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Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung umfassend ein oder mehrere Energiespeicherelemente und ein Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Gehäusedecke und einen Gehäuseboden umfasst.
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Energiespeicheranordnungen zum Speichern von elektrischer Energie werden beispielsweise in Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb verwendet, wo sie zum Speichern der für den Fahrzeugantrieb notwendigen Energie eingesetzt werden. Um die Energiespeicheranordnungen vor Beschädigungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall zu schützen, ist es bekannt, die Energiespeicherelemente in einem Gehäuse unterzubringen. Neben dem Schutz der Energiespeicherelemente vor Beschädigung werden die Gehäuse von Energiespeicheranordnungen beispielsweise auch mit zusätzlichen Kühleinrichtungen versehen, um beim Betrieb der Energiespeicheranordnung entstehende Wärme aus dem Inneren des Gehäuses abzuführen. Dabei müssen die Gehäuse so ausgeführt werden, dass auch die Kühleinrichtungen vor Beschädigungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs geschützt sind, um beispielsweise Leckagen von Kühlmittel zu verhindern und eine konstante Kühlung der Energiespeicherelemente im Gehäuse zu ermöglichen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene solcher Energiespeicheranordnungen bekannt. So zeigt die Druckschrift
DE 10 2014 202 162 A1 eine elektrische Speichereinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie und mit einer aktiven Kühleinrichtung. Die Batterie ist dabei auf dem Boden eines die Batterie umgebenden Gehäuses angeordnet. Unterhalb des Gehäusebodens befindet sich ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Kühlelement, wobei der Gehäuseboden als Wärmetauscherfläche zwischen den sich erwärmenden Batterien und der Kühlflüssigkeit dient. Durch das aufgesetzte Kühlelement ist die Batterie im Inneren des Gehäuses im Falle einer unfallbedingten Verformung vor aus dem Kühlelement austretenden Kühlmittel geschützt.
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In Druckschrift
DE 10 2015 003 482 A1 ist ein Kraftfahrzeug beschrieben bei dem eine Batterie zur besseren Ausnutzung des Bauraums zwischen einem Betriebsmitteltank und einem Unterfahrschutz des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Batterien oder ein die Batterien umschließendes Batteriegehäuse liegen dabei direkt auf dem Unterfahrschutz des Kraftfahrzeugs auf.
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Aus der
DE 10 2015 008 942 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, welches zumindest eine an einem Fahrzeugunterboden angeordnete elektrische Batterie aufweist, welche über eine Temperiervorrichtung temperierbar ist. Die Batterie ist dabei auf einem Unterfahrschutz angeordnet, der an seiner Unterseite die Temperiervorrichtung, beispielsweise in Form von luftdurchströmbaren Kanälen, aufweist.
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In Druckschrift
EP 1 334 881 B1 ist ein an einem Fahrgestellrahmen eines Lastkraftwagens angebundener Tragrahmen für eine Batterie offenbart. Der Tragrahmen ist dabei zwischen zwei horizontal voneinander beabstandeten Holmen des Fahrgestellrahmens untergebracht und ist mit beiden Holmen gedämpft federbar verbunden. Der Tragrahmen kann dabei auch als Tragkasten ausgebildet sein und dient der Unterbringung von Batterien an der Unterseite eines Fahrzeugs.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Energiespeicheranordnung anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass das oder die Energiespeicherelemente an der Gehäusedecke angeordnet sind, wobei zwischen dem oder den Energiespeicherelementen und dem Gehäuseboden ein Spalt ausgebildet ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die Anordnung des oder der Energiespeicherelemente an der Gehäusedecke, welche das Gehäuse nach oben begrenzt, die Energiespeicherelemente besser vor Beschädigungen geschützt sind. Beschädigungen, welche beim Betrieb des Kraftfahrzeugs auftreten können, umfassen beispielsweise Schäden durch Steinschlag oder durch das Aufsitzen des Kraftfahrzeugs beim Überfahren von Hindernissen und wirken auf die Unterseite des Kraftfahrzeugs. Bei einer Energiespeicheranordnung, welche an der Unterseite eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wirken sie entsprechend auf den Gehäuseboden, welcher das Gehäuse nach unten hin begrenzt. Dadurch, dass die Energiespeicherelemente erfindungsgemäß an der Gehäusedecke angeordnet sind, wodurch ein Spalt zwischen den Energiespeicherelementen und dem Gehäuseboden ausgebildet ist, wirken sich Beschädigungen des Gehäusebodens nicht direkt auf die Energiespeicherelemente aus. Der Spalt zwischen Energiespeicherelementen und dem Gehäuseboden dient dabei als zusätzlicher Sicherheitsraum, der eine Verformung des Gehäusebodens aufnehmen kann, so dass sie sich nicht unmittelbar auf die Energiespeicherelemente der Energiespeicheranordnung auswirkt. Die Energiespeicherelemente, welche beispielsweise Batterien, beziehungsweise Akkumulatoren, oder Speicherkondensatoren sein können, sind somit vor Beschädigung oder Zerstörung besser geschützt.
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Für das Gehäuse der Energiespeicheranordnung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass es einen Rahmen umfasst, wobei die Gehäusedecke und der Gehäuseboden an entgegengesetzten Seiten des Rahmens befestigt sind. Der Rahmen kann dabei insbesondere als umlaufender Rahmen ausgebildet sein, an den Gehäusedecke und Gehäuseboden von oben beziehungsweise von unten aufgesetzt und befestigt werden können. Der Rahmen kann dabei z. B. ein L-förmiges Querschnittsprofil aufweisen und aus Faserverbundwerkstoff bestehen oder aus Strangpressprofilen zusammengesetzt sein. Die Gehäusedecke und der Gehäuseboden können aus Faserverbundwerkstoff, aus Metall oder aus Kunststoff bestehen. Form und Größe von Rahmen, Gehäusedecke und Gehäuseboden können je nach den Anforderungen an die Kapazität des Gehäuses, beziehungsweise an die Kapazität der Energiespeicheranordnung, sowie an den zur Verfügung stehenden Einbauraum angepasst werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Rahmen wenigstens einen Steg zur Ausbildung einer mehrere Fächer umfassenden Fachstruktur umfasst, wobei in jedem Fach wenigstens ein Energiespeicherelement angeordnet ist. Die Stege können dabei fest mit dem Rahmen verbunden sein und als Querstege und Längsstege angeordnet sein. Die Stege können dabei aus Faserverbundwerkstoff oder aus Metall, beispielsweise als Strangpressprofil, gefertigt sein, wobei sie bevorzugt aus dem gleichen Material bestehen wie der Rahmen. Die Stege und/oder der Rahmen bilden eine Fachstruktur aus, wobei ein einzelnes Fach durch die Stege oder durch Stege und einen Abschnitt des Rahmens begrenzt ist. Nach oben und unten hin sind die Fächer durch die Gehäusedecke und den Gehäuseboden abgeschlossen. Durch die von den Stegen ausgebildete Fachstruktur wird die Stabilität des Gehäuses erhöht, wobei in den Fächern jeweils wenigstens ein Energiespeicherelement angeordnet werden kann.
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Um eine Befestigung der Energiespeicherelemente an der Gehäusedecke zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Energiespeicherelemente an wenigstens einem Steg befestigt sind. Dazu können die Energiespeicherelemente beispielsweise eine oder mehrere Laschen aufweisen, die auf Sockelabschnitten der Stege aufliegen und durch Verschraubung fixiert werden können. Durch diese Befestigung wird ein Herabfallen der Energiespeicherelemente verhindert und ein fester Kontakt zwischen Energiespeicherelement und Gehäusedecke ermöglicht.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das oder die Energiespeicherelemente über im Spalt angeordnete Anschlussmittel miteinander elektrisch verbunden sind. Dies ermöglicht bei mehreren vorhandenen Energiespeicherelementen beispielsweise eine Parallel- oder eine Reihenschaltung der im Gehäuse angeordneten Energiespeicherelemente. Auch ist es möglich, das oder die Energiespeicherelemente über die im Spalt angeordneten Anschlussmittel mit anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs zu verbinden, wobei die Anschlusselemente dazu aus dem Gehäuse nach außen geführt werden können.
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Um eine Kühlung des oder der Energiespeicherelemente zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Gehäusedecke wenigstens einen Kühlkanal aufweist. Dadurch kann beispielsweise durch ein im Kühlkanal zirkulierendes Kühlmittel von einem Energiespeicherelement im Betrieb erzeugte Abwärme abgeführt werden. Die Anordnung von wenigstens einem Kühlkanal in der Gehäusedecke ermöglicht einen geringen thermischen Übergangswiderstand zu den an der Gehäusedecke angeordneten Energiespeicherelementen und schützt die Kühlkanäle ebenfalls vor Beschädigungen, die auf den Gehäuseboden einwirken.
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Der Kühlkanal der Gehäusedecke kann beispielsweise ein Mäander sein, oder es können mehrere Kühlkanäle parallel verlaufen. Der oder die Kühlkanäle können über kommunizierende Anschlüsse in der Gehäusedecke miteinander verbunden werden sowie an einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Gehäusedecke eine Kühlplatte und eine Deckplatte umfasst, wobei der Kühlkanal zwischen Kühlplatte und Deckplatte ausgebildet ist. Dabei sind das oder die Energiespeicherelemente an der Kühlplatte angeordnet und das Gehäuse der Energiespeicheranordnung wird nach oben hin durch die Deckplatte begrenzt. Durch die Form der Kühlplatte und/oder der Deckplatte können dabei ein oder mehrere Kühlkanäle mit beliebigen Verläufen zwischen Kühlplatte und Deckplatte ausgebildet werden. Für die Kühlplatte und die Deckplatte kann vorgesehen sein, dass sie aus Metall bestehen, wobei insbesondere für die Kühlplatte bevorzugt ein Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, eingesetzt werden kann, um einen möglichst geringen thermischen Übergangswiderstand zwischen Energiespeicherelement und dem oder den zwischen Kühlplatte und Deckplatte ausgebildeten Kühlkanälen beziehungsweise dem Kühlmittel zu erreichen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass jedes Energiespeicherelement eine interne Kühlungseinrichtung aufweist und/oder dass wenigstens ein Steg wenigstens einen Kühlkanal aufweist. Bei der internen Kühlungseinrichtung kann es sich beispielsweise um in den einzelnen Energiespeicherelementen verlaufende Kühlkanäle handeln, welche über entsprechende Verbindemittel mit Anschlussöffnungen eines oder mehrerer Kühlkanäle, welche innerhalb eines oder mehrerer Stege verlaufen, verbunden sein können. Durch ein Kühlmittel, welches durch die Kühlkanäle in dem oder den Stegen sowie in dem oder den Energiespeicherelementen zirkuliert, kann in den Energiespeicherelementen entstehende Wärme abgeführt werden. Ein Kühlkanal in einem Steg kann über an der Außenseite des Gehäuses angeordnete Anschlüsse mit weiteren Kühlkanälen verbunden oder an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäuseboden abnehmbar befestigt ist. Dies ermöglicht den Zugang zu dem oder den Energiespeicherelementen nach Abnehmen des Gehäusebodens ohne die Energiespeicheranordnung aus einem Kraftfahrzeug ausbauen zu müssen, wodurch beispielsweise Wartungsarbeiten oder Reparaturen im Inneren des Gehäuses vereinfacht werden. Eine solche abnehmbare Befestigung kann dabei insbesondere durch eine Verschraubung des Gehäusebodens am Rahmen und/oder der Gehäusedecke erfolgen.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung umfasst.
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Erfindungsgemäß kann für das Kraftfahrzeug weiterhin vorgesehen werden, dass der Gehäuseboden ein Unterfahrschutz des Kraftfahrzeugs ist. Durch die Ausführung des Gehäusebodens als Unterfahrschutz wird es ermöglicht, die Energiespeicheranordnung an der Unterseite des Kraftfahrzeugs, beispielsweise zwischen zwei in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Trägern der Karosserie, anzuordnen. Bei einem als abnehmbar gestalteten Gehäuseboden kann auch in diesem Fall der als Unterfahrschutz ausgebildete Gehäuseboden zu Wartungs- und Reparaturzwecken abgenommen werden, was einen direkten Zugang zum Inneren des Gehäuses von der Unterseite des Kraftfahrzeugs her ermöglicht. Bei Beschädigungen des Unterfahrschutzes kann dieser auf diese Weise abgenommen und getauscht werden, ohne dass eine Demontage der gesamten Energiespeicheranordnung vonnöten ist. Ein als Unterfahrschutz ausgebildeter Gehäuseboden kann beispielsweise aus Metall bestehen und an seiner nach außen gerichteten Seite einen Korrosionsschutz aufweisen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung,
- 3 eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung, und
- 4 eine Aufsicht auf die Unterseite eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung 2 auf, welche über elektrische Verbindungsmittel 3 mit einem elektrischen Antriebsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Die Energiespeicheranordnung 2 umfasst ein Gehäuse 5, welches aus einem Rahmen 6 besteht, auf dem eine Gehäusedecke 7 aufgesetzt ist. An dieser Gehäusedecke 7 sind die im Inneren des Gehäuses 5 befindlichen Energiespeicherelemente (hier nicht dargestellt) angeordnet. Zur Kühlung der Energiespeicherelemente weist die Gehäusedecke 7 einen Kühlkanal auf, welcher über mit Anschlüssen 8 der Gehäusedecke 7 verbundene Kühlmittelleitungen 9 mit einem Kühlkreislauf 10 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Das Gehäuse 5 der Energiespeicheranordnung 2 ist nach unten hin durch einen als Unterfahrschutz ausgebildeten Gehäuseboden 11 begrenzt. Der Gehäuseboden 11 ist durch die Verschraubungen 12 abnehmbar mit dem Rahmen 6 des Gehäuses 5 verbunden. Durch Abnehmen des Gehäusebodens 11 können die sich im Inneren des Gehäuses 5 befindlichen Energiespeicherelemente für Wartung oder Reparatur zugänglich gemacht werden.
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In 2 ist eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 dargestellt. Die Energiespeicheranordnung 2 umfasst ein Gehäuse 5 sowie mehrere Energiespeicherelemente 13. Die Energiespeicherelemente 13 sind an der Gehäusedecke 7 des Gehäuses 5 angeordnet. Die Gehäusedecke 7 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer Kühlplatte 14 sowie einer Deckplatte 15 zwischen denen wenigstens ein Kühlkanal 16 ausgebildet ist. Der Kühlkanal 16 kann über die Anschlüsse 8 mit weiteren Kühlkanälen der Energiespeicheranordnung 2 verbunden werden oder an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen werden. Durch ein im Kühlkanal 16 zirkulierendes Kühlmittel kann Wärme abgeführt werden, welche von den Energiespeicherelementen 13 im Betrieb abgegeben wird. Die Energiespeicherelemente 13 sind in direktem Kontakt zur Kühlplatte 14 angeordnet. Die Kühlplatte 14 kann dabei aus einem Metall mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer bestehen, um einen guten thermischen Übergangswiderstand zwischen den Energiespeicherelementen 13 und dem im Kühlkanal 16 zirkulierenden Kühlmittel zu erzielen. Durch die Deckplatte 15 der Gehäusedecke 7 wird der Kühlkanal 16 sowie das Gehäuse 5 nach oben hin begrenzt. Die Deckplatte 15 kann beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff gefertigt sein.
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Die Gehäusedecke 7 sitzt an ihren Seiten auf dem umlaufenden Rahmen 6 des Gehäuses 5 auf. Um seine mechanische Stabilität zu gewähren sowie ein insgesamt niedriges Gesamtgewicht zu erzielen, weist der Rahmen 6 ein L-förmiges Querschnittsprofil mit längslaufenden Kammern 17 auf. Der Rahmen 6 kann beispielsweise aus Faserverbundwerkstoff gefertigt sein oder aus mehreren Aluminiumstrangpressprofilen zusammengesetzt sein. An der der Gehäusedecke 7 gegenüberliegenden Seite ist der Gehäuseboden 11 durch die Verschraubungen 12 abnehmbar befestigt.
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Zwischen dem Gehäuseboden 11 und den im Inneren des Gehäuses 5 angeordneten Energiespeicherelementen 13 ist ein Spalt 18 ausgebildet. Durch die im Spalt 18 angeordneten elektrischen Verbindungsmittel 19 sind die Energiespeicherelemente 13 miteinander verbunden.
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Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Gehäuses 5 umfasst der Rahmen 6 Stege 20, 21, welche eine Fachstruktur ausbilden. Die Stege 20, 21 können einstückig mit dem Rahmen 6 ausgebildet sein oder an diesem, beispielsweise durch Verschraubungen, befestigt sein. In den Fächern der durch die Stege 20, 21 ausgebildeten Fachstsruktur ist in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Energiespeicherelement 13 angeordnet. Um die Energiespeicherelemente 13 in ihrer Position zu fixieren, sind diese durch die Verschraubungen 23 am Steg 20 sowie durch die Verschraubungen 24 an den Stegen 21 befestigt. Durch diese Fixierung werden die Energiespeicherelemente 13 in Kontakt mit der Kühlplatte 14 der Gehäusedecke 7 gehalten. Für Wartungs- oder Reparaturarbeiten können die Energiespeicherelemente 13 durch Entfernen des Gehäusebodens 11 zugänglich gemacht werden.
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In 3 ist eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 gezeigt. Das Gehäuse 5 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel den Rahmen 6, den daran befestigten Gehäuseboden 11 sowie eine einstückig ausgeführte Gehäusedecke 7. Auch in diesem Beispiel sind die Energiespeicherelemente 13 durch die Verschraubungen 23, 24 an den Stegen 20, 21 befestigt. Der Steg 20 weist hierbei einen Kühlkanal 25 auf, welcher über Verbindungselemente 26 mit internen Kühlungseinrichtungen 27 der Energiespeicherelemente 13 verbunden ist. Durch ein Kühlmittel welches durch den Kühlkanal 25 sowie durch die Kühleinrichtungen 27 strömt, kann von den Speicherelementen 13 erzeugte Wärme abgeführt werden. Diese Form der Kühlung kann alternativ auch zusammen mit der in 2 dargestellten Kühlung durch den von der Kühlplatte 14 und der Deckplatte 15 gebildeten Kühlkanal 16 der Gehäusedecke 7 erfolgen.
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Beide Ausführungsbeispiele haben gemein, dass die Energiespeicherelemente 13 sowie die Kühlkanäle 16, 25 durch ihre Anordnung an der Gehäusedecke 7 wirksam vor Beschädigungen geschützt werden, welche auf den Gehäuseboden 11 einwirken. Auch bei einer Verformung des Gehäusebodens 11 in den Spalt 18 hinein wird ein direkter physischer Kontakt zwischen dem Gehäuseboden 11 und dem Energiespeicherelementen 13 oder den Kühlkanälen 16, 25 zunächst vermieden. Weiterhin kann ein derart beschädigter Gehäuseboden 11 durch Lösen der Verschraubung 12 entfernt und/oder ersetzt werden. Eine Demontage der gesamten Energiespeicheranordnung 2 aus dem Kraftfahrzeug 1 ist dazu nicht erforderlich.
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In 4 ist eine Aufsicht auf die Unterseite einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung 2 dargestellt. Um das Innere des Gehäuses 5 sichtbar zu machen, ist die Energiespeichereinrichtung 2 in dieser Abbildung ohne einen Gehäuseboden 11 dargestellt. Von den Stegen 20, 21 sowie von mit den Stegen 20, 21 verbundenen Querstegen 28 wird eine Fachstruktur ausgebildet, wobei in jedem Fach 22 ein Energiespeicherelement 13 angeordnet ist. Die Stege 20, 21, 28 weisen zum Inneren der Fächer 22 gerichtete Sockelabschnitte 29 auf, an denen die Energiespeicherelemente 13 durch Verschraubung befestigt werden können. Die Energiespeicherelemente 13 weisen dazu an ihren Außenseiten Laschen 30 auf. Die Energiespeicherelemente 13 sind über die elektrischen Verbindungsmittel 19 miteinander verbunden. Über die elektrischen Verbindungsmittel 31, welche durch die Öffnungen 32 des Rahmens 6 aus dem Gehäuse 5 geführt werden, können die Energiespeicherelemente 13 beispielsweise mit dem elektrischen Antriebsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden werden.
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Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel kann eine Kühlung wie in 2 dargestellt aufweisen. Der Rahmen 6 des Gehäuses 5 weist Gewindebohrungen 33 auf, an denen der hier nicht dargestellte Gehäuseboden 11 durch Verschraubung befestigt werden kann. Dieser Gehäuseboden 11 kann dabei wie in 1 dargestellt als Unterfahrschutz des Kraftfahrzeugs 1 ausgeführt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014202162 A1 [0003]
- DE 102015003482 A1 [0004]
- DE 102015008942 A1 [0005]
- EP 1334881 B1 [0006]
