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Die Erfindung betrifft elektrische Energiespeicher für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung die Kosten- und Bauraum-effektive Anordnung von elektrischen Energiespeichern in einem mehrspurigen (insbesondere zweispurigen) Straßenkraftfahrzeug.
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Elektrische Traktionsspeicher (z. B. Hochvolt (HV) oder Niedervolt (NV) Energiespeicher) für Fahrzeuge bestehen typischerweise aus standardisierten Speichermodulen mit einer bestimmten Anzahl von Speicherzellen (z. B. 12 Speicherzellen). Diese Speichermodule können in vielfältiger Weise miteinander verschaltet werden (z. B. können intern in einem Speichermodul 1, 2, 3, 4, oder 6 Speicherzellen parallel geschaltet werden; desweiteren kann ein beliebige Anzahl von Speichermodulen parallel geschaltet werden). Jedes Modul umfasst typischerweise eine eigene Kühleinheit, die mit dem Speichermodul verklebt sein kann. Alternativ kann für eine Vielzahl von Speichermodulen eine gemeinsame Kühleinheit bereitgestellt werden, die mittels einer separaten Druckfeder an die Speichermodule gedrückt wird, um das Kühlmodul mit den Speichermodulen zu kontaktieren.
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Die Verwendung von einer Vielzahl von separaten, standardisierten Speichermodulen in einem Fahrzeug führt zu einem relativ hohen Bedarf an Bauraum. Desweiteren führt die Verwendung von einer Vielzahl von Speichermodulen zu einem relativ hohen Aufwand für die Anbindung an eine Tragstruktur des Fahrzeugs und für die Kühlung.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, den Aufwand und den Bauraum für den Verbau von elektrischen Energiespeichern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem mehrspurigen Straßenfahrzeug, zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Speichermodul für ein Fahrzeug beschrieben. Das Speichermodul ist eingerichtet, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs zu speichern. Das Speichermodul umfasst eine Vielzahl von plattenförmigen, elektrischen Speicherzellen, die in eine Längsrichtung des Speichermoduls hochkant nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann eine Speicherzelle z. B. ein oder mehrere Lilonen-Zellen umfassen. Die Speicherzelle kann eine Leerlaufspannung aufweisen, die von der Zellentechnologie abhängt. Typische Leerlaufspannungen liegen im Bereich von 3–4 V. Die Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen kann auch als Stapel von Speicherzellen bezeichnet werden. Die Speicherzellen können dabei ähnlich wie Bücher in einem Bücherregal nebeneinander angeordnet sein.
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Das Speichermodul umfasst weiter ein Gehäuse, das die Vielzahl von plattenförmigen Speicherzellen in Längsrichtung an zumindest zwei, einander gegenüberliegenden, Seiten umschließt. Insbesondere kann das Gehäuse zumindest zwei Gehäusewände umfassen, die an zwei Seiten der Vielzahl von plattenförmigen Speicherzellen in Längsrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse ist dabei derart ausgebildet, dass es Zugkräfte in Längsrichtung aufnehmen kann. So kann mittels Druckplatten ein Druck auf die Vielzahl von Speicherzellen ausgeübt werden, um die Speicherzellen zusammenzupressen, und um so ein kompaktes Speichermodul bereitzustellen. Desweiteren ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass das Gehäuse das Speichermodul gegen Durchbiegen quer zu der Längsrichtung (d. h. in vertikaler Richtung bzw. Z-Richtung in Bezug auf das Fahrzeug, in das das Speichermodul eingebaut werden soll) versteift. Insbesondere kann das Gehäuse das Speichermodul gegen Durchbiegen durch vertikale Kräfte versteifen. Somit kann das Speichermodul auch bei Verwendung einer relativ hohen Anzahl von Speicherzellen selbstragend ausgebildet sein.
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Das Speichermodul umfasst weiter zwei Druckplatten, die an, in Längsrichtung entgegengesetzten, Enden bzw. Stirnflächen des Speichermodules angeordnet sind, und die eingerichtet sind, in Zusammenwirken mit dem Gehäuse die Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen zusammenzudrücken. Insbesondere kann der Stapel von Speicherzellen mittels der Druckplatten zusammengedrückt werden, um die Speicherzellen zu kompaktieren. Desweiteren kann durch die Druckplatten verhindert werden, dass die Speicherzellen ausbauchen, was sich negativ auf die Lebensdauer der Speicherzellen auswirken könnte. Die Druckplatten können dann (im zusammengedrückten Zustand) an dem Gehäuse befestigt werden (z. B. können die Druckplatten mit dem Gehäuse verschweißt werden), so dass die Speicherzellen in dem kompaktierten Zustand verbleiben.
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Es kann somit ein selbstragendes Speichermodul mit einer relativ hohen Anzahl von Speicherzellen bereitgestellt werden. Insbesondere kann das Speichermodul 40 oder mehr plattenförmige Speicherzellen umfassen, die hochkant nebeneinander angeordnet sind. So können relativ lange Speichermodule bereitgestellt werden (in diesem Dokument auch als Langmodule bezeichnet), die in Bauraum- und Kosteneffizienter Weise in einem Fahrzeug verbaut werden können.
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Das Gehäuse kann zumindest teilweise einen Fahrzeugunterboden des Fahrzeugs umfassen, in das das Speichermodul eingebaut werden soll. Insbesondere kann zumindest eine Gehäusewand des Speichermoduls durch den Fahrzeugunterboden gebildet sein. Der Fahrzeugunterboden kann dabei eingerichtet sein, eine Innenraumbebauung des Fahrzeugs (z. B. einen Fahrersitz) aufzunehmen. Die Verwendung des Fahrzeugunterbodens als Gehäuse bzw. als Gehäusewand für ein Speichermodul ermöglicht eine Bauraum- und Gewichts-effiziente Integration von elektrischen Speicherzellen in einem Fahrzeug.
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Das Gehäuse des Speichermoduls kann an einer ersten Seite der Vielzahl von Speicherzellen von einem ersten Fahrzeugunterboden gebildet werden (der die Innenraumbebauung des Fahrzeugs aufnimmt). Desweiteren kann das Gehäuse an einer zweiten Seite der Vielzahl von Speicherzellen von einem zweiten Fahrzeugunterboden gebildet werden. Dabei kann eine Form des zweiten Fahrzeugunterbodens einer Form des ersten Fahrzeugunterbodens nachgebildet sein. Insbesondere können die Form des ersten und des zweiten Fahrzeugbodens (zumindest auf der den Speicherzellen zugewandten Seite) gleich sein. Es kann somit ein Doppelboden für die Unterseite des Fahrzeugs bereitgestellt werden, wobei die Speicherzellen in einem Hohlraum des Doppelbodens angeordnet werden können. So können Speicherzellen in besonders Bauraum- und Gewichts-effizienter Weise in einem Fahrzeug angeordnet werden.
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Das Fahrzeug, in das das Speichermodul eingebaut werden soll, kann eine maximale verfügbare Einbaulänge zum Einbau von Speichermodulen aufweisen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, über die gesamte Breite des Fahrzeugs (quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs) Speichermodule einzubauen, so dass die maximal verfügbare Einbaulänge der gesamten Breite des Fahrzeugs entspricht. Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, über eine bestimmte Länge des Fahrzeugs (in Fahrtrichtung) Speichermodule einzubauen, so dass diese Länge der maximal verfügbaren Einbaulänge entspricht. Aufgrund der selbsttragenden Eigenschaft des Speichermoduls und insbesondere aufgrund der Verwendung des Unterbodens als Gehäuse des Speichermoduls wird es ermöglicht, dass die Länge des Speichermoduls in Längsrichtung der maximal verfügbaren Einbaulänge im Fahrzeug entspricht. Insbesondere kann sich das Speichermodul über die gesamte verfügbare Breite bzw. Länge eines Fahrzeugs erstrecken. Es wird somit ermöglicht, das Speichermodul in Bauraum- und Kosten-effizienter Weise am Fahrzeug zu befestigen (z. B. direkt an den Längs- und/oder Querträgern des Fahrzeugs).
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Das Speichermodul kann eine Zwischendruckplatte zwischen zwei (oder mehr) Teilgruppen von Speicherzellen der Vielzahl von Speicherzellen umfassen. Insbesondere kann das Speichermodul eine Vielzahl von Teilgruppen von Speicherzellen umfassen, wobei zwischen jeder der Vielzahl von Teilgruppen jeweils mindestens eine Zwischendruckplatte angeordnet ist. Die Zwischendruckplatte ist dabei (im kompaktierten Zustand) an dem Gehäuse fixiert (z. B. verschweißt). Die Zwischendruckplatte kann ein T-Profil aufweisen, um zumindest eine Speicherzelle an einer Seite zu stützen. Durch eine Zwischendruckplatte können die Speicherzellen innerhalb des Speichermoduls besser fixiert werden, gegen Aufwölbung geschützt werden und/oder in vertikaler Richtung gestützt werden. So können die selbsttragenden Eigenschaften des Speichermoduls weiter verbessert werden.
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Die Vielzahl von Speicherzellen kann in mindestens zwei Teilgruppen aufgeteilt sein. Dabei können die Speicherzellen der Teilgruppen jeweils elektrisch in Reihe geschaltet sein, wobei eine (verschaltete) Teilgruppe von Speicherzellen eine elektrische Spannung aufweist, die kleiner als oder gleich wie 60 V ist. Die mindestens zwei Teilgruppen können derart ausgebildet sein, dass die mindestens zwei Teilgruppen über eine trennbare Steckverbindung, insbesondere über einen Jumper, elektrisch in Reihe geschaltet werden können. Es wird somit ermöglicht, das Speichermodul (bei getrennter Steckverbindung) in sicherer Weise zu verbauen. Erst bei Inbetriebnahme innerhalb des Fahrzeugs können dann über die Steckverbindung Spannungen im HV-Bereich aktiviert werden.
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Das Speichermodul umfasst typischerweise eine Kühleinheit, die eingerichtet ist, die Vielzahl von Speicherzellen zu kühlen (mittels eines Kühlmediums). Dabei kann die Kühleinheit bereits vor Einbau des Speichermoduls in ein Fahrzeug in das Speichermodul verbaut werden. Insbesondere kann die Kühleinheit fest mit dem Speichermodul verbunden (z. B. verklebt) werden. Die Kühleinheit umfasst eine Kühlplatte, die sich in Längsrichtung entlang einer (als gekühlte Seite bezeichneten) Seite der Vielzahl von Speicherzellen erstreckt. Desweiteren umfasst die Kühleinheit zumindest einen Zulauf- und/oder Ablaufflansch, über den ein Kühlmedium zu der Kühlplatte hin und/oder von der Kühlplatte weg befördert werden kann. Der Zulauf- und/oder Ablaufflansch kann dabei platzsparend entlang einer Kante des Gehäuses parallel zu einer der Druckplatten verlaufen.
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Die Kühlplatte kann eine Vielzahl von Kanälen umfassen, durch die das Kühlmedium von dem Zulauf- und/oder Ablaufflansch weg entlang der gekühlten Seite der Vielzahl von Speicherzellen oder entlang der gekühlten Seite der Vielzahl von Speicherzellen zu dem Zulauf- und/oder Ablaufflansch hin befördert werden kann.
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Die Kühleinheit kann fest mit dem ersten Fahrzeugunterboden und dem zweiten Fahrzeugunterboden verbaut sein. Zwischen dem ersten Fahrzeugunterboden und dem zweiten Fahrzeugunterboden entsteht dann ein Hohlraum, in den die Speicherzellen eingeführt werden können, um ein oder mehrere Speichermodule (inklusive der erforderlichen Kühlung) zu bilden.
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Das Speichermodul kann ein erstes Gehäuse mit einer ersten Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen und ein zweites Gehäuse mit einer zweiten Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen umfassen. Das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse können in Längsrichtung nebeneinander angeordnet sein. Dabei umfassen das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse einen Teil des Unterbodens des Fahrzeugs. Das erste Gehäuse weist eine erste gekühlte Gehäusewand und das zweite Gehäuse eine zweite gekühlte Gehäusewand auf (in Längsrichtung entlang des jeweiligen Stapels von Speicherzellen). Dabei berührt die erste gekühlte Gehäusewand die Kühlplatte auf einer ersten Seite und die zweite gekühlte Gehäusewand berührt die Kühlplatte auf einer, der ersten Seite gegenüberliegenden, zweiten Seite, so dass die erste Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen und die zweite Vielzahl von plattenförmigen elektrischen Speicherzellen durch die (gemeinsame) Kühlplatte gekühlt werden. Eine derartige Anordnung von Speicherzellen wird in diesem Dokument als Schmetterlingsanordnung bezeichnet. Durch die Verwendung einer einzigen Kühleinheit für zwei Stapel von Speicherzellen können der Bauraum und die Kosten für die Bereitstellung eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug weiter reduziert werden.
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Der Zulauf- und/oder Ablaufflansch einer Kühleinheit kann zwischen dem ersten Fahrzeugunterboden und dem zweiten Fahrzeugunterboden verlaufen, was eine besonders kompakte Anordnung einer Kühleinheit ermöglicht.
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Das Gehäuse kann eine erste Gehäusewand umfassen, die in Längsrichtung an einer ersten Seite der Vielzahl von Speicherzellen angeordnet ist. Die erste Gehäusewand kann z. B. durch den Unterboden des Fahrzeugs gebildet werden. Die erste Gehäusewand kann eine Vielzahl von Injektionsöffnungen umfassen, durch die eine Fixiermasse eingespritzt werden kann, die die erste Seite der Vielzahl von Speicherzellen an der ersten Gehäusewand fixiert. Das Gehäuse kann Gehäusewände mit Injektionsöffnungen aufweisen, wobei die Gehäusewände im eingebauten Zustand im Fahrzeug oben und/oder unten in Längsrichtung entlang des Stapels von Speicherzellen angeordnet sind. Mittels der Injektionsöffnungen kann im Anschluss an die Kompaktierung der Speicherzellen innerhalb des Speichermoduls eine Fixierung der Speicherzellen bewirkt werden, wodurch die Stabilität des Speichermoduls weiter erhöht wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein mehrspuriges (insbesondere zweispuriges) Straßenkraftfahrzeug (z. B. ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen) beschrieben, das eine elektrische Maschine zum Antrieb des Straßenkraftfahrzeugs umfasst. Desweiteren umfasst das Straßenkraftfahrzeug ein in diesem Dokument beschriebenes Speichermodul, das eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine bereitzustellen.
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Das Straßenfahrzeug kann einen Längsträger und/oder einen Querträger umfassen. Das Speichermodul (insbesondere das Gehäuse des Speichermoduls) kann dabei direkt an dem Längsträger und/oder dem Querträger befestigt sein.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
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Dabei zeigen
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1a eine beispielhafte Anordnung von Speichermodulen in einem Fahrzeug;
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1b ein beispielhaftes Langmodul für ein Fahrzeug;
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1c eine beispielhafte Kühleinheit für ein Speichermodul;
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1d eine beispielhafte Anbindung eines Langmoduls an einen Träger eines Fahrzeugs;
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2a eine beispielhafte Anordnung von Speicherzellen in einem doppelten Fahrzeugboden;
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2b eine beispielhafte Kühleinheit; und
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2c eine beispielhafte Anordnung von Speicherzellen in einem doppelten Fahrzeugboden.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bauraum- und Kosten-effizienten Anordnung von elektrischen Energiespeichern in einem Fahrzeug. Die elektrischen Energiespeicher werden dabei zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb eines Antriebsmotors des Fahrzeugs verwendet.
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Typischerweise werden in einem Fahrzeug mehrere, gleich aufgebaute, Speichermodule 100 verbaut (wie in 1a dargestellt). Die Speichermodule 100 weisen dabei typischerweise Außenabmessungen von weniger als 50 cm bzw. 70 cm in allen Richtungen auf. Die Speichermodule 100 umfassen eine Vielzahl von Speicherzellen (z. B. 12 Speicherzellen). Die Speicherzellen werden durch Zuganker 102 und Druckplatten 101 zusammengepresst, um ein kompaktiertes Speichermodul 100 zu bilden. Die einzelnen Speicherzellen können über elektrische Kontakte 103 an eine elektrische Antriebsmaschine bzw. an Leistungselektronik des Fahrzeugs angeschlossen werden.
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Die Verwendung von einer Vielzahl von Speichermodulen 100 erfordert einen relativ hohen Bedarf an Bauraum. Insbesondere werden für jedes Speichermodul 100 jeweils 2 Druckplatten 101 benötigt. Desweiteren werden für die einzelnen Speichermodule 100 separate Kühleinheiten benötigt. Alternativ kann anhand von Federn eine gemeinsame Kühlschiene an die separaten Speichermodule 100 angepresst werden, was jedoch zusätzlichen Bauraum und zusätzliche Komponenten erfordert. Es ergibt sich somit ein relativ hoher Aufwand für die Kühlung der Speichermodule 100. Desweiteren erfordert die Anbindung der Speichermodule 100 an das Fahrzeug typischerweise eine dedizierte Tragstruktur, was ebenfalls mit einem relativ hohen Aufwand verbunden ist.
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1b zeigt ein modifiziertes Speichermodul 110 (in diesem Dokument als Langmodul bezeichnet), das eine erhöhte Anzahl von Speicherzellen umfasst, und das speziell an die Dimensionen eines bestimmten Fahrzeugs angepasst werden kann. Das Langmodul 110 kann z. B. eine Länge (senkrecht zu den gestapelten Speicherzellen) von 1 m bis 1,2 m bzw. 1,5 m aufweisen. Das Langmodul 110 umfasst z. B. 48 Speicherzellen oder mehr. Dabei kann das Langmodul 110 derart ausgebildet sein, dass es bei einer Queranordnung (d. h. quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs) substantiell die gesamte Fahrzeugbreite einnimmt. Alternativ kann das Langmodul 110 bei einer Längsanordnung (in Fahrtrichtung) den maximal möglichen Bauraum in Längsrichtung einnehmen.
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Die Speicherzellen des Langmoduls 110 können in einem Gehäuse 112 angeordnet sein, wobei das Gehäuse Zuganker umfasst. Die Speicherzellen können durch Druckplatten 111 innerhalb des Gehäuses 112 zusammengepresst werden, um eine Einheit zu bilden. Ggf. kann das Langmodul 110 zwischen Teilgruppen von Speicherzellen Zwischendruckplatten 114 umfassen, um eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung innerhalb des Langmoduls 110 zu erreichen und um das Langmodul 110 zu stabilisieren.
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Durch Zwischendruckplatten 114 können Vertikalkräfte eines Zellstapels (d. h. einer Gruppe von Speicherzellen) an tragenden Zugankern des Gehäuses 112 abgestützt werden. Insbesondere kann das Langmodul 110 selbsttragend ausgeführt werden. Es wird so ermöglicht, dass das Langmodul 110 z. B. ausschließlich über die Druckplatten 111 am Fahrzeug (z. B. an einem Längsträger) des Fahrzeugs befestigt wird. So kann der Aufwand für den Einbau eines elektrischen Energiespeichers im Fahrzeug reduziert werden.
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Ein Langmodul 110 kann zusammen mit einer einzigen Kühleinheit in einem Stück vormontiert werden. Insbesondere kann dabei die Kühleinheit mit dem Langmodul verklebt werden, wodurch eine Bauraum-effiziente Anordnung im Fahrzeug ermöglicht wird.
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Die einzelnen Speicherzellen des Langmoduls 110 können über Kontakte 113 mit einer elektrischen Maschine bzw. Leistungselektronik des Fahrzeugs verbunden werden. Die Kontakte 113 eines Langmoduls 110 können ggf. für den Einbau in das Fahrzeug nur teilweise miteinander verbunden sein. Insbesondere können nur Teilgruppen der Speicherzellen eines Langmoduls 110 miteinander in Reihe geschaltet sein, so dass die Spannung an einer Teilgruppe von Speicherzellen im NV-Bereich (z. B. bei 60 V oder weniger) liegt (ggf. können darüber hinaus zumindest einige Speicherzellen innerhalb eines Langmoduls 110 parallel geschaltet sein). Desweiteren können Jumper vorgesehen werden, durch die zwei Teilgruppen von Speicherzellen miteinander in Reihe geschaltet werden können. So kann das Handling eines Langmoduls 110 bei Montage, Lagerhaltung und Service vereinfacht werden, da erst durch das Stecken der Jumper ein HV-Energiespeicher entsteht.
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Das Gehäuse 112 des Langmoduls 110 kann zumindest teilweise geschlossen sein. Insbesondere kann das Gehäuse 112 des Langmoduls 110 die Speicherzellen eines Langmoduls 110 an mindestens drei Seiten umschließen. In besonders vorteilhafter Weise kann dabei das Gehäuse 112 eines Speichermoduls 110 durch den Fahrzeugunterboden eines Fahrzeugs gebildet werden. Dabei kann der Fahrzeugunterboden zumindest eine Gehäusewand des Gehäuses 112 bilden. Desweiteren kann der Fahrzeugunterboden als Zuganker verwendet werden.
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Die Verwendung des Fahrzeugunterbodens für ein Gehäuse 112 eines Langmoduls 110 ist beispielhaft in den 2a und 2c dargestellt. Der Fahrzeugunterboden 301 kann z. B. als obere Wand des Gehäuses 112 für eine Vielzahl von Speichermodulen 110, 310 verwendet werden. Der Fahrzeugunterboden 301 kann aus einem Strangpressprofil oder aus einer Vielzahl von Teilen aufgebaut sein. Insbesondere kann für den gesamten Boden des Fahrzeugs ein einteiliges Bauteil bereitgestellt werden, d. h. der Fahrzeugunterboden 301 kann ein einteiliges Bauteil sein. Kühlflächen der Kühleinheiten können vorab im Fahrzeugunterboden 301 integriert werden.
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Desweiteren kann als untere Wand des Gehäuses 112 ein weiterer Fahrzeugunterboden 302 bereitgestellt werden. Zwischen den beiden Fahrzeugunterböden 301, 302 können dann eine Vielzahl von Speichermodulen 110, 310 angeordnet werden. Dabei können mittels der Fahrzeugunterböden 301, 302 als Gehäuse 112 eine Vielzahl von Langmodulen 110 aufgebaut werden. Beispielsweise können zwischen den Fahrzeugunterböden 301, 302 ein oder mehrere Schmetterlingsanordnungen von Langmodulen 110 bereitgestellt werden, bei denen jeweils zwei Langmodule 110 mittels einer gemeinsamen Kühlplatte gekühlt werden.
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Die einzelnen plattenförmigen Speicherzellen 155 verlaufen hochkant zwischen den beiden Fahrzeugunterböden 301, 302 (wie in 2a durch die vertikalen Linien angedeutet). Ggf. können die einzelnen plattenförmigen Speicherzellen 155 auch mehrstückig zwischen den beiden Fahrzeugunterböden 301, 302 angeordnet sein.
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1c zeigt eine beispielhafte Kühlung eines Langmoduls 110. Die Zufluss-/Abflussrohrleitungen bzw. Flansche 151 für das Kühlmedium (z. B. Wasser-Glykol bzw. Kohlendioxid) können an ein oder mehreren Kanten des Gehäuses 112 des Langmoduls 110 angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Flansche 151 durch Hohlräume in den Gehäusewänden und/oder in den Druckplatten 111 gebildet werden. Dabei kann bei einem gasförmigen Kühlmedium wie Kohlendioxid an einer Kante ein integrierter bzw. kombinierter Ein-/Ausströmer für das Kühlmedium verwendet werden. Bei einem flüssigen Kühlmedium wie Wasser-Glykol können separate Einströmer und Ausströmer an zwei Kanten des Gehäuses angeordnet sein. Die ein oder mehreren Flansche 151 können zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 112 angeordnet sein, um den erforderlichen Bauraum für das Langmodul 110 zu reduzieren.
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Desweiteren umfasst die Kühleinheit 122 eine Kühlplatte 156, die mit einer Wand des Gehäuses 112 in Kontakt steht. Die Kühlplatte 156 kann mit der gekühlten Wand des Gehäuses 112 verklebt sein. 1c zeigt weiter eine Schicht von thermischer Kontaktmasse 152 auf einer gekühlten Seitenfläche der Speicherzellen 155, die der Kühlplatte 156 zugewandt ist. Diese Schicht von thermischer Kontaktmasse 152 kann vor Einführung des Stapels von Speicherzellen 155 auf die gekühlte Seitenfläche des Stapels von Speicherzellen 155 aufgetragen werden.
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Zur Stabilisierung der Speicherzellen 155 innerhalb eines Gehäuses 112 eines Langmoduls 110 kann über Injektionsöffnungen 153 in den Gehäusewänden Fixierkleber 157 in den Innenraum des Gehäuses 112 injiziert werden. Die Injektionsöffnungen 153 sind in 1c als Pfeile dargestellt.
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Die Fahrzeugunterböden 301, 302 können durch Flansche 321 für die Kühleinheiten 122 der einzelnen Speichermodule 110, 310 miteinander verbunden sein. Mit anderen Worten, die Flansche 321 können zwischen dem ersten Fahrzeugunterboden 301 und dem zweiten Fahrzeugunterboden 302 verlaufen. Über die Flansche 321 kann das Kühlmedium durch die Kühlplatten 322 der Speichermodule 310 geführt werden (siehe 2b). Dabei verlaufen die Kühlplatten 322 quer durch den Hohlraum zwischen den Fahrzeugunterböden 301, 302 entlang einer Seitenfläche eines Speichermoduls 110, 310. Die Flansche 321 für Ein- und Ausströmer können alle auf der gleichen Fahrzeugseite angeordnet sein. So steht der Platz auf der anderen Fahrzeugseite vollständig für den Verbau von Speichermodulen 110, 310 zur Verfügung. Die Flansche 321 können zur Reduzierung der Baubreite zumindest teilweise innerhalb der Speichermodule 110, 310 (z. B. innerhalb der Druckplatten 111) verlaufen.
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Ein Langmodul 110 kann derart ausgebildet sein, dass das Langmodul 110 direkt an einen Träger 160 (insbesondere an Längsträger und/oder Querträger) des Fahrzeugs befestigt werden kann (siehe 1d). Durch die Verwendung des Unterbodens des Fahrzeugs für das Gehäuse 112 kann das Langmodul 110 selbsttragend sein, so dass neben einer Anbindung (z. B. Verschraubung) an einen Träger 160 des Fahrzeugs keine weiteren tragenden Elemente erforderlich sind.
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Die Bereitstellung eines, an die Struktur eines Fahrzeugs angepassten, Langmoduls 110 ermöglicht eine erhöhte Energiedichte, da die Anzahl von Druckplatten 111 der Speichermodule 110 in einem Fahrzeug reduziert werden kann. Desweitern können weitere Passivteile für die Anbindung der Speichermodule 110 an das Fahrzeug eingespart werden. Außerdem können die Kosten und der Bauraum für die Kühlung von Speichermodulen 110 reduziert werden. Insbesondere kann eine Kühleinheit an dem Langmodul 110 vormontiert (z. B. geklebt) werden, so dass Bauraum (insbesondere die Bauhöhe) und Aufwand für Federn entfallen. Die Verwendung eines Langmoduls 110 führt darüber hinaus zu einem Gewichtsgewinn im Fahrzeug, da eine direkte Befestigung an Trägern 160 des Fahrzeugs ermöglicht wird, und da eine dedizierte Tragstruktur für einzelne Speichermodule 100 entfällt.
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Insbesondere kann durch die Verwendung des Fahrzeugunterbodens 301 als Teil eines Gehäuses 112 für ein Speichermodul 110, 310 die Energiedichte in einem Fahrzeug erhöht werden. Desweiteren ist eine solche Integration vorteilhaft für die Struktursteifigkeit des Fahrzeugs, insbesondere für die Steifigkeit in Bezug auf seitlich auf das Fahrzeug einwirkende Kräfte. Die gesamte Bodeneinheit (inkl. der Speichermodule 110, 310) kann vormontiert werden, und in Kosten-effektiver Weise in das Fahrzeug integriert werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
