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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Traktionsmotor.
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Traktionsbatterien für Hybridelektrofahrzeuge (HEVs, HEV – hybrid electric vehicle) oder reine Elektrofahrzeuge (BEVs, BEV – battery-only electric vehicle) enthalten im Allgemeinen Batteriemodule, die nebeneinander gestapelt sind. Jedes Batteriemodul enthält mehrere Batteriezellen, die zwischen relativ starren Endplatten gestapelt sind. Die gestapelten Module sind in der Regel hinter der hinteren Sitzreihe an den Fahrzeugen montiert.
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Die Temperatur der Batterien kann sich aufgrund des elektrischen Widerstands in den Batteriezellen erhöhen. Temperatursensoren oder Thermistoren werden an den Batterien oder um sie herum platziert, um die Temperatur der Batterien für Sicherheits- und Steuerungszwecke zu messen. Packaging-Zwänge, Gewichtsüberlegungen und andere Faktoren führen zu Größenreduzierungen vieler Teile der Batteriezellen und – module. Die Größenreduzierung dieser Teile muss immer noch Thermistoren Rechnung tragen. Es besteht Bedarf für effizientes Packaging eines Thermistors in Batteriemodulen.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Batterieanordnung mit mehreren Batteriemodulen bereitgestellt. Die Batteriemodule enthalten einen ersten und einen zweiten Endrahmen. Der erste Endrahmen eines der Batteriemodule definiert eine erste Tasche. Der zweite Endrahmen eines benachbarten Batteriemoduls definiert eine zweite Tasche. Die erste und die zweite Tasche sind aufeinander ausgerichtet, so dass sie eine Aufnahme definieren, wenn sich die beiden Batteriemodule nebeneinander befinden. Mehrere Batteriezellen sind zwischen dem ersten und dem zweiten Endrahmen jedes Batteriemoduls angeordnet. Ein Thermistor ist in der Aufnahme angeordnet. Der Thermistor kontaktiert mindestens eine der Batteriezellen eines der Batteriemodule und erstreckt sich durch die erste Tasche und zumindest teilweise in die zweite Tasche des benachbarten Batteriemoduls.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Montage einer Batterieanordnung bereitgestellt. Ein erstes Batteriemodul wird vorgesehen, das einen ersten Endrahmen, der einen Durchlass definiert, aufweist. Ein Thermistor wird durch die Öffnung und auf eine Batteriezelle, die in dem ersten Batteriemodul angeordnet ist, befestigt. Es wird ein zweites Batteriemodul bereitgestellt, das einen eine Tasche definierenden zweiten Endrahmen aufweist. Der zweite Endrahmen ist so an dem ersten Endrahmen befestigt, dass sich der Thermistor ganz durch die Öffnung und zumindest teilweise in die Tasche erstreckt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Ein erstes Batteriemodul enthält einen ersten Endrahmen, der einen darin ausgebildeten Durchlass definiert. Das erste Batteriemodul enthält mehrere Batteriezellen. Ein zweites Batteriemodul ist neben dem ersten Batteriemodul angeordnet. Das zweite Batteriemodul enthält einen zweiten Endrahmen neben dem ersten Endrahmen. Ein Thermistor ist an einer der Batteriezellen des ersten Batteriemoduls befestigt. Der Thermistor erstreckt sich durch den Durchlass des ersten Endrahmens und zumindest teilweise in den zweiten Endrahmen des zweiten Batteriemoduls.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Batterieanordnung, die ein Paar Batteriemodule mit nebeneinander liegenden Endrahmen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält;
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2 ist eine Draufsicht eines Endrahmens eines Batteriemoduls und einer an dem Endrahmen ausgebildeten Tasche gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist eine Querschnittsansicht benachbarter Endrahmen benachbarter Batteriemodule mit darin ausgebildeten Taschen zur Aufnahme eines Thermistors gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht benachbarter Endrahmen benachbarter Batteriemodule, wobei jeder Endrahmen zwei Taschen enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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5 ist eine Querschnittsansicht benachbarter Endrahmen benachbarter Batteriemodule, wobei ein Endrahmen einen Vorsprung aufweist und der benachbarte Endrahmen eine Aufnahme zum Aufnehmen des Vorsprungs und zum Aneinanderbefestigen der Endrahmen aufweist, gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die auf verschiedene und alternative Weisen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich, da einige Merkmale übertrieben oder minimiert sein können, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Hier offenbarte bestimmte strukturelle und funktionale Details sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern nur als repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedenartig einzusetzen.
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Auf 1 Bezug nehmend, wird eine Batterieanordnung 10 zum Antrieb von Antriebsrädern eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs bereitgestellt. Es sind Endplatten 12 vorgesehen, um die Batterieanordnung 10 an einem Aufbau des (nicht gezeigten) Fahrzeugs zu befestigen. Es sind mehrere zusammengestapelte Batteriemodule 14 vorgesehen. Jedes Batteriemodul 14 enthält mehrere Batteriezellen 16, die zwischen zwei Endrahmen 18 angeordnet sind. Die Endrahmen 18 jedes Batteriemoduls 14 können zum Beispiel mit einer Schnappverbindung miteinander verbunden werden, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Es versteht sich, dass die Batteriemodule 14 innerhalb des Fahrzeugs aneinandermontiert werden können. Als Alternative dazu können die Batteriemodule 14 außerhalb des Fahrzeugs vor Befestigung der Endplatten 12 an dem Fahrzeugrahmen montiert werden.
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Die Endrahmen 18 enthalten jeweils eine Tasche 20. Jede Tasche 20 kann eine Vertiefung oder dergleichen sein, die sich nicht durch den ganzen Endrahmen 18 erstreckt. Als Alternative dazu kann die Tasche 20 ein Loch oder ein Durchlass sein, das bzw. der sich durch den ganzen Endrahmen 18 erstreckt. Die Tasche kann irgendein anderes Merkmal sein, das entweder eine in dem Endrahmen 18 ausgebildete Teilkavität oder einen sich durch den Endrahmen 18 erstreckenden vollen Hohlraum bereitstellt. Die Tasche 20 eines Endrahmens 18 ist auf eine Tasche 20 eines benachbarten Endrahmens 18 eines benachbarten Batteriemoduls 14 ausgerichtet, wenn die Batteriemodule 14 aneinandermontiert sind. Die Taschen 20 benachbarter Endrahmen 18 brauchen nicht gleich zu sein; zum Beispiel kann eine Tasche 20 eines Endrahmens ein Durchlass sein, während die Tasche 20 des benachbarten Endrahmens eine Vertiefung ist. Wenn zwei Batteriemodule nebeneinander montiert sind, definieren die Taschen 20 der benachbarten Endrahmen 18 zusammen eine Aufnahme, wie später erörtert.
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Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird eine an einem Endrahmen 18 ausgebildete Tasche 20 näher gezeigt. Die Tasche 20 enthält eine Vertiefung 21, sich verjüngende Ränder 22 und einen Durchlass oder ein Loch 24, der, bzw. das sich durch den Endrahmen 18 erstreckt. Das Loch 24 ist zur Aufnahme eines Thermistors 26 bemessen. Das Loch 24 ermöglicht es dem Thermistor 26, eine Batteriezelle 16 zu kontaktieren, die in dem Batteriemodul 14 und neben dem Endrahmen 18 angeordnet ist. Es sind elektrische Drähte 28 vorgesehen, die die Temperatur der Batteriezelle 16, wie von dem Thermistor 26 detektiert, zu einem Rechner oder einer Batteriesteuereinheit (BCU – battery control unit) (nicht gezeigt) kommunizieren. Die BCU verwendet die Temperaturinformationen beispielsweise zur Aktivierung der Batteriekühlung oder zum Abschalten der Batterie. Die Tasche 20 kann auch einen Drahtaufnahmebereich 30 enthalten, der bezüglich der Vertiefung 21 schmal ist und zur Aufnahme der elektrischen Drähte 28 bemessen sein kann. Wenn der Thermistor 26 in dem Loch 24 platziert ist, kann sich ein Klebstoff, wie zum Beispiel ein Klebeband, über den Thermistor 26 erstrecken und zum Inkontakthalten des Thermistors 26 mit der Batteriezelle 16 an der Vertiefung 21 befestigt sein. Wenn zwei oder mehr Batteriemodule 14 aneinandermontiert sind, sind die Taschen 20 benachbarter Endrahmen 18 aufeinander ausgerichtet. Die aufeinander ausgerichteten Taschen 20 definieren zusammen eine Aufnahme für den Thermistor 26. Der Thermistor 26 ist dicker als der Endrahmen 18, die Aufnahme stellt einen Zwischenraum für den Thermistor 26 bereit, damit er in Kontakt mit einer Batteriezelle 16 eines Moduls 14 sein kann, während er auch zumindest teilweise in der Tasche 20 des benachbarten Endrahmens 18 angeordnet ist. Zum Beispiel beträgt die Dicke des Thermistors bei einer Ausführungsform 2,5 mm, während die Dicke jedes Endrahmens 2,25 mm beträgt. Deshalb ermöglichen die aufeinander ausgerichteten Taschen 20, dass sich der Thermistor 26 in den Endrahmen 18 eines benachbarten Batteriemoduls 14 erstreckt.
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Der benachbarte Endrahmen 18, in dem der Thermistor 26 zumindest teilweise angeordnet ist, kann ein Loch 24 enthalten, um dem Thermistor 26 zu ermöglichen, die Temperatur zweier Batteriezellen von zwei benachbarten Batterieendmodulen zu messen. Als Alternative dazu enthält der benachbarte Endrahmen 18, in dem der Thermistor 26 zumindest teilweise angeordnet ist, möglicherweise kein Loch, und die Vertiefung 21 kann einfach als ein Aufnahmebereich zur Anordnung des Thermistors 26 wirken. Dadurch wird es dem Thermistor 26 ermöglicht, eine Batteriezelle 16 zu kontaktieren, während er nicht die Batteriezelle des benachbarten Batteriemoduls kontaktiert. Bei einer Ausführungsform beträgt die Dicke der Vertiefung jedes der Endrahmen 0,75 mm. Zusätzliche Einzelheiten benachbarter Taschen 20 der Endrahmen 18 benachbarter Batteriemodule 14 werden unter Bezugnahme auf 3 gegeben.
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Auf 3 Bezug nehmend, werden zwei benachbarte Endrahmen getrennter Batteriemodule gezeigt. Ein erster Endrahmen 34 eines Batteriemoduls befindet sich neben einem zweiten Endrahmen 36 eines benachbarten Batteriemoduls. Der erste Endrahmen 34 enthält eine erste Tasche 38 und der zweite Endrahmen 36 enthält eine zweite Tasche 40, wie zuvor unter Bezugnahme auf die 1–2 beschrieben. Obgleich die in 3 gezeigten Taschen so dargestellt sind, dass sie jeweils sowohl eine Vertiefung als auch ein Loch, die bzw. das in jedem der Endrahmen 34, 36 ausgebildet ist, enthalten, versteht sich, dass die Taschen 38, 40 Vertiefungen, Löcher und/oder irgendwelche anderen Merkmale enthalten können, die in den Endrahmen 34, 36 zumindest eine teilweise Vertiefung oder einen teilweisen Hohlraum bereitstellen. Durch den gemeinsamen Hohlraum in den Endrahmen 34, 36, der durch die aufeinander ausgerichteten Taschen 38, 40 gebildet wird, wird eine Aufnahme 42 definiert. Ein Thermistor 26 ist in der Aufnahme 42 angeordnet. Der Thermistor 26 kontaktiert eine Batteriezelle 16 eines der Batteriemodule 14 für Temperaturmessungen. Der Thermistor 26 kann eine Dicke aufweisen, die größer ist als die Dicke des zweiten Endrahmens 36. Die erste Tasche 38 ermöglicht es dem Thermistor 26, sich durch den zweiten Endrahmen 36 und zumindest teilweise in die erste Tasche 38 des ersten Endrahmens 34 zu erstrecken. Eine Schicht aus einem Schaumstoff oder einem anderen Isolator 44 kann vorgesehen werden, um den Thermistor 26 zumindest teilweise zu umgeben und die Haltbarkeit zu erhöhen, so dass der Thermistor 26 Fahrzeugvibrationen widerstehen kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist kein Isolator 44 vorgesehen, und die erste Tasche 38 wird durch eine Vertiefung und nicht durch ein Loch definiert, so dass sich der Thermistor 26 von einer Batteriezelle 16 durch die zweite Tasche 40 erstreckt und am ersten Endrahmen in der Vertiefung anliegt.
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Auf 4 Bezug nehmend, wird eine alternative Ausführungsform dargestellt. Der erste und der zweite Endrahmen 48, 50 sind als Teil getrennter Batteriemodule 14 bereitgestellt (getrennt und nicht befestigt gezeigt). Der erste Endrahmen 48 enthält eine erste Tasche 52 und eine zweite Tasche 54. Die erste Tasche 52 ist ein sich durch den ersten Endrahmen 48 erstreckendes Loch, während die zweite Tasche 54 eine Vertiefung ist, die sich nicht durch den Endrahmen 48 erstreckt. Der zweite Endrahmen 50 des benachbarten Batteriemoduls enthält eine dritte und eine vierte Tasche 56, 58, die jeweils auf die erste und die zweite Tasche 52, 54 des ersten Endrahmens 48 ausgerichtet sind. Die dritte und die vierte Tasche 56, 58 sind umgekehrt zu der ersten und zweiten Tasche 52, 54, das heißt die dritte Tasche 56 ist eine Vertiefung, die sich nicht durch den zweiten Endrahmen 50 erstreckt, und die vierte Tasche 58 ist ein Loch. Die umgekehrte Position jeweiliger Löcher und Vertiefungen benachbarter Endrahmen 48, 50 ermöglicht die Verwendung zweier Thermistoren zwischen benachbarten Batteriemodulen. Ein Thermistor erstreckt sich durch die erste Tasche 52 (das heißt ein Loch) zur Kontaktierung einer Batteriezelle eines Batteriemoduls, während er sich zumindest teilweise in die dritte Tasche 56 (das heißt eine Vertiefung) erstreckt. Ein anderer Thermistor erstreckt sich durch die vierte Tasche 58 (das heißt ein Loch) zur Kontaktierung einer anderen Batteriezelle, während er sich zumindest teilweise in die zweite Tasche 54 (das heißt eine Vertiefung) erstreckt. Dadurch wird ermöglicht, dass die Thermistoren und die BCU (nicht gezeigt) Temperaturen von zwei getrennten Batteriezellen 16 benachbarter Batteriemodule 14 bestimmen. Es versteht sich, dass die zweite und die dritte Tasche 54, 56 zwar Vertiefungen sind, aber auch vorgesehen werden kann, dass alle vier Taschen 52, 54, 56, 58 möglicherweise Löcher sind, und weiterhin kommt in Betracht, dass analog zu der unter Bezugnahme auf die Beschreibung von 3 beschriebene Art und Weise eine Isolierung verwendet werden kann.
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Die Endrahmen 48, 50 können einen schmaleren Drahtaufnahmebereich 30 neben jeder der Taschen 52, 54, 56, 58 ähnlich der Beschreibung von 2 enthalten. Es können elektrische Verbindungen oder Drähte in den Drahtaufnahmebereichen 30 angeordnet und mit den Endrahmen 48, 50 verklebt sein. Weiterhin ist ein getrennter ausgesparter Teil oder eine getrennte ausgesparte Vertiefung 62 vorgesehen, der bzw. die sich über beide Drahtaufnahmebereiche 30 erstreckt. Die Vertiefung 62 stellt ein Positioniermerkmal zur Platzierung eines Klebstoffs über die Drähte zwecks Verbindung der Thermistoren mit der BCU bereit.
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Auf 5 Bezug nehmend, werden der erste und der zweite Endrahmen 34, 36 für sich betrachtet gezeigt. Der erste Endrahmen 34 enthält einen Vorsprung 64. Der Vorsprung 64 ist eine Verlängerung des Endrahmens und enthält einen sich verjüngenden Kopf 65 am Ende eines Dorns. Der zweite Endrahmen 36 enthält eine(n) entsprechende(n) Aufnahme oder Absatz 66. Der zweite Endrahmen 36 enthält auch einen sich verjüngenden Teil 68, der sich zu dem Absatz 66 hin verjüngt. Der sich verjüngende Teil 68 ist etwas weiter außerhalb als der Kopf 65 eines benachbarten Batteriemoduls positioniert. Wenn die Batteriemodule 14 in einer Array miteinander verbunden werden, gleitet der sich verjüngende Kopf 65 des ersten Endrahmens 44 eines Moduls entlang dem sich verjüngenden Teil 68 des zweiten Endrahmens 46 eines benachbarten Moduls, wodurch der Vorsprung 64 etwas nach außen gebogen wird, bis der Kopf 65 den Absatz 66 erreicht. Wenn der Kopf 65 den Absatz 66 erreicht hat, "schnappt" der Vorsprung nach innen, wobei der Kopf 65 oben auf dem Absatz 66 aufliegt.
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Auf die 1 und 5 Bezug nehmend, kann jeder Endrahmen jedes Moduls entweder einen Vorsprung 64 oder einen Absatz 66 enthalten, so dass eine gestapelte Array von Batteriemodulen 14 bei der Montage der Batterieanordnung 10 in das Fahrzeug erreicht werden kann. Die Batteriemodule 14 können nacheinander an benachbarte Batteriemodule 14 montiert werden, wobei die Vorsprünge 64 durch Schnappverbindung an entsprechende Absätze 66 von benachbarten Modulen 14 angeordnet werden. Die Endplatten 12 können auch Vorsprünge oder Absätze enthalten, an die ein Batteriemodul 14 montiert wird. Es versteht sich, dass statt der Vorsprünge 64 und der Absätze 66 auch irgendein anderer Verbindungsmechanismus verwendet werden kann, der eine schnelle Verbindung eines ersten Endrahmens 44 eines Batteriemoduls 14 ermöglicht, um einen zweiten Endrahmen 46 eines benachbarten Batteriemoduls zu montieren. Ein solcher in Betracht kommender Verbindungsmechanismus enthält einen Stecker in eine Buchse.
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Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und nicht einschränkende Ausdrücke. Es kommt auch in Betracht, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kombiniert oder neu angeordnet werden können, um ein bestimmtes Ergebnis zu erhalten. In dem Maße, als bestimmte hier beschriebene Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen die anderen Ausführungsformen und die Implementierungen des Stands der Technik nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
