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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Fahrzeug mit einem Gehäuse, in dem eine Anzahl seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2009 030 017 A1 ist eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeuges mit einem Kühlerblock bekannt. Die Vorrichtung weist eine oder mehrere Speicherzellenmodule auf, welche jeweils ein oder mehrere Speicherzellenmodule umfassen, welche jeweils ein oder mehrere elektrische Speicherzellen und/oder Doppelschichtkondensatoren umfassen, die neben- und/oder übereinander angeordnet sind. Die Vorrichtung weist den Kühlerblock auf, der eine Aufnahme für das oder die Speicherzellenmodule und eine Struktur zur Wärmeabfuhr der von dem oder den Speicherzellenmodulen abgegebenen Wärme umfasst, wobei die Struktur zur Wärmeabfuhr zumindest auf einer Seite der Aufnahme vorgesehen ist. Der Kühlerblock umfasst eine Spannvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine vorgegebene Kraft zu erzeugen, durch die die Struktur zur Wärmeabfuhr an ein jeweiliges Speicherzellenmodul pressbar ist.
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Darüber hinaus ist aus der
EP 2 092 584 B1 ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von Zellen und ein Gehäuse bekannt, wobei das Gehäuse dazu eingerichtet ist, die Vielzahl von Zellen zu umschließen. Das Batteriemodul weist weiterhin eine untere Wanne auf, die die Vielzahl von Zellen aufnimmt und die in dem Gehäuse nahe einem Boden des Gehäuses angeordnet ist. Die untere Wanne hat eine obere Seite und eine untere Seite, wobei die obere Seite eine Vielzahl von Sockeln aufweist, die die Vielzahl von Zellen in einer dicht gepackten Anordnung aufnehmen. Die untere Seite ist eingerichtet, eine Kammer zwischen der unteren Wanne und dem Boden des Gehäuses zu definieren, wobei die Kammer gegenüber dem Rest des Batteriemoduls abgedichtet ist und dazu eingerichtet ist, von der Vielzahl von Zellen abgegebenes Gas aufzunehmen.
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Ferner beschreibt die
EP 2 731 164 A1 ein Batteriesystem mit Batteriezellen, zumindest einem Absorptionselement und einem Temperiersystem mit einem flüssigen Temperiermittel zur Kühlung und/oder Beheizung der Batteriezellen in einem Batteriegehäuse. Das Absorptionselement ist zur Aufnahme des flüssigen Temperiermittels zwischen den Batteriezellen und dem Batteriegehäuse angeordnet, wobei das Absorptionselement ein Vlies ist. Das Vlies weist eine durchschnittliche flächenbezogene Masse von 200 g/m
2 bis 700 g/m
2 auf und umfasst zumindest zwei unterschiedliche Fasertypen, wobei zumindest einer der Fasertypen eine Stützfaser ist und zumindest ein weiterer der Fasertypen eine Absorptionsfaser ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten elektrischen Energiespeicher für ein Fahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein elektrischer Energiespeicher für ein Fahrzeug weist ein Gehäuse auf, in dem eine Anzahl seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist eine Zellüberwachungseinheit in einem weiteren Gehäuse angeordnet, welches zwischen Einzelzellen in dem Gehäuse positioniert ist und ein Kraft-Absorptionselement bildet.
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Mittels der in dem weiteren Gehäuse angeordneten Zellüberwachungseinheit ist die Stabilität des elektrischen Energiespeichers erheblich verbessert, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind.
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Das weitere Gehäuse ist derart ausgebildet und dimensioniert, dass im Fall auftretender Kräfte, beispielsweise im Kollisionsfall des Fahrzeuges, diese vergleichsweise sicher über, d. h. durch einen aus mehreren Einzelzellen gebildeten Zellblock geleitet werden können.
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Dadurch, dass die Zellüberwachungseinheit in den Zellblock integriert ist, also zwischen Einzelzellen angeordnet ist, kann der Zellblock aus konstruktiver Sicht beliebig viele Einzelzellen umfassen. Zudem ergibt sich ein Bauraumvorteil, da aufgrund der Position der Zellüberwachungseinheit in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers die Zellüberwachungseinheit mehr Einzelzellen erfassen kann.
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Die Zellüberwachungseinheit ist beispielsweise derart in dem Gehäuse positioniert, dass die Zellüberwachungseinheit bei einer Seitenkollision des Fahrzeuges nicht im kollisionsbedingten Lastpfad angeordnet ist und somit die Wahrscheinlichkeit eines schwerwiegenden Fehlers in dem elektrischen Energiespeicher zumindest wesentlich verringert werden kann.
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Weiterhin ist durch die Integration der Zellüberwachungseinheit in den Zellblock ein Montageprozess optimiert, da die Zellüberwachungseinheit bei der Montage wie eine Einzelzelle gehandhabt werden kann.
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Die Zellüberwachungseinheit ist wie die Einzelzellen in dem Zellblock kühlbar, wodurch ein sogenanntes Zellbalancing optimiert werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch einen Zellblock eines elektrischen Energiespeichers mit integrierter Zellüberwachungseinheit in einer Ausführungsform,
- 2 schematisch den Zellblock mit integrierter Zellüberwachungseinheit in einer weiteren Ausführungsform,
- 3 schematisch eine Vorderansicht eines Zellblockes mit Sensorleitungen und integrierter Zellüberwachungseinheit und
- 4 schematisch eine Draufsicht des Zellblockes mit integrierter Zellüberwachungseinheit.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines aus Einzelzellen 1 bestehenden Zellblockes 2 für einen in den 3 und 4 dargestellten elektrischen Energiespeicher 3 mit einer integrierten Zellüberwachungseinheit 4 in einer Ausführungsform. Mittels eines auf den Zellblock 2 gerichteten Pfeiles P ist eine Krafteinwirkung vereinfacht dargestellt.
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Der elektrische Energiespeicher 3 ist zur Anordnung in einem Fahrzeug vorgesehen, wobei es sich bei dem Fahrzeug um ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug handeln kann.
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In einem solchen elektrischen Energiespeicher 3 sind mehrere Einzelzellen 1 zu einem Zellblock 2 zusammengefasst und seriell und/oder parallel miteinander verschaltet. Üblicherweise ist oftmals jeder Zellblock 2 mit einer solchen Zellüberwachungseinheit 4 verschaltet.
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Da ein gesamtes System des elektrischen Energiespeichers 3 im Kollisionsfall des Fahrzeuges und einer dadurch bedingten Verformung und/oder Quetschung abzusichern ist, ist die Zellüberwachungseinheit 4 derart anzubringen, dass in einem solchen Fall kein Sicherheitsproblem auftritt, insbesondere durch eine Zerstörung der Zellüberwachungseinheit 4 und gegebenenfalls ein dadurch bedingtes Auftreten von elektrischen Potentialen an einem in den 3 und 4 näher gezeigten Gehäuse 5 des elektrischen Energiespeichers 3.
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Um kollisionsbedingt auf den elektrischen Energiespeicher 3 wirkende Kräfte verbessert aufzunehmen, so dass erst bei vergleichsweise hohen Krafteinwirkungen auf den elektrischen Energiespeicher 3 ein solcher Fehlerfall auftritt, ist vorgesehen, dass die Zellüberwachungseinheit 4 in einem weiteren Gehäuse 6 angeordnet ist und die Zellüberwachungseinheit 4 ein Kraft-Absorptionselement bildet.
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Hierzu ist das weitere Gehäuse 6 mit der Zellüberwachungseinheit 4 in den aus Einzelzellen 1 gebildeten Zellblock 2 integriert. Beispielsweise weist die Zellüberwachungseinheit 4, welche in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 als Platine ausgeführt ist, mit dem weiteren Gehäuse 6 Abmessungen auf, die im Wesentlichen mit den Abmessungen der Einzelzellen 1 korrespondieren. Insbesondere entspricht eine Formgestaltung des weiteren Gehäuses 6 im Wesentlichen der einer Einzelzelle 1, so dass das weitere Gehäuse 6 mit der Zellüberwachungseinheit 4 im Montageprozess des Zellblockes 2 und des elektrischen Energiespeichers 3 wie eine Einzelzelle 1 gehandhabt und angeordnet werden kann.
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Das weitere Gehäuse 6 ist beispielsweise aus zumindest einem Polymer, also Kunststoff gebildet und elektrisch isoliert.
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Ist das weitere Gehäuse 6 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere Metall, ausgebildet, dann ist dieses mit einer elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise in Form einer Folie, versehen. Die Folie ist an das weitere Gehäuse 6 geklebt, wobei das weitere Gehäuse 6 auch beschichtet sein kann.
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Um eine mögliche Kraftaufnahme der Zellüberwachungseinheit 4 mit dem weiteren Gehäuse 6 zu erhöhen, kann dieses z. B. mit einem Polymer ausgegossen sein. Alternativ oder zusätzlich weist die Zellüberwachungseinheit 4 als Platine eine vergleichsweise hohe Stabilität auf. Alternativ oder zusätzlich kann das weitere Gehäuse 6 auch eine stabile Grundplatte aufweisen, um die Steifheit des weiteren Gehäuses 6 als Kraft-Absorptionselement zu erhöhen. Weiterhin kann die Zellüberwachungseinheit 4 wie eine Einzelzelle 1 gekühlt werden, so dass das Ausgießen des weiteren Gehäuses 6 möglich ist.
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In einer in 2 gezeigten weiteren Ausführungsform ist ein Ausschnitt des Zellblockes 2 mit der in dem weiteren Gehäuse 6 angeordneten Zellüberwachungseinheit 4 dargestellt, wobei zur Erhöhung der Stabilität der Zellüberwachungseinheit 4 und somit zur Erhöhung der Kraftaufnahme Verstrebungen 7 als Kraftpfade in dem weiteren Gehäuse 6 angeordnet oder ausgeformt sind.
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Insbesondere ist eine Versteifung des weiteren Gehäuses 6, in dem die Zellüberwachungseinheit 4 angeordnet ist, mittels der Verstrebungen 7 erheblich erhöht. Dabei ist es möglich, dass die Verstrebungen 7 derart ausgebildet sind, dass diese eine vorgegebene elastische oder plastische Verformung zulassen, um bei auf den elektrischen Energiespeicher 3 wirkender Kraft insbesondere durch Verformung die Kraft zu absorbieren.
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Alternativ oder zusätzlich können auch andere, die Stabilität des weiteren Gehäuses 6 erhöhende Bauteile vorgesehen sein und/oder andere geeignete Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann das weitere Gehäuse 6 zusätzlich mit dem einem Polymer ausgegossen sein.
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3 zeigt eine Vorderansicht eines elektrischen Energiespeichers 3, welcher einen Zellblock 2 mit integrierter, in einem weiteren Gehäuse 6 angeordneter Zellüberwachungseinheit 4 umfasst, wobei der Zellblock 2 in einem Gehäuse 5 angeordnet ist. Zudem sind mit der Zellüberwachungseinheit 4 und den Einzelzellen 1 zur Überwachung verbundene Sensorleitungen 8 gezeigt. Insbesondere sind die Sensorleitungen 8 zur Spannungs- und/oder Temperaturüberwachung der Einzelzellen 1 vorgesehen.
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Eine Draufsicht des elektrischen Energiespeichers 3 gemäß 3 ist in 4 dargestellt.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 3 und 4 ist die in dem weiteren Gehäuse 6 angeordnete Zellüberwachungseinheit 4 in Bezug auf den Zellblock 2 mittig angeordnet. Ist die Zellüberwachungseinheit 4 mittig in den Zellblock 2 integriert, ist es möglich, die doppelte Anzahl von Einzelzellen 1 mittels der einen Zellüberwachungseinheit 4 zu überwachen.
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Alternativ dazu kann die Zellüberwachungseinheit 4 mit dem weiteren Gehäuse 6 als Kraft-Absorptionselement auch an einer anderen Position in Bezug auf den Zellblock 2 angeordnet sein, wobei insbesondere eine auf eine Kollisionsart gerichtete optimierte Position der Zellüberwachungseinheit 4 bevorzugt ist.
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Ein Verlauf der Sensorleitungen 8 am Zellblock 2 sowie in 4 gezeigte Anbindungspunkte 9 für sogenannte, nicht näher dargestellte Stromschienen sind weitestgehend frei wählbar, wobei der Verlauf und/oder die Anbindungspunkte 9 oftmals durch einen Einzelzelltyp und eine Einzelzellgeometrie vorgegeben ist.
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Wie oben beschrieben ist das weitere Gehäuse 6 mit der Zellüberwachungseinheit 4 im Wesentlichen wie eine Einzelzelle 1 handhabbar, wobei sich eine Anordnung und Befestigung von Sensoren und Stromleitungen zu denen einer Einzelzelle 1 unterscheiden.
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Ist die Zellüberwachungseinheit 4 mit ihrem weiteren Gehäuse 6 in Bezug auf den Zellblock 2 mittig angeordnet, so kann die Zellüberwachungseinheit 4 als sogenannter Modulteiler angesehen werden. Dadurch ist es möglich, dass im Schadensfall und/oder Austauschfall nur eine Hälfte, d. h. entweder die links oder die rechts von der Zellüberwachungseinheit 4 angeordneten Einzelzellen 1, entnommen werden müssen.
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Durch die Integration der Zellüberwachungseinheit 4 mit ihrem weiteren Gehäuse 6 als Kraft-Absorptionselement in den Zellblock 2 wird der Zellblock 2 zumindest in Längsausdehnung abgestützt, wobei das weitere Gehäuse 6 auch im Normalbetrieb des elektrischen Energiespeichers 3, z. B. durch temperaturbedingte Zellausdehnung, entstehende Kräfte aufnehmen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelzelle
- 2
- Zellblock
- 3
- elektrischer Energiespeicher
- 4
- Zellüberwachungseinheit
- 5
- Gehäuse
- 6
- weiteres Gehäuse
- 7
- Verstrebung
- 8
- Sensorleitung
- 9
- Anbindungspunkt
- P
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009030017 A1 [0002]
- EP 2092584 B1 [0003]
- EP 2731164 A1 [0004]
