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WO2022157115A1 - Energiespeichereinrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

Energiespeichereinrichtung und kraftfahrzeug Download PDF

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WO2022157115A1
WO2022157115A1 PCT/EP2022/050875 EP2022050875W WO2022157115A1 WO 2022157115 A1 WO2022157115 A1 WO 2022157115A1 EP 2022050875 W EP2022050875 W EP 2022050875W WO 2022157115 A1 WO2022157115 A1 WO 2022157115A1
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WO
WIPO (PCT)
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energy storage
storage device
cells
cell
storage cells
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/050875
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Schmieg
Azad Darbandi
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to US18/273,301 priority Critical patent/US20240097295A1/en
Priority to CN202280010024.8A priority patent/CN116724452A/zh
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an energy storage device and a motor vehicle with such an energy storage device.
  • Energy storage devices typically have a number of energy storage cells, it being possible for such energy storage cells to be designed for the electrochemical storage of energy, for example.
  • the invention relates to an energy storage device for storing electrical energy, comprising (i) one or more energy storage cells, (ii) expediently one or more carriers and (iii) expediently one or more protective films, which are located between the one or more energy storage cells and the one or more carriers are arranged.
  • Such protective films can increase safety in the event of a thermal event.
  • an energy storage cell Eject electrically conductive particles at high speed and high temperature, which can cause a short circuit to a carrier, for example.
  • Such a short circuit can be prevented by using one or more protective films at the specified locations or at the specified location and the effect of a thermal event can thus be significantly reduced.
  • the energy storage device can be used in particular for storing electrical energy, in particular for a (traction) drive machine of a motor vehicle.
  • the energy storage cells can be designed in particular for the electrochemical storage of energy.
  • the carrier or carriers can in particular be designed to ensure stability and attachment outside of the energy storage cells. The carriers are therefore typically not the elements that fasten the energy storage cells directly to a body or to another structure.
  • the beams can be, for example, elongate, can, for example, have a certain cross-sectional profile, and/or they can be formed, for example, from a conductive material such as steel or aluminium.
  • the protective films can in particular be films which are of flat design and can in particular be of flexible design. They can therefore be arranged easily and flexibly. In particular, they can prevent electrical contact between the energy storage cells and the carrier in the event of a thermal event. Exemplary implementations will be discussed in more detail below.
  • the protective films can in particular be temperature-resistant up to at least 800°C, up to at least 1000°C or up to at least 1200°C be. In particular, this can mean that such a temperature can be withstood for a predetermined period of time, for example 30 s or 60 s, without there being any changes in the mechanical stability or the chemical composition of such a protective film.
  • the carriers can form an electrical ground of the energy storage device.
  • This allows a relatively heavy and/or bulky structure to be used to provide electrical ground.
  • the protective films mentioned can in particular prevent a short circuit from occurring in the event of a fault due to the use of such an electrical ground.
  • the protective film or films can be electrically insulating, in particular. In particular, this can mean that they can withstand a voltage of, for example, 3,000 V for a period of, for example, 60 s. This has proven advantageous for typical applications.
  • the protective film or films can be thermally insulating. This can mean, for example, that a protective film can be exposed to a temperature of 1,200° C. for a period of, for example, 60 s without losing its electrical insulating properties.
  • the protective film or films can in particular comprise a carrier material and one or two layers applied to the carrier material. Such designs have proven to be stable and particularly suitable for the application relevant here.
  • the layer or layers can in particular be made of mica, real mica or mica.
  • Such materials have a particularly high electrical and thermal insulation property, which is not lost even under the influence of hot, fast particles, as is relevant here.
  • True mica can be understood to mean, for example, ordinary potassium mica, unusual potassium mica or non-potassium mica. Such materials can be used in particular.
  • the carrier material can be formed in particular from polyethylene. This has proven to be advantageous because it is particularly tear-resistant and temperature-resistant.
  • materials other than those mentioned may also be used, particularly if they have suitable protective properties.
  • the one or more protective films can in particular have a thickness of at least 0.05 mm or at least 0.1 mm. Such a lower limit has proven to be advantageous with regard to the properties relevant here.
  • the one or more protective films can in particular have a thickness of at most 0.1 mm or at most 0.2 mm or at most 0.3 mm. For typical applications no greater thickness is required to accommodate the here to achieve relevant properties, so that a greater thickness can be dispensed with and thus space can be saved.
  • One, some or all of the protective films can in particular be applied to at least one of the carriers.
  • the wearer is thus protected immediately and can also be used to attach the protective films.
  • the protective film can be glued to the carrier, for example.
  • the carrier or carriers can also be completely or partially covered with the protective film or some or all of the protective films. This can be done, for example, by suitable coating processes.
  • a carrier surface facing the energy storage cells can be completely or partially covered with a protective film.
  • one, some or all of the protective films are arranged at a distance from the carriers.
  • the energy storage device can have one or more housings in which one or more chambers are formed, into which the energy storage cells extend, in particular partially.
  • housings in which one or more chambers are formed, into which the energy storage cells extend, in particular partially.
  • the disclosed variants can also be applied accordingly here.
  • Such a housing can be used in particular for directly holding the energy storage cells and can also form the chambers which can be sealed in particular against the ingress of water, as already mentioned elsewhere.
  • one, some or all of the protective films can be applied to one or more of the housings. As a result, a protective effect can be achieved in the immediate vicinity of the energy storage cells.
  • one, some or all of the chambers can have an opening which is completely or partially sealed in a watertight manner by a cover element.
  • a cover element In this regard, reference is made to the description given elsewhere.
  • One, some or all of the covering elements can in particular be formed by a respective protective film.
  • the protective film can be used directly as a cover element, i.e. it not only fulfills the protective function already described in the event of a thermal event, but also seals the chamber, in particular against the ingress of water. Reference is made to the statements on the cover element given elsewhere.
  • the cover element can provide a seal against the ingress of water, and the protective film achieves the protective function in the event of thermal events, which has already been mentioned above.
  • one, some or all of the energy storage cells can have at least one overpressure outlet opening, with a protective film being arranged between one, some or all of the overpressure outlet openings and at least one carrier.
  • the respective protective film can be placed particularly advantageously, in which case it can achieve a particularly advantageous protective effect in particular between an overpressure outlet opening and a carrier.
  • it can cover a complete cross section between the excess pressure outlet opening and a carrier, for example a carrier of the cross section.
  • An overpressure outlet opening can be understood in particular as an opening or at least a weaker section and/or a section of a side wall of an energy storage cell that is designed with a predetermined breaking point, with such an overpressure outlet opening typically being used in the event of a thermal event to allow outflowing particles to flow out in a specific direction to let. As mentioned, this direction can be taken into account when arranging protective films.
  • one, some or all of the protective films can completely cover a cross section between a carrier and one or more energy storage cells. You can also preside over it.
  • an imaginary three-dimensional structure can be considered, which is defined by the outer edges of the carrier on the one hand and the energy storage cell(s) on the other hand.
  • the cross section Transverse to an imaginary longitudinal extent of such a three-dimensional structure and/or parallel to a surface of the carrier pointing towards the energy storage cells and/or parallel to an end face of the energy storage cell, the cross section can then be viewed at a point along the longitudinal extension, which is defined by the imaginary three-dimensional structure.
  • the energy storage cells can in particular be designed as round cells and/or the longitudinal axes of the energy storage cells can in particular be aligned parallel to one another. This has proven to be advantageous for typical applications, reference being made to the description given elsewhere. However, other designs of energy storage cells and their arrangement can also be used. In particular, pouch cells or prismatic cells can also be used.
  • the energy storage cells can thus also be designed as prismatic cells, for example.
  • the carriers can mechanically stabilize the energy storage device.
  • they can be made of metal, such as aluminum, for example.
  • they can, for example, have a suitable cross-sectional profile, for example a rectangular profile.
  • the invention also relates to a motor vehicle that has an energy storage device as described herein.
  • the advantages already mentioned can be achieved in this way.
  • the energy storage device can be arranged in particular in a floor area and/or under a passenger compartment of the motor vehicle.
  • cell terminals ie, for example, the plus and minus poles of a cell, or current-carrying and voltage-carrying cell connectors
  • a mechanical structural component Aluminum electrical ground
  • compliance with air and creepage distances can be important in order to avoid insulation faults, short circuits or other faults.
  • Side terminals can mean, for example, that cell vents or excess pressure outlet openings can also be positioned on the side of the cell. These act as the cell’s pressure relief valve and in the event of a cell’s thermal runaway, a relatively large amount (> 200 g) of electrically conductive particles with very high pressure (> 7 bar), high speed (approximately 300 m/s) and high temperature ( > 1,000 °C) are ejected from the cell. The particle flow in this type of cell module can then flow in the small distance between the aluminum cross brace and the many terminals and cell connectors.
  • a particularly cost-effective and space-saving design can be made, for example, using a mica adhesive tape (for example thinner than 0.1/0.2 mm), which is very temperature-resistant (>1000° C.). All other materials with similar properties are also possible.
  • a thermal fault is regularly a fault in which an exothermic chemical reaction occurs.
  • Such an error can also be a thermal event (“thermal runaway”).
  • the fault can be an event that causes non-operational and self-reinforcing heat production in the individual cells. It could possibly use a propagation.
  • Such a fault can be caused, for example, by an internal short circuit in a single cell or by overheating.
  • the electrical energy storage device is in particular a device for storing electrical energy, in particular in order to drive at least one electrical (traction) drive machine.
  • the energy storage device typically includes a plurality of energy storage cells, each of which is in the form of individual cells, and typically a multiplicity of such individual cells, which form the electrochemical energy storage cells. As a rule, a large number of individual cells are provided.
  • the energy storage device can be a high-voltage storage device or a high-voltage battery.
  • the energy storage device typically comprises at least one storage housing.
  • the storage housing is expediently an enclosure that surrounds at least the high-voltage components of the energy storage device.
  • the storage housing is expediently designed to be gas-tight, so that any gases escaping from the storage cells are intercepted.
  • the housing can advantageously serve to protect against overheating, contact protection, intrusion protection and/or to protect against moisture and dust.
  • the memory housing can be at least partially made of a metal.
  • it can be made of aluminum, an aluminum alloy, steel or a steel alloy.
  • At least one or more of the following components can be accommodated in the at least one storage housing of the energy storage device: energy storage cells, components of the power electronics, contactor(s) for interrupting the power supply to the motor vehicle, cooling elements, electrical conductors, control unit(s).
  • the energy storage device can in particular have elements to be cooled, in particular energy storage cells and/or components of the power electronics of the energy storage device.
  • the components are expediently preassembled in the motor vehicle before the assembly is assembled.
  • the energy storage cells can be designed in particular as round cells for the electrochemical storage of energy.
  • a round cell is usually accommodated in a cylindrical cell housing ("cell can"). If there is an operational expansion of the active materials of the round cell, the housing in the surrounding area is subjected to tensile stress. Comparatively thin housing cross sections can thus advantageously compensate for the forces resulting from swelling.
  • the cell housing is preferably made of steel or a steel alloy.
  • degassing openings can be provided in the energy storage cells to allow gases that are produced to escape from the cell housing.
  • only one degassing opening per storage cell or round cell can also be provided.
  • at least one degassing opening per round cell is arranged for degassing in the installed position toward the outer rocker panel.
  • the degassing opening can also be referred to as an overpressure outlet opening.
  • the length-to-diameter ratio of the energy storage cells or round cells preferably has a value between 5 and 30, preferably between 7 and 15, and particularly preferably between 9 and 11.
  • the length-to-diameter ratio is the quotient of the length of the cell housing of the round cell in the numerator and the diameter of the cell housing of the round cell in the denominator.
  • the round cells can, for example, have an external diameter of approx. 45 mm to 55 mm.
  • the round cells can also advantageously have a length of 360 mm to 1,100 mm, preferably from approx. 450 mm to 600 mm, and particularly preferably from approx. 520 mm up to 570 mm.
  • the energy storage cells or round cells in their installation position are essentially parallel (i.e. parallel, possibly with deviations that are irrelevant to the function) to the vehicle transverse axis Y.
  • the vehicle transverse axis is the axis that is perpendicular to the vehicle longitudinal axis in the normal position of the motor vehicle X and horizontal.
  • the energy storage cells can also run parallel to the longitudinal axis X of the vehicle. They can also be arranged differently.
  • the energy storage cells are typically arranged in several layers within the storage housing in the direction of the vertical axis Z of the vehicle.
  • the vehicle vertical axis is the axis that runs perpendicular to the vehicle longitudinal axis X and vertically in the normal position of the motor vehicle.
  • a layer of energy storage cells is in particular a large number of energy storage cells that are installed in the same plane in the storage housing and have essentially the same distance from the bottom of the storage housing.
  • the number of layers varies in the direction of the vehicle longitudinal axis X.
  • the accumulator housing can have an upper side which is adapted in its outer housing contour to the lower inner contour of a passenger compartment of the motor vehicle, with the total height of the several layers being adapted to the installation position the housing contour is varied in the direction of the vehicle longitudinal axis in that in a first region of a layer immediately adjacent round cells of the layer in the installed position are spaced further apart from one another in the direction of the longitudinal axis of the vehicle than immediately adjacent round cells in a second area of the same layer, so that advantageously in the first area another round cell of another layer penetrates further into a first intermediate area formed by the immediately adjacent round cells in the first area than an identically formed one another round cell of the other layer, which penetrates into a second intermediate area formed by round cells immediately adjacent in the second area.
  • the total height of the multiple tiers is measured from the bottom of the storage enclosure to the top of the top tier at that location in the storage enclosure.
  • the interior contour of the passenger compartment is the contour that delimits the interior space of the passenger compartment that is accessible to a vehicle user.
  • the housing contour can be adapted to the inner contour in such a way that an expediently constant gap is provided between the top of the accumulator housing and the inner contour of the passenger compartment, which is preferably less than 15 cm or less than 10 cm or less than 5 cm.
  • At least one of the multiple layers which is the bottommost layer when the energy storage device is installed, can extend in the direction of the longitudinal axis of the vehicle from a front foot area of the accumulator housing that adjoins the front footwell of the motor vehicle in the installed position to a seat area of the accumulator housing, with the seat area adjoining the rear bench seat of the motor vehicle adjacent.
  • fewer layers can be arranged in at least one of the foot areas of the storage housing adjacent to the front or rear footwell of the motor vehicle than in a seating area of the storage housing, with the seating area on the front seats and/or the rear seats (e.g. individual seats or rear seat bench) of the motor vehicle. It can therefore advantageously be provided that, for example, only a bottom layer of energy storage cells is provided in the storage housing in the front and/or rear foot area, whereas several layers are provided stacked on top of one another in the front and/or rear seat area. This has the advantage that in particular the installation space below the front seats or below the rear seats can be used more efficiently in order to improve the electrical storage capacity of the motor vehicle.
  • the plurality of energy storage cells in one layer are connected to one another by an adhesive applied over the plurality of energy storage cells in the same layer.
  • the adhesive can expediently only be applied after the individual energy storage cells of a layer have been positioned relative to one another, for example after the energy storage cells have been arranged in the storage housing.
  • the individual energy storage cells of a layer can thus advantageously be fixed relative to one another in a cost-effective and space-saving manner.
  • Polyurethane, polyamide or polyethylene, for example, can be used as the adhesive.
  • cooling elements for cooling the energy storage cells can be provided between at least two layers of the energy storage cells.
  • the cooling elements can be connected to a cooling circuit of the motor vehicle.
  • an energy storage device comprising (i) a plurality of energy storage cells and (ii) expediently one or more chambers into which the energy storage cells partially extend.
  • One, some or all of the cell terminals of the energy storage cells are expediently arranged in the one or more chambers.
  • one, some or all of the chambers on the energy storage cells extending into them are sealed against ingress of water by means of one or more seals.
  • one, some or all of the chambers have an opening which is completely or partially closed off by a cover element to prevent the ingress of water.
  • the cell terminals can be at least partially protected against water.
  • Water can get to an energy storage device, for example, if it comes in from the outside or if a cooling system has a leak.
  • the embodiment disclosed here prevents the water from coming into contact with the cell terminals of the energy storage cells, so that undesirable effects such as short circuits or the formation of hydrogen are prevented.
  • Sealing off a chamber or another element against the ingress of water can be understood to mean, for example, a watertight design. This can mean, for example, that up to a predetermined pressure of, for example, 1, 5 or 10 bar, no water in the chamber or at a specific location.
  • a seal against the ingress of water can, however, alternatively also be understood to mean protection against splashing water, so that, for example, at least when splashing with splashing water up to a certain pressure, no water penetrates into the chamber.
  • the respective design can be selected in particular depending on the water load that can realistically be expected.
  • the energy storage device is installed, for example, at a location where water is regularly to be expected, for example because the energy storage device is below the wading depth of a motor vehicle without any further casing or it is a buoyant vehicle, a watertight design can be selected, for example. If the seal is to be provided in particular in the event that a cooling system is leaking, the amount of water to be expected can be estimated and the seal can be carried out depending on this.
  • the energy storage device can in particular store electrical energy for operating a (traction) drive machine of a motor vehicle. However, it can also be used for other purposes.
  • Each energy storage cell typically has a respective casing or other enclosure, wherein the energy storage cells can typically be handled separately at least before the energy storage device is assembled.
  • each energy storage cell can have two cell terminals, one of which represents the plus pole and one of which represents the minus pole.
  • the cell terminals are typically designed with electrical conductors that are exposed to the outside, so that a current flow is basically possible when these conductors come into contact with water.
  • the chambers can be formed in a housing, for example, which will be discussed in more detail below.
  • the chambers can also be part of another element, which in particular can also have other functions, such as stiffening or carrying functions.
  • one end of a respective energy storage cell extends into one of the chambers, with the chamber typically being sealed at the appropriate location thereby.
  • a chamber typically has an open receptacle for each energy storage cell to be accommodated, in which an energy storage cell can be accommodated.
  • an energy storage cell extends partially into a chamber
  • a part of the energy storage cell in particular a part adjoining a longitudinal end, is contained in the chamber or in an adjoining receptacle and the rest of the energy storage cell protrudes from it.
  • any space that is completely or at least partially enclosed and into which at least one energy storage cell can extend can be understood as a chamber.
  • a chamber can be completely or partially sealed, in particular against the ingress of water, as mentioned elsewhere.
  • All cell terminals may be housed in one of the chambers, or some cell terminals may be unchambered. This depends on whether all cell terminals are to be protected or whether only part of the cell terminals are to be protected.
  • the energy storage device has a first housing in which one, some or all of the chambers are formed.
  • a housing can, for example, be a housing that specifically is used within the energy storage device for accommodating and/or holding the energy storage cells and/or for forming the chambers.
  • it can also be a housing with other tasks such as, for example, establishing stability or safety, for example with regard to side impact events or other accident events.
  • the chambers can be formed in particular as cavities in the housing, and this can be done, for example, by using an appropriate tool, for example during injection molding, or by machining.
  • first longitudinal ends of the energy storage cells can extend into the first housing.
  • each energy storage cell can have a respective first longitudinal end and an opposite respective second longitudinal end.
  • the first longitudinal ends can be arranged next to one another, for example, for example if the energy storage cells extend parallel to one another.
  • exactly one cell terminal can be arranged at each longitudinal end, or two cell terminals can also be arranged at one longitudinal end.
  • the housing can be a module frame, for example.
  • a module frame can also be used, for example, to attach the energy storage cells. It can run or extend, for example, along longitudinal ends of the energy storage cells that are arranged adjacent to one another.
  • the energy storage device has a second housing in which one or some of the chambers are formed.
  • the explanations for the first housing apply accordingly to the second housing.
  • two of the longitudinal ends of the energy storage cells extend opposite the first longitudinal ends.
  • the second housing can thus have a corresponding function to the first housing, which has already been described by way of example.
  • the two housings can hold the energy storage cells, which can be arranged parallel to one another, for example, on both sides and/or form respective chambers for the energy storage cells, which are sealed against the ingress of water.
  • one of the housings or both housings can be designed as a holder for the energy storage cells.
  • this can mean that the housing or housings fasten the energy storage cells in such a way that they are held in position relative to the housing or to a structure surrounding the housing or structures, such as a body. This can be done in particular by a mechanical attachment, examples of which are given further below.
  • the energy storage cells are designed as round cells.
  • the embodiment described here has proven particularly useful, since round cells can be easily inserted and can be protected against water in a simple manner. In principle, however, other designs of cells can also be used.
  • the energy storage cells can in particular each have a first cell terminal and a second cell terminal.
  • the first cell terminal and the second cell terminal can in particular be arranged at opposite longitudinal ends of the energy storage cells.
  • longitudinal axes of the energy storage cells can be aligned parallel to one another. This allows a simple and particularly space-saving arrangement. It is also possible, with such an arrangement, to take account of structural conditions in a simple manner, so that installation space can be utilized in the best possible way. For example, this can be an installation space below a passenger compartment of a motor vehicle. This typically has a height that changes along a longitudinal direction of the motor vehicle. By varying the number of layers of energy storage cells, the energy storage device can thus be adapted to the available installation space in the best possible way.
  • a longitudinal direction of the motor vehicle is typically that direction in which a motor vehicle drives when the steered wheels are in a straight position.
  • the energy storage device can have one or more cell connectors, wherein cell terminals of the energy storage cells can be electrically connected to one another with the cell connectors in the chambers.
  • Such cell connectors can in particular implement desired parallel or series circuits or combinations thereof, so that charging and drawing of electrical energy from the energy storage device are made possible in the desired manner.
  • Such cell connectors can in particular also be located in the chambers, so that they can be completely or at least partially protected against the surrounding water. However, it is also possible to place at least a part of the cell connectors outside the chambers if a corresponding protection is not necessary.
  • exactly one cell connector is located in one, some or all of the chambers.
  • a cell connector can in particular connect cell terminals of at least two energy storage cells.
  • it can connect cell terminals of two, three or four energy storage cells to one another, so that desired series or parallel circuits or combinations thereof can be implemented.
  • the chamber typically protects the cell connector and the cell terminals connected to it, so that separate chambers are formed for other cell connectors and cell terminals connected to them.
  • more than one cell connector is located in one, some or all of the chambers. As a result, more extensive chambers can be used, which protect several cell connectors and the cell terminals connected to them.
  • the chambers contact energy storage cells, which extend into the respective chamber, mechanically with contact areas, wherein the contact areas are in particular designed to be complementary to the energy storage cell.
  • Mechanical contact can be understood to mean, for example, that the chamber or a structure forming the chamber, for example a housing already mentioned above, is in direct contact with the energy storage cell that extends in.
  • one, some or all of the chambers on the energy storage cells extending therein are sealed against water ingress by means of one or more seals.
  • Such a seal can in particular be used in addition to a surrounding structure such as a housing in order to achieve a particularly effective sealing effect. Possible versions are given below.
  • One, some or all of the seals can be formed, for example, as a seal surrounding an energy storage cell. This allows a circumferential sealing effect.
  • One, some or all of the seals can be in the form of O-rings, for example. This allows for easy implementation.
  • One, some or all of the seals may be formed from an elastomeric material, for example. You can also be designed by two-component injection molding on the housing. Such designs have proven advantageous for typical applications.
  • Two-component injection molding can be understood in particular as a method for manufacturing a component from two plastics. This allows, for example, the production of a stronger and stiffer plastic for the holding function and a softer plastic for the sealing function.
  • a sealing component can be formed from ethylene propylene diene rubber (EPDM), for example.
  • one, some, or all of the energy storage cells are mechanically attached with adhesive, with the adhesive preferably forming one, some, or all of the seals.
  • the fastening can take place in particular on a housing or on another surrounding structure, in particular on a structure in which the chambers are formed.
  • an adhesive a 2K polyurethane adhesive
  • Two-component adhesive based on acrylate, a PUR adhesive or an epoxy resin can be used.
  • other adhesives are also possible here.
  • one, some or all of the seals are arranged in grooves, which are formed in particular on the chamber side.
  • a groove is formed in a housing or in another structure in which the chamber is formed, with the respective seal at least partially engaging in this groove.
  • the seal can be held in position by the groove, in particular in such a way that it fulfills its sealing effect with respect to the energy storage cell.
  • some or all of the seals are designed as at least one molded part that contacts multiple energy storage cells. This can enable a particularly simple design, since one molded part can be used to form a plurality of seals at the same time.
  • a molded part can in particular be an elastomer molded part.
  • a silicone, EPDM and/or PUR foam can be used for the molded part.
  • the molded part can in particular be manufactured separately from a housing and can be applied to the housing or at least partially inserted into the housing, and then the energy storage cells can be introduced in order to be able to to be sealed.
  • a molded part can in particular be an element which has a specific shape in its resting state, for example the mat and ring-shaped sections described below. This does not preclude the molded part from being elastic and/or flexible.
  • the at least one molded part can in particular be designed as a mat at least between the energy storage cells.
  • a mat can be understood in particular as a flat section of the molded part with completely or at least essentially the same thickness. The mat can in particular have a flat design. This permits simple manufacture and space-saving use of the molded part.
  • the at least one molded part can in particular have a plurality of band-shaped or ring-shaped areas, with each band-shaped or ring-shaped area surrounding an energy storage cell and sealingly bearing against the energy storage cell.
  • An annular region can have a circular shape, in particular in cross section.
  • a band-shaped area is the generalization of this, so that, for example, an adaptation to energy storage cells with a non-round cross section can take place.
  • the band-shaped or ring-shaped areas can in particular develop a sealing effect, so that a desired sealing effect against the ingress of water is achieved between the ring-shaped area and the energy storage cell.
  • the band-shaped or ring-shaped areas can be directly connected, in particular, to an area designed as a mat, so that water cannot penetrate there either due to the design of the molded part.
  • the molded part can in particular be made of a watertight material.
  • the seals can be arranged in particular on the contact areas and/or form the contact areas.
  • the seals can thus also fulfill the function of contacting and, for example, hold the energy storage cells. The same applies if there is only one seal or only one contact area.
  • the chambers can be sealed against the ingress of water, in particular along a vertical direction, at least up to a predetermined water level. This can mean, for example, that up to a certain water level no water runs into the chambers, but if the water level is above this water can run into the chambers, whereby it can, for example, run over a seal such as the cover element described below.
  • Such an embodiment can be selected, for example, if the main source of surrounding water is a cooling water circuit which may have a leak and for which a maximum water level to be expected can be calculated based on the known amount of the maximum cooling water leaking out.
  • a complete sealing of the chambers can then be dispensed with, for example, which enables a simpler design and better ease of maintenance. This also applies when using only one chamber.
  • the chamber or chambers can also be completely sealed against the ingress of water. This can mean in particular that no water penetrates into the chamber even if the chamber or an element forming the chamber is completely immersed in water. This can also mean all-round protection against splashing water.
  • one, some or all of the chambers have an opening which is completely or partially closed off by a cover element to prevent the ingress of water.
  • a cover element to prevent the ingress of water.
  • one, some or all of the cover elements can be designed as a film. This has proven to be a simple and inexpensive design.
  • a film can in particular be a flat element, for example made of a plastic.
  • one, some or all of the cover elements can be designed as a cover. A simple covering of the opening can hereby be achieved.
  • one, some or all of the cover elements can be made of plastic.
  • polyethylene PE
  • PET polyethylene terephthalate
  • PS polystyrene
  • EPS expanded polystyrene
  • one, some or all of the chambers on the cover elements are sealed with sealing adhesive.
  • sealing adhesive For example, pressure-sensitive adhesives, silicones, PUR adhesives or epoxy resins can be used for this.
  • pressure-sensitive adhesives, silicones, PUR adhesives or epoxy resins can be used for this.
  • other possible designs are also conceivable.
  • one, some or all of the cover elements are snapped in place.
  • a positive connection between the cover and housing or different structure is formed.
  • a snap-in geometry can be formed on the cover element and/or on the housing.
  • Such a snap-in geometry can be formed, for example, by preforming the cover and/or by recesses on the housing, so that the positive connection already mentioned is formed when the cover element is pushed on in a suitable manner.
  • one, some or all of the cover elements can be snapped in with a snap-in geometry that seals against the ingress of water.
  • the snap-in geometry can thus achieve the desired sealing effect, for example by multiple deflection of an engaging cover element in a recess provided for this purpose.
  • one, some or all of the cover elements can be snapped into place on a housing.
  • the chambers can be formed in the housing, and openings in the chambers can be closed by means of a cover element or a plurality of cover elements.
  • a cover element can be used for all chambers of a housing, such a housing being able to extend, for example, along a complete side of an energy storage device, which can be defined, for example, by adjacent longitudinal ends of the energy storage cells.
  • other designs can also be used.
  • one, some or all of the cover elements can be joined and/or sealed to a housing by means of plastic welding. This can be used in addition to snapping, or as an alternative to it.
  • plastic welding can achieve a fastening effect as well as a sealing effect at the same time.
  • weld beads be formed.
  • a seal produced as a two-component injection molding can be used. This can be a favorable solution in particular if two-component injection molding is used anyway for the seal to the energy storage cells.
  • the opening of one, some or all of the chambers can in particular be arranged opposite contact areas of the chamber to energy storage cells extending into it. This enables cell terminals of the energy storage cells to be accessed through the opening in a particularly simple manner, which can be used, for example, for attaching cell connectors.
  • the covering element can in particular extend along a vertical direction at least up to a predetermined water level, sealing against the ingress of water. This allows sealing to be achieved up to such a water level. Reference is made to the statements made elsewhere in this regard. Such an embodiment can be used for only one cover element, for several cover elements or also for all cover elements.
  • the cover element can also completely seal the opening, some openings or all openings. As a result, an even better protective effect can be achieved.
  • Such an embodiment can be used for only one cover element, for several cover elements or also for all cover elements.
  • the energy storage cells can in particular be arranged in one or more layers. This arrangement can be particularly advantageous in order to make the best possible use of installation spaces with a variable height, as a result of which the storage capacity that can be carried along can be increased.
  • the number of layers can thus change, for example, along a longitudinal direction of the motor vehicle or along another direction.
  • the energy storage device can in particular have one or more cooling elements which are arranged between energy storage cells.
  • cooling liquid can be conducted through the cooling elements.
  • a cooling liquid can be, for example, water, in particular with additives, or a refrigerant.
  • a refrigerant the phase transition from liquid to gas is typically used.
  • suitable channels can be formed in the cooling elements for the cooling liquid.
  • the invention also relates to a motor vehicle that has an energy storage device as described herein.
  • the energy storage device all of the configurations described herein can be used.
  • the energy storage device can be arranged in particular in a floor area and/or under a passenger compartment of the motor vehicle.
  • cell terminals of the cells are fundamentally exposed to the environment.
  • the cell contact system is typically welded on during assembly. It can represent a complex geometric system that is difficult to seal. Since cell terminals have fundamentally different electrical voltage levels to one another, it can Simultaneous wetting of several terminals with conductive liquid can lead to compensating currents. This can lead to corrosion or other undesirable processes.
  • a flat seal of a module frame from the outside can be achieved with a simple, flat plastic film or a plastic cover, which is particularly easy to apply, for example, in a module concept with large, lying cylindrical cells.
  • the module frame is designed in such a way that the cell terminals are located within the frame.
  • a sealing adhesive for example one-component or two-component adhesive
  • the plastic cover in such a way that a snap-in geometry is formed at the edges, via which a seal is also achieved.
  • a circumferential seal of the cell can for accommodation in a plastic frame can be achieved with a simple circumferential seal on the side of a cell can, which is particularly easy to apply, for example, in a module concept with large, lying cylindrical cells.
  • Fig. 2 an embodiment of a seal
  • Fig. 3 another embodiment of a seal
  • Fig. 4 the seal of Fig. 3 in a different view
  • 5 a detail from an energy storage device with a closed opening
  • FIG. 6 shows a section of an energy storage device with a closed opening according to an alternative embodiment
  • FIG. 11 shows a detail from a further energy storage device with a protective film
  • FIG. 1 shows a purely schematic exploded view of an energy storage device 10 in a general form, exemplary embodiments being explained below on the basis of this energy storage device 10 .
  • the energy storage device 10 has two carriers 15, which are shown schematically on the side and ensure mechanical stability.
  • they can be part of a housing that is not shown in more detail.
  • they can be made of aluminum and can form a mass of the energy storage device 10 .
  • the energy storage device has a number of energy storage cells 20 .
  • these are designed as round cells and each have a longitudinal direction, which in the present case is transverse to the longitudinal extensions the carrier 15 extends.
  • the energy storage cells 20 are arranged such that their longitudinal directions are parallel to one another.
  • the energy storage cells 20 are arranged in two layers, with the upper layer being interrupted once in the middle, since a control element 60 is located at this point.
  • the controller 60 can perform tasks such as temperature monitoring or control of charge and drain functionality. This is not discussed in detail here.
  • Each energy storage cell 20 has a first longitudinal end 21 and a second longitudinal end 22 .
  • the longitudinal ends 21 , 22 are opposite to one another as viewed along the respective longitudinal axis of the energy storage cell 20 .
  • Respective first cell terminals 25 are arranged at the first longitudinal ends 21 which, as can be seen in FIG. 1 , are arranged directly adjacent to one another. These can form a plus or minus pole of the respective energy storage cell 20 and represent a connection of the energy storage cell 20. They typically have externally exposed electrical conductors to which, for example, wires or cell connectors can be connected.
  • Corresponding second cell terminals 26 are arranged on the second longitudinal end 22, but these are covered in FIG. 1 and therefore cannot be seen.
  • respective excess pressure outlet openings 28 are formed on the energy storage cells 20 on the face side. These represent areas with low wall thickness, so that in the event of a thermal event, hot particles are blown out at the excess pressure outlet opening.
  • the energy storage device 10 can thus be cooled by means of such a cooling liquid, it being possible, for example, for heat generated during charging or when electricity is drawn off to be dissipated.
  • Insulation elements 40 are arranged above and below the energy storage cells 20, which partially enclose the energy storage cells 20 and in the present case are formed from a thermally insulating foam. This allows thermal insulation of the energy storage device 10.
  • a first housing 100 and a second housing 200 are arranged to the side of the energy storage cells 20, i.e. adjacent to the longitudinal ends 21, 22.
  • Receptacles 110 are formed in the first housing 100, into which the first longitudinal ends 21 of the energy storage cells 20 can be inserted. This keeps the energy storage cells 20 in place.
  • Also formed in the second housing 200 are receptacles 210 into which the second longitudinal ends 22 of the energy storage cells 20 can be inserted. The energy storage cells 20 are also held therein.
  • a chamber 120 is arranged in the first housing 100 on the side facing the viewer in FIG. 1 .
  • the receptacles 110 open directly into these, and the chamber 120 in the embodiment shown is open to the outside, ie opposite to the energy storage cells 20 .
  • the chamber 120 extends over all receptacles 110, i.e. in the present case along the entire longitudinal extent of the housing 100.
  • a plurality of cell connectors 50 are provided for connecting the first cell terminals 25, which in the assembled state are located in the chamber 120 are arranged.
  • the energy storage cells 20 are connected up in the desired manner, parallel and/or series circuits being able to be implemented in a simple manner.
  • the chambers 120 are open to the outside, so that, for example, in the event of a leak in the cooling element 30 , escaping coolant can reach the cell connectors 50 . This can lead to corrosion or decomposition of the cooling liquid, for example. In order to avoid this, the measures described below can be provided. With regard to the elements to be seen in the figures described below, which can also be seen in FIG. 1, reference is made to the description of FIG. 1, unless specified in more detail below.
  • FIG. 2 shows a possible sealing of a chamber 120.
  • the basic installation situation of the energy storage cells 20 in the first housing 100 can be seen in FIG. 2a, with a bordered area being shown enlarged in FIG. 2b.
  • a seal 140 is provided within the housing 100 and in particular within a receptacle 110 .
  • this seal 140 is designed as an O-ring. It is arranged in a groove 145 which is formed in the receptacle 110 on the chamber side and defines the position of the seal 140 . If the energy storage cell 20 is pushed further to the left, starting from the state shown in FIG. 2 b , it engages in the chamber 120 and comes into contact with the seal 140 on the outside.
  • the chamber 120 is sealed against the ingress of water at its contact area with the energy storage cell 20 .
  • a watertight design can be achieved, for example up to a certain static pressure, or a seal against any splash water that may be present.
  • the seal 140 can in particular be made of an elastomer. It can also be designed as a sprayed-on two-component sealing element, for example such as has already been described above.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the seal 140.
  • the seal 140 is designed as a molded part 150, which consists of an elastomeric material.
  • Part of the molded part 150 is formed as a mat 152 , which represents a flat area with a thin, constant extension along the longitudinal axes of the energy storage cells 20 .
  • Also formed in the molding 150 are a plurality of annular portions 154 facing toward the first housing 100 as shown.
  • the ring-shaped areas 154 are designed in such a way that the energy storage cells 20 can be pushed through and can be inserted into the receptacles 110 together with the ring-shaped areas 154 in such a way that the respective ring-shaped area 154 lies between the energy storage cell 20 and the receptacle 110 .
  • a suitable choice of the geometric conditions can be used to achieve a compression such that the respective ring-shaped area 154 is pressed in between the energy storage cell 20 and the receptacle 110 .
  • a desired seal can be achieved at this point.
  • the mat 152 which is typically formed integrally with the annular portions 154, provides a seal.
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 3, ie with molded part 150, in an assembled state. It can be seen here that the ring-shaped areas 154 of the molded part 150 are arranged, as already mentioned, between the energy storage cell 20 and the receptacle 110 or the section of the housing 100 that forms the receptacle 110 and are pressed in at this point.
  • a cell connector 50 can be seen on the left, which is arranged in the chamber 120 and ensures the connection of two energy storage cells 20 in the present case.
  • An opening 130 of chamber 120 is presently open, but may be closed and sealed as described in more detail below.
  • FIG. 5 shows an embodiment similar to that of FIG. 2b, two energy storage cells 20 being arranged in respective receptacles 110 in the present case. These are each sealed with a seal 140 designed as an O-ring in the respective receptacle 110 .
  • the first cell terminals 25 thereby extend into the chamber 120 passing through respective passageways 115 .
  • the passages 115 are formed in the first housing 100 .
  • a cell connector 50 is arranged in the chamber 120 .
  • the chamber 120 has an opening 130 which is closed by means of a cover element 160 in the embodiment shown in FIG. The cover member 160 is placed and attached to the first housing 100 accordingly.
  • a plastic welding process was used to attach the cover element 160 to the first housing 100 , so that welding beads 170 have formed between the first housing 100 and the cover element 160 .
  • These welding beads 170 seal the connection between cover element 160 and first housing 100 with the desired sealing effect.
  • the combination of seal 140 and cover element 160 can thus achieve an overall sealing of chamber 120, ie chamber 120 is completely sealed at least to the desired degree. For example, this can mean a complete seal up to a certain static pressure or a complete seal against splashing water.
  • the molded part 150 could also be used for sealing on the side of the energy storage cells 20.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment compared to FIG. 5, in which the cover element 160 is not attached to the first housing 100 by means of plastic welding, but rather by snapping.
  • the cover element 160 has a snap-in geometry 165 and the first housing 100 has a complementary recess 180 .
  • Snap-in geometry 165 and recess 180 are designed in such a way that the desired sealing effect is produced by the forces generated during snap-in.
  • This embodiment of the covering element 160 can also be combined with other embodiments of a cell-side seal.
  • the sealing concepts that have been described so far can be used oppositely, i.e. on the second housing 200.
  • the corresponding versions can, for example, be mirror-symmetrical to the versions shown.
  • a protective film can, in particular, be in addition to those referred to in the preceding figures described sealing measures are used. However, it can also be used independently.
  • FIG. 7 shows a section of an energy storage device 10, an energy storage cell 20 with a cell connector 50 attached thereto and an adjacent carrier 15 being shown.
  • the energy storage cell 20 has an overpressure outlet opening 28 which is aligned in such a way that in the event of a thermal event, fast and hot particles 29 are ejected in the direction of the carrier 15. Without suitable protection, these could lead to a short circuit to the carrier 15 used as ground.
  • a protective film 300 is arranged between the energy storage cell 20 and the carrier 15 so that the particles 29 mentioned do not reach the carrier 15 .
  • the protective film 300 is made in particular from polyethylene as the carrier material and mica applied thereto, with such a protective film 300 having particularly advantageous properties in that it withstands a particle stream, which has a temperature of 1,200° C., for example, for a relevant period of time of, for example, 60 s can.
  • the mechanical strength and the electrical insulation are typically not lost in the process. The short circuit mentioned can thereby be prevented and further malfunctions due to the thermal events can be avoided.
  • the protective film also extends transversely to the plane of the paper.
  • FIG. 8 shows an embodiment similar to FIG. 5, the carrier 15 and a protective film 300 arranged in between being additionally shown.
  • the Protective film 300 is attached freely between carrier 15 and cover plate 160, with a corresponding attachment not being shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment compared to FIG. 8, the protective film 300 being applied directly to the cover element 160.
  • the cover element 160 thus serves as a holder for the protective film 300.
  • the protective film 300 can, for example, be glued on or fastened by means of a screw connection.
  • only the protective film 300 could also be used, which can then in particular also take on the function of the cover element 160.
  • FIG. 10 shows an alternative embodiment, in which, in contrast to the embodiments in FIGS. 8 and 9, the protective film 300 is applied directly to the carrier 15.
  • FIG. too, it can, for example, be glued on or fastened by means of a screw connection.
  • FIG. 11 shows an embodiment that is modified compared to FIG. 10 in that a prismatic cell 20 is used instead of round cells 20 .
  • the protective film 300 can advantageously be used to contain the effect of thermal events, with the other embodiments shown or described also being possible in this case.
  • FIG. 12 shows an energy storage device 10 according to an alternative embodiment. This partially represents an assembled state of the embodiment of FIG. 1.
  • a cover element 160 is attached to the side of the first housing 100, which does not completely seal the chamber 120 as in the other embodiments described so far, but is open at the top.
  • a fully watertight design of the chamber 120 is not achieved. Rather, protection against the ingress of water is achieved up to a fill level which is defined by the upper edge of the cover element 160 .
  • Such an embodiment can, for example, enable better venting of the chamber 120 and at the same time offer protection against water, which can escape from a cooling system, for example, up to an expected level.
  • the safety of electrical energy storage devices can be increased overall by the described embodiments for sealing chambers and/or the use of protective films, and in particular the resistance to leaking cooling liquid and/or thermal events can be improved.
  • the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the/an energy storage cell, the/a seal, etc.), the plurality should also be disclosed at the same time (e.g. the at least one energy storage cell, the at least one seal , Etc.).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung (10) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend eine oder mehrere Energiespeicherzellen (20), einen oder mehrere Träger (15) und eine oder mehrere Schutzfolien (300), die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen (20) und den einen oder mehreren Trägern (15) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit der Energiespeichereinrichtung (10).

Description

Energiespeichereinrichtung und Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichereinrichtung.
Energiespeichereinrichtungen weisen typischerweise mehrere Energiespeicherzellen auf, wobei derartige Energiespeicherzellen beispielsweise zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein können.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie bzw. Erfindung, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit einer Energiespeichereinrichtung zu erhöhen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend (i) eine oder mehrere Energiespeicherzellen, (ii) zweckmäßig einen oder mehrere Träger und (iii) zweckmäßig eine oder mehrere Schutzfolien, die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen und den einen oder mehreren Trägern angeordnet sind.
Durch die Verwendung solcher Schutzfolien kann für den Fall eines thermischen Ereignisses die Sicherheit erhöht werden. Im Fall eines solchen thermischen Ereignisses kann beispielsweise eine Energiespeicherzelle elektrisch leitfähige Partikel mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur ausstoßen, wodurch beispielsweise ein Kurzschluss zu einem Träger entstehen kann. Durch die Verwendung von einer oder mehreren Schutzfolien an den angegebenen Stellen oder an der angegebenen Stelle kann ein solcher Kurzschluss verhindert werden und die Wirkung eines thermischen Ereignisses somit deutlich verringert werden.
Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für eine (Traktions-)Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. Die Energiespeicherzellen können insbesondere zum elektrochemischen Speichern von Energie ausgebildet sein. Der oder die Träger können insbesondere dazu ausgebildet sein, für Stabilität und Befestigung außerhalb der Energiespeicherzellen zu sorgen. Es handelt sich somit bei den Trägem typischerweise nicht um diejenigen Elemente, welche die Energiespeicherzellen unmittelbar an einer Karosserie oder an einer anderen Struktur befestigen. Die Träger können beispielsweise langgestreckt sein, können beispielsweise ein bestimmtes Querschnittsprofil haben, und/oder sie können beispielsweise aus einem leitfähigen Material wie Stahl oder Aluminium ausgebildet sein.
Die Schutzfolien können insbesondere Folien sein, welche flächig ausgebildet sind und insbesondere flexibel ausgebildet sein können. Sie können somit einfach und flexibel angeordnet werden. Sie können insbesondere zur Verhinderung eines elektrischen Kontakts zwischen Energiespeicherzellen und Träger für den Fall eines thermischen Ereignisses sorgen. Auf beispielhafte Ausführungen wird weiter unten näher eingegangen werden.
Die Schutzfolien können insbesondere bis mindestens 800 °C, bis mindestens 1.000 °C oder bis mindestens 1.200 °C temperaturbeständig sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass für einen vorbestimmten Zeitraum von beispielsweise 30 s oder 60 s eine solche Temperatur überstanden wird, ohne dass es zu Veränderungen in der mechanischen Beständigkeit oder der chemischen Zusammensetzung einer solchen Schutzfolie kommt.
Die Träger können insbesondere eine elektrische Masse der Energiespeichereinrichtung bilden. Dies erlaubt die Verwendung einer verhältnismäßig schweren und/oder massigen Struktur zur Bereitstellung einer elektrischen Masse. Durch die erwähnten Schutzfolien kann insbesondere verhindert werden, dass es in einem Fehlerfall zu einem Kurzschluss aufgrund der Verwendung einer solchen elektrischen Masse kommt.
Die Schutzfolie oder die Schutzfolien können insbesondere elektrisch isolierend sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sie einer Spannung von beispielsweise 3.000 V für einen Zeitraum von beispielsweise 60 s widerstehen können. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt.
Insbesondere kann die Schutzfolie oder können die Schutzfolien thermisch isolierend sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass eine Schutzfolie für den Zeitraum von beispielsweise 60 s einer Temperatur von 1 .200 °C ausgesetzt werden kann, ohne dabei die elektrische Isoliereigenschaft zu verlieren.
Mit den erwähnten Werten kann insbesondere ein besonders zuverlässiger Schutz für typische Anwendungen erreicht werden. Auch andere Werte sind jedoch möglich. Die Schutzfolie oder die Schutzfolien können insbesondere ein Trägermaterial und eine oder zwei auf das Trägermaterial aufgebrachte Schichten umfassen. Derartige Ausführungen haben sich als stabil und für die hier relevante Anwendung besonders geeignet erwiesen.
Die Schicht oder die Schichten können insbesondere aus Glimmer, echtem Glimmer oder Mica ausgebildet sein. Derartige Materialien haben eine besonders hohe elektrische und thermische Isolationseigenschaft, welche auch unter Einwirkung von heißen, schnellen Partikeln, wie hier relevant, nicht verloren geht. Unter echtem Glimmer kann beispielsweise gewöhnlicher Kaliumglimmer, ungewöhnlicher Kaliumglimmer oder Nicht-Kaliumglimmer verstanden werden. Derartige Materialien können insbesondere verwendet werden.
Das Trägermaterial kann insbesondere aus Polyethylen ausgebildet sein. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da es besonders reißfest und temperaturbeständig ist.
Auch andere Materialien als die genannten können jedoch verwendet werden, insbesondere wenn sie geeignete Schutzeigenschaften haben.
Die eine oder mehreren Schutzfolien können insbesondere eine Dicke von mindestens 0,05 mm oder mindestens 0,1 mm haben. Eine derartige Untergrenze hat sich bezüglich der hier relevanten Eigenschaften als vorteilhaft herausgestellt.
Die eine oder mehreren Schutzfolien können insbesondere eine Dicke von höchstens 0,1 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,3 mm haben. Für typische Anwendungen ist keine größere Dicke erforderlich, um die hier relevanten Eigenschaften zu erreichen, so dass auf eine größere Dicke verzichtet werden kann und somit Bauraum eingespart werden kann.
Die eine, einige oder alle Schutzfolien können insbesondere auf mindestens einem der Träger aufgebracht sein. Somit wird der Träger unmittelbar geschützt und kann zudem zur Befestigung der Schutzfolien verwendet werden. Die Schutzfolie kann beispielsweise auf dem Träger aufgeklebt sein. Der oder die Träger können auch ganz oder teilweise mit der Schutzfolie oder einigen oder allen der Schutzfolien überzogen sein. Dies kann beispielsweise durch geeignete Beschichtungsverfahren erfolgen.
Insbesondere kann eine den Energiespeicherzellen zugewandte Oberfläche eines Trägers mit einer Schutzfolie ganz oder teilweise überdeckt sein.
Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Schutzfolien mit Abstand zu den Trägem angeordnet. Dadurch kann eine Schutzwirkung schon vor dem jeweiligen Träger erreicht werden, wodurch beispielsweise noch weitere Elemente geschützt werden können.
Gemäß einer Ausführung kann die Energiespeichereinrichtung eines oder mehrere Gehäuse aufweisen, in denen eine oder mehrere Kammern ausgebildet sind, in die sich die Energiespeicherzellen insbesondere partiell erstrecken. Diesbezüglich kann auf die in dieser Anmeldung gegebene Beschreibung zu Gehäusen und die anwendbaren Ausführungen verwiesen werden. Die offenbarten Varianten können auch hier entsprechend angewandt werden. Ein solches Gehäuse kann insbesondere zur unmittelbaren Halterung der Energiespeicherzellen dienen und kann überdies die Kammern ausbilden, welche insbesondere gegen Eindringen von Wasser abgedichtet werden können, wie bereits an anderer Stelle erwähnt. Gemäß einer Ausführung können eine, einige oder alle Schutzfolien auf einem oder mehreren der Gehäuse aufgebracht sein. Dadurch kann unmittelbar nahe an den Energiespeicherzellen eine Schutzwirkung erreicht werden.
Die erwähnten Anordnungen von Schutzfolien, also insbesondere das unmittelbare Aufbringen auf einen Träger, die Anordnung beabstandet zum Träger und das Aufbringen auf ein Gehäuse, können in einer Ausführung insbesondere auch miteinander kombiniert werden.
Insbesondere können eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung aufweisen, die durch ein Abdeckelement ganz oder teilweise wasserdicht abgedichtet ist. Diesbezüglich sei auf die an anderer Stelle gegebene Beschreibung verwiesen. Eines, einige oder alle Abdeckelemente können insbesondere durch eine jeweilige Schutzfolie gebildet werden. Mit anderen Worten kann die Schutzfolie unmittelbar als Abdeckelement verwendet werden, d.h. sie erfüllt nicht nur die bereits beschriebene Schutzfunktion bei einem thermischen Ereignis, sondern dichtet auch die Kammer ab, insbesondere gegen das Eindringen von Wasser. Auf die an anderer Stelle gegebenen Ausführungen zum Abdeckelement sei verwiesen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine, einige oder alle Schutzfolien auf jeweils mindestens einem Abdeckelement aufgebracht sind. Typischerweise kann dabei das Abdeckelement eine Abdichtung gegen Eindringen von Wasser bewirken, und die Schutzfolie erreicht die bereits weiter oben erwähnte Schutzfunktion bei thermischen Ereignissen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Falle eines solchen thermischen Ereignisses das Abdeckelement zwar beschädigt wird, die Schutzfolie jedoch ausströmende heiße Partikel zurückhält, so dass ein Kurzschluss gegenüber umliegenden Trägem verhindert wird. Gemäß einer Ausführung können eine, einige oder alle Energiespeicherzellen mindestens eine Überdruck-Austrittsöffnung aufweisen, wobei zwischen einer, einigen oder allen Überdruck- Austrittsöffnungen und mindestens einem Träger eine Schutzfolie angeordnet ist. Dadurch kann die jeweilige Schutzfolie besonders vorteilhaft platziert werden, wobei sie insbesondere zwischen einer Überdruck- Austrittsöffnung und einem Träger eine besonders vorteilhafte Schutzwirkung erreichen kann. Insbesondere kann sie einen vollständigen Querschnitt zwischen der Überdruck-Austrittsöffnung und einem Träger, beispielsweise einem Träger des Querschnitts, abdecken. Sie kann damit insbesondere verhindern, dass aus der Überdruck-Austrittsöffnung ausgestoßene Partikel den Träger erreichen. Unter einer Überdruck-Austrittsöffnung kann insbesondere eine Öffnung oder zumindest ein schwächer und/oder mit Sollbruchstelle ausgeführter Abschnitt einer Seitenwand einer Energiespeicherzelle verstanden werden, wobei eine solche Überdruck- Austrittsöffnung typischerweise im Fall eines thermischen Ereignisses dazu dient, ausströmende Partikel in eine bestimmte Richtung ausströmen zu lassen. Diese Richtung kann bei der Anordnung von Schutzfolien wie erwähnt berücksichtigt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung können eine, einige oder alle Schutzfolien einen Querschnitt zwischen einem Träger und einer oder mehreren Energiespeicherzellen vollständig abdecken. Sie können auch darüber vorstehen. Dabei kann insbesondere eine gedachte dreidimensionale Struktur betrachtet werden, welche durch äußere Ränder von Träger einerseits und Energiespeicherzelle(n) andererseits definiert wird. Quer zu einer gedachten Längserstreckung einer solchen dreidimensionalen Struktur und/oder parallel zu einer auf die Energiespeicherzellen zuweisenden Oberfläche des Trägers und/oder parallel zu einer Stirnseite der Energiespeicherzelle kann dann der Querschnitt an einer Stelle entlang der Längserstreckung betrachtet werden, welcher durch die gedachte dreidimensionale Struktur definiert wird.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere als Rundzellen ausgeführt sein und/oder Längsachsen der Energiespeicherzellen können insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, wobei auf die an anderer Stelle gegebene Beschreibung verwiesen sei. Auch andere Ausführungen von Energiespeicherzellen und deren Anordnung können jedoch verwendet werden. Insbesondere können auch Pouch-Zellen oder prismatische Zellen verwendet werden.
Die Energiespeicherzellen können somit beispielsweise auch als prismatische Zellen ausgeführt sein.
Die Träger können insbesondere die Energiespeichereinrichtung mechanisch stabilisieren. Hierzu können sie beispielsweise aus Metall wie beispielsweise Aluminium ausgebildet sein. Außerdem können sie beispielsweise ein geeignetes Querschnittsprofil, beispielsweise ein Rechteckprofil, aufweisen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben aufweist. Damit können die bereits erwähnten Vorteile erreicht werden. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere in einem Bodenbereich und/oder unter einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Mit anderen Worten wurde erkannt, dass Zellterminals, also beispielsweise Plus- und Minus-Pole einer Zelle, bzw. ström- und spannungsführende Zellverbinder örtlich sehr nahe zu einem mechanischen Strukturbauteil aus Aluminium (elektrische Masse) sein können und es somit zu sehr geringen Abständen der spannungsführenden Bauteile und der elektrischen Masse kommen kann. Beispielsweise bei einem 800 V-Speichersystem können die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken-Abständen wichtig sein, um Isolationsfehler, Kurzschlüsse oder andere Fehler zu vermeiden.
Seitliche Terminals können beispielsweise zur Folge haben, dass auch Zellvents bzw. Überdruck-Austrittsöffnungen auf der Seite der Zelle positioniert sein können. Diese fungieren als Überdruckventil der Zelle und im Fall eines Thermal Runaways einer Zelle können eine relativ große Menge ( > 200 g) elektrisch leitender Partikel mit sehr großem Druck (> 7 bar), hoher Geschwindigkeit (ungefähr 300 m/s) und hoher Temperatur ( > 1 .000 °C) aus der Zelle ausgestoßen werden. Der Partikelstrom bei diesem Typ Zellmodul kann dann in dem geringen Abstand zwischen der Aluminiumquerstrebe und den vielen Terminals und Zellverbindern fließen.
Es wird beispielsweise vorgeschlagen, eine Barriere in Form eines Bauteils, das sowohl elektrisch als auch hochtemperaturbeständig thermisch isolierend wirkt, auf die Seite des Zellmoduls aufzubringen und damit zwischen der Querstrebe und den Terminals zu verorten. Eine besonders kostengünstige und platzsparende Ausführung kann beispielsweise durch ein Mica-Klebeband (beispielsweise dünner als 0,1/0, 2 mm), das sehr temperaturbeständig ( > 1.000 °C) ist, erfolgen. Alle anderen Materialien mit ähnlichen Eigenschafen kommen ebenfalls infrage.
Ein thermischer Fehlerfall ist regelmäßig ein Fehlerfall, bei dem eine exotherme chemische Reaktion auftritt. Ein solcher Fehlerfall kann auch ein thermisches Ereignis (englisch „Thermal Runaway“) sein. Der Fehlerfall kann insbesondere ein Ereignis sein, das eine nicht betriebsgemäße und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in den Einzelzellen bewirkt. Es könnte dabei unter Umständen eine Propagation einsetzen. Ein solcher Fehlerfall kann beispielsweise durch einen internen Kurzschluss in einer Einzelzelle oder durch eine Überhitzung verursacht werden.
Die elektrische Energiespeichereinrichtung ist insbesondere eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere um mindestens eine elektrische (Traktions-) Antriebsmaschine anzutreiben. Die Energiespeichereinrichtung umfasst typischerweise mehrere Energiespeicherzellen, welche jeweils als Einzelzellen ausgebildet sind, und typischerweise eine Vielzahl solcher Einzelzellen, die die elektrochemischen Energiespeicherzellen ausbilden. In der Regel sind eine Vielzahl an Einzelzellen vorgesehen. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Hochvoltspeicher bzw. eine Hochvolt-Batterie sein.
Typischerweise umfasst die Energiespeichereinrichtung mindestens ein Speichergehäuse. Das Speichergehäuse ist zweckmäßig eine Einhausung, die zumindest die Hochvoltkomponenten der Energiespeichereinrichtung umgibt. Zweckmäßig ist das Speichergehäuse gasdicht ausgebildet, so dass eventuell aus den Speicherzellen austretende Gase abgefangen werden. Vorteilhaft kann das Gehäuse zum Schutz vor Überhitzung, Kontaktschutz, Intrusionsschutz und/oder zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub dienen.
Das Speichergehäuse kann zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt sein. Insbesondere kann es aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung ausgebildet sein. In dem mindestens einen Speichergehäuse der Energiespeichereinrichtung können mindestens eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufgenommen sein: Energiespeicherzellen, Bauelemente der Leistungselektronik, Schütz(e) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Kraftfahrzeug, Kühlelemente, elektrische Leiter, Steuergerät(e). Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zu kühlende Elemente aufweisen, insbesondere Energiespeicherzellen und/oder Bauelemente der Leistungselektronik der Energiespeichereinrichtung. Zweckmäßig werden die Bauteile vor der Montage der Baugruppe in das Kraftfahrzeug vormontiert.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere als Rundzellen zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein. Eine Rundzelle ist in der Regel in einem zylinderförmigen Zellengehäuse (englisch „cell can“) aufgenommen. Kommt es zur betriebsbedingten Ausdehnung der Aktivmaterialien der Rundzelle, so wird das Gehäuse im Umgebungsbereich auf Zug beansprucht. Vorteilhaft können somit vergleichsweise dünne Gehäusequerschnitte die aus dem Aufschwellen resultierenden Kräfte kompensieren. Bevorzugt ist das Zellengehäuse aus Stahl bzw. einer Stahllegierung hergestellt.
Typischerweise können in den Energiespeicherzellen Entgasungsöffnungen dazu vorgesehen sein, entstehende Gase aus dem Zellengehäuse entweichen zu lassen. Es kann aber auch nur eine Entgasungsöffnung pro Speicherzelle bzw. Rundzelle vorgesehen sein. Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine Entgasungsöffnung pro Rundzelle in der Einbaulage zum äußeren Schweller hin entgasend angeordnet. Die Entgasungsöffnung kann auch als Überdruck-Austrittsöffnung bezeichnet werden.
Bevorzugt weist das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen einen Wert zwischen 5 und 30, bevorzugt zwischen 7 und 15, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 11 auf. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Zellengehäuses der Rundzelle im Zähler und dem Durchmesser des Zellengehäuses der Rundzelle im Nenner. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Rundzellen beispielsweise einen (Außendurchmesser von ca. 45 mm bis 55 mm aufweisen. Ferner vorteilhaft können die Rundzellen eine Länge von 360 mm bis 1.100 mm, bevorzugt von ca. 450 mm bis 600 mm, und besonders bevorzugt von ca. 520 mm bis 570 mm aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung verlaufen die Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen in ihrer Einbaulage im Wesentlichen parallel (d.h. parallel, eventuell mit Abweichungen, die für die Funktion unerheblich sind) zur Fahrzeugquerachse Y. Die Fahrzeugquerachse ist diejenige Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und horizontal verläuft. Die Energiespeicherzellen können jedoch auch parallel zur Fahrzeuglängsachse X verlaufen. Sie können auch andersartig angeordnet sein.
Die Energiespeicherzellen sind typischerweise innerhalb des Speichergehäuses in Richtung der Fahrzeughochachse Z in mehreren Lagen angeordnet. Die Fahrzeughochachse ist dabei die Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und vertikal verläuft. Eine Lage von Energiespeicherzellen ist dabei insbesondere eine Vielzahl an Energiespeicherzellen, die in einer gleichen Ebene im Speichergehäuse verbaut sind und im Wesentlichen denselben Abstand zum Boden des Speichergehäuses aufweisen. Vorteilhaft variiert die Anzahl an Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse X. Gemäß einer Ausführung kann das Speichergehäuse eine Oberseite aufweisen, die in ihrer äußeren Gehäusekontur an die untere Innenkontur einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angepasst ist, wobei in der Einbaulage die Gesamthöhe der mehreren Lagen zur Anpassung an die Gehäusekontur in Richtung der Fahrzeuglängsachse dadurch variiert wird, dass in einem ersten Bereich einer Lage unmittelbar benachbarte Rundzellen der Lage in der Einbaulage in Richtung der Fahrzeuglängsachse weiter voneinander beabstandet sind als unmittelbar benachbarte Rundzellen in einem zweiten Bereich derselben Lage, so dass vorteilhaft im ersten Bereich eine weitere Rundzelle einer anderen Lage weiter in einem von den im ersten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten ersten Zwischenbereich eindringt als eine identisch ausgebildete weitere Rundzelle der anderen Lage, die in einem von im zweiten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten zweiten Zwischenbereich eindringt. Die Gesamthöhe der mehreren Lagen bemisst sich vom Boden des Speichergehäuses bis zum oberen Ende der obersten Lage an der jeweiligen Stelle im Speichergehäuse. Die Innenkontur der Fahrgastzelle ist die Kontur, die den einem Fahrzeugnutzer zugänglichen Innenraum der Fahrgastzelle begrenzt. Insbesondere kann die Gehäusekontur derart an die Innenkontur angepasst sein, dass zwischen der Oberseite des Speichergehäuses und der Innenkontur der Fahrgastzelle ein zweckmäßig gleichbleibender Spalt vorgesehen ist, der bevorzugt weniger als 15 cm oder weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm beträgt.
Gemäß einer Ausführung kann sich mindestens eine in der Einbaulage der Energiespeichereinrichtung unterste Lage der mehreren Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse von einem in der Einbaulage am vorderen Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden vorderen Fußbereich des Speichergehäuses bis zu einem Sitzbereich des Speichergehäuses erstrecken, wobei der Sitzbereich an die Rücksitzbank des Kraftfahrzeugs angrenzt.
Gemäß einer Ausführung können in zumindest einem der am vorderen oder hinteren Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden Fußbereiche des Speichergehäuses weniger Lagen angeordnet sein als in einem Sitzbereich des Speichergehäuses, wobei der Sitzbereich an den Vordersitzen und/oder den Rücksitzen (zum Beispiel Einzelsitze oder Rücksitzbank) des Kraftfahrzeugs angrenzt. Vorteilhaft kann also vorgesehen sein, dass beispielsweise im vorderen und/oder hinteren Fußbereich lediglich eine unterste Lage an Energiespeicherzellen im Speichergehäuse vorgesehen ist, wohingegen im vorderen und/oder hinteren Sitzbereich mehrere Lagen übereinandergestapelt vorgesehen sind. Das hat den Vorteil, dass insbesondere der Bauraum unterhalb der Vordersitze bzw. unterhalb der Rücksitze effizienter genutzt werden kann, um somit die elektrische Speicherkapazität des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Energiespeicherzellen einer Lage durch einen über die Mehrzahl an Energiespeicherzellen derselben Lage aufgebrachten Klebstoff miteinander verbunden sind. Zweckmäßig kann der Klebstoff erst aufgebracht werden, nachdem die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage zueinander positioniert worden sind, beispielsweise nach dem Anordnen der Energiespeicherzellen in das Speichergehäuse. Vorteilhaft können somit die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage kostengünstig und platzsparend relativ zueinander fixiert werden. Als Klebstoff kann beispielsweise Polyurethan, Polyamid oder Polyethylen eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführung können zwischen zumindest zwei Lagen der Energiespeicherzellen Kühlelemente zur Kühlung der Energiespeicherzellen vorgesehen sein, die bevorzugt zumindest teilweise wellenförmig im Querschnitt senkrecht zur Fahrzeugquerachse Y ausgebildet sein können. In einer Ausgestaltung können die Kühlelemente an einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.
Im Folgenden werden weitere technische Aspekte und Ausgestaltungen beschrieben, die unabhängig sind von anderen hierin beschriebenen Erfindungsaspekten, insbesondere betreffend die Verwendung von Schutzfolien. Sie können jedoch damit kombiniert werden.
Diese technischen Aspekte betreffen eine Energiespeichereinrichtung, umfassend (i) mehrere Energiespeicherzellen und (ii) zweckmäßig eine oder mehrere Kammern, in die sich die Energiespeicherzellen partiell erstrecken. Eines, einige oder alle Zellterminals der Energiespeicherzellen sind zweckmäßig in den einen oder mehreren Kammern angeordnet.
Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Kammern an den sich hinein erstreckenden Energiespeicherzellen mittels einer oder mehrerer Dichtungen gegen Eindringen von Wasser abgedichtet.
Gemäß einer Ausführung weisen eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung auf, die von einem Abdeckelement gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen ist.
Mittels einer solchen Ausführung können die Zellterminals zumindest partiell gegen Wasser geschützt werden. Wasser kann beispielsweise zu einer Energiespeichereinrichtung gelangen, wenn es von außen eindringt oder wenn ein Kühlsystem ein Leck aufweist. Durch die hier offenbarte Ausführung kann ein Kontakt des Wassers mit den Zellterminals der Energiespeicherzellen verhindert werden, so dass unerwünschte Effekte wie beispielsweise Kurzschlüsse oder die Bildung von Wasserstoff verhindert werden.
Unter einer Abdichtung einer Kammer oder eines anderen Elements gegen Eindringen von Wasser kann beispielsweise eine wasserdichte Ausführung verstanden werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass bis zu einem vorgegebenen Druck von beispielsweise 1 , 5 oder 10 bar kein Wasser in die Kammer oder an einer bestimmten Stelle eindringen kann. Unter einer Abdichtung gegen Eindringen von Wasser kann jedoch beispielsweise alternativ auch ein Schutz gegen Spritzwasser verstanden werden, so dass beispielsweise zumindest bei einem Anspritzen mit Spritzwasser bis zu einem gewissen Druck kein Wasser in die Kammer eindringt. Die jeweilige Ausführung kann insbesondere abhängig davon gewählt werden, mit welcher Wasserbelastung realistischerweise zu rechnen ist. Wird die Energiespeichereinrichtung beispielsweise an einem Ort eingebaut, an welchem regelmäßig umgebendes Wasser zu erwarten ist, beispielsweise weil die Energiespeichereinrichtung ohne weitere Umhüllung unterhalb der Wattiefe eines Kraftfahrzeugs liegt oder es sich um ein schwimmfähiges Fahrzeug handelt, so kann beispielsweise eine wasserdichte Ausführung gewählt werden. Soll die Abdichtung insbesondere für den Fall vorgesehen sein, dass ein Kühlsystem leckt, kann die zu erwartende Wassermenge abgeschätzt werden und abhängig davon die Abdichtung ausgeführt werden.
Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere elektrische Energie zum Betrieb einer (Traktions-)Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs speichern. Auch für andere Zwecke kann sie jedoch verwendet werden. Jede Energiespeicherzelle weist typischerweise eine jeweilige Umhüllung oder sonstige Eingrenzung auf, wobei die Energiespeicherzellen zumindest vor dem Zusammenbau der Energiespeichereinrichtung typischerweise separat handhabbar sein können. Insbesondere kann jede Energiespeicherzelle zwei Zellterminals aufweisen, wovon eines den Plus-Pol und eines den Minus-Pol darstellt. Die Zellterminals sind typischerweise mit nach außen hin freiliegenden elektrischen Leitern ausgeführt, so dass beim Kontakt dieser Leiter mit Wasser grundsätzlich ein Stromfluss möglich ist.
Die Kammern können beispielsweise in einem Gehäuse ausgebildet sein, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird. Die Kammern können auch Bestandteil eines anderen Elements sein, welches insbesondere auch weitere Funktionen haben kann, wie beispielsweise Versteifungs- oder Tragefunktionen. Typischerweise erstreckt sich ein Ende einer jeweiligen Energiespeicherzelle in eine der Kammern, wobei die Kammer typischerweise dadurch an der entsprechenden Stelle verschlossen wird. Eine Kammer weist typischerweise für jede aufzunehmende Energiespeicherzelle eine offene Aufnahme auf, in welche eine Energiespeicherzelle aufgenommen werden kann.
Darunter, dass sich eine Energiespeicherzelle partiell in eine Kammer erstreckt, kann insbesondere verstanden werden, dass ein Teil der Energiespeicherzelle, insbesondere ein an ein Längsende angrenzender Teil, in der Kammer oder einer daran angrenzenden Aufnahme enthalten ist und der Rest der Energiespeicherzelle daraus hervorsteht.
Grundsätzlich kann jeder Raum, welcher ganz oder zumindest teilweise umschlossen ist und in welchen sich mindestens eine Energiespeicherzelle hineinerstrecken kann, als Kammer verstanden werden. Bei der hier offenbarten Ausführung kann eine solche Kammer insbesondere gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise abgedichtet sein, wie an anderer Stelle erwähnt.
Es können alle Zellterminals in einer der Kammern aufgenommen sein, oder es können auch einige Zellterminals nicht in Kammern aufgenommen sein. Dies hängt davon ab, ob alle Zellterminals geschützt werden sollen oder ob nur ein Teil der Zellterminals geschützt werden soll.
Gemäß einer Ausführung weist die Energiespeichereinrichtung ein erstes Gehäuse auf, in dem eine, einige oder alle Kammern ausgebildet sind. Ein solches Gehäuse kann beispielsweise ein Gehäuse sein, welches spezifisch innerhalb der Energiespeichereinrichtung zur Aufnahme und/oder Halterung der Energiespeicherzellen und/oder zur Ausbildung der Kammern verwendet wird. Es kann sich jedoch auch um ein Gehäuse mit weiteren Aufgaben wie beispielsweise der Herstellung von Stabilität oder Sicherheit, beispielsweise gegenüber Seitenaufprallereignissen oder sonstigen Unfallereignissen, handeln. Die Kammern können insbesondere als Hohlräume in dem Gehäuse ausgebildet werden, wobei dies beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden Werkzeugs, beispielsweise beim Spritzgießen, oder durch Zerspanen erfolgen kann.
In das erste Gehäuse können sich insbesondere erste Längsenden der Energiespeicherzellen erstrecken. Beispielsweise kann jede Energiespeicherzelle ein jeweiliges erstes Längsende und ein gegenüberliegendes jeweiliges zweites Längsende aufweisen. Die ersten Längsenden können beispielsweise nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise wenn sich die Energiespeicherzellen parallel zueinander erstrecken. Beispielsweise kann an jedem Längsende jeweils genau ein Zellterminal angeordnet sein, oder es können auch zwei Zellterminals an einem Längsende angeordnet sein.
Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um einen Modulrahmen handeln. Ein solcher Modulrahmen kann beispielsweise auch zur Befestigung der Energiespeicherzellen dienen. Er kann beispielsweise entlang benachbart zueinander angeordneter Längsenden der Energiespeicherzellen verlaufen bzw. sich erstrecken.
Gemäß einer Ausführung weist die Energiespeichereinrichtung ein zweites Gehäuse auf, in dem eine oder einige der Kammern ausgebildet sind. Die Erläuterungen zum ersten Gehäuse gelten für das zweite Gehäuse entsprechend. Insbesondere können sich in Kammern des zweiten Gehäuses zwei der Längsenden der Energiespeicherzellen erstrecken, die ersten Längsenden gegenüberliegen. Somit kann das zweite Gehäuse eine entsprechende Funktion wie das erste Gehäuse haben, welche beispielhaft bereits beschrieben wurde. Insbesondere können die beiden Gehäuse die Energiespeicherzellen, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein können, jeweils beidseitig halten und/oder für die Energiespeicherzellen jeweilige Kammern ausbilden, welche gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sind.
Insbesondere können eines der Gehäuse oder beide Gehäuse als Halterung der Energiespeicherzellen ausgeführt sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Gehäuse oder die Gehäuse die Energiespeicherzellen so befestigen, dass sie relativ zum Gehäuse bzw. zu einer das oder die Gehäuse umgebenden Struktur wie beispielsweise einer Karosserie in Position halten. Dies kann insbesondere durch eine mechanische Befestigung erfolgen, wobei beispielhafte Ausführungen weiter unten gegeben werden.
Gemäß einer Ausführung sind die Energiespeicherzellen als Rundzellen ausgeführt. Hierfür hat sich die hierin beschriebene Ausführung besonders bewährt, da Rundzellen einfach eingeführt werden können und in einfacher Weise vor Wasser geschützt werden können. Grundsätzlich können jedoch auch andere Ausführungen von Zellen verwendet werden.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere jeweils ein erstes Zellterminal und ein zweites Zellterminal aufweisen. Das erste Zellterminal und das zweite Zellterminal können insbesondere an entgegengesetzten Längsenden der Energiespeicherzellen angeordnet sein. Dies entspricht einer Ausführung von Energiespeicherzellen, beispielsweise als Rundzellen, bei welcher die Zellterminals nicht benachbart zueinander sind, sondern bei welcher sich beispielsweise ein Plus-Pol an einem Längsende befindet und sich ein Minus-Pol am gegenüberliegenden Längsende befindet. Dies erlaubt beispielsweise einfache Verschaltungen mittels Zellverbindern, wobei solche Zellverbinder in einfacher Weise sowohl eine Parallelschaltung wie auch eine Serienschaltung oder Kombinationen davon realisieren können.
Insbesondere können Längsachsen der Energiespeicherzellen parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies erlaubt eine einfache und besonders platzsparende Anordnung. Ebenso ist es möglich, bei einer solchen Anordnung in einfacher Weise auf bauliche Gegebenheiten Rücksicht zu nehmen, so dass Bauräume bestmöglich ausgenutzt werden können. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Bauraum unterhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs handeln. Dieser hat typischerweise eine Höhe, welche sich entlang einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verändert. Durch eine Variation der Anzahl von Lagen von Energiespeicherzellen kann somit die Energiespeichereinrichtung bestmöglich an den vorhandenen Bauraum angepasst werden. Eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ist dabei typischerweise diejenige Richtung, in welche ein Kraftfahrzeug bei gerade stehenden gelenkten Rädern fährt.
Die Energiespeichereinrichtung kann gemäß einer Ausführung einen oder mehrere Zellverbinder aufweisen, wobei Zellterminals der Energiespeicherzellen mit den Zellverbindern in den Kammern elektrisch miteinander verbunden sein können. Derartige Zellverbinder können insbesondere gewünschte Parallel- oder Reihenschaltungen oder Kombinationen davon realisieren, so dass Laden und Entnahme von elektrischer Energie aus der Energiespeichereinrichtung in gewünschter Weise ermöglicht werden. Derartige Zellverbinder können sich insbesondere ebenfalls in den Kammern befinden, so dass sie gegen umgebendes Wasser ganz oder zumindest teilweise geschützt werden können. Es ist jedoch auch möglich, zumindest einen Teil der Zellverbinder außerhalb der Kammern zu platzieren, wenn ein entsprechender Schutz nicht notwendig ist.
Gemäß einer Ausführung befindet sich in einer, einigen oder allen Kammern jeweils genau ein Zellverbinder. Ein solcher Zellverbinder kann insbesondere Zellterminals von mindestens zwei Energiespeicherzellen verbinden. Er kann beispielsweise Zellterminals von zwei, drei oder vier Energiespeicherzellen miteinander verbinden, so dass gewünschte Serien- oder Parallelschaltungen oder Kombinationen davon realisiert werden können. Bei einer Ausführung, in welcher sich in einer Kammer genau ein Zellverbinder befindet, schützt die Kammer typischerweise den Zellverbinder und die daran angeschlossenen Zellterminals, so dass für andere Zellverbinder und daran angeschlossene Zellterminals eigene Kammern gebildet werden.
Gemäß einer Ausführung befindet sich in einer, einigen oder allen Kammern jeweils mehr als ein Zellverbinder. Dadurch können ausgedehntere Kammern verwendet werden, welche mehrere Zellverbinder und die daran angeschlossenen Zellterminals schützen.
Gemäß einer Ausführung kontaktieren die Kammern Energiespeicherzellen, die sich in die jeweilige Kammer erstrecken, mit Kontaktbereichen mechanisch, wobei die Kontaktbereiche insbesondere komplementär zur Energiespeicherzelle ausgeführt sind. Dadurch kann eine einfache Abdichtung und zusätzlich auch eine mechanische Befestigung erreicht werden. Unter einer mechanischen Kontaktierung kann beispielsweise verstanden werden, dass die Kammer bzw. eine die Kammer bildende Struktur, beispielsweise ein weiter oben bereits erwähntes Gehäuse, unmittelbar an der sich hereinerstreckenden Energiespeicherzelle anliegt. Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Kammern an den sich hineinerstreckenden Energiespeicherzellen mittels einer oder mehrerer Dichtungen gegen Eindringen von Wasser abgedichtet. Eine solche Dichtung kann insbesondere zusätzlich zu einer umgebenden Struktur wie beispielsweise einem Gehäuse verwendet werden, um eine besonders wirkungsvolle Dichtwirkung zu erzielen. Mögliche Ausführungen sind nachfolgend angegeben.
Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise als jeweils um eine Energiespeicherzelle umlaufende Dichtung ausgebildet sein. Dies erlaubt eine umlaufende Dichtwirkung. Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise als O-Ringe ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung. Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein. Sie können auch durch Zweikomponenten-Spritzguss am Gehäuse ausgeführt sein. Derartige Ausführungen haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
Unter Zweikomponenten-Spritzguss kann insbesondere ein Verfahren verstanden werden, um ein Bauteil aus zwei Kunststoffen zu fertigen. Dies erlaubt beispielsweise die Herstellung eines festeren und steiferen Kunststoffs für die Haltefunktion und eines weicheren Kunststoffs für die Dichtfunktion. Eine Dichtungskomponente kann beispielsweise aus Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Energiespeicherzellen mit Klebstoff mechanisch befestigt, wobei der Klebstoff bevorzugt eine, einige oder alle Dichtungen bildet. Die Befestigung kann dabei insbesondere an einem Gehäuse oder an einer anderen umgebenden Struktur, insbesondere an einer Struktur, in welcher die Kammern ausgebildet sind, erfolgen. Beispielsweise kann als Klebstoff ein 2K-Polyurethan-Klebstoff, ein Zweikomponenten-Klebstoff auf Acrylatbasis, ein PUR-Klebstoff oder ein Epoxidharz verwendet werden. Auch andere Klebstoffe sind hier jedoch möglich.
Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Dichtungen in Nuten angeordnet, die insbesondere kammerseitig ausgebildet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass in einem Gehäuse oder in einer anderen Struktur, in welcher die Kammer ausgebildet ist, eine Nut ausgebildet ist, wobei die jeweilige Dichtung zumindest teilweise in diese Nut eingreift. Die Dichtung kann insbesondere von der Nut in Position gehalten werden, insbesondere derart, dass sie ihre Dichtwirkung gegenüber der Energiespeicherzelle erfüllt.
Gemäß einer Ausführung sind einige oder alle Dichtungen als mindestens ein Formteil ausgeführt, welches mehrere Energiespeicherzellen kontaktiert. Dies kann eine besonders einfache Ausführung ermöglichen, da ein Formteil für die Ausbildung mehrerer Dichtungen gleichzeitig verwendet werden kann. Ein solches Formteil kann insbesondere ein Elastomer-Formteil sein.
Beispielsweise kann für das Formteil ein Silikon, EPDM und/oder PUR- Schaum verwendet werden. Das Formteil kann insbesondere separat zu einem Gehäuse gefertigt werden und kann auf das Gehäuse aufgebracht bzw. zumindest partiell in das Gehäuse eingesteckt werden, und anschließend können die Energiespeicherzellen eingebracht werden, um durch das Formteil, welches sich partiell zwischen den Energiespeicherzellen und dem Gehäuse befindet, abgedichtet zu werden.
Ein Formteil kann insbesondere ein Element sein, welches in seinem Ruhezustand eine bestimmte Form hat, beispielsweise die nachfolgend beschriebene mit Matte und ringförmigen Abschnitten. Dies schließt nicht aus, dass das Formteil elastisch und/oder flexibel ist. Das mindestens eine Formteil kann insbesondere zumindest zwischen den Energiespeicherzellen als Matte ausgeführt sein. Unter einer Matte kann insbesondere ein flächiger Abschnitt des Formteils mit vollständig oder zumindest im Wesentlichen gleicher Dicke verstanden werden. Die Matte kann insbesondere flächig ausgeführt sein. Dies erlaubt eine einfache Herstellung und eine platzsparende Verwendung des Formteils.
Das mindestens eine Formteil kann insbesondere mehrere band- oder ringförmige Bereiche haben, wobei jeder band- oder ringförmige Bereich eine Energiespeicherzelle umgibt und an der Energiespeicherzelle dichtend anliegt. Ein ringförmiger Bereich kann insbesondere im Querschnitt eine Kreisform haben. Ein bandförmiger Bereich ist die Verallgemeinerung hiervon, so dass beispielsweise eine Anpassung an Energiespeicherzellen mit nicht rundem Querschnitt erfolgen kann. Die band- oder ringförmigen Bereiche können insbesondere eine Dichtwirkung entfalten, so dass zwischen ringförmigem Bereich und Energiespeicherzelle eine gewünschte Dichtwirkung gegen das Eindringen von Wasser erzielt wird. Nach außen hin können die band- oder ringförmigen Bereiche insbesondere mit einem als Matte ausgeführten Bereich unmittelbar verbunden sein, so dass auch dort aufgrund der Ausgestaltung des Formteils kein Eindringen von Wasser möglich ist.
Das Formteil kann insbesondere aus einem wasserdichten Material ausgeführt sein.
Die Dichtungen können insbesondere an den Kontaktbereichen angeordnet sein und/oder die Kontaktbereiche bilden. Die Dichtungen können damit auch die Funktion einer Kontaktierung erfüllen und beispielsweise die Energiespeicherzellen halten. Gleiches gilt für den Fall, dass nur eine Dichtung oder nur ein Kontaktbereich vorhanden ist. Die Kammern können insbesondere entlang einer Hochrichtung mindestens bis zu einem vorgegebenen Wasserstand gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass bis zu einem bestimmten Wasserstand kein Wasser in die Kammern einläuft, bei darüber stehendem Wasserstand jedoch Wasser in die Kammern einlaufen kann, wobei es beispielsweise über eine Abdichtung wie beispielsweise das weiter unten beschriebene Abdeckelement laufen kann. Eine solche Ausführung kann beispielsweise gewählt werden, wenn die wesentliche Quelle von umgebenden Wasser ein Kühlwasserkreislauf ist, welcher eine Leckage aufweisen kann, und bei welchem ein maximal zu erwartender Wasserstand aufgrund der bekannten Menge des maximal auslaufenden Kühlwassers berechnet werden kann. Auf eine vollständige Abdichtung der Kammern kann dann beispielsweise verzichtet werden, was eine einfachere Ausführung und eine bessere Wartungsfreundlichkeit ermöglicht. Dies gilt auch bei Verwendung von nur einer Kammer.
Die Kammer bzw. die Kammern können jedoch auch vollständig gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass selbst bei vollständigem Eintauchen der Kammer bzw. eines die Kammer bildenden Elements in Wasser kein Wasser in die Kammer eindringt. Ebenso kann dies einen allseitigen Schutz gegen Spritzwasser bedeuten.
Gemäß einer Ausführung weisen eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung auf, die von einem Abdeckelement gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen ist. Mittels einer solchen Öffnung kann beispielsweise die Herstellung vereinfacht werden, da sie beispielsweise dazu verwendet werden kann, Zellverbinder anzubringen, nachdem die Energiespeicherzellen insbesondere von der anderen Seite aus in eine die Kammern ausbildende Struktur gesteckt wurden. Die Öffnung kann anschließend mittels des Abdeckelements gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen werden, wobei bezüglich möglicher Ausgestaltungen auf die an anderer Stelle gegebenen Ausführungen verwiesen sei. Die Öffnung kann somit insbesondere eine leichte Zugänglichkeit der Kammer herbeiführen. Sie kann insbesondere so angeordnet sein, dass keine Energiespeicherzellen durch die Öffnung hindurchgehen.
Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente als Folie ausgebildet sein. Dies hat sich als einfache und günstige Ausführung erwiesen. Eine Folie kann insbesondere ein flächiges Element, beispielsweise aus einem Kunststoff, sein. Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente als Deckel ausgebildet sein. Hierdurch kann eine einfache Abdeckung der Öffnung erreicht werden. Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente aus Kunststoff ausgebildet sein. Beispielsweise kann dafür Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS) oder expandiertes Polystyrol (EPS) verwendet werden. Derartige Ausführungen haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer Ausführung sind eines, einige oder alle Kammern an den Abdeckelementen mit dichtendem Klebstoff abgedichtet. Hierdurch kann die gewünschte Dichtwirkung erreicht werden. Beispielsweise können hierfür Haftklebstoffe, Silikone, PUR-Klebstoffe oder Epoxidharze verwendet werden. Auch andere mögliche Ausführungen sind jedoch denkbar.
Gemäß einer möglichen Ausführung sind eines, einige oder alle Abdeckelemente eingerastet. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Abdeckelement und Gehäuse oder anderer Struktur ausgebildet wird. Insbesondere kann bei mindestens einem an einem Gehäuse eingerasteten Abdeckelement am Abdeckelement und/oder am Gehäuse eine Einrastgeometrie ausgebildet sein. Eine solche Einrastgeometrie kann beispielsweise durch eine Vorformung der Abdeckung und/oder durch Ausnehmungen am Gehäuse ausgebildet sein, so dass die bereits erwähnte formschlüssige Verbindung ausgebildet wird, wenn das Abdeckelement in geeigneter Weise aufgeschoben wird.
Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente mit einer Einrastgeometrie eingerastet sein, die gegen Eindringen von Wasser abdichtet. Somit kann die Einrastgeometrie die gewünschte Dichtwirkung erzielen, beispielsweise durch mehrfache Umlenkung eines eingreifenden Abdeckelements in einer hierfür vorgesehenen Ausnehmung.
Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente an einem Gehäuse eingerastet sein. Insbesondere können in dem Gehäuse die Kammern ausgebildet sein, und Öffnungen der Kammern können mittels eines Abdeckelements oder mehrerer Abdeckelemente verschlossen werden. Beispielsweise kann ein Abdeckelement für alle Kammern eines Gehäuses verwendet werden, wobei sich ein solches Gehäuse beispielsweise entlang einer vollständigen Seite einer Energiespeichereinrichtung erstrecken kann, welche beispielsweise durch nebeneinander liegende Längsenden der Energiespeicherzellen definiert werden kann. Auch andere Ausführungen können jedoch verwendet werden. Alternativ und/oder zusätzlich dazu können eines, einige oder alle Abdeckelemente mittels Kunststoffschweißens an ein Gehäuse gefügt und/oder gedichtet sein. Dies kann zusätzlich zum Einrasten verwendet werden, oder auch als Alternative dazu. Typischerweise kann durch Kunststoffschweißen gleichzeitig eine Befestigungswirkung wie auch eine Dichtwirkung erreicht werden. Dabei können beispielsweise Schweißwülste ausgebildet werden. Auch hierbei kann eine als Zweikomponenten- Spritzguss gefertigte Dichtung verwendet werden. Dies kann insbesondere eine günstige Lösung sein, wenn für die Dichtung zu Energiespeicherzellen ohnehin ein Zweikomponenten-Spritzguss verwendet wird.
Die Öffnung einer, einiger oder aller Kammern kann insbesondere gegenüberliegend zu Kontaktbereichen der Kammer zu sich hineinerstreckenden Energiespeicherzellen angeordnet sein. Dadurch wird eine Zugänglichkeit von Zellterminals der Energiespeicherzellen durch die Öffnung in besonders einfacher Weise ermöglicht, was beispielsweise zum Anbringen von Zellverbindern verwendet werden kann.
Das Abdeckelement kann sich insbesondere entlang einer Hochrichtung mindestens bis zu einem vorgegebenen Wasserstand gegen Eindringen von Wasser abdichtend erstrecken. Dadurch kann eine Abdichtung bis zu einem solchen Wasserstand erreicht werden. Auf die diesbezüglich an anderer Stelle gegebenen Ausführungen sei verwiesen. Eine solche Ausführung kann nur für ein Abdeckelement, für mehrere Abdeckelemente oder auch für alle Abdeckelemente verwendet werden.
Das Abdeckelement kann auch die Öffnung, einige Öffnungen oder alle Öffnungen vollständig abdichten. Dadurch kann eine noch bessere Schutzwirkung erreicht werden. Eine solche Ausführung kann nur für ein Abdeckelement, für mehrere Abdeckelemente oder auch für alle Abdeckelemente verwendet werden.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere in einer oder mehreren Lagen angeordnet sein. Diese Anordnung kann insbesondere vorteilhaft sein, um Bauräume mit veränderlicher Höhe bestmöglich auszunutzen, wodurch die mitführbare Speicherkapazität erhöht werden kann. Die Anzahl der Lagen kann sich somit beispielsweise entlang einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs oder auch entlang einer anderen Richtung verändern.
Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Kühlelemente aufweisen, die zwischen Energiespeicherzellen angeordnet sind. Durch die Kühlelemente kann insbesondere Kühlflüssigkeit leitbar sein. Bei einer Kühlflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser, insbesondere mit Zusätzen, oder um ein Kältemittel handeln. Bei einem Kältemittel wird typischerweise der Phasenübergang flüssig-gasförmig ausgenutzt. Für die Kühlflüssigkeit können beispielsweise geeignete Kanäle in den Kühlelementen ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass die hier offenbarte Ausführung eine besonders gute Sicherheit gegen eventuelle Lecks der Kühlelemente oder eines umgebenden Kühlsystems bietet, da die Zellterminals und Zellverbinder in vorteilhafter Weise gegen eventuell austretende Kühlflüssigkeit geschützt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben aufweist. Bezüglich der Energiespeichereinrichtung können alle hierin beschriebenen Ausführungen verwendet werden. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere in einem Bodenbereich und/oder unter einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
Mit anderen Worten wurde erkannt, dass bei aus dem Stand der Technik bekannten Zellmodulen bzw. Energiespeicherzellen Zellterminals der Zellen (beispielsweise Plus/Minus-Pole) grundsätzlich zur Umgebung hin exponiert sind. Das Zellkontaktiersystem wird typischerweise bei der Montage aufgeschweißt. Es kann ein komplexes geometrisches System darstellen, welches schwer abzudichten ist. Da Zellterminals zueinander grundsätzlich verschiedene elektrische Spannungslagen aufweisen, kann es bei der Benetzung von mehreren Terminals gleichzeitig mit leitender Flüssigkeit zu Ausgleichsströmen kommen. Dies kann zu Korrosion oder anderen unerwünschten Vorgängen führen.
Durch eine einfache, flächige Plastikfolie oder einen Plastikdeckel, welche(r) beispielsweise bei einem Modulkonzept mit großen, liegenden zylindrischen Zellen besonders einfach aufzubringen ist, kann eine flächige Dichtung eines Modulrahmens von außen erreicht werden. Der Modulrahmen wird dazu beispielsweise so gestaltet, dass sich die Zellterminals innerhalb des Rahmens befinden. Um die umlaufenden Kanten abzudichten, kann beispielsweise zusätzlich ein dichtender Klebstoff (zum Beispiel Ein- oder Zweikomponenten-Klebstoff) aufgebracht werden. Es ist außerdem möglich, den Plastikdeckel so zu gestalten, dass sich eine Einrastgeometrie an den Kanten bildet, über welche ebenfalls eine Abdichtung erreicht wird.
Des Weiteren kann durch eine einfache, um laufende Dichtung aufseiten einer Zell-Can, welche beispielsweise bei einem Modulkonzept mit großen, liegenden zylindrischen Zellen besonders einfach aufzubringen ist, eine umlaufende Dichtung der Zell-Can zur Aufnahme in einem Kunststoffrahmen erzielt werden. Hierzu gibt es verschiedene Verfahren und/oder Bauteile, mit denen die Dichtwirkung möglichst einfach und vor allem auch produktions- und montagefreundlich ausgestaltet werden kann.
Erfindungsaspekte und Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 : eine Energiespeichereinrichtung,
Fig. 2: eine Ausführung einer Abdichtung,
Fig. 3: eine weitere Ausführung einer Abdichtung,
Fig. 4: die Abdichtung von Fig. 3 in einer anderen Ansicht, Fig. 5: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit verschlossener Öffnung,
Fig. 6: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit verschlossener Öffnung gemäß einer alternativen Ausführung,
Fig. 7: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit
Schutzfolie,
Fig. 8: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
Fig. 9: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
Fig. 10: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
Fig. 11 : einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie, und
Fig. 12: eine weitere Energiespeichereinrichtung.
Fig. 1 zeigt rein schematisch in Explosionsansicht eine Energiespeichereinrichtung 10 in einer allgemeinem Form, wobei anhand dieser Energiespeichereinrichtung 10 nachfolgend Ausführungsbeispiele erläutert werden.
Die Energiespeichereinrichtung 10 weist zwei Träger 15 auf, welche schematisch seitlich dargestellt sind und für mechanische Stabilität sorgen. Beispielsweise können sie Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Gehäuses sein. Sie können insbesondere aus Aluminium ausgebildet sein und können eine Masse der Energiespeichereinrichtung 10 bilden.
Die Energiespeichereinrichtung weist mehrere Energiespeicherzellen 20 auf. Diese sind vorliegend als Rundzellen ausgebildet und weisen eine jeweilige Längsrichtung auf, welche sich vorliegend quer zu den Längserstreckungen der Träger 15 erstreckt. Die Energiespeicherzellen 20 sind so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander liegen. Die Energiespeicherzellen 20 sind vorliegend in zwei Lagen angeordnet, wobei die obere Lage mittig einmal unterbrochen ist, da sich an dieser Stelle ein Steuerungselement 60 befindet. Das Steuerungselement 60 kann Aufgaben wie beispielsweise Temperaturüberwachung oder Steuerung von Auflade- und Entnahmefunktionalität ausführen. Auf dieses wird hier nicht näher eingegangen.
Jede Energiespeicherzelle 20 weist ein erstes Längsende 21 und ein zweites Längsende 22 auf. Die Längsenden 21 , 22 liegen entlang der jeweiligen Längsachse der Energiespeicherzelle 20 gesehen entgegengesetzt zueinander. An den ersten Längsenden 21 , welche wie in Fig. 1 zu sehen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sind jeweilige erste Zellterminals 25 angeordnet. Diese können einen Plus- oder Minus-Pol der jeweiligen Energiespeicherzelle 20 bilden und stellen einen Anschluss der Energiespeicherzelle 20 dar. Sie weisen typischerweise nach außen freiliegende elektrische Leiter auf, an welchen beispielsweise Drähte oder Zellverbinder angeschlossen werden können. An dem zweiten Längsende 22 sind entsprechende zweite Zellterminals 26 angeordnet, welche jedoch in Fig. 1 verdeckt und somit nicht zu sehen sind.
An dem ersten Längsende sind vorliegend stirnseitig jeweilige Überdruck- Austrittsöffnungen 28 an den Energiespeicherzellen 20 ausgebildet. Diese stellen Bereiche mit geringer Wandstärke dar, so dass im Fall eines thermischen Ereignisses heiße Partikel gezielt an der Überdruck- Austrittsöffnung ausgeblasen werden.
Zwischen den beiden Lagen der Energiespeicherzellen 20 verläuft ein Kühlelement 30, welches zum Durchführen von Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Mittels einer solchen Kühlflüssigkeit kann die Energiespeichereinrichtung 10 somit gekühlt werden, wobei beispielsweise beim Laden oder bei Entnahme von Strom entstehende Wärme abgeführt werden kann.
Oberhalb und unterhalb der Energiespeicherzellen 20 sind Isolationselemente 40 angeordnet, welche die Energiespeicherzellen 20 partiell umschließen und vorliegend aus einem thermisch isolierenden Schaum ausgebildet sind. Dies erlaubt eine thermische Isolation der Energiespeichereinrichtung 10.
Seitlich zu den Energiespeicherzellen 20, d.h. angrenzend an die Längsenden 21 , 22, sind vorliegend ein erstes Gehäuse 100 und ein zweites Gehäuse 200 angeordnet. In dem ersten Gehäuse 100 sind Aufnahmen 110 ausgebildet, in welche die ersten Längsenden 21 der Energiespeicherzellen 20 eingesteckt werden können. Dadurch werden die Energiespeicherzellen 20 an dieser Stelle gehalten. Ebenso sind in dem zweiten Gehäuse 200 Aufnahmen 210 ausgebildet, in welche die zweiten Längsenden 22 der Energiespeicherzellen 20 eingeführt werden können. Auch darin werden die Energiespeicherzellen 20 gehalten.
In dem ersten Gehäuse 100 ist an der in Fig. 1 dem Betrachter zugewandten Seite eine Kammer 120 angeordnet. In diese münden im zusammengebauten Zustand die Aufnahmen 110 unmittelbar, und die Kammer 120 ist in der gezeigten Ausführung nach außen, also gegenüberliegend zu den Energiespeicherzellen 20, offen. Die Kammer 120 erstreckt sich dabei vorliegend über alle Aufnahmen 110, d.h. vorliegend entlang der gesamten Längserstreckung des Gehäuses 100.
Zum Verbinden der ersten Zellterminals 25 sind mehrere Zellverbinder 50 vorgesehen, welche im zusammengebauten Zustand in der Kammer 120 angeordnet sind. Dadurch werden die Energiespeicherzellen 20 in gewünschter Weise verschaltet, wobei Parallel- und/oder Serienschaltungen in einfacher Weise realisiert werden können.
Wie gezeigt sind die Kammern 120 nach außen offen, so dass beispielsweise für den Fall einer Leckage in dem Kühlelement 30 auslaufende Kühlflüssigkeit die Zellverbinder 50 erreichen kann. Dies kann beispielsweise zu Korrosion oder zu einer Zersetzung der Kühlflüssigkeit führen. Um dies zu vermeiden, können die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen vorgesehen sein. Bezüglich der in den nachfolgend beschriebenen Figuren zu sehenden Elemente, welche auch in Fig. 1 zu sehen sind, sei auf die Beschreibung von Fig. 1 verwiesen, sofern nachfolgend nichts näher spezifiziert ist.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Abdichtung einer Kammer 120. Dabei ist in Fig. 2a die grundsätzliche Einbausituation der Energiespeicherzellen 20 in das erste Gehäuse 100 zu sehen, wobei ein umrandeter Bereich in Fig. 2b vergrößert dargestellt ist. Dabei ist zu erkennen, dass innerhalb des Gehäuses 100 und insbesondere innerhalb einer Aufnahme 110 eine Dichtung 140 vorgesehen ist. Diese Dichtung 140 ist vorliegend als O-Ring ausgeführt. Sie ist in einer Nut 145 angeordnet, welche kammerseitig in der Aufnahme 110 ausgebildet ist und die Position der Dichtung 140 definiert. Wird die Energiespeicherzelle 20 ausgehend vom in Fig. 2b dargestellten Zustand weiter nach links geschoben, so greift sie in die Kammer 120 ein und kommt außenseitig mit der Dichtung 140 in Kontakt. Dadurch wird die Kammer 120 an ihrem Kontaktbereich zur Energiespeicherzelle 20 gegen eindringendes Wasser abgedichtet. Je nach gewünschter Ausführung kann hierbei eine wasserdichte Ausführung, beispielsweise bis zu einem bestimmten statischen Druck, oder auch eine Abdichtung gegen eventuell vorhandenes Spritzwasser erreicht werden. Die Dichtung 140 kann insbesondere aus einem Elastomer ausgeführt sein. Sie kann auch als aufgespritztes Zweikomponenten-Dichtelement ausgeführt sein, beispielsweise derart, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführung der Dichtung 140. Die Dichtung 140 ist dabei als Formteil 150 ausgeführt, welches aus einem Elastomermaterial besteht. Das Formteil 150 ist zu einem Teil als Matte 152 gebildet, welche einen flächigen Bereich mit dünner, konstanter Ausdehnung entlang der Längsachsen der Energiespeicherzellen 20 darstellt. Des Weiteren sind in dem Formteil 150 mehrere ringförmige Bereiche 154 ausgebildet, welche wie gezeigt in Richtung auf das erste Gehäuse 100 zu weisen. Die ringförmigen Bereiche 154 sind so ausgeführt, dass die Energiespeicherzellen 20 hindurchgesteckt werden können und zusammen mit den ringförmigen Bereichen 154 derart in die Aufnahmen 110 eingeführt werden können, dass der jeweilige ringförmige Bereich 154 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 liegt. Typischerweise kann dabei durch geeignete Wahl der geometrischen Verhältnisse eine Pressung erreicht werden, so dass der jeweilige ringförmige Bereich 154 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 eingepresst ist. Dadurch kann eine gewünschte Abdichtung an dieser Stelle erreicht werden. Zwischen den Aufnahmen 110 sorgt die Matte 152, welche typischerweise einstückig mit den ringförmigen Bereichen 154 ausgebildet ist, für eine Abdichtung.
Durch die Verwendung des Formteils 150 kann eine besonders einfache Herstellung erreicht werden, da das Formteil 150 als solches handhabbar ist und die Dichtwirkung für alle umfassten Energiespeicherzellen 20 gleichzeitig bewirken kann. Fig. 4 zeigt die Ausführung von Fig. 3, d.h. mit Formteil 150, in einem zusammengebauten Zustand. Dabei ist zu sehen, dass die ringförmigen Bereiche 154 des Formteils 150 wie bereits erwähnt zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 bzw. dem die Aufnahme 110 ausbildenden Abschnitt des Gehäuses 100 angeordnet sind und an dieser Stelle eingepresst sind. Linksseitig ist ein Zellverbinder 50 zu sehen, welcher in der Kammer 120 angeordnet ist und für das Verbinden von vorliegend zwei Energiespeicherzellen 20 sorgt. Eine Öffnung 130 der Kammer 120 ist vorliegend offen, kann jedoch wie weiter unten näher beschrieben verschlossen und abgedichtet werden.
Fig. 5 zeigt eine Ausführung ähnlich zu derjenigen von Fig. 2b, wobei vorliegend zwei Energiespeicherzellen 20 in jeweiligen Aufnahmen 110 angeordnet sind. Diese sind mit jeweils einer als O-Ring ausgeführten Dichtung 140 in der jeweiligen Aufnahme 110 abgedichtet. Die ersten Zellterminals 25 erstrecken sich dabei in die Kammer 120, wobei sie durch jeweilige Durchgänge 115 hindurchgehen. Die Durchgänge 115 sind in dem ersten Gehäuse 100 ausgebildet. In der Kammer 120 ist ein Zellverbinder 50 angeordnet. Die Kammer 120 weist wie bereits erwähnt eine Öffnung 130 auf, welche in der in Fig. 5 dargestellten Ausführung mittels eines Abdeckelements 160 verschlossen ist. Das Abdeckelement 160 ist entsprechend auf das erste Gehäuse 100 aufgesetzt und angebracht.
Zur Befestigung des Abdeckelements 160 an dem ersten Gehäuse 100 wurde vorliegend ein Kunststoffschweißverfahren verwendet, so dass sich zwischen erstem Gehäuse 100 und Abdeckelement 160 Schweißwulste 170 ausgebildet haben. Diese Schweißwulste 170 dichten die Verbindung zwischen Abdeckelement 160 und erstem Gehäuse 100 mit der gewünschten Dichtwirkung ab. Durch die Kombination von Dichtung 140 und Abdeckelement 160 kann somit eine insgesamt wirkende Abdichtung der Kammer 120 erreicht werden, d.h. die Kammer 120 ist vollständig zumindest bis zum gewünschten Grad abgedichtet. Beispielsweise kann dies eine vollständige Abdichtung bis zu einem bestimmten statischen Druck oder eine vollständige Abdichtung gegen Spritzwasser bedeuten.
Alternativ könnte beispielsweise anstelle der Dichtung 140, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, auch das Formteil 150 zur Abdichtung auf der Seite der Energiespeicherzellen 20 verwendet werden.
Fig. 6 zeigt eine im Vergleich zu Fig. 5 alternative Ausführung, wobei das Abdeckelement 160 nicht mittels Kunststoffschweißens, sondern durch Einrasten am ersten Gehäuse 100 befestigt ist. Hierfür weist das Abdeckelement 160 eine Einrastgeometrie 165 auf, und das erste Gehäuse 100 weist eine komplementäre Ausnehmung 180 auf. Einrastgeometrie 165 und Ausnehmung 180 sind dabei so ausgebildet, dass durch die beim Einrasten entstehenden Kräfte die gewünschte Dichtwirkung erzeugt wird. Auch diese Ausführung des Abdeckelements 160 ist mit anderen Ausführungen einer zellseitigen Abdichtung kombinierbar.
Die Abdichtkonzepte, welche bislang beschrieben wurden, können entsprechend gegenüber, d.h. am zweiten Gehäuse 200, verwendet werden. Die entsprechenden Ausführungen können beispielsweise spiegelsymmetrisch zu den dargestellten Ausführungen sein.
In den nachfolgenden Figuren sind Ausführungen dargestellt, welche die Verwendung einer Schutzfolie betreffen. Eine solche Schutzfolie kann insbesondere zusätzlich zu den mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschriebenen Abdichtmaßnahmen verwendet werden. Sie kann jedoch auch unabhängig davon verwendet werden.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung 10, wobei eine Energiespeicherzelle 20 mit daran angebrachtem Zellverbinder 50 sowie ein benachbarter Träger 15 dargestellt sind. Wie bereits mit Bezug auf Fig. 1 erwähnt, weist die Energiespeicherzelle 20 eine Überdruck-Austrittsöffnung 28 auf, welche so ausgerichtet ist, dass im Fall eines thermischen Ereignisses schnelle und heiße Partikel 29 in Richtung auf den Träger 15 zu ausgeschleudert werden. Diese könnten ohne geeigneten Schutz zu einem Kurzschluss gegen den als Masse verwendeten Träger 15 führen.
Um dies zu verhindern, ist vorliegend eine Schutzfolie 300 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Träger 15 angeordnet, so dass die erwähnten Partikel 29 den Träger 15 nicht erreichen. Die Schutzfolie 300 ist insbesondere aus Polyethylen als Trägermaterial und darauf aufgebrachtem Glimmer ausgebildet, wobei eine solche Schutzfolie 300 besonders vorteilhafte Eigenschaften dahingehend hat, dass sie für einen relevanten Zeitraum von beispielsweise 60 s einem Partikelstrom, welcher beispielsweise eine Temperatur von 1.200 °C hat, standhalten kann. Die mechanische Festigkeit und die elektrische Isolierung gehen dabei typischerweise nicht verloren. Der erwähnte Kurzschluss kann dadurch verhindert werden und weitere Fehlfunktionen aufgrund der thermischen Ereignisse können vermieden werden.
Die Schutzfolie erstreckt sich bei Fig. 7 und den folgenden Figuren auch quer zur Papierebene.
Fig. 8 zeigt eine Ausführung ähnlich wie Fig. 5, wobei zusätzlich der Träger 15 und eine dazwischen angeordnete Schutzfolie 300 dargestellt sind. Die Schutzfolie 300 ist dabei frei zwischen Träger 15 und Abdeckplatte 160 befestigt, wobei eine entsprechende Befestigung in Fig. 8 nicht gezeigt ist.
Fig. 9 zeigt eine im Vergleich zu Fig. 8 alternative Ausführung, wobei die Schutzfolie 300 unmittelbar auf dem Abdeckelement 160 aufgebracht ist. Somit dient das Abdeckelement 160 als Halterung der Schutzfolie 300. Die Schutzfolie 300 kann beispielsweise aufgeklebt oder durch eine Verschraubung befestigt sein. Alternativ zur in Fig. 9 dargestellten Ausführung könnte auch nur die Schutzfolie 300 verwendet werden, welche dann insbesondere die Funktion des Abdeckelements 160 mit übernehmen kann.
Fig. 10 zeigt eine alternative Ausführung, wobei im Gegensatz zu den Ausführungen der Fig. 8 und 9 die Schutzfolie 300 unmittelbar am Träger 15 aufgebracht ist. Auch hier kann sie beispielsweise aufgeklebt oder durch eine Verschraubung befestigt sein.
Fig. 11 zeigt eine im Vergleich zu Fig. 10 dahingehend abgewandelte Ausführung, dass anstelle von Rundzellen 20 eine prismatische Zelle 20 verwendet wird. Auch in einem solchen Fall kann die Schutzfolie 300 vorteilhaft zur Eindämmung der Wirkung thermischer Ereignisse verwendet werden, wobei auch die anderen gezeigten oder beschriebenen Ausführungen in diesem Fall möglich sind.
Fig. 12 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 10 gemäß einer alternativen Ausführung. Teilweise stellt diese einen zusammengebauten Zustand der Ausführung von Fig. 1 dar. Bezüglich der nachfolgend nicht ausdrücklich beschriebenen Komponenten sei auf die weiter oben bereits gegebene Beschreibung verwiesen. Bei der Ausführung von Fig. 12 ist seitlich am ersten Gehäuse 100 ein Abdeckelement 160 angebracht, welches nicht wie bei anderen bislang beschriebenen Ausführungen die Kammer 120 vollständig abdichtet, sondern nach oben hin offen ist. Somit wird keine vollständig wasserdichte Ausführung der Kammer 120 erreicht. Vielmehr wird ein Schutz gegen eindringendes Wasser bis zu einem Füllstand erreicht, welcher durch die Oberkante des Abdeckelements 160 definiert ist. Eine solche Ausführung kann beispielsweise eine bessere Entlüftung der Kammer 120 ermöglichen und gleichzeitig einen Schutz gegen Wasser, welches beispielsweise aus einem Kühlsystem austreten kann, bis zu einem erwarteten Füllstand bieten.
Durch die beschriebenen Ausführungen zur Abdichtung von Kammern und/oder Verwendung von Schutzfolien kann insgesamt die Sicherheit von elektrischen Energiespeichereinrichtungen erhöht werden, und es kann insbesondere die Resistenz gegenüber auslaufender Kühlflüssigkeit und/oder thermischen Ereignissen verbessert werden.
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Energiespeicherzelle, die/eine Dichtung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die mindestens eine Energiespeicherzelle, die mindestens eine Dichtung, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. Bezugszeichenliste
10 Energiespeichereinrichtung
15 Träger
20 Energiespeicherzelle
21 erstes Längsende
22 zweites Längsende
25 erstes Zellterminal
26 zweites Zellterminal
28 Überdruck-Austrittsöffnung
29 Partikel
30 Kühlelement
40 Isolationselemente
50 Zellverbinder
60 Steuerungselement
100 erstes Gehäuse
110 Aufnahme
115 Durchgang
120 Kammer
130 Öffnung
140 Dichtung
145 Nut
150 Formteil
152 Matte
154 ringförmiger Bereich
160 Abdeckelement
165 Einrastgeometrie
170 Schweißwulst
180 Ausnehmung
200 zweites Gehäuse 210 Aufnahme
300 Schutzfolie

Claims

43 Ansprüche
1 . Energiespeichereinrichtung (10) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend
- eine oder mehrere Energiespeicherzellen (20),
- einen oder mehrere Träger (15), und
- eine oder mehrere Schutzfolien (300), die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen (20) und den einen oder mehreren Trägem (15) angeordnet sind.
2. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die Schutzfolien (300) bis mindestens 800° C, bis mindestens 1.000° C oder bis mindestens 1.200° C temperaturbeständig sind.
3. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Träger (15) eine elektrische Masse der Energiespeichereinrichtung (10) bilden.
4. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) elektrisch isolierend sind.
5. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) thermisch isolierend sind.
6. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) ein Trägermaterial und eine oder zwei auf das Trägermaterial aufgebrachte Schichten umfassen. 44 Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Schicht oder die Schichten aus Glimmer, echtem Glimmer oder Mica ausgebildet sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Trägermaterial aus Polyethylen ausgebildet ist. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehrere Schutzfolien (300) eine Dicke von mindestens 0,05 mm oder mindestens 0,1 mm haben. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehrere Schutzfolien (300) eine Dicke von höchstens 0,1 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,3 mm haben. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf mindestens einem der Träger (15) aufgebracht sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der oder die Träger (15) ganz oder teilweise mit der Schutzfolie (300) oder einigen oder allen Schutzfolien (300) überzogen sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) mit Abstand zu den Trägern (15) angeordnet sind. 45 Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinrichtung (10) eines oder mehrere Gehäuse (100, 200) aufweist, in denen eine oder mehrere Kammern (120) ausgebildet sind, in die sich die Energiespeicherzellen (20) partiell erstrecken. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 14, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf einem oder mehreren der Gehäuse (100, 200) aufgebracht sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine, einige oder alle Kammern (120) eine Öffnung (130) aufweisen, die durch ein Abdeckelement (160) wasserdicht abgedichtet ist. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei ein, einige oder alle Abdeckelemente (160) durch eine jeweilige Schutzfolie (300) gebildet werden. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 16 oder 17, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf jeweils mindestens einem Abdeckelement (160) aufgebracht sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Energiespeicherzellen (20) mindestens eine Überdruck-Austrittsöffnung (28) aufweisen, und wobei zwischen einer, einigen oder allen Überdruck-Austrittsöffnungen (28) und mindestens einem Träger (15) eine Schutzfolie (300) angeordnet ist. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) einen Querschnitt zwischen einem Träger (15) und einer oder mehreren Energiespeicherzellen (20) vollständig abdecken. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeicherzellen (20) als Rundzellen ausgeführt sind und/oder wobei Längsachsen der Energiespeicherzellen (20) parallel zueinander ausgerichtet sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Energiespeicherzellen (20) als prismatische Zellen ausgeführt sind. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger (15) die Energiespeichereinrichtung (10) mechanisch stabilisieren. Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022118984A1 (de) * 2022-07-28 2024-02-08 Man Truck & Bus Se Elektrischer Energiespeicher mit durch eine Abdeckfolie geschützten Batteriezellen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020070275A1 (de) * 2018-10-05 2020-04-09 Cuylits Holding GmbH Brandschutzvorrichtung mit verbundsystem, verbundsystem und batterie-pack mit brandschutzvorrichtung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4631118B2 (ja) 1999-02-15 2011-02-16 ソニー株式会社 移動体搭載用バッテリ装置
KR100868255B1 (ko) 2005-04-19 2008-11-11 주식회사 엘지화학 단자 연결장치
CN104508900B (zh) 2012-09-12 2017-02-22 日本碍子株式会社 钠硫电池
CN110875443B (zh) 2018-08-31 2021-06-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 防护组件、封盖以及箱体
CN208690353U (zh) 2018-09-20 2019-04-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池箱
US12294073B2 (en) 2019-05-02 2025-05-06 OERLIKON FRICTION SYSTEMS (GERMANY) GmbH Heat shield

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020070275A1 (de) * 2018-10-05 2020-04-09 Cuylits Holding GmbH Brandschutzvorrichtung mit verbundsystem, verbundsystem und batterie-pack mit brandschutzvorrichtung

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