DE102016119967A1

DE102016119967A1 - Antriebsbatterieanordnung

Info

Publication number: DE102016119967A1
Application number: DE102016119967.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Miller; Evan Mascianica; Josef Dollison; Jeremy Samborsky; Jason SIELAFF
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-11-03
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-05-04
Also published as: CN107039703B; US20170125858A1; CN107039703A; US10741891B2

Abstract

Eine Antriebsbatterie für ein Fahrzeug schließt eine Mehrzahl von in einer Reihe gestapelten Zellen ein, wobei wenigstens ein Abschnitt jeder der Zellen von einem dielektrischen Material umgeben ist. Die Zellen sind voneinander beabstandet, um eine Mehrzahl von mit den Zellen verschachtelten Taschen zu definieren. Ein Verteiler ist mit der Reihe verbunden und zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zu jeder der Taschen konfiguriert, sodass das Kühlmittel das dielektrische Material jeder der Zellen direkt berührt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Antriebsbatterieanordnungen für Kraftfahrzeuge, die Zellen mittels Berührung zwischen einem flüssigen Kühlmittel und den Zellen thermisch regeln.
HINTERGRUND
Fahrzeuge, wie batterieelektrische Fahrzeuge und Hybrid-Elektrofahrzeuge, enthalten eine als Energiequelle für das Fahrzeug wirkende Antriebsbatterieanordnung. Die Antriebsbatterie kann Komponenten und Systeme zur Unterstützung der Handhabung von Leistung und Funktionen des Fahrzeugs einschließen. Die Antriebsbatterie kann auch Hochspannungskomponenten einschließen, und sie kann ein Luft- oder Flüssigkeits-Wärme-Management-System zur Steuerung der Temperatur der Batterie einschließen.
KURZFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform schließt eine Antriebsbatterie für ein Fahrzeug eine Mehrzahl von in einer Reihe gestapelten Zellen ein, wobei wenigstens ein Abschnitt jeder der Zellen von einem dielektrischen Material umgeben ist. Die Zellen sind voneinander beabstandet, um eine Mehrzahl von mit den Zellen verschachtelten Taschen zu definieren. Ein Verteiler ist mit der Reihe verbunden und zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zu jeder der Taschen konfiguriert, sodass das Kühlmittel das dielektrische Material jeder der Zellen direkt berührt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform schließt eine Antriebsbatterie eine Zellenreihe mit einer Mehrzahl von in einer linearen Anordnung gestapelten Zellen und mit mit den Zellen verschachtelten Abstandhaltern ein. Jeder der Abstandhalter definiert eine sich vollständig durch eine Dicke des Abstandhalters erstreckende Kanalisierung. Ein Verteiler ist mit der Reihe verbunden und zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zur Kanalisierung jedes der Abstände konfiguriert, sodass das Kühlmittel jede der Zellen direkt berührt.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform schließt eine Antriebsbatterie eine Mehrzahl von Abstandhaltern ein, wobei jeder einen Steg mit einem Paar Hauptflächen und eine wenigstens einen Abschnitt des Stegs umgebende Einfassung sowie sich quer zu den Hauptflächen erstreckende Wände aufweist. Die Antriebsbatterie schließt auch eine Mehrzahl von Zellen mit einem Paar von Hauptseiten und sich dazwischen erstreckenden Nebenseiten ein. Die Zellen sind in einem Stapel angeordnet, wobei die Abstandhalter so zwischen benachbarten Zellen geschachtelt sind, dass jede der Hauptflächen mit einer entsprechenden der Hauptseiten in Berührung ist. Jeder der Abstandhalter definiert eine sich vollständig durch den Steg erstreckende Kanalisierung. Ein Verteiler ist mit dem Stapel verbunden und zum Zirkulieren von flüssigem Kühlmittel zur Kanalisierung jedes der Abstandshalter konfiguriert, sodass das Kühlmittel die Hauptseite jeder der Zellen direkt berührt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Beispielhybridfahrzeugs.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer prismatischen Batteriezelle.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Beispielantriebsbatterie.
4 ist eine Querschnittsvorderansicht der in 3 gezeigten Antriebsbatterie entlang der Schnittlinie 4-4.
5 ist eine Teildraufsicht der in 3 gezeigten Antriebsbatterie im Querschnitt entlang der Schnittlinie 5-5, wobei Abschlussplatten und Halterung zur klareren Darstellung weggelassen sind.
6 ist eine Querschnittsvorderansicht einer weiteren Antriebsbatterie.
7A ist eine schematische Vorderansicht einer noch weiteren Antriebsbatterie.
7B ist eine schematische Vorderansicht einer Antriebsbatterie gemäß einer alternativen Ausführungsform.
8 ist eine Vorderansicht eines Zellenabstandhalters gemäß einer Ausführungsform.
9 ist eine Explosionsseitenansicht eines Abschnitts einer Antriebsbatterie einschließlich des in 8 gezeigten Zellenabstandhalters.
10 ist eine Seitenansicht einer Antriebsbatterie gemäß einer weiteren Ausführungsform.
11 ist eine Querschnittsvorderansicht eines Abschnitts der Antriebsbatterie von 10 entlang der Schnittlinie 11-11.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; manche Merkmale könnten übertrieben oder minimiert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als beschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns, wie die vorliegende Erfindung verschiedenartig anzuwenden ist, aufzufassen. Wie der gewöhnliche Fachmann erkennen wird, können verschiedene in Bezug auf eine beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren gezeigten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale liefern repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale in Übereinstimmung mit den Lehren dieser Offenbarung könnten jedoch für besondere Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 ist eine schematische Darstellung eines typischen Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeugs (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV). Gewisse Ausführungsformen können jedoch auch im Kontext von Nicht-Plug-in-Hybriden und rein elektrischen Fahrzeugen realisiert werden. Das Fahrzeug 12 schließt eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 ein, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die elektrischen Maschinen 14 können dazu in der Lage sein, als ein Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Zusätzlich kann das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Motor 18 verbunden sein. Das Hybridgetriebe 16 kann auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden sein, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die elektrischen Maschinen 14 können bei ein- oder ausgeschaltetem Motor 18 Antriebs- und Verzögerungsleistung bieten. Die elektrischen Maschinen 14 fungieren auch als Generatoren und können durch Rückgewinnung von Energie mittels Nutzbremsung den Kraftstoffverbrauch senken. Die elektrischen Maschinen 14 vermindern Schadstoffemissionen und erhöhen die Kraftstoffeffizienz durch Reduzieren der Arbeitslast des Motors 18.
Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepaket 24 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 14 verwendet werden kann. Die Antriebsbatterie 24 stellt typischerweise einen Hochspannungsgleichstromausgang von einer oder mehreren Batteriezellenreihen, auch Batteriezellenstapel genannt, innerhalb der Antriebsbatterie 24 bereit. Die Batteriezellenreihen können eine oder mehrere Batteriezellen einschließen.
Die Batteriezellen, wie zum Beispiel solche eines prismatischen, beutelförmigen, zylindrischen oder anderen Zellentyps, wandeln gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie um. Die Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) einschließen. Ein Elektrolyt kann es Ionen ermöglichen, sich während Entladung zwischen der Anode und Kathode zu bewegen, und dann während Ladung zurückzukehren. Anschlüsse können Stromfluss aus der Zelle für Gebrauch durch das Fahrzeug ermöglichen.
Verschiedene Batteriepaketkonfigurationen können verfügbar sein, um individuellen Fahrzeugvariablen einschließlich Packungsbeschränkungen und Leistungsanforderungen gerecht zu werden. Die Batteriezellen können mit einem Wärme-Management-System thermisch geregelt werden. Beispiele für Wärme-Management-Systeme schließen Luftkühlsysteme, Flüssigkeitskühlsysteme und eine Kombination aus Luft- und Flüssigkeitskühlsystemen ein.
Die Antriebsbatterie 24 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 26 durch ein oder mehrere Schaltschütze (nicht gezeigt) verbunden sein. Das eine oder mehrere Schaltschütze isolieren die Antriebsbatterie 24 bei Öffnung von anderen Komponenten und verbinden die Antriebsbatterie 24 bei Schließung mit anderen Komponenten. Das Leistungselektronikmodul 26 kann elektrisch mit den elektrischen Maschinen 14 verbunden sein und kann die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Antriebsbatterie 24 und den elektrischen Maschinen 14 bereitstellen. Eine typische Antriebsbatterie 24 kann zum Beispiel eine Gleichspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 14 möglicherweise eine Dreiphasenwechselspannung benötigen, um funktionieren zu können. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umwandeln, wie sie von den elektrischen Maschinen 14 benötigt wird. In einem regenerativen Modus kann das Leistungselektronikmodul 26 die Dreiphasenwechselspannung von den als Generatoren wirkenden elektrischen Maschinen 14 in die von der Antriebsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hierin ist gleichermaßen auf ein rein elektrisches Fahrzeug anwendbar. Bei einem rein elektrischen Fahrzeug kann es sich beim Hybridgetriebe 16 um ein mit einer elektrischen Maschine 14 verbundenes Getriebe handeln, wobei der Motor 18 nicht vorhanden ist.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Energie zum Antrieb kann die Antriebsbatterie 24 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme liefern. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 einschließen, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 24 in eine mit anderen Fahrzeugkomponenten kompatible Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt. Andere Hochspannungslasten, wie Kompressoren und elektrische Heizungen, können ohne Gebrauch des Gleichspannungswandlermoduls 28 direkt mit der Hochspannungsversorgung verbunden werden. Bei einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-Volt-Batterie) verbunden.
Ein Batterieenergiesteuermodul (Battery Energy Control Module, BECM) 33 kann mit der Antriebsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als ein Controller für die Antriebsbatterie 24 fungieren und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem einschließen, das die Temperatur und den Ladezustand jeder der Batteriezellen steuert. Die Antriebsbatterie 24 kann einen Temperaturfühler 31 wie einen Thermistor oder einen anderen Temperaturmesser aufweisen. Der Temperaturfühler 31 kann mit dem BECM 33 in Verbindung stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Antriebsbatterie 24 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 12 kann durch eine mit einer externen Stromversorgung 36 verbundene Ladestation aufgeladen werden. Die externe Stromversorgung 36 kann mit dem Elektrofahrzeugversorgungsgerät (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) 38 elektrisch verbunden werden. Die externe Stromversorgung 36 kann dem EVSE 38 Gleichstrom oder Wechselstrom zuführen. Das EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann ein beliebiger zum Übertragen von Strom vom EVSE 38 zum Fahrzeug 12 konfigurierter Anschluss sein. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem Bordleistungswandlermodul 32 verbunden werden. Das Leistungswandlermodul 32 kann den vom EVSE 38 gelieferten Strom aufbereiten, um die Antriebsbatterie 24 mit den richtigen Spannungs- und Strompegeln zu versorgen. Das Leistungswandlermodul 32 kann mit dem EVSE 38 gekoppelt werden, um die Lieferung von Strom zum Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Stifte aufweisen, die in entsprechende Ausnehmungen des Ladeanschlusses 34 passen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können einen oder mehrere zugeordnete Controller zur Steuerung und Überwachung des Betriebs der Komponenten aufweisen.
Die Controller können über einen seriellen Bus (z. B Controller Area Network (CAN)) oder über dedizierte elektrische Leitungen kommunizieren.
In 2 bis 11 und der entsprechenden Erörterung werden Beispiele der Antriebsbatterieanordnung 24 beschrieben. Unter Bezug auf 2 kann eine Batteriezelle 50 eine prismatische Zelle mit einem Behältnis 48 sein, das Hauptseiten 52, Nebenseiten 54, eine Anschlussseite 56 und eine Unterseite 58, die miteinander entlang Schnittkanten verbunden sind, definiert. Die Anschlussseite 56 schließt einen oder mehrere Anschlüsse 60 ein, die sich von der Anschlussseite 56 aufwärts erstrecken können, sodass die Anschlüsse elektrisch und mechanisch mit Sammelschienen verbunden werden können. Das Behältnis 48 kann wenigstens teilweise von einem dielektrischen Material 62 umgeben sein. Beim gezeigten Beispiel sind alle Seiten der Zelle 50 mit Ausnahme der Anschlussseite mit dem dielektrischen Material 62 bedeckt. Das dielektrische Material 62 verhindert, dass die elektrisch leitende Zelle eine elektrische Verbindung mit unbeabsichtigten Gegenständen, wie zum Beispiel benachbarten Zellen, herstellt. Beim dielektrischen Material kann es sich um einen Beutel, eine Folienverpackung, Paste, Fett, Band oder Ähnliches handeln.
Unter Bezug auf 3, 4 und 5 schließt eine Beispielantriebsbatterieanordnung 64 eine Mehrzahl von Zellen, wie die Zellen 50, die in einer linearen Zellenreihe (Stapel) 66 gestapelt sind, ein. Die Zellen sind in der Reihe 66 so angeordnet, dass die Hauptseiten 52 benachbarter Zellen zueinander weisen. Eine Mehrzahl von Abstandhaltern 67 sind zwischen benachbarten Zellen verschachtelt. Jeder der Abstandhalter 67 schließt ein Paar Hauptflächen 69 und Seitenwände 71, die sich zwischen den Hauptflächen erstrecken, ein. Die Abstandhalter 67 sind mit den Zellen 50 so verschachtelt, dass jede der Hauptflächen 69 gegen eine Hauptseite 52 einer entsprechenden der Zellen 50 angeordnet ist.
Die Zellen 50 und die Abstandhalter 67 werden durch ein Paar Abschlussplatten 68 und die Halterung 70, die das Paar der Abschlussplatten miteinander verbindet, in der Reihe gehalten. In Kombination drücken die Abschlussplatten und die Halterung 70 die Zellen 50 zusammen. Die ausgeübte Druckkraft kann zwischen 0,5 und 4 Kilonewton (kN) betragen. Die durch die Halterung 70 und die Abschlussplatten 68 bereitgestellte Kompression kann eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen den Zellen 50 und den Abstandhaltern 67 erzeugen. Ein Dichtungsmittel kann zwischen den Zellen und Abstandhaltern angebracht werden, um eine wasserdichte Abdichtung zwischen den Zellen und Abstandhaltern weiter zu verstärken. Das Dichtungsmittel kann eine Dichtung, Silikon (wie bei Raumtemperatur vulkanisierende (RTV) Dichtungsmasse), Paste, Klebstoff oder ein thermisches Interface-Material (TIM) sein. Die Reihe 66 kann so angeordnet werden, dass die Halterung 70 mit den Nebenseiten 54 der Zellen 50 in Berührung ist, und die Abschlussplatten 68 jeweils mit einer Hauptseite 52 einer der ersten oder letzten Zelle im Stapel in Berührung sind. Bei der Halterung 70 kann es sich um eine ebene Platte (wie gezeigt) oder um eine Mehrzahl von stangenartigen Elementen handeln. Die Reihe 66 kann eine Unterseite 72, eine Oberseite 74 und Längsseitenwände 76 einschließen.
Die Antriebsbatterie 64 schließt auch eine Schale 84 und einen Verteiler ein. Bei manchen Ausführungsformen (wie zum Beispiel der in 3 und 4 gezeigten) stellen die Schale und der Verteiler eine einzelne Komponente dar, die zum Erfüllen beider Aufgaben konzipiert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Schale 84 an der Unterseite der Antriebsbatterie 64 und stützt die Reihe 66. Bei anderen Ausführungsformen kann sich die Schale 84 an einer der Seiten 76 oder an der Oberseite 74 der Reihe 66 befinden. Die Schale 84 schließt eine Oberseite 86, eine Unterseite 88, Längsseitenwände 90, eine Vorderwand 92 und eine Rückwand 94 ein, die miteinander verbunden sind, um einen Körper zu definieren. (Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „Oberseite“, „Unterseite“ etc. aus Gründen der Veranschaulichung verwendet werden, und dass die Batterie in einer Vielzahl von verschiedenen Orientierungen am Fahrzeug verpackt werden kann.) Die Oberseite 86 weist eine Außenfläche 96 auf, die einen offenen Kanal 98, vertieft in die Oberseite 86, definiert. Der offene Kanal 98 kann sich längs entlang eines Großteils der Länge der Schale 84 und seitlich entlang eines Großteils der Breite der Schale 84 erstrecken. Die Größe des Kanals 98 kann ungefähr so wie die Größe der Unterseite 72 (oder anderen Seite, je nach Ausführungsform) der Reihe 66 sein, wenn auch geringfügig kleiner. Der offene Kanal 98 schließt eine Unterseite 100 und Seitenwände 102 ein, die die Grenzen des Kanals 98 bestimmen. Einige der Seitenwände 102 (der dargestellten Ausführungsform) können gestuft sein, um eine untere vertikale Fläche 104, eine Leiste 106 und eine obere vertikale Fläche 108 einzuschließen. Der Kanal 98 kann einen Teiler 99 einschließen, der den Kanal 98 in einen Einlasskanal 101 und einen Auslasskanal 103 trennt. Der Einlasskanal und der Auslasskanal stehen miteinander in Fluidverbindung, sodass Kühlmittel vom Einlasskanal zum Auslasskanal zirkulieren kann. Die Vorderwand 92 kann eine Einlassöffnung 110 des Einlasskanals 101 und eine Auslassöffnung 112 des Auslasskanals 103 definieren.
Die Reihe 66 kann so mit der Schale 84 verbunden sein, dass die Reihe 66 den offenen Kanal 98 überdeckt. Die Reihe 66 wird gegen eine Oberseite des Teilers 99 angeordnet, um eine Einlasskühlmittelkammer 114 und eine Auslasskühlmittelkammer 115 zu definieren. Die Kühlmittelkammern sind zum Zirkulieren eines flüssigen Kühlmittels (wie zum Beispiel Ethylenglykol) zwischen der Einlassöffnung 110 und der Auslassöffnung 112 konfiguriert, um die Zellen 50 thermisch zu regeln. Die Kühlmittelkammern 114, 115 sind durch das Zusammenwirken der Schale 84 und der Unterseite 72 der Reihe 66 definiert. Daher steht die Unterseite 72 der Reihe (die aus einer Sammlung der Unterseiten jeder der Zellen besteht) in direkter Berührung mit dem flüssigen Kühlmittel. Der hierin verwendete Begriff „direkte Berührung“ beschreibt eine Situation, in der das flüssige Kühlmittel das Behältnis der Zelle berührt, und beschreibt Situationen, in denen das flüssige Kühlmittel die dielektrische Abdeckung 62 berührt. Während des Betriebs wird relativ kaltes Kühlmittel über die Unterseite jeder der Zellen zirkuliert, um Wärme von der Reihe abzuleiten, sodass die Zellentemperatur innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird. Die Antriebsbatterie 64 kann durch Zirkulieren relativ warmen Kühlmittels über die Unterseite jeder der Zellen 50 zum Erhöhen der Temperatur der Reihe 66 auch für Erwärmen der Zellen konfiguriert werden.
Die Reihe 66 ist auch zum Zirkulieren von Kühlmittel über die Hauptseiten 52 der Zellen 50 zum Erhöhen der Übertragung von Wärmeenergie zwischen den Zellen 50 und dem Kühlmittel konzipiert. Die Abstandhalter 67 können zum Bilden eines oder mehrerer Kanäle (oder Taschen) zwischen den Hauptseiten 52 benachbarter Zellen konzipiert werden. Kühlmittel kann durch die Kanäle zirkuliert werden, sodass das Kühlmittel die Hauptseiten 52 direkt berühren und die Zellen kühlen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform definieren die Abstandhalter 67 eine Kanalisierung 122, die sich zwischen den Hauptflächen 69 erstreckt, wodurch ein Hohlraum ganz durch eine Dicke des Abstandhalters 67 erzeugt wird. Die Kanalisierung 122 ist zum Zirkulieren von Kühlmittel dadurch konfiguriert. Die Kanalisierung 122 schließt einen Einlass 124 und einen Auslass 126 ein, die in Fluidverbindung mit den Kühlkammern 114 und 115 stehen. Ein Kühlmittel-Strömungsweg 128 erstreckt sich zwischen dem Einlass 124 und dem Auslass 126 durch die Kanalisierung. Der Kühlmittel-Strömungsweg 128 kann serpentinenförmig verlaufen (wie gezeigt) oder eine andere Form, zum Beispiel eine U-Form, aufweisen.
Dadurch, dass das flüssige Kühlmittel in direkter Berührung mit den Zellen steht, wird der Wärmewiderstand des Kühlsystems im Vergleich zu herkömmlichen Kaltplattenausführungen durch Eliminieren des Wärmewiderstands der Kaltplattenoberseite und des Wärmewiderstands des TIM vom System reduziert. Dies bewirkt eine effizientere Wärmeübertragung zwischen den Zellen und dem Kühlmittel.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Unterseite 72 der Reihe 66 auf der Leiste 106 angeordnet. Die Halterung 70 kann einen Haken 116, der die Anschlussseite 56 greift, und einen Fuß 118, der mechanisch an der Leiste 106 befestigt ist, zum Anbringen der Reihe 66 an das Fach 84 einschließen. Alternativ kann die Reihe 66 mittels eines Klebstoffs oder einer Kombination aus Klebstoff und mechanischen Befestigungselementen an der Schale 84 gesichert werden. Die Schnittstelle 120 zwischen der Reihe 66 und der Schale 84 muss flüssigkeitsdicht sein, damit kein Kühlmittel von den Kühlkammern 114, 115 auslaufen kann. Um Leckage zu vermeiden, kann ein Dichtungsmittel 73 an der Schnittstelle 120 angebracht werden. Das Dichtungsmittel kann eine Dichtung, Silikon (wie RTV-Dichtungsmasse), Paste, Klebstoff oder Ähnliches sein.
Unter Bezug auf 6 ist eine weitere Antriebsbatterie 150 dargestellt. Die Antriebsbatterie 150 schließt eine Zellenreihe 152 mit einer Mehrzahl von Zellen 154 ein. Jede der Zellen schließt ein Paar Hauptseiten 156 und sich von der Zelle erstreckende Anschlüsse 158 ein. Die Zellen können so in einem linearen Stapel angeordnet werden, dass die Hauptseiten 156 benachbarter Zellen zueinander weisen. Die Zellen können so in einer beabstandeten Beziehung angeordnet werden, dass die Hauptseiten 156 benachbarter Zellen einen Spalt definieren. Der Spalt kann durch einen Abstandhalter erzeugt werden. Der Abstandhalter kann aus gehärtetem Silikon 162 gebildet werden. Das Silikon 162 kann ein RTV-Silikon sein. Das Silikon 162 erfüllt mehrere Funktionen einschließlich Aufrechterhaltung des Spalts und Abdichtung der Zellen. Die Zellen 154 und das Silikon 162 wirken zusammen, um zwischen den Zellen angeordnete Taschen 164 zu definieren. Die Taschen 164 sind zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels dadurch zum Kühlen oder Erwärmen der Zellen konfiguriert. Das flüssige Kühlmittel steht in direkter Berührung mit den Hauptseiten 156. Bei manchen Ausführungsformen können die Hauptseiten 156 und andere Abschnitte der Zellen 154 eine dielektrische Beschichtung einschließen. Die Antriebsbatterie 150 schließt auch einen Verteiler 166, der Kühlmittel zu den Taschen 164 liefert, ein. Der Verteiler 166 kann eine Einlasskammer 168 und eine Auslasskammer 170 definieren. Bei der dargestellten Ausführungsform dient der Verteiler 166 auch als die Schale. Das Silikon 162 wird auf den Hauptseiten 156 so angeordnet, dass ein Einlass 172 und ein Auslass 174 gebildet werden. Der Einlass 172 und der Auslass 174 stehen mit dem Verteiler 166 in Fluidverbindung. Während des Betriebs wird Kühlmittel vom Einlasskanal 168 durch die Tasche 164 und zurück in den Auslasskanal 170 zirkuliert. Die Tasche 164 kann, wie gezeigt, einen einfachen U-förmigen Strömungsweg aufweisen, oder sie kann eine komplexere Reihe von Läufen über die Hauptseiten 156 einschließen.
Unter Bezug auf 7A schließt eine weitere Antriebsbatterie 180 eine Zellenreihe 182 ein, die auf einer Schale 186 gestützt ist. Ein Verteiler 184 ist gegen eine Seite der Reihe 182 angeordnet und für Bereitstellung von Kühlmittel zur Zellenreihe 182 konfiguriert. Der Verteiler 184 kann eine Einlasskammer 188 und eine Auslasskammer 190 in Fluidverbindung mit zwischen benachbarten Zellen der Zellenreihe 182 angeordneten Taschen einschließen. Jede der Taschen kann eine Einlassöffnung 192, die sich zur Einlasskammer 188 öffnet, und eine Auslassöffnung 194, die sich zur Auslasskammer 190 öffnet, einschließen.
Bei einer alternativen Ausführungsform (in 7B gezeigt) schließt eine Antriebsbatterie 200 eine Zellenreihe 202 mit einer Mehrzahl von Zellen und mit den Zellen verschachtelten Taschen ein. Die Antriebsbatterie 200 schließt einen Einlassverteiler 204, der an einer Seite der Reihe 202 angeordnet ist, und einen Auslassverteiler 206, der an einer gegenüberliegenden Seite der Reihe angeordnet ist, ein. Bei Betrieb wird Kühlmittel vom Einlassverteiler 204 durch die Taschen und in den Auslassverteiler 206 zirkuliert, um die Zellen zu kühlen oder zu erwärmen.
Unter Bezug auf 8 und 9 schließt eine noch weitere Antriebsbatterie 201 eine Schindelabstandhalteranordnung ein, wobei benachbarte Abstandhalter zusammenwirken, um eine Druckpassung zur Aufrechterhaltung einer dem Kühlmittelweg innewohnenden Dichtungsfläche zu erzeugen. Die Antriebsbatterie 201 kann den oben beschriebenen Antriebsbatterien darin ähnlich sein, dass Kühlmittel direkt über die Hauptflächen 207 jeder der Zellen 205 der Reihe 203 zirkuliert wird. Jeder Abstandhalter 212 schließt einen ebenen Steg 214 und den Steg umgebende Grenzwände 218 ein. Jeder Steg 214 definiert Hauptflächen 216. Die Grenzwände 218 erstrecken sich allgemein quer zu den Hauptflächen 216 und definieren einen Hohlraum 215 zur Aufnahme eines Abschnitts einer der Zellen 205. Wenn die Zelle 205 im Hohlraum 215 angeordnet ist, sind die Hauptflächen 216 gegen die Hauptseiten 207 der Zellen angeordnet, und die Grenzwände 218 sind gegen die Nebenseiten 208 der Zellen angeordnet. Ein Dichtungsmittel kann zwischen den Abstandhaltern 212 und den Zellen 205 vorgesehen werden, um Auslaufen von Kühlmittel zu vermeiden. Ein Dichtungsmittel 224 kann zum Beispiel um eine Eingrenzung des Stegs 214 vorgesehen werden. Das Dichtungsmittel könnte Silikon, Klebstoff oder eine Dichtung sein.
Die Abstandhalter 212 sind so konzipiert, dass benachbarte Abstandhalter durch Druck zusammengepasst werden. Die Abstandhalter können identisch sein und einen sich von einem Ende der Grenzwände 218 erstreckenden Vorsprung 220 sowie eine Aufnahme 222 am anderen Ende der Grenzwände 218 einschließen. Die Abstandhalter sind so in der Reihe 202 angeordnet, dass der Vorsprung eines Abstandhalters zu einer Aufnahme eines anderen Abstandhalters weist. In zusammengebautem Zustand sitzt der Vorsprung 220 in der Aufnahme 222 eines benachbarten Abstandhalters. Die Druckpassung kann flüssigkeitsdicht sein, um den Kühlmittelweg abzudichten. Bei manchen Ausführungsformen wird ein Dichtungsmittel in den Aufnahmen oder auf den Vorsprüngen vorgesehen, um die Robustheit der flüssigkeitsdichten Abdichtung zu erhöhen.
Die Stege 214 definieren die Kanalisierung 226, die zum Zirkulieren einer Flüssigkeit über die Hauptseiten 207 der Zellen konfiguriert ist. Die Kanalisierung 226 steht in Fluidverbindung mit einem oder mehreren Verteilern, dazu konfiguriert, Kühlmittel der Kanalisierung 226 zuzuführen oder von dieser abzuführen. Die Kanalisierung kann eine U-Form aufweisen, wie gezeigt, oder sie kann eine andere Form haben, die zum Zirkulieren von Flüssigkeit über die Zelle geeignet ist. Eine oder mehrere Grenzwände 218 können Öffnungen 228 definieren, die sich in die Kanalisierung 226 öffnen und in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Verteiler stehen, sodass Kühlmittel in die Kanalisierung 226 hinein und aus dieser heraus strömen kann.
Unter Bezug auf 10 und 11 schließt eine weitere Antriebsbatterie 250 eine Reihe 252 mit Zellen 254 und mit den Zellen verschachtelten Abstandhaltern 255 ein. Die Abstandhalter 255 können den oben beschriebenen Abstandhaltern 212 ähnlich sein. Bei manchen Ausführungsformen ist die Schindelfunktionalität möglicherweise nicht notwendig, und es werden zur Abdichtung der Abstandhalter andere Mittel verwendet, wie zum Beispiel Klebstoff, Silikon, Dichtungen oder andere dem Fachkundigen bekannte Dichtungsmittel. Die Zellen 254 schließen Hauptseiten 256 ein, die gegen einen Steg 264 der Abstandhalter 255 angeordnet sind. Die Zellen 254 schließen auch Nebenseiten 258 ein, die sich zwischen den Hauptseiten 256 erstrecken. Die Antriebsbatterie 250 kann einen Einlassverteiler 260 und einen Auslassverteiler 262 einschließen, der sich jeweils entlang der Reihe 252 an die Nebenseiten 258 angrenzend erstreckt. Der Einlassverteiler 260 ist als vorhanden, der Auslassverteiler 262 in gestrichelten Linien als weggelassen gezeigt.
Bei einer Beispielausführungsform kann der Verteiler 260, 262 ein leitungsartiger Verteiler mit einer Rohrleitung oder ähnlichen Vorrichtung sein, über die Kühlmittel zur Reihe 252 befördert wird. Unter Bezug auf 11 kann der Einlassverteiler 260 eine Leitung 274 einschließen, die strategisch platzierte Aufnahmen 276 aufweist, die eine Fluidöffnung 278 definieren. Die Aufnahmen 276 sind zur Ausrichtung auf Nippel 268, die nach außen von einer Seitenwand 266 jedes der Abstandhalter 255 vorstehen, beabstandet. Die Nippel 268 definieren einen Fluiddurchgang 270, der in Fluidverbindung mit der Kanalisierung 272 steht, die im Steg 264 jedes Abstandhalters 255 definiert ist. Der Einlassverteiler 260 wird auf der Reihe 252 installiert, indem jede der Aufnahmen 276 auf einen entsprechenden Nippel 268 gedrückt wird. Die Aufnahmen 276 können aus einem Gummimaterial bestehen, das gegen die Nippel 268 abdichtet und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung erzeugt. Die Nippel 268 können Rippen einschließen, um ein ungewolltes Trennen der Aufnahmen 276 von den Nippeln zu vermeiden. Es wird darauf hingewiesen, dass die in 10 und 11 gezeigten leitungsartigen Verteiler auch für die anderen, zuvor beschriebenen Antriebsbatterien anwendbar sind.
Beispielhafte Ausführungsformen wurden oben beschrieben, diese sind aber nicht dazu gedacht, alle möglichen, durch die Ansprüche eingeschlossenen Formen zu beschreiben. Die in der Spezifikation benutzten Worte sind beschreibende, nicht beschränkende Worte, und es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart und dem Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sein können. Obwohl verschiedene Ausführungsformen bezüglich einer oder mehrerer gewünschten Eigenschaften als vorteilhaft oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen nach bekanntem Stand der Technik als bevorzugt dargestellt worden sein könnten, wird der gewöhnliche Fachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder Eigenschaften kompromittiert werden können, um die gewünschten Gesamtsystemattribute zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können einschließen, sind jedoch nicht begrenzt auf, Kosten, Stärke, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit etc. Daher liegen hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen nach früherem Stand der Technik beschriebene Ausführungsformen nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Antriebsbatterie für ein Fahrzeug, umfassend: eine Mehrzahl von in einer Reihe gestapelten Zellen einschließlich eines wenigstens einen Abschnitt jeder der Zellen umgebenden dielektrischen Materials, wobei die Zellen beabstandet sind, um eine Mehrzahl von mit den Zellen verschachtelten Taschen zu definieren; und einen mit der Reihe verbundenen Verteiler, der zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zu jeder der Taschen konfiguriert ist, sodass das Kühlmittel das dielektrische Material jeder der Zellen direkt berührt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei der Verteiler weiter einen Körper einschließt, der einen zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels konfigurierten Kanal definiert, wobei die Reihe so gegen den Körper angeordnet ist, dass eine Seite der Reihe den Kanal abdeckt, um eine mit jeder der Taschen in Fluidverbindung stehende Kühlmittelkammer zu definieren.
Antriebsbatterie nach Anspruch 2, wobei der Verteiler einen Teiler einschließt, der die Kühlmittelkammer in eine Einlasskammer und eine Auslasskammer trennt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 3, wobei jede der Taschen eine mit der Einlasskammer in Fluidverbindung stehende Einlassöffnung und eine mit der Auslasskammer in Fluidverbindung stehende Auslassöffnung definiert.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, wobei der Verteiler ein Einlassverteiler ist, und weiter umfassend einen Auslassverteiler.
Antriebsbatterie nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Mehrzahl von jeweils in einer der Taschen angeordneten Abstandhaltern.
Antriebsbatterie nach Anspruch 6, wobei die Abstandhalter aus gehärtetem Silikon gebildet sind.
Antriebsbatterie nach Anspruch 6, wobei jede der Zellen ein Paar Hauptseiten einschließt, die jeweils gegen eine Hauptfläche eines der Abstandhalter angeordnet sind.
Antriebsbatterie nach Anspruch 8, wobei jede der Taschen durch Kanalisierung eines der Abstandhalter definiert ist.
Antriebsbatterie nach Anspruch 9, wobei der Verteiler ein Einlassverteiler ist, und weiter umfassend einen Auslassverteiler, wobei die Kanalisierung weiter einen mit dem Einlassverteiler verbundenen Einlass und einen mit dem Auslassverteiler verbundenen Auslass einschließt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 2, weiter umfassend eine Mehrzahl von jeweils zwischen benachbarten Zellen angeordneten Abstandhaltern, wobei jede der Zellen ein Paar Hauptseiten einschließt, die jeweils gegen eine Hauptfläche eines der Abstandhalter angeordnet sind, und wobei jeder der Abstandhalter eine die Taschen definierende Kanalisierung einschließt, und wobei die Kanalisierung in Fluidverbindung mit der Kühlmittelkammer steht und zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels über die Hauptseite einer entsprechenden der Zellen konfiguriert ist.
Antriebsbatterie, umfassend: eine Zellenreihe einschließend eine Mehrzahl von in einer linearen Anordnung gestapelten Zellen und mit den Zellen verschachtelte Abstandhalter, wobei jeder der Abstandhalter eine sich vollständig durch eine Dicke des Abstandhalters erstreckende Kanalisierung definiert; und einen Verteiler, der mit der Reihe verbunden und zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zur Kanalisierung jedes der Abstandhalter konfiguriert ist, sodass das Kühlmittel jede der Zellen direkt berührt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 12, wobei jede der Zellen weiter ein wenigstens einen Abschnitt jeder der Zellen umgebendes dielektrisches Material einschließt, und das Kühlmittel das dielektrische Material jeder der Zellen direkt berührt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 12, wobei der Verteiler weiter einen Körper einschließt, der einen zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels konfigurierten offenen Kanal definiert, wobei die Reihe so gegen den Körper angeordnet ist, dass eine Seite der Reihe den Kanal abdeckt, um eine mit der Kanalisierung jedes der Abstandhalter in Fluidverbindung stehende Kühlmittelkammer zu definieren.
Antriebsbatterie nach Anspruch 12, wobei die Kanalisierung jedes der Abstandhalter weiter einen Einlass sowie einen Auslass einschließt und einen Kühlmittel-Strömungsweg zwischen dem Einlass und dem Auslass definiert.
Antriebsbatterie nach Anspruch 12, weiter umfassend ein zwischen einer Hauptfläche des Abstandhalters und einer Hauptseite einer entsprechenden der Zellen vorgesehenes Dichtungsmittel zur Erzeugung einer flüssigkeitsdichten Abdichtung.
Antriebsbatterie nach Anspruch 16, wobei das Dichtungsmittel eine Dichtung oder Silikon ist.
Antriebsbatterie nach Anspruch 12, wobei der Verteiler ein Einlassverteiler ist, und weiter umfassend einen Auslassverteiler, wobei die Kanalisierung einen Kühlmittel-Strömungsweg zwischen dem Einlassverteiler und dem Auslassverteiler definiert.
Antriebsbatterie, umfassend: eine Mehrzahl von Abstandhaltern, wobei jeder einen Steg einschließt, der ein Paar Hauptflächen und eine wenigstens einen Abschnitt des Stegs umgebende Einfassung aufweist und sich quer zu den Hauptflächen erstreckende Wände aufweist; eine Mehrzahl von Zellen einschließend ein Paar Hauptseiten und Nebenseiten, die sich dazwischen erstrecken, wobei die Zellen in einem Stapel mit zwischen benachbarten Zellen verschachtelten Abstandhaltern so angeordnet sind, dass jede der Hauptflächen mit einer entsprechenden der Hauptseiten in Berührung ist, und wobei jeder der Abstandhalter eine sich vollständig durch den Steg erstreckende Kanalisierung definiert; und einen Verteiler, der mit dem Stapel verbunden und zum Zirkulieren flüssigen Kühlmittels zur Kanalisierung jedes der Abstandhalter konfiguriert ist, sodass das Kühlmittel die Hauptseite jeder der Zellen direkt berührt.
Antriebsbatterie nach Anspruch 19, wobei jede der Einfassungen mit einer benachbarten Einfassung verbunden ist, um eine wasserdichte Abdichtung zu erzeugen.