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Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher, auch als elektrischer Energiespeicher bezeichneter Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
EP 1 139 483 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Energiespeicher umfasst wenigstens ein Speichermodul, welches eine Mehrzahl von außenumfangsseitig runden Speicherzellen zum Speichern der elektrischen Energie und wenigstens einen Halter aufweist, an welchem die Speicherzellen gehalten sind. Da die Speicherzellen außenumfangsseitig rund, insbesondere kreisrund, ausgebildet sind, werden die Speicherzellen auch als Rundzellen bezeichnet.
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Des Weiteren offenbart die
WO 2008/034584 A1 eine modulare Batterieeinheit, mit zumindest zwei Batteriezellen sowie einem zwischen den Batteriezellen angeordneten und sich seitlich an die Batteriezellen anschmiegenden Kühlkörper.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Energiedichte des Energiespeichers realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Energiespeicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Energiedichte realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Halter mehrere erste Aufnahmen aufweist, in welchen jeweilige erste der Speicherzellen angeordnet und an dem Halter gehalten sind. Des Weiteren weist der Halter mehrere, versetzt zu den ersten Aufnahmen angeordnete zweite Aufnahmen auf, in welchen jeweilige zweite der Speicherzellen versetzt zu den ersten Speicherzellen angeordnet und an dem Halter gehalten sind. Des Weiteren ist eine Direktkühlung vorgesehen, mittels welcher die Speicherzellen mit einem Kühlfluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, versorgbar sind, welches beziehungsweise welche die Speicherzellen bei einem Betrieb des Energiespeichers direkt umströmt. Dies bedeutet, dass das Kühlfluid bei dem Betrieb des Energiespeichers die Speicherzellen direkt an- und umströmt und somit direkt berührt, sodass ein besonders effektiver Wärmeübergang von den Speicherzellen an das Kühlfluid realisiert werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Wärmemenge in kurzer Zeit von den Speicherzellen abtransportiert werden, sodass eine besonders hohe Leistungsfähigkeit und insbesondere eine besonders hohe Energiedichte realisierbar sind. Unter einer hohen Energiedichte ist insbesondere zu verstehen, dass mittels des erfindungsgemäßen Energiespeichers eine besonders hohe Menge an elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom gespeichert werden kann, wobei die Außenabmessungen beziehungsweise der Bauraumbedarf des Energiespeichers in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
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Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist beispielsweise als Hochvolt-Komponente ausgebildet und weist somit eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche höher als 50 Volt, insbesondere höher als 60 Volt und vorzugsweise höher als 100 Volt, ist. Beispielsweise beträgt die elektrische Spannung des Energiespeichers mehrere 100 Volt. Hierdurch können beispielsweise besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Insbesondere ist der Energiespeicher als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet, sodass der Energiespeicher als elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet ist. Somit ist die jeweilige Speicherzelle als Batteriezelle und somit als elektrochemische Speicherzelle ausgebildet, mittels welcher die elektrische Energie elektrochemisch gespeichert werden kann.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Energiespeicher, insbesondere Hochvolt-Energiespeicher und somit beispielsweise HV-Batterien für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge werden schwerpunktmäßig gemessen an der installierten Kapazität beziehungsweise der dadurch möglichen Reichweite, über die das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann, der Zellenkühlung, insbesondere im Hinblick auf die Realisierung einer Schnellladefähigkeit und der Batteriesicherheit insbesondere hinsichtlich einer sogenannten thermischen Propagation. Rundzellen haben sich als besonders geeignet erwiesen, um eine hohe Energiedichte zu realisieren. Eine solche Rundzelle ist eine Speicherzelle, welche außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen rund, insbesondere kreisrund, ausgebildet ist. Somit sind vorzugsweise die Speicherzellen des erfindungsgemäßen Energiespeichers als Rundzellen ausgebildet.
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Im Rahmen von Versuchen wurde darüber hinaus gefunden, dass sich eine besonders hohe Energiedichte durch eine geschickte Anordnung der Speicherzellen und durch eine vorteilhafte Kühlung der Speicherzellen ermöglicht werden kann. Dies kann nun bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher realisiert werden, da durch die zueinander versetzte Anordnung und Halterung der Speicherzellen eine möglichst dichte und insbesondere dichteste Packung der Speicherzellen realisiert werden kann. Durch die auch als direkte Fluidkühlung bezeichnete Direktkühlung können darüber hinaus eine besonders hohe Energiedichte und eine besonders hohe Leistungsfähigkeit realisiert werden, da ein besonders effektiver Wärmeübergang von den Speicherzellen an das Kühlfluid erfolgen kann.
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Möglich ist es beispielsweise, die Rundzellen stehend einzubauen und dabei die Rundzellen mittig an ihrer Zellenoberfläche durch eine Kühlwendel zu temperieren. Demgegenüber lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher durch die beschriebene Anordnung der Speicherzellen und durch die Direktkühlung eine immense Steigerung der Energiedichte und Leistungsfähigkeit darstellen. Um beispielsweise die installierte Kapazität gegenüber herkömmlichen Energiespeichern zu erhöhen, sollte ein zur Verfügung stehender Bauraum, insbesondere in einem sogenannten Batteriekasten, maximal ausgenutzt werden. Um der damit gegebenenfalls ansteigenden Gefahr einer thermischen Propagation entgegenzutreten, das heißt um die Gefahr eines Übergriffs eines Brands von einer der Speicherzellen auf eine andere der Speicherzellen besonders gering halten zu können, ist die Direktkühlung vorgesehen, sodass die Wahrscheinlichkeit einer übermäßigen Temperatur der Speicherzellen besonders gering gehalten werden kann.
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Vorteil des Rundzellenkonzepts ist, dass im Falle eines Zelldefekts nur eine relativ geringe Energiemenge freigesetzt wird. Die jeweilige Rundzelle weist beispielsweise eine elektrische Ladung auf, welche in einem Bereich von einschließlich drei Amperestunden bis einschließlich vier Amperestunden liegt. Im Gegensatz dazu weist beispielsweise eine große Zelle eine elektrische Ladung von 60 Amperestunden oder 90 Amperestunden auf, wobei im Falle eines Defekts einer solchen großen Zelle eine wesentlich größere Energiemenge freigesetzt wird.
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Um somit die Sicherheit der Zellanordnung zu erhöhen, bei gleichzeitiger Reduzierung des Zellabstandes beziehungsweise der Erhöhung der Packagedichte, wird mittels der auch als Direktfluidkühlung bezeichneten Direktkühlung eine verbesserte Zellenkühlung mit der Möglichkeit der Lösung einer defekten Zelle angestrebt. Für die Direktfluidkühlung kommen beispielsweise Wärmeträger wie Silikonöl, Wärmeträgeröle, insbesondere auf Mineralölbasis, und/oder andere Fluide zum Einsatz, welche besonders kostengünstig und umweltverträglich sind.
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Der Energiespeicher weist beispielsweise 36 Speichermodule auf, welche seriell zueinander verschaltet sein können und dadurch beispielsweise eine Gesamtkapazität von mehr als 100 Kilowattstunden bilden. Beispielsweise sind 9.720 Einzelzellen mit 3,3 Amperestunden beziehungsweise 115 Kilowattstunden oder 4 Amperestunden beziehungsweise 140 Kilowattstunden vorgesehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Speichermoduls des Energiespeichers;
- 3 eine schematische Perspektivansicht einer Speicherzelle des Speichermoduls;
- 4 eine schematische Perspektivansicht von Haltern und Speicherzellen des Speichermoduls;
- 5 eine weitere schematische Perspektivansicht der Speicherzellen und der Halter;
- 6 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Speichermoduls;
- 7 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Speichermoduls;
- 8 eine schematische und perspektivische Schnittansicht des Speichermoduls;
- 9 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Speichermoduls;
- 10 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Speichermoduls; und
- 11 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht des Speichermoduls.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen Energiespeicher 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Mittels des Energiespeichers 10 kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden, um beispielsweise das Kraftfahrzeug mittels des in dem Energiespeicher 10 gespeicherten elektrischen Stroms anzutreiben. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybridfahrzeug oder aber als Elektrofahrzeug ausgebildet. Der Energiespeicher 10 ist eine Hochvolt-Komponente beziehungsweise ein Hochvolt-Speicher und weist somit eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und vorzugsweise mehrere 100 Volt beträgt. Hierdurch können besonders große elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Insbesondere ist der Energiespeicher 10 als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet.
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Wie aus 1 erkennbar ist, weist der Energiespeicher 10 eine Mehrzahl von Speichermodulen 12 auf, welche auch als Batteriemodule bezeichnet werden. Dabei ist in 2 eines der Speichermodule 12 in einer schematischen Perspektivansicht gezeigt. Wie aus 2 bis 11 erkennbar ist, weist das jeweilige Speichermodul 12 eine Mehrzahl an außenumfangsseitig runden, insbesondere kreisrunden, Speicherzellen 14 und 16 auf, welche auch als Rundzellen bezeichnet werden. Mittels der Speicherzellen 14 und 16 ist die elektrische Energie zu speichern. Besonders gut aus 4 bis 6 ist erkennbar, dass das jeweilige Speichermodul 12 eine Mehrzahl von ersten Haltern 18 aufweist, an welchen die jeweiligen Speicherzellen 14 und 16 gehalten sind. Somit werden beispielsweise die Speicherzellen 14 und 16 mittels der Halter 18 miteinander verbunden beziehungsweise aneinander gehalten.
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Um nun eine besonders hohe Energiedichte des Energiespeichers 10 realisieren zu können, weist der Halter 18 eine Mehrzahl und vorliegend beispielsweise wenigstens oder genau drei ersten Aufnahmen 20 auf, in welchen die jeweiligen Speicherzellen 14 angeordnet und an dem Halter 18 gehalten sind. Des Weiteren weist der jeweilige Halter 18 eine Mehrzahl von und vorliegend wenigstens oder genau drei zweiten Aufnahmen 22 auf, welche versetzt zu den ersten Aufnahmen 20 angeordnet sind. Dabei sind die Speicherzellen 16 versetzt zu den Speicherzellen 14 in den jeweiligen zweiten Aufnahmen 22 angeordnet und an dem Halter 18 gehalten.
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Außerdem ist eine Direktkühlung 24 (2) vorgesehen, mittels welcher die Speicherzellen 14 und 16 des Speichermoduls 12 mit einem Kühlfluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, versorgbar sind, das beziehungsweise die die Speicherzellen 14 und 16 bei einem Betrieb des Energiespeichers 10 direkt an- und umströmt. Besonders gut aus 5 ist erkennbar, dass die jeweilige erste Aufnahme 20 einen jeweiligen, in der jeweiligen ersten Aufnahme 20 angeordneten ersten Längenbereich 26 der jeweiligen Speicherzelle 14 in deren Umfangsrichtung zumindest überwiegend, das heißt mehr als zur Hälfte, umgibt. Dadurch kann beispielsweise die jeweilige, auch als erste Speicherzelle bezeichnete Speicherzelle 14 nicht etwa in ihrer radialen Richtung, sondern lediglich in ihrer axialen Richtung in der Aufnahme 20 angeordnet werden, indem die jeweilige Speicherzelle 14 (erste Speicherzelle) in ihrer axialen Richtung in die jeweilige erste Aufnahme 20 eingesteckt wird. Die jeweilige zweite Aufnahme 22 hingegen umgibt einen jeweiligen, an der jeweiligen zweiten Aufnahme 22 angeordneten zweiten Längenbereich der jeweiligen, auch als zweite Speicherzelle bezeichneten Speicherzelle 16 in deren Umfangsrichtung höchstens zur Hälfte und vorzugsweise weniger als zur Hälfte, sodass die jeweilige Speicherzelle 16 (zweite Speicherzelle) in ihrer radialen Richtung in der korrespondierenden zweiten Aufnahme 22 angeordnet werden kann.
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Das jeweilige Speichermodul 12 umfasst ferner, insbesondere je erstem Halter 18, von dem ersten Halter 18 separat ausgebildete und an dem ersten Halter 18 angeordneten zweiten Halter 28, welcher je zweiter Aufnahme 22 eine jeweils korrespondierende dritte Aufnahme 30 aufweist. In der jeweiligen dritten Aufnahme 30 ist der jeweilige, teilweise in der jeweiligen zweiten Aufnahme 22 angeordnete zweite Längenbereich der jeweiligen Speicherzelle 16 (zweite Speicherzelle) teilweise aufgenommen, sodass der jeweilige zweite Längenbereich der jeweiligen Speicherzelle 16 in deren Umfangsrichtung in Summe zumindest überwiegend, das heißt zu mehr als zur Hälfte, von den Aufnahmen 22 und 30 umgeben ist. Dadurch sind die Speicherzellen 14 und 16 sicher an beziehungsweise in den Haltern 18 und 28 gehalten. Vorzugsweise ist der jeweilige Halter 18 beziehungsweise 28 einstückig ausgebildet. Insbesondere ist der Halter 18 und/oder 28 aus einem Kunststoff gebildet und somit als Kunststoffhalter ausgebildet. Des Weiteren weist die jeweilige erste Aufnahme 20 einen durchgängigen Schlitz 32 auf, durch welchen ein jeweiliges, an der jeweiligen ersten Speicherzelle 14 angeordnetes und beispielsweise zumindest im Wesentlichen L-förmiges Anschlusselement 34 in Längserstreckungsrichtung der jeweiligen ersten Aufnahme 20 beziehungsweise in axialer Richtung der jeweiligen Speicherzelle 14 hindurchsteckbar ist.
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Die jeweilige Speicherzelle 14 beziehungsweise 16 ist beispielsweise als 18650-Standardzelle ausgebildet, wobei jedoch eine geometrische Anpassung des Energiespeichers 10 an andere Rundzellen beziehungsweise Rundzellen-Dimensionen jederzeit möglich ist. An die jeweilige, auch als Rundzelle bezeichnete Speicherzelle 14 und 16 sind, insbesondere oben und unten beziehungsweise beidenends, jeweilige Anschlusselemente 34 angeschlossen, über welche die jeweilige Rundzelle elektrisch kontaktiert werden kann. Dies wird auch als Zellkontaktierung bezeichnet. Das jeweilige Anschlusselement 34 wird auch als Kontaktfahne, Fahne oder Terminal bezeichnet. Ein erstes der Anschlusselemente 34 ist beispielsweise einem elektrischen Plus-Pol der jeweiligen Rundzelle zugeordnet beziehungsweise bildet einen jeweiligen Plus-Pol der jeweiligen Rundzelle, wobei beispielsweise das jeweilige zweite Anschlusselement 34 einem elektrischen Minus-Pol der jeweiligen Rundzelle zugeordnet ist beziehungsweise einen solchen elektrischen Minus-Pol bildet. Pumpwiderstandsschweißen beziehungsweise Laserschweißen wird beispielsweise eingesetzt, um die jeweilige Kontaktfahne mit der jeweiligen Rundzelle zu verbinden. Die Kontaktfahnen werden im Montagevorfeld in einer L-Form an der jeweiligen, einfach auch als Zelle bezeichneten Rundzelle angebracht. Die Zellen werden dann in den jeweiligen, auch als Zellleiter bezeichneten Halter 18 eingesteckt beziehungsweise eingelegt, wobei die Zellen beispielsweise mittels eines Klebers in den Haltern 18 fixiert werden. Beispielsweise kommen eine Montagevorrichtung und/oder UV-Licht aushärende Systeme mit lichtdurchlässigem Polycarbonat- beziehungsweise Kunststoffhalter und/oder feuchtvernetzende Kleber zum Einsatz. Die Kontaktfahnen werden dann bedarfsgerecht umgebogen und mit einer Zellverbinderplatine verschweißt.
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Besonders gut sind die auch als Kontaktfahnen bezeichneten Anschlusselemente 34 der jeweiligen Speicherzelle 14 beziehungsweise 16 aus 3 erkennbar. Insbesondere sind die Anschlusselemente 34 an die jeweilige Rundzelle angeschweißt. Das bezogen auf die Bildebene in 3 rechte Anschlusselement 34 ist bereits umgebogen für die Kontaktierung zu der Zellverbinderplatine. Die Zellenhalter sind beispielsweise segmentiert für jeweils drei Zellen parallel, um die Montage und insbesondere eine Kontaktverschweißung von Zelle zu Zelle zu ermöglichen. Die vorbereiteten Zellenhalter bilden Teilsegmente mit je drei Zellen. Diese sind seriell in den Halter 18 eingesteckt am Rand und eingelegt bei dem jeweils anderen, beispielsweise wenigstens ein Teilsegment bildenden Halter 28. Die Zellen werden bis zum Anschlag in den jeweiligen Halter beziehungsweise 28 vorgeschoben. Der Halter 28 wird auch als Randhalter bezeichnet. Dabei werden die Zellen in den Randhalter eingesteckt und beispielsweise mittels Klebstoffes an dem Randhalter fixiert. Über die als Aussparungen fungierenden Schlitze 32 in den Zellenhaltern können die Kontaktfahnen durch den Halter 18 beziehungsweise die Halter geführt und an der jeweils nächsten Zelle verschweißt werden, sodass eine 3S-Zellverschaltung darstellbar ist. Daran anschließend werden beispielsweise vorbereitete Mittelhalter auf die vorhandene Halteanordnung aufgesteckt, was besonders gut aus 6 erkennbar ist. Die Mittelhalter werden ebenso mittels Klebstoffes zueinander dauerhaft fixiert. Insbesondere ist aus 6 besonders gut der komplette Aufbau der Rand- und Mittelhalter zueinander erkennbar.
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Ferner ist besonders gut aus 4 erkennbar, dass der Halter 28 vierte, den dritten Aufnahmen 30 gegenüberliegende beziehungsweise von den dritten Aufnahmen 30 abgewandte Aufnahmen 56 aufweist, in welchen jeweilige Speicherzellen 58 des jeweiligen Speichermoduls 12 angeordnet sind. Dabei sind beispielsweise die vorigen und folgenden Ausführungen zu den Speicherzellen 16 auf die Speicherzellen 58 übertragbar und umgekehrt. Aus 4 ist erkennbar, dass die Aufnahmen 56 versetzt zu den Aufnahmen 30 angeordnet sind, sodass die Speicherzellen 58 versetzt zu den Speicherzellen 16 angeordnet und dabei in den Aufnahmen 56 aufgenommen und an dem Halter 28 gehalten sind. Insbesondere sind die Speicherzellen 58 derart versetzt zu den Speicherzellen 16 angeordnet, dass die Speicherzellen 14 und 58 auf gleicher Höhe angeordnet und somit nicht versetzt zueinander sind.
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Wie aus 7 erkennbar ist, werden nun beispielsweise oben und unten große, einteilige beziehungsweise einstückige End-Zellenhalter 36 auf die Zellen aufgesteckt und mit diesen verklebt. Die jeweilige Zellfahne wird dabei senkrecht durch jeweilige Führungslöcher 38 gesteckt und beispielsweise hin zur Zellverbinderplatine umgebogen und mit dieser kontaktiert. Auf den End-Zellenhaltern 36 sind die Zellverbinderplatinen aufgesteckt und mechanisch fest gefügt, insbesondere im Spritzguss des End-Zellenhalters eingelegt oder mittels Prägen oder Spritznasen miteinander verbunden. Die jeweilige Zellverbinderplatine ist beispielsweise aus 8 erkennbar und dort mit 40 bezeichnet. Die Zellfahnen werden durch die Endplatten geführt, umgebogen und mit der Zellverbinderplatine 40 verbunden, insbesondere verschweißt. Dies ist auch besonders gut aus 9 und 10 erkennbar. Die Zellverbinderplatinen 40 gehen direkt in die Modulstromführung über. Über die diagonale Stromführung im Modul (9) sollen die elektrischen Ströme möglichst homogen über die Zellen verteilt werden. Die jeweilige Zellverbinderplatine 40 ist mit wenigstens einer Stromschiene 42 elektrisch verbunden, welche beispielsweise nach außen und dabei insbesondere an eine Umgebung eines beispielsweise aus 11 erkennbaren Modulgehäuses 44 des jeweiligen Speichermoduls 12 geführt wird. Über die jeweilige Stromschiene 42 kann beispielsweise der in den Zellen gespeicherte Strom aus den Zellen abgeführt und beispielsweise einer elektrischen Maschine zugeführt werden. Die zuvor gebildete Zellanordnung wird nun in das Modulgehäuse 44 eingesteckt, welche einfach auch als Gehäuse bezeichnet wird. Das Modulgehäuse 44 umfasst beispielsweise einen Grundkörper 46 und einen Deckel 48. In dem Grundkörper 46 sind Aussparungen für den Durchgang der Stromschienen 42 vorgesehen, was besonders gut aus 2 erkennbar ist. Die Stromschienen 42 werden beispielsweise mittels Einzeldichtungen, die beispielsweise als Silikonformdichtungen ausgebildet sind, umschlossen und mit einer Verspannkraft, mittels welcher der Deckel 48 an dem Grundkörper 46 befestigt ist, gegen die Umwelt beziehungsweise eine Umgebung 50 des Modulgehäuses 44 abgedichtet. Der Deckel 48 wird beispielsweise ebenso mittels wenigstens einer Flächendichtung und/oder einem Absatz mit wenigstens einer O-Richtung abgedichtet.
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Die zuvor genannte Direktkühlung wird auch als Direktfluidkühlung bezeichnet, in deren Rahmen bei dem genannten Betrieb des Energiespeichers 10 das Kühlfluid in dem Modulgehäuse 44 strömt und dabei die Zellen direkt an- und umströmt. Hierzu ist das beispielsweise aus Kunststoff und dabei als Kunststoff-Spritzgießteil ausgebildete und/oder aus Einzelteilen gefügte Modulgehäuse 44 gegen die Atmosphäre abgedichtet, um Verdunstungsverluste besonders gering zu halten.
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Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass das jeweilige Modulgehäuse 44 unten eine Kühlmittelzufuhr 52 aufweist, über welche das Kühlfluid in das Modulgehäuse 44 einleitbar ist. Das auch als Kühlmittel bezeichnete Kühlfluid strömt durch das Modulgehäuse 44 und dabei beispielsweise an den auch als Zellzylinder bezeichneten Zellen von unten nach oben. Dabei weist das Modulgehäuse 44 oben eine Kühlmittelabfuhr 54 auf, über welche das Kühlfluid, nachdem es das Modulgehäuse 44 von unten nach oben durchströmt hat, aus dem Modulgehäuse 44 abgeführt wird. Jedes Modul hat unten Kühlmittelbohrungen zur Kühlmittelzufuhr und oben diagonal versetzt Bohrungen zur Kühlmittelabfuhr. Das auch als Kühlmedium bezeichnete Kühlfluid wird von unten aufsteigend an den Rundzellen vorbeigeleitet, welche beispielsweise einen Abstand von 0,5 Millimetern zueinander aufweisen. Um die Kühlmittelströmung auf den Zellenraum zu fokussieren, sind an den Wänden der Modulbox Profilierungen angebracht. Um das Kühlmittel über die Module zu verteilen, können mittels Kühlmittelstecker die Module parallel geschaltet werden. Falls kein weiteres Modul angeschlossen werden soll, kann ein Blindstopfen eingesteckt werden, um beispielsweise die Kühlmittelzufuhr 52 beziehungsweise die Kühlmittelabfuhr 54 fluidisch zu verschließen. Die Einzelmodule werden zueinander positioniert und in den Batteriekasten eingelegt. Hierzu kommt beispielsweise eine Montagerichtung zum Einsatz. Mithilfe von Aussparungen am Modulflansch, der auf den Querstreben des Batteriekastens aufgelegt ist, werden die Module im Batteriekasten zueinander positioniert und festgeschraubt. Die Module können nun mittels der Modulverbinder elektrisch miteinander verbunden werden.
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Im Falle einer Zellöffnung können sich Gase in einen von dem Kühlfluid durchströmbaren Kühlmittelraum in dem Modulgehäuse 44 entspannen. Sobald die Entspannung des Gases abgeschlossen ist, kann das auch als Kühlmedium bezeichnete Kühlfluid in die jeweilige geöffnete Zelle eindringen und dadurch weitere Reaktionen unterbinden. Das Abführen von Gasen aus der jeweiligen Zelle an deren Umgebung wird auch als Entlüften oder Venting bezeichnet. Die beim Entlüften in das Kühlmittel entstehenden Druckstöße werden beispielsweise über ein Gaspolster in dem Moduldeckel (Deckel 48) abgedämpft, wobei das Gas beispielsweise in einer Aussparung des Deckels 48 vorgesehen ist. Ferner können beispielsweise die Druckstöße final in dem Kühlmittelkreis kompensiert werden.
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Mittels des Energiespeichers 10 kann eine sehr hohe Energiedichte erreicht werden. Mittels der Direktkühlung kann eine vorteilhafte Kühlleistung dargestellt werden, wobei eine besonders hohe Sicherheit gegen thermische Propagation gewährleistet werden kann. Mittels des beschriebenen Aufbaus des Energiespeichers 10, insbesondere des jeweiligen Speichermoduls 12, insbesondere über die Zellenhalter, kann ein abgestufter Modulaufbau umgesetzt werden, sodass ein Baukastenprinzip der Module und damit der Batterien umgesetzt werden kann. Somit können besonders flexibel unterschiedliche Bauvarianten des Energiespeichers 10 hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Energiespeicher
- 12
- Speichermodul
- 14
- Speicherzelle
- 16
- Speicherzelle
- 18
- Halter
- 20
- Aufnahme
- 22
- Aufnahme
- 24
- Direktkühlung
- 26
- Längenbereich
- 28
- Halter
- 30
- Aufnahme
- 32
- Schlitz
- 34
- Anschlusselement
- 36
- End-Zellenhalter
- 38
- Führungslöcher
- 40
- Zellverbinderplatine
- 42
- Stromschiene
- 44
- Modulgehäuse
- 46
- Grundkörper
- 48
- Deckel
- 50
- Umgebung
- 52
- Kühlmittelzufuhr
- 54
- Kühlmittelabfuhr
- 56
- Aufnahme
- 58
- Speicherzelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1139483 A1 [0002]
- WO 2008/034584 A1 [0003]
