DE102015119156A1

DE102015119156A1 - Batteriebaugruppe, die strukturelle Schaumstoffe umfasst

Info

Publication number: DE102015119156A1
Application number: DE102015119156.3A
Authority: DE
Inventors: Hyung Min Baek; Patrick Daniel Maguire; Amar MARPU
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2016-05-12
Also published as: CN105591045B; US20180083242A1; US11264667B2; CN105591045A; US20160133896A1; US9853263B2

Abstract

Eine Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Batterieformation und eine Schaumstoffschale, welche die Batterieformation umgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Batteriebaugruppe für ein Elektrofahrzeug. Die Batteriebaugruppe umfasst eine Batterieformation (Batterie-Array), eine Schaumstoffschale, die um die Batterieformation angeordnet ist, und eine Schutzeinrichtung, die an der Schaumstoffschale befestigt ist. Die Schaumstoffschale und die Schutzeinrichtung sind ausgelegt, um eine Aufprallenergie zu absorbieren und die Batterieformation gegenüber Außentemperaturen thermisch zu isolieren.
HINTERGRUND
Die Notwendigkeit den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen von Kraftfahrzeugen zu verringern ist hinlänglich bekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren entweder verringern oder vollständig beseitigen. Elektrofahrzeuge gehören zu einer Fahrzeugart, die zu diesem Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, indem sie selektiv von einem oder mehreren batteriegetriebene Elektromaschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge stützen sich im Gegensatz dazu ausschließlich auf Verbrennungsmotoren, um das Fahrzeug anzutreiben.
Hochvoltbatteriebaugruppen versorgen die Elektromaschinen eines Elektrofahrzeugs mit Strom. Die Batteriebaugruppen umfassen typischerweise mehrere Batterieformationen, die jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen und eine Stützstruktur (d.h. Vorder- und Rückwand und Seitenwände) umfassen, welche die Batteriezellen im Allgemeinen umgeben, um die Batterieformation zu bilden. Die Batterieformationen sind typischerweise in einem Gehäuse aus einer Blechstruktur angebracht, die eine Stahlwanne und eine Stahlabdeckung umfasst.
KURZDARSTELLUNG
Eine Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine Batterieformation und eine Schaumstoffschale, welche die Batterieformation umgibt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorangehenden Baugruppe wird die Schaumstoffschale aus Polypropylen oder Polyethylen hergestellt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen wird eine Schutzeinrichtung an der Schaumstoffschale befestigt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen wird die Schutzeinrichtung aus Polyamid 6, Polyamid 6.6, hochdichtem Polyethylen oder Polypropylen hergestellt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen umfasst die Schutzeinrichtung eine Wartungsabdeckung, die von der Schutzeinrichtung abnehmbar ist, um Zugang zu einer elektronischen Komponente der Batteriebaugruppe zu erhalten.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen sind die Kanten der Schutzeinrichtung abgerundet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen umfasst die Schutzeinrichtung eine Vielzahl von Befestigungsbändern, die sich um die Schaumstoffschale erstrecken, um die Schaumstoffschale um die Batterieformation zu befestigen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen umfasst die Innenfläche der Schutzeinrichtung eine Riffelung.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen umfasst die Schutzeinrichtung einwärts gerichtete vorstehende Wände, die einen Entlüftungskanal um eine Batteriezellenentlüftung bilden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst die Schaumstoffschale einen ersten Schaumstoffabschnitt und einen zweiten Schaumstoffabschnitt, die in den ersten Schaumstoffabschnitt eingreift.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen wird in dem Raum zwischen der Batterieformation und der Schaumstoffschale ein Schaumstoff bereitgestellt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorangehenden Baugruppe ist in der Schaumstoffschale eine elektronische Komponente der Batteriebaugruppe untergebracht. Die elektronische Komponente ist in einer anderen Kammer der Schaumstoffschale untergebracht als die Batterieformation.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen befindet sich eine zweite Batterieformation in der Nähe der Batterieformation. In der Schaumstoffschale sind sowohl die Batterieformation als auch die zweite Batterieformation untergebracht.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen erstreckt sich ein Befestigungsband um die Schutzeinrichtung und die Schaumstoffschale.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einer der vorangehenden Baugruppen umfasst das Befestigungsband eine geschlossene Schleife und Verlängerungen, die an der geschlossenen Schleife befestigt sind.
Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem ein Unterbringen einer Batterieformation in einer Schaumstoffschale und ein Befestigen einer Schutzeinrichtung an der Schaumstoffschale.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Einspritzen eines Schaumstoffs zwischen die Schaumstoffschale und die Batterieformation.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Schritt des Unterbringens ein Platzieren der Batterieformation auf einer Wanne der Schaumstoffschale und ein Eingreifen einer Abdeckung der Schaumstoffschale in die Wanne.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Schritt des Befestigens ein Platzieren einer Vielzahl von Befestigungsbändern der Schutzeinrichtung um die Schaumstoffschale, um die Schaumstoffschale um die Batterieformation zu befestigen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Anbringen eines Befestigungsbands um die Schutzeinrichtung und die Schaumstoffschale und ein Befestigen des Befestigungsbands an der Fahrzeugkarosserie.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Abschnitte, der Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder ihrer jeweiligen individuellen Merkmale können unabhängig voneinander oder in jeder beliebigen Kombination verwendet werden. Merkmale die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden sind auf alle Ausführungsformen anwendbar ausgenommen, wenn diese Merkmale nicht kompatibel sind.
Für den Fachmann werden die verschiedenen Merkmale und Vorteile aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Die Zeichnungen, welche die detaillierte Beschreibung begleiten, können wie folgt beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs.
2 zeigt eine Batteriebaugruppe eines Elektrofahrzeugs.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Batteriebaugruppe aus 2.
4 zeigt eine Schutzeinrichtung einer Batteriebaugruppe.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Batteriebaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
6 zeigt eine Batteriebaugruppe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
7 zeigt eine Querschnittsansicht der Batteriebaugruppe aus 6.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten der Batteriebaugruppe aus 6.
9 zeigt ein Befestigungsband einer Batteriebaugruppe.
10 zeigt einen Wannenanteil einer Schaumstoffschale einer Batteriebaugruppe.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt ausführlich eine Batteriebaugruppe für ein Elektrofahrzeug. Die Batteriebaugruppe kann eine Batterieformation, die in einer Schaumstoffschale angebracht ist, und eine Schutzeinrichtung umfassen, die an der Schaumstoffschale befestigt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Schaumstoffschale eine zweiteilige Schale, die eine Abdeckung und eine Wanne umfasst. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst die Batteriebaugruppe eine Vielzahl von Befestigungsbändern, um die Baugruppe an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Die beispielhaften Batteriebaugruppen dieser Offenbarung verwenden Stützstrukturen mit niedrigem Gewicht, die eine relativ hohe Aufprallenergieabsorption und -verteilung und eine verbesserte thermische Isolierung aufweisen. Dieses und weitere Merkmale werden in den nachfolgenden Absätzen ausführlicher erörtert.
1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 10 eines Elektrofahrzeugs 12. Obwohl hier ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle, HEV) gezeigt wird, ist es selbstverständlich, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und auf andere Elektrofahrzeuge angewandt werden können einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, Steckdosen-Hybridelektrofahrzeug (Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge.
Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Antriebsstrangsystem zur Antriebskraftverteilung, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem umfasst eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d.h. einer ersten Elektromaschine). Das zweite Antriebssystem umfasst mindestens einen Elektromotor 22 (d.h. eine zweite Elektromaschine), den Generator 18 und eine Batteriebaugruppe 24. Bei diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein Elektroantriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um ein oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des Elektrofahrzeugs 12 anzutreiben. Obwohl eine Antriebskraftverteilungskonfiguration gezeigt wird, ist diese Offenbarung auf alle beliebigen Hybrid- oder Elektrofahrzeuge anwendbar einschließlich Voll-Hybrid-, Parallel-Hybrid-, serielle Hybrid-, Mild-Hybrid- oder Mikro-Hybrid-Fahrzeuge.
Der Verbrennungsmotor 14, der bei einer Ausführungsform eine Verbrennungskraftmaschine ist, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30 wie zum Beispiel eine Planetengetriebegruppe miteinander verbunden werden. Selbstverständlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten einschließlich andere Zahnradgruppen und Getriebe verwendet werden um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Kraftübertragungseinheit 30 eine Planetengetriebegruppe, die ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 umfasst.
Der Generator 18 kann durch den Verbrennungsmotor 14 über die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie zu wandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie zu wandeln, wodurch ein Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 funktionsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden werden, die über eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit den Antriebsrädern 28 des Fahrzeugs verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann eine Zahnradgruppe umfassen, die eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 zu einem Differenzialgetriebe 48, um letztlich den Antriebsrädern 28 des Fahrzeugs einen Antrieb bereitzustellen. Das Differenzialgetriebe 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern umfassen, die das Übertragen eines Drehmoments an die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs ermöglicht. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differenzialgetriebe 48 mechanisch mit einer Achse 50 verbunden, um ein Drehmoment auf die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs zu verteilen.
Der Elektromotor 22 kann auch verwendet werden, um die Antriebsräder 28 des Fahrzeugs anzutreiben, indem ein Drehmoment an eine Welle 52 ausgegeben wird, die auch mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 zusammen als ein Teil eines Nutzbremssystems, wobei sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren verwendet werden können um ein Drehmoment auszugeben. Zum Beispiel können sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 einen elektrischen Strom an die Batteriebaugruppe 24 ausgeben.
Die Batteriebaugruppe 24 ist eine beispielhafte Art einer Elektrofahrzeugbatterie. Die Batteriebaugruppe 24 kann einen Hochvolt-Traktionsbatteriesatz umfassen, der eine Vielzahl von Batterieformationen umfasst, die in der Lage sind, einen elektrischen Strom auszugeben, um den Elektromotor 22 und den Generator 18 anzutreiben. Andere Arten von Energiespeichereinheiten und/oder -ausgabeeinheiten können ebenfalls verwendet werden, um das Elektrofahrzeug 12 mit einem elektrischen Strom zu versorgen.
Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform, weist das Elektrofahrzeug 12 grundlegende Betriebsmodi auf. Das Elektrofahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (Electric Vehicle mode, EV-Modus) betrieben werden, wobei der Elektromotor 22 (im Allgemeinen ohne Unterstützung des Verbrennungsmotors 14) zum Fahrzeugantrieb verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bei bestimmten Fahrverhalten/-zyklen bis zu der maximal erlaubten Entlademenge aufgebraucht wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungsverbrauchsmodus zum Betrieb des Elektrofahrzeugs 12. Während des EV-Modus kann der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter bestimmten Umständen zunehmen, zum Beispiel aufgrund eines Zeitraums einer Nutzbremsung. Der Verbrennungsmotor 14 ist bei einem standardmäßigen EV-Modus im Allgemeinen ausgeschaltet, aber er kann falls erforderlich aufgrund eines Fahrzeugsystemzustands oder bei einer Erlaubnis durch den Benutzer betrieben werden.
Das Elektrofahrzeug 12 kann außerdem in einem Hybrid-Modus (HEV-Modus) betrieben werden, bei dem sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der Elektromotor 22 für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungserhaltungsmodus zum Betrieb des Elektrofahrzeugs 12. Während des HEV-Modus kann das Elektrofahrzeug 12 die Verwendung des Elektromotorantriebs 22 verringern, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder nahezu konstanten Niveau zu halten, indem die Verwendung des Verbrennungsmotorantriebs 14 vergrößert wird. Das Elektrofahrzeug 12 kann innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung zusätzlich zu dem EV-Modus und dem HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
Die 2 und 3 zeigen eine Batteriebaugruppe 54, die in das Elektrofahrzeug eingebaut werden kann. Die Batteriebaugruppe 54 kann zum Beispiel in dem Elektrofahrzeug 12 aus 1 verwendet werden. Die Batteriebaugruppe 54 umfasst eine Batterieformation 56 (siehe 3) zum Versorgen der Komponenten eines Elektrofahrzeugs mit elektrischem Strom. Obwohl in den 2 und 3 eine einzelne Batterieformation 56 dargestellt wird, kann die Batteriebaugruppe 54 im Umfang dieser Offenbarung mehrere Batterieformationen 56 umfassen (siehe zum Beispiel in den 5 und 7, die weiter unten ausführlicher erörtert werden). In anderen Worten ist diese Offenbarung nicht auf die spezifische in den 2 und 3 gezeigte Konfiguration beschränkt.
Die Batterieformation 56 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 58, die nebeneinander entlang einer Ausdehnungslänge L der Batterieformation 56 angeordnet sein können (siehe 3). Obwohl dies nicht gezeigt wird, können die Batteriezellen 58 über Stromschienenbaugruppen elektrisch miteinander verbunden sein. Bei einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 58 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung können jedoch alternativ andere Batteriezellen einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, Nickel-Metallhydrid- oder Blei-Säure-Zellen verwendet werden.
Die Batteriebaugruppe 54 umfasst außerdem eine Schaumstoffschale 60 und optional eine Schutzeinrichtung 62. Die Schaumstoffschale 60 und die Schutzeinrichtung 62 sind Stützstrukturen der Batteriebaugruppe 54. Die Schaumstoffschale 60 kann um die Batterieformation 56 angebracht werden, um Batteriezellen 58 darin unterzubringen. Bei einer Ausführungsform umgibt die Schaumstoffschale 60 die Batterieformation 56 so, dass die Batterieformation 56 innerhalb der Schaumstoffschale 60 untergebracht ist. Die Schaumstoffschale 60 kann die Batterieformation 56 teilweise oder vollständig umgeben. Die Schutzeinrichtung 62 kann an der Schaumstoffschale 60 befestigt werden, um alle freiliegenden Oberflächen der Batterieformation 56 zu schützen, die von der Schaumstoffschale 60 nicht angemessen geschützt werden. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die Schutzeinrichtung 62 im Wesentlichen entlang einer Oberseite der Schaumstoffschale 60. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Batteriebaugruppe 54 vollständig ohne die Schutzeinrichtung 62 gebildet werden (siehe zum Beispiel die Ausführungsform der 7).
Die Schaumstoffschale 60 kann aus einem strukturellen mikrozellularen Schaumstoff hergestellt sein. In dieser Offenbarung bezieht sich der Begriff „Schaumstoff“ auf jedes Material, das zahlreiche Zellen enthält, die absichtlich eingesetzt wurden, gegebenenfalls miteinander verbunden sind und in der gesamten Masse verteilt sind. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter Schaumstoffe umfassen expandiertes Polypropylen (EPP) oder expandiertes Polyethylen (EPE, vernetzt oder unvernetzt). Bei einer Ausführungsform werden diese Materialien entweder in einem Dampfkammerformungsprozess oder einem Spritzgussprozess verwendet, um eine Schaumstoffschale 60 herzustellen, die eine gewünschte Form aufweist.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Schaumstoffschale 60 eine zweiteilige Schale, die einen ersten Schaumstoffabschnitt 64 und einen zweiten Schaumstoffteil 66 umfasst. Der erste Schaumstoffabschnitt 64 kann einen ersten Anteil der Batterieformation 56 umgeben, während der zweite Schaumstoffabschnitt 66 einen zweiten Anteil der Batterieformation 56 umgeben kann. Der erste Schaumstoffabschnitt 64 kann an den zweiten Schaumstoffabschnitt 66 angrenzen, um die Batterieformation 56 vollständig zu umgeben. Bei einer Ausführungsform ist der erste Schaumstoffabschnitt als eine Abdeckung 64 ausgelegt und der zweite Schaumstoffabschnitt 66 ist als eine Wanne ausgelegt. Die Batterieformation 56 wird oben auf dem ersten Schaumstoffabschnitt 64 angebracht und der zweite Schaumstoffabschnitt 66 wird dann über der Batterieformation 56 angebracht. Die Schutzeinrichtung 62 wird gegen den ersten Schaumstoffabschnitt 64 angebracht, der bei dieser Ausführungsform als eine Abdeckung ausgelegt ist.
Die Schaumstoffschale 60 kann neben der Batterieformation 56 verschiedene zusätzliche Komponenten der Batteriebaugruppe 54 umgeben. Wie in 3 gezeigt wird, können zum Beispiel ein oder mehrere elektronische Komponenten 70 in der Schaumstoffschale 60 untergebracht werden. Zu den elektronischen Komponenten 70 können unter anderem eine oder mehrere aus einem Batterieenergiesteuermodul (Battery Electric Control Module, BECM), einer über einen Bus angeschlossenen Elektrozentrale (Bussed Electrical Center, BEC) und einer Diensttrenneinheit gehören. Bei einer Ausführungsform ist die Batterieformation 56 in einer ersten Kammer 72 der Schaumstoffschale 60 untergebracht und eine oder mehrere elektronische Komponenten 70 sind in einer zweiten Kammer 74 der Schaumstoffschale 60 untergebracht, die von der ersten Kammer 72 getrennt ist. Eine Wand 76 kann die erste Kammer 72 von der zweiten Kammer 74 trennen. Die Wand 76 ist ein eingeformtes Merkmal der Schaumstoffschale 60 und kann die in der ersten Kammer 72 untergebrachten Komponenten von den in der zweiten Kammer 74 untergebrachten Komponenten elektrisch isolieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform können Anteile der Batteriebaugruppe 54 an ihrem Platz eingeschäumt werden, um diese Komponenten innerhalb der Schaumstoffschale 60 zu fixieren. Ein Schaumstoff 78 wie zum Beispiel Polyurethan (PU) kann um die elektronischen Komponenten 70 eingespritzt werden, um diese nach dem Aushärten innerhalb der Schaumstoffschale 60 zu fixieren. Der Schaumstoff 78 kann auch für eine bessere strukturelle Stützung in Räume 80 gespritzt werden, die sich zwischen der Batterieformation 56 und der Schaumstoffschale 60 erstrecken. Bei einer Ausführungsform kann der Schaumstoff 78 Teil einer Schaumbeutelverpackung sein, die einfach entfernt werden kann, wenn die Batterieformation 56 oder die elektronischen Komponenten 70 eine Wartung erfordern.
Teile der Schaumstoffschale 60 können eine Körperform erhalten, die an eine Fahrzeugkarosserie 68 angepasst ist. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst eine Bodenfläche 69 des zweiten Schaumstoffabschnitts 66 zum Beispiel mehrere Vertiefungen 71, die Ausbuchtungen 73 aufnehmen, die sich von der Fahrzeugkarosserie 68 nach oben erstrecken. Die Fahrzeugkarosserie 68 ist bei einer Ausführungsform ein Bodenblech eines Elektrofahrzeugs. Die Batteriebaugruppe 54 kann mittels der angepassten Körperformen sicher an der Fahrzeugkarosserie 68 angebracht und montiert werden.
Die Schutzeinrichtung 62 kann auf der Oberseite der Schaumstoffschale 60 angebracht werden. Die Schutzeinrichtung 62 stellt für diejenigen Komponenten, die in der Schaumstoffschale 60 untergebracht sind, einen zusätzlichen Schutz gegen Stoß- und Stichereignisse mit spitzen Gegenständen bereit, die mit der Batteriebaugruppe 54 in Kontakt treten. Die Schutzeinrichtung 62 kann aus einem Kunststoff hergestellt sein. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter Kunststoffe umfassen Polyamid 6 (PA6), Polyamid 6.6 (PA6.6), hochdichtes Polyethylen (HDPE) oder Polypropylen (PP). Bei einer weiteren Ausführungsform können zwei oder mehr Kunststoffe entweder durch ein Mehrkomponenten-Spritzgießen oder ein Mehrkomponenten-Strangpressen in eine Mehrschichtstruktur geformt werden, welche die Schutzeinrichtung 62 bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Schutzeinrichtung 62 aus einem Kunststoff hergestellt sein, der mit Verstärkungen wie zum Beispiel kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Glas- oder Kohlenstofffasern gefüllt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schutzeinrichtung 62 ein Blech, über das ein Kunststoff geformt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Schutzeinrichtung 62 aus einem Metall wie zum Beispiel gestanztem Stahl oder einem Aluminiumguss hergestellt.
Die Schutzeinrichtung 62 kann auch eine Wartungsabdeckung 82 umfassen, die von der Schutzeinrichtung 62 abnehmbar ist, um Zugang zu einer der elektronischen Komponenten 70 der Batteriebaugruppe 54 zu erhalten. Bei einer Ausführungsform ist die elektronische Komponente 70 eine Wartungstrenneinheit. Die Wartungsabdeckung 82 kann in eine Öffnung 83 der Schutzeinrichtung 62 einrasten. Die Wartungsabdeckung 82 kann an die Schutzeinrichtung 62 angebunden sein, um zu verhindern, dass sie verlegt wird, nachdem sie vorübergehend abgenommen wurde. Wenn keine Wartungsabdeckung 82 bereitgestellt wird, kann die Schutzeinrichtung 62 abgenommen werden, um Zugang zu der (den) elektronische(n) Komponente(n) 70 zu erhalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann in der Schutzeinrichtung 62 in der Nähe der Öffnung 83 eine Vertiefung 85 ausgebildet sein (siehe 2). Die Vertiefung 85 vereinfacht einen Wasserabfluss weg von der Wartungsabdeckung 82 und damit weg von den Komponenten, die unter der Wartungsabdeckung 82 untergebracht sind. Die Kanten 84 der Schutzeinrichtung 62 können abgerundet sein, um einen Wasserabfluss weg von der Batteriebaugruppe 54 zu vereinfachen. Die Kanten 84 stellen sicher, dass sich kein Wasser oben auf der Schutzeinrichtung 62 ansammelt.
In den 2, 3 und 4 können sich jetzt von jeder Ecke 88 der Schutzeinrichtung 62 Haltebügel 86 nach unten erstrecken. Die Haltebügel 86 können eingeformte Merkmale sein, mit denen die Batteriebaugruppe 54 an der Fahrzeugkarosserie 68 gehalten wird. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Batteriebaugruppe 54 durch die Öffnungen 87 in den Haltebügeln 86 an die Fahrzeugkarosserie 68 geschraubt werden. Die Öffnungen 87 können über die Haltebügel 86 geformte oder in diese eingefügte Verstärkungen umfassen.
Die Schutzeinrichtung 62 kann außerdem eine Außenfläche 90 und eine Innenfläche 92 umfassen. Die Innenfläche 92 kann eine Riffelung 94 umfassen, welche die Schutzeinrichtung 62 verstärkt (siehe 4). Bei einer Ausführungsform weist die Riffelung 94 die Form eines Waffelmusters auf. Die Riffelung 94 der Innenfläche 92 kann in waffelmusterförmige Vertiefungen oben auf der Schaumstoffschale 64 eingreifen, um eine Bewegung zwischen der Schutzeinrichtung 62 und der Schaumstoffschale 60 zu vermeiden.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schutzeinrichtung 62 eine Vielzahl von Befestigungsbändern 96 die sich von entgegengesetzten Seiten 95, 97 der Schutzeinrichtung 62 erstrecken. Die Vielzahl von Befestigungsbändern 96 kann sich um die Schaumstoffschale 60 erstrecken, um den ersten Schaumstoffabschnitt 64 und den zweiten Schaumstoffabschnitt 66 um die Batterieformation 56 zu befestigen. Die Befestigungsbänder 96A der Seite 95 können an den Befestigungsbändern 96B der Seite 97 befestigt werden (siehe zum Beispiel 4). Die Befestigungsbänder 96A, 96B können mithilfe von Befestigungselementen, Klammern, einem Schweißen, Klebstoffen usw. miteinander verbunden werden.
5 zeigt eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe 154. In dieser Offenbarung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente, wo dies angemessen ist, und Bezugszeichen mit einem Zusatz von 100 oder einem Vielfachen davon bezeichnen modifizierte Elemente, die so zu verstehen sind, dass sie die gleichen Merkmale und Vorzüge wie die entsprechenden Originalelemente beinhalten.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Batteriebaugruppe 154 eine erste Batterieformation 156A und eine zweite Batterieformation 156B, die von einer Schaumstoffschale 160 umgeben werden. An der Schaumstoffschale 160 ist eine Schutzeinrichtung 162 befestigt. Jede Batterieformation 156A, 156B umfasst Batteriezellen 158. Die Batteriezellen 158 umfassen Zellenentlüftungen 159 die unter einigen Bedingungen Entlüftungsgase G ausstoßen können. Die Zellenentlüftungen 159 können von der Schaumstoffschale 160 unbedeckt bleiben. Die Schutzeinrichtung 162 kann Wände 163 umfassen, die sich von einer Innenfläche 192 nach innen erstrecken. Die Wände 163 können sich in Öffnungen 165 der Schaumstoffschale 160 erstrecken. Die Öffnungen 165 erstrecken sich um die Zellenentlüftungen 159. Die Wände 163 bilden Entlüftungskanäle 167, die während Entlüftungsereignissen in den Batteriezellen 158 die Entlüftungsgase G an einen gewünschten Ort außerhalb eines Elektrofahrzeugs leiten.
Die 6, 7 und 8 zeigen eine weitere beispielhafte Batteriebaugruppe 254. Die Batteriebaugruppe 254 kann eine Schaumstoffschale 260 und eine Schutzeinrichtung 262 umfassen, die mit der Schaumstoffschale 260 verbunden ist. Innerhalb der Schaumstoffschale 260 sind Batterieformationen 256 untergebracht (siehe 7).
Die Batteriebaugruppe 254 kann mithilfe eines oder mehrerer Befestigungsbänder 298 an einer (in 6 gezeigten) Fahrzeugkarosserie 268 befestigt werden. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Befestigungsbänder 298 aus einem gewebten Nylongurtband hergestellt, wie sie bei Sicherheitsgurten verwendet werden. Es werden jedoch auch ander Materialien einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Band aus kontinuierlichen Glasfasern in Betracht gezogen.
Die Befestigungsbänder 298 können um die Schutzeinrichtung 262 und die Schaumstoffschale 260 geschlungen und dann mithilfe von Metallklammern 299 an der Fahrzeugkarosserie 268 befestigt werden, um im Wesentlichen eine seitliche Bewegung der Batteriebaugruppe 254 zu verhindern. Bei einer Ausführungsform erstrecken sich die Befestigungsbänder 298 über eine Außenfläche 290 der Schutzeinrichtung 262, entlang der Seiten 281 der Schaumstoffschale 260 und innerhalb von Nuten 275, die in einer Bodenfläche 269 der Schaumstoffschale 260 ausgebildet sind (siehe 6 und 8). Die Metallklammern 299 sind an den Befestigungsbändern 298 befestigt und können mit Befestigungselementen 277 auf beiden Seiten der Batteriebaugruppe 254 an der Fahrzeugkarosserie 268 verankert werden.
Insbesondere in 7 kann die Schaumstoffschale 260 eine Abdeckung 264 und eine Wanne 266 umfassen, wobei eine in die andere eingreift, um die Batterieformationen 256 zu umgeben. Bei einer Ausführungsform sind die Abdeckung 264 und die Wanne 266 zusammengeklebt, um die Schaumstoffschale 260 um die Batterieformationen 256 zu bilden. In 7 wurde die Schutzeinrichtung 262 entfernt, um die Schaumstoffschale 260 besser darzustellen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Wärmeübertrager 279 wie zum Beispiel eine Kälteplatte zwischen den Batterieformationen 256 und der Wanne 266 angebracht. Der Wärmeübertrager 279 wird betrieben, um Wärme abzuleiten, die von den Batterieformationen 256 unter bestimmten Bedingungen erzeugt wird, oder um alternativ die Batterieformationen 256 unter bestimmten Bedingungen zu heizen.
9 stellt ein beispielhaftes Befestigungsband 298 dar, das verwendet werden kann, um die Batteriebaugruppe 254 an der Fahrzeugkarosserie 268 zu befestigen (wie zum Beispiel in 7 gezeigt wird). Das Befestigungsband 298 kann eine geschlossene Schleife 201 und Verlängerungen 203 umfassen, die an der geschlossene Schleife 201 befestigt sind. Bei einer Ausführungsform sind die Verlängerungen 203 an die geschlossene Schleife 201 genäht. Die Verlängerungen 203 können an der geschlossenen Schleife 201 an Stellen befestigt werden, die sich an der Innenseite der Ränder 205 der geschlossenen Schleife 201 befinden. Die Verlängerungen 203 umfassen Muffen 207, welche die Metallklammern 299 aufnehmen können.
10 zeigt eine beispielhafte Wanne 266 der Schaumstoffschale 260. Die Wanne 266 kann eine Vielzahl von eingeformten Wänden 209 umfassen. Die Wände 209 bilden in der Wanne 266 eine Vielzahl von Kammern 272. Verschiedene Komponenten der Batteriebaugruppe 254 einschließlich der Batterieformationen 256 und der elektronischen Komponenten 270 können in den Kammern 272 untergebracht werden. Die Wände 209 funktionieren als energieabsorbierende Schutzeinrichtungen, um die Komponenten zu schützen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Wanne 266 (und die Abdeckung 264 der 7) Kanäle umfassen, die durch die eingeformten Wände 209 ausgebildet werden und Kühlleitungen und elektrische Leitungen zwischen den Kammern 272 enthalten.
Obwohl die verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen mit spezifischen Komponenten oder Schritten dargestellt werden, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf jene speziellen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige dieser Komponenten oder Merkmale von einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von jeder beliebigen anderen Ausführungsform zu verwenden.
Es ist selbstverständlich, dass in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf entsprechende oder ähnliche Elemente Bezug nehmen. Es ist selbstverständlich, dass obwohl in diesen Ausführungsformen eine spezifische Komponentenanordnung offenbart und dargestellt wird, auch andere Anordnungen von den Lehren dieser Offenbarung profitieren können.
Die vorangehende Beschreibung sollte als rein anschaulich, aber nicht als einschränkend interpretiert werden. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass bestimmte Veränderungen in den Umfang dieser Offenbarung fallen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche genau betrachtet werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu ermitteln.

Claims

Batteriebaugruppe, umfassend: eine Batterieformation; und eine Schaumstoffschale, welche die Batterieformation umgibt.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Schaumstoffschale aus Polypropylen oder Polyethylen hergestellt ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, die eine Schutzeinrichtung umfasst, die an der Schaumstoffschale befestigt ist.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die Schutzeinrichtung aus Polyamid 6, Polyamid 6.6, hochdichtem Polyethylen oder Polypropylen hergestellt ist.
Baugruppe nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Schutzeinrichtung eine Wartungsabdeckung umfasst, die von der Schutzeinrichtung abnehmbar ist, um Zugang zu einer elektronischen Komponente der Batteriebaugruppe zu erhalten.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Kanten der Schutzeinrichtung abgerundet sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Schutzeinrichtung eine Vielzahl von Befestigungsbändern umfasst, die sich um die Schaumstoffschale erstrecken, um die Schaumstoffschale um die Batterieformation zu befestigen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Innenfläche der Schutzeinrichtung eine Riffelung umfasst.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Schutzeinrichtung einwärts gerichtete vorstehende Wände umfasst, die einen Entlüftungskanal um eine Batteriezellenentlüftung bilden.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaumstoffschale einen ersten Schaumstoffabschnitt und einen zweiten Schaumstoffabschnitt umfasst, der in den ersten Schaumstoffabschnitt eingreift.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die einen Schaumstoff umfasst, der in einem Raum zwischen der Batterieformation und der Schaumstoffschale bereitgestellt wird.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in der Schaumstoffschale eine elektronische Komponente der Batteriebaugruppe untergebracht ist, wobei die elektronische Komponente in einer anderen Kammer der Schaumstoffschale als die Batterieformation untergebracht ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die eine zweite Batterieformation in der Nähe der Batterieformation umfasst und wobei sowohl die Batterieformation als auch die zweite Batterieformation in der Schaumstoffschale untergebracht sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, die ein Befestigungsband umfasst, das sich um eine Schutzeinrichtung und die Schaumstoffschale erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 14, wobei das Befestigungsband eine geschlossene Schleife und Verlängerungen umfasst, die an der geschlossenen Schleife befestigt sind.
Verfahren, umfassend: Unterbringen einer Batterieformation in einer Schaumstoffschale; und Befestigen einer Schutzeinrichtung an der Schaumstoffschale.
Verfahren nach Anspruch 16, das ein Einspritzen eines Schaumstoffs zwischen die Schaumstoffschale und die Batterieformation umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Schritt des Unterbringens ein Platzieren der Batterieformation auf einer Wanne der Schaumstoffschale und ein Eingreifen einer Abdeckung der Schaumstoffschale in die Wanne umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Schritt des Befestigens ein Platzieren einer Vielzahl von Befestigungsbändern der Schutzeinrichtung um die Schaumstoffschale umfasst, um die Schaumstoffschale um die Batterieformation zu befestigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, das ein Anbringen eines Befestigungsbands um die Schutzeinrichtung und die Schaumstoffschale und ein Befestigen des Befestigungsbands an einer Fahrzeugkarosserie umfasst.