweite erste Verstärkungsabschnitt 76, 78 können daher zum konstruktiven Verstärken ausgewählter Abschnitte (z. B. Spannungsbereiche) des Trägerkörpers 74 positioniert sein.
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In einer Ausführungsform beinhalten der Trägerkörper 74, der erste Verstärkungsabschnitts 76 und der zweite Verstärkungsabschnitts 78 jeweils im Wesentliche gleichwertige Längen. In anderen Umsetzungen kann die Länge des Trägerkörpers 74 größer sein als die jeweilige Länge des ersten und des zweiten ersten Verstärkungsabschnitts 76, 78.
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In einer Ausführungsform sind der erste und der zweite erste Verstärkungsabschnitt 76, 78 Pultrusionen, was eine Struktur für diese stabartigen Abschnitte impliziert. Ein Durchschnittsfachmann, der von dieser Offenbarung profitiert, würde verstehen, wie eine pultrudierte Trägerkonstruktion von einer anderen Art Konstruktion, wie einem extrudierten Träger, konstruktiv zu unterscheiden ist.
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Der erste und der zweite erste Verstärkungsabschnitt 76, 78 können als Teil eines Pultrusionsprozesses hergestellt werden, der eine Glas- oder Kohlefaser (unidirektionale oder multidirektionale Matte) und ein duroplastisches Harz verwendet. Eine Vielzahl von Glas- oder Kohlefasersträngen kann als Teil des Pultrusionsprozesses zum Herstellen des ersten und zweiten ersten Verstärkungsabschnitts 76, 78 durch das duroplastische Harz gezogen werden. Der erste und der zweite erste Verstärkungsabschnitt 76, 78 können dann durch den Trägerkörper 74 überformt werden, um einen gewünschten Querschnitt des Querträgers 38 bereitzustellen. Der Trägerkörper 74 aus einem beliebigen geeigneten thermoplastischen Material hergestellt sein.
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Jeder Querträger 38 des Zellenstapels 22 kann eine Vielzahl von Entgasungsöffnungen 56 zum Überführen von Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte durch die Träger und in einen der Durchgänge 42 beinhalten (es sei darauf hingewiesen, dass der Durchgang 42 am besten in 3 gezeigt ist). Die Entgasungsöffnungen 56 stellen somit einen Weg für Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte bereit, um sich während eines Entgasungsereignisses bei Bedarf durch die Querträger 38 und in die Durchgänge 42 zu bewegen.
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Die Entgasungsöffnungen 56 können durch den Trägerkörper 74 des Querträgers 38 ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind die Entgasungsöffnungen 56 durch den Mittenabschnitt 84 des Trägerkörpers 74 ausgebildet. Wenn die Batteriezellen 32 des Zellenstapels 22 nicht entgasen, können die Entgasungsöffnungen 56 bedeckt sein, wie durch eine unterteilte Membran 55 (siehe 3). Eine Erhöhung des Druckunterschieds, der der Entgasung einer oder mehrerer der Batteriezellen 32 zugeordnet ist, kann einen lokalen Abschnitt der unterteilten Membran 55 aufreißen, wodurch das Passieren der Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte durch die Entgasungsöffnungen 56 eines einzelnen Zellenpakets 46, das ein thermisches Ereignis erlebt, in den Durchgang 42 ermöglicht wird. Die lokalen Abschnitte der unterteilten Membran 55 können lokal abbrechen, wenn das einzelne Zellenpaket 46 das thermische Ereignis erlebt, um die Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte in den Durchgang 42 freizusetzen. Die Batteriezellen-Entgasungsnebenprodukte können auf beiden Seiten des Zellenstapels 22 aus einem Zellenpaket 46 austreten.
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Jeder Querträger 38 kann zusätzlich eine Vielzahl von Zellflachsteckeröffnungen 60 beinhalten, die vertikal unter den Entgasungsöffnungen 56 angeordnet sind. Die Zellflachsteckeröffnungen 60 können durch den Trägerkörper 74 hindurch ausgebildet sein. In einer Ausführungsform sind die Zellflachsteckeröffnungen 60 durch den Mittenabschnitt 84 des Trägerkörpers 74 ausgebildet.
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Jede Zellflachsteckeröffnung 60 kann zum Aufnehmen eines Zellflachsteckeranschlusses 62 der Batteriezellen 32 konfiguriert sein. Die Zellflachsteckeranschlüsse 62 erstrecken sich von einem Batteriezellengehäuse. Eine Aluminiumfolie kann beispielsweise das Batteriezellengehäuse bereitstellen.
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In einer Ausführungsform kann jede Zellflachsteckeröffnung 60 einen Zellflachsteckeranschluss 62 aufnehmen. In einer anderen Ausführungsform kann jede Zellflachsteckeröffnung 60 zum Aufnehmen von Zellflachsteckeranschlüssen 62 von mehreren benachbarten Batteriezellen 32 bemessen sein. Batterie-Entgasungsnebenprodukte können während thermischer Ereignisse zusätzlich zu den Entgasungsöffnungen 56 mindestens teilweise durch jede Zellflachsteckeröffnung 60 entlüftet werden.
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Der Zellenstapel 22 kann zusätzlich einen oder mehrere Hochspannungsanschlüsse 58 beinhalten. Der Hochspannungsanschluss 58 kann an einem der Querträger 38 des Zellenstapels 22 montiert sein und kann ferner mit einem oder mehreren Zellflachsteckeranschlüssen 62 des Zellenstapels 22 verbunden sein.
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Jeder Hochspannungsanschluss 58 kann einen Basisabschnitt 66 und einen elektrischen Kontaktabschnitt 68 beinhalten. Der Basisabschnitt 66 kann beispielsweise an einem Abschnitt des Querträgers 38 montiert sein, wie an den Trägerkörper 74, und der elektrische Kontaktabschnitt 68 kann sich in einem Querwinkel von dem Basisabschnitt 66 weg erstrecken (z. B. in eine Richtung weg von den Zellenpaketen 46 des Zellenstapels 22). Wie nachstehend weiter erörtert, kann der Hochspannungsanschluss 58 Teil eines elektrischen Verbindungssystems zum elektrischen Verbinden des Zellenstapels 22 mit einem benachbarten Zellenstapel des Traktionsbatteriepacks 18 bilden.
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In einer Ausführungsform besteht der Hochspannungsanschluss 58 beispielsweise aus einem metallischen Material, wie Kupfer, Aluminium oder Messing. Es könnten jedoch zusätzliche Materialien oder Kombinationen von Materialien genutzt werden, um die Hochspannungsanschlüsse 58 innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung zu konstruieren.
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5 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1-4 ein elektrisches Verbindungssystem 64 zum elektrischen Verbinden eines ersten Zellenstapels 22A und eines benachbarten zweiten Zellenstapels 22B des Traktionsbatteriepacks 18. Das elektrische Verbindungssystem 64 kann den ersten und den zweiten Zellenstapel 22A, 22B entweder in einer seriellen Strangkonfiguration oder einer parallelen Strangkonfiguration verbinden. Obwohl in 5 ein einzelnes elektrisches Verbindungssystem 64 veranschaulicht ist, könnte das Traktionsbatteriepack 18 eine Vielzahl von elektrischen Verbindungssystemen beinhalten, um die notwendigen Spannungs- und Leistungspegel zum Unterstützen des elektrischen Antriebs des elektrifizierten Fahrzeugs 10 zu erreichen.
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Das elektrische Verbindungssystem 64 kann durch einen ersten Hochspannungsanschluss 58A des ersten Zellenstapels 22A, einen zweiten Hochspannungsanschluss 58B des zweiten Zellenstapels 22B und ein mechanisches Befestigungselement 70, das den ersten Hochspannungsanschluss 58A an den zweiten Hochspannungsanschluss 58B fügt, gebildet werden. Der zweite Hochspannungsanschluss 58B kann die gleiche Polarität (z. B. für eine parallele Strangkonfiguration) oder eine andere Polarität (z. B. für eine serielle Strangkonfiguration) wie der erste Hochspannungsanschluss 58A aufweisen.
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Der erste Hochspannungsanschluss 58A kann mit einem ersten Querträger 38A des ersten Zellenstapels 22A verbunden sein und der zweite Hochspannungsanschluss 58B kann mit einem zweiten Querträger 38B des zweiten Zellenstapels 22B verbunden sein. Der erste Querträger 38A und der zweite Querträger 38B können eine der Querträgerbaugruppen 40 des Traktionsbatteriepacks 18 bilden.
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Der erste Zellenstapel 22A und der zweite Zellenstapel 22B können innerhalb des Traktionsbatteriepacks 18 benachbart zueinander positioniert sein, sodass ein erster elektrischer Kontaktabschnitt 68A des ersten Hochspannungsanschlusses 58A und ein zweiter elektrischer Kontaktabschnitt 68B des zweiten Hochspannungsanschlusses 58B entlang einer Achse 72 relativ zueinander nebeneinander angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist die Achse 72 eine vertikale Achse (siehe 5). In einer anderen Ausführungsform ist die Achse 72 eine horizontale Achse, die sich parallel zu einer Fahrzeugquerrichtung erstrecken kann (siehe 6).
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Der erste elektrische Kontaktabschnitt 68A kann eine erste Öffnung 80A beinhalten und der zweite elektrische Kontaktabschnitt 68B kann eine zweite Öffnung 80B beinhalten. Die erste Öffnung 80A und die zweite Öffnung 80B können koaxial entlang der Achse 72 ausgerichtet sein, wenn der erste und der zweite Zellenstapel 22A, 22B nebeneinander positioniert sind.
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Das mechanische Befestigungselement 70 kann durch die erste Öffnung 80A und die zweite Öffnung 80B aufgenommen werden, um den ersten elektrischen Kontaktabschnitt 68A und den zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 68B zusammenzufügen. In einer Ausführungsform ist das mechanische Befestigungselement 70 eine Schrauben-Mutter-Baugruppe. Es könnten jedoch andere mechanische Befestigungselemente, einschließlich beispielsweise Schweißnähten, verwendet werden, um den ersten elektrischen Kontaktabschnitt 68A und den zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 68B zusammenzufügen.
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Der erste elektrische Kontaktabschnitt 68A kann an den zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 68B gefügt werden, nachdem der erste Zellenstapel 22A und der zweite Zellenstapel 22B in der Gehäusebaugruppe 24 positioniert wurden. Die richtige Ausrichtung des ersten elektrischen Kontaktabschnitts 68A an dem zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 68B kann einen zuverlässigen Zusammenbau des elektrischen Verbindersystems 64 erleichtern.
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7A und 7B veranschaulichen ein anderes beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem 164 zum elektrischen Verbinden eines ersten Zellenstapels 22A und eines benachbarten zweiten Zellenstapels 22B des Traktionsbatteriepacks 18. Das elektrische Verbindungssystem 164 kann durch einen ersten Hochspannungsanschluss 158A des ersten Zellenstapels 22A und einen zweiten Hochspannungsanschluss 158B des zweiten Zellenstapels 22B gebildet werden. 7A zeigt das elektrische Verbindungssystem 164 vor dem Zusammenfügen des ersten und des zweiten Hochspannungsanschlusses 158A, 158B und 7B zeigt das elektrische Verbindungssystem 164 nach dem Zusammenfügen des ersten und des zweiten Hochspannungsanschlusses 158A, 158B.
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In dieser Umsetzung kann das elektrische Verbindungssystem 164 eine Steckausgestaltung bereitstellen, bei der ein erster elektrischer Kontaktabschnitt 168A des ersten Hochspannungsanschlusses 158A als ein Steckerabschnitt konfiguriert ist, der in einen Buchsenabschnitt eingesteckt werden kann, der durch einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 168B des zweiten Hochspannungsanschlusses 158B bereitgestellt wird. Der erste elektrische Kontaktabschnitt 168A kann an den zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 168B gefügt werden, wenn der erste Zellenstapel 22A relativ zu dem zweiten Zellenstapel 22B in Position bewegt wird.
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Der zweite elektrische Kontaktabschnitt 168B kann ein Paar beabstandeter Arme 90 beinhalten. Ein Schlitz 92 kann sich zwischen den beabstandeten Armen 90 erstrecken. Der Schlitz 92 stellt einen offenen Raum zum Aufnehmen des ersten elektrischen Kontaktabschnitts 168A bereit, um das elektrische Verbindungssystem 164 zu bilden.
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Jeder beabstandete Arm 90 kann eine Außenbeschichtung 94 beinhalten. Die Außenbeschichtung 94 kann Abschnitte des elektrischen Verbindungssystems 164 während und nach dem Zusammenbau schützen.
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8 veranschaulichen noch ein anderes beispielhaftes elektrisches Verbindungssystem 264 zum elektrischen Verbinden eines ersten Zellenstapels 22A und eines benachbarten zweiten Zellenstapels 22B des Traktionsbatteriepacks 18. Das elektrische Verbindungssystem 264 kann durch einen ersten Hochspannungsanschluss 258A des ersten Zellenstapels 22A, einen zweiten Hochspannungsanschluss 258B des zweiten Zellenstapels 22B eine Sammelschiene 96 und ein mechanisches Befestigungselement 98, das die Sammelschiene 96 an den ersten Hochspannungsanschluss 258A und den zweiten Hochspannungsanschluss 258B fügt, gebildet werden.
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Der erste Hochspannungsanschluss 258A kann mit einem ersten Zellflachsteckeranschluss 262A des ersten Zellenstapels 22 verbunden sein und der zweite Hochspannungsanschluss 258B kann mit einem zweiten Zellflachsteckeranschluss 262B des zweiten Zellenstapels 22B verbunden sein. Zum Verbinden des ersten Hochspannungsanschlusses 258A mit dem ersten Zellflachsteckeranschluss 262A und dem zweiten Hochspannungsanschluss 258B mit dem zweiten Zellflachsteckeranschluss 262B können Schweißraupen 97 verwendet werden.
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Der erste Hochspannungsanschluss 258A kann einen ersten elektrischen Kontaktabschnitt 268A beinhalten und der zweite Hochspannungsanschluss 258B kann einen zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 268B beinhalten. Der erste elektrische Kontaktabschnitt 268A und der zweite elektrische Kontaktabschnitt 268B können benachbart zueinander an einer Stelle angeordnet sein, die sich vertikal über einem ersten Querträger 38A des ersten Zellenstapels 22A und einem zweiten Querträger 38B des zweiten Zellenstapels 22B befindet. Zusammen können der erste und der zweite Querträger 38A, 38B können eine Querträgerbaugruppe 40 des Traktionsbatteriepacks 18 bilden.
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Der erste elektrische Kontaktabschnitt 268A und der zweite elektrische Kontaktabschnitt 268B können eine relativ flache Grenzfläche 99 zum Aufnehmen der Sammelschiene 96 darauf bilden. Die Sammelschiene 96 kann durch das mechanische Befestigungselement 98 an jedem von dem ersten elektrischen Kontaktabschnitt 268A und dem zweiten elektrischen Kontaktabschnitt 268B befestigt sein.
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Die elektrischen Verbindungssysteme dieser Offenbarung sind in der Lage, Zellenstapel eines Traktionsbatteriepacks zuverlässig zu verbinden. Die elektrischen Verbindungssysteme ermöglichen verschiedene Umsetzungen, einschließlich vertikal gestapelter Verbindungen, horizontaler gestapelter Verbindungen, Steckverbindungen, Verbindungen, die keine Sammelschienen benötigen, Verbindungen, die Sammelschienen benötigen, usw.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen als spezifische Komponenten oder Schritte aufweisend veranschaulicht sind, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen einander entsprechende oder ähnliche Elemente in den mehreren Ansichten kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine konkrete Komponentenanordnung offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen aber ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorstehende Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht in einschränkendem Sinne ausgelegt werden. Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass bestimmte Modifikationen durch den Geltungsbereich der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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