-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
-
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen aus der am 22. Oktober 2020 eingereichten endgültigen
US-Patentanmeldung Nr. 17/077,259 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke eingeschlossen wird.
-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Technologie bezieht sich auf Batteriestrukturen und -systeme. Genauer bezieht sich die vorliegende Technologie auf Verfahren zum Konfigurieren und Koppeln von Batterien innerhalb eines Packs.
-
HINTERGRUND
-
Die Batterieplatzierung innerhalb eines Batteriepacks kann unter Berücksichtigung vieler Überlegungen durchgeführt werden. Zum Beispiel können Batteriekonfigurationen mit kompakter Platzierung von Batteriezellen eine erhöhte Energiedichte bereitstellen, indem sie mehr Batteriezellen innerhalb des Packs ermöglichen. Es gibt viele thermische, strukturelle und mechanische Herausforderungen bei der kompakten Platzierung von Zellen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können einen Längsträger einschließen. Die Packs können eine Vielzahl von Batteriezellen einschließen, die angrenzend an den Längsträger angeordnet sind. Jede Batteriezelle kann durch eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche gekennzeichnet sein. Jede Batteriezelle kann durch eine dritte Oberfläche gekennzeichnet sein, die sich vertikal zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckt. Die erste Oberfläche kann dem Längsträger zugewandt sein, und Batterieanschlüsse können sich von der dritten Oberfläche erstrecken. Jede Batteriezelle kann durch eine vierte Oberfläche gegenüber der dritten Oberfläche gekennzeichnet sein. Die Packs können einen Deckel einschließen, der mit der ersten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist. Die Packs können eine Grundfläche einschließen, die mit der zweiten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist.
-
In einigen Ausführungsformen können die Packs eine Seitenwand einschließen, die sich vom Längsträger zwischen zwei Batteriezellen erstreckt. Die Vielzahl von Batteriezellen kann einen ersten Satz von Batteriezellen und einen zweiten Satz von Batteriezellen einschließen. Der Längsträger kann durch eine erste Längsoberfläche und eine zweite Längsoberfläche gegenüber der ersten Längsoberfläche gekennzeichnet sein. Die dritte Oberfläche jeder Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen kann der ersten Längsoberfläche des Längsträgers zugewandt sein. Die dritte Oberfläche jeder Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen kann der zweiten Längsoberfläche des Längsträgers zugewandt sein. Die Packs können einen ersten Seitenträger einschließen, der angrenzend an die vierte Oberfläche jeder Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen positioniert ist. Die Packs können einen zweiten Seitenträger einschließen, der angrenzend an die vierte Oberfläche jeder Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen positioniert ist.
-
Jede Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen kann eine Ablassöffnung in der vierten Oberfläche der Batteriezelle einschließen. Eine erste Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen kann die Ablassöffnung in der vierten Oberfläche nahe der ersten Oberfläche der ersten Batteriezelle definiert aufweisen. Eine zweite Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen angrenzend an die erste Batteriezelle kann die Ablassöffnung in der vierten Oberfläche nahe der zweiten Oberfläche der zweiten Batteriezelle definiert aufweisen. Ein Seitenträger angrenzend an die erste Batteriezelle und die zweite Batteriezelle kann einen ersten Luftraum und einen zweiten Luftraum definieren. Der erste Luftraum kann an der Ablassöffnung der ersten Batteriezelle ausgerichtet sein. Der zweite Luftraum kann an der Ablassöffnung der zweiten Batteriezelle ausgerichtet sein. Die Grundfläche kann ein Wärmetauscher sein, und die Grundfläche kann Fluidkanäle definieren, die sich orthogonal zum Längsträger erstrecken. Der Längsträger kann ein I-Träger sein oder einen solchen einschließen. Die Batterieanschlüsse jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen können sich innerhalb einer Vertiefung erstrecken, die innerhalb entlang einer Oberfläche des I-Trägers definiert ist.
-
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können Batteriepacks umfassen. Die Packs können einen Längsträger einschließen, der durch eine erste Längsoberfläche und eine zweite Längsoberfläche gegenüber der ersten Längsoberfläche gekennzeichnet ist. Die Packs können einen ersten Seitenträger einschließen. Die Packs können einen zweiten Seitenträger einschließen. Die Packs können eine Vielzahl von Batteriezellen einschließen, die einen ersten Satz von Batteriezellen einschließen können, die zwischen dem ersten Seitenträger und der ersten Längsoberfläche des Längsträgers angeordnet sind. Die Batteriezellen können einen zweiten Satz von Batteriezellen einschließen, die zwischen dem zweiten Seitenträger und der zweiten Längsoberfläche des Längsträgers angeordnet sind. Jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen und jede Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen kann durch eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und eine dritte Oberfläche, die sich vertikal zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckt, gekennzeichnet sein. Die erste Oberfläche kann dem Längsträger zugewandt sein, und Batterieanschlüsse können sich von der dritten Oberfläche erstrecken. Die Batteriezellen können auch durch eine vierte Oberfläche gegenüber der dritten Oberfläche gekennzeichnet sein. Die Packs können einen Deckel einschließen, der mit der ersten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist. Die Packs können eine Grundfläche einschließen, die mit der zweiten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist.
-
In einigen Ausführungsformen können die Packs eine erste Seitenwand einschließen, die sich zwischen dem ersten Seitenträger und der ersten Oberfläche des Längsträgers erstreckt. Die erste Seitenwand kann sich zwischen zwei Batteriezellen des ersten Satzes von Batteriezellen erstrecken. Eine zweite Seitenwand kann sich zwischen dem zweiten Seitenträger und der zweiten Oberfläche des Längsträgers erstrecken. Die zweite Seitenwand kann sich zwischen zwei Batteriezellen des zweiten Satzes von Batteriezellen erstrecken. Die Grundfläche kann ein Wärmetauscher sein, und die Grundfläche kann Fluidkanäle definieren, die sich orthogonal zum Längsträger erstrecken. Die Grundfläche kann eine Vertiefung innerhalb der Grundfläche definieren, und die erste Seitenwand kann innerhalb der innerhalb der Grundfläche definierten Vertiefung sitzen. Die Packs können eine elektrische Schnittstelle einschließen, die sich durch den Deckel erstreckt und mit der Vielzahl von Batteriezellen des Batteriepacks koppelt. Die Packs können ein Elektronikmodul einschließen, das auf dem Deckel sitzt und mit der elektrischen Schnittstelle elektrisch gekoppelt ist. Das Elektronikmodul kann mit der ersten Seitenwand gekoppelt sein.
-
Jede Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen kann eine Ablassöffnung in der vierten Oberfläche der Batteriezelle einschließen. Eine erste Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen kann die Ablassöffnung in der vierten Oberfläche nahe der ersten Oberfläche der ersten Batteriezelle definiert aufweisen. Eine zweite Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen angrenzend an die erste Batteriezelle kann die Ablassöffnung in der vierten Oberfläche nahe der zweiten Oberfläche der zweiten Batteriezelle definiert aufweisen. Ein erster Seitenträger angrenzend an den ersten Satz von Batteriezellen kann einen ersten Luftraum und einen zweiten Luftraum definieren. Der erste Luftraum kann an der Ablassöffnung der ersten Batteriezelle ausgerichtet sein. Der zweite Luftraum kann an der Ablassöffnung der zweiten Batteriezelle ausgerichtet sein. Die Batteriezellen können sich innerhalb mindestens etwa 60 % eines Volumens des Batteriepacks erstrecken.
-
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Technologie umschließen Batteriepacks. Die Packs können einen Längsträger einschließen, der durch eine erste Längsoberfläche und eine zweite Längsoberfläche gegenüber der ersten Längsoberfläche gekennzeichnet ist. Die Packs können eine Vielzahl von Batteriezellen einschließen, die einen ersten Satz von Batteriezellen einschließen, die angrenzend an die erste Längsoberfläche des Längsträgers angeordnet sind. Die Batteriezellen können einen zweiten Satz von Batteriezellen einschließen, die angrenzend an die zweite Längsoberfläche des Längsträgers angeordnet sind. Jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen und jede Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen kann durch eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche und eine dritte Oberfläche, die sich vertikal zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche erstreckt, gekennzeichnet sein. Die erste Oberfläche kann dem Längsträger zugewandt sein, und Batterieanschlüsse können sich von der dritten Oberfläche erstrecken. Die Batteriezellen können durch eine vierte Oberfläche gegenüber der dritten Oberfläche gekennzeichnet sein. Die Packs können einen Deckel einschließen, der mit der ersten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist. Die Packs können eine Grundfläche einschließen, die mit der zweiten Oberfläche jeder Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist. Die Grundfläche kann eine Vielzahl von Wärmeaustauschfluidkanälen innerhalb der Grundfläche definieren.
-
Eine solche Technologie kann gegenüber der herkömmlichen Technologie sehr viele Vorteile bieten. Zum Beispiel können die vorliegenden Systeme die volumetrische Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Packstrukturen erhöhen. Zusätzlich können die vorliegenden Systeme eine verbesserte Komponentenstrukturintegrität aufweisen, indem die Batteriezellen als Teil der Trägerstruktur genutzt werden. Diese und andere Ausführungsformen, zusammen mit vielen ihrer Vorteile und Merkmale, werden detaillierter in Verbindung mit der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren beschrieben.
-
Figurenliste
-
Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der offenbarten Ausführungsformen kann durch Bezugnahme auf die verbleibenden Abschnitte der Patentschrift und den Zeichnungen realisiert werden.
- 1 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
- 2 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
- 3 zeigt eine schematische isometrische Ansicht eines Grundflächenelements eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
- 4 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Grundflächenelements eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie
- 5 zeigt eine schematische Teilansicht eines Deckels für einen Batteriepack gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
- 6 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Abschnitts eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
- 7 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht durch einen Seitenträger eines Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie.
-
Verschiedene der Figuren sind als Schemata eingeschlossen. Es ist zu beachten, dass die Figuren zur Veranschaulichung dienen und nicht als maßstabsgetreu anzusehen sind, sofern dies nicht speziell angegeben ist. Darüber hinaus werden die Figuren als Schemata bereitgestellt, um dem Verständnis zu dienen, und schließen gegebenenfalls im Vergleich zu realistischen Darstellungen nicht alle Aspekte oder Informationen ein, und können zu veranschaulichenden Zwecken übertriebenes Material einschließen.
-
In den Figuren können gleiche Komponenten und/oder Merkmale die gleichen numerischen Bezugszeichenbeschriftungen aufweisen. Ferner können verschiedene Komponenten desselben Typs unterschieden werden, indem der Bezugszeichenbeschriftung ein Buchstabe folgt, der zwischen den ähnlichen Komponenten und/oder Merkmalen unterscheidet. Wird in der Patentschrift nur die erste numerische Bezugszeichenbeschriftung verwendet, ist die Beschreibung auf eine beliebige der ähnlichen Komponenten und/oder Merkmale, welche dieselbe numerische Bezugszeichenbeschriftung aufweisen, unabhängig von dem Buchstabensuffix anwendbar.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Batteriepacks können eine beliebige Anzahl von Batteriezellen einschließen, die zusammen gepackt sind, um eine Leistungsmenge zu erzeugen. Zum Beispiel können viele wiederaufladbare Batterien mehrere Zellen mit einer beliebigen Anzahl von Designs, einschließlich gewickelter, gestapelter, prismatischer sowie anderer Konfigurationen, einschließen. Die einzelnen Zellen können auf eine Vielfalt von Weisen, einschließlich Reihenverbindungen und paralleler Verbindungen, miteinander gekoppelt sein. Da eine erhöhte Kapazität von kleineren Formfaktoren angestrebt wird, können Batteriezellenkonfigurationen und das Packaging eine wichtige Rolle beim Betrieb des Batteriesystems unter normalen Betriebsbedingungen sowie während Bedingungen einer unsachgemäßen Verwendung spielen.
-
Zum Beispiel kann eine Zellbeschädigung zu Kurzschlüssen in einigen Batteriezelldesigns führen, was dazu führen kann, dass Temperaturerhöhungen exotherme Reaktionen auslösen, die zu einem thermischen Durchgehen führen. Diese Ereignisse können Temperaturen von mehreren hundert Grad über einen Zeitraum erzeugen, der in Abhängigkeit von der Größe und Kapazität der Zelle Sekunden, Minuten oder mehr betragen kann. Thermisches Durchgehen kann auftreten, wenn Innentemperaturen innerhalb einer Batteriezelle eine Schwellentemperatur überschreiten, egal ob eine Beschädigung innerhalb der Zelle aufgetreten ist oder nicht. Unabhängig vom Auslösungsmechanismus, sobald dieser begonnen hat, ist das Ergebnis häufig eine kontinuierliche Wärmeerzeugung, bis Reaktionen das Zellmaterial verbraucht haben. Wenn Batteriezellen innerhalb eines Packdesigns platziert werden, können angrenzende Zellen hohen Temperaturen von angrenzenden Zellen, bei denen Fehlerereignisse auftreten, ausgesetzt werden. Sollte diese Aussetzung über einen ausreichenden Zeitraum erfolgen, kann die Innentemperatur innerhalb der angrenzenden Zelle den Schwellenwert für thermisches Durchgehen überschreiten, wodurch der Fehler auf die angrenzenden Zelle ausgedehnt wird. Dieser Prozess kann sich dann über jede Zelle innerhalb des Packs fortsetzen, wodurch schließlich die Mehrheit der Zellen, wenn nicht alle Zellen, verbraucht werden.
-
Herkömmliche Packs haben versucht, eine Fehlerausbreitung dieser Art durch Isolieren von Zellen, Integrieren einer umfangreichen Isolierung oder Erhöhen der Trennung von Zellen voneinander zu steuern. Obwohl dies einen zusätzlichen Schutz davor bereitstellt, dass sich ein Zellfehler auf angrenzende Zellen ausbreitet, kann dies auch die Kapazität eines Batteriepacks unter einige Systemanforderungen begrenzen. Zusätzlich, wenn Batteriepacks in Vorrichtungen verwendet werden, die fallen gelassen, gestoßen, durchstochen oder anderweitig beschädigt werden können, können der Batteriepack und zugehörige Zellen ebenfalls beschädigt werden, was dazu führen kann, dass ähnliche exotherme Reaktionen auftreten. Folglich können herkömmliche Technologien die Batteriezellen weiter von einem Gehäuse oder Strukturträger trennen und isolieren, was die Kapazität oder Energiedichte des Batteriepacks weiter reduzieren kann. Die vorliegende Technologie überwindet diese Probleme durch Erzeugen von Systemen, die die Batteriezellen innerhalb der Struktur integrieren, um eine Lastverteilung für viele verschiedene Ereignisse einer unsachgemäßen Verwendung zu unterstützen. Durch direktes Integrieren der Batteriezellen in die Strukturträger des gesamten Packs können Gehäuse- und Umhüllungskomponenten reduziert werden, was eine erhöhte volumetrische Dichte und spezifische Energie für den Batteriepack ermöglichen kann, was ein kompakteres und robusteres Design im Vergleich zu herkömmlichen Systemen bereitstellen kann. Vorteilhafterweise kann die vorliegende Technologie durch das Integrieren von Komponenten in einer raumeffizienten Weise aufgrund der inhärenten Wärmeausbreitung beim Koppeln der Zellen direkt mit dem Gehäuse weniger Isolierung nutzen.
-
Wenngleich die verbleibenden Abschnitte der Beschreibung regelmäßig auf Lithium-Ionen-Batterien oder andere wiederaufladbare Batterien Bezug nehmen, ist es für einen Fachmann ohne Weiteres ersichtlich, dass die Technologie nicht darauf beschränkt ist. Die vorliegenden Techniken können mit einer beliebigen Anzahl von Batterie- oder Energiespeichervorrichtungen, einschließlich anderer wiederaufladbarer und primärer oder nicht wiederaufladbarer Batterietypen sowie elektrochemischer Kondensatoren, die auch als Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren bekannt sind, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die vorliegende Technologie auf Batterien und Energiespeichervorrichtungen anwendbar sein, die in einer beliebigen Anzahl von Technologien verwendet werden, die ohne Einschränkung Telefone und mobile Vorrichtungen, handgehaltene elektronische Vorrichtungen, Laptops und andere Computer, Einrichtungen, Schwermaschinen, Transportausrüstung, einschließlich Autos, auf dem Wasser fahrenden Schiffen, Luftfahrtausrüstung und Raumfahrtausrüstung, sowie jede anderen Vorrichtung, die Batterien verwenden oder von den erörterten Designs profitieren kann, einschließen können. Entsprechend sind die Beschreibung und Ansprüche nicht als auf ein bestimmtes erörtertes Beispiel begrenzt anzusehen, sondern können allgemein mit einer beliebigen Anzahl von Vorrichtungen verwendet werden, die einige oder alle der elektrischen oder anderen Eigenschaften der erörterten Beispiele aufweisen können.
-
1 zeigt eine schematische Explosionsansicht eines Batteriepacks 100 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie. Der Batteriepack 100 schließt eine Anzahl von Batteriezellen 105 ein, die in Reihen entlang jeder Seite eines Längsträgers 110 verteilt sind. Die Batteriezellen 105 können durch den Längsträger 110 in zwei Reihen voneinander getrennt sein, die sich über die Länge des Batteriepacks erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann eine Anzahl von Längsträgern innerhalb des Batteriepacks eingeschlossen sein, wo zusätzliche Strukturträger oder größere Formfaktoren erzeugt werden. Die Längsträger können dem Batteriepack strukturelle Integrität bereitstellen und können Schutz für Batterieanschlüsse und eine Batteriekopplung bereitstellen, wie weiter unten erläutert wird. Wie veranschaulicht, schließt der Batteriepack 100 zwei Sätze von Batteriezellen 105, einschließlich eines ersten Satzes 112a von Batteriezellen 105 und eines zweiten Satzes 112b von Batteriezellen 105, ein. Wie gezeigt, kann sich der erste Satz 112a der Batteriezellen von einer ersten Längsoberfläche 111a des Längsträgers 110 nach außen erstrecken und kann sich der zweite Satz 112b der Batteriezellen von einer zweiten Längsoberfläche 111b des Längsträgers 110, der der ersten Längsoberfläche gegenüberliegen kann, nach außen erstrecken. Die Batteriezellen 105 können in der Ausrichtung zwischen den beiden Sätzen umgekehrt werden, wie weiter unten beschrieben wird, und wodurch die Batterieanschlüsse für alle Zellen derart ausgerichtet werden können, dass sie dem Längsträger 110 zugewandt sind.
-
Entlang Oberflächen der Batteriezellen gegenüber Oberflächen, die dem Längsträger zugewandt sind, können sich Seitenträger befinden. Zum Beispiel kann ein erster Seitenträger 115 angrenzend an jede Batteriezelle des ersten Satzes 112a der Batteriezellen positioniert sein und kann ein zweiter Seitenträger 117 angrenzend an jede Batteriezelle des zweiten Satzes 112b der Batteriezellen positioniert sein. In Intervallen zwischen Batteriezellen können eine oder mehrere Seitenwände 120 eingeschlossen sein, die sich von dem Längsträger 110 zwischen zwei Batteriezellen jedes Satzes von Batteriezellen erstrecken können. Eine beliebige Anzahl von Seitenwänden 120 kann gemäß der vorliegenden Technologie in Batteriepacks eingeschlossen sein, die jeden Satz von Batteriezellen weiter stützen und zusätzliche strukturelle Integrität bereitstellen können. Die Seitenwände können in einem beliebigen Intervall von Batterien integriert sein, die über den Batteriepack hinweg gleich sein oder sich unterscheiden können. Dies kann ermöglichen, dass die Seitenwände für ein zusätzliches Koppeln genutzt werden, wie unten beschrieben wird. Ein Deckel 125 kann derart gekoppelt sein, dass er die Batteriezellen überlagert, die auf einer Grundfläche 130 sitzen können. In einigen Ausführungsformen kann der Deckel 125 als ein Strukturelement wirken, das strukturelle Befestigungen an einem System bereitstellt, in dem der Batteriepack integriert ist. Ein Elektronikmodul 135 und eine Leistungsverwaltungseinheit können auf dem Deckel sitzen und können elektronisch mit den Batteriezellen gekoppelt sein, wie weiter unten beschrieben wird.
-
Wie veranschaulicht, können Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kein zusätzliches Gehäuse einschließen, das die Batteriezellen von den Strukturträgern der Batteriepacks trennt. Viele herkömmliche Batteriepacks können die Batteriezellen in Modulen isolieren, die dann in einen strukturellen Aufbau für den Batteriepack integriert werden können. Da solche Module durch spezifische Geometrien gekennzeichnet sein können, können die resultierenden Batteriepacks Platz ineffizient nutzen und können eine Anzahl von Abständen um die Strukturelemente beibehalten. Die vorliegende Technologie kann alternative Batteriegeometrien und Materialien nutzen, die direkt mit der Packstruktur, um eine weitere Verstärkung des gesamten Batteriepacks bereitzustellen, sowie für das System, in dem der Batteriepack integriert werden kann, genutzt werden können. Wenngleich zum Beispiel Batteriezellen, die von der vorliegenden Technologie umfasst sind, durch beliebige Abmessungen gekennzeichnet sein können, können Batteriezellen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie durch seitliche Abmessungen, wie sie sich orthogonal zu einer Länge des Längsträgers 110 erstrecken, von mehr als oder etwa 10 cm gekennzeichnet sein und können durch seitliche Abmessungen von mehr als oder etwa 20 cm, mehr als oder etwa 30 cm, mehr als oder etwa 40 cm, mehr als oder etwa 50 cm, mehr als oder etwa 60 cm, mehr als oder etwa 70 cm, mehr als oder etwa 80 cm, mehr als oder etwa 90 cm, mehr als oder etwa 100 cm oder mehr gekennzeichnet sein. Entsprechend kann sich jede Batteriezelle von dem Längsträger 110 zu einem zugeordneten Seitenträger erstrecken.
-
In vielen herkömmlichen Designs kann eine Isolierung entlang aller Seiten jedes Zellblocks bereitgestellt werden, um das Steuern der Wärmeableitung an angrenzende Zellen zu unterstützen. Aufgrund der schnellen Erzeugung von Wärme während Fehlerereignissen kann die an angrenzende Zellen übertragene Wärme jedoch immer noch ausreichen, um Innentemperaturen der angrenzenden Zellen über den Schwellenwert zu erhöhen, um auch ein thermisches Durchgehen in den angrenzenden Zellen auszulösen. Aufgrund der Isolierung, die sich um die Zellen herum erstreckt, kann die Verteilung der Wärme an die unmittelbar angrenzenden Zellen im Wesentlichen gleichmäßig sein, und die in dem thermischen Durchgehen erzeugte Wärmemenge kann bewirken, dass Innentemperaturen jeder angrenzenden Zelle über den Schwellenwert für thermisches Durchgehen ansteigen. Folglich können viele herkömmliche Designs auf weniger kompakte Konfigurationen, die eine zusätzliche und dickere Isolierung integrieren, und Moduldesigns, die mehr Batteriezelltrennung integrieren, beschränkt sein.
-
Die vorliegende Technologie kann in einigen Ausführungsformen Batteriezellen nutzen, die durch eine langsamere Reaktion während Fehlerereignissen oder durch eine niedrigere Verschlechterungsrate der Zellmaterialien gekennzeichnet sein können. Während eines Fehlerereignisses können zum Beispiel Reaktionen, die aktive Materialien innerhalb der Zelle verbrauchen, basierend auf der chemischen Zusammensetzung der Zellen gesteuert werden, um die Reaktion zu verlangsamen, was die Temperatur eines Ereignisses reduzieren kann. Folglich kann eine Spitzentemperatur während eines Fehlers unter oder um 1000 °C beibehalten werden und kann unter oder um 900 °C, unter oder um 800 °C, unter oder um 700 °C, unter oder um 600 °C, unter oder um 500 °C, unter oder um 400 °C oder niedriger beibehalten werden. Dies kann die Auswirkung auf angrenzende Zellen begrenzen, die ansonsten nicht in der Lage sein können, höhere Temperaturen zu überleben, die ein thermisches Durchgehen von angrenzenden Batterien verursachen können. Entsprechend können Batterien in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie näher beieinander oder mit weniger Isolierung zwischen angrenzenden Batterien beabstandet sein.
-
Durch Koppeln der Batteriezellen mit den umgebenden Strukturkomponenten kann eine Wärmeübertragung von den Batteriezellen weiter verbessert werden und kann weniger Isolierung innerhalb des Packs integriert werden, was die volumetrische Energiedichte weiter verbessern kann. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Deckel 125 mit einer ersten Oberfläche jeder Batteriezelle 105 unter Verwendung eines thermischen Grenzflächenmaterials 140 gekoppelt sein. Das thermische Grenzflächenmaterial 140 kann mit jeder Batteriezelle 105 beider Sätze oder aller Sätze direkt in Kontakt sein und kann mit dem Deckel 125 auf einer gegenüberliegenden Oberfläche in Kontakt sein. In ähnlicher Weise kann die Grundfläche 130 in einigen Ausführungsformen mit einer zweiten Oberfläche jeder Batteriezelle 105 gegenüber der ersten Oberfläche gekoppelt sein. Die Grundfläche 130 kann unter Verwendung eines thermischen Grenzflächenmaterials 145 mit den Batteriezellen gekoppelt sein. Auch hier kann das thermische Grenzflächenmaterial 145 mit jeder Batteriezelle 105 des Batteriepacks direkt in Kontakt sein und kann mit der Grundfläche 130 auf einer gegenüberliegenden Oberfläche in Kontakt sein. Wie unten beschrieben wird, kann die Grundfläche 130 ein Wärmetauscher sein oder einen solchen einschließen, und somit kann mehr direkter Kontakt zwischen den Batteriezellen und der Grundfläche die Wärmeübertragung von Batteriezellen während des Betriebs weiter unterstützen.
-
Ein nachgiebiges Polster 150 kann in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie zwischen jeder Batteriezelle und angrenzenden Batteriezellen sowie zwischen Batteriezellen und seitlichen Elementen positioniert sein. Da Batteriezellen während ihrer Lebensdauer be- und entladen werden, können die Zellen sowohl im Laufe der Zeit als auch während des normalen Betriebs quellen, wenn sich die Zelle erwärmt. Wenn Zellen starr komprimiert sind oder in einer bestimmten Struktur enthalten sind, können die Zellen einen verringerten Lebenszyklus aufweisen. Die vorliegende Technologie kann jedoch nachgiebige Polster oder eine Isolierung einschließen, die konfiguriert sind, um ein Maß an Biegung oder Komprimierung bereitzustellen, um Platz für ein Quellen von Batteriezellen im Laufe der Zeit bereitzustellen sowie um die Wärmeübertragung zwischen angrenzenden Zellblöcken zu reduzieren oder zu begrenzen. Die nachgiebigen Polster 150 können konfiguriert sein, um Raum zwischen jeder Batteriezelle vollständig zu belegen, um alle Abstände innerhalb der Struktur zu begrenzen. Jedoch kann das Wärmeisolationsmaterial so konfiguriert sein, dass es eine Kompression von bis zu oder ungefähr 50 % oder mehr seiner Dicke aufnimmt, um einem Anschwellen der Batterie mit der Zeit gerecht zu werden. Anders als herkömmliche Technologie, die eine solche Bereitstellung von Platz nicht bereitstellen kann, kann die vorliegende Technologie basierend auf der integrierten Bereitstellung von Platz für ein Batteriequellen innerhalb jedes Zellblocks einen längeren Batterielebenszyklus bereitstellen und kann eine Zelldickentoleranz bereitstellen.
-
Zwischen jedem Seitenträger und den Batteriezellen kann ein Dichtungsschaum 155 oder ein Polster integriert sein, der/das einen vollständigen Sitz des Seitenträgers und der Batteriezellen sicherstellen kann und Abstände zwischen den Komponenten begrenzen oder verhindern kann. Endträger 160a und 160b können an Längsenden des Batteriepacks an den Batteriezellen gekoppelt sein, um die Packstruktur abzuschließen. Wie veranschaulicht, können die Endträger 160 in Hälften oder Segmenten gebildet sein, die mit jedem Satz von Batteriezellen gekoppelt sein können. Dies kann ermöglichen, dass ein Batteriesatz, einschließlich Endträgern, vollständig gebildet wird, gefolgt von einem Verbinden mit Strukturträgern, wie Längsträgern und Seitenträgern, des Batteriepacks.
-
Die nachgiebigen Polster 150 und/oder der Dichtungsschaum 155 können dazu bestimmt sein, die Wärmeübertragung zu reduzieren, und können durch eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als oder etwa 0,5 W/m·K gekennzeichnet sein und können durch eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als oder etwa 0,4 W/m·K, weniger als oder etwa 0,3 W/m K, weniger als oder etwa 0,2 W/m K, weniger als oder etwa 0,1 W/m K, weniger als oder etwa 0,05 W/m K oder weniger gekennzeichnet sein. Die Polster können eine beliebige Anzahl von Isoliermaterialien sein oder einschließen und können thermisch widerstandsfähige Decken, Matten und andere Materialien, die Oxide verschiedener Metalle einschließen können, sowie andere isolierende Materialien, die zu einer der angegebenen Wärmeleitfähigkeitszahlen beitragen können, einschließen. Aufgrund der Verteilung von Wärme weg von angrenzenden Zellen kann die vorliegende Technologie eine Reduzierung der Isolierung zwischen Zellen unterstützen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die zwischen jeder Batteriezelle bereitgestellte Isolierungsmenge weniger als oder etwa 2 cm dick sein und kann in einigen Ausführungsformen weniger als oder etwa 1 cm, weniger als oder etwa 8 mm, weniger als oder etwa 6 mm, weniger als oder etwa 5 mm, weniger als oder etwa 4 mm, weniger als oder etwa 3 mm, weniger als oder etwa 2 mm oder weniger sein. Die reduzierte Isolierung kann zusätzliches Volumen in einem Batteriepack beitragen, das verwendet werden kann, um zusätzliche oder größere Batteriezellen zu integrieren, wodurch die Gesamtkapazität erhöht wird.
-
Das thermische Grenzflächenmaterial 140 und/oder das thermische Grenzflächenmaterial 145 kann dazu bestimmt sein, die Wärmeübertragung zu erhöhen und kann durch eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder etwa 0,5 W/m·K gekennzeichnet sein und kann durch eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als oder etwa 1 W/m·K, mehr als oder etwa 2 W/m K, mehr als oder etwa 5 W/m K, mehr als oder etwa 10 W/m·K, mehr als oder etwa 25 W/m·K oder mehr gekennzeichnet sein. Die thermischen Grenzflächenmaterialien können eine beliebige Anzahl von wärmeleitfähigen Materialien sein oder einschließen und können thermische Pasten oder Fett, polymere oder andere leitfähige Materialien einschließen. In einigen Ausführungsformen ist das thermische Grenzflächenmaterial zum Beispiel möglicherweise nicht elektrisch leitfähig. In einigen Ausführungsformen, weil die Oberfläche des Zellblocks nicht elektrisch geladen sein kann, kann eine elektrisch leitfähige Paste verwendet werden, die die Wärmeleitfähigkeit ebenfalls erhöhen kann. Zusätzlich kann das Material 140 und/oder das Material 145 zusätzlich oder alternativ zu einem wärmeleitfähigen Klebstoff ein Strukturklebstoff sein. Dies kann die gesamte Packaging-Effizienz innerhalb des Packs erhöhen. Durch Verwenden der thermischen Grenzflächenmaterialien, um die Wärmeübertragung weg von den Batteriezellen des Batteriepacks zu unterstützen, kann die genutzte Isolierungsmenge reduziert werden, weil die Batteriezellentemperatur bei niedrigeren Temperaturen gehalten werden kann, was wiederum den verwendbaren Raum innerhalb eines Batteriepacks für Batteriezellen erhöhen kann.
-
Die Längsträger, Seitenträger, Endträger und Seitenwände sowie der Deckel und/oder die Grundfläche können aus einer beliebigen Anzahl von Materialien hergestellt sein und können als Strukturelemente des Batteriepacks 100 wirken. Entsprechend können die Materialien Aluminium, Stahl, Kunststoffmaterialien oder Verbundmaterialien sein oder einschließen, die ein gewisses Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Flexibilität bereitstellen. Die Längsträger und Seitenwände können auch eine Menge an Wärmeleitung von Batteriezellblöcken bereitstellen, bei denen ein Fehler oder andere Bedingungen einer unsachgemäßen Verwendung, einschließlich thermischen Durchgehens, vorliegen. Der Längsträger und die Seitenwände können in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie I-Träger sein. Während dies einen vertieften Raum entlang der Länge der Träger erzeugen kann, kann dieser Raum verwendet werden, um Aspekte der vorliegenden Technologie zu ermöglichen. Zum Beispiel können die Seitenwände ein nachgiebiges Polster innerhalb der I-Träger-Vertiefung aufnehmen, oder die Vertiefungen können so bemessen sein, dass eine Höhe einer Batteriezelle kleiner als eine Höhe des I-Trägers sein kann, was es angrenzenden Batteriezellen ermöglichen kann, innerhalb der Vertiefung zu sitzen, um Abstände zu begrenzen, was durch ein nachgiebiges Polster weiter ermöglicht werden kann. Die Seitenwände können auch eine strukturelle Befestigung für Hilfssysteme sowie eine Befestigung an einer Vorrichtung oder einem System bereitstellen, in der/dem das Pack integriert werden kann.
-
In ähnlicher Weise kann der Längsträger 110 eine Vertiefung auf jeder Seite des Trägers einschließen, was Aspekte der Batteriezellen ermöglichen kann. 2 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Batteriepacks 200 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie und kann einen Querschnitt veranschaulichen, der sich seitlich über den Batteriepack erstreckt, wie von einem ersten Seitenträger zu einem zweiten Seitenträger, wie zuvor beschrieben. Der Batteriepack 200 kann ein beliebiges Merkmal, eine beliebige Komponente oder eine beliebige Eigenschaft des Batteriepacks 100 einschließen und kann zusätzliche Merkmale des Batteriepacks 100 oder andere Batteriepacks, die von der vorliegenden Technologie umfasst sind, veranschaulichen. Der Batteriepack 200 kann vollständig gekoppelte Komponenten veranschaulichen, die Batteriezellen 205 und einen Längsträger 210, wie zuvor beschrieben, einschließen können.
-
Die Batteriezellen 205 können wiederaufladbare Zellen, wie Lithium-Ionen-Batteriezellen, sein, obwohl beliebige Batteriezellen oder Energiespeichervorrichtungen in Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie verwendet werden können. Die Batteriezellen 205 können abhängig von der Geometrie der Zellen durch eine Anzahl von Seitenoberflächen gekennzeichnet sein. 2 veranschaulicht rechteckige Zellen innerhalb des Batteriepacks 200, obwohl auch andere Geometrien und Konfigurationen umfasst sind. Wie veranschaulicht, kann jede Batteriezelle 205 durch Seitenoberflächen in Bezug auf den Längsträger 210 gekennzeichnet sein. Zum Beispiel kann die Batteriezelle durch eine erste Seitenoberfläche 206 angrenzend an einen Deckel des Batteriepacks gekennzeichnet sein. Ein thermisches Grenzflächenmaterial kann jede Batteriezelle mit dem Deckel koppeln, wie zuvor beschrieben. Dies kann ermöglichen, dass jede Zelle als zusätzliches Strukturelement des Packs eingeschlossen wird. Zum Beispiel, im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Technologien, die die Zellen vollständig von umgebenden Strukturelementen trennen können, kann die vorliegende Technologie den Pack weiter verstärken, indem die Batteriezellen als Strukturkomponenten des Packs integriert werden. Die Batteriezelle 205 kann durch eine zweite Seitenoberfläche 207 gegenüber der ersten Seitenoberfläche 206 gekennzeichnet sein. Die zweite Seitenoberfläche 207 kann angrenzend an die Grundfläche des Batteriepacks 200 sein, und ein thermisches Grenzflächenmaterial kann jede Batteriezelle mit der Grundfläche des Batteriepacks koppeln, wie zuvor beschrieben. Die Batteriezelle 205 kann durch eine dritte Seitenoberfläche 208 gekennzeichnet sein, die sich vertikal zwischen der ersten Seitenoberfläche und der zweiten Seitenoberfläche erstreckt. Die dritte Seitenoberfläche 208 jeder Batteriezelle kann dem Längsträger 210 zugewandt sein, und somit können Batteriezellen eines ersten Satzes 212a von Zellen und Batteriezellen eines zweiten Satzes 212b von Zellen in der Ausrichtung umgekehrt werden, sodass eine dritte Seite jeder Zelle für jeden Satz dem Längsträger 210 zugewandt ist. Die Batteriezelle 205 kann ferner durch eine vierte Seitenoberfläche 209 gegenüber der dritten Oberfläche 208 gekennzeichnet sein.
-
Der Batteriepack 200 kann einen ersten Seitenträger 215 angrenzend an den ersten Satz von Batteriezellen einschließen und kann einen zweiten Seitenträger 217 angrenzend an den zweiten Satz von Batteriezellen einschließen. Wie veranschaulicht, kann jeder Seitenträger einen oder mehrere Lufträume innerhalb des Seitenträgers definieren. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Seitenträger 215 einen ersten Luftraum 220 und einen zweiten Luftraum 222 veranschaulichen, die innerhalb des Seitenträgers definiert sind. Jede Batteriezelle kann eine Ablassöffnung 224 einschließen, die in der vierten Oberfläche 209 der Zelle gebildet ist, was es ermöglichen kann, abgelassene Ausflüsse aus der Ablassöffnung und in den innerhalb des Seitenträgers definierten Luftraum abzulassen. Wie weiter unten beschrieben wird, können angrenzende Batteriezellen eine vertikale Position der Ablassöffnung, ähnlich der Zelle 205a und der Zelle 205b, abwechseln. Zum Beispiel kann die Batteriezelle 205a eine Ablassöffnung 224a einschließen, die innerhalb der vierten Oberfläche der Batteriezelle nahe der zweiten Oberfläche 207 gebildet ist, wie veranschaulicht, und die in einer Linie mit dem zweiten Luftraum 222, der im Seitenträger gebildet ist, sein kann. Zusätzlich kann die Batteriezelle 205b eine Ablassöffnung 224b einschließen, die innerhalb der vierten Oberfläche der Batteriezelle nahe der ersten Oberfläche 206 gebildet ist, wie veranschaulicht, und die in einer Linie mit dem ersten Luftraum 220, der im Seitenträger gebildet ist, sein kann. Durch abwechselnde Ablasspositionen zwischen angrenzenden Batterien kann während eines bestimmten Ereignisses einer unsachgemäßen Verwendung eine niedrigere Wärmeauswirkung auf angrenzende Batteriezellen bereitgestellt werden. Der erste Luftraum und der zweite Luftraum können durch einen Querträger im Seitenträger, wie veranschaulicht, fluidisch voneinander isoliert sein, was die Auswirkung weiter begrenzen kann, wenn zwei angrenzende Batterien erwärmte Ausflussmaterialien durch Trennen der Materialien voneinander innerhalb des Seitenträgers ablassen.
-
Der Batteriepack 200 kann auch einen Deckel 225 einschließen, der mit ersten Oberflächen 206 der Batteriezellen, wie zuvor beschrieben, gekoppelt ist, und der als ein Strukturelement des Packs zusätzlich zum Wirken als Dichtungselement arbeiten kann. Zusätzlich kann der Batteriepack 200 eine Grundfläche 230 einschließen, die mit zweiten Oberflächen 207 der Batteriezellen, wie zuvor beschrieben, gekoppelt ist. Wie oben angegeben, kann die Grundfläche 230 ein Wärmetauscher zum Unterstützen der Wärmeübertragung von den Batteriezellen während des Betriebs sein oder einen solchen einschließen. Zum Beispiel kann die Grundfläche 230 einen oder mehrere Fluidkanäle 232 definieren, die sich orthogonal zu einer Länge des Längsträgers 210 erstrecken. Durch jeden Seitenträger kann sich eine Einlass-/Auslassöffnung 235 vom Grundflächenelement zum Zuführen oder Abführen eines Wärmeübertragungsfluids, das innerhalb der Kanäle strömen kann, erstrecken. Wie unten beschrieben wird, kann die Einlass-/Auslassöffnung 235 das Wärmeübertragungsfluid in Längsrichtung entlang eines Strömungspfads durch den Batteriepack und durch Fluidkanäle 232 leiten, die dann das Wärmeübertragungsfluid entlang eines Strömungspfads am gegenüberliegenden Seitenträger lenken können, bevor das Wärmeübertragungsfluid an der anderen Einlass-/Auslassöffnung abgeführt wird.
-
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann der Deckel 225 auch ein ähnlicher Wärmetauscher sein oder einen solchen einschließen oder ähnliche Fluidkanäle definieren, die mit dem Grundflächenwärmetauscher genutzt werden können, um die Wärmeübertragung durch den Batteriepack weiter zu verbessern. Zusätzlich kann der Deckelwärmetauscher, wenn er integriert ist, Fluid vom Grundflächenwärmetauscher aufnehmen oder umgekehrt und kann das Wärmeübertragungsfluid zum Beispiel durch im Deckel definierte Fluidkanäle zurück über die erste Oberfläche der Batteriezellen abführen. Das Wärmeübertragungsfluid kann in eine entgegengesetzte Richtung als innerhalb der Grundfläche gelenkt werden, was einen Temperaturgradienten über den Batteriepack reduzieren kann, der durch den Fluss des Fluids in eine einzige Richtung durch die Grundfläche verursacht wird. Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Ausführungsformen ein Pumpen- oder Abführsystem für das Wärmeübertragungsfluid in regelmäßigen Intervallen den Strom umkehren, um einen Gradienten über den Batteriepack zu begrenzen oder zu reduzieren.
-
Der Batteriepack 200 veranschaulicht auch eine Ausführungsform, in der der Längsträger 210 ein I-Träger ist. Wie zuvor erörtert, können sich die Batterieanschlüsse 240 von der dritten Oberfläche 208 jeder Batteriezelle in Richtung des Längsträgers 210 erstrecken. Batterieanschlüsse können begrenzen, wie bündig die Batteriezellen in den Längsträger integriert werden können. Da die I-Träger-Struktur jedoch Vertiefungen bereitstellen kann, die auf jeder Seite des Trägers definiert sind, können die Batterieanschlüsse innerhalb der Vertiefung positioniert sein, was es ermöglichen kann, dass die Batteriezellen innerhalb des Batteriepacks enger gepackt sind. Sammelschienen können sich angrenzend an den Längsträger erstrecken und können die Länge des Batteriepacks, die jeden Batteriesatz in Reihe koppelt, verlängern, obwohl parallele Konfigurationen in ähnlicher Weise umfasst sein können. Die Batteriesätze des Batteriepacks können dann in Reihe, um die Spannung des Batteriepacks zu erhöhen, oder parallel, um die Energiedichte bei einer eingestellten Spannung zu erhöhen, miteinander gekoppelt werden. Wie unten beschrieben wird, kann sich die elektrische Kopplung durch den Deckel 225 oder durch ein Ende des Packs erstrecken.
-
Durch das Begrenzen der Komponenten und Isolierung des Batteriepacks, wie beschrieben, durch Verwenden der Batteriezellen als Teil des Strukturaufbaus des Batteriepacks und durch Reduzieren der Toleranzen zwischen Komponenten, wie gezeigt, kann eine volumetrische Energiedichte und spezifische Energie des Batteriepacks im Vergleich zu herkömmlichen Technologien verbessert werden, indem das Volumen des Packs, das den Batteriezellen zugeordnet ist, erhöht wird. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie die Batteriezellen mehr als oder etwa 50 % des Volumens des Batteriepacks ausmachen und können mehr als oder etwa 55 % des Volumens des Batteriepacks, mehr als oder etwa 60 % des Volumens des Batteriepacks, mehr als oder etwa 65 % des Volumens des Batteriepacks, mehr als oder etwa 70 % des Volumens des Batteriepacks, mehr als oder etwa 75 % des Volumens des Batteriepacks, mehr als oder etwa 80 % des Volumens des Batteriepacks oder mehr ausmachen. Dies kann ermöglichen, dass kleinere Batteriepacks in elektronischen Vorrichtungen und Maschinen genutzt werden, und kann das Gewicht, das den Batteriepacks zugeordnet ist, reduzieren.
-
3 zeigt eine schematische isometrische Ansicht eines Grundflächenelements 300, das in Batteriepacks gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie verwendet werden kann. Das Grundflächenelement 300 kann in Batteriepacks eingeschlossen sein, die an anderer Stelle in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, und kann zusätzliche Merkmale von Grundflächenelementen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie veranschaulichen. Das Grundflächenelement 300 kann einen oder mehrere Abschnitte einschließen, die miteinander verbunden, verschweißt oder anderweitig gekoppelt sein können, um das Grundflächenelement zu bilden. Jeder Abschnitt kann extrudiert oder anderweitig gebildet sein, um Fluidkanäle bereitzustellen, die sich über das Grundflächenelement erstrecken. Jeder Kanal kann innerhalb der Grundfläche fluidisch isoliert sein, um den Fluidstrom innerhalb der Grundfläche zu steuern und ein von den Batteriezellen isoliertes Wärmeübertragungsfluid beizubehalten. Unter den Fluidkanälen kann das Grundflächenelement 300 eine oder mehrere Vertiefungen 305 definieren. Diese Vertiefungen können die Seitenwände zwischen Batteriezellen aufnehmen, was es ermöglichen kann, dass die Zellen bündig an der Grundfläche oder an einem thermischen Grenzflächenmaterial, das zwischen der Grundfläche und jeder Batteriezelle gekoppelt ist, wie zuvor beschrieben, sitzen. Das Grundflächenelement 300 kann sowohl als Wärmetauscher als auch als externes Stütz- und Schutzelement für den Batteriepack basierend auf den Materialien und der Konfiguration arbeiten. Durch Kombinieren dieser Merkmale in eine einzige Komponente können weitere Platzeinsparungen bereitgestellt werden.
-
Wie veranschaulicht, kann das Grundflächenelement 300 Einlass-/Auslassöffnungen 310 zum Zuführen und Abführen des Wärmeübertragungsfluids von dem Grundflächenelement 300 einschließen. Ein Verteiler 315, der zur Erleichterung der Betrachtung vom Grundflächenelement entfernt ist, kann einen Kanal 318 definieren, der sich entlang des Verteilers erstreckt und der das Wärmeübertragungsfluid entlang einer Länge des Grundflächenelements zuführen kann. Wie veranschaulicht, kann sich das Volumen oder die Breite des Verteilerkanals 318 entlang der Länge vergrößern und kann im gegenüberliegenden Verteiler ein umgekehrter Kanal gebildet sein. Diese Kanäle können zusammenwirken, um eine gleichmäßigere Leitfähigkeit des Wärmeübertragungsfluids an jedem Fluidkanal durch das Grundflächenelement entlang einer Länge des Grundflächenelements zu erzeugen, was eine gleichmäßigere Wärmeübertragung von jeder Batteriezelle des Batteriepacks unterstützen kann.
-
4 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht des Grundflächenelements 300 zur Verwendung in einem Batteriepack gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie und kann zusätzliche Merkmale des Grundflächenelements 300 und Fluidkanäle, die sich durch das Grundflächenelement erstrecken, veranschaulichen. Wie veranschaulicht, können Fluidkanäle 405 innerhalb des Grundflächenelements gebildet sein. In einigen Ausführungsformen können die Fluidkanäle 405 einstückig mit den Grundflächenelementabschnitten, die extrudiertes Metall sein können, gebildet sein. Entsprechend können die Kanäle jeweils fluidisch voneinander und von den Batteriezellen isoliert sein, die auf dem Grundflächenelement sitzen oder mit dem Grundflächenelement mit einem thermischen Grenzflächenmaterial gekoppelt sein können. Vertiefungen 305, wie zuvor beschrieben, können zwischen Fluidkanälen 405 gebildet sein. Entsprechend können Seitenwände innerhalb der Vertiefungen 305 sitzen, während die Fluidverbindung innerhalb der Kanäle 405, die innerhalb des Grundflächenelements gebildet sind, beibehalten wird. Diese Bildung von isolierten Kanälen kann auch einen Druckschwellenwert, dem der Wärmetauscher standhalten kann, erhöhen. Folglich können Wärmeübertragungsfluide, die im System verwendet werden können, in einigen Ausführungsformen wässrige Fluide, die Glykol oder andere Materialien einschließen können, sowie Kältemittel, das unter Druck innerhalb des Grundflächenelements und einer zugehörigen Kältemittelschleife gehalten werden kann, einschließen.
-
5 zeigt eine schematische Teilansicht eines Deckels 500 für einen Batteriepack gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie. Wie zuvor beschrieben, kann ein Leistungsmodul oder Elektronikmodul in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie auf dem Deckel sitzen. Der Deckel kann einen Zugang definieren, durch den sich eine elektrische Schnittstelle 505 erstrecken kann. Die elektrische Schnittstelle 505 kann einen oder mehrere Verbinder einschließen, die eine elektrische Kopplung für Zugang zu den Batteriezellen bereitstellen. Der Deckel kann einen Vorsprung 510 einschließen, der vom Deckel vorsteht und sich um die elektrische Schnittstelle 505 erstreckt. Der Vorsprung kann eine Umgebungsdichtung einschließen, um das Eindringen in die Packstruktur zu begrenzen. Die Verbinder können eine oder mehrere Hochspannungsbusverbindungen, die eine elektrische Kopplung mit den einzelnen Batteriezellen bereitstellen können, sowie beliebige andere Leistungs- oder Sensorverbindungen für die Batteriezellen einschließen.
-
6 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Abschnitts eines Batteriepacks 600 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie und kann einen Querschnitt veranschaulichen, der sich in Längsrichtung über einen Abschnitt des Batteriepacks, wie durch eine Anzahl von Batteriezellen und Seitenwänden, erstreckt. Der Batteriepack 600 kann ein beliebiges Merkmal, eine beliebige Komponente oder eine beliebige Eigenschaft von zuvor beschriebenen Batteriepacks einschließen und kann zusätzliche Merkmale eines beliebigen an anderer Stelle beschriebenen Batteriepacks oder anderer Batteriepacks, die von der vorliegenden Technologie umfasst sind, veranschaulichen. Der Batteriepack 600 kann vollständig gekoppelte Komponenten veranschaulichen, die Batteriezellen 605, wie zuvor beschrieben, einschließen können. Der Batteriepack 600 kann einen Deckel 610 einschließen, der mit einer ersten Oberfläche der Batteriezellen, wie zuvor beschrieben, gekoppelt sein kann. In ähnlicher Weise kann der Batteriepack 600 eine Grundfläche 615 einschließen, die eine Vielzahl von Fluidkanälen zum Zuführen eines Wärmeaustauschfluids, wie oben erörtert, definieren kann.
-
Der Batteriepack 600 kann eine oder mehrere Seitenwände 620, wie zuvor beschrieben, einschließen, die sich in Intervallen zwischen Batteriezellen erstrecken können. Wie oben erörtert, können die Seitenwände 620 innerhalb der Grundfläche 615 an Vertiefungen 618 sitzen, die ermöglichen können, dass Batteriezellen 605 in engerem Kontakt mit dem Grundflächenelement oder einem thermischen Grenzflächenmaterial, das die Batteriezellen mit der Grundfläche koppelt, angeordnet sind. Einige Seitenwände 620 können auch eine Schnittstelle 622 oder eine Aufnahme einschließen, die sich durch den Deckel 610 erstrecken kann, wie veranschaulicht. Die Schnittstellen können eine mechanische Kopplung von Komponenten, wie eines Elektronikmoduls 625, ermöglichen. Die Schnittstellen können ferner verwendet werden, um den Batteriepack innerhalb einer umgebenden Struktur zu koppeln, was die Packsteifigkeit und -verstärkung weiter verbessern kann. Wie veranschaulicht, kann das Elektronikmodul auf dem Deckel des Batteriepacks sitzen und kann mit Verbindern koppeln, die sich durch den Deckel erstrecken, wie zuvor beschrieben. Um die Bewegung des Elektronikmoduls zu begrenzen, kann das Modul unter Verwendung der Schnittstellen 622 mit den Seitenwänden gekoppelt sein. Das Elektronikmodul kann elektrische Verbindungen mit den Batteriezellen einschließen und kann zusätzliche Überwachungs-, Erfassungs- und Steuerkomponenten, die dem Batteriepackbetrieb zugeordnet sind, einschließen.
-
7 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht durch einen Seitenträger eines Batteriepacks 700 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Technologie und kann einen Querschnitt veranschaulichen, der sich in Längsrichtung über einen Abschnitt des Batteriepacks, wie entlang eines Seitenträgers, erstreckt. Der Batteriepack 700 kann ein beliebiges Merkmal, eine beliebige Komponente oder eine beliebige Eigenschaft von zuvor beschriebenen Batteriepacks einschließen und kann zusätzliche Merkmale eines beliebigen an anderer Stelle beschriebenen Batteriepacks oder anderer Batteriepacks, die von der vorliegenden Technologie umfasst sind, veranschaulichen. Der Batteriepack 700 kann zusätzliche Merkmale einer Luftraumstruktur, die innerhalb der Seitenträger gebildet ist, gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen. Zum Beispiel kann der Seitenträger 705 einen ersten Luftraum 710 und einen zweiten Luftraum 715 definieren, die entlang des Seitenträgers mit einem Teiler 720 fluidisch getrennt sein können. Die Lufträume können angrenzend an Ablassöffnungen der Batteriezellen gebildet sein. Wie zuvor angegeben, kann jede Batteriezelle die Ablassöffnung an einer abwechselnden Position von angrenzenden Batteriezellen gebildet aufweisen. Während zum Beispiel eine erste Batteriezelle eine Ablassöffnung nahe dem Deckel einschließt, die in den ersten Luftraum 710 ablassen kann, kann eine angrenzende Batteriezelle eine Ablassöffnung nahe der Grundfläche einschließen, die in den zweiten Luftraum 715 ablassen kann. Diese separaten Ablassräume können die Wechselwirkung von Ausflussmaterialien mit angrenzenden Batterien begrenzen. Die Lufträume können sich zu einer Packablassöffnung erstrecken, die sich an einem Endträger befindet oder in einen Seitenträger integriert ist, was es ermöglichen kann, dass beliebige Ausflussmaterialien aus dem Batteriepack austreten. Durch die Verwendung von Strukturkomponenten und Konfigurationen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können Batteriepacks hergestellt werden, die eine verbesserte strukturelle Integrität aufweisen, während Volumenzunahmen aufgrund zusätzlicher Packaging- und Isoliermaterialien begrenzt werden.
-
In der vorangehenden Beschreibung wurden zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche Details dargelegt, um ein Verständnis verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Technologie bereitzustellen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass bestimmte Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details oder mit zusätzlichen Details ausgeführt werden können.
-
Nachdem nun mehrere Ausführungsformen offenbart wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, alternative Konstruktionen und Äquivalente verwendet werden können, ohne vom Geist der Ausführungsformen abzuweichen. Zusätzlich wurde eine Reihe von bekannten Verfahren und Elementen nicht beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Dementsprechend sollte die vorstehende Beschreibung nicht als den Schutzumfang der Technologie einschränkend betrachtet werden.
-
Wo ein Wertebereich vorgesehen ist, versteht es sich, dass jeder Zwischenwert, bis zu dem kleinsten Bruchteil der Einheit der unteren Grenze, sofern nicht der Kontext klar etwas anderes angibt, zwischen den oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs auch spezifisch offenbart ist. Jeder engere Bereich zwischen angegebenen Werten oder nicht angegebenen Zwischenwerten in einem angegebenen Bereich und jedem anderen angegebenen oder dazwischen liegenden Wert in diesem angegebenen Bereich ist eingeschlossen. Die oberen und unteren Grenzen dieser kleineren Bereiche können unabhängig voneinander in den Bereich eingeschlossen oder davon ausgeschlossen werden, und jeder Bereich, in dem eine von beiden, keine von beiden oder beide Grenzen in den kleineren Bereichen eingeschlossen sind, ist ebenfalls in der Technologie eingeschlossen, vorbehaltlich irgendeiner speziell ausgeschlossenen Grenze in dem angegebenen Bereich. Wenn der genannte Bereich eine oder beide der Grenzen einschließt, sind auch Bereiche eingeschlossen, die eine oder beide dieser eingeschlossenen Grenzen ausschließen. Wenn mehrere Werte in einer Liste bereitgestellt sind, ist jeder Bereich, der beliebige dieser Werte umfasst oder auf diesen basiert, ebenfalls ausdrücklich offenbart.
-
Wie hierin und in den angefügten Patentansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ auch Pluralverweise ein, sofern der Kontext nicht klar etwas anderes vorschreibt. Somit schließt zum Beispiel eine Bezugnahme auf „ein Material“ eine Vielzahl solcher Materialien ein und schließt eine Bezugnahme auf „die Zelle“ eine Bezugnahme auf eine oder mehrere Zellen und Äquivalente davon ein, die dem Fachmann bekannt sind, und so weiter.
-
Außerdem sollen die Wörter „umfassen/umfasst“, „umfassend“, „enthalten/enthält“, „enthaltend“, „einschließen/schließt ein“ und „einschließlich“, wenn sie in dieser Patentschrift und in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, das Vorhandensein bestimmter Merkmale, ganzer Zahlen, Komponenten oder Vorgänge angeben, schließen aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Komponenten, Vorgänge, Handlungen oder Gruppen nicht aus.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
