DE102023130860A1

DE102023130860A1 - Traktionsbatterie, aufweisend ein internes batteriepackerfassungsmodul

Info

Publication number: DE102023130860A1
Application number: DE102023130860.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Paul Roberts; Francisco Fernandez-Galindo; Liam E. West; Mateusz Zadrozny
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2023-11-07
Publication date: 2024-05-16
Also published as: US20240162507A1; CN118099573A

Abstract

Eine Batterie, wie etwa eine Traktionsbatterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug (EV), beinhaltet einen Batteriesensor, wie etwa ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM), der innerhalb eines Gehäuses der Batterie angeordnet ist. Die Batterie beinhaltet ferner ein oder mehrere Batteriezellenarrays, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Jedes Batteriezellenarray beinhaltet Batteriezellen und eine Leiterplatte (PCB), die elektrisch mit Spannungserfassungsleitungen verbunden ist, die den Batteriezellen zugeordnet sind. Die Batterie beinhaltet ferner eine primäre PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den Batteriezellenarray-PCBs verbunden ist. Der Batteriesensor ist elektrisch mit der primären PCB verbunden, um eine elektrische Verbindung mit den Batteriezellenarray-PCBs herzustellen, wodurch der Batteriesensor die Spannungen der Batteriezellen erfassen kann.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Leistung an einen Motor des Fahrzeugs, um das Fahrzeug anzutreiben. Ein Sensor kann dazu verwendet werden, die Traktionsbatterie zu überwachen.
KURZDARSTELLUNG
In Ausführungsformen wird eine Batterie, wie etwa eine Traktionsbatterie für ein elektrifiziertes Fahrzeug (electrified vehicle - EV), bereitgestellt. Die Batterie beinhaltet einen Batteriesensor, wie etwa ein Batteriepackerfassungsmodul (battery pack sensing module - BPSM), der innerhalb eines Gehäuses der Batterie angeordnet ist. Die Batterie beinhaltet ferner ein oder mehrere Batteriezellenarrays, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Jedes Batteriezellenarray beinhaltet Batteriezellen und eine Leiterplatte (printed circuit board - PCB), die elektrisch mit Spannungserfassungsleitungen verbunden ist, die den Batteriezellen zugeordnet sind. Die Batterie beinhaltet ferner eine primäre PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den Batteriezellenarray-PCBs verbunden ist. Der Batteriesensor ist elektrisch mit der primären PCB verbunden, um eine elektrische Verbindung mit den Batteriezellenarray-PCBs herzustellen, wodurch der Batteriesensor die Spannungen der Batteriezellen erfassen kann. Der Batteriesensor kann dazu betreibbar sein, erfasste Spannungsinformationen drahtlos an eine Fernsteuerung, wie etwa ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM) eines elektrifizierten Fahrzeugs, zu kommunizieren.
In Ausführungsformen wird eine andere Batterie bereitgestellt. Die Batterie beinhaltet ein Gehäuse und ein Zellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Zellenarray beinhaltet Zellen und eine erste PCB, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen zugeordnet sind. Die Batterie beinhaltet ferner eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB verbunden ist. Die Batterie beinhaltet ferner einen Batteriesensor, wie etwa ein BPSM, der innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der zweiten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB herzustellen.
Die Batterie kann ferner ein zweites Zellenarray beinhalten, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Zellenarray Zellen und eine dritte PCB beinhaltet, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen des zweiten Zellenarrays zugeordnet sind. In diesem Fall ist die zweite PCB elektrisch mit der dritten PCB verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriesensor und der dritten PCB hergestellt wird.
Der Batteriesensor kann als eine PCB ausgeführt sein. Alternativ kann die Batteriesensor-PCB eine starre PCB sein und die erste und die zweite PCB können flexible PCBs sein.
Die Erfassungsleitungen können Spannungserfassungsleitungen sein, wodurch der Batteriesensor Spannungen der Zellen über die elektrische Verbindung, die mit der ersten PCB hergestellt ist, erfassen kann. Die Erfassungsleitungen können Stromerfassungsleitungen sein, wodurch der Batteriesensor Ströme der Zellen über die elektrische Verbindung, die mit der ersten PCB hergestellt ist, erfassen kann. Die Erfassungsleitungen können Temperaturerfassungsleitungen sein, wodurch der Batteriesensor Temperaturen der Zellen über die elektrische Verbindung, die mit der ersten PCB hergestellt ist, erfassen kann.
Die zweite PCB kann einen Platine-zu-Platine-Verbinder beinhalten, der daran montiert ist. In diesem Fall ist der Batteriesensor an dem Platine-zu-Platine-Verbinder angebracht, um elektrisch mit der zweiten PCB verbunden zu sein.
Die zweite PCB kann einen Abstandshalter beinhalten, der daran montiert ist. In diesem Fall ist der Batteriesensor an dem Abstandshalter angebracht, um von der zweiten PCB beabstandet zu sein.
In Ausführungsformen wird ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM) bereitgestellt. Das BPSM beinhaltet eine starre PCB, die dazu konfiguriert ist, von einer Batterie-PCB getragen zu werden, die innerhalb eines Gehäuses einer Batterie angeordnet ist. Das BPSM beinhaltet ferner einen Verbinder, der mit der starren PCB verbunden ist und dazu konfiguriert ist, mit der Batterie-PCB zusammenzupassen, um eine elektrische Verbindung mit Zellenarray-PCBs von innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordneten Zellenarrays herzustellen, die mit der Batterie-PCB verbunden sind.
In Ausführungsformen wird eine Traktionsbatterie bereitgestellt. Die Traktionsbatterie beinhaltet ein Gehäuse, ein erstes Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und erste Batteriezellen und erste Erfassungsleitungen beinhaltet, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind, und ein zweites Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und zweite Batteriezellen und zweite Erfassungsleitungen beinhaltet, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind. Die Traktionsbatterie beinhaltet ferner eine erste PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den ersten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind, und eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den zweiten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind. Die Traktionsbatterie beinhaltet ferner eine dritte PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB und der zweiten PCB verbunden ist.
Die dritte PCB kann dazu betreibbar sein, als ein BPSM zu fungieren. Alternativ kann die Traktionsbatterie ferner ein BPSM beinhalten das innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der dritten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB und mit der zweiten PCB herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs (EV), das eine Traktionsbatterie aufweist;
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Traktionsbatteriebaugruppe, welche die Traktionsbatterie und ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM) aufweist, wobei das BPSM intern innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet ist, wobei die Traktionsbatterie eine Vielzahl von Batteriezellenarrays und eine Leiterplatte (PCB) umfasst und die Batteriezellenarrays jeweils Batteriezellen und eine flexible PCB beinhalten;
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm, das einen Kommunikationsfluss von Spannungssignalen der Batteriezellen von zwei der Batteriezellenarrays von den flexiblen PCBs der zwei Batteriezellenarrays zu der PCB der Traktionsbatterie zu dem BPSM abbildet;
4A veranschaulicht ein schematisches Diagramm der Traktionsbatterie ohne das BPSM;
4B veranschaulicht ein schematisches Diagramm der Traktionsbatterie mit dem BPSM, wobei das BPSM mit der PCB der Traktionsbatterie verbunden ist; und
5 veranschaulicht ein Komponentendiagramm eines Platine-zu-Platine-Verbinders, der zum Verbinden des BPSM mit der PCB der Traktionsbatterie eingesetzt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in dieser Schrift offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die vorliegende Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert sein, um Details konkreter Komponenten zu zeigen. Daher sind in dieser Schrift offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs (EV) 12 gezeigt. Das EV 12 beinhaltet einen Antriebsstrang, der einen oder mehrere Traktionsmotoren („elektrische Maschine(n)“) 14, eine Traktionsbatterie („Batterie“ oder „Batteriepack“) 24 und ein Leistungselektronikmodul 26 (z. B. einen Wechselrichter) aufweist. In diesem Beispiel ist das EV 12 ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV). In einer HEV-Konfiguration beinhaltet das EV 12 ferner einen Verbrennungsmotor 18. In anderen Beispielen ist das EV 12 ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV). In einer BEV-Konfiguration beinhaltet das EV 12 keinen Verbrennungsmotor 18.
Der Traktionsmotor 14 ist Teil des Traktionsantriebsstrangs des EV 12 zum Leistungsversorgen der Bewegung des EV. In dieser Hinsicht ist der Traktionsmotor 14 mechanisch mit einem Getriebe 16 des EV 12 verbunden. Das Getriebe 16 ist mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit Rädern 22 des EV 12 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 18 ist zudem mechanisch mit dem Getriebe 16 verbunden, um dem EV 12 Antriebsfähigkeit bereitzustellen.
Der Traktionsmotor 14 kann dem EV 12 eine Antriebsfähigkeit bereitstellen, während der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Der Traktionsmotor 14 ist dazu in der Lage, als ein Generator betrieben zu werden. Der Traktionsmotor 14, der als ein Generator fungiert, kann Energie zurückgewinnen, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem des EV 12 als Wärme verloren gehen kann.
Die Traktionsbatterie 24 speichert elektrische Energie, die von dem Traktionsmotor 14 zum Antreiben des EV 12 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs(high-voltage - HV)-Gleichstrom(direct current - DC)-Ausgabe bereit. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Lithiumionenbatterie sein. Die Traktionsbatterie 24 ist mit einem Leistungselektronikmodul 26 elektrisch verbunden. Der Traktionsmotor 14 ist zudem mit dem Leistungselektronikmodul 26 elektrisch verbunden. Das Leistungselektronikmodul 26, wie etwa ein Wechselrichter, stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und dem Traktionsmotor 14 zu übertragen. Zum Beispiel kann die Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während der Traktionsmotor 14 möglicherweise einen Dreiphasenwechselstrom (Dreiphasen-AC-Strom) erfordert, um zu funktionieren. Der Wechselrichter 26 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom umwandeln, um den Traktionsmotor 14 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann der Wechselrichter 26 den Dreiphasen-AC-Strom von dem als Generator fungierenden Traktionsmotor 14 in DC-Spannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 24 kompatibel ist.
In diesem Beispiel ist das EV 12 ein Plug-in-HEV (PHEV). Somit ist die Traktionsbatterie 24 durch eine externe Leistungsquelle 36 (z. B. das Netz) wiederaufladbar. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Stromversorgung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 stellt Schaltungen und Steuerungen zum Steuern und Verwalten der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der externen Leistungsquelle 36 und dem EV 12 bereit. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische DC- oder AC-Leistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des EV 12 aufweisen.
Ein Leistungsumwandlungsmodul 32 des EV 12, wie etwa ein bordeigene Ladegerät, das einen DC/DC-Wandler aufweist, kann von der EVSE 38 zugeführte Leistung aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit der EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an die Traktionsbatterie 24 zu koordinieren.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Komponenten können eine oder mehrere zugeordnete Steuerungen zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Komponenten aufweisen. Die Steuerungen können mikroprozessorbasierte Vorrichtungen sein. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter kommunizieren.
Zum Beispiel ist eine Systemsteuerung 48 („Fahrzeugsteuerung“) vorhanden, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren. Die Steuerung 48 beinhaltet Elektronik, Software oder beides, um die nötigen Steuerfunktionen zum Betreiben des EV 12 durchzuführen. In Ausführungsformen ist die Steuerung 48 eine Kombination aus Fahrzeugsystemsteuerung und Antriebsstrangsteuermodul (vehicle system controller/powertrain control module - VSC/PCM). Obwohl die Steuerung 48 als eine einzelne Vorrichtung gezeigt ist, kann die Steuerung 48 mehrere Steuerungen in Form mehrerer Hardware-Vorrichtungen oder mehrere Software-Steuerungen mit einer oder mehreren Hardware-Vorrichtungen beinhalten. In dieser Hinsicht kann sich eine Bezugnahme auf eine „Steuerung“ in dieser Schrift auf eine oder mehrere Steuerungen beziehen.
Die Steuerung 48 setzt ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 50 in Kommunikation mit der Traktionsbatterie 24 um. Das BECM 50 ist eine Traktionsbatteriesteuerung, die zum Verwalten des Ladens und Entladens der Traktionsbatterie 24 betreibbar ist.
Die Traktionsbatterie 24 besteht aus einer Vielzahl von Arrays von Batteriezellen. Jedes Array („Batteriezellenarray“ oder „Zellenstapel“) beinhaltet eine Gruppe der Batteriezellen. Die Gruppe von Batteriezellen eines Batteriezellenarrays ist physisch miteinander verbunden, um dadurch das Batteriezellenarray zu bilden. Das BECM 50 kann dazu betreibbar sein, Eigenschaften auf Arrayebene eines oder mehrerer der Batteriezellenarrays, wie etwa Strom, Spannung und Temperatur der Batteriezellenarrays, zu überwachen.
Ein Batteriepacksensormodul (BPSM) (oder „Batteriesensor“) 52 ist der Traktionsbatterie 24 zugeordnet. Das BPSM 52 ist dazu betreibbar, Eigenschaften auf Batteriezellenebene einer oder mehrerer Batteriezellen eines oder mehrerer der Batteriezellenarrays zu überwachen. Zum Beispiel kann das BPSM 52 Klemmenspannung, Zellenspannung, Strom und Temperatur der Batteriezellen eines oder mehrerer der Batteriezellenarrays überwachen.
Normalerweise ist ein BPSM zum Überwachen von Batteriezellen eines Batteriezellenarrays betreibbar, wodurch eine Vielzahl von BPSMs für eine entsprechende Vielzahl von Batteriezellenarrays bereitgestellt ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist das BPSM 52 (bei dem es sich um ein BPSM handelt) zum Überwachen von Batteriezellen mehrerer Batteriezellenarrays betreibbar.
Das BECM 50 und das BPSM 52 stehen miteinander in Kommunikation. Das BPSM 52 kommuniziert die überwachten Eigenschaften auf Batteriezellenebene an das BECM 50. Das BECM 50 kann den Betrieb und das Leistungsverhalten der Traktionsbatterie 24 auf Grundlage der überwachten Eigenschaften auf Batteriezellenebene steuern. Zum Beispiel kann das BECM 50 die überwachten Eigenschaften auf Batteriezellenebene dazu verwenden, einen Ladezustand (state of charge - SOC) der Traktionsbatterie 24 zur Verwendung beim Steuern des EV 12 und/oder der Traktionsbatterie zu detektieren.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie in 1 gezeigt und unter Bezugnahme auf die 2 und 4B beschrieben, ist das BPSM 52 intern innerhalb der Traktionsbatterie 24 angeordnet. Ferner gemäß der vorliegenden Offenbarung, wie vorstehend angemerkt, ist das BPSM 52 zum Überwachen von Batteriezellen mehrerer Batteriezellenarrays betreibbar, wie unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 ist unter weiterer Bezugnahme auf 1 ein Blockdiagramm einer Traktionsbatteriebaugruppe 60 gezeigt, welche die Traktionsbatterie 24 und das BPSM 52 aufweist, das intern innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet ist.
Wie beschrieben, beinhaltet die Traktionsbatterie 24 eine Vielzahl von Arrays 62 von Batteriezellen. Zum Beispiel, wie in 2 gezeigt, umfasst die Traktionsbatterie 24 ein erstes und ein zweites Batteriezellenarray 62 und 64. Die Batteriezellenarrays 62 und 64 sind innerhalb des Inneren der Traktionsbatterie 24 angeordnet, z. B. innerhalb eines Gehäuses oder einer Einhausung der Traktionsbatterie. Das erste Batteriezellenarray 62 beinhaltet Batteriezellen 66. Das zweite Batteriezellenarray 64 beinhaltet Batteriezellen 68.
Jedes Batteriezellenarray beinhaltet ferner eine Leiterplatte (PCB) und eine Erfassungsleitung für jede Batteriezelle des Batteriezellenarrays. Die PCB beinhaltet elektrische Komponenten, integrierte Schaltungen, Leiterbahnen usw. (nicht gezeigt) zum Ausführen von Verarbeitungsfunktionen, Kommunikationsfunktionen usw., die dem Batteriezellenarray zugeordnet sind. Die Erfassungsleitungen erstrecken sich von den Batteriezellen zur PCB. Die Erfassungsleitungen können Spannungserfassungsleitungen der einzelnen Gruppe von parallelen Batteriezellen, die Klemmen des Batteriezellenstapels, Temperaturerfassungsthermistoren oder Sensoren für elektrischen Strom sein. In diesem Beispiel sind die Erfassungsleitungen Spannungserfassungsleitungen. In anderen Beispielen sind die Erfassungsleitungen Temperaturerfassungsleitungen oder Erfassungsleitungen für elektrischen Strom. Ferner sind die PCBs der Batteriezellenarrays in diesem Beispiel flexible PCBs.
Das erste Batteriezellenarray 62 beinhaltet eine erste flexible PCB 70 und Spannungserfassungsleitungen 72. Die Spannungserfassungsleitungen 72 erstrecken sich zwischen jeweiligen Batteriezellen 66 und der ersten flexiblen PCB 70. Spannungssignale, welche die Spannungen der Batteriezellen 66 angeben, werden über jeweilige Spannungserfassungsleitungen 72 an die erste flexible PCB 70 kommuniziert. Gleichermaßen beinhaltet das zweite Batteriezellenarray 64 eine zweite flexible PCB 74 und Spannungserfassungsleitungen 76. Die Spannungserfassungsleitungen 76 erstrecken sich zwischen jeweiligen Batteriezellen 68 und der zweiten flexiblen PCB 74. Spannungssignale, welche die Spannungen der Batteriezellen 68 angeben, werden über jeweilige Spannungserfassungsleitungen 76 an die zweite flexible PCB 74 kommuniziert.
Die Traktionsbatterie 24 beinhaltet ferner eine primäre PCB 78. Die primäre PCB 78 ist ebenfalls innerhalb des Inneren der Traktionsbatterie 24 angeordnet, z. B. innerhalb des Gehäuses der Traktionsbatterie, und überspannt die Batteriezellenarrays, einschließlich der Batteriezellenarrays 62 und 64. Die primäre PCB 78 kann eine starre oder flexible PCB sein. Die primäre PCB 78 beinhaltet elektrische Komponenten, integrierte Schaltungen, Leiterbahnen usw. (nicht gezeigt) zum Ausführen von Verarbeitungsfunktionen, Kommunikationsfunktionen usw., die der primären PCB 78 zugeordnet sind.
Die erste und die zweite flexible PCB 70 und 74 des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays 62 und 64 sind mechanisch und elektrisch mit der primären PCB 78 verbunden. Die Spannungssignale der Batteriezellen 66 des ersten Batteriezellenarrays 62 können dadurch von der ersten flexiblen PCB 70 des ersten Batteriezellenarrays an die primäre PCB 78 kommuniziert werden. Gleichermaßen können die Spannungssignale der Batteriezellen 68 des zweiten Batteriezellenarrays 64 dadurch von der zweiten flexiblen PCB 74 des zweiten Batteriezellenarrays an die primäre PCB 78 kommuniziert werden.
Wie angemerkt, beinhaltet die Traktionsbatteriebaugruppe 60 zusätzlich zu der Traktionsbatterie 24 ferner das BPSM 52. Das BPSM 52 ist ebenfalls innerhalb des Inneren der Traktionsbatterie 24 angeordnet, z. B. innerhalb des Gehäuses der Traktionsbatterie. Das BPSM 52 ist als eine PCB oder dergleichen ausgeführt. Das BPSM 52 beinhaltet elektrische Komponenten, integrierte Schaltungen, Leiterbahnen usw. (nicht gezeigt) zum Ausführen von Verarbeitungsfunktionen, Kommunikationsfunktionen usw., die dem BPSM zugeordnet sind.
Das BPSM 52 ist mechanisch und elektrisch mit der primären PCB 78 der Traktionsbatterie 24 verbunden. Das BPSM 52 kann dadurch die Spannungssignale der Batteriezellen 66 des ersten Batteriezellenarrays 62 und die Spannungssignale der Batteriezellen 68 des zweiten Batteriezellenarrays 64 von der primären PCB 78 empfangen. Zum Beispiel werden die Spannungssignale der Batteriezellen 66 durch einen ersten Satz von Leiterbahnen (nicht gezeigt) der primären PCB 78 übermittelt, der sich von der Verbindung zwischen der primären PCB und der ersten flexiblen PCB 70 zu der Verbindung zwischen der primären PCB und dem BPSM 52 erstreckt. Gleichermaßen werden die Spannungssignale der Batteriezellen 68 durch einen zweiten Satz von Leiterbahnen (nicht gezeigt) der primären PCB 78 übermittelt, der sich von der Verbindung zwischen der primären PCB und der zweiten flexiblen PCB 74 zu der Verbindung zwischen der primären PCB und dem BPSM 52 erstreckt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 3 ist unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 ein Blockdiagramm gezeigt, das einen Kommunikationsfluss von Spannungssignalen der Batteriezellen 66 und 68 des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays 62 und 64 von der ersten und der zweiten flexiblen PCB 70 und 74 des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays zu der primären PCB 78 der Traktionsbatterie 24 zu dem BPSM 52 darstellt.
Das BPSM 52 und das BECM 50 sind dazu betreibbar, drahtlos miteinander zu kommunizieren. Das BPSM 52 kann dadurch die Spannungssignale des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays 62 und 64 drahtlos an das BECM 50 kommunizieren, wodurch das BPSM 52 überwachte Eigenschaften auf Batteriezellenebene an das BECM 50 kommuniziert.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4A ist unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 eine schematische Darstellung der Traktionsbatterie 24 ohne das BPSM 52 gezeigt. Wie in 4A gezeigt, sind Batteriezellenarrays, einschließlich des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays 62 und 64, und die primäre PCB 78 intern innerhalb eines Gehäuses 80 der Traktionsbatterie 24 angeordnet; und die flexiblen PCBs der Batteriezellenarrays, einschließlich der flexiblen PCBs 70 und 74 des ersten und des zweiten Batteriezellenarrays 62 und 64, sind mechanisch und elektrisch mit der primären PCB 78 verbunden.
Wie ferner in 4A gezeigt, beinhaltet die primäre PCB 78 in diesem Beispiel mindestens einen Platine-zu-Platine-Verbinder 82 und mindestens den Abstandshalter 84 daran. In diesem Beispiel beinhaltet die primäre PCB 78 zwei Verbinder 82 (in 5 detaillierter veranschaulicht) und zwei Abstandshalter 84.
Die Verbinder 82 werden eingesetzt, um zu ermöglichen, dass eine andere PCB, wie etwa in der Form des BPSM 52, mechanisch und elektrisch mit der primären PCB 78 verbunden wird. Die Verbinder 82 beinhalten eine Vielzahl von Verbindungspunkten, die mit den Leiterbahnen der primären PCB 78 verbunden sind, wenn die Verbinder 82 auf der primären PCB 78 montiert sind. Auf diese Weise können die Spannungssignale der Batteriezellen über die Verbinder 82 von der primären PCB 78 an das BPSM 52 kommuniziert werden.
Die Abstandshalter 84 sind auf die primäre PCB 78 heißverstemmt. Die Abstandshalter 84 werden dazu verwendet, die andere PCB, wie etwa in der Form des BPSM 52, an der primären PCB 78 anzubringen, während die andere PCB von der primären PCB 78 angehoben wird. Auf diese Weise halten die Abstandshalter 84 einen vertikalen Abstand zwischen dem BPSM und der primären PCB bei, wenn das BPSM 52 über die Verbinder 82 mechanisch und elektrisch mit der primären PCB 78 verbunden ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 4B ist unter weiterer Bezugnahme auf 1, 2 und 4A eine schematische Darstellung der Traktionsbatterie 24 mit dem BPSM 52 gezeigt. Wie in 4B gezeigt, ist das BPSM 52 intern innerhalb des Gehäuses 80 der Traktionsbatterie 24 angeordnet und über die Verbinder 82 mit der primären PCB 78 der Traktionsbatterie verbunden.
5 veranschaulicht ein Komponentendiagramm eines Platine-zu-Platine-Verbinders 82. Wie beschrieben, wird der Verbinder 82 zum Verbinden des BPSM 52 mit der primären PCB 78 der Traktionsbatterie 24 eingesetzt, sodass die Spannungssignale und dergleichen von der primären PCB an das BPSM kommuniziert werden können. Wie in 5 gezeigt, beinhalten die Komponenten des Verbinders 82 eine Steckbuchseneinheit 86 und einen Stecker als Abstandshalterverbindereinheit 88. Die Steckbuchseneinheit 86 beinhaltet eine Vielzahl von Steckbuchsen zum Aufnehmen von Lötstiften und Halterungen an der primären PCB 78. Die Steckbuchsen der Steckbuchseneinheit sind elektrisch mit Leiterbahnen der primären PCB 78 verbunden, während die Steckbuchseneinheit 86 an der primären PCB montiert ist. Die Abstandshalterverbindereinheit 88 beinhaltet eine Vielzahl von Lötstiften und Halterungen für die Steckbuchseneinheit 86, wodurch die Lötstifte an einem Ende jeweils innerhalb der Steckbuchsen der Steckbuchseneinheit aufgenommen werden. Die Lötstifte an dem anderen Ende sind jeweils mit entsprechenden Verbindungspunkten der PCB des BPSM 52 verlötet, wodurch das BPSM mit der primären PCB 78 wie in dieser Schrift beschrieben verbunden ist.
Die Abstandshalterverbindereinheit 88 ist dadurch eine Ausführung eines Abstandshalters für einen Kühleffekt.
Wie beschrieben, beinhaltet die Traktionsbatteriebaugruppe 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Traktionsbatterie 24 und ein BPSM 52, das intern innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet ist. Das BPSM 52 ist eine Ausführung einer relativ kleinen PCB, die unter Verwendung einer oder mehrerer nicht entfernbarer Verbindungen direkt mit dem Batteriearray (d. h. der primären PCB 78) verbunden ist. Das BPSM 52 überwacht und steuert die Zellenspannungen und Thermistoren auf die gleiche Weise wie typische BPSMs. Die PCB des BPSM 52 ist eine generische PCB und kann eine Vielzahl von Stiften, Kontaktstellen usw. zur elektrischen Verbindung mit den Array-Erfassungsleitungen beinhalten (d. h. über die Verbindung zwischen dem BPSM 52 und der primären PCB 78 und die Verbindungen zwischen der primären PCB 78 und den flexiblen PCBs der Batteriezellenarrays).
Zum Zusammenbau kann das BPSM 52 direkt an einen Lieferanten für Batteriearrays geliefert werden, um an einer Traktionsbatterie angebracht zu werden, die ein Layout gemäß Ausgestaltungsspezifikationen des Lieferanten aufweist. Das BPSM 52 wird dann mit den übrigen Erfassungsleitungskomponenten, wie etwa Sicherungen und Thermistoren, an dem Batteriearray angebracht (z. B. Lötmittel, Laser usw.). Die Abstandshalter stellen strukturelle Unterstützung und ein Festhalten vor dem Lötprozess bereit. Die generische PCB des BPSM 52 kann möglicherweise ermöglichen, dass eine gemeinsame Ausgestaltung in mehreren Batteriearrayvarianten verwendet wird.
Vorteile der Traktionsbatteriebaugruppe 60, die eine Traktionsbatterie 24 und ein BPSM 52, das innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, beinhalten Abstandshalter zwischen der primären PCB 78 und der PCB des BPSM, die Raum für einen konvektiven Stromfluss ermöglichen. Die vollständige Integration des BPSM 52 in das Batteriearray ermöglicht eine effizientere Verwendung des Raums in dem Fahrzeug. Ferner kann die Anzahl der an der Zusammenarbeit zur Ausgestaltung beteiligten Parteien reduziert werden (ein BPSM-Designer gestaltet das BPSM; und ein Batteriearray-Monteur verpackt das BPSM in die Traktionsbatterie), was die Agilität und Geschwindigkeit der Entwicklung erhöhen sollte. Das Testen kann einzeln auf Komponentenebene abgeschlossen werden. Eine effektivere Leiterbahnführung kann erreicht werden, da die PCB des BPSM über den Erfassungsleitungen gestapelt ist, wodurch eine erhöhte Flexibilität der Leiterbahnen des Batteriearrays gegenüber dem Layout der PCB des BPSM erreichbar ist. Eine hohe Zuverlässigkeit wird aufgrund von handelsüblichen Komponenten und einem herkömmlichen Durchstecklötprozess bereitgestellt.
Wie beschrieben, stellt die vorliegende Offenbarung eine generische BPSM-Ausgestaltung für integrierte Array-Anwendungen als Alternative zu externen BPSM-Ausgestaltungen bereit. Gemäß der generischen BPSM-Ausgestaltung befindet sich ein BPSM innerhalb einer Traktionsbatterie. Das BPSM weist eine PCB auf, die direkt auf Stifte gelötet ist, die Spannungssensorleiterbahnen der Traktionsbatterie zugeordnet sind, wodurch die Verbinder beseitigt werden, die normalerweise notwendig sind, wenn ein BPSM außerhalb der Traktionsbatterie mit den Stiften verbunden wird.
In anderen Ausführungsformen kann die Funktionalität des BPSM durch die primäre PCB integriert sein. Somit wird in diesen Ausführungsformen auf die separate PCB des BPSM verzichtet und stattdessen fungiert die primäre PCB zusätzlich zu ihren bestehenden Funktionen als das BPSM.
Auch wenn vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und keine einschränkenden Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Batterie bereitgestellt, die Folgendes aufweist: ein Gehäuse; ein Zellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Zellenarray Zellen und eine erste Leiterplatte (PCB) beinhaltet, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen zugeordnet sind; eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB verbunden ist; und einen Batteriesensor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der zweiten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: ein zweites Zellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Zellenarray Zellen und eine dritte PCB beinhaltet, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen des zweiten Zellenarrays zugeordnet sind; und wobei die zweite PCB elektrisch mit der dritten PCB verbunden ist, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriesensor und der dritten PCB hergestellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Batteriesensor als eine dritte PCB ausgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die zweite PCB einen Platine-zu-Platine-Verbinder, der daran montiert ist; und ist die dritte PCB an dem Platine-zu-Platine-Verbinder angebracht, um elektrisch mit der zweiten PCB verbunden zu sein.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die zweite PCB einen Abstandshalter, der daran montiert ist; und ist die dritte PCB an dem Abstandshalter angebracht, um von der zweiten PCB beabstandet zu sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte PCB eine starre PCB.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste PCB eine flexible PCB.
Gemäß einer Ausführungsform ist die zweite PCB eine flexible PCB.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Erfassungsleitungen Spannungserfassungsleitungen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Erfassungsleitungen Stromerfassungsleitungen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Erfassungsleitungen Temperaturerfassungsleitungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriepackerfassungsmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine starre Leiterplatte (PCB), die dazu konfiguriert ist, von einer Batterie-PCB getragen zu werden, die innerhalb eines Gehäuses einer Batterie angeordnet ist; und einen Verbinder, der mit der starren PCB verbunden ist und dazu konfiguriert ist, mit der Batterie-PCB zusammenzupassen, um eine elektrische Verbindung mit Zellenarray-PCBs von innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordneten Zellenarrays herzustellen, die mit der Batterie-PCB verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die starre PCB dazu betreibbar, drahtlos mit einer Fernsteuerung zu kommunizieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Traktionsbatterie bereitgestellt, aufweisend: ein Gehäuse; ein erstes Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und erste Batteriezellen und erste Erfassungsleitungen beinhaltet, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind; ein zweites Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und zweite Batteriezellen und zweite Erfassungsleitungen beinhaltet, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind; eine erste Leiterplatte (PCB), die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den ersten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind; eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den zweiten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind; und eine dritte PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB und der zweiten PCB verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte PCB dazu betreibbar, als ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM) zu fungieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM), das innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der dritten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB und mit der zweiten PCB herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste PCB und die zweite PCB flexible PCBs.
Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte PCB eine flexible PCB.

Claims

Batterie, umfassend: ein Gehäuse; ein Zellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Zellenarray Zellen und eine erste Leiterplatte (PCB) beinhaltet, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen zugeordnet sind; eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB verbunden ist; und einen Batteriesensor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der zweiten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB herzustellen.
Batterie nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein zweites Zellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Zellenarray Zellen und eine dritte PCB beinhaltet, die elektrisch mit Erfassungsleitungen verbunden ist, die den Zellen des zweiten Zellenarrays zugeordnet sind; und wobei die zweite PCB elektrisch mit der dritten PCB verbunden ist, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriesensor und der dritten PCB hergestellt wird.
Batterie nach Anspruch 1, wobei: der Batteriesensor als eine dritte PCB ausgeführt ist.
Batterie nach Anspruch 3, wobei: die zweite PCB einen Platine-zu-Platine-Verbinder beinhaltet, der daran montiert ist; und die dritte PCB an dem Platine-zu-Platine-Verbinder angebracht ist, um elektrisch mit der zweiten PCB verbunden zu sein.
Batterie nach Anspruch 3, wobei: die zweite PCB einen Abstandshalter beinhaltet, der daran montiert ist; und die dritte PCB an dem Abstandshalter angebracht ist, um von der zweiten PCB beabstandet zu sein.
Batterie nach Anspruch 3, wobei: die dritte PCB eine starre PCB ist.
Batterie nach Anspruch 1, wobei: die erste PCB eine flexible PCB ist.
Batterie nach Anspruch 1, wobei: die zweite PCB eine flexible PCB ist.
Batterie nach Anspruch 1, wobei: die Erfassungsleitungen Spannungserfassungsleitungen sind.
Batteriepackerfassungsmodul, umfassend: eine starre Leiterplatte (PCB), die dazu konfiguriert ist, von einer Batterie-PCB getragen zu werden, die innerhalb eines Gehäuses einer Batterie angeordnet ist; und einen Verbinder, der mit der starren PCB verbunden ist und dazu konfiguriert ist, mit der Batterie-PCB zusammenzupassen, um eine elektrische Verbindung mit Zellenarray-PCBs von innerhalb des Gehäuses der Batterie angeordneten Zellenarrays herzustellen, die mit der Batterie-PCB verbunden sind.
Batteriepackerfassungsmodul nach Anspruch 10, wobei: die starre PCB dazu betreibbar ist, drahtlos mit einer Fernsteuerung zu kommunizieren.
Traktionsbatterie, umfassend: ein Gehäuse; ein erstes Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und erste Batteriezellen und erste Erfassungsleitungen beinhaltet, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind; ein zweites Batteriezellenarray, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und zweite Batteriezellen und zweite Erfassungsleitungen beinhaltet, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind; eine erste Leiterplatte (PCB), die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den ersten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den ersten Batteriezellen zugeordnet sind; eine zweite PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit den zweiten Erfassungsleitungen verbunden ist, die den zweiten Batteriezellen zugeordnet sind; und eine dritte PCB, die innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der ersten PCB und der zweiten PCB verbunden ist.
Traktionsbatterie nach Anspruch 12, wobei: die dritte PCB dazu betreibbar ist, als ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM) zu fungieren.
Traktionsbatterie nach Anspruch 12, ferner umfassend: ein Batteriepackerfassungsmodul (BPSM), das innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch mit der dritten PCB verbunden ist, um eine elektrische Verbindung mit der ersten PCB und mit der zweiten PCB herzustellen.
Traktionsbatterie nach Anspruch 12, wobei: die erste PCB und die zweite PCB flexible PCBs sind.