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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batteriebaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Die Batteriebaugruppe enthält mehrere Batteriezellen und einen um jede Batteriezelle herumgewickelten wärmeleitenden Film. Die Batteriebaugruppe schließt zwischen benachbarten Batteriezellen der Baugruppe positionierte Abstandshalter aus.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, ist wohlbekannt. Deshalb werden Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren reduzieren oder vollständig eliminieren. Elektrifizierte Fahrzeuge sind eine Art von Fahrzeug, die gegenwärtig zu diesem Zweck entwickelt werden. Allgemein unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge von herkömmlichen Motorfahrzeugen, weil sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebestromte elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Motorfahrzeuge hingegen basieren ausschließlich auf einem Verbrennungsmotor, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Hochspannungsbatterien zum Bestromen elektrischer Maschinen enthalten typischerweise mehrere Batteriearrays. Jedes Batteriearray enthält mehrere Batteriezellen und mehrere Abstandshalter, die zwischen den benachbarten Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen und Abstandshalter sind auf abwechselnde Weise Seite an Seite gestapelt, um die benachbarten Batteriezellen voneinander zu trennen. Die Abstandshalter isolieren die Batteriezellen elektrisch von benachbarten Batteriezellen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Batteriebaugruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem mehrere Batteriezellen und einen um jede der mehreren Batteriezellen gewickelten wärmeleitenden Film. Jeder wärmeleitende Film hängt mit sechs Seiten jeder der mehreren Batteriezellen zusammen.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform der obigen Batteriebaugruppe enthält jede der mehreren Batteriezellen ein Außengehäuse mit einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche, gegenüberliegenden Stirnwänden und gegenüberliegenden Seitenwänden.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen bedeckt der wärmeleitende Film die untere Oberfläche, die gegenüberliegenden Stirnwände und die gegenüberliegenden Seitenwände, bedeckt aber die obere Oberfläche nur teilweise.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen besteht der wärmeleitende Film aus Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyimid.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen sind die mehreren Batteriezellen zwischen Stirnplatten geschichtet.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen sind Abstandshalter zwischen den Stirnplatten und den mehreren Batteriezellen positioniert.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen schließt die Batteriebaugruppe zwischen benachbarten Batteriezellen der mehreren Batteriezellen positionierte Abstandshalter aus, so dass sich nur der wärmeleitende Film zwischen benachbarten Batteriezellen erstreckt.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen sind die mehreren Batteriezellen auf einem Wärmetauscher positioniert.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält der Wärmetauscher eine interne Passage, die konfiguriert ist zum Kommunizieren von Kühlmittel.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen erstrecken sich mehrere Rippen innerhalb der internen Passage.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen bedeckt der wärmeleitende Film eine obere Oberfläche jeder der mehreren Batteriezellen nur teilweise.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen enthält jede der mehreren Batteriezellen eine exponierte Oberfläche, die sich zwischen Laschenabschnitten des wärmeleitenden Films erstreckt, und umfassend eine auf der exponierten Oberfläche angeordnete Keramikbeschichtung.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen ist die exponierte Oberfläche einer ersten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen von der exponierten Oberfläche einer zweiten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen mindestens um 1,2 mm (0,047 Inch) beabstandet.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform einer der obigen Batteriebaugruppen sind die mehreren Batteriezellen auf einem Wärmetauscher positioniert und ein Wärmegrenzflächenmaterial ist zwischen mindestens einem Abschnitt der mehreren Batteriezellen und dem Wärmetauscher angeordnet.
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Ein Verfahren gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem das Umwickeln einer Batteriezelle mit einem wärmeleitenden Film. Der wärmeleitende Film bedeckt eine untere Oberfläche, gegenüberliegende Stirnwände und gegenüberliegende Seitenwände der Batteriezelle, bedeckt aber eine obere Oberfläche der Batteriezelle nur teilweise.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform des obigen Verfahrens beinhaltet das Verfahren das Leiten von Wärme von der Batteriezelle zu einer benachbarten Batteriezelle oder das Leiten von Wärme von der Batteriezelle zu einem Wärmetauscher.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform eines der obigen Verfahren beinhaltet das Verfahren das Leiten von Wärme von der Batteriezelle durch den wärmeleitenden Film und dann zu einer benachbarten Batteriezelle und nach dem Leiten der Wärme zu der benachbarten Batteriezelle das Ableiten der Wärme in einen Wärmetauscher.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform eines der obigen Verfahren beinhaltet das Verfahren das Kommunizieren von Kühlmittel durch den Wärmetauscher.
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Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform eines der obigen Verfahren enthält die obere Oberfläche der Batteriezelle eine durch den wärmeleitenden Film unbedeckte exponierte Oberfläche, und eine Keramikbeschichtung ist auf der exponierten Oberfläche aufgebracht.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorausgegangenen Absätze, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich beliebiger ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig oder in einer beliebigen Kombination genommen werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale lassen sich auf alle Ausführungsformen anwenden, sofern nicht solche Merkmale inkompatibel sind.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung ergeben sich dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung. Die Zeichnungen, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können wie folgt kurz beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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2 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs.
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3 veranschaulicht schematisch eine mit einem wärmeleitenden Film umwickelte Batteriezelle.
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4 veranschaulicht schematisch eine Zellanhebebedingung einer Batteriebaugruppe.
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5 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
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6 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung.
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7 veranschaulicht schematisch eine Batteriezelleneinwickelprozedur.
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8 veranschaulicht einen beispielhaften wärmeleitenden Film.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung detailliert eine Batteriebaugruppe für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Die Batteriebaugruppe enthält mehrere Batteriezellen und einen um jede Batteriezelle gewickelten wärmeleitenden Film. Der wärmeleitende Film ist mit sechs Seiten der Batteriezelle zusammenhängend. Bei einigen Ausführungsformen bedeckt der wärmeleitende Film eine untere Oberfläche, gegenüberliegende Stirnwände und gegenüberliegende Seitenwände der Batteriezelle, bedeckt aber eine obere Oberfläche der Batteriezelle nur teilweise. Die Batteriebaugruppe schließt alle zwischen benachbarten Batteriezellen der Baugruppe positionierte Abstandshalter aus. Der wärmeleitende Film erleichtert die Wärmeleitung und die elektrische Isolation zwischen benachbarten Batteriezellen. Diese und weitere Merkmale werden in den folgenden Absätzen der vorliegenden Offenbarung ausführlicher erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Wenngleich es in dieser nichtbeschränkenden Ausführungsform als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) dargestellt ist, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, einschließlich unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) und Brennstoffzellenfahrzeuge (FCVs).
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Bei einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein leistungsverzweigtes Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem verwendet. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d.h. eine erste elektrische Maschine). Das zweite Antriebssystem enthält mindestens einen Elektromotor 22 (d.h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und eine Batteriebaugruppe 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 angesehen. Das erste und zweite Antriebssystem generieren ein Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12.
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Der Motor 14, wie etwa ein Verbrennungsmotor, und der Generator 18 können durch eine Leistungstransfereinheit 30 wie etwa einen Planetenradsatz verbunden sein. Natürlich können andere Arten von Leistungstransfereinheiten, einschließlich anderer Radsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. Bei einer nichtbeschränkenden Ausführungsform ist die Leistungstransfereinheit 30 ein Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 enthält.
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Der Generator 18 kann von dem Motor 14 durch die Leistungstransfereinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor funktionieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, um dadurch ein Drehmoment auf eine Welle 38 auszugeben, die mit der Leistungstransfereinheit 30 verbunden ist. Weil der Generator 18 operativ mit dem Motor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Leistungstransfereinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungstransfereinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungstransfereinheit 44 kann einen Radsatz mit mehreren Zahnrädern 46 enthalten. Andere Leistungstransfereinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 transferieren Drehmoment von dem Motor 14 zu einem Differential 48, um schließlich Traktion an die Fahrzeugantriebsräder 28 zu liefern. Das Differential 48 kann mehrere Zahnräder enthalten, die den Transfer von Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 28 ermöglichen. Bei einer Ausführungsform ist die zweite Leistungstransfereinheit 44 durch das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 kann ebenfalls zum Antreiben der Fahrzeugantriebsräder 28 verwendet werden, indem ein Drehmoment an eine Welle 52 ausgegeben wird, die ebenfalls mit der zweiten Leistungstransfereinheit 44 verbunden ist. Bei einer Ausführungsform kooperieren der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems, bei dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment verwendet werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an die Batteriebaugruppe 24 ausgeben.
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Die Batteriebaugruppe 24 ist ein Beispieltyp einer Batteriebaugruppe eines elektrifizierten Fahrzeugs. Die Batteriebaugruppe 24 kann Teil eines Hochspannungsbatteriepakets sein, das mehrere Batteriearrays enthält, die elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 ausgeben können. Andere Energiespeichereinrichtungen und/oder -ausgabeeinrichtungen können ebenfalls verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 elektrisch anzutreiben.
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Bei einer nichtbeschränkenden Ausführungsform besitzt das elektrifizierte Fahrzeug 12 zwei grundlegende Betriebsmodi. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann in einem Elektrofahrzeugmodus (EV-Modus) arbeiten, wo der Elektromotor 22 (allgemein ohne Unterstützung vom Motor 14) für den Fahrzeugvortrieb verwendet wird, wodurch der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 bis zu ihrer größten zulässigen Entladerate unter gewissen Fahrmustern/-zyklen entleert wird. Der EV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungsentleerungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des EV-Modus kann der Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 unter einigen Umständen beispielsweise aufgrund einer Periode regenerativen Bremsens zunehmen. Unter einem Standard-EV-Modus ist der Motor 14 im Allgemeinen ausgeschaltet, könnte aber auf der Basis eines Fahrzeugsystemzustands oder wie durch den Bediener gestattet wie erforderlich betrieben werden.
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Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann außerdem in einem Hybridmodus (HEV-Modus) betrieben werden, in dem der Motor 14 und der Elektromotor 22 beide für den Fahrzeugvortrieb verwendet werden. Der HEV-Modus ist ein Beispiel eines Ladungserhaltungsbetriebsmodus für das elektrifizierte Fahrzeug 12. Während des HEV-Modus kann das elektrifizierte Fahrzeug 12 die Vortriebsnutzung des Elektromotors 22 reduzieren, um den Ladezustand der Batteriebaugruppe 24 auf einem konstanten oder ungefähr konstanten Pegel zu halten, indem die Vortriebsnutzung des Motors 14 vergrößert wird. Das elektrifizierte Fahrzeug 12 kann innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung zusätzlich zu dem EV- und HEV-Modus in anderen Betriebsmodi betrieben werden.
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2 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Batteriebaugruppe 54. Die Batteriebaugruppe 54 kann innerhalb eines elektrifizierten Fahrzeugs wie etwa des elektrifizierten Fahrzeugs 12 von 1 eingesetzt werden. Die Batteriebaugruppe 54 enthält mehrere Batteriezellen 56. Die Batteriebaugruppe 54 könnte eine beliebige Anzahl an Batteriezellen enthalten, und diese Offenbarung ist nicht auf die durch 2 dargestellte spezifische Konfiguration beschränkt. Die Batteriezellen 56 sind Seite an Seite gestapelt, um einen Stapel der Batteriezellen 56 zu errichten.
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Die Batteriezellen 56 können zwischen eine Stützstruktur 57 geschichtet sein, die Stirnplatten 60 und Abstandshalter 62 enthalten kann. Bei einer Ausführungsform sind die Abstandshalter 62 wärmeisoliert und sind an entgegengesetzten Enden des Stapels von Batteriezellen 56 positioniert, und die gegenüberliegenden Stirnplatten 60 sind außerhalb der Abstandshalter 62 positioniert. Die Abstandshalter 62 können wärmebeständige und elektrisch isolierende Kunststoffe und/oder Schäume enthalten, die relativ hohe Wärmeisolierfähigkeiten aufweisen. Die Stützstruktur 57 schränkt die gestapelten Batteriezellen 56 axial ein. Die Batteriezellen 56 und die Stützstruktur 57 können zusammen als ein Batteriearray 59 bezeichnet werden.
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Bei einer nichtbeschränkenden Ausführungsform sind die Batteriezellen 56 prismenförmige Lithium-Ionen-Zellen. Innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung werden jedoch auch andere Arten von Batteriezellen in Betracht gezogen, einschließlich unter anderem Nickelmetallhydrid-Zellen oder Blei-Säure-Zellen.
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Ein wärmeleitender Film 58 kann um jede Batteriezelle 56 des Batteriearrays 59 gewickelt sein. Der wärmeleitende Film 58 erleichtert die Wärmeleitung zwischen benachbarten Batteriezellen 56 und isoliert benachbarte Batteriezellen 56 auch elektrisch voneinander. Bei einer Ausführungsform stellt der wärmeleitende Film 58 eine dielektrische Barriere zwischen benachbarten Batteriezellen 56 des Batteriearrays 59 her. Auf diese Weise kann die Batteriebaugruppe 54 Batteriezellabstandshalter vollständig ausschließen, die sich zwischen den Batteriezellen 56 befinden, so dass nur der oder die wärmeleitende(n) Film(e) 58 zwischen benachbarten Batteriezellen 56 angeordnet sind. Batteriezellabstandshalter werden üblicherweise auch als Separatoren oder Teiler bezeichnet.
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Der wärmeleitende Film 58 kann aus einem wärmeleitenden Material hergestellt sein. Bei einer Ausführungsform besteht der wärmeleitende Film 58 aus Kunststoff. Ein nichtbeschränkendes Beispiel für ein geeignetes wärmeleitendes Kunststoffmaterial ist Polyethylenterephthalat (PET). Bei einer weiteren nichtbeschränkenden Ausführungsform besteht der wärmeleitende Film 58 aus Polyimid. Der wärmeleitende Film 58 könnte innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung jedoch aus anderen wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Materialien bestehen. Zu nichtbeschränkenden Beispielen anderer geeigneter Materialien zählen ein thermoplastischer Polyesterfilm mit hoher Wärmeleitfähigkeit (PETP) und silikonbeschichtetes Polyimid.
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Die Batteriebaugruppe 54 kann andere Merkmale zum thermischen Verwalten der Batteriezellen 56 enthalten. Bei einer Ausführungsform enthält die Batteriebaugruppe 54 einen Wärmetauscher 70. Das Batteriearray 59 kann auf dem Wärmetauscher 70 positioniert sein. Der Wärmetauscher 70 kann eine interne Passage 72 zum Kommunizieren von Kühlmittel C durch den Wärmetauscher 70 enthalten, um Wärme von den Batteriezellen 56 zu entfernen (oder ihnen Wärme zuzuführen). Das Kühlmittel C wird durch einen Einlass 77, durch die interne Passage 72 und dann durch einen Auslass 74 kommuniziert, um Wärme von den Batteriezellen 56 während einiger Bedingungen zu entfernen oder alternativ Wärme den Batteriezellen 56 während anderer Bedingungen zuzuführen. Das Kühlmittel C kann eine herkömmliche Art von Kühlmittelmischung sein, wie etwa Wasser gemischt mit Ethylenglycol. Es werden auch andere Kühlmittel in Betracht gezogen und könnten alternativ verwendet werden.
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Bei einer nichtbeschränkenden Ausführungsform enthält die interne Passage 72 des Wärmetauschers 70 mehrere Rippen 76. Die Rippen 76 können von der Innenwand 78, die die interne Passage 72 umschreibt, nach innen vorragen. Die Rippen 76 verlangsamen die Strömungsrate des Kühlmittels C durch die interne Passage 72, um einen erhöhten Wärmetransfer zwischen den Batteriezellen 56 und dem Kühlmittel C zu erleichtern.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf die 2 und 3 enthält jede Batteriezelle 56 ein Außengehäuse 80 mit einer oberen Oberfläche 82, einer unteren Oberfläche 84, entgegengesetzten Stirnwänden 86 und entgegengesetzten Seitenwänden 88. Der wärmeleitende Film 58 bedeckt die untere Oberfläche 84, die gegenüberliegenden Stirnwände 86 und die gegenüberliegenden Seitenwände 88. Jeder wärmeleitende Film 58 bedeckt jedoch die obere Oberfläche 82 jeder Batteriezelle 56 nur teilweise. Auf diese Weise hängt jeder wärmeleitende Film 58 mit sechs Seiten jeder Batteriezelle 56 zusammen. Der wärmeleitende Film 58 kann sich an mehreren Falten 89 biegen (siehe 3), um den wärmeleitenden Film 58 um die Batteriezelle 56 zu wickeln. Die gegenüberliegenden Seitenwände 88 der Batteriezellen 56 können einander aufgrund der wärmeleitenden Filme 58 nicht berühren.
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Bei einer Ausführungsform enthält der wärmeleitende Film 58 Laschenabschnitte 92, die beim Biegen an den Falten 89, sich von jeder der gegenüberliegenden Seitenwände 88 der Batteriezelle 56 zueinander erstrecken, um die obere Oberfläche 82 teilweise zu bedecken. Exponierte Oberflächen 94 der Batteriezellen 56 erstrecken sich zwischen den Laschenabschnitten 92. Ein oder mehrere Anschlüsse 90 (siehe 3) oder elektrische Kontakte ragen von der oberen Oberfläche 82 nach oben vor. Die Anschlüsse 90 können sich von den exponierten Oberflächen 94 außerhalb des wärmeleitenden Films 58 erstrecken. Eine andere Batteriezelleneinwickelprozedur ist in 7 dargestellt, die unten erörtert wird.
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Der wärmeleitende Film 58 kann die exponierten Oberflächen 94 benachbarter Batteriezellen 56 um einen Abstand X trennen (siehe 2). Bei einer Ausführungsform ist der Abstand X größer oder gleich 1,2 mm (0,047 Inch), um ein elektrisches Kriechen zwischen benachbarten Batteriezellen 56 zu begrenzen.
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4 veranschaulicht die Batteriebaugruppe 54 während einer Zellhebebedingung. Eine Zellhebebedingung tritt auf, wenn eine oder mehrere der Batteriezellen 56 vom Wärmetauscher 70 verschoben werden. Ein Spalt G kann sich zwischen dem wärmeleitenden Film 58 und dem Wärmetauscher 70 erstrecken, wenn es zu einer derartigen Verschiebung kommt. Das Wärmemanagement der Batteriebaugruppe 54 wird selbst während Zellhebebedingungen durch die wärmeleitenden Filme 58 erleichtert.
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Beispielsweise stellen die wärmeleitenden Filme 58, die einen relativ winzigen Grad an Wärmewiderstand aufweisen, zwei Wege der Wärmeleitung bereit, um durch die Batteriezellen 56 generierte etwaige Wärme thermisch zu verwalten, wie etwa während Batterielade- oder -entladeoperationen. Ein erster Weg P1 erstreckt sich horizontal zwischen benachbarten Batteriezellen 56, so dass Wärme von der Batteriezelle 56 zur Batteriezelle 56 kommuniziert werden kann. Ein zweiter Weg P2 erstreckt sich vertikal zwischen jeder Batteriezelle 56 und dem Wärmetauscher 70, so dass Wärme von den Batteriezellen 56 entfernt und in den Wärmetauscher 70 abgeleitet werden kann. Deshalb kann sogar während Zellhebebedingungen etwaige Wärme, die durch eine Batteriezelle 56 generiert wird, die von dem Wärmetauscher 70 verschoben wird, immer noch abgeleitet werden, indem sie zuerst entlang des ersten Wegs P1 zu einer benachbarten Batteriezelle 56 kommuniziert wird. Dann kann die Wärme entlang des zweiten Wegs P2 zum Wärmetauscher 70 kommuniziert werden. Die Wärme wird dann durch Wärmetransfer mit dem Kühlmittel C entfernt.
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5 veranschaulicht eine Batteriebaugruppe 154 gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Offenbarung. In dieser Offenbarung bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente, wo angebrecht, und Referenzzahlen unter Addition von 100 oder Mehrfachen davon bezeichnen modifizierte Elemente, die, wie zu verstehen ist, die gleichen Merkmale und Vorzüge der entsprechenden Originalelemente enthalten.
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Die Batteriebaugruppe 154 ist nahezu identisch mit der oben beschriebenen Batteriebaugruppe 54. Bei dieser Ausführungsform jedoch enthält die Batteriebaugruppe 154 ein zusätzliches Merkmal zum elektrischen Isolieren benachbarter Batteriezellen 156. Jede Batteriezelle 156 enthält eine obere Oberfläche 182. Abschnitte der oberen Oberflächen 182 der Batteriezellen 156 können mit einer Keramikbeschichtung 99 beschichtet sein. Bei einer Ausführungsform wird die Keramikbeschichtung 99 auf den exponierten Oberflächen 194 der Batteriezellen 156 aufgebracht und könnte auf Abschnitte der Batteriezellen 156 aufgebracht werden, die sich unter den wärmeleitenden Filmen 158 erstrecken. Die exponierten Oberflächen 194 erstrecken sich zwischen Laschenabschnitten 192 des wärmeleitenden Films 158, der um jede Batteriezelle 156 herum gewickelt ist.
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6 veranschaulicht noch eine weitere Batteriebaugruppe 254. Bei dieser Ausführungsform enthält die Batteriebaugruppe 254 ein Batteriearray 259, einen Wärmetauscher 270 und ein Wärmegrenzflächenmaterial 201 zwischen dem Batteriearray 259 und dem Wärmetauscher 270. Das Wärmegrenzflächenmaterial 201 kann aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen und ist konfiguriert zum Aufrechterhalten des Wärmekontakts zwischen Batteriezellen 256 des Batteriearrays 259 und dem Wärmetauscher 270, um die Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen benachbarten Komponenten während eines Wärmetransferereignisses zu vergrößern. Das Wärmegrenzflächenmaterial 201 kann auch Mikrospalte am Wärmetauscher 270 füllen und etwaige kleine Variationen zwischen Batteriezellen 256 entlang einer unteren Ebene des Batteriearrays 259 ausgleichen.
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7 veranschaulicht schematisch eine weitere Prozedur zum Umwickeln einer Batteriezelle 356 mit wärmeleitenden Filmen 358A, 358B. Die Batteriezelle 356 enthält eine obere Oberfläche 382, eine untere Oberfläche 384, gegenüberliegende Stirnwände 386 und gegenüberliegende Seitenwände 388. Ein oder mehrere Anschlüsse 390 ragen von der oberen Oberfläche 82 nach oben.
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Bei einer nichtbeschränkenden Ausführungsform der Zelleinwickelprozedur kann ein erster wärmeleitender Film 358A um eine erste Stirnwand 386A gewickelt werden, und ein zweiter wärmeleitender Film 358B kann um eine zweite Stirnwand 386B gewickelt werden. Jeder wärmeleitende Film 358A, 358B kann allgemein U-förmig sein.
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Der erste wärmeleitende Film 358A und der zweite wärmeleitende Film 358B treffen sich an einer Naht 305, um die Batteriezelle 356 zu umgeben, und können an der Naht 305 miteinander gebondet sein. Beispielsweise können die wärmeleitenden Filme 358A, 358B die untere Oberfläche 384, die gegenüberliegenden Stirnwände 386 und die gegenüberliegenden Seitenwände 388 bedecken und die obere Oberfläche 382 mindestens teilweise bedecken. Auf diese Weise hängt der wärmeleitende Film 358A, 358B mit sechs Seiten jeder Batteriezelle 356 zusammen. Die Naht 305 kann sich entlang einer Oberseite, einer Unterseite und Seiten der wärmeleitenden Filme 358A, 358B erstrecken.
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8 veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration eines wärmeleitenden Films 458. Der wärmeleitende Film 458 kann eine Basis 401 enthalten, die zwischen Außenschichten 403 geschichtet ist. Die Basis 401 kann aus PET oder Polyimid bestehen, und die Außenschichten 403 können entweder aus einem Silikonkleber oder einem Acrylkleber bestehen. Ein Überzug 405 kann an einer der Außenschichten 403 angebracht sein. Der Überzug 405 ist entfernbar und kann vor dem Wickeln des wärmeleitenden Films 458 um eine Batteriezelle entfernt werden.
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Wenngleich die verschiedenen nichtbeschränkenden Ausführungsformen so dargestellt sind, dass sie spezifische Komponenten oder Schritte besitzen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf jene bestimmten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von einer beliebigen der nichtbeschränkenden Ausführungsformen in Kombinationen mit Merkmalen oder Komponenten von einer beliebigen der anderen nichtbeschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente identifizieren. Es versteht sich, dass, obwohl in diesen Ausführungsbeispielen eine bestimmte Komponentenanordnung offenbart und dargestellt wird, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die obige Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht in irgendeinem beschränkenden Sinne ausgelegt werden. Der Durchschnittsfachmann würde verstehen, dass gewisse Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung liegen könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Ansprüche untersucht werden, um den wahren Schutzbereich und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
