Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug sowie Elektrofahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Zusatzleistungsmodul (APM von engl.: „auxiliary power module“), das in eine Batteriepackungsbaugruppe für ein Elektrofahrzeug integriert ist, wie auch ein Elektrofahrzeug. Elektrofahrzeuge, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hybridfahrzeuge, verwenden ein elektrisches Hochspannungsbatteriesystem, das eine Anzahl von Batteriezellen aufweist. Ein Elektrofahrzeug erfordert typischerweise mehrere Batteriezellen, um ausreichend Leistung bereitzustellen, um Fahrzeugleistungs- und Energieanforderungen zu erfüllen. Die Batteriezellen werden allgemein in Packungen gruppiert, und eine Mehrzahl von Batteriepackungen bildet ein Energiespeichersystem (ESS), das wieder aufladbar sein kann. Das ESS ist oftmals unter der Fahrzeugkarosserie in der Mitte zwischen den vorderen und hinteren Rädern angeordnet. Elektrofahrzeuge weisen oftmals auch eine Niederspannungsbatterie, wie eine 12 Volt Batterie auf, die ein oder mehrere Zusatzsysteme mit Leistung beaufschlagt, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Scheinwerfer, Scheibenwischer, Zentraltürverriegelungen, elektrisch betriebene Sitze, ein Audiosystem und andere elektronische Komponenten. Die Niederspannungsbatterie kann von dem ESS über ein Zusatzleistungsmodul (APM) wiederaufgeladen werden, das elektrisch mit der Niederspannungsbatterie verbunden sein kann. Das APM ist ein DC-DC-Leistungswandler, der Leistung von der Hochspannung des ESS auf die niedrige Spannung umwandelt, die von der Niederspannungsbatterie erforderlich ist. Das APM ist oftmals in dem Kofferraum oder einem anderen Beladungsraum des Fahrzeugs angeordnet. Sowohl das ESS als auch das APM können während des Betriebs thermische Energie erzeugen und können somit eine Kühlung erfordern, um die Ladekapazität und die Lebensdauer der Batterien zu maximieren. Zusätzlich können externe Temperaturen nahe dem ESS und dem APM aufgrund ihrer jeweiligen Anordnungen die Betriebseffizienz weiter beeinflussen. Kühlsysteme, die eine Umwälzung eines Kühlmittels durch Kühlplatten aufweisen können, sind entwickelt worden, um eine Kühlung für einzelne Batteriezellen in dem ESS und an den Außenseiten des APM bereitzustellen. Diese Kühlsysteme können Verrohrung sowie zusätzliche Vorrichtungen erfordern, um die gewünschte Temperatursteuerung bereitzustellen. Weiterer Stand der Technik ist der Aufgabe der Erfindung ist es, ein Batteriemodul und ein Elektrofahrzeug zu schaffen, mit denen es möglich ist, eine einfach herzustellende und effiziente Kühlung für Batteriemodule von Elektrofahrzeugen bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Es ist ein Batteriemodul für ein Elektrofahrzeug vorgesehen. Das Batteriemodul weist ein Zusatzleistungsmodul (APM) und zumindest eine Batteriepackungsbaugruppe auf, die unter Kompression zusammengehalten werden. Dies kann durch zumindest eine Zugstange erreicht werden. Die Integration des APM mit zumindest einer Batteriepackungsbaugruppe in ein einzelnes Batteriemodul erlaubt einen Einbau des APM in einen existierenden Modulstapler, wodurch der Zusammenbau vereinfacht und die Menge erforderlicher Teile reduziert werden. Dies kann in einer Reduzierung der Gesamtherstellkosten, einschließlich Teilen sowie Arbeit, des Elektrofahrzeugs resultieren. Die zumindest eine Batteriepackungsbaugruppe weist eine Mehrzahl von Batterierahmen, die in einem Stapel angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, die jeweils in einem der Batterierahmen angeordnet sind. Die zumindest eine Batteriepackungsbaugruppe umfasst ferner eine Mehrzahl von Kühlplatten, von denen jede in thermischer Kommunikation mit zumindest einer der Batteriezellen steht. Jede Kühlplatte weist einen Einlass und einen Auslass auf, die durch zumindest einen Kühlkanal verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt wird, um die Batteriezellen zu kühlen. Das Kühlmittel wird durch ein Flüssigkeitskühlsystem an die Kühlplatten verteilt. Zusätzlich zu den Batteriezellen kann das APM auch eine Kühlung erfordern. Somit kann das Batteriemodul zumindest eine zusätzliche Kühlplatte aufweisen, die in thermischer Kommunikation mit dem APM steht. Das APM kann in einem Gehäuse untergebracht sein, wobei in diesem Fall die zumindest eine zusätzliche Kühlplatte in thermischer Kommunikation mit einer Oberfläche des APM-Gehäuses steht. Wie bei den Kühlplatten für die Batteriezellen weist die zumindest eine Kühlplatte für das APM auch einen Einlass und einen Auslass auf, die durch zumindest einen Kühlmittelkanal verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt wird. Die zumindest eine Kühlplatte nimmt auch das Kühlmittel von demselben Flüssigkeitskühlsystem wie die Mehrzahl von Kühlplatten für die Batteriezellen auf. Das gemeinsame Nutzen des Flüssigkeitskühlsystems kann den Bedarf nach einem separaten Kühlsystem für das APM beseitigen. Um eine gemeinsame Verteilung von Kühlmittel von dem Flüssigkeitskühlsystem auf die Kühlplatten für sowohl das APM als auch die Batteriezellen bereitzustellen, können das APM (oder das APM-Gehäuse), jeder der Batterierahmen und jede der Kühlplatten ein paar von Verteilerdurchbrechungen aufweisen. Die Paare von Verteilerdurchbrechungen sind ausgerichtet und arbeiten zusammen, um einen Versorgungsverteiler und einen Rückführverteiler zu definieren. Kühlmittel wird an den Einlass jeder Kühlplatte durch einen Versorgungsverteiler geliefert und von dem Auslass jeder Kühlplatte in den Rückführverteiler ausgetragen, wo es zurück zu dem Versorgungsverteiler rückgeführt werden kann. Es ist auch ein Elektrofahrzeug vorgesehen. Das Elektrofahrzeug weist ein Fahrzeugfahrgestell, ein Batteriemodul, das wie oben beschrieben sein kann, und ein Flüssigkeitskühlsystem zum Verteilen von Kühlmittel an die Kühlplatten auf. Das Elektrofahrzeug kann auch eine Batteriemodulschale aufweisen, an der das Batteriemodul angebracht ist und die an dem Fahrzeugfahrgestell befestigt ist. Das Elektrofahrzeug kann auch eine Batteriemodulabdeckung aufweisen, die sich um das Batteriemodul erstreckt und die an der Batteriemodulschale befestigt ist. Das Elektrofahrzeug kann ferner eine Batterietrennungseinheit (BDU von engl.: „battery disconnect unit“) aufweisen, die in elektrischer Kommunikation mit dem Batteriemodul steht. Lediglich beispielhaft ist ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Batteriemoduls für ein Elektrofahrzeug vorgesehen. Das Batteriemodul kann wie oben beschrieben sein. Das Verfahren umfasst zunächst ein Stapeln einer Mehrzahl von Batterierahmen, von denen jeder zumindest eine Batteriezelle darin aufweist, und einer Mehrzahl von Kühlplatten in einer abwechselnden Anordnung, so dass jede Kühlplatte in thermischer Kommunikation mit zumindest einer Batteriezelle steht, um eine Batteriepackungsbaugruppe zu bilden. Die Batterierahmen und die Kühlplatten werden an einem Modulstapler gestapelt, der zumindest eine Zugstange aufweisen kann. Das Verfahren kann umfassen, dass das APM gemeinsam mit der Batteriepackungsbaugruppe gestapelt wird, so dass sie unter Kompression gehalten werden. Dies kann durch die zumindest eine Zugstange erreicht werden, und erlaubt eine Strömung von Kühlmittel durch zumindest eines aus dem APM und der Batteriepackungsbaugruppe an jede der Kühlplatten. Wenn das APM eine Kühlung erfordert, kann das Verfahren ferner ein Stapeln zumindest einer zusätzlichen Kühlplatte an dem Modulstapler aufweisen, so dass sie in thermischer Kommunikation mit dem APM steht.
Ein Elektrofahrzeug 10, das ein Batteriemodul 30 mit einer Batteriepackungsbaugruppe 50 für Hochspannung und einem integrierten Zusatzleistungsmodul (APM) 40 aufweist, ist in Das Elektrofahrzeug 10 kann auch eine Batterietrennungseinheit (BDU) 16 aufweisen, die mit dem Batteriemodul 30 verbunden ist und eine elektrische Kommunikation zwischen dem Batteriemodul 30 und einem elektrischen System (nicht gezeigt) des Elektrofahrzeugs 10 bereitstellt. Das Elektrofahrzeug 10 kann ferner eine Batteriemodulabdeckung 18 aufweisen, die sich um das Batteriemodul 30 erstreckt. Die Batteriemodulabdeckung 18 kann das Batteriemodul 30 vor Schaden schützen, wie auch eine elektrische Isolierung von der Hochspannung der Batteriepackungsbaugruppe 50 bereitstellen. Bezug nehmend auf Das APM 40 und die Batteriepackungsbaugruppe 50 werden unter Kompression aneinander gehalten. Dies erlaubt eine Strömung des durch das Flüssigkeitskühlsystem 20 verteilten Kühlmittels durch das APM 40 und/oder die Batteriepackungsbaugruppe 50 an jede der Kühlplatten 64, wie in Die Batteriepackungsbaugruppe 50 weist eine Mehrzahl von Batterierahmen 52 auf, von denen jeder eine in dem Batterierahmen 52 angeordnete Batteriezelle 54 aufweist, wie in Wie oben diskutiert ist, weist die Batteriepackungsbaugruppe 50 auch eine Mehrzahl von Kühlplatten 64 auf. Jede Kühlplatte 64 steht in thermischer Kommunikation mit zumindest einer Batteriezelle 54, um eine Kühlung für die Batteriezellen 54 bereitzustellen, und ist allgemein zwischen Batterierahmen 52 angeordnet. Wie in Die Batteriepackungsbaugruppe 50 kann ferner einen Endrahmen 72 an zumindest einem der Enden der Batteriepackungsbaugruppe 50 sowie eine Kappe 80 der Batteriepackungsbaugruppe aufweisen. Der Endrahmen 72 kann mit den Zugstangen 32 zusammenwirken, um die Batterierahmen 52 und die Kühlplatten 64 unter Kompression zu halten, um sicherzustellen, dass die Kühlplatten 64 in thermischer Kommunikation mit den Batteriezellen 54 stehen. Das APM 40 ist ein DC-DC-Leistungswandler, der Leistung von Hochspannung zu Niederspannung umwandelt, so dass eine Niederspannungsbatterie (nicht gezeigt) in dem Elektrofahrzeug 10 durch die Batteriepackungsbaugruppe 50 mit hoher Spannung geladen werden kann. Das APM 40 kann ein Gehäuse 42 aufweisen. Gleich zu den Batteriezellen 54 erzeugt das APM 40 thermische Energie und kann somit Kühlung erfordern. Daher kann das Batteriemodul 30 ferner zusätzliche Kühlplatten 64 aufweisen, die mit dem APM 40 in thermischer Kommunikation stehen. Bei Ausführungsformen, bei denen das APM 40 in einem Gehäuse 42 untergebracht ist, stehen die Kühlplatten 64 in thermischer Kommunikation mit dem Gehäuse 42. Während Das Batteriemodul 30 kann auch eine Endplatte 34 und einen zusätzlichen Endrahmen 72 aufweisen. Wie mit der Batteriepackungsbaugruppe 50 kann der Endrahmen 72 mit den Zugstangen 32 zusammenwirken, um das APM 40 und die Kühlplatten 64 unter Kompression zu halten, um sicherzustellen, dass die Kühlplatten 64 in thermischer Kommunikation mit dem APM 40 stehen. Der Endrahmen 72 und die Zugstangen 32 können ferner das APM 40 und die Batteriepackungsbaugruppe 50 unter Kompression halten, so dass das Kühlmittel durch das APM 40 und/oder die Batteriepackungsbaugruppe 30 zu jeder der Kühlplatten 64 ohne die Kühlmittelleckage strömen kann. Wie oben erläutert ist, können sich sowohl das APM 40 als auch die Batteriepackungsbaugruppe 50, wenn beide eine Kühlung erfordern, ein gemeinsames Kühlsystem teilen, bei dem Kühlmittel zu sowohl den Kühlplatten 64 in thermischer Kommunikation zu dem APM 40 und denen in thermischer Kommunikation mit den Batteriezellen 54 in der Batteriepackungsbaugruppe 50 verteilt wird. Dies kann durch einen Versorgungsverteiler 82 und einen Rückführverteiler 84 erreicht werden, wie im Schema von Bezug nehmend auf Bezug nehmend auf die Nun Bezug nehmend auf Das Verfahren 200 beginnt bei Schritt 202, bei dem ein Batterierahmen 52 auf einen Modulstapler gestapelt ist. Der Modulstapler kann zumindest eine Zugstange 32 aufweisen. Allgemein ist mehr als eine Zugstange 32 vorhanden, um jegliche Drehbewegung um die Zugstangen 32 zu verhindern wie auch sicherzustellen, dass die Komponenten entsprechend ausgerichtet sind. Wie oben beschrieben ist, besitzt der Batterierahmen 52 zumindest eine darin angeordnete Batteriezelle 54. Nach dem Schritt 202 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 204 fort. Bei Schritt 204 wird eine Kühlplatte 64 auf den Modulstapler an dem oberen Bereich des Batterierahmens 52 gestapelt. Wie oben beschrieben ist, besitzt die Kühlplatte 64 einen Einlass 66 und einen Auslass 68, die durch zumindest einen Kühlmittelkanal 70 verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt werden kann. Der Batterierahmen 52 und die Kühlplatte 64 werden unter Kompression zusammen gehalten, so dass sie in elektrischer Kommunikation miteinander stehen. Dies kann durch zumindest eine Zugstange 32 erreicht werden. Die Schritte 202 und 204 werden so oft wiederholt, wie gewünschte Batteriezellen 54 vorhanden sind, wie durch die Leistungsanforderungen des Elektrofahrzeugs 10 bestimmt ist, um die Batteriepackungsbaugruppe 50 zu bilden. Nach dem Schritt 204 fährt das Verfahren 200 mit Schritt 206 fort. Bei Schritt 206 wird ein APM 40 auf den Modulstapler auf dem oberen Bereich der Batteriepackungsbaugruppe 50 gestapelt. Das APM 40 und die Batteriepackungsbaugruppe 50 werden unter Kompression zusammen gehalten, so dass Kühlmittel durch das APM 40 und die Batteriepackungsbaugruppe 50 zu jeder der Kühlplatten 64 strömen kann. Wiederum kann dies durch die zumindest eine Zugstange 32 erreicht werden. Es sei angemerkt, dass Schritt 206 vor Schritt 202 auftreten kann. Bei Ausführungsformen, bei denen das APM 40 eine Kühlung zusätzlich zu den Batteriezellen 54 erfordert, kann das Verfahren 200 auch ein Stapeln an dem Modulstapler zumindest einer zusätzlichen Kühlplatte 64 an dem Modulstapler aufweisen, so dass sie in thermischer Kommunikation mit dem APM 40 steht. Ferner kann bei Ausführungsformen, bei denen das Batteriemodul 30 zumindest einen Endrahmen 72 und/oder eine Endplatte 34 aufweist, das Verfahren 200 auch ein an dem Modulstapler stattfindendes Stapeln des Endrahmens 72 und dann der Endplatte 34 aufweisen. Der Endrahmen 72 kann auch vor dem Schritt 202 und/oder 206 als Teil der Batteriepackungsbaugruppe 50 gestapelt werden. Das Verfahren 200 kann ferner ein Sichern des Batteriemoduls an einer Batterieschale 14, ein Abdecken des Batteriemoduls 30 mit einer Batteriemodulabdeckung 18 und/oder ein Verbinden einer BDU 16 mit dem Batteriemodul 30 aufweisen. Batteriemodul (30) für ein Elektrofahrzeug (10), das ein Flüssigkeitskühlsystem (20) aufweist, wobei das Batteriemodul (30) umfasst:ein Zusatzleistungsmodul (APM) (40); undzumindest eine Batteriepackungsbaugruppe (50), umfassend:eine Mehrzahl von Batterierahmen (52), die in einem Stapel angeordnet sind;eine Mehrzahl von Batteriezellen (54), von denen jede in einem der Batterierahmen (52) angeordnet ist; undeine Mehrzahl von Kühlplatten (64), von denen jede in thermischer Kommunikation mit zumindest einer der Mehrzahl von Batteriezellen (54) steht, wobei jede Kühlplatte (64) einen Einlass (66) und einen Auslass (68) aufweist, die durch zumindest einen Kühlmittelkanal (70) verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt wird;wobei das Kühlmittel an die Mehrzahl der Kühlplatten (64) durch das Flüssigkeitskühlsystem (20) verteilt wird; undwobei das APM (40) und die Batteriepackungsbaugruppe (50) unter Kompression zusammen gehalten werden, so dass das Kühlmittel durch zumindest eines aus dem APM (40) und der Batteriepackungsbaugruppe (50) zu jeder der Kühlplatten (64) strömen kann. Batteriemodul (30) für ein Elektrofahrzeug (10), das ein Flüssigkeitskühlsystem (20) aufweist, wobei das Batteriemodul (30) umfasst:
Batteriemodul (30) nach Batteriemodul (30) nach Batteriemodul (30) nach Batteriemodul (30) nach Batteriemodul (30) nach Elektrofahrzeug (10), umfassend:
Elektrofahrzeug (10) nach Elektrofahrzeug (10) nach Elektrofahrzeug (10) nach
ein Zusatzleistungsmodul (APM) (40); und
zumindest eine Batteriepackungsbaugruppe (50), umfassend:
eine Mehrzahl von Batterierahmen (52), die in einem Stapel angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Batteriezellen (54), von denen jede in einem der Batterierahmen (52) angeordnet ist; und
eine Mehrzahl von Kühlplatten (64), von denen jede in thermischer Kommunikation mit zumindest einer der Mehrzahl von Batteriezellen (54) steht, wobei jede Kühlplatte (64) einen Einlass (66) und einen Auslass (68) aufweist, die durch zumindest einen Kühlmittelkanal (70) verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt wird;
wobei das Kühlmittel an die Mehrzahl der Kühlplatten (64) durch das Flüssigkeitskühlsystem (20) verteilt wird; und
wobei das APM (40) und die Batteriepackungsbaugruppe (50) unter Kompression zusammen gehalten werden, so dass das Kühlmittel durch zumindest eines aus dem APM (40) und der Batteriepackungsbaugruppe (50) zu jeder der Kühlplatten (64) strömen kann.
ein Fahrzeugfahrgestell (12);
ein Batteriemodul (30), mit:
einem Zusatzleistungsmodul (APM) (40); und
zumindest einer Batteriepackungsbaugruppe (50), umfassend:
eine Mehrzahl von Rahmen (52), die in einem Stapel angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Batteriezellen (54), von denen jede in einem der Rahmen (52) angeordnet ist; und
eine Mehrzahl von Kühlplatten (64), von denen jede in thermischer Kommunikation mit zumindest einer der Mehrzahl von Batteriezellen (54) steht, wobei jede Kühlplatte (64) einen Einlass (66) und einen Auslass (68) aufweist, die durch zumindest einen Kühlmittelkanal (70) verbunden sind, durch den Kühlmittel umgewälzt werden kann; und
ein Flüssigkeitskühlsystem (20) zum Verteilen des Kühlmittels an die Mehrzahl von Kühlplatten (64);
wobei das APM (40) und die Batteriepackungsbaugruppe (50) unter Kompression zusammen gehalten werden, so dass das Kühlmittel durch zumindest eines von dem APM (40) und der Batteriepackungsbaugruppe (50) zu jeder der Kühlplatten (64) strömen kann.



