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Diese Offenbarung bezieht sich auf Thermomanagementsysteme für in Fahrzeugen genutzte Hochspannungsbatterien.
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Fahrzeuge, wie zum Beispiel Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs, Battery-Electric Vehicles), Plug-in Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs, Plug-in Hybrid-Electric Vehicles) oder Vollhybrid-Elektrofahrzeuge (FHEVs, Full Hybrid-Electric Vehicles), enthalten eine Traktionsbatterie, wie zum Beispiel eine Hochspannungs-(HV-, High Voltage)Batterie, die als eine Vortriebsquelle für das Fahrzeug fungiert. Die HV-Batterie kann Komponenten und Systeme enthalten, um das Management von Fahrzeugleistung und -operationen zu unterstützen. Die HV-Batterie kann eines oder mehrere Arrays aus Batteriezellen enthalten, die zwischen Batteriezellenanschlüssen und Verbindungssammelschienen elektrisch verbunden sind. Die HV-Batterie und das umgebende Umfeld können ein Thermomanagementsystem enthalten, um das Regeln der Temperatur der HV-Batteriekomponenten, -systeme und einzelner Batteriezellen zu unterstützen.
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Ein Fahrzeug enthält mehrere Batteriezellen und eine Wärmeleitplatte. Die Wärmeleitplatte ist dazu ausgelegt, die Batteriezellen zu stützen, und definiert ein Austrittsplenum und mehrere mehrflutige Kanäle. Jeder der mehrflutigen Kanäle gehört zu wenigstens einer der Zellen und enthält einen Einlass und einen Auslass an gegenüberliegenden Seitenteilen der Wärmeleitplatte, so dass Fluid, das aus dem Auslass austritt, in das Austrittsplenum mündet und nicht in den Einlass eines anderen mehrflutigen Kanals. Das Fahrzeug kann ein wärmeerzeugendes Modul enthalten, das in einer näheren Umgebung der Wärmeleitplatte untergebracht ist. Die Wärmeleitplatte kann relativ zum Modul so angeordnet sein, dass einer der Einlässe benachbart zum Modul positioniert ist. Jeder der mehrflutigen Kanäle kann dazu angeordnet sein, Fluidströmung über eine gleiche Stirnfläche einer der Batteriezellen vor und zurück zu führen. Jede der Batteriezellen kann eine Breite und eine Länge, die größer als die Breite ist, aufweisen, und jeder der mehrflutigen Kanäle kann dazu angeordnet sein, Fluidströmung die Länge der zugehörigen Batteriezelle entlang zu führen. Jeder der mehrflutigen Kanäle kann nur zu einer der Batteriezellen gehören. Eine Auslassöffnung kann in Fluidverbindung mit dem Austrittsplenum stehen, und eine Einlassöffnung kann in Fluidverbindung mit den Einlässen stehen. Die Auslassöffnung und die Einlassöffnung können an gegenüberliegenden Enden der Wärmeleitplatte positioniert sein.
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Eine Traktionsbatteriebaugruppe enthält mehrere Batteriezellen und eine unter den Batteriezellen positionierte Wärmeleitplatte. Die Wärmeleitplatte ist für thermische Verbindung mit den Batteriezellen ausgelegt und definiert darin mehrere mehrflutige Kanalkonfigurationen. Jede der Kanalkonfigurationen gehört zu einer der Batteriezellen, enthält einen Kanaleinlass und Kanalauslass an gegenüberliegenden Seitenteilen der Wärmeleitplatte und ist dazu ausgelegt, darin strömendes Fluid zu einer Auslassöffnung der Wärmeleitplatte zu führen, ohne Fluid zum Kanaleinlass einer anderen Kanalkonfiguration zu führen. Jede der mehrflutigen Kanalkonfigurationen kann einen Eintrittskanal, einen Austrittskanal und dazwischen einen Zwischenkanal definieren. Die Kanäle können so angeordnet sein, dass benachbarte Kanäle eine gemeinsame Wandung gemeinsam nutzen. Die Kanäle können so angeordnet sein, dass der Austrittskanal einer der Kanalkonfigurationen eine Wandung mit dem Eintrittskanal einer anderen Kanalkonfiguration gemeinsam nutzt. Jede der Batteriezellen kann eine Breite und eine Länge, die größer als die Breite ist, aufweisen. Jeder der Kanäle kann dazu angeordnet sein, Fluidströmung entlang der Länge der zugehörigen Batteriezelle zu führen. Jede der mehrflutigen Kanalkonfigurationen kann so angeordnet sein, dass eine Fluidtemperatur am Kanaleinlass niedriger als eine Fluidtemperatur am Kanalauslass ist. Jede der mehrflutigen Kanalkonfigurationen kann so angeordnet sein, dass eine Fluidtemperatur am Kanaleinlass größer als eine Fluidtemperatur am Kanalauslass ist.
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Ein Batteriethermosystem enthält eine Wärmeleitplatte, die eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung definiert, die an gegenüberliegenden Enden der Wärmeleitplatte angeordnet sind, und wenigstens zwei innenliegende mehrflutige Kanalkonfigurationen. Jede der mehrflutigen Kanalkonfigurationen enthält wenigstens einen Eintrittskanal in Verbindung mit der Einlassöffnung und wenigstens einen Austrittskanal in Verbindung mit der Auslassöffnung. Die mehrflutigen Kanäle sind so angeordnet, dass Fluid in den Eintritts- und Austrittskanälen in eine gleiche Richtung strömt und dass aus dem Austrittskanal austretendes Fluid in die Auslassöffnung mündet und nicht in den Eintrittskanal einer anderen mehrflutigen Kanalkonfiguration. Wenigstens eine der mehrflutigen Kanalkonfigurationen kann weiterhin einen zweiten Eintrittskanal und zwei zwischen den Eintrittskanälen angeordnete Zwischenkanäle enthalten, und wenigstens ein Austrittskanal kann zwischen den beiden Zwischenkanälen angeordnet sein. Wenigstens eine der mehrflutigen Kanalkonfigurationen kann weiterhin einen zweiten Austrittskanal und zwei zwischen den Austrittskanälen angeordnete Zwischenkanäle enthalten, und wenigstens ein Eintrittskanal kann zwischen den beiden Zwischenkanälen angeordnet sein. Einer der Austrittskanäle kann eine Wandung gemeinsam mit dem Eintrittskanal einer anderen der mehrflutigen Kanalkonfigurationen nutzen.
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1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Batterie-Elektrofahrzeugs.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Thermomanagementsystems für die Traktionsbatterie des Fahrzeugs aus 1.
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3A ist eine veranschaulichende Draufsicht auf eine Wärmeleitplatte, die für serielle Strömung von Thermofluid ausgelegt ist.
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3B ist eine veranschaulichende Draufsicht auf eine Wärmeleitplatte, die für parallele Strömung von Thermofluid ausgelegt ist.
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3C ist eine veranschaulichende Draufsicht auf eine Wärmeleitplatte, die für U-förmige Strömung von Thermofluid ausgelegt ist.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Traktionsbatteriebaugruppe mit einer Wärmeleitplatte, die ein Batteriezellen-Array stützt.
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle aus dem Batteriezellen-Array aus 4.
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6 ist eine Draufsicht auf eine mehrflutige Kanalkonfiguration für die Wärmeleitplatte aus 4.
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7 ist eine Draufsicht auf eine andere mehrflutige Kanalkonfiguration für eine Wärmeleitplatte.
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8 ist eine Draufsicht auf eine andere mehrflutige Kanalkonfiguration für eine Wärmeleitplatte.
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9 ist eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle zur Verwendung mit der mehrflutigen Kanalkonfiguration aus 8.
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Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann über verschiedene Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu unterrichten. Wie für Durchschnittsfachleute auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
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1 zeigt ein Schema eines typischen Plug-in Hybridelektrofahrzeugs (PHEV) auf. Ein typisches Plug-in Hybridelektrofahrzeug 12 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die Elektromaschinen 14 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator betrieben zu werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 16 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die Elektromaschinen 14 können Vortriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromaschinen 14 fungieren auch als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die Elektromaschinen 14 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Hybridelektrofahrzeug 12 unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben werden kann.
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Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert Energie, die von den Elektromaschinen 14 verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe aus einem oder mehreren Batteriezellen-Arrays in der Traktionsbatterie 24 bereit, die manchmal auch als Batteriezellen-Stapel bezeichnet werden. Die Batteriezellen-Arrays können eine oder mehrere Batteriezellen enthalten. Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch mit einem oder mehreren leistungselektronischen Modulen 26 durch eines oder mehrere Schütze (nicht dargestellt) verbunden. Das eine oder die mehreren Schütze trennen die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten, wenn sie geöffnet sind, und verbinden die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten, wenn sie geschlossen sind. Das leistungselektronische Modul 26 ist ebenfalls mit den Elektromaschinen 14 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromaschinen 14 bereit. Zum Beispiel kann eine typische Traktionsbatterie 24 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 14 zum Funktionieren möglicherweise eine dreiphasige Wechselspannung benötigen. Das leistungselektronische Modul 26 kann die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umwandeln, wie sie von den Elektromaschinen 14 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus kann das leistungselektronische Modul 26 die dreiphasige Wechselspannung aus den Elektromaschinen 14, die als Generatoren fungieren, in die von der Traktionsbatterie 24 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein rein elektrisches Fahrzeug anwendbar. Bei einem rein elektrischen Fahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 ein Getriebe sein, das mit einer Elektromaschine 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 ist möglicherweise nicht vorhanden.
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Zusätzlich dazu, dass die Traktionsbatterie 24 Energie für den Vortrieb bereitstellt, kann sie Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 28 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe der Traktionsbatterie 24 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist. Andere Hochspannungsverbraucher, wie zum Beispiel Verdichter und elektrische Heizungen, können direkt mit der Hochspannung verbunden sein, ohne dass ein Gleichspannungswandlermodul 28 verwendet wird. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme mit einer Hilfsbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden.
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Ein batterieelektrisches Steuermodul (BECM, Battery Electric Control Module) 33 kann mit der Traktionsbatterie 24 in Verbindung stehen. Das BECM 33 kann als eine Steuerung für die Traktionsbatterie 24 fungieren und kann auch ein elektronisches Überwachungssystem enthalten, das für jede der Batteriezellen Temperatur und Ladezustand managt. Die Traktionsbatterie 24 kann einen Temperatursensor 31 aufweisen, wie zum Beispiel einen Thermistor oder ein anderes Temperaturmessinstrument. Der Temperatursensor 31 kann in Verbindung mit dem BECM 33 stehen, um Temperaturdaten bezüglich der Traktionsbatterie 24 bereitzustellen.
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Das Fahrzeug 12 kann zum Beispiel ein Elektrofahrzeug sein, wie zum Beispiel ein Plug-in Hybridfahrzeug, oder ein Batterie-Elektrofahrzeug, in dem die Traktionsbatterie 24 von einer externen Leistungsquelle 36 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Leistungsquelle 36 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 36 kann mit Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 38 elektrisch verbunden sein. Das EVSE 38 kann Schaltungsanordnungen und Steuerungen zum Regeln und Managen der Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Leistungsquelle 36 und dem Fahrzeug 12 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische Gleichspannungs- oder Wechselspannungsleistung bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladeverbinder 40 zum Einstecken in einen Ladeport 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeport 34 kann irgendeine Port-Art sein, die dazu ausgelegt ist, Leistung aus dem EVSE 38 zum Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeport 34 kann mit einem Ladegerät oder einem On-Board-Leistungswandlungsmodul 32 elektrisch verbunden sein. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann die aus dem EVSE 38 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 24 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 32 kann an das EVSE 38 angekoppelt sein, um die Zufuhr von Leistung an das Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 40 kann Pins aufweisen, die mit zugehörigen Ausnehmungen des Ladeports 34 ineinandergreifen.
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Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere verknüpfte Steuerungen aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter in Verbindung stehen.
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Die Batteriezellen, wie zum Beispiel eine prismatische Zelle, können elektrochemische Zellen enthalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie wandeln. Prismatische Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) enthalten. Ein Elektrolyt kann es Ionen gestatten, sich während des Entladens zwischen der Anode und der Kathode zu bewegen und dann während des Wiederaufladens zurückzukehren. Anschlüsse können gestatten, dass Strom zur Verwendung durch das Fahrzeug aus der Zelle heraus fließt. Wenn sie in einem Array mit mehreren Batteriezellen positioniert sind, können die Anschlüsse jeder Batteriezelle an gegenüberliegende Anschlüsse (Plus und Minus), die einander benachbart sind, ausgerichtet sein, und eine Sammelschiene kann dabei unterstützen, eine Reihenverbindung zwischen den mehreren Batteriezellen zu ermöglichen. Die Batteriezellen können auch parallel angeordnet sein, so dass gleichartige Anschlüsse (Plus und Plus oder Minus und Minus) einander benachbart liegen. Zum Beispiel können zwei Batteriezellen so angeordnet sein, dass Plus-Anschlüsse einander benachbart liegen, und die nächsten beiden Zellen können so angeordnet sein, dass Minus-Anschlüsse einander benachbart liegen. In diesem Beispiel kann die Sammelschiene Anschlüsse aller vier Zellen kontaktieren.
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Die Traktionsbatterie 24 kann unter Verwendung eines Flüssig-Thermomanagementsystems, eines Luft-Thermomanagementsystems oder eines anderen, im Fachgebiet bekannten Verfahrens beheizt und/oder gekühlt werden. In einem Beispiel für ein Flüssig-Thermomanagementsystem und jetzt mit Bezug auf 2: Die Traktionsbatterie 24 kann ein Batteriezellen-Array 88 enthalten, das gestützt von einer Wärmeleitplatte 90 gezeigt wird und das von einem Thermomanagementsystem beheizt und/oder gekühlt werden soll. Das Batteriezellen-Array 88 kann mehrere Batteriezellen 92 enthalten, die einander benachbart positioniert sind. Das Gleichspannungswandlermodul 28 und das BECM 33 können ebenfalls, unter gewissen Betriebsbedingungen, Kühlen und/oder Beheizen erfordern. Eine Wärmeleitplatte 91 kann das Gleichspannungswandlermodul 28 und das BECM 33 stützen und ihr Thermomanagement unterstützen. Zum Beispiel kann das Gleichspannungswandlermodul 28 während der Spannungswandlung Wärme erzeugen, die möglicherweise abgeführt werden muss. Alternativ können die Wärmeleitplatten 90 und 91 miteinander in Fluidverbindung stehen, um eine gemeinsame Fluid-Einlassöffnung und eine gemeinsame Auslassöffnung gemeinsam zu nutzen.
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In einem Beispiel kann das Batteriezellen-Array 88 an der Wärmeleitplatte 90 montiert sein, so dass lediglich eine Oberfläche jeder der Batteriezellen 92, wie zum Beispiel eine untere Oberfläche, in Kontakt mit der Wärmeleitplatte 90 steht. Die Wärmeleitplatte 90 und die einzelnen Batteriezellen 92 können Wärme zwischeneinander übertragen, um während des Fahrzeugbetriebs das Managen der thermischen Konditionierung des Batteriezellen-Arrays 88 zu unterstützen. Gleichförmige Thermofluidverteilung und hohe Wärmeübertragungsfähigkeit sind zwei Gesichtspunkte für die Wärmeleitplatte 90, damit wirksames Thermomanagement für das Batteriezellen-Array 88 und andere umgebende Komponenten bereitgestellt wird. Weil Wärme zwischen der Wärmeleitplatte 90 und dem Thermofluid über Wärmeleitung und Konvektion übertragen wird, ist die Oberflächenfläche in einem Thermofluid-Strömungsfeld für die wirksame Wärmeübertragung wichtig, sowohl zum Abführen von Wärme als auch zum Vorheizen der Batteriezellen 92 bei niedrigen Temperaturen. Zum Beispiel erzeugt das Aufladen und Entladen der Batteriezellen Wärme, die die Leistung und die Lebensdauer des Batteriezellen-Arrays 88 negativ beeinflussen kann, wenn sie nicht abgeführt wird. Alternativ kann die Wärmeleitplatte 90 auch Wärme bereitstellen, um das Batteriezellen-Array 88 vorzuheizen, wenn es niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.
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Die Wärmeleitplatte 90 kann einen oder mehrere Kanäle 93 und/oder einen Hohlraum enthalten, um Thermofluid durch die Wärmeleitplatte 90 zu verteilen. Zum Beispiel kann die Wärmeleitplatte 90 eine Einlassöffnung 94 und eine Auslassöffnung 96 enthalten, die zum Bereitstellen und Umwälzen des Thermofluids mit den Kanälen 93 in Verbindung stehen können. Das Positionieren der Einlassöffnung 94 und der Auslassöffnung 96 kann relativ zu den Batteriezellen-Arrays 88 unterschiedlich sein. Zum Beispiel und wie in 2 gezeigt wird, können die Einlassöffnung 94 und die Auslassöffnung 96 relativ zu den Batteriezellen-Arrays 88 mittig positioniert sein. Die Einlassöffnung 94 und die Auslassöffnung 96 können auch an der Seite der Batteriezellen-Arrays 88 positioniert sein. Alternativ kann die Wärmeleitplatte 90 einen Hohlraum (nicht dargestellt) definieren, der zum Bereitstellen und Umwälzen des Thermofluids mit der Einlassöffnung 94 und der Auslassöffnung 96 in Verbindung steht. Die Wärmeleitplatte 91 kann eine Einlassöffnung 95 und eine Auslassöffnung 97 enthalten, um Thermofluid zuzuführen und abzuführen. Optional kann eine Lage Thermal Interface Material (nicht dargestellt) an der Wärmeleitplatte 90 und/oder 91 unter dem Batteriezellen-Array 88 und/oder dem Gleichspannungswandlermodul 28 bzw. dem BECM 33 angebracht werden. Die Lage des Thermal Interface Materials kann Wärmeübertragung zwischen dem Batteriezellen-Array 88 und der Wärmeleitplatte 90 verbessern indem es zum Beispiel Hohlräume und/oder Luftspalte zwischen der Batteriezellen 92 und der Wärmeleitplatte 90 füllt. Das Thermal Interface Material kann ebenfalls elektrische Isolierung zwischen dem Batteriezellen-Array 88 und der Wärmeleitplatte 90 bereitstellen. Ein Batterietrog 98 kann die Wärmeleitplatte 90, die Wärmeleitplatte 91, die Batteriezellen-Arrays 88 und andere Komponenten stützen. Der Batterietrog 98 kann eine oder mehrere Ausnehmungen enthalten, um die Wärmeleitplatten aufzunehmen.
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Unterschiedliche Batteriesatzkonfigurationen können verfügbar sein, um einzelne Fahrzeugvariablen anzusprechen, einschließlich Packaging-Einschränkungen und Leistungsanforderungen. Die Batteriezellen-Arrays 88 können in einer Abdeckung oder einem Gehäuse (nicht dargestellt) enthalten sein, um die Batteriezellen-Arrays 88 und andere umgebende Komponenten, wie zum Beispiel das Gleichspannungswandlermodul 28 und das BECM 33, zu schützen und zu kapseln. Die Batteriezellen-Arrays 88 können an mehreren unterschiedlichen Stellen positioniert sein, einschließlich zum Beispiel unter einem Vordersitz, unter einem Rücksitz oder hinter dem Rücksitz des Fahrzeugs. Allerdings ist in Betracht zu ziehen, dass die Batteriezellen-Arrays 88 an irgendeiner geeigneten Stelle im Fahrzeug 12 positioniert sein können.
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Zu zwei Beispielen für gewünschte Leistungen der Wärmeleitplatte können zählen: (i) das Abziehen einer maximalen Wärmemenge aus den Batteriezellen, und (ii) das Aufrechterhalten einer im Wesentlichen gleichförmigen Temperatur an einer Grundfläche der Batteriezellen. Um diese Leistungen zu erreichen, können für ein Thermomanagementsystem mehrere Gesichtspunkte in Betracht gezogen werden. Zum Beispiel kann sich über die Zelle hinweg eine Temperatur der Batteriezelle zwischen einer Minimal- und einer Maximaltemperatur unterscheiden, was als eine Batteriezellen-Temperaturdifferenz („Zell-∆T“) bezeichnet werden kann. In einem Batteriezellen-Array kann sich, über das Batteriezellen-Array hinweg, die Temperatur der Batteriezellen zwischen einer Minimal- und einer Maximaltemperatur unterscheiden, was als eine Batteriezellen-Array-Temperaturdifferenz („Array-∆T“) bezeichnet werden kann. Niedrigere Zell-∆T- und Array-∆T-Messungen über die gesamte Batteriezelle bzw. das Batteriezellen-Array hinweg zeigen typischerweise eine gleichförmigere Temperaturverteilung an. Von daher kann das Maximieren des Gesamtwirkungsgrads der Wärmeübertragung zwischen dem Batteriezellen-Array und der Wärmeleitplatte das Minimieren von Zell-∆T und Array-∆T unterstützen. Ein gewünschtes Zell-∆T und ein gewünschtes Array-∆T können sich gemäß den Leistungsanforderungen für unterschiedliche Fahrzeuge und Thermomanagementsysteme unterscheiden.
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Wärmeleitplatten können unterschiedliche Arten von Fluidströmungsmustern verwenden, um das Abziehen von Wärme aus den Batteriezellen und Batteriezellen-Arrays zu unterstützen und somit gewünschte Zell-∆T- und gewünschte Array-∆T-Leistung zu gewinnen. Die Wärmeleitplatte 100 in den 3A bis 3C wird in drei Konfigurationen gezeigt, um Beispiele für serielle Fluidströmung, parallele Strömung bzw. U-förmige Strömung zu zeigen. Das Thermofluid, wie zum Beispiel Kühlmittel, Kältemittel oder Wasser, kann über die Einlassöffnung 102 in die Wärmeleitplatte 100 eintreten, über die Wärmeleitplatte 100, wie durch die Richtungsreferenzpfeile angezeigt wird, hinweg laufen und dann über die Auslassöffnung 104 aus der Wärmeleitplatte 100 austreten. Eine Stellfläche eines Batteriezellen-Arrays 106 wird mit einer gestrichelten Linie gezeigt. Das Batteriezellen-Array 106 kann Batteriezellen enthalten, wie zum Beispiel eine Batteriezelle 107 und eine Batteriezelle 109, deren Stellflächen ebenfalls beide mit gestrichelten Linien gezeigt werden. Bei jeder Art von Beispiel für die Fluidströmung kann Thermofluid, das durch die Wärmeleitplatte 100 läuft, von den Batteriezellen des Batteriezellen-Arrays 106 erzeugte Wärme absorbieren.
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Bei serieller Strömung, wie sie in 3A gezeigt wird, tritt Thermofluid über die Einlassöffnung 102 in die Wärmeleitplatte 100 ein und kann in einer im Wesentlichen gleichförmigen Art über das serielle Strömungsfeld hinweg laufen. Die Batteriezelle 109 ist die letzte Batteriezelle des Batteriezellen-Arrays 106 und liegt am nächsten zur Auslassöffnung 104. In diesem Beispiel wird die Batteriezelle 109 bei einer höheren Temperatur betrieben als die Batteriezelle 107, die näher an der Einlassöffnung 102 liegt, weil das Thermofluid, das unterhalb der Batteriezelle 109 strömt, Wärme aus dem Batteriezellen-Array 106 absorbiert haben wird, während es über die Wärmeleitplatte 100 hinweg läuft. Die Differenz der Betriebstemperaturen für die Batteriezelle 107 und die Batteriezelle 109 wird in diesem Beispiel ein hohes Array-∆T des Batteriezellen-Arrays 106 treiben, was die Fahrzeugleistung negativ beeinflussen kann.
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Bei paralleler Strömung, wie sie in 3B gezeigt wird, tritt Thermofluid über die Einlassöffnung 102 in die Wärmeleitplatte 100 ein und läuft vor der Verteilung in einer horizontalen Richtung unter dem Batteriezellen-Array 106 einen Eintrittskanal 110 entlang. Das Thermofluid wird seine niedrigste Temperatur aufweisen, während es sich im Eintrittskanal 110 befindet. Ein Teil der Batteriezellen 107 und 109 im Batteriezellen-Array 106, der sich näher an einem Austrittskanal 108 befindet, wird wärmeres Thermofluid sehen als die Teile der Batteriezellen 107 und 109, die sich näher am Eintrittskanal 110 befinden. Dies kann zu einem höheren Zell-∆T führen, was die Leistung des Batteriezellen-Arrays 106 und die Lebensdauer der Batteriezellen darin negativ beeinflussen kann.
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Bei U-förmiger Strömung, wie sie in 3C gezeigt wird, kann die Batteriezelle 109, die sich am weitesten von der Einlassöffnung 102 und der Auslassöffnung 104 entfernt befindet, eine mittlere Temperatur sehen (relativ zu den übrigen Batteriezellen im Batteriezellen-Array 106), während die Batteriezelle 107, die sich am nächsten zur Einlassöffnung 102 und zur Auslassöffnung 104 befindet, das wärmste Fluid an der einen Hälfte der Batteriezelle und das kälteste Fluid an der anderen Hälfte sehen kann, was dazu tendieren kann, sich gegenseitig auszumitteln. Demzufolge ist das gemessene Array-∆T kleiner als bei paralleler Strömung und bei serieller Strömung, und das U-förmige Strömungssystem kann somit die Fahrzeugleistung verbessern. Allerdings können in diesem Beispiel für die U-förmige Strömung die ersten paar Batteriezellen, die sich am nächsten zur Einlassöffnung 102 und zur Auslassöffnung 104 befinden, eine Temperaturdifferenz zwischen ihren jeweiligen beiden Hälften sehen, die zu einem hohen Zell-∆T führen kann. Dies kann die Leistung des Batteriezellen-Arrays 106 und die Lebensdauer der Batteriezellen darin negativ beeinflussen.
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Jetzt mit Bezug auf die 4 bis 6: Ein Teil der Traktionsbatteriebaugruppe 138 wird gezeigt, der eine Wärmeleitplatte 140 enthalten kann, die dazu ausgelegt ist, ein Batteriezellen-Array 142 mit Batteriezellen 144 zu stützen. Andere Strukturelemente (nicht dargestellt) können verwendet werden, um ebenfalls das Batteriezellen-Array 142 im Fahrzeug zu stützen. Ein unterer Teil der Batteriezellen 144 oder eine untere Stirnfläche der Batteriezellen 144 können die Wärmeleitplatte 140 direkt kontaktieren, so dass die Wärmeleitplatte 140 die Batteriezellen 144 stützt. Wie oben beschrieben wird, kann eine Lage Thermal Interface Material (nicht dargestellt) zwischen der Wärmeleitplatte 140 und den Batteriezellen 144 positioniert sein. Die Wärmeleitplatte 140 kann auch dazu ausgelegt sein, thermische Verbindung zwischen der Wärmeleitplatte 140 und den Batteriezellen 144 zu erleichtern.
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Die Wärmeleitplatte 140 kann eine untere Platte 146 und eine obere Platte 148 enthalten. Die obere Platte 148 kann an der unteren Platte 146 fixiert sein. Während mehrere Verfahren zum Befestigen der oberen Platte 148 an der unteren Platte 146 verfügbar sind, zählt Hartlöten zu einem Beispiel für Aluminiumplatten. Eine Einlassöffnung 152 kann an einem Ende der Wärmeleitplatte 140 positioniert sein, und eine Auslassöffnung 154 kann gegenüber der Einlassöffnung 152 positioniert sein. Die Wärmeleitplatte 140 oder die untere Platte 146 können einen oder mehrere Sätze von mehrflutigen Kanalkonfigurationen definieren, die manchmal als Konstruktionen bezeichnet werden. Diese Kanalkonfigurationen können zu einer oder mehreren Batteriezellen 144 gehören und ihre Kühlung unterstützen. Zum Beispiel können die Kanalkonfigurationen 150 jeweils fünf Kanäle mit wenigstens einem Eintrittskanal 156, wenigstens zwei Zwischenkanälen 158 und wenigstens einem Austrittskanal 160 enthalten. Von der Wärmeleitplatte 140 definierte Wandungen können von benachbarten Kanälen gemeinsam genutzt werden und können ebenfalls einen Weg für Wärme durch die Wärmeleitplatte 140 bereitstellen. In diesem Beispiel können zwei Batteriezellen 144 zu jeder Kanalkonfiguration 150 gehören, allerdings wird in Betracht gezogen, dass alternative Größen und Typen der Batteriezellen 144 für andere Verhältnisse zu den Kanalkonfigurationen 150 sorgen können.
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Die Kanäle können relativ zum Batteriezellen-Array 142 eine querlaufende Ausrichtung aufweisen. Die Batteriezellen 144 können jeweils eine untere Stirnfläche 162 definieren, die Kontakt zur Wärmeleitplatte 140 haben kann und/oder in thermischer Verbindung mit ihr stehen kann. Zu Beispielen für thermische Verbindung zählen Wärmeleitung und Konvektion. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die unteren Stirnflächen 162 der Batteriezellen 144 Kontakt zu einem Thermal Interface Material (nicht dargestellt) haben können, das an der Wärmeleitplatte 140 befestigt und über den Kanalkonfigurationen 150 positioniert ist. Wie oben erwähnt worden ist, kann das Thermal Interface Material Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen 144 und der Wärmeleitplatte 140 verbessern. Das Thermal Interface Material kann auch elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen 144 und der Wärmeleitplatte 140 bereitstellen. Jede untere Stirnfläche 162 kann eine Mittelachse 164 beinhalten, die im Wesentlichen parallel zu den Eintrittskanälen 156, den Zwischenkanälen 158 und den Austrittskanälen 160 sein kann. Die Batteriezellen 144 können jeweils eine Breite und eine Länge, die größer als die Breite ist, aufweisen. Jeder der mehrflutigen Kanäle kann dazu angeordnet sein, Fluidströmung entlang der Länge der zugehörigen Batteriezelle 144 zu führen.
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Optional kann ein Einlassplenum 166 zwischen der Einlassöffnung 152 und den Eintrittskanälen 156 der Kanalkonfigurationen 150 angeordnet sein. Optional kann ein Austrittsplenum 155 zwischen den Austrittskanälen 160 der Kanalkonfigurationen 150 und der Auslassöffnung 154 angeordnet sein. Optional kann die Wärmeleitplatte 140 die Einlassöffnung 152, die Auslassöffnung 154, das Einlassplenum 166 und das Austrittsplenum 155 definieren. In diesem Beispiel müssen das Einlassplenum 166 und das Austrittsplenum 155 nicht über oder unter der Wärmeleitplatte 140 befestigt werden, wie es manchmal bei anderen Wärmeleitplattentypen erforderlich ist.
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Die querlaufenden Ausrichtungen der Kanäle innerhalb der Kanalkonfigurationen 150 können dafür sorgen, dass die jeweiligen Batteriezellen 144 des Batteriezellen-Arrays 142 von zusätzlichen thermischen Kühlungsvorteilen profitieren, weil das Thermofluid mehrfach unterhalb der jeweiligen Batteriezelle 144 durchläuft. Wie durch die Pfeile in 6 gezeigt wird, wechselt die Richtung der Thermofluidströmung in den Kanälen zwischen benachbarten Kanälen in der Richtung ab. Zum Beispiel kann Thermofluid auf dem Weg zu den Kanaleinlässen 167 und den Eintrittskanälen 156 über die Einlassöffnung 152 in das Einlassplenum 166 eintreten. Das Thermofluid kann in die Eintrittskanäle 156 eintreten und zu den jeweiligen Routern 170a in eine erste Richtung laufen. Die Router 170a können dann das Thermofluid zu einem oder mehreren Zwischenkanälen 158 umleiten, so dass das Thermofluid in eine zweite Richtung strömt. Die jeweiligen Router 170b können dann das Thermofluid zu den jeweiligen Austrittskanälen 160 und Kanalauslässen 169 umleiten, so dass das Thermofluid auf dem Weg zum Austrittsplenum 155 und der Auslassöffnung 154 in die erste Richtung strömt.
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Diese Anordnung kann verbesserte Fahrzeugleistung bereitstellen und die Verlängerung der Lebensdauer der Batteriezellen 144 unterstützen, im Vergleich zur seriellen oder zur parallelen Strömungsanordnung, wie sie in den 3A bzw. 3B gezeigt werden. Zum Beispiel kann Thermofluid, das in die Eintrittskanäle 156 eintritt, als „kaltes“ Fluid bezeichnet werden, weil das Fluid frisch aus der Einlassöffnung 152 kommt. Thermofluid, das durch die Zwischenkanäle 158 strömt, kann als „warmes“ Fluid bezeichnet werden, weil das Fluid beim Erreichen der Zwischenkanäle 158 einige Wärme absorbieren kann. Thermofluid, das durch die Austrittskanäle 160 strömt, kann als „heißes“ Fluid bezeichnet werden, weil das Fluid beim Erreichen der Austrittskanäle 160 zusätzliche Wärme absorbieren kann. Von daher kann eine erste Temperatur des Thermofluids in den Austrittskanälen 160 höher sein als eine zweite Temperatur des Thermofluids in den Zwischenkanälen 158, die höher als eine dritte Temperatur des Thermofluids in den Eintrittskanälen 156 sein kann. Wie in den 4 und 6 gezeigt wird, sind die Kanäle so angeordnet, dass die Eintrittskanäle 156 benachbart zu einem oder mehreren Zwischenkanälen 158 und/oder benachbart zu einem der Austrittskanäle 160 einer anderen Kanalkonfiguration liegen können und die gleiche, von der Wärmeleitplatte 140 definierte Wandung gemeinsam nutzen können.
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In dem in den 4 und 6 beinhalteten Beispiel gibt es drei Kanalkonfigurationen mit insgesamt vier Kanaleinlässen 167 und fünf Kanalauslässen 169. Allerdings wird in Betracht gezogen, dass andere Kombinationen verfügbar sein können. 7 zeigt zum Beispiel eine veranschaulichende Wärmeleitplatte 200, die dazu ausgelegt sein kann, ein Batteriezellen-Array (nicht dargestellt) wie oben beschrieben zu stützen. Die Wärmeleitplatte 200 kann drei mehrflutige Kanalkonfigurationen 202 mit insgesamt fünf Kanaleinlässen 206 und vier Kanalauslässen 208 definieren. Wie oben beschrieben worden ist, sind die Kanäle so angeordnet, dass Fluid in den Eintrittskanälen 210 und den Austrittskanälen 212 in eine erste Richtung und in den Zwischenkanälen 214 in eine zweite Richtung strömt.
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Die Wärmeleitplatte 200 kann eine Einlassöffnung 218 und eine Auslassöffnung 216 definieren, um den Kanalkonfigurationen Thermofluid zuzuführen bzw. es aus diesen abzuführen. Die Einlassöffnung 218 und die Auslassöffnung 216 können auch separate Elemente sein, die an der Wärmeleitplatte 200 befestigt sind. Wie in 7 gezeigt wird, mündet Thermofluid, das aus den Austrittskanälen 212 und den Kanalauslässen 208 austritt, in die Auslassöffnung 216 und nicht in den einen der Eintrittskanäle 210 einer anderen Kanalkonfiguration.
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Die Wärmeleitplatte 200 kann auch einen Plattenaußenrand 220 definieren, der um die Wärmeleitplatte 200 herum verläuft und zur Aufnahme einer Einspannkraft ausgelegt ist. Zum Beispiel können Einspannkräfte aufgebracht werden, wenn die Wärmeleitplatte 200 mit einem Batteriezellen-Array (nicht dargestellt) zusammengebaut wird. Gewisse Packaging-Einschränkungen können vorgeben, dass der äußere Teil der Wärmeleitplatte 200, wie zum Beispiel der Plattenaußenrand 220, keine Thermofluidkanäle enthält, damit erhöhte strukturelle Integrität für die Wärmeleitplatte 200 bereitgestellt wird, während sie die Einspannkraft aufnimmt. Dieselben Packaging-Einschränkungen können auch den Typ der Kanalkonfiguration beeinflussen, der für eine bestimmte Wärmeleitplatte verwendet wird, wie zum Beispiel für die Wärmeleitplatte 200. Zum Beispiel kann ein wärmeerzeugendes Modul 224 benachbart zum und/oder in der Nähe des Plattenaußenrand(es) 220 positioniert sein. In diesem Beispiel kann die Wärmeleitplatte 200 gegenüber der Wärmeleitplatte 140 bevorzugt werden, weil einer der Eintrittskanäle 210 benachbart zum wärmeerzeugenden Modul 224 liegt. Somit kann Thermofluid, das im Eintrittskanal 210, der einer näheren Umgebung des Plattenaußenrandes 220 benachbart ist, strömt, unter gewissen Bedingungen das Abschirmen des Batteriezellen-Arrays gegenüber Wärme, die vom wärmeerzeugenden Modul 224 erzeugt wird, und/oder das Kühlen des wärmeerzeugenden Moduls 452 unterstützen. Zu Beispielen für das wärmeerzeugende Modul 224 zählen eine Gleichspannungswandlereinheit und ein BECM.
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8 zeigt ein anderes Beispiel für einen Teil einer Traktionsbatteriebaugruppe. Eine Wärmeleitplatte 400 kann unterhalb eines Batteriezellen-Arrays 410 (dessen Stellfläche als gestrichelte Linie 410 gezeigt wird) positioniert sein. Die Wärmeleitplatte 400 kann dazu ausgelegt sein, das Batteriezellen-Array 410 zu stützen und kann für thermische Verbindung mit Batteriezellen des Batteriezellen-Arrays 410 ausgelegt sein. Das Batteriezellen-Array 410 kann mehrere Batteriezellen enthalten. Die Wärmeleitplatte 400 kann ein Austrittsplenum 412 definieren und/oder enthalten. In einem Beispiel, wie es in 8 gezeigt wird, kann die Wärmeleitplatte 400 auch mehrflutige Kanäle definieren und/oder enthalten, zum Beispiel drei mehrflutige Kanalkonfigurationen 414, die jeweils zu einer der Batteriezellen gehören können. In diesem Beispiel können die mehrflutigen Kanalkonfigurationen auch als ein einzelner Kanal 414 bezeichnet werden. In anderen Beispielen können mehr oder weniger mehrflutige Kanalkonfigurationen 414 genutzt werden.
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Jede der Kanalkonfigurationen 414 kann einen Kanaleinlass 416 und einen Kanalauslass 418 enthalten. Die Kanaleinlässe 416 und die Kanalauslässe 418 können an gegenüberliegenden Enden der Kanalkonfigurationen 414 liegen, so dass Fluid, das aus den Kanalauslässen 418 austritt, in das Austrittsplenum 412 mündet und nicht in den Kanaleinlass 416 einer anderen Kanalkonfiguration 414 mündet. Von daher ist die thermische Verbindung derart, dass jede der Kanalkonfigurationen 414 relativ zur zugehörigen Batteriezelle so ausgerichtet ist, dass Fluid in den Kanaleinlass 416 mit einer ersten Temperatur eintritt und aus dem Kanalauslass 418 mit einer zweiten Temperatur austritt. Zum Beispiel kann jeder Kanal 414 und/oder jede mehrflutige Kanalkonfiguration 414 Folgendes enthalten: einen Eintrittskanal 420, der sich zum jeweiligen Kanaleinlass 416 öffnet, einen Austrittskanal 422, der sich zum jeweiligen Kanalauslass 418 öffnet, und dazwischen einen Zwischenkanal 424, so dass benachbarte Kanäle eine gemeinsame, von der Wärmeleitplatte definierte Wandung gemeinsam nutzen können. Der Austrittskanal 422 einer der Kanalkonfigurationen 414 kann auch eine gemeinsame Wandung mit dem Eintrittskanal 420 einer anderen Kanalkonfiguration 414 gemeinsam nutzen.
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Der Eintrittskanal 420, der Austrittskanal 422 und der Zwischenkanal 424 können dazu angeordnet sein, Thermofluidströmung in einer relativ zum Batteriezellen-Array 410 querlaufenden Richtung zu führen. 9 zeigt eine Batteriezelle 430 des Batteriezellen-Arrays 410. Die Batteriezelle 430 kann eine untere Stirnfläche 432 definieren, die Kontakt zur Wärmeleitplatte 400 haben und/oder in thermischer Verbindung mit ihr stehen kann. Jede untere Stirnfläche 432 kann eine Mittelachse 434 enthalten, die im Wesentlichen parallel zu den Eintrittskanälen 420, den Austrittskanälen 422 und dem Zwischenkanal 424 sein kann. Die Batteriezellen 430 können jeweils eine Breite und eine Länge, die größer als die Breite ist, aufweisen. Jeder der mehrflutigen Kanäle kann dazu angeordnet sein, Fluidströmung entlang der Länge der zugehörigen Batteriezelle 430 zu führen.
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Optional kann ein Einlassplenum 435 zwischen einer Einlassöffnung 436 und den Eintrittskanälen 420 angeordnet sein. Optional kann das Austrittsplenum 412 zwischen einer Auslassöffnung 440 und den Austrittskanälen 422 angeordnet sein. Optional kann die Wärmeleitplatte 400 die Einlassöffnung 436, die Auslassöffnung 440, das Einlassplenum 435 und das Austrittsplenum 412 definieren. In diesem Beispiel müssen das Einlassplenum 435 und das Austrittsplenum 412 nicht über oder unter der Wärmeleitplatte 400 befestigt werden, wie es manchmal bei anderen Wärmeleitplattentypen erforderlich ist.
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Die querlaufenden Ausrichtungen der Kanäle in den Kanalkonfigurationen 414 können dafür sorgen, dass die zugehörigen Batteriezellen von zusätzlichen thermischen Kühlungsvorteilen profitieren, wie zum Beispiel der Reduzierung des Temperaturanstiegs der Batteriezelle, weil das Thermofluid mehrfach unterhalb der jeweiligen Batteriezelle durchläuft. Wie durch die Pfeile in 8 gezeigt wird, wechselt die Richtung der Thermofluidströmung in den Kanälen zwischen benachbarten Kanälen in der Richtung ab. Zum Beispiel kann Thermofluid auf dem Weg zu den Kanaleinlässen 416 und den Eintrittskanälen 420 über die Einlassöffnung 436 in das Einlassplenum 435 eintreten. Das Thermofluid kann in die Eintrittskanäle 420 eintreten und zu einem jeweiligen Router 422a in eine erste Richtung laufen. Die Router 422a können dann das Thermofluid zu den Zwischenkanälen 424 umleiten, so dass das Thermofluid in eine zweite Richtung strömt. Die Router 422b können dann das Thermofluid zu den jeweiligen Austrittskanälen 422 und den Kanalauslässen 418 umleiten, so dass das Thermofluid auf dem Weg zum Austrittsplenum 412 und/oder der Auslassöffnung 440 in die erste Richtung strömt.
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Die Wärmeleitplatte 400 kann auch einen Plattenaußenrand 450 definieren, der um die Wärmeleitplatte 400 herum verläuft und zur Aufnahme einer Einspannkraft ausgelegt ist. Zum Beispiel können Einspannkräfte angelegt werden, wenn die Wärmeleitplatte 400 mit dem Batteriezellen-Array 410 zusammengebaut wird. Gewisse Packaging-Einschränkungen können vorgeben, dass der äußere Teil der Wärmeleitplatte 400, wie zum Beispiel der Plattenaußenrand 450, keine Thermofluidkanäle enthält, damit erhöhte strukturelle Integrität für die Wärmeleitplatte 400 bereitgestellt wird, während sie die Einspannkraft aufnimmt. Dieselben Packaging-Einschränkungen können auch den Kanalkonfigurationstyp beeinflussen, der für eine bestimmte Wärmeleitplatte verwendet wird, wie zum Beispiel für die Wärmeleitplatte 400. Zum Beispiel kann ein wärmeerzeugendes Modul 452 benachbart zum und/oder in der Nähe des Plattenaußenrand(es) 450 positioniert werden. In diesem Beispiel liegt einer der Eintrittskanäle 420 benachbart zum wärmeerzeugenden Modul 452. Somit kann Thermofluid, das im Eintrittskanal 420 strömt, der dem Plattenaußenrand 450 benachbart ist, unter gewissen Bedingungen das Abschirmen des Batteriezellen-Arrays gegenüber Wärme, die vom wärmeerzeugenden Modul 452 erzeugt wird, und/oder das Kühlen des wärmeerzeugenden Moduls 452 unterstützen. Zu Beispielen für das wärmeerzeugende Modul 452 zählen eine Gleichspannungswandlereinheit und ein BECM.
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Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche umfassten Formen beschreiben. Die in der Patentbeschreibung verwendeten Ausdrücke dienen eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben wurde, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik in Hinsicht auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften beschrieben worden sein, doch wie Durchschnittsfachleute erkennen, können Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden, um gewünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebensdauerkosten, Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. zählen, sind aber nicht darauf beschränkt. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich eines oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.