DE102023129799A1

DE102023129799A1 - Strukturelle baugruppe für eine batteriestruktur eines elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102023129799A1
Application number: DE102023129799.6A
Authority: DE
Inventors: Scott M. Rollins; Dominic Mario Bertolini; David Doman; Francisco Fernandez-Galindo; John Hammack Mccormick; Jason Luke Sielaff; Liam E. West
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-11-03
Filing date: 2023-10-27
Publication date: 2024-05-08
Also published as: US20240149656A1; CN117984811A

Abstract

Eine strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Fahrzeugs beinhaltet eine untere Wand und ein Paar von Querelementen. Die untere Wand ist dazu konfiguriert, einen Zellstapel zu stützen. Das Paar von Querelementen ist in einer Längsrichtung des Fahrzeugs voneinander beabstandet. Jedes Querelement stellt eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des Zellstapels bereit und ist dazu konfiguriert, sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite einer Batterieeinfassung zu erstrecken. Jedes Querelement des Paars von Querelementen beinhaltet eine Außenwand, eine Innenwand, die von der Außenwand beabstandet ist, und Verbindungselemente. Die Außenwand, die Innenwand und die Verbindungselemente wirken miteinander zusammen, um einen internen Hohlraum zu definieren. Die Innenwände des Paars von Querelementen sind an der unteren Wand gesichert und relativ zu den Außenwänden des Paars von Querelementen verschiebbar.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Elektrofahrzeuge unterscheiden sich dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie von einem oder mehreren wiederaufladbaren Batteriepacks angetrieben werden, die zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien oder beliebige andere geeignete Speichereinheiten für elektrische Leistung aufweisen. Der Batteriepack versorgt typischerweise einen oder mehrere Motoren mit Leistung, um einen Satz Räder anzutreiben, unter Verwendung von Batteriearrays. Bei einigen Elektrofahrzeugen beinhalten die Batteriearrays eine strukturelle Baugruppe, die Zellstapel umgibt und kühlt, insbesondere für Fahrzeuge, die dazu in der Lage sind, lange Strecken zurückzulegen (z. B. Elektrofahrzeuge, die dazu in der Lage sind, mehr als 500 Meilen zurückzulegen). Wenn einige Arten von Batterien altem (z. B. Pouch- und prismatische Batteriezellen), kann Gas innerhalb der Zellen erzeugt werden. Diese Gaserzeugung verursacht eine zunehmende interne Belastung. Zusätzlich können Batteriepacks verschiedenen Fahrzeug- und Aufpralllasten ausgesetzt sein.
Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit diesen und anderen Problemen in Bezug auf Batteriearrays in Elektrofahrzeugen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung eine strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs bereit. Die strukturelle Baugruppe beinhaltet eine erste untere Wand und ein Paar von ersten Querelementen. Die erste untere Wand ist dazu konfiguriert, einen ersten Zellstapel zu stützen. Das Paar von ersten Querelementen ist in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet. Jedes erste Querelement stellt eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des ersten Zellstapels bereit und ist dazu konfiguriert, sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite einer Batterieeinfassung zu erstrecken. Jedes erste Querelement umfasst eine Außenwand, eine Innenwand, die von der Außenwand beabstandet ist, und Verbindungselemente. Die Außenwand, die Innenwand und die Verbindungselemente wirken miteinander zusammen, um einen internen Hohlraum zu definieren. Die Innenwände der ersten Querelemente sind an der ersten unteren Wand gesichert und relativ zu den Außenwänden der ersten Querelemente verschiebbar.
In Variationen der strukturellen Baugruppe nach dem vorstehenden Absatz, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können, gilt Folgendes: die Innenwand eines ersten Querelements des Paars von ersten Querelementen umfasst interne Versteifungselemente, die innerhalb des internen Hohlraums angeordnet sind und sich in Richtung der Außenwand des einen ersten Querelements erstrecken; die Außenwand des einen ersten Querelements umfasst interne Versteifungselemente, die innerhalb des internen Hohlraums angeordnet sind und sich in Richtung der Innenwand des einen ersten Querelements erstrecken; die internen Versteifungselemente der Innenwand des einen ersten Querelements sind von den internen Versteifungselementen der Außenwand des einen ersten Querelements beabstandet; die internen Versteifungselemente der Innenwand des einen ersten Querelements sind von der Außenwand des einen ersten Querelements beabstandet und die internen Versteifungselemente der Außenwand des einen ersten Querelements sind von der Innenwand des einen ersten Querelements beabstandet; die Verbindungselemente jedes ersten Querelements umfassen ein oberes Verbindungselement und ein unteres Verbindungselement, wobei jedes des oberen und unteren Verbindungselements einen Kanal definiert, der ein jeweiliges Ende der Innenwand des ersten Querelements verschiebbar aufnimmt; ein Deckel deckt den ersten Zellstapel ab und ist an den Innenwänden der ersten Querelemente gesichert; die ersten Querelemente erstrecken sich nach unten an der ersten unteren Wand vorbei und erstrecken sich nach oben an dem Deckel vorbei; die erste untere Wand ist eine Kälteplatte und wobei die Kälteplatte in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem ersten Zellstapel steht; eine zweite untere Wand ist dazu konfiguriert, einen zweiten Zellstapel zu stützen; und ein Paar von zweiten Querelementen ist in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet und an Enden der zweiten unteren Wand gesichert, wobei jedes zweite Querelement eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des zweiten Zellstapels bereitstellt und dazu konfiguriert ist, sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite einer Batterieeinfassung zu erstrecken, wobei ein zweites Querelement des Paars von zweiten Querelementen mit einem ersten Querelement des Paars von ersten Querelementen verbunden ist.
In einer weiteren Form stellt die vorliegende Offenbarung eine strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs bereit. Die strukturelle Baugruppe beinhaltet eine untere Wand und ein Paar von Querelementen. Die untere Wand ist dazu konfiguriert, einen Zellstapel zu stützen, und steht in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem Zellstapel. Das Paar von Querelementen ist in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet. Jedes Querelement des Paars von Querelementen stellt eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des Zellstapels bereit und umfasst eine Außenwand, eine Innenwand, ein oberes Verbindungselement und ein unteres Verbindungselement. Die Innenwand ist von der Außenwand beabstandet und an einem Ende der unteren Wand gesichert. Das obere Verbindungselement beinhaltet ein Paar von oberen Flanschen, die sich in Richtung des unteren Verbindungselements erstrecken und miteinander zusammenwirken, um einen oberen Kanal zu definieren, der ein oberes Ende der Innenwand verschiebbar aufnimmt. Das untere Verbindungselement beinhaltet ein Paar von unteren Flanschen, die sich in Richtung des oberen Verbindungselements erstrecken und miteinander zusammenwirken, um einen unteren Kanal zu definieren, der ein unteres Ende der Innenwand verschiebbar aufnimmt.
In noch einer weiteren Form stellt die vorliegende Offenbarung eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs bereit. Die Batteriestruktur beinhaltet ein Batteriegehäuse und eine strukturelle Baugruppe, die innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet und dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Zellstapeln unterzubringen. Die strukturelle Baugruppe beinhaltet eine Vielzahl von unteren Wänden und eine Vielzahl von Querelementen. Jede untere Wand ist dazu konfiguriert, einen jeweiligen Zellstapel der Vielzahl von Zellstapeln zu stützen, und steht in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem jeweiligen Zellstapel. Die Vielzahl von Querelementen ist in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet. Jedes Querelement der Vielzahl von Querelementen ist zwischen einem entsprechenden Paar von Zellstapeln der Vielzahl von Zellstapeln positioniert. Jedes Querelement der Vielzahl von Querelementen stellt eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des entsprechenden Paars von Zellstapeln bereit und umfasst ein Paar von Außenwänden, eine Zwischenwand und Verbindungselemente. Die Verbindungselemente jedes Querelements umfassen ein oberes Verbindungselement, das ein Paar von oberen Kanälen definiert, und ein unteres Verbindungselement, das ein Paar von unteren Kanälen definiert. Jeder obere Kanal des Paars von oberen Kanälen nimmt ein oberes Ende einer jeweiligen Außenwand des Paars von Außenwänden verschiebbar auf. Jeder untere Kanal des Paars von unteren Kanälen nimmt ein unteres Ende einer jeweiligen Außenwand des Paars von Außenwänden verschiebbar auf.
In Variationen der Batteriestruktur nach dem vorstehenden Absatz beinhaltet die Batteriestruktur ferner eine Vielzahl von Deckeln. Jeder Deckel deckt einen jeweiligen Zellstapel der Vielzahl von Zellstapeln ab.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifische Beispiele lediglich Zwecken der Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Formen davon beispielhaft beschrieben, wobei Folgendes gilt:

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das eine Batteriegehäusebaugruppe gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Batteriegehäusebaugruppe aus 1;
3 ist eine weitere perspektivische Ansicht der Batteriegehäusebaugruppe aus 1, bei der ein Deckel der Batteriegehäusebaugruppe zur deutlicheren Veranschaulichung entfernt ist;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Batteriearrays der Batteriegehäusebaugruppe aus 1; und
5 ist eine Querschnittsansicht einer alternativen strukturellen Baugruppe, die in die Batteriegehäusebaugruppe aus 1 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung integriert sein kann.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keinerlei Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug 10, wie etwa ein Elektrofahrzeug, gezeigt. In dem bereitgestellten Beispiel ist das Elektrofahrzeug ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV). In anderen Beispielen kann das Elektrofahrzeug unter anderem ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV), ein Plug-in-Elektrofahrzeug (plug-in electric vehicle - PHEV) oder ein Brennstoffzellenfahrzeug sein. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Fahrzeugrahmen 12 und eine Batteriestruktur oder eine Batteriegehäusebaugruppe 14. Der Fahrzeugrahmen 12 ist die Hauptstützstruktur des Fahrzeugs 10, an der verschiedene Komponenten direkt oder indirekt angebracht sind. Der Fahrzeugrahmen 12 beinhaltet gegenüberliegende Längsträger 28a, 28b. Die Träger 28a, 28b sind voneinander beabstandet und können eine Länge des Fahrzeugrahmens 12 festlegen. In dem veranschaulichten Beispiel weist das Fahrzeug 10 eine Fahrzeugarchitektur in Rahmenbauweise auf, obwohl andere Konfigurationen verwendet werden können, wie etwa zum Beispiel eine selbsttragende Architektur.
Zum Beispiel versorgt die Batteriegehäusebaugruppe 14 einen hinteren Motor (nicht gezeigt) mit Leistung, um Hinterräder 20a, 20b eines Satzes von Hinterrädern 20 über eine Hinterachse anzutreiben, und/oder sie versorgt einen vorderen Motor (nicht gezeigt) mit Leistung, um Vorderräder 24a, 24b eines Satzes von Vorderrädern 24 über eine Vorderachse anzutreiben.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 beinhaltet die Batteriegehäusebaugruppe 14 einen Batterieträger oder ein Batteriegehäuse 30 und ein oder mehrere Batteriearrays 32 (3). Das Batteriegehäuse 30 ist eine Einfassung, die ein strukturell umgebendes und abgedichtetes Fach für die Batteriearrays 32 und andere Batteriekomponenten bereitstellt, wie etwa Kühlleitungen, Stützhalterungen und Verdrahtung, die darin angeordnet sind oder sich dadurch erstrecken. Das Batteriegehäuse 30 kann an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 10 angeordnet sein und ist an dem Fahrzeugrahmen 12 montiert. Auf diese Weise wird das Batteriegehäuse 30 durch den Fahrzeugrahmen 12 gestützt und ist von einem Fahrgastraum (nicht gezeigt) und Frachträumen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 entfernt, wodurch es keinen Raum einnimmt, der andernfalls für Fahrgäste oder Fracht verfügbar wäre. Das Batteriegehäuse 30 beinhaltet eine Abdeckung oder einen Deckel 34, einen Körper 36 und eine Dichtung (nicht gezeigt). Der Deckel 34 kann optional über mechanische Befestigungselemente, wie etwa zum Beispiel Bolzen oder Schrauben (nicht gezeigt), entfernbar an den Körper 36 gekoppelt sein. Auf diese Weise kann der Deckel 34 entfernt werden, um die Batteriearrays 32, die innerhalb des Batteriegehäuses 30 angeordnet sind, zu warten.
Der Körper 36 beinhaltet eine Vielzahl von Seitenwänden oder -verkleidungen 36a und eine untere Wand oder eine untere Verkleidung 36b. Die Seitenwände 36a können zum Beispiel durch Stanzen hergestellt werden und erstrecken sich in einer vertikalen Richtung Z. Die Seitenwände 36a definieren eine Außengrenze des Batteriegehäuses 30 und sind zum Beispiel durch Schweißen oder einen Klebstoff aneinander gesichert. Die untere Wand 36b stützt die Batteriearrays 32, die innerhalb des Batteriegehäuses 30 angeordnet sind, und ist an unteren Abschnitten der Seitenwände 36a gesichert. Die Dichtung ist um einen Umfang des Körpers 36 herum angeordnet und steht mit dem Körper 36 und dem Deckel 34 in Eingriff. Auf diese Weise wird verhindert, dass Fluide, Schmutz und andere Materialien in das Batteriegehäuse 30 eindringen.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 kann jedes Batteriearray 32 wiederaufladbar sein und kann einen oder mehrere Zellstapel 39 beinhalten, die durch Batteriezellen 40 gebildet sind (z. B. Lithiumionenbatterien, wie etwa diejenigen, bei denen die Zellkomponenten in einer aluminiumbeschichteten Kunststofffolie eingeschlossen sind, oder beliebige andere geeignete Speichereinheiten für elektrische Leistung). In dem veranschaulichten Beispiel sind die Zellstapel 39 durch Batteriezellen 40 gebildet, die in einer nebeneinanderliegenden Konfiguration angeordnet sind. In einigen Formen können die Zellstapel durch Batteriezellen gebildet sein, die in einer vertikalen Anordnung übereinander gestapelt sind. Jedes Batteriearray 32 umfasst eine strukturelle Baugruppe 42, die den Zellstapel 39 umgibt und stützt. In einigen Formen stehen die Batteriearrays 32 über Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) in Fluidverbindung miteinander. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass Fluid, wie etwa zum Beispiel Glycol, durch die strukturelle Baugruppe 42 jedes Batteriearrays 32 strömt, wodurch die Batteriezellen 40 gekühlt werden.
Jede strukturelle Baugruppe 42 liegt in Form einer modularen Struktur vor, die innerhalb des Batteriegehäuses 30 installiert und aus diesem entfernt werden kann. Jede strukturelle Baugruppe 42 überspannt zudem im Wesentlichen eine gesamte Breite des Batteriegehäuses 30 und ist dazu konfiguriert, Lasten von einer Seite des Batteriegehäuses 30 auf eine gegenüberliegende Seite des Batteriegehäuses 30 zu übertragen, zum Beispiel während bestimmter Seitenaufpralle. Anders ausgedrückt ist jede modulare strukturelle Baugruppe 42 dazu konfiguriert, die Batteriezellen 40 unterzubringen und Lasten während bestimmter Seitenaufpralle von den Batteriezellen 40 weg zu übertragen.
Jede strukturelle Baugruppe 42 kann entfernbar an das Batteriegehäuse 30 gekoppelt sein und beinhaltet eine Kälteplatte 44, einen Deckel 48 und ein Paar von Querelementen 50. In dem veranschaulichten Beispiel wird die Kälteplatte 44 zum Beispiel durch einen Stanzprozess hergestellt und besteht aus einem Metallmaterial. In einigen Formen kann die Kälteplatte 44 durch andere Herstellungsprozesse, wie etwa zum Beispiel einen Extrusionsprozess, hergestellt werden. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Kälteplatte 44 eine untere Wand, die dazu konfiguriert ist, den Zellstapel 39 zu stützen, und in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem Zellstapel 39 steht. In einigen Formen kann die Kälteplatte 44 eine Wand sein, die eine jeweilige Seite des Zellstapels 39 stützt, oder eine Wand, die eine Oberseite des Zellstapels 39 abdeckt. In einem Beispiel berührt eine obere Fläche der Kälteplatte 44 ein unteres Ende des Zellstapels 39, sodass durch den Zellstapel 39 erzeugte Wärme auf die Kälteplatte 44 übertragen wird. Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „Wärmeübertragungsbeziehung“ so auszulegen, dass er eine Anordnung bezeichnet, bei der Wärme von dem Zellstapel 39 durch Wärmeleitung direkt oder indirekt auf eine oder mehrere Kälteplatten der strukturellen Baugruppe 42 übertragen wird. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Kälteplatte 44 zudem an dem Paar von Querelementen 50 gesichert. Die Kälteplatte 44 weist eine einheitliche Dicke auf und beinhaltet einen Stützabschnitt 44a und ein Paar von Flanschen 44b. Der Stützabschnitt 44a erstreckt sich in einer horizontalen Richtung und stützt den Zellstapel 39. Jeder Flansch 44b erstreckt sich von einem jeweiligen Ende des Stützabschnitts 44a in einer vertikalen Richtung nach unten und ist an einem jeweiligen Querelement 50 des Paars von Querelementen 50 gesichert (d. h., jeder Flansch 44b erstreckt sich senkrecht von dem Stützabschnitt 44a). In dem veranschaulichten Beispiel ist jeder Flansch 44b durch Schweißen an dem jeweiligen Querelement 50 gesichert. In einigen Formen kann jeder Flansch 44b durch mechanische Befestigungselemente (nicht gezeigt), wie etwa zum Beispiel Nieten, Schrauben oder Bolzen, an dem jeweiligen Querelement 50 gesichert sein.
Der Deckel 48 besteht aus einem Metallmaterial und deckt den Zellstapel 39 ab. Der Deckel 48 weist eine massive Struktur auf und beinhaltet eine einheitliche Dicke, die geringer als eine Dicke der Querelemente 50 ist. Der Deckel 48 ist an dem Paar von Querelementen 50 gesichert und ist zwischen dem Paar von Querelementen 50 angeordnet. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Deckel 48 an das Paar von Querelementen 50 geschweißt. In einigen Formen kann der Deckel 48 durch mechanische Befestigungselemente (nicht gezeigt), wie etwa zum Beispiel Nieten, Schrauben oder Bolzen, an dem Paar von Querelementen 50 gesichert sein. Der Deckel 48 erstreckt sich in einer horizontalen Richtung und deckt eine Oberseite des Zellstapels 39 ab. In dem veranschaulichten Beispiel erstrecken sich die Querelemente 50 nach oben an dem Deckel 48 vorbei. Anders ausgedrückt ist der Deckel 48 an dem Querelement 50 an einer Stelle unter einem obersten Ende der Querelemente 50 gesichert.
Das Paar von Querelementen 50 ist in der Längsrichtung des Fahrzeugs 10 voneinander beabstandet und erstreckt sich in einer Querrichtung relativ zu der Längsrichtung des Fahrzeugs 10. Jedes Querelement 50 stützt eine jeweilige Seite des Zellstapels 39 und besteht aus einem Metallmaterial, wie etwa zum Beispiel Aluminium. In dem veranschaulichten Beispiel erstreckt sich jedes Querelement 50 nach unten an der Kälteplatte 44 vorbei.
Jedes Querelement 50 beinhaltet eine Außenwand 60, eine Innenwand 62, Verbindungselemente 64a, 64b und eine Vielzahl von internen Versteifungselementen 66a, 66b. Die Außenwand 60 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung und definiert eine Außengrenze des Batteriearrays 32. Die Innenwand 62 ist von der Außenwand 60 beabstandet und erstreckt sich in einer vertikalen Richtung. In dem veranschaulichten Beispiel sind die Innenwände 62 des Paars von Querelementen 50 an dem Deckel 48 und der Kälteplatte 44 gesichert, um einen Behälter zu definieren, in dem der Zellstapel 39 angeordnet ist. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Kälteplatte 44 an den Innenwänden 62 des Paars von Querelementen 50 an einer Stelle über den Verbindungselementen 64b gesichert und ist der Deckel 48 an den Innenwänden 62 des Paars von Querelementen 50 an einer Stelle unter den Verbindungselementen 64a gesichert. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Innenwand 62 jedes Querelements 50 eine Einzelkomponente, die sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite der Batteriestruktur 14 erstreckt. In einigen Konfigurationen besteht die Innenwand 62 jedes Querelements 50 aus zwei oder mehreren benachbarten Komponenten, die sich zusammen im Wesentlichen über eine gesamte Breite der Batteriestruktur 14 erstrecken. In einigen Formen der vorstehenden Konfiguration können die zwei oder mehreren benachbarten Komponenten der Innenwand 62 jedes Querelements 50 voneinander getrennt (verschieden) sein. In anderen Formen der vorstehenden Konfiguration können die zwei oder mehreren benachbarten Komponenten der Innenwand 62 jedes Querelements 50 durch Schweißen, Klebstoffe, Befestigungselemente oder beliebige andere geeignete Anbringungsmittel miteinander verbunden sein.
Das Verbindungselement 64a verbindet den oberen Teil der Innenwand 62 mit einem oberen Teil der Außenwand 60. Das Verbindungselement 64a beinhaltet einen Körperabschnitt 65a, einen äußeren Flanschabschnitt 65b und einen inneren Flanschabschnitt 65c. Der Körperabschnitt 65a erstreckt sich in einer Horizontalen von der Außenwand 60 eines jeweiligen Querelements 50 an der Innenwand 62 des jeweiligen Querelements 50 vorbei. Der äußere Flanschabschnitt 65b erstreckt sich von einem Ende des Körperabschnitts 65a in einer vertikalen Richtung nach unten. Der äußere Flanschabschnitt 65b befindet sich außerdem über einem jeweiligen Ende des Deckels 48 und ist davon beabstandet. Der innere Flanschabschnitt 65c erstreckt sich von dem Körperabschnitt 65a in einer vertikalen Richtung nach unten und befindet sich zwischen der Außenwand 60 und dem äußeren Flanschabschnitt 65b. In dem veranschaulichten Beispiel ist der innere Flanschabschnitt 65c benachbart zu dem äußeren Flanschabschnitt 65b (d. h., der innere Flanschabschnitt 65c ist näher an dem äußeren Flanschabschnitt 65b als an der Außenwand 60), sodass der innere Flanschabschnitt 65c und der äußere Flanschabschnitt 65b einen Kanal 67 definieren, in dem ein oberes Ende der Innenwand 62 verschiebbar aufgenommen ist. Der innere Flanschabschnitt 65c erstreckt sich außerdem nach unten an dem äußeren Flanschabschnitt 65b vorbei.
Das Verbindungselement 64b verbindet den unteren Teil der Innenwand 62 mit einem unteren Teil der Außenwand 60. Das Verbindungselement 64b beinhaltet einen Körperabschnitt 69a, einen äußeren Flanschabschnitt 69b und einen inneren Flanschabschnitt 69c. Der Körperabschnitt 69a erstreckt sich in einer Horizontalen von der Außenwand 60 eines jeweiligen Querelements 50 an der Innenwand 62 des jeweiligen Querelements 50 vorbei. Der äußere Flanschabschnitt 69b erstreckt sich von einem Ende des Körperabschnitts 69a in einer vertikalen Richtung nach oben. Der äußere Flanschabschnitt 69b befindet sich außerdem unter einem jeweiligen Flansch 44b der Kälteplatte 44. Der äußere Flanschabschnitt 69b ist von dem jeweiligen Flansch 44b der Kälteplatte 44 beabstandet. Der innere Flanschabschnitt 69c erstreckt sich von dem Körperabschnitt 69a in einer vertikalen Richtung nach oben und befindet sich zwischen der Außenwand 60 und dem äußeren Flanschabschnitt 69b. In dem veranschaulichten Beispiel ist der innere Flanschabschnitt 69c benachbart zu dem äußeren Flanschabschnitt 69b, sodass der innere Flanschabschnitt 69c und der äußere Flanschabschnitt 69b einen Kanal 71 definieren, in dem ein unteres Ende der Innenwand 62 verschiebbar aufgenommen ist (d. h., der innere Flanschabschnitt 69c ist näher an dem äußeren Flanschabschnitt 69b als an der Außenwand 60). Der innere Flanschabschnitt 69c erstreckt sich außerdem nach oben an dem äußeren Flanschabschnitt 69b vorbei. Die Innenwände 62 des Paars von Querelementen 50, die Kälteplatte 44 und der Deckel 48 sind aneinander gesichert, um einen Behälter zu definieren, der den Zellstapel 39 unterbringt und relativ zu den Außenwänden 60 des Paars von Querelementen 50 verschiebbar ist.
Die Außenwand 60, die Innenwand 62 und die Verbindungselemente 64a, 64b wirken zusammen, um einen internen Hohlraum 80 zu definieren. Die internen Versteifungselemente 66a sind innerhalb des internen Hohlraums 80 angeordnet und erstrecken sich in einer horizontalen Richtung von der Außenwand 60 in Richtung der Innenwand 62. In dem veranschaulichten Beispiel sind die internen Versteifungselemente 66a in einer vertikalen Richtung voneinander beabstandet und von der Innenwand 62 des Querelements 50 beabstandet. Die internen Versteifungselemente 66b sind innerhalb des internen Hohlraums 80 angeordnet und erstrecken sich in einer horizontalen Richtung von der Innenwand 62 in Richtung der Außenwand 60. In dem veranschaulichten Beispiel sind die internen Versteifungselemente 66b in einer vertikalen Richtung voneinander beabstandet und von der Außenwand 60 des Querelements 50 beabstandet. Auf diese Weise wird ein Verschieben der Innenwände 62 der Querelemente 50 relativ zu den Außenwänden 60 der Querelemente 50 ermöglicht. In dem veranschaulichten Beispiel sind die internen Versteifungselemente 66a und die internen Versteifungselemente 66b in einer abwechselnden Konfiguration angeordnet.
Wie in 3 gezeigt, ist eine erste Endwand 82 vertikal ausgerichtet und an der strukturellen Baugruppe 42 gesichert. In einem Beispiel ist die erste Endwand 82 an einem oder beiden von dem Paar von Querelementen 50, dem Deckel 48 und/oder der Kälteplatte 44 gesichert. Die erste Endwand 82 deckt ein erstes Ende des Zellstapels 39 ab und stützt dieses (4). Gleichermaßen ist eine zweite Endwand 84, die der ersten Endwand 82 gegenüberliegt, vertikal ausgerichtet und an der strukturellen Baugruppe 42 gesichert. In einem Beispiel ist die zweite Endwand 84 an einem oder beiden von dem Paar von Querelementen 50, dem Deckel 48 und/oder der Kälteplatte 44 gesichert. Die zweite Endwand 84 deckt ein zweites Ende des Zellstapels 39 (4), das dem ersten Ende des Zellstapels 39 gegenüberliegt, ab und stützt dieses (4). Die Endwände 82, 84 sind an der strukturellen Baugruppe 42 gesichert, sodass die Endwände 82, 84 und die strukturelle Baugruppe 42 zusammenwirken, um ein strukturelles umgebendes und abgedichtetes Fach für den Zellstapel 39 zu bilden (4). In einem Beispiel sind die erste und die zweite Endwand 82, 84 an Versteifungsblechen (nicht gezeigt) gesichert, die wiederum an dem Batteriegehäuse 30 gesichert sind.
Die strukturelle Baugruppe 42 der vorliegenden Offenbarung stellt mehrere Funktionen bereit, wie etwa Lastwege, Wärmeübertragung und Fluidströmungswege. In einem Beispiel sind die Querelemente 50 jeder strukturellen Baugruppe 42 dazu konfiguriert die Batteriezellen 40 unterzubringen und Lasten während bestimmter Seitenaufpralle über das Batteriegehäuse 30 von den Batteriezellen 40 weg zu übertragen. In einigen Formen kann die strukturelle Baugruppe 42 additiv gefertigt sein, wobei eine oder mehrere Wände eine interne Gitterstruktur beinhalten, um Fluidströmungswege für Kühlfluid bereitzustellen, das durch die strukturelle Baugruppe 42 strömt.
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine strukturelle Baugruppe 142 veranschaulicht. Die strukturelle Baugruppe 142 kann anstelle der strukturellen Baugruppe 42 in die vorstehend beschriebene Batteriegehäusebaugruppe 14 integriert sein. Die Struktur und Funktion der strukturellen Baugruppe 142 können bis auf beliebige nachstehend genannte Unterschiede ähnlich wie die der vorstehend beschriebenen strukturellen Baugruppe 42 oder damit identisch sein.
Die strukturelle Baugruppe 142 umgibt und stützt eine Vielzahl von Zellstapeln 139. Die strukturelle Baugruppe 142 beinhaltet eine Vielzahl von Kälteplatten 144, eine Vielzahl von Deckeln 148 und eine Vielzahl von Querelementen 150.
Die Struktur und Funktion der Kälteplatten 144 und der Deckel 148 können ähnlich wie die der vorstehend beschriebenen Kälteplatte 44 bzw. des vorstehend beschriebenen Deckels 48 sein und werden daher nicht erneut näher beschrieben.
Jedes Querelement 150 ist zwischen zwei benachbarten Zellstapeln 139 angeordnet und stützt eine jeweilige Seite der zwei Zellstapel 139. Jedes Querelement 150 beinhaltet ein Paar von Außenwänden 160, eine Zwischenwand 162, Verbindungselemente 164a, 164b und eine Vielzahl von internen Versteifungselementen 166. Jede Außenwand 160 ist von der Zwischenwand 162 beabstandet und erstreckt sich in einer vertikalen Richtung. In dem veranschaulichten Beispiel ist jede Außenwand 160 an einem jeweiligen Deckel 148 und einer jeweiligen Kälteplatte 144 gesichert, um einen Behälter zu definieren, in dem ein jeweiliger Zellstapel 139 angeordnet ist. Jede Außenwand 160 ist außerdem relativ zu der Zwischenwand 162 und den Verbindungselementen 164a, 164b verschiebbar. Die Zwischenwand 162 erstreckt sich in einer vertikalen Richtung und ist zwischen dem Paar von Außenwänden 160 angeordnet. Die Zwischenwand 162 erstreckt sich außerdem von dem Verbindungselement 164a zu dem Verbindungselement 164b.
Das Verbindungselement 164a verbindet den oberen Teil der Zwischenwand 162 mit oberen Teilen der Außenwände 160. Das Verbindungselement 164a beinhaltet einen Körperabschnitt 165a, ein Paar von äußeren Flanschabschnitten 165b und ein Paar von inneren Flanschabschnitten 165c. Jeder äußere Flanschabschnitt 165b erstreckt sich von einem jeweiligen Ende des Körperabschnitts 165a in einer vertikalen Richtung nach unten. Jeder äußere Flanschabschnitt 165b befindet sich außerdem über einem jeweiligen Ende des Deckels 148 und ist davon beabstandet. Jeder innere Flanschabschnitt 165c erstreckt sich von dem Körperabschnitt 165a in einer vertikalen Richtung nach unten und befindet sich zwischen der Zwischenwand 162 und einem jeweiligen äußeren Flanschabschnitt 165b. In dem veranschaulichten Beispiel ist der innere Flanschabschnitt 165c benachbart zu dem jeweiligen äußeren Flanschabschnitt 165b, sodass der innere Flanschabschnitt 165c und der jeweilige äußere Flanschabschnitt 165b einen Kanal 167 definieren, in dem ein oberes Ende einer jeweiligen Außenwand 162 verschiebbar aufgenommen ist. Der innere Flanschabschnitt 165c erstreckt sich außerdem nach unten an dem äußeren Flanschabschnitt 165b vorbei.
Das Verbindungselement 164b verbindet den unteren Teil der Zwischenwand 162 mit unteren Teilen der Außenwände 160. Das Verbindungselement 164b beinhaltet einen Körperabschnitt 169a, ein Paar von äußeren Flanschabschnitten 169b und ein Paar von inneren Flanschabschnitten 169c. Jeder äußere Flanschabschnitt 169b erstreckt sich von einem jeweiligen Ende des Körperabschnitts 169a in einer vertikalen Richtung nach oben. Jeder äußere Flanschabschnitt 169b befindet sich außerdem unter einem jeweiligen Ende der Kälteplatte 144 und ist davon beabstandet. Jeder innere Flanschabschnitt 169c erstreckt sich von dem Körperabschnitt 169a in einer vertikalen Richtung nach oben und befindet sich zwischen der Zwischenwand 162 und einem jeweiligen äußeren Flanschabschnitt 169b. In dem veranschaulichten Beispiel ist der innere Flanschabschnitt 169c benachbart zu dem jeweiligen äußeren Flanschabschnitt 169b, sodass der innere Flanschabschnitt 169c und der jeweilige äußere Flanschabschnitt 169b einen Kanal 171 definieren, in dem ein unteres Ende einer jeweiligen Außenwand 162 verschiebbar aufgenommen ist. Der innere Flanschabschnitt 169c erstreckt sich außerdem nach oben an dem jeweiligen äußeren Flanschabschnitt 169b vorbei.
Die Außenwände 160, die Zwischenwand 162 und die Verbindungselemente 164a, 164b wirken zusammen, um einen internen Hohlraum 180 zu definieren. Die internen Versteifungselemente 166 sind innerhalb des internen Hohlraums 180 angeordnet und erstrecken sich in einer horizontalen Richtung. Das heißt, eine Vielzahl der internen Versteifungselemente 166 erstreckt sich von der Zwischenwand 162 in Richtung einer Außenwand 160 des Paars von Außenwänden 160 und eine Vielzahl der internen Versteifungselemente 166 erstreckt sich von der Zwischenwand 162 in Richtung der anderen Außenwand 160 des Paars von Außenwänden 160. In dem veranschaulichten Beispiel sind die internen Versteifungselemente 166 von den Außenwänden 162 des Querelements 150 beabstandet. Auf diese Weise wird ein Verschieben der Außenwände 160 der Querelemente 150 relativ zu den Zwischenwänden 162 der Querelemente 150 ermöglicht.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile von Zusammensetzungen, Abmessungen und/oder Toleranzen oder andere Kenngrößen angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen gewünscht, einschließlich industrieller Praxis, Material, Fertigung und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit.
Wie in dieser Schrift verwendet, sollte die Formulierung mindestens eines von A, B und C dahingehend ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht ausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sollen Variationen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt, die Folgendes aufweist: eine untere Wand, die dazu konfiguriert ist, einen Zellstapel zu stützen, und in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem Zellstapel steht; und ein Paar von Querelementen, die in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet sind, wobei jedes Querelement des Paars von Querelementen eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des Zellstapels bereitstellt und eine Außenwand, eine Innenwand, ein oberes Verbindungselement und ein unteres Verbindungselement umfasst, wobei die Innenwand von der Außenwand beabstandet ist und an einem Ende der unteren Wand gesichert ist, wobei das obere Verbindungselement ein Paar von oberen Flanschen beinhaltet, die sich in Richtung des unteren Verbindungselements erstrecken und miteinander zusammenwirken, um einen oberen Kanal zu definieren, der ein oberes Ende der Innenwand verschiebbar aufnimmt, wobei das untere Verbindungselement ein Paar von unteren Flanschen beinhaltet, die sich in Richtung des oberen Verbindungselements erstrecken und miteinander zusammenwirken, um einen unteren Kanal zu definieren, der ein unteres Ende der Innenwand verschiebbar aufnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Innenwand eines jeweiligen Querelements interne Versteifungselemente, die sich in Richtung der Außenwand des jeweiligen Querelements erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Außenwand des jeweiligen Querelements interne Versteifungselemente, die sich in Richtung der Innenwand des jeweiligen Querelements erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform sind die internen Versteifungselemente der Innenwand von den internen Versteifungselementen der Außenwand beabstandet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Außenwand des jeweiligen Querelements interne Versteifungselemente, die sich in Richtung der Innenwand des jeweiligen Querelements erstrecken.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch einen Deckel, der den Zellstapel abdeckt und an den Innenwänden des Paars von Querelementen gesichert ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Deckel und die untere Wand an den Innenwänden des Paars von Querelementen gesichert, um eine vereinheitlichte Struktur zu bilden, die den Zellstapel unterbringt.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Innenwand jedes Querelements des Paars von Querelementen nach unten an der unteren Wand vorbei und erstreckt sich nach oben an dem Deckel vorbei.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Batteriestruktur für ein Elektrofahrzeug bereitgestellt, die Folgendes aufweist: ein Batteriegehäuse; und eine strukturelle Baugruppe, die innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet und dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von Zellstapeln unterzubringen, wobei die strukturelle Baugruppe Folgendes umfasst: eine Vielzahl von unteren Wänden, wobei jede untere Wand dazu konfiguriert ist, einen jeweiligen Zellstapel der Vielzahl von Zellstapeln zu stützen, und in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem jeweiligen Zellstapel steht; und eine Vielzahl von Querelementen, die in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet sind, wobei jedes Querelement der Vielzahl von Querelementen zwischen einem entsprechenden Paar von Zellstapeln der Vielzahl von Zellstapeln positioniert ist, wobei jedes Querelement der Vielzahl von Querelementen eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des entsprechenden Paars von Zellstapeln bereitstellt und ein Paar von Außenwänden, eine Zwischenwand und Verbindungselemente umfasst, wobei die Verbindungselemente jedes Querelements ein oberes Verbindungselement, das ein Paar von oberen Kanäle definiert, und ein unteres Verbindungselement, das ein Paar von unteren Kanälen definiert, umfassen, wobei jeder obere Kanal des Paars von oberen Kanälen ein oberes Ende einer jeweiligen Außenwand des Paars von Außenwänden verschiebbar aufnimmt, wobei jeder untere Kanal des Paars von unteren Kanälen ein unteres Endes einer jeweiligen Außenwand des Paars von Außenwänden verschiebbar aufnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch eine Vielzahl von Deckeln gekennzeichnet, wobei jeder Deckel einen jeweiligen Zellstapel der Vielzahl von Zellstapeln abdeckt.

Claims

Strukturelle Baugruppe für eine Batteriestruktur eines Elektrofahrzeugs, wobei die strukturelle Baugruppe Folgendes umfasst: eine erste untere Wand, die dazu konfiguriert ist, einen ersten Zellstapel zu stützen; und ein Paar von ersten Querelementen, die in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet sind, wobei jedes erste Querelement eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des ersten Zellstapels bereitstellt und dazu konfiguriert ist, sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite einer Batterieeinfassung zu erstrecken, wobei jedes erste Querelement eine Außenwand, eine Innenwand, die von der Außenwand beabstandet ist, und Verbindungselemente umfasst, wobei die Außenwand, die Innenwand und die Verbindungselemente miteinander zusammenwirken, um einen internen Hohlraum zu definieren, und wobei die Innenwände der ersten Querelemente an der ersten unteren Wand gesichert und relativ zu den Außenwänden der ersten Querelemente verschiebbar sind.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Innenwand eines ersten Querelements des Paars von ersten Querelementen interne Versteifungselemente umfasst, die innerhalb des internen Hohlraums angeordnet sind und sich in Richtung der Außenwand des einen ersten Querelements erstrecken.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 2, wobei die Außenwand des einen ersten Querelements interne Versteifungselemente umfasst, die innerhalb des internen Hohlraums angeordnet sind und sich in Richtung der Innenwand des einen ersten Querelements erstrecken.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die internen Versteifungselemente der Innenwand des einen ersten Querelements von den internen Versteifungselementen der Außenwand des einen ersten Querelements beabstandet sind.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die internen Versteifungselemente der Innenwand des einen ersten Querelements von der Außenwand des einen ersten Querelements beabstandet sind und wobei die internen Versteifungselemente der Außenwand des einen ersten Querelements von der Innenwand des einen ersten Querelements beabstandet sind.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Verbindungselemente jedes ersten Querelements ein oberes Verbindungselement und ein unteres Verbindungselement umfassen, wobei jedes des oberen und unteren Verbindungselements einen Kanal definiert, der ein jeweiliges Ende der Innenwand des ersten Querelements verschiebbar aufnimmt.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Deckel, der den ersten Zellstapel abdeckt und an den Innenwänden der ersten Querelemente gesichert ist.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 7, wobei sich die ersten Querelemente nach unten an der ersten unteren Wand vorbei erstrecken und sich nach oben an dem Deckel vorbei erstrecken.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die erste untere Wand eine Kälteplatte ist und wobei die Kälteplatte in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem ersten Zellstapel steht.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite untere Wand, die dazu konfiguriert ist, einen zweiten Zellstapel zu stützen; und ein Paar von zweiten Querelementen, die in einer Längsrichtung des Elektrofahrzeugs voneinander beabstandet sind und an Enden der zweiten unteren Wand gesichert sind, wobei jedes zweite Querelement eine seitliche Abstützung für eine jeweilige Seite des zweiten Zellstapels bereitstellt und dazu konfiguriert ist, sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite einer Batterieeinfassung zu erstrecken, wobei ein zweites Querelement des Paars von zweiten Querelementen mit einem ersten Querelement des Paars von ersten Querelementen verbunden ist.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 10, wobei das eine zweite Querelement und das eine erste Querelement durch Schweißen verbunden sind.
Strukturelle Baugruppe nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Deckel, der den ersten Zellstapel abdeckt, wobei der Deckel und die erste untere Wand an den Innenwänden des Paars von ersten Querelementen gesichert sind, um eine vereinheitlichte Struktur zu bilden, die den ersten Zellstapel unterbringt.