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GEBIET DER TECHNIK
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Traktionsbatteriepacks und insbesondere Batteriearrays, die walzplattierte Kälteplatten beinhalten, die integrierte Komponenten des Batteriearrays sind.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Elektrifizierte Fahrzeuge können die Abhängigkeit von Brennkraftmaschinen reduzieren oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu für den Antrieb des Fahrzeugs vollständig auf die Brennkraftmaschine angewiesen.
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Ein Hochspannungstraktionsbatteriepack kann die elektrischen Maschinen und andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs mit Leistung versorgen. Eine Außengehäusebaugruppe des Batteriepacks bringt eine Vielzahl von Batterieinnenkomponenten unter, darunter unter anderem Batteriearrays und andere el ektroni sche Batteriekomponenten.
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Die Batterieinnenkomponenten können unter gewissen Bedingungen Wärme erzeugen. Diese Wärme kann unter Verwendung einer oder mehrerer Kälteplatten, die zwischen den Batterieinnenkomponenten und der Außengehäusebaugruppe angeordnet sind, thermisch verwaltet werden. Die Kälteplatten sind typischerweise von den Batteriearrays getrennte Strukturen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Batteriearray für einen Traktionsbatteriepack gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Gruppierung von Batteriezellen und eine Stützstruktur, die um einen Außenumfang der Gruppierung von Batteriezellen angeordnet ist. Die Stützstruktur beinhaltet eine walzplattierte Kälteplatte, die positioniert ist, um die Gruppierung von Batteriezellen thermisch zu verwalten.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet die walzplattierte Kälteplatte ein erstes Plattenelement und ein zweites Plattenelement, das entlang einer Walzplattierungsverbindung mit dem ersten Plattenelement verbunden ist.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorhergehenden Batteriearrays ist ein Wärmeleitmaterial zwischen der Gruppierung von Batteriezellen und dem ersten Plattenelement angeordnet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet das erste Plattenelement eine erste Dicke und beinhaltet das zweite Plattenelement eine zweite Dicke, die geringer als die erste Dicke ist. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet das erste Plattenelement eine erste Materiallegierung und beinhaltet das zweite Plattenelement eine zweite Materiallegierung, die sich von der ersten Materiallegierung unterscheidet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays bildet die walzplattierte Kälteplatte eine untere Platte der Stützstruktur.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays ist eine Seitenplatte oder eine Stirnplatte der Stützstruktur durch eine Schweißnaht an der walzplattierten Kälteplatte gesichert.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays bildet die walzplattierte Kälteplatte eine obere Platte der Stützstruktur.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays bildet die walzplattierte Kälteplatte eine untere Platte, eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand der Stützstruktur.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet die untere Platte sowohl walzplattierte Teile als auch ungebundene Teile und beinhalten die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand jeweils nur walzplattierte Teile.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet die untere Platte sowohl walzplattierte Teile als auch ungebundene Teile und beinhalten die erste Seitenwand und die zweite Seitenwand jeweils nur ungebundene Teile.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays sind die ungebundenen Teile der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand durch ein erstes Plattenelement der walzplattierten Kälteplatte gebildet. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays bildet die walzplattierte Kälteplatte eine untere Platte, eine erste Stirnwand und eine zweite Stirnwand der Stützstruktur.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet die walzplattierte Kälteplatte eine Vielzahl von inneren Kühlkanälen.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays ist die Stützstruktur eine von einer Außengehäusebaugruppe des Traktionsbatteriepacks getrennte und verschiedene Struktur.
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Ein Batteriearray für einen Traktionsbatteriepack gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem eine Gruppierung von Batteriezellen und eine Stützstruktur, die um die Gruppierung von Batteriezellen angeordnet ist und ein Paar von Stirnplatten, ein Paar von Seitenplatten, eine obere Platte und eine untere Platte beinhaltet. Die untere Platte ist durch eine walzplattierte Kälteplatte gebildet, die dazu konfiguriert ist, die Gruppierung von Batteriezellen thermisch zu verwalten, Die walzplattierte Kälteplatte beinhaltet ein erstes Plattenelement und ein zweites Plattenelement, das entlang einer Walzplattierungsverbindung mit dem ersten Plattenelement verbunden ist. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Batteriearrays beinhaltet die walzplattierte Kälteplatte sowohl walzplattierte Teile als auch ungebundene Teile.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorhergehenden Batteriearrays ist eine Vielzahl von inneren Kühlkanälen in den ungebundenen Teilen ausgebildet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays ist das Paar von Seitenplatten durch eines oder beide von dem ersten Plattenelement und dem zweiten Plattenelement der walzplattierten Kälteplatte gebildet.
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In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorhergehenden Batteriearrays ist jede Seitenplatte des Paars von Seitenplatten durch eine Schweißnaht an der walzplattierten Kälteplatte gesichert.
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Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Absätze, der Ansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, darunter ihre verschiedenen Aspekte oder jeweiligen Einzelmerkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination betrachtet werden. Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden, gelten für alle Ausführungsformen, es sei denn, diese Merkmale sind unvereinbar.
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Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich kurzgefasst wie folgt beschreiben.
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Figurenliste
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- 1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriearrays eines Traktionsbatteriepacks.
- 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie 3-3 aus 2.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften Batteriearrays.
- 5 ist eine perspektivische Draufsicht einer walzplattierten Kälteplatte des Batteriearrays aus 2-3.
- 6 ist eine perspektivische Unteransicht der walzplattierten Kälteplatte aus 5.
- 7 veranschaulicht ausgewählte Abschnitte eines weiteren beispielhaften Batteriearrays.
- 8 veranschaulicht ausgewählte Abschnitte noch eines weiteren beispielhaften Batteriearrays.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung legt ausführlich Batteriearraygestaltungen für Batteriepacks elektrifizierter Fahrzeuge dar. Ein beispielhaftes Batteriearray kann eine Arraystützstruktur beinhalten, die eine walzplattierte Kälteplatte beinhaltet. Die walzplattierte Kälteplatte kann im Gegensatz zu einer Außengehäusebaugruppe des Traktionsbatteriepacks in das Batteriearray integriert sein und ist somit angeordnet, um eine oder mehrere Batteriezellen des Batteriearrays direkt thermisch zu verwalten. Die walzplattierte Kälteplatte kann eine einzige Seite oder mehrere Seiten der Arraystützstruktur bilden. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Absätzen dieser detaillierten Beschreibung ausführlicher erörtert.
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1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug 12. Auch wenn dieses als Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs beschränkt sind und sich auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erstrecken könnten, darunter unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (plug-in hybrid electric vehicles - PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (battery electric vehicles - BEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge usw.
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In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und einen Traktionsbatteriepack 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und zweite Antriebssystem sind jeweils dazu in der Lage, Drehmoment zum Antreiben von einem oder mehreren Sätzen von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu erzeugen. Wenngleich in 1 eine Konfiguration mit Leistungsverzweigung abgebildet ist, erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein beliebiges Hybrid- oder Elektrofahrzeug, darunter unter anderem Vollhybrid-, Parallelhybrid-, Reihenhybrid-, Mildhybrid- oder Mikrohybrid.
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Der Verbrennungsmotor 14, der eine Brennkraftmaschine sein kann, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 30, wie etwa einen Planetenradsatz, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten, darunter andere Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Leistungsübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet.
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Der Generator 18 kann durch den Verbrennungsmotor 14 mittels der Leistungsübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als ein Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Leistungsübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Verbrennungsmotor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
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Das Hohlrad 32 der Leistungsübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die über eine zweite Leistungsübertragungseinheit 44 mit Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten können auch geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In einer Ausführungsform ist die zweite Leistungsübertragungseinheit 44 durch das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
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Der Elektromotor 22 kann auch dazu eingesetzt werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er Drehmoment an eine Welle 52 ausgibt, die auch mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines regenerativen Bremssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Zum Beispiel können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an den Traktionsbatteriepack 24 ausgeben.
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Der Traktionsbatteriepack 24 ist eine beispielhafte Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Bei dem Traktionsbatteriepack 24 kann es sich um einen Hochspannungstraktionsbatteriepack handeln, der ein oder mehrere Batteriearrays 25 (d. h. Batteriebaugruppen oder Gruppierungen von Batteriezellen 56) beinhaltet, die dazu in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um den Elektromotor 22, den Generator 18 und/oder andere elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 zu betreiben, um Leistung bereitzustellen, um die Räder 28 anzutreiben. Es könnten auch andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen verwendet werden, um das elektrifizierte Fahrzeug 12 mit elektrischer Leistung zu versorgen.
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Die Gesamtanzahl an Batteriearrays 25 und Batteriezellen 56, die innerhalb des Traktionsbatteriepacks 24 bereitgestellt sind, soll die vorliegende Offenbarung jedoch nicht einschränken. In einer Ausführungsform handelt es sich bei den Batteriezellen 56 jedes Batteriearrays 25 um prismatische Lithiumionenzellen. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung könnten jedoch alternativ Batteriezellen verwendet werden, die andere Geometrien (zylindrisch, beutelförmig usw.), andere Chemikalien (Nickel-MetallHydrid, Blei-Säure usw.) oder beides aufweisen.
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Die Batteriearrays 25 und beliebige andere Batterieinnenkomponenten (z. B. Batterieelektronik, Verdrahtung, Verbinder usw.) des Traktionsbatteriepacks 24 können innerhalb einer Außengehäusebaugruppe 58 untergebracht sein. In einer Ausführungsform ist die Außengehäusebaugruppe 58 ein abgedichtetes Außengehäuse, das die äußersten Flächen des Traktionsbatteriepacks 24 bildet. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung kann die Außengehäusebaugruppe 58 eine beliebige Größe, Form und Konfiguration beinhalten. Die Batteriearrays 25 sind vollständig von der Außengehäusebaugruppe 58 getrennte Strukturen und es wird daher nicht davon ausgegangen, dass diese einen jeglichen Abschnitt der äußersten Flächen des Traktionsbatteriepacks 24 bilden.
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Wärme kann während Ladevorgängen, Entladevorgängen, extremen Umgebungsbedingungen und/oder verschiedenen anderen Bedingungen von den Batteriezellen 56 erzeugt und freigesetzt werden. Es kann wünschenswert sein, die Wärme von den Batteriearrays 25 abzuführen, um ihre Kapazität, Lebensdauer und Leistung zu verbessern. Kälteplatten, die typischerweise von den Batteriearrays 25 getrennte Strukturen sind, werden für diesen Zweck üblicherweise in Traktionsbatteriepacks verwendet. Kälteplatten können jedoch teuer in der Herstellung sein und sind aufgrund verschiedener Montage- und Herstellungskomplexitäten gelegentlich schwierig in Traktionsbatteriepacks zu verbauen. Die vorliegende Offenbarung ist daher auf verbesserte Batteriearraykonfigurationen gerichtet, die integrierte walzplattierte Kälteplatten einschließen, welche die früheren Herstellungsverfahren für Kälteplatten zugeordnete Kosten reduzieren.
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2 und 3 veranschaulichen ein beispielhaftes Batteriearray 25, das innerhalb eines Traktionsbatteriepacks eines elektrifizierten Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Zum Beispiel könnte das Batteriearray 25 zur Verwendung innerhalb des Traktionsbatteriepacks 24 des elektrifizierten Fahrzeugs 12 aus 1 oder eines beliebigen anderen elektrifizierten Fahrzeugs eingesetzt werden.
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Das Batteriearray 25 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 56 beinhalten, die elektrische Energie speichert, um verschiedene elektrische Verbraucher des elektrifizierten Fahrzeugs 12 mit Leistung zu versorgen. Das Batteriearray 25 könnte innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Anzahl an Batteriezellen 56 beinhalten. Somit ist die vorliegende Offenbarung nicht auf genau die Konfiguration beschränkt, die in 2 gezeigt ist.
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Die Batteriezellen 56 können nebeneinander entlang einer Stapelachse gestapelt sein, um eine Gruppierung von Batteriezellen 56 zu bilden, die mitunter als „Zellenstapel“ bezeichnet wird. Obwohl dies hier nicht spezifisch gezeigt oder hervorgehoben ist, könnten die Batteriezellen 56 innerhalb einer Vielzahl von sich wiederholenden und miteinander verbundenen Arrayrahmen gehalten werden, um den Zellenstapel zu konstruieren.
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Die Gruppierung von Batteriezellen 56 (die Arrayrahmen beinhalten kann oder nicht) kann im Wesentlichen von einer Stützstruktur 60 umgeben sein. Die Stützstruktur 60 kann um einen Außenumfang des Zellenstapels angeordnet sein, um die Batteriezellen 56 in der gestapelten Konfiguration axial zu beschränken. Im Gegensatz zu der Außengehäusebaugruppe 58 kann die Stützstruktur 60 die Batteriezellen (oder die Arrayrahmen, welche die Batteriezellen 56 stützen) direkt berühren.
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In einer Ausführungsform beinhaltet die Stützstruktur 60 des Batteriearrays 25 Paare von Stirnplatten 62, ein Paar von Seitenplatten 64, eine obere Platte 66 und eine walzplattierte Kälteplatte 68. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die walzplattierte Kälteplatte 68 angeordnet, um als eine untere Abdeckung oder untere Platte 69 der Stützstruktur 60 zu fungieren, und daher kann die walzplattierte Kälteplatte 68 in einer normalen Ausrichtung des Batteriearrays 25, wie innerhalb der Außengehäusebaugruppe 58 des zusammengebauten Traktionsbatteriepacks 24 positioniert, eine Basis des Batteriearrays 25 bilden. Es werden jedoch auch andere Konfigurationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen. Zum Beispiel könnte die walzplattierte Kälteplatte 68 so angeordnet sein, dass sie als die obere Platte 66 (siehe z. B. 4) oder eine beliebige andere Platte der Stützstruktur 60 fungiert.
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Eine Stirnplatte 62 kann an jeder Längsausdehnung 70 des Batteriearrays 25 angeordnet sein und eine Seitenplatte 64 kann zwischen den Stirnplatten 62 auf jeder gegenüberliegenden Seite 72 des Batteriearrays 25 verbunden sein. Die obere Platte 66 kann zwischen den Stirnplatten 62 und den Seitenplatten 64 verbunden sein und erstreckt sich über die Oberseite der Batteriezellen 56 des Zellenstapels und in der veranschaulichten Ausführungsform kann die walzplattierte Kälteplatte 68 zwischen den Stirnplatten 62 und den Seitenplatten 64 verbunden sein und erstreckt sich unter den Batteriezellen 56 des Zellenstapels. Die Stirnplatten 62 können sich innerhalb von Ebenen erstrecken, die quer zu einer Längsachse A des Batteriearrays 25 verlaufen und die Seitenplatten 64 können sich auf Ebenen erstrecken, die parallel zu der Längsachse A verlaufen. In einer Ausführungsform kann sich die Längsachse A in einer Fahrzeugquerrichtung erstrecken, wenn der Traktionsbatteriepack 24 an dem elektrifizierten Fahrzeug 12 montiert ist. Es werden jedoch auch andere Montagekonfigurationen und -ausrichtungen des Batteriearrays 25 bezogen auf das elektrifizierte Fahrzeug 12 innerhalb des Umfang der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen.
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Die walzplattierte Kälteplatte 68 wird nun unter Bezugnahme auf 3 und 5-6 genauer beschrieben. Die walzplattierte Kälteplatte 68 kann ein erstes Plattenelement 74 und ein zweites Plattenelement 76 beinhalten, das an einer Walzplattierungsverbindung 78 mit dem ersten Plattenelement 74 verbunden ist. Das erste Plattenelement 74 kann eine obere Seite der walzplattierten Kälteplatte 68 bilden und ist somit in dieser Ausführungsform näher an den Batteriezellen 56 des Batteriearrays 25 positioniert. Das zweite Plattenelement 76 kann eine untere Seite der walzplattierten Kälteplatte 68 bilden und ist somit in dieser Ausführungsform weiter von den Batteriezellen 56 weg positioniert. Ein Wärmeleitmaterial 80 (z. B. Epoxidharz, Materialien auf Silikonbasis, Wärmeleitpasten usw.) kann zwischen den Batteriezellen 56 und dem ersten Plattenelement 74 der walzplattierten Kälteplatte 68 angeordnet sein, um die Wärmeübertragung dazwischen zu erleichtern. (siehe 3).
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Das erste Plattenelement 74 kann ein dickeres Plattenelement als das zweite Plattenelement 76 sein. Alternativ kann das erste Plattenelement 74 aus einer Materiallegierung konstruiert sein, die eine größere Steifigkeit als die Materiallegierungskonstruktion des zweiten Plattenelements 76 beinhaltet. Die spezifischen Dicken und/oder Materiallegierungskonstruktionen des ersten und zweiten Plattenelements 74, 76 sollen die vorliegende Offenbarung jedoch nicht einschränken.
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Die walzplattierte Kälteplatte 68 kann als Teil eines Walzplattierungsprozesses ausgebildet werden. Zum Beispiel können ein erster Materialstreifen zum Ausbilden des ersten Plattenelements 74 und ein zweiter Materialstreifen zum Ausbilden des zweiten Plattenelements 76 durch ein Paar von Walzen geführt werden. Die Walzen können sich drehen und ausreichend Wärme und Druck aufbringen, um den ersten Materialstreifen entlang der Walzplattierungsverbindung 78 an den zweiten Materialstreifen zu binden. Die gebundenen Materialstreifen können dann auf eine gewünschte Größe der walzplattierten Kälteplatte 68 zugeschnitten werden.
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Ein Siebdruckmuster kann auf den ersten oder zweiten Materialstreifen zwischen den beiden Streifen aufgebracht werden, bevor sie durch die Walzen geführt werden. Das Siebdruckmuster stellt sicher, dass sich nur blanke Metallflächen zwischen dem ersten und zweiten Materialstreifen aneinander binden.
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Nach dem Schaffen der Walzplattierungsverbindung 78 über den vorstehend beschriebenen Walzplattierungsprozess kann dann ein Hochdruckgas oder eine Hochdruckflüssigkeit nahe den ungebundenen Flächen zwischen dem ersten Plattenelement 74 und dem zweiten Plattenelement 76 eingespritzt werden, um ungebundene Abschnitte des zweiten Plattenelements 76 aufzublasen. Die aufgeblasenen Abschnitte können eine Reihe von Kühlkanälen 82 innerhalb der walzplattierten Kälteplatte 68 ausbilden.
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Zusätzliche Teile der Stützstruktur 60 können an der walzplattierten Kälteplatte 68 gesichert werden. In einer Ausführungsform sind die Seitenplatten 64 und/oder die Stirnplatten 62 durch Schweißnähte 84 (schematisch in 3 gezeigt) an der walzplattierten Kälteplatte 68 gesichert. Jedoch können andere Befestigungsmethodiken innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden, um einen oder mehrere zusätzliche Teile der Stützstruktur 60 an der walzplattierten Kälteplatte 68 zu sichern.
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Jede Seitenplatte 64 der Stützstruktur 60 kann einen Montageflansch 86 beinhalten, der seitlich von einem Körper der Seitenplatte 64 in Richtung von der gegenüberliegenden Seitenplatte 64 weg hervorsteht. Die obere Platte 66 kann einen entsprechenden Montageflansch 87 beinhalten, der an den Montageflanschen 86 gesichert sein kann, um die Stützstruktur 60 weiter um den Zellenstapel herum zu konstruieren.
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Die Kühlkanäle 82 der walzplattierten Kälteplatte 68 können Teil eines Flüssigkeitskühlsystems sein, das zum Zirkulieren eines Kühlmittels C, wie etwa Wasser gemischt mit Ethylenglycol oder einem beliebigen anderen Kühlmittel, durch die walzplattierte Kälteplatte 68 konfiguriert ist, um die Batteriezellen 56 thermisch zu verwalten. Die Kühlkanäle 82 können fluidisch miteinander verbunden sein und können in verschiedenen Mustern innerhalb der walzplattierten Kälteplatte 68 angeordnet sein. In einer Ausführungsform sind die Kühlkanäle 82 in einem Serpentinenmuster angeordnet. Jedoch könnten alternativ andere Muster genutzt werden. Die verschiedenen Kühlkanäle 82 können zum Beispiel in unterschiedlichen Größen, Formen und Wegen konfiguriert sein, um dabei zu helfen, den Strom des Kühlmittels C durch den inneren Kühlkreislauf der walzplattierten Kälteplatte 68 zu dosieren und auszugleichen. Die Größe und Form jedes Kühlkanals 82 und die Gesamtzahl an Kühlkanälen 82 sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken und können speziell auf die spezifischen Kühlanforderungen des Traktionsbatteriepacks 24 abgestimmt werden.
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Das Kühlmittel C kann durch einen Einlassanschluss 88 in die walzplattierte Kälteplatte 68 eintreten und kann durch einen Auslassanschluss 90 aus der walzplattierten Kälteplatte 68 austreten. Im Gebrauch kann das Kühlmittel C in den Einlassanschluss 88 und dann durch die Kühlkanäle 82 kommuniziert werden, bevor es durch den Auslassanschluss 90 austritt. Das Kühlmittel C nimmt die Wärme auf, die durch das erste Plattenelement 74 von den Batteriezellen 56 geleitet wird (wie durch das Wärmeleitmaterial 80 erleichtert), während es sich durch den inneren Kühlkreislauf schlängelt, der durch die Kühlkanäle 82 gebildet ist. Wenngleich nicht gezeigt, kann das Kühlmittel C, das aus dem Auslassanschluss 90 austritt, einem Kühler oder einer anderen Wärmeaustauschvorrichtung zugeführt, gekühlt und dann auf Art einer geschlossenen Schleife zum Einlassanschluss 88 zurückgeführt werden.
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Der Einlassanschluss 88 und der Auslassanschluss 90 können von Außenflächen der walzplattierten Kälteplatte 68 nach außen vorstehen. In einer Ausführungsform erstreckt sich der Einlassanschluss 88 von einer ersten Seite 92 der walzplattierten Kälteplatte 68 nach außen und erstreckt sich der Auslassanschluss 90 von einer zweiten, gegenüberliegenden Seite 94 der walzplattierten Kälteplatte 68 nach außen (siehe 5 und 6). Es versteht sich jedoch, dass die genauen Montagestellen für den Einlassanschluss 88 und den Auslassanschluss 90 die vorliegende Offenbarung nicht einschränken sollen.
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In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform bildet die walzplattierte Kälteplatte 68 eine einzige Seite der Stützstruktur 60. Es werden jedoch andere Ausführungsformen in Betracht gezogen, bei denen eine walzplattierte Kälteplatte dazu konfiguriert sein kann, mehrere Seiten oder Teile der Stützstruktur 60 des Batteriearrays 25 zu bilden.
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Wie in 7 gezeigt, kann ein anderes beispielhaftes Batteriearray 25-2 zum Beispiel eine Stützstruktur 60-2 beinhalten, die eine walzplattierte Kälteplatte 68-2 beinhaltet. In dieser Ausführungsform bildet die walzplattierte Kälteplatte 68-2 sowohl eine untere Platte 69-2 als auch Seitenplatten 64-2 der Stützstruktur 60-2.
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Die walzplattierte Kälteplatte 68-2 kann ein erstes Plattenelement 74-2 und ein zweites Plattenelement 76-2 beinhalten, das an einer Walzplattierungsverbindung 78-2 mit dem ersten Plattenelement 74-2 verbunden ist. In dieser Ausführungsform kann der Abschnitt der walzplattierten Kälteplatte 68-2, der die Seitenplatten 64-2 (und die Montageflansche 86-2) der Stützstruktur 60-2 bildet, ungebundene Teile des ersten Plattenelements 74-2 und des zweiten Plattenelements 76-2 beinhalten. Die Walzplattierungsverbindung 78-2 erstreckt sich daher innerhalb der Seitenplatten 64-2 und die Seitenplatten 64-2 dieser Ausführungsform können alle ungebundenen Teile ausschließen.
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Darüber hinaus kann der Abschnitt der walzplattierten Kälteplatte 68-2, der die untere Platte 69-2 bildet, sowohl gebundene Teile des ersten und zweiten Plattenelements 74-2, 76-2 als auch ungebundene Teile des ersten und zweiten Plattenelements 74-2, 76-2 beinhalten. Die ungebundenen Teile können Kühlkanäle 82-2 zum Zirkulieren von Kühlmittel durch die walzplattierte Kälteplatte 68-2 beinhalten.
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Obwohl nicht gezeigt, könnten die Abschnitte der walzplattierten Kälteplatte 68-2, welche die Seitenplatten 64-2 bilden, auch so gestaltet sein, dass sie ungebundene Teile beinhalten, und somit könnten darin Kühlkanäle bereitgestellt werden. Daher könnte der Zellenstapel von Batteriezellen 56 des Batteriearrays 25-2 gegebenenfalls entlang mehrerer Seiten gekühlt werden, wodurch verbesserte Fähigkeiten thermischer Verwaltung bereitgestellt werden.
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8 veranschaulicht ein weiteres beispielhaftes Batteriearray 25-3. Das Batteriearray 25-3 kann eine Stützstruktur 60-3 beinhalten, die eine walzplattierte Kälteplatte 68-3 beinhaltet. In dieser Ausführungsform bildet die walzplattierte Kälteplatte 68-3 sowohl eine untere Platte 69-3 als auch Seitenplatten 64-3 der Stützstruktur 60-3.
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Die walzplattierte Kälteplatte 68-3 kann ein erstes Plattenelement 74-3 und ein zweites Plattenelement 76-3 beinhalten, das an einer Walzplattierungsverbindung 78-3 mit dem ersten Plattenelement 74-3 verbunden ist. In dieser Ausführungsform beinhaltet der Abschnitt der walzplattierten Kälteplatte 68-3, der die Seitenplatten 64-3 (und die Montageflansche 86-3) der Stützstruktur 60-3 bildet, nur ungebundene Abschnitte des ersten Plattenelements 74-3. Darüber hinaus kann der Abschnitt der walzplattierten Kälteplatte 68-3, der die untere Platte 69-3 bildet, sowohl gebundene Teile des ersten und zweiten Plattenelements 74-3, 76-3 als auch ungebundene Teile des ersten und zweiten Plattenelements 74-3, 76-3 beinhalten. Die ungebundenen Teile der unteren Platte 69-3 können Kühlkanäle 82-3 zum Zirkulieren von Kühlmittel innerhalb der walzplattierten Kälteplatte 68-3 bilden.
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Die beispielhaften Traktionsbatteriepacks dieser Offenbarung schließen Batteriearrays ein, die integrierte walzplattierte Kälteplatten aufweisen, um verschiedene vorteilhafte Verbauungs- und Kühlkonfigurationen zu erreichen. Neben anderen Vorteilen können die vorgeschlagenen Gestaltungen die der Herstellung von Kälteplatten zugeordneten Kosten reduzieren, die zuvor unter Verwendung relativ teurer Stanz- und Löttechniken hergestellt wurden, und die Wärmeleistung der Batterie verbessern.
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Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen als spezifische Komponenten oder Schritte aufweisend veranschaulicht sind, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale aus einer beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten aus einer beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
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Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine konkrete Komponentenanordnung offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen aber ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
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Die vorhergehenden Beschreibung soll als veranschaulichend und nicht in einschränkendem Sinne ausgelegt werden. Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass gewisse Modifikationen durch den Umfang der vorliegenden Offenbarung abgedeckt sein könnten. Aus diesen Gründen sollten die folgenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.
