DE102011000695A1 - Elektrischer Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Elektrischer Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hochvoltenergiespeicher eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, mit einem Gehäuse (11) und mit im Gehäuse aufgenommenen Speichermodulen (12), wobei das Gehäuse (11) ein Tragelement (17) aufweist, über welches der elektrische Energiespeicher mit einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei über das Tragelement (17) die Speichermodule (12) temperierbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug kommen als Hochvoltenergiespeicher ausgebildete elektrische Energiespeicher zum Einsatz, die im motorischen Betrieb einer elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs oder Elektrofahrzeugs stärker entladen und im generatorischen Betrieb der jeweiligen elektrischen Maschine stärker aufgeladen werden. Elektrische Energiespeicher verfügen über ein Gehäuse und im Gehäuse aufgenommene Speichermodule.
  • Dann, wenn ein elektrischer Energiespeicher im Kraftfahrzeug positioniert und montiert werden soll, kommen hierzu nach dem Stand der Technik separate Vorrichtungen zum Einsatz. So offenbart die DE 10 2008 059 680 A1 eine Vorrichtung zur Halterung einer Batterie, die ein wannenartiges Aufnahmeelement zur Aufnahme einer Batterie, ein das wannenartige Aufnahmeelement umschließendes Bügelelement sowie ein Fixierelement umfasst, wobei das Fixierelement an dem Bügelelement befestigt ist und der Fixierung der Batterie im wannenartigen Aufnahmeelement dient. Es wird demnach zur Befestigung bzw. Montage eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs im Kraftfahrzeug eine separate Vorrichtung benötigt.
  • Ebenso kommen zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, des elektrischen Energiespeichers nach dem Stand der Technik separate Vorrichtungen zum Einsatz. So offenbart die DE 10 2008 027 293 A1 eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, bei welcher zu kühlende elektrische Elemente über Halteelemente auf einem als separate Vorrichtung ausgebildeten Kühlkörper befestigt sind. Es wird demnach zur Temperierung, insbesondere zur Kühlung, eines elektrischen Energiespeichers eine separate Vorrichtung benötigt.
  • Hiervon ausgehend liegt der hier vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs zu schaffen. Die Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß weist das Gehäuse ein Tragelement auf, über welches der elektrische Energiespeicher mit einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei über das Tragelement weiterhin die Speichermodule temperierbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird demnach vorgeschlagen, ein Tragelement des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers, über welchen der elektrische Energiespeicher an einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs anbindbar ist, zusätzlich zur Temperierung, nämlich Kühlung und/oder Erwärmung, der Speichermodule des elektrischen Energiespeichers zu nutzen.
  • Erfindungsgemäß wird demnach die Befestigungsfunktion zur Befestigung des elektrischen Energiespeichers an der Karosseriestruktur sowie die Kühlfunktion zur Kühlung der Speicherzellen des elektrischen Energiespeichers von einer Baugruppe, nämlich dem Tragelement, übernommen, welches zugleich Bestandteil des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers ist. Hierdurch wird eine leichte und kompakte Bauform eines elektrischen Energiespeichers bereitgestellt.
  • Vorzugsweise weist das Tragelement einen ringartigen Tragrahmen auf, wobei der elektrische Energiespeicher über den ringartigen Tragrahmen mit der Karosseriestruktur verbindbar ist, und wobei das Tragelement weiterhin mindestens eine sich zwischen dem ringartigen Tragrahmen erstreckende Tragplatte mit einem von einem Temperiermedium durchströmten Hohlraum aufweist, wobei über die oder jede Tragplatte jeweils mindestens ein Speichermodul temperierbar, nämlich kühlbar und/oder erwärmbar, ist.
  • Nach dieser vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Tragelement einen. ringartigen Tragrahmen sowie mindestens eine zwischen dem ringartigen Tragrahmen positionierte und an demselben befestigte Tragplatte. Über den ringartigen Tragrahmen ist der elektrische Energiespeicher an der Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs anbindbar. Über die oder jede Tragplatte, die am Tragrahmen angebunden ist, sind die Speichermodule temperierbar. Die Speichermodule sind entweder an der oder jeder Tragplatte oder bevorzugt ebenso wie die oder jede Tragplatte am Tragrahmen befestigt. Hierdurch ist ein besonders einfacher Aufbau eines elektrischen Energiespeichers möglich.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers;
  • 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher;
  • 3 einen weiteren Querschnitt durch den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher;
  • 4 einen weiteren Querschnitt durch den erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher;
  • 5 ein Detail der 4; und
  • 6 eine perspektivische Ansicht von der Temperierung von Speichermodulen dienenden Tragplatten des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichers.
  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs. Ein Antriebsaggregat eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine, die motorisch und generatorisch betrieben werden kann.
  • Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird der als Hochvoltenergiespeicher ausgebildete elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine stärker entladen.
  • Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine wird der als Hochvoltenergiespeicher ausgebildete elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine stärker aufgeladen.
  • Der elektrische Energiespeicher 10 verfügt über ein Gehäuse 11 sowie im Gehäuse 11 aufgenommene Speichermodule 12. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden die Speichermodule 12 zwei Modulpakete 13 und 14 aus, nämlich ein erstes, oberes Modulpaket 13 aus mehreren Speichermodulen 12 und ein zweites, unteres Modulpaket 14 aus mehreren Speichermodulen 12.
  • Das Gehäuse 11 des elektrischen Energiespeichers 10 umfasst ein Gehäuseoberteil 15, ein Gehäuseunterteil 16 sowie ein Tragelement 17. Das Tragelement 17 dient einerseits der Befestigung bzw. Montage des elektrischen Energiespeichers 10 an einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs und andererseits der Temperierung, nämlich der Kühlung und/oder Erwärmung, der Speichermodule 12 des elektrischen Energiespeichers 10.
  • Das Gehäuse 11 des elektrischen Energiespeichers 10 dient demnach nicht nur der Abgrenzung der Speichermodule 12 nach außen zur Umgebung, vielmehr übernimmt das Gehäuse 11, nämlich das Tragelement 17 desselben, die Funktion der Befestigung des Energiespeichers 10 an einer Karosseriestruktur sowie die Funktion der Kühlung der Speichermodule 12 des elektrischen. Energiespeichers 10.
  • Das Tragelement 17 des Gehäuses 11 verfügt über einen ringartigen Tragrahmen 18. Über diesen ringartigen Tragrahmen 18 des Tragelements 17 ist der elektrische Energiespeicher 10 mit einer Karosseriestruktur verbindbar, wozu dem ringartigen Tragrahmen 18 stegartige Befestigungsabschnitte 19 und 20 zugeordnet sind, über die elektrische Energiespeicher 10 letztendlich mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbunden, nämlich verschraubt, werden kann. Die Befestigungsabschnitte 19 und 20 verfügen über nicht gezeigte Ausnehmungen, durch die sich zur Befestigung des elektrischen Energiespeichers 10 an einer Karosseriestruktur nicht gezeigte Befestigungsschrauben erstrecken. Die stegartigen Befestigungsabschnitte 19 und 20 sind integraler Bestandteil des Tragrahmens 18.
  • Das Gehäuseoberteil 15 und das Gehäuseunterteil 16 sind jeweils mit diesem ringartigen Tragrahmen 18 des Tragelements 17 lösbar verbunden, wobei sich der ringartige Tragrahmen 18 des Tragelements 17 zwischen dem Gehäuseoberteil 15 und dem Gehäuseunterteil 16 des Gehäuses 11 erstreckt und, wie bereits erwähnt, Bestandteil des Gehäuses 11 ist.
  • Zusätzlich zum ringartigen Tragrahmen 18 verfügt das Tragelement 17 über mindestens eine sich zwischen dem ringartigen Tragrahmen 18 erstreckende Tragplatte 21 mit einem von einem Temperiermedium durchströmten Hohlraum 22. Die oder jede Tragplatte 21 des Tragelements 17 dient so der Temperierung, nämlich der Kühlung und/oder Erwärmung, der Speichermodule 12 des elektrischen Energiespeichers 10.
  • Wie am besten 6 entnommen werden kann, umfasst das Tragelement 17 des elektrischen Energiespeichers 10 mehrere Tragplatten 21. Jede der Tragplatten 21 ist von einem Temperiermedium durchströmt und verfügt hierzu über einen entsprechenden Hohlraum, wobei alle Tragplatten 21 einerseits an eine gemeinsame Vorlaufleitung 23 und andererseits an eine gemeinsame Rücklaufleitung 24 für das Temperiermedium über entsprechende Verbindungsleitungen 25, 26 angeschlossen sind. Über von außen am Gehäuse zugängliche Anschlussstutzen 27 bzw. 28 können die für alle Tragplatten 21 gemeinsame Vorlaufleitung 23 sowie die für alle Tragplatten gemeinsame Rücklaufleitung 24 an einen externen Kreislauf für das Temperiermedium angeschlossen werden.
  • Jede der Tragplatten 21, die der Temperierung von Speichermodulen 12 des elektrischen Energiespeichers dienen, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel metallisch ausgebildet und vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt, wobei jede metallische Tragplatte 21 des Tragelements 17 mit dem ebenfalls vorzugsweise metallisch ausgeführten, ringartigen Tragrahmen 18 des Tragelements 17 individuell verbunden, vorzugsweise verschraubt, ist. So zeigt 6 im Bereich jeder Tragplatte 21 Ausnehmungen 29, über welche die jeweilige Tragplatte 21 individuell mit dem Tragrahmen 18 des Tragelements 17 verschraubt werden kann, wobei sich durch diese Ausnehmungen 29 dann nicht gezeigte Befestigungsschrauben zur Befestigung der Tragplatten 21 am Tragrahmen 18 des Tragelements 17 erstrecken.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es alternativ auch möglich ist, dass der ringartige Tragrahmen aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. In diesem Fall sind dann die metallischen Tragplatten mit dem Tragrahmen aus dem faserverstärkten Kunststoff vorzugsweise verklebt.
  • Wie bereits ausgeführt, bilden im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Speichermodule 12 des elektrischen Energiespeichers 10 die beiden Speichermodule 13 und 14 aus. Jede der auch als Temperierplatten dienenden Tragplatten 21 des Tragelements 17 dient dabei der Temperierung eines Speichermoduls 12 des oberen Modulpakets 13 und eines Speichermoduls 12 des unteren Modulpakets 14. Die jeweilige Tragplatte 21 ist dabei zwischen den jeweiligen zu temperierenden Speichermodulen 12 der Modulpakete 13 und 14 positioniert.
  • Die Speichermodule 12 sind mit dem Tragrahmen 18 befestigt, ebenso wie die Tragplatten 21 mit dem Tragrahmen 18 befestigt sind. Die Befestigung der Speichermodule 12 der Modulpakete 13 und 14 mit dem Tragrahmen 18 des Tragelements 17 ergibt sich aus 3, wobei 3 entnommen werden kann, dass die Befestigung der Speichermodule 12 mit dem Tragrahmen 18 über Befestigungsbolzen 30 in Kombination mit Befestigungsschrauben 31 erfolgt. Die Befestigungsbolzen 30 sind mit dem Tragrahmen 18, nämlich mit einem nach innen gerichteten Abschnitt 32 des Tragrahmens 18, verbunden und durchdringen Ausnehmungen der Speichermodule 12, wobei die Speichermodule 12 über die Befestigungsschrauben 31 an den Befestigungsbolzen 30 und so über die Befestigungsbolzen 30 am Tragrahmen 18, nämlich am Abschnitt 32 desselben, befestigt sind.
  • Demnach ist jede Tragplatte 21, die auch als Temperierplatte dient, individuell am Tragrahmen 18 befestigt, ebenso ist jedes Speichermodul 12 der Modulpakete 13 und 24 individuell am Tragrahmen 18 montiert, wobei zwischen zwei übereinander positionierten Speichermodulen 12 jeweils eine Tragplatte 21 positioniert ist, die dann die Temperierung der übereinander positionierten Speichermodule 12 übernimmt. Die Speichermodule 12 des oberen Modulpakets 13 stehen auf dem Tragrahmen 18, die Speichermodule 12 des unteren Modulpaktes 14 hängen hingegen an demselben.
  • Der Tragrahmen 18 umschließt die beiden Modulpakete 13 und 14 an sich gegenüberliegenden Abschnitten abschnittsweise, wobei. in den Abschnitten der Modulpakte 13 und 14, an welchen dieselben nicht vom Tragrahmen 18 umschlossen sind, dieselben in montiertem Zustand des elektrischen Energiespeichers 10 vom Gehäuseoberteil 15 bzw. Gehäuseunterteil 16 abgedeckt sind.
  • Beim erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeicher übernimmt das Gehäuse 11 demnach nicht nur die Gehäusefunktion, also die Abdeckung der Speichermodule 12 nach. außen, vielmehr dient das Gehäuse 11 auch der Befestigung des elektrischen Energiespeichers 10 an einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs sowie der Temperierung der Speichermodule 12. Das Tragelement 17 des Gehäuses 11 übernimmt dabei die Befestigung des elektrischen Energiespeichers 10 an der Karosseriestruktur sowie die Temperierung der Speichermodule 12.
  • Der Tragrahmen 18 zusammen mit den Tragplatten 21 nimmt Kräfte und Moment auf, wobei die eigentliche Befestigung des elektrischen Energiespeichers 10 an einer Karosseriestruktur über den Tragrahmen 18 erfolgt. Die Tragplatten 21 dienen der Temperierung, nämlich der Kühlung und/oder Erwärmung, der Speicherzellen 12.
  • Da sämtliche Kräfte und Moment vom Tragelement 17 aufgenommen werden, können Gehäuseoberteil 15 und Gehäuseunterteil 16 als nicht tragende Bauteile ausgeführt sein. Hierdurch kann das Gewicht des elektrischen Energiespeichers 10 reduziert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • DE 102008027293 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Elektrischer Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Hochvoltenergiespeicher eines Hybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, mit einem Gehäuse (11) und mit im Gehäuse aufgenommenen Speichermodulen (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein Tragelement (17) aufweist, über welches der elektrische Energiespeicher mit einer Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei über das Tragelement (17) die Speichermodule (12) temperierbar sind.
  2. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das. Tragelement (17) einen ringartigen Tragrahmen (18) aufweist, wobei der elektrische Energiespeicher über den ringartigen Tragrahmen (18) mit der Karosseriestruktur verbindbar ist.
  3. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (17) mindestens eine sich zwischen dem ringartigen Tragrahmen (18) erstreckende Tragplatte (21) mit einem von einem Temperiermedium durchströmten Hohlraum (22) aufweist, wobei über die oder jede Tragplatte (21) jeweils mindestens ein Speichermodul (12) temperierbar, nämlich kühlbar und/oder erwärmbar, ist.
  4. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (17) mehrere Tragplatten (21) aufweist, wobei jede Tragplatte (21) einen von einem Temperiermedium durchströmten Hohlraum (23) aufweist, wobei alle Tragplatten (21) an eine gemeinsame Vorlaufleitung (24) für das Temperiermedium und eine gemeinsame Rücklaufleitung (23) für das Temperiermedium über entsprechende Verbindungsleitungen (25, 26) angeschlossen sind.
  5. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (17), nämlich der ringartige Tragrahmen (18) und die oder jede Tragplatte (21) desselben, vollständig aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist, wobei der ringartige Tragrahmen (18) aus Metall mit der oder jeder Tragplatte (21) aus Metall vorzugsweise verschraubt ist.
  6. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringartige Tragrahmen (18) aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, und die oder jede Tragplatte (21) aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, gefertigt ist, wobei der ringartige Tragrahmen (18) aus Kunststoff mit der oder jeder Tragplatte (21) aus Metall vorzugsweise verklebt ist.
  7. Elektrischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ein Gehäuseoberteil (15) und ein Gehäuseunterteil (16) aufweist, die mit dem Tragelement (17), insbesondere mit dem ringartigen Tragrahmen (18) des Tragelements, lösbar verbunden sind, wobei das Gehäuseoberteil (15) und das Gehäuseunterteil (16) jeweils als nicht tragende, deckelartige Bauteile ausgeführt sind.
  8. Elektrischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule (12) zwei Modulpakete (13, 14) bilden, nämlich ein erstes Modulpaket (13), welches von oben an dem Tragelement (17) befestigt ist und auf demselben steht, und ein zweites Modulpaket (14), welches von unten an dem Tragelement (17) befestigt ist und an demselben hängt.
  9. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (17) mehrere Tragplatten (21) aufweist, wobei jede Tragplatte (21) zwischen zwei Speichermodulen (12) positioniert ist, nämlich zwischen einem Speichermodul (12) des ersten Modulpakets (13) und einem Speichermodul (12) des zweiten Modulpakets (14), und wobei jede Tragplatte (21) und jedes Speichermodul (12) jeweils individuell mit dem Tragrahmen (18) verbunden ist.
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