-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Wärmemanagement von Fahrzeugtraktionsbatterien, welche zum Betreiben von Hybrid- und Elektrofahrzeugen verwendet werden.
-
HINTERGRUND
-
Hybrid- und Elektrofahrzeuge erfordern gewöhnlich signifikante Mengen an Energie von einer Hochspannungstraktionsbatterie. Die Energie kann verwendet werden, um Motoren und elektrisches Zubehör anzutreiben. Die Traktionsbatterien können eine große Anzahl von miteinander verbundenen Batteriezellen umfassen. Das Aufrechterhalten der Batterietemperatur innerhalb eines gewünschten Betriebsbereichs kann die ordnungsgemäße Batteriefunktion fördern und die Lebensdauer der Batterie verbessern. Auch kann es vorteilhaft sein, die Differenz in der Temperatur über einzelne Zellen zu begrenzen. Wärmemanagementvorrichtungen können verwendet werden, um die Batterietemperatur zu regulieren. Beispielsweise kann das Leiten der Passagierkabinenluft oder Außenluft über eine Batterie beim Regulieren der Temperatur helfen. Zusätzlich können Elektroheizsysteme verwendet werden, um eine Batterie unter Niedrigtemperaturbedingungen zu erwärmen.
-
KURZFASSUNG
-
In mindestens einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeugtraktionsbatterie-Kühlkörper eine erste Rippe mit einem Zellenkontaktabschnitt in thermischem Kontakt mit einer VielzahlVielzahl von Batteriezellen. Die erste Rippe umfasst auch einen Verbinderabschnitt, welcher sich vom Zellenkontaktabschnitt erstreckt. Der Kühlkörper umfasst ferner eine Wärmeplatte in Kontakt mit dem Verbinderabschnitt und ein Wärmemittel, welches innerhalb der Wärmeplatte zirkuliert wird. Der Kühlkörper emöglicht, dass Wärme zwischen der Vielzahl von Batteriezellen und der Wärmeplatte durch die erste Rippe ausgetauscht wird.
-
In mindestens einer Ausführungsform umfasst eine Fahrzeugtraktionsbatterie eine Vielzahl von benachbarten Batteriezellen-Arrays. Die Traktionsbatterie umfasst auch eine Vielzahl von Rippen, welche zwischen den Zellen-Arrays verschachtelt sind, wobei jede Rippe einen Zellenkontaktabschnitt in thermischem Kontakt mit einem Zellen-Array umfasst. Jede der Rippen umfasst auch einen Verbinderabschnitt unterhalb eines Zellen-Arrays. Die Traktionsbatterie umfasst ferner eine Wärmeplatte in Kontakt mit dem Verbinderabschnitt jeder Rippe. Der Verbinderabschnitt jeder Rippe rastet benachbarte Verbinderabschnitte ein, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Basisoberfläche über die Vielzahl von Zellen-Arrays bereitzustellen.
-
In mindestens einer Ausführungsform umfasst eine Fahrzeugtraktionsbatterieanordnung eine Vielzahl von Batteriezellen, welche in einem Array angeordnet sind, wobei das Array eine erste Reihe von Batteriezellen und eine zweite Reihe von Batteriezellen aufweist. Die Traktionsbatterie umfasst auch eine erste Rippe, welche an eine Außenfläche der ersten Reihe von Batteriezellen angrenzt. Eine zweite Rippe grenzt an eine Außenfläche sowohl der ersten Reihe als auch der zweiten Reihe von Batteriezellen an. Die Traktionsbatterie umfasst ferner eine Wärmeplatte, welche unterhalb des Arrays angeordnet ist und in thermischem Kontakt mit der ersten Rippe und der zweiten Rippe ist, wobei Wärme zwischen Batteriezellen und der Wärmeplatte durch Leitungsübertragung durch die erste Rippe und die zweite Rippe ausgetauscht wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs.
-
2 ist eine Explosionsansicht eines Zellen-Arrays einer Traktionsbatterieanordnung.
-
3 ist eine perspektivische Ansicht einer zusammengesetzten Traktionsbatterieanordnung mit zwei benachbarten Zellen-Arrays.
-
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Traktionsbatterieanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform.
-
5 ist eine schematische Seitenansicht einer Traktionsbatterieanordnung mit einem Kühlmittelverteiler gemäß einer zusätzlichen alternativen Ausführungsform.
-
6 ist eine perspektivische Teilansicht der Traktionsbatterieanordnung aus 5.
-
7 ist eine schematische Seitenansicht der Traktionsbatterieanordnung mit einer leitfähigen Platte, um eine Rippe mit einer Wärmeplatte zu verbinden.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Wenn erforderlich, werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, welche in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um Fachleuten auf dem Gebiet zu lehren, wie sie die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen können.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Plug-in-Hybridelektrofahrzeugs (Plug-in Hybrid-Electric Vehicle, PHEV). Das Fahrzeug 12 umfasst eine oder mehrere elektrische Maschinen 14, welche mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können in der Lage sein, als Motor oder Generator zu arbeiten, um jeweils elektrische Leistung zu empfangen bzw. bereitzustellen. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einer Kraftmaschine 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20, welche mechanisch mit den Rädern 22 gekoppelt ist, verbunden sein. Die elektrischen Maschinen 14 können Antriebs- und Bremsfähigkeit bereitstellen, wenn die Kraftmaschine 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Wenn die elektrischen Maschinen 14 als Generatoren betrieben werden, können sie Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteile durch Energierückgewinnung beim Abbremsen durch regeneratives Bremsen bereitstellen. Die elektrischen Maschinen 14 reduzieren Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit durch Reduzieren der Arbeitslast der Kraftmaschine 18.
-
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 24 speichert Energie, welche von den elektrischen Maschinen 14 sowie anderem Fahrzeugzubehör mit einer elektrischen Last verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 kann eine Hochspannungs-Gleichstrom(Direct Current, DC)-Ausgabe von einem oder mehreren Batteriezellen-Arrays, manchmal als Batteriezellenstapel bezeichnet, innerhalb der Traktionsbatterie 24 bereitstellen. Die Batteriezellen-Arrays können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen.
-
Die Batteriezellen, wie beispielsweise prismatische, zylindrische oder Pouch-Zellen, können elektrochemische Zellen umfassen, welche gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Die Zellen können ferner ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) umfassen. Ein Elektrolyt kann ermöglichen, dass sich Ionen zwischen der Anode und Kathode während der Entladung bewegen und dann während der Wiederaufladung zurückkehren. Anschlüsse können ermöglichen, dass Strom aus der Zelle zur Verwendung durch das Fahrzeug fließt. Bei Anordnung in einem Array mit mehreren Batteriezellen können die Anschlüsse jeder Batteriezelle mit entgegengesetzten Anschlüssen (positiv und negativ) benachbart zueinander ausgerichtet sein, und eine Stromschiene kann helfen, eine elektrische Reihenverbindung zwischen den mehreren Batteriezellen zu ermöglichen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, so dass ähnliche Anschlüsse (positiv und positiv oder negativ und negativ) zueinander benachbart sind.
-
Verschiedene Batteriepackkonfigurationen können verfügbar sein, um einzelne Fahrzeugvariablen, umfassend Packaging-Einschränkungen und Leistungsanforderungen, anzusprechen. Die Batteriezellen können mit einem Wärmemanagementsystem thermisch reguliert sein. Beispiele für Wärmemanagementsysteme können Luftkühlsysteme, Flüssigkeitskühlsysteme und eine Kombination von Luft- und Flüssigkeitssystemen umfassen.
-
Die Traktionsbatterie 24 kann mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 elektrisch verbunden sein. Ein oder mehrere Schütze können die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet ist, und die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen ist. Das Leistungselektronikmodul 26 kann auch elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und eine bidirektionale Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 regulieren. Beispielsweise kann eine Traktionsbatterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 eine dreiphasige Wechselstrom(Alternating Current, AC)-Spannung für den Betrieb erfordern können. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die DC-Spannung in eine dreiphasige AC-Spannung umwandeln, welche von den elektrischen Maschinen 14 erfordert wird. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 die dreiphasige AC-Spannung von den elektrischen Maschinen 14, welche als Generatoren wirken, in die DC-Spannung umwandeln, die für die Traktionsbatterie 24 erforderlich ist. Die Beschreibung hierin ist gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug anwendbar. In einem reinen Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, welches mit einer elektrischen Maschine 14 verbunden ist, und die Kraftmaschine 18 ist nicht vorhanden.
-
Wie oben erörtert, kann die Traktionsbatterie 24 zusätzlich zur Bereitstellung von Energie für den Antrieb Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein Fahrzeugleistungssystem kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 umfassen, welches die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-DC-Versorgung umwandelt, welche mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten, wie beispielsweise Kompressoren und elektrische Heizungen, können ohne Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannung verbunden sein. In bestimmten Fahrzeugen sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. 12-Volt-Batterie) verbunden.
-
Ein Batterie-Energiesteuermodul (Battery Energy Control Module, BECM) 33 kann in Kommunikation mit der Traktionsbatterie 24 stehen. Das BECM 33 kann als Steuerung für die Traktionsbatterie 24 wirken und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem umfassen, welches die Temperatur und den Ladezustand von jeder der Batteriezellen verwaltet. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie beispielsweise einen Thermistor oder ein anderes Temperaturmessgerät. Der Temperatursensor 31 kann in Kommunikation mit dem BECM 33 sein, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen. Obwohl ein einzelner Temperatursensor in der schematischen Darstellung aus 1 gezeigt ist, können mehrere Sensoren verwendet werden, um getrennte Zellen und/oder Arrays von Zellen innerhalb der Traktionsbatterie 24 einzeln zu überwachen.
-
Das Batteriepack 24 kann über eine externe Leistungsquelle 36 wiederaufgeladen werden, wie beispielsweise eine elektrische Steckdose. Die externe Leistungsquelle 36 kann elektrisch mit einer Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) 38 verbunden sein. Die EVSE 38 kann Schaltungen und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regulieren und zu regeln. Die externe Leistungsquelle 36 kann der EVSE 38 elektrische DC- oder AC-Leistung bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeport 34 kann eine beliebige Art von Port sein, welcher ausgelegt ist, um Leistung von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeport 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder On-Board-Leistungswandlungsmodul 32 verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die Leistung, welche von der EVSE 38 zugeführt wird, aufbereiten, um der Traktionsbatterie 24 ordnungsgemäße Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann über eine Schnittstelle mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Zuführung von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Stifte aufweisen, welche mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeports 34 zusammenpassen.
-
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere verbundene Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren.
-
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst eine Fahrzeugtraktionsbatterie 50 einen Kühlkörper 52 zum Regeln der Batterietemperatur durch Wärmeleitung. Der Kühlkörper 52 kann verwendet werden, um Wärme von der Traktionsbatterie 50 unter Hochtemperaturbedingungen abzuleiten. Alternativ kann der Kühlkörper 52 Wärme empfangen und verwendet werden, um die Traktionsbatterie 50 unter Niedertemperaturbedingungen zu erwärmen. Die Traktionsbatterie 50 umfasst auch einen Batterie-Array 54, welcher aus einer Vielzahl von Batteriezellen 56 besteht, die elektrisch miteinander verbunden sind, um eine gewünschte Spannung zu erreichen. Beispielhaft weist das Batterie-Array 54 eine erste Reihe 58 von Batteriezellen und eine zweite Reihe 60 von Batteriezellen auf. Die Gesamtzahl der Batteriezellen und Anzahl der Reihen von Batteriezellen können vom angegebenen Beispiel abweichen. Ein Isolator 62 kann zwischen der ersten Reihe 58 und der zweiten Reihe 60 von Batteriezellen angeordnet sein, um die Reihen von Batteriezellen voneinander elektrisch zu isolieren. Ein Traktionsbatteriegehäuse 64 kann bereitgestellt sein, um die Batteriezellen 56 relativ zueinander in Position zu halten. Das Traktionsbatteriegehäuse 64 kann ein geformter Kunststoff sein und eine Schiene an gegenüberliegenden Seiten sowie eine Basis umfassen, um das Batterie-Array 54 zu unterstützen. Das Traktionsbatteriegehäuse 64 kann auch Öffnungen 66 umfassen, welche angeordnet sind, so dass ein signifikanter Teil der Seiten jeder Batteriezelle nicht vom Traktionsbatteriegehäuse 64 abgedeckt ist. Die Öffnungen 66 können ermöglichen, dass der Kühlkörper 52 Wärme vom Batterie-Array 54 zerstreut, während die Zellen vom Batteriegehäuse 64 gehalten werden. Eine Batteriekappe 68 verbindet die Batteriezellen 56 des Batterie-Arrays 54 elektrisch und kann Stromschienen und Spannungssensoren umfassen. Die Batteriekappe 68 ist auf der Oberseite der Batterieanschlüsse der Batteriezellen 56 angeordnet.
-
Die Batteriezellen 56 können bei Verwendung Wärme erzeugen. In diesem Fall leitet der Kühlkörper 52 Wärme von den Batteriezellen ab, um eine Gesamttemperatur der Batterie zu regeln. Umgekehrt kann in kalten Umgebungsbedingungen Wärme an den Kühlkörper 52 weitergegeben werden, um den Batteriezellen 56 Wärme zuzuführen. Der Kühlkörper 52 umfasst eine Rippe 70, welche aus einem thermisch leitfähigen Material hergestellt ist. Beispielsweise können Aluminium, Kupfer, Graphit oder CarbAlTM, unter anderen Materialien, für einen Wärmeaustausch geeignet sein. Alternativ kann die Rippe 70 aus einer Kunststoffzusammensetzung ausgebildet sein.
-
Die Rippe 70 weist einen Zellenkontaktabschnitt 72 auf, welcher in thermischem Kontakt mit einer Seite einer Reihe von Batteriezellen 56 ist, wie beispielsweise der ersten Reihe 58. Der Zellenkontaktabschnitt 72 kann biegsam sein und sich einer Außenfläche der Reihe von Batteriezellen im zusammengebauten Zustand anpassen. In anderen Ausführungsformen kann der Zellenkontaktabschnitt 72 in einer gewellten Form vorgeformt sein, welche sich den Seiten einer Vielzahl von zylindrischen Batteriezellen 56 anpasst. In jedem Fall verschachtelt sich der Zellenkontaktabschnitt mit den entsprechenden externen Batterieformen, um die Menge der Oberfläche in direktem Kontakt mit der Außenseite jeder Batteriezelle 56 zu maximieren. Eine große Oberfläche in direktem Kontakt kann die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 56 und der Rippe 70 erhöhen. In mindestens einer Ausführungsform weisen die Batteriezellen 56 eine zylindrische Form auf, und der Zellenkontaktabschnitt 72 umfasst eine Reihe von gekrümmten Abschnitten, welche sich der entsprechenden Form der zylindrischen Batteriezellen 56 anpassen.
-
Die Rippe 70 weist auch einen unteren Verbinderabschnitt 74 auf, welcher sich seitlich vom Zellenkontaktabschnitt 72 erstreckt. In Konfigurationen, in denen die Batteriezellen in einer aufrechten Orientierung angeordnet sind, stellt der untere Verbinderabschnitt 74 eine zusätzliche Basisoberflächenschicht zum Unterstützen des Batterie-Arrays 54 bereit. Der untere Verbinderabschnitt 74 fügt ferner eine thermisch leitfähige Oberfläche zum Wärmeaustausch zwischen den Batteriezellen und einer Wärmeplatte 76 hinzu. In bestimmten alternativen Ausführungsformen kann der untere Verbinderabschnitt 74 nicht bereitgestellt sein, und die Rippe 70 ist direkt an der Wärmeplatte 76 angebracht.
-
Die Wärmeplatte 76 kann aus thermisch leitfähigem Material mit einem inneren Hohlraum ausgebildet sein, um ein Wärmemittel, wie beispielsweise ein flüssiges Kühlmittel, aufzunehmen. Beispielsweise kann das Wärmemittel eine Kühlmittelflüssigkeit sein, wie beispielsweise eine fünfzigprozentige Mischung aus Wasser und Glykol. Das Kühlmittel kann zusätzlich mit verschiedenen anderen Mitteln, welche hohe Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen, gemischt werden. Andere alternative Flüssigkeiten können auch geeignet sein, einschließlich verschiedener Kältemittel.
-
Das Wärmemittel kann innerhalb der Wärmeplatte 76 durch einen Einlass, welcher mit einem Wärmemittelbehälter verbunden ist, und einen Auslass, welcher mit einem Ablasstank verbunden ist, zirkuliert werden. Ein Muster von Leitungen kann den Fluss des Wärmemittels in einem gewünschten Muster innerhalb des inneren Hohlraums der Wärmeplatte leiten. In mindestens einer Ausführungsform wird das Wärmemittel in einem Serpentinenmuster durch die Wärmeplatte zyklisiert.
-
Der Kühlkörper 52 kann ein Wärmeschnittstellenmaterial 78, auch als TIM (Thermal Interface Material) bezeichnet, zwischen der Rippe 70 und der Wärmeplatte 76 umfassen. In Ausführungsformen, in denen ein unterer Verbinderabschnitt 74 bereitgestellt wird, kann das Wärmeschnittstellenmaterial 78 zwischen dem unteren Verbinderabschnitt 74 und der Wärmeplatte 76 angeordnet sein. Das Wärmeschnittstellenmaterial 78 kann aus einem dielektrischen Material ausgebildet sein und eine elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen 56 und der Wärmeplatte 76 bereitstellen. Außerdem kann das Wärmeschnittstellenmaterial 78 kompressibel sein und sich an Oberflächenübergänge und Unregelmäßigkeiten auf der Unterseite der Rippe 70 oder des Batterie-Arrays 54 anpassen. Die Anpassung des Schnittstellenmaterials 78 erhöht den thermisch leitfähigen Oberflächenkontakt, wodurch die Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 56 und der Wärmeplatte 76 verbessert wird. Beispielsweise verbessert das Wärmeschnittstellenmaterial 78 die Wärmeübertragung durch Ausfüllen aller Hohlräume oder Zwischenräume zwischen der Rippe 70 und der Wärmeplatte 76.
-
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst eine Traktionsbatterieanordnung 100 zwei benachbarte Arrays von Batteriezellen. Ein erstes Batterie-Array 102 weist eine erste Reihe von Batteriezellen 104 und eine zweite Reihe von Batteriezellen 106 auf. Ein zweites Batterie-Array 108 weist eine erste Reihe von Batteriezellen 110 und eine zweite Reihe von Batteriezellen 112 auf. Eine Rippe 114 wird für jedes Batterie-Array bereitgestellt, so dass ein Zellenkontaktabschnitt 116 eine Vielzahl von einzelnen Zellen direkt berührt. Beispielsweise ist eine Außenfläche der ersten Reihe von Batteriezellen 104 in thermischem Kontakt mit dem Zellenkontaktabschnitt 116 der Rippe 114. Eine zweite Rippe 118 wird auch bereitgestellt, und ihr Zellenkontaktabschnitt 120 ist in thermischem Kontakt sowohl mit einer Außenfläche der zweiten Reihe von Batteriezellen 106 des ersten Batterie-Arrays 102 als auch einer Außenfläche der ersten Reihe von Batteriezellen 110 des zweiten Batterie-Arrays 108. Da die zweite Reihe von Batteriezellen 106 und die erste Reihe von Batteriezellen 110 Abschnitte der Rippe 118 teilen, können das erste Batterie-Array 102 und das zweite Batterie-Array 108 in Bezug zueinander versetzt sein, um zu ermöglichen, dass sich die Formen der jeweiligen Batteriezellen miteinander verschachteln. Auf diese Weise passt sich die Form eines einzelnen Zellenkontaktabschnitts 120 einer Vielzahl von Reihen von Zellen an und ist in thermischem Kontakt mit ihnen. Wie oben erörtert, können die Zellenkontaktabschnitte biegsam sein und während des Zusammenbaus angepasst werden oder können vorgeformt sein und sich mit den äußeren Formen der Batteriezellen verschachteln. Diese Anordnung kann die Batteriezellendichte innerhalb der Traktionsbatterieanordnung 100 maximieren und gleichzeitig effiziente Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen und den Rippen 114, 118 bereitstellen.
-
Jede der ersten Rippe 114 und der zweiten Rippe 118 weist jeweils einen unteren Verbinderabschnitt 122, 124 auf. Das erste Batterie-Array 102 und das zweite Batterie-Array 108 können auch auf einem Wärmeschnittstellenmaterial 126 und einer Wärmeplatte 128 liegen. Das Wärmeschnittstellenmaterial 126 kann zwischen den unteren Verbinderabschnitten 122, 124 und der Wärmeplatte 128 angeordnet sein.
-
Wie oben erörtert, können in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung verschiedene Anzahlen von Zellenreihen und/oder Zellen-Arrays geeignet sein. Unter Bezugnahme auf 4 umfasst eine Traktionsbatterieanordnung 200 acht Batteriezellen-Arrays 202a bis 202h. Jede Reihe jedes Arrays berührt direkt eine Rippe, so dass entsprechende Batteriezellen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen entweder gekühlt oder erwärmt werden können. Um dichter gepackte Batteriezellen zu erreichen und einen Wärmeplattenverbinder zu vermeiden, welcher von der Außenseite der Traktionsbatterieanordnung herausragt, weist die äußerste Reihe 204 des Batteriezellen-Arrays 202h eine Rippe 206 ohne Wärmeplattenverbinder auf. Alternativ kann die äußerste Reihe 204 der Batteriezellenanordnung 202h ohne Rippe bereitgestellt werden. Jedes der Batteriezellen-Arrays 202a bis 202h kann mit eigener Rippe, eigenem Wärmeschnittstellenmaterial und eigener Wärmeplatte bereitgestellt werden. Alternativ können die Batteriezellen-Arrays 202a bis 202h ein einziges Wärmeschnittstellenmaterial und eine einzige Wärmeplatte teilen.
-
Weiterhin kann unter Bezugnahme auf 4 kann jede der Rippen angeordnet sein, um eine benachbarte Rippe am unteren Verbinderabschnitt zu berühren. Beispielsweise kann der untere Verbinderabschnitt 208 eingekerbte Abschnitte oder Fugen umfassen, um über eine Schnittstelle mit benachbarten Rippen verbunden zu sein. Ein erster eingekerbter Abschnitt 210, welcher in der Nähe des Zellenkontaktabschnitts der Rippe angeordnet ist, kann in einen zweiten eingekerbten Abschnitt 212 auf einer oberen Oberfläche des unteren Verbinderabschnitts 208 einer benachbarten Rippe eingreifen. Das Eingreifen zwischen den ersten eingekerbten Abschnitten 210 und den zweiten eingekerbten Abschnitten 212 kann effektiv Überlappungsverbindungen erzeugen, um eine kontinuierliche Basisoberfläche unterhalb der Vielzahl von Batteriezellen-Arrays 202a bis 202h bereitzustellen. In mindestens einer Ausführungsform greift der Verbinderabschnitt 208 jeder Rippe mit dem Verbinderabschnitt einer benachbarten Rippe ineinander. In weiteren Ausführungsformen können Zungen und Nuten oder Schwalbenschwanzverbindungen auch geeignet sein, um eine kontinuierliche Befestigungsfläche unterhalb der Batteriezellen-Arrays bereitzustellen.
-
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 umfasst ein zusätzlicher Mechanismus zur Förderung der Wärmeübertragung einen Kühlkörper im Zusammenwirken mit einem oder mehreren Verteilern. 5 ist eine schematische Darstellung einer Batteriepackanordnung 300 mit zwei Verteilern 302 jeweils an gegenüberliegenden Enden der Batteriepackanordnung. 6 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht des Batteriepacks 300, welche teilweise zusammengebaut ist. Ähnlich wie in früheren Ausführungsformen umfasst die Batteriepackanordnung 300 eine Anzahl von Batterie-Arrays 304 mit einer Reihe von Zellen. Die Gesamtzahl der Zellen kann in verschiedenen Anwendungen variieren und wird durch eine Anzahl „n“ in der schematischen Darstellung aus 5 dargestellt. Mindestens eine Rippe 306 ist zwischen zwei benachbarten Arrays innerhalb der Batteriepackanordnung 300 angeordnet und in thermischem Kontakt mit ihnen.
-
Die Verteiler 302 umfassen Kühlmitteleinlass- und -auslassports und sind nahe einem Endabschnitt von jeder der Rippen 306 angeordnet. Ein Wärmemittel kann durch die Verteiler 302 fließen, um die Temperatur der Batteriezellen ferner zu regeln. Ähnlich dem Verhalten der oben erörterten Wärmeplatte können ein oder mehrere Verteiler verwendet werden, um die Batteriezellen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen entweder zu kühlen oder zu erwärmen. Eine beispielhafte Richtung des Flüssigkeitsflusses ist anhand der Pfeile 308 aus 6 dargestellt. Die Verteiler 302 können auch in Flüssigkeitsflussverbindung mit einer Wärmeplatte 310 sein, welche unterhalb der Batteriezellen-Arrays 304 angeordnet ist. Unter warmen Bedingungen leiten die Batteriezellen Wärme an den Zellenkontaktabschnitt der Rippe 306 ab. Gegebenenfalls leiten die Batteriezellen ferner Wärme an die Wärmeplattenverbinder der Rippen 306 ab. Die Rippen 306 übertragen Wärme an das Wärmeschnittstellenmaterial, die Wärmeplatte 310 und die Verteiler 302. Umgekehrt können die Wärmeplatte 310 und die Verteiler 302 unter kalten Bedingungen als Wärmequelle verwendet werden, und Wärme wird in umgekehrter Richtung an die Batteriezellen übertragen. Obgleich 6 eine Version einer Rippe mit einem Zellenkontaktabschnitt 312 in Form einer flachen Wand darstellt, sollte beachtet werden, dass eine gewellte Form, wie oben erörtert, in Verbindung mit Verteilern angewandt werden kann, um den Oberflächenkontakt zwischen den Rippen und den Batteriezellen zu erhöhen.
-
7 zeigt einen zusätzlichen Mechanismus für den Betrieb eines Kühlkörpers, um die Batteriezellentemperatur zu regulieren. Eine Batteriepackanordnung 400 umfasst eine Vielzahl von Zellen-Arrays mit einer Anzahl von einzelnen Zellen. Die Gesamtzahl der Zellen kann in verschiedenen Anwendungen variieren und wird durch eine Anzahl „n“ in der schematischen Darstellung aus 7 dargestellt. Ähnlich wie in früheren Ausführungsformen können eine oder mehrere Rippen 406 zwischen den Zellen-Arrays angeordnet sein, um die Zellen zu berühren und Wärme abzuleiten. Leitfähige Platten 402 mit einer rechtwinkligen Biegung sind an jedem gegenüberliegenden Ende der Rippen 406 angeordnet. Die leitfähigen Platten 402 berühren auch ein Wärmeschnittstellenmaterial 408 an einem unteren Kontaktabschnitt unterhalb der Zellen-Arrays. Das Wärmeschnittstellenmaterial 408 ist in Kontakt mit einer Wärmeplatte 410. Die Batteriezellen tauschen durch Leitung durch die Rippen 406, die leitfähigen Platten 402 und das Wärmeschnittstellenmaterial 408 Wärme mit der Wärmeplatte 410 aus.
-
Die vorliegende Offenbarung stellt einen Kühlkörper für eine Traktionsbatterie bereit, welche eine einzigartige Konfiguration mehrerer Komponenten verwendet, um Wärme effektiv abzuleiten. Der Kühlkörper ermöglicht, dass die Batteriezellen dem Fahrzeug Energie bereitstellen, und hilft, ein Überhitzen der Batteriezellen zu verhindern. Der Kühlkörper fügt den Traktionsbatterieanordnungen Haltbarkeit hinzu. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Kühlkörper Rippen, welche sich der Form der Batteriezellen anpassen, wodurch der erforderliche Platzbedarf für die Traktionsbatterieanordnung minimiert wird. Die Traktionsbatterieanordnungen der vorliegenden Offenbarung weisen Batteriezellen und Kühlkörper auf, welche dicht gepackt sind, um den Platzbedarf zu minimieren, der für die Anordnung der Batterie innerhalb eines Fahrzeugs erforderlich ist. Obwohl nicht immer ausdrücklich veranschaulicht, werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine oder mehrere der veranschaulichten Komponenten oder Funktionen in einer Wärmemanagmentvorrichung in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Strategie dupliziert werden können.
-
Obgleich oben mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle von den Ansprüchen umfassten möglichen Formen beschreiben sollen. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind beschreibende und nicht beschränkende Worte, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen zur Bildung weiterer Ausführungsformen der Erfindung, welche nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind, kombiniert werden. Obgleich verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, welche Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, erkennen Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, dass auf eines oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften verzichtet werden kann, um die erwünschten Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der speziellen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Packung, Größe, Servicefreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. umfassen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
