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Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer solchen Speichereinrichtung.
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Eine solche Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2013 223 361 A1 bekannt. Die Speichereinrichtung umfasst wenigstens ein Speicherelement, welches beispielsweise als Speicherzelle ausgebildet ist. Insbesondere ist das Speicherelement beispielsweise als Batteriezelle ausgebildet, sodass die Speichereinrichtung beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet ist. Das Speicherelement weist ein Elementgehäuse mit wenigstens einem Aufnahmeraum auf. Dabei umfasst das Elementgehäuse wenigstens einen Elementboden, durch welchen der Aufnahmeraum in Einbaulage der Speichereinrichtung nach unten zumindest teilweise begrenzt ist. Dabei nimmt die Speichereinrichtung ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem und verbautem Zustand der Speichereinrichtung ein, welche beispielsweise in ihrem vollständig hergestellten und verbauten Zustand in dem vollständig hergestellten Kraftfahrzeug verbaut ist. Mit anderen Worten nimmt die Speichereinrichtung ihre Einbaulage beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein. Insbesondere ist dabei der Aufnahmeraum in vertikaler Richtung, insbesondere in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung), nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Elementboden begrenzt.
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Die Speichereinrichtung, insbesondere das Speicherelement, weist ferner wenigstens ein in dem Aufnahmeraum aufgenommenes Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie auf. Dabei umfasst das Speichermittel beispielsweise einen Elektrolyten und/oder wenigstens eine Elektrode. Außerdem ist wenigstens eine Entgasungseinheit vorgesehen, mittels welcher ein in dem Aufnahmeraum freigesetztes Fluid wie beispielsweise ein Gasstrom aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden kann. Das insbesondere als Gas beziehungsweise Gasstrom ausgebildete Fluid kann beispielsweise infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Speichereinrichtung freigesetzt werden, wobei das Fluid beispielsweise aus dem Elektrolyten entstehen kann. Mit zunehmender Menge an in dem Aufnahmeraum freigesetztem Fluid steigt beispielsweise ein in dem Aufnahmeraum herrschender Druck. Übersteigt beispielsweise der Druck einen vorgebbaren Schwellenwert, so gibt die Entgasungseinheit beispielsweise wenigstens eine Abführöffnung frei, über welche das Fluid aus dem Aufnahmeraum, insbesondere an die Umgebung des Speicherelements, strömen kann. Dadurch kann ein übermäßiger Wert des Drucks vermieden werden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2014 200 193 A1 eine Entgasungseinrichtung für ein Batteriesystem, mit wenigstens einem Entgasungsrohr mit einer Auslassöffnung zum Abführen eines von einer Batteriezelle des Batteriesystems freigesetzten Fluids.
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Außerdem ist der
DE 10 2014 200 194 A1 ein Batteriesystem als bekannt zu entnehmen, mit wenigstens einer Batteriezelle mit einer Entgasungsöffnung. Des Weiteren ist eine Entgasungseinrichtung mit wenigstens einer Gaseintrittsöffnung vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, sodass ein besonders sicherer Betrieb realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Speichereinrichtung umfasst wenigstens ein Speicherelement, welches beispielsweise als Speicherzelle ausgebildet ist. Insbesondere ist das Speicherelement beispielsweise als Batteriezelle ausgebildet, sodass die Speichereinrichtung beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), ausgebildet ist. Die Speichereinrichtung weist somit beispielsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, auf, welche mehr als 50 Volt, insbesondere mehr als 60 Volt, beträgt. Insbesondere kann die Speichereinrichtung eine elektrische Spannung von mehr als 50 Volt, insbesondere von mehr als 60 Volt und insbesondere von mehreren 100 Volt, bereitstellen, sodass dadurch beispielsweise besonders große elektrische Leistungen zum Antreiben des genannten Kraftfahrzeugs realisierbar sind.
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Das Speicherelement weist ein Elementgehäuse mit wenigstens einem Aufnahmeraum auf. Das Elementgehäuse umfasst dabei wenigstens einen Elementboden, durch welchen der Aufnahmeraum in Einbaulage der Speichereinrichtung nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Die Speichereinrichtung nimmt ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem und verbautem Zustand der Speichereinrichtung ein, welche beispielsweise in ihrem vollständig hergestellten und verbauten Zustand in dem genannten Kraftfahrzeug verbaut ist. Somit nimmt beispielsweise die Speichereinrichtung ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein. Dabei ist der Aufnahmeraum beispielsweise bezogen auf die Einbaulage der Speichereinrichtung in vertikaler Richtung, insbesondere in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung), nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Elementboden begrenzt. Somit fällt beispielsweise in der Einbaulage der Speichereinrichtung die vertikale Richtung mit der Fahrzeughochrichtung zusammen.
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Die Speichereinrichtung, insbesondere das Speicherelement, weist wenigstens ein in dem Aufnahmeraum aufgenommenes Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Das Speichermittel umfasst hierzu beispielsweise einen Elektrolyten und/oder wenigstens eine oder mehrere Elektroden.
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Außerdem umfasst die Speichereinrichtung wenigstens eine Entgasungseinheit, mittels welcher ein in dem Aufnahmeraum freigesetztes Fluid aus dem Aufnahmeraum und somit beispielsweise an eine Umgebung des Aufnahmeraums beziehungsweise eine Umgebung des Speicherelements abgeführt werden kann. Das Fluid ist beispielsweise ein Gas beziehungsweise ein Gasstrom, das beziehungsweise der über die Entgasungseinheit aus dem Aufnahmeraum abgeführt werden kann. Das Fluid wird beispielsweise infolge eines Unfalls beziehungsweise einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Speichereinrichtung freigesetzt, wobei das Fluid beispielsweise aus dem genannten Elektrolyten entsteht.
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Mit zunehmender Menge an in dem Aufnahmeraum freigesetztem Fluid, insbesondere Gas, steigt beispielsweise ein in dem Aufnahmeraum herrschender Druck, welcher auch als Innendruck bezeichnet wird. Übersteigt beispielsweise der in dem Aufnahmeraum herrschende Druck einen vorgebbaren Schwellen- beziehungsweise Grenzwert, so gibt die Entgasungseinheit beispielsweise wenigstens eine Ausströmöffnung beziehungsweise Auslassöffnung frei. Über die Auslassöffnung kann zumindest ein Teil des zunächst in dem Aufnahmeraum aufgenommenen Fluids aus dem Aufnahmeraum ausströmen, wodurch zumindest der Teil des Fluids aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird. Dadurch kann ein übermäßiger Wert des in dem Aufnahmeraum herrschenden Drucks vermieden werden. Insbesondere kann es sich bei dem Fluid um heißes Gas beziehungsweise um einen heißen Gasstrom handeln.
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Um nun einen besonders sicheren Betrieb, insbesondere der Speichereinrichtung und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt, realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Entgasungseinheit an dem Elementboden vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das Fluid bezogen auf die Einbaulage der Speichereinrichtung, insbesondere in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung, nach unten aus dem Aufnahmeraum abzuführen. Es wurde gefunden, dass sich durch das Abführen des Fluids nach unten, das heißt beispielsweise in negative z-Richtung, ein besonders sicherer Betrieb realisieren lässt, da hierdurch auch besonders hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt werden können. Üblicherweise ist - bezogen auf die Einbaulage - unterhalb des Speicherelements, insbesondere unterhalb des Elementbodens beziehungsweise im Bereich des Elementbodens, eine Struktur vorgesehen, welche das Fluid beispielsweise besonders vorteilhaft beeinflussen, insbesondere aufhalten beziehungsweise rückhalten, kann, sodass beispielsweise ein unerwünschter Austritt einer übermäßigen Menge des Fluids an die Umgebung der Speichereinrichtung insgesamt zumindest über eine besonders lange Zeitspanne vermieden werden kann.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Entgasungseinheit üblicherweise in positiver z-Richtung, das heißt in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach oben, ausgerichtet ist, sodass das Fluid üblicherweise - bezogen auf die Einbaulage - nach oben aus dem Aufnahmeraum und somit aus dem Speicherelement abgeführt wird. Erfindungsgemäß ist nun im Vergleich zu herkömmlichen Speichereinrichtungen eine Neuausrichtung der beispielsweise als Zellentgasungseinheit ausgebildeten Entgasungseinheit vorgesehen, um eine besonders hohe Sicherheit der auch als Speicher bezeichneten Speichereinrichtung realisieren zu können. Im Rahmen dieser Neuausrichtung der Entgasungseinheit ist diese in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach unten und somit in negative z-Richtung ausgerichtet, sodass das beispielsweise heiße Fluid nicht etwa nach oben, sondern nach unten aus dem Aufnahmeraum abgeführt wird.
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Um einen besonders sicheren Betrieb zu realisieren, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wenigstens eine von einem Kühlmedium, insbesondere einem Kühlfluid, durchströmbare Kühlleitung zum Kühlen zumindest eines Teilbereichs der Speichereinrichtung vorgesehen. Beispielsweise während eines Betriebs der Speichereinrichtung strömt das beispielsweise als Flüssigkeit oder Gas ausgebildete Kühlmedium durch die Kühlleitung, wodurch zumindest der genannte Teilbereich der Speichereinrichtung gekühlt wird. Diese Kühlung des Teilbereichs erfolgt beispielsweise durch einen Wärmeübergang von dem Teilbereich an das Kühlmedium. Hierdurch kann beispielsweise eine übermäßige Erwärmung der Speichereinrichtung vermieden werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Entgasungseinheit auf die Kühlleitung ausgerichtet und dadurch dazu ausgebildet ist, das über die Entgasungseinheit aus dem Aufnahmeraum ausströmende Fluid auf die Kühlleitung zu leiten und die Kühlleitung dadurch mittels des Fluids aufzuschmelzen, um dadurch einen Austritt des Kühlmediums aus der Kühlleitung zu bewirken. Das Kühlmedium, welches auch als Kühlmittel oder Kältemittel bezeichnet wird, kann infolge des Aufschmelzens der Kühlleitung aus dieser ausströmen und dadurch zumindest in Bereiche der Speichereinrichtung strömen und dadurch die Bereiche kühlen, wodurch beispielsweise das Speicherelement und/oder wenigstens ein benachbartes, weiteres Speicherelement der Speichereinrichtung gekühlt werden kann. Dadurch kann beispielsweise ein Brand der Speichereinrichtung gelöscht oder vermieden werden.
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Ist das Fluid beispielsweise ein Gas, so ist das Abführen des Fluids aus dem Aufnahmeraum beispielsweise eine heiße Entgasung, mittels welcher die Kühlleitung aufgeschmolzen werden kann. Durch das Kühlmedium, welches durch Aufschmelzen der Kühlleitung aus dieser ausströmen kann, können beispielsweise unerwünschte, aus der heißen Entgasung resultierende Effekte wie beispielsweise Brände vermieden werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Kühlleitung an, insbesondere in, dem Elementboden vorgesehen ist. Dadurch kann die Kühlleitung beispielsweise zumindest im Wesentlichen direkt mit dem Fluid beaufschlagt und dadurch besonders schnell aufgeschmolzen werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Speichereinrichtung ein Speichergehäuse, insbesondere ein Modulgehäuse, aufweist. Das Speichergehäuse weist wenigstens einen Aufnahmebereich, wenigstens einen den Aufnahmebereich in Einbaulage der Speichereinrichtung, insbesondere in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden Speicherboden und wenigstens einen den Aufnahmebereich in Einbaulage der Speichereinrichtung, insbesondere in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach oben zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden Speicherdeckel auf, wobei das beispielsweise als Speicherzelle, insbesondere als Batteriezelle, ausgebildete Speicherelement in dem Aufnahmebereich angeordnet ist. Das Speichergehäuse umgibt somit das Speicherelement zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, sodass das Speicherelement mittels des Speichergehäuses vorteilhaft geschützt werden kann. Insbesondere ist es möglich, mittels des Speichergehäuses das aus dem Aufnahmeraum und somit aus dem Speicherelement ausströmende Fluid zumindest über eine besonders lange Zeitspanne aufzufangen und rückzuhalten, sodass beispielsweise ein unerwünschtes Austreten des Fluids an die Umgebung des Speichergehäuses, zumindest vorübergehend und dabei insbesondere über eine besonders lange Zeitspanne, verhindert werden kann. Dadurch kann ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kühlleitung an, insbesondere in, dem Speicherboden vorgesehen ist. Hierdurch ist ein mehrstufiges Sicherheitskonzept realisierbar. Eine erste Stufe sieht vor, dass das aus dem Speicherelement ausströmende Fluid mittels des Speichergehäuses zunächst aufgefangen und rückgehalten wird. Wird jedoch beispielsweise eine besonders große Menge des Fluids freigesetzt und/oder weist das Fluid eine besonders hohe Temperatur auf, so wird beispielsweise die an beziehungsweise in dem Speicherboden vorgesehene Kühlleitung aufgeschmolzen, wodurch eine zweite Stufe des genannten Sicherheitskonzepts aktiviert wird. Infolge des Aufschmelzens der Kühlleitung kann das Kühlmedium aus der Kühlleitung ausströmen und dadurch beispielsweise zumindest jeweilige Bereiche der Speichereinrichtung kühlen sowie beispielsweise eine Entzündung des Fluids vermeiden oder Brände in dem Speichergehäuse löschen.
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Um eine besonders hohe Sicherheit zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Speicherboden eine größere Wanddicke beziehungsweise Wandstärke als der Speicherdeckel aufweist.
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Der Erfindung liegt insbesondere dabei folgende Erkenntnis zugrunde: Tritt beispielsweise bei einer herkömmlichen, insbesondere als Batterie, ausgebildeten Speichereinrichtung ein thermisches Ereignis auf, bei welchem ein heißer Gasstrom mit einer Temperatur von beispielsweise bis zu 1.000 Grad Celsius für mehrere Sekunden den oberen Speicherdeckel thermisch extrem belastet, sollte zur Realisierung eines besonders sicheren Betriebs kein Feuer beziehungsweise keine Flamme außerhalb des Speichergehäuses für wenigstens fünf Minuten entstehen. Üblicherweise jedoch trägt der obere Speicherdeckel nicht oder kaum zur mechanischen Stabilität des Speichergehäuses bei, sodass der Speicherdeckel üblicherweise aus einem leichten und dünnen Werkstoff, insbesondere Blech, hergestellt wird. In der Folge ist es sehr aufwendig, die zuvor genannte Sicherheitsanforderung zu erfüllen.
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Da es nun jedoch erfindungsgemäß vorgesehen ist, das Fluid nach unten aus dem Aufnahmeraum abzuführen, das heißt den Aufnahmeraum nach unten zu entgasen, so wird im Vergleich zu herkömmlichen Speichereinrichtungen nicht etwa der Speicherdeckel, sondern der Speicherboden besonders stark und insbesondere direkt mit dem aus dem Aufnahmeraum ausströmenden Fluid beaufschlagt. Dadurch, dass der Speicherboden im Gegensatz zum Speicherdeckel eine deutlich größere Wanddicke beziehungsweise Wandstärke aufweist, verfügt der Speicherboden über eine höhere thermische Stabilität als der Speicherdeckel, da der Speicherboden gegenüber dem Speicherdeckel eine höhere thermische Masse aufweist. Dadurch kann beispielsweise das Fluid besonders vorteilhaft rückgehalten werden, sodass sich beispielsweise gegenüber einem direkten Beaufschlagen des Speicherdeckels mit dem Fluid einfacher und kostengünstiger ein Austreten von Feuer und/oder Flammen aus dem Speichergehäuse deutlich verzögern lässt. In der Folge kann die genannte Sicherheitsanforderung auf einfache, kosten- und gewichtsgünstige Weise erfüllt werden. Somit kann eine kostenaufwendige, thermisch belastbare Gestaltung des üblicherweise dünnen, leichten Speicherdeckels vermieden werden, sodass die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung besonders gering gehalten werden können bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders sicheren Betriebs.
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Um einen besonders sicheren Betrieb zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Speicherelement wenigstens einen Anschluss, insbesondere mehrere Anschlüsse, zum Bereitstellen der mittels des Speichermittels gespeicherten elektrischen Energie aufweist. Dabei ist der wenigstens eine Anschluss auf einer ersten Seite angeordnet, wobei die Entgasungseinheit auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite des Speicherelements angeordnet ist. Somit erfolgt die Entgasung des Aufnahmeraus auf der der ersten Seite und somit dem wenigstens einen Anschluss abgewandten zweiten Seite und insbesondere nach unten hin, wodurch eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Speichereinrichtung wenigstens ein zweites Speicherelement, dessen zweites Elementgehäuse wenigstens einen zweiten Aufnahmeraum und wenigstens einen den zweiten Aufnahmeraum in Einbaulage der Speichereinrichtung, insbesondere in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung, nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden zweiten Elementboden aufweist. Die Speichereinrichtung, insbesondere das zweite Speicherelement, weist wenigstens ein in dem zweiten Aufnahmeraum aufgenommenes zweites Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Außerdem ist wenigstens eine zweite Entgasungseinheit zum Abführen eines in dem zweiten Aufnahmeraum freigesetzten Fluids aus dem zweiten Aufnahmeraum vorgesehen. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum ersten Speicherelement sind dabei ohne weiteres auch auf das zweite Speicherelement übertragbar und umgekehrt.
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Durch den Einsatz der mehreren Speicherelemente kann beispielsweise eine besonders große Menge an elektrischem Strom mittels der Speichereinrichtung gespeichert werden. Ferner ist es möglich, eine besonders hohe elektrische Spannung mittels der Speichereinrichtung bereitstellen zu können, um beispielsweise besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des genannten Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Entgasungseinheiten voneinander unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen und dadurch dazu ausgebildet sind, die jeweiligen Fluide in voneinander unterschiedliche Richtungen aus den jeweiligen Aufnahmeräumen abzuführen. Mit anderen Worten sind die Ausrichtungen der jeweiligen Entgasungseinheiten der jeweiligen Speicherelemente, insbesondere innerhalb des Aufnahmebereichs beziehungsweise des Speichergehäuses, in wechselnden Ausrichtungen gestaltet. Dadurch verteilt sich beispielsweise eine durch die jeweiligen, aus den jeweiligen Aufnahmeräumen ausströmenden Fluide bewirkte thermische Belastung auf unterschiedliche Ebenen beziehungsweise unterschiedliche Bereiche, wodurch ein Austreten von Feuer und Flammen aus dem Speichergehäuse über eine besonders lange Zeitspanne beziehungsweise grundsätzlich vermieden werden kann.
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Durch die vorteilhafte Verteilung der thermischen Belastung auf die unterschiedlichen Ebenen beziehungsweise in die unterschiedlichen Bereiche kann beispielsweise eine thermische Anforderung an das Speichergehäuse im Vergleich zu herkömmlichen Speichereinrichtungen, bei denen beispielsweise die Fluide in die gleiche Richtung aus den Aufnahmeräumen abgeführt werden, verringert werden, sodass die Kosten, der Bauraumbedarf und das Gewicht der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Im Rahmen der unterschiedlichen Ausrichtungen der Entgasungseinheiten ist es beispielsweise vorgesehen, dass die erste Entgasungseinheit an dem ersten Elementboden vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das aus dem ersten Aufnahmeraum ausströmende Fluid bezogen auf die Einbaulage der Speichereinrichtung, insbesondere in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach unten und dadurch in eine erste Richtung aus dem ersten Aufnahmeraum abzuführen. Dabei ist die zweite Entgasungseinheit beispielsweise dazu ausgebildet, das Fluid in eine von der ersten Richtung unterschiedliche zweite Richtung aus dem zweiten Aufnahmeraum abzuführen. Die erste Richtung und die zweite Richtung verlaufen beispielsweise schräg oder senkrecht zueinander. Ferner ist es denkbar, dass die erste Richtung und die zweite Richtung zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei beispielsweise die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt ist.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Entgasungseinheiten auf unterschiedlichen Seiten der Speicherelemente vorgesehen sind. Beispielsweise ist die erste Entgasungseinheit auf einer, insbesondere in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach unten weisenden Unterseite des ersten Speicherelements angeordnet, während beispielsweise die zweite Entgasungseinheit auf einer, insbesondere in vertikaler beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach oben weisenden Oberseite oder aber auf einer in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung weisenden Seite angeordnet ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug umfasst dabei wenigstens eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom. Die Speichereinrichtung 1 ist beispielsweise Bestandteil eines in der Fig. nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Kraftwagen und dabei beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs, insbesondere das Kraftfahrzeug insgesamt, elektrisch antreibbar ist. Hierzu ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben und somit mittels der elektrischen Maschine das Kraftfahrzeug beziehungsweise das Rad anzutreiben, wird die elektrische Maschine beispielsweise mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in der Speichereinrichtung 1 gespeichert ist. Dabei ist die Speichereinrichtung 1 beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Speichereinrichtung 1 beispielsweise als Hochvolt-Komponente (HV-Komponenten), ausgebildet, sodass die Speichereinrichtung 1, welche auch als Speicher, Energiespeicher oder elektrischer Energiespeicher bezeichnet wird, eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt, die beispielsweise mehr als 50 Volt, insbesondere mehr als 60 Volt, beträgt. Insbesondere beträgt die von der Speichereinrichtung 1 bereitstellbare elektrische Spannung mehrere 100 Volt, um dadurch beispielsweise besonders große elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können.
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Die Speichereinrichtung 1 weist wenigstens ein Speicherelement 2 auf, welches beispielsweise als Speicherzelle ausgebildet ist und somit auch als Zelle bezeichnet wird. Insbesondere ist das Speicherelement 2 beispielsweise als Batteriezelle ausgebildet. Das Speicherelement 2 weist ein Elementgehäuse 3 auf, welches auch als Zellengehäuse bezeichnet wird. Das Zellengehäuse weist dabei wenigstens einen Aufnahmeraum 4 und einen auch als Zellenboden bezeichneten Elementboden 5 auf, durch welchen der Aufnahmeraum 4 in Einbaulage der Speichereinrichtung 1 nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Ferner umfasst die Speichereinrichtung 1, insbesondere das Speicherelement 2, wenigstens ein Speichermittel 6, welches in dem Aufnahmeraum 4 aufgenommen ist. Mittels des Speichermittels 6 kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden. Hierzu umfasst das Speichermittel 6 beispielsweise einen insbesondere flüssigen Elektrolyten und/oder eine oder mehrere Elektroden.
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Die Speichereinrichtung 1 und somit das Speicherelement 2 nehmen ihre jeweilige Einbaulage in vollständig hergestelltem und beispielsweise in dem Kraftfahrzeug verbautem Zustand ein, sodass beispielsweise die Speichereinrichtung 1 ihre Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. Dabei fällt beispielsweise die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) mit der vertikalen Richtung zusammen, sodass beispielsweise bezogen auf die Einbaulage der Aufnahmeraum 4 mittels des Elementbodens 5 in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. Die vertikale Richtung beziehungsweise die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) ist in der Fig. durch einen Doppelpfeil 7 veranschaulicht.
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Die Speichereinrichtung 1, insbesondere das Speicherelement 2, weist ferner wenigstens eine Entgasungseinheit 8 auf, mittels welcher ein in dem Aufnahmeraum 4 entstehendes beziehungsweise freigesetztes Fluid aus dem Aufnahmeraum 4, insbesondere an die Umgebung des Speicherelements 2, abgeführt werden kann. Das genannte Fluid ist beispielsweise ein Gas beziehungsweise ein Gasstrom und wird infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Speichereinrichtung 1 freigesetzt. Das Fluid entsteht beispielsweise aus den genannten Elektrolyten, da es beispielsweise infolge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zu einer starken Erwärmung des Elektrolyten kommt. Somit entsteht beispielsweise aus dem Elektrolyten ein Gas als das genannte Fluid.
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Mit zunehmender Menge des freigesetzten beziehungsweise entstehenden Fluids steigt beispielsweise ein in dem Aufnahmeraum 4 herrschender Druck, welcher auch als Innendruck bezeichnet wird. Übersteigt der in dem Aufnahmeraum 4 herrschende Druck beispielsweise einen Schwellen- beziehungsweise Grenzwert, so gibt die Entgasungseinheit 8 beispielsweise wenigstens eine Auslassöffnung frei, über welche zumindest ein Teil des zunächst in dem Aufnahmeraum 4 aufgenommenen Fluids aus dem Aufnahmeraum 4, insbesondere an die Umgebung des Speicherelements 2, strömen kann. Dieses Abführen des Fluids aus dem Aufnahmeraum 4 wird auch als Entgasen oder Entgasung bezeichnet.
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Um nun einen besonders sicheren Betrieb der Speichereinrichtung 1 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise realisieren zu können, ist die Entgasungseinheit an dem Elementboden 5 vorgesehen und dazu ausgebildet, das Fluid bezogen auf die Einbaulage der Speichereinrichtung 1 und dabei in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung nach unten aus dem Aufnahmeraum 4 abzuführen. Dabei veranschaulicht in der Fig. beispielsweise ein Pfeil 9 eine erste Richtung, in welche das Fluid mittels der Entgasungseinheit 8 aus dem Aufnahmeraum 4 abgeführt wird. Die durch den Pfeil 9 veranschaulichte Richtung fällt dabei mit der Fahrzeughochrichtung beziehungsweise mit der vertikalen Richtung zusammen und weist dabei nach unten.
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Die Speichereinrichtung 1 weist dabei wenigstens eine von einem Kühlmedium, insbesondere von einer Kühlflüssigkeit oder einem Kühlgas, durchströmbare Kühlleitung 10 auf, mittels welcher zumindest ein Teilbereich 11 der Speichereinrichtung 1 dadurch gekühlt werden kann, dass ein Wärmeübergang von dem Teilbereich 11 über die Kühlleitung 10 an das die Kühlleitung 10 durchströmende Kühlmedium erfolgt. Die Entgasungseinheit 8 ist dabei auf die Kühlleitung 10 ausgerichtet und dadurch dazu ausgebildet, das über die Entgasungseinheit 8 aus dem Aufnahmeraum 4 ausströmende Fluid zumindest im Wesentlichen direkt auf die Kühlleitung 10 zu leiten. Dadurch wird die Kühlleitung 10 mittels des über die Entgasungseinheit 8 aus dem Aufnahmeraum 4 ausströmenden Fluids aufgeschmolzen, wodurch ein Austritt des Kühlmediums aus der Kühlleitung 10 bewirkt wird. Hierdurch kann das aus der Kühlleitung 10 austretende Kühlmedium jeweilige Bereiche der Speichereinrichtung 1 zumindest im Wesentlichen direkt kühlen, sodass beispielsweise einem Brand entgegengewirkt werden kann.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Speichereinrichtung 1 ein Speichergehäuse 12 aufweist. Das Speichergehäuse 12 ist beispielsweise Bestandteil eines Moduls, insbesondere eines Batteriemoduls, welches das Speichergehäuse 12 insbesondere als Modulgehäuse umfasst. Das Speichergehäuse 12 weist dabei wenigstens einen Aufnahmebereich 13, wenigstens einen den Aufnahmebereich 13 in Einbaulage der Speichereinrichtung 1 in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden Speicherboden 14 und wenigstens einen den Aufnahmebereich in Einbaulage der Speichereinrichtung 1 und dabei in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach oben zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden Speicherdeckel 15 auf. Dabei ist das Speicherelement 2 in dem Aufnahmebereich 13 und somit in dem Speichergehäuse 12 angeordnet, wobei das genannte Modul das Speicherelement 2 beispielsweise umfasst.
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Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Kühlleitung 10 an dem Speicherboden 14 vorgesehen, wobei die Kühlleitung 10 insbesondere in dem Speicherboden 14 angeordnet ist beziehungsweise verläuft. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Kühlleitung 10 und/oder eine andere, weitere und von dem Kühlmedium durchströmbare Kühlleitung an, insbesondere in, dem Elementboden 5 vorgesehen beziehungsweise angeordnet ist.
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Ferner weist der Speicherboden 14 eine größere Wanddicke als der Speicherdeckel 15 auf. Somit weist der Speicherboden 14 eine höhere thermische Stabilität als der Speicherdeckel 15 auf. Da nun die Entgasungseinheit 8 an dem Elementboden 5 angeordnet ist und den Aufnahmeraum 4 in die durch den Pfeil 9 veranschaulichte erste Richtung, das heißt in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach unten, entgast, wird nicht etwa der Speicherdeckel 15, sondern der Speicherboden 14 zumindest im Wesentlichen direkt mit dem Fluid beaufschlagt. Dadurch kann eine durch das Fluid bewirkte, thermische Belastung des Speicherdeckels 15 gering gehalten werden, sodass dieser weiterhin filigran und somit gewichts- und kostengünstig ausgestaltet werden kann. Der Speicherboden 14 weist dabei ohnehin die große Wanddicke beziehungsweise Wandstärke auf, um beispielsweise das Speicherelement 2 zu schützen, insbesondere vor Gegenständen, welche beispielsweise zunächst auf einer Fahrbahn, auf und entlang welcher das Kraftfahrzeug fährt, angeordnet sind und von dem Kraftfahrzeug aufgeschleudert werden. Diese Gegenstände können beispielsweise gegen den Speicherboden 14 prallen, jedoch den Speicherboden 14 nicht durchdringen, da dieser die große Wanddicke aufweist.
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Das Speicherelement 2 weist elektrische Anschlüsse 16 auf, über welche das Speicherelement 2 die mittels des Speichermittels 6 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen kann. Mit anderen Worten kann die in dem Speicherelement 2 gespeicherte elektrische Energie über die Anschlüsse 16 von dem Speicherelement 2 abgeführt werden. Dabei sind die Anschlüsse 16 auf einer ersten Seite 17 des Speicherelements 2 angeordnet, während die Entgasungseinheit 8 auf einer der ersten Seite 17 abgewandten zweiten Seite 18 des Speicherelements 2 angeordnet ist. Dabei weist beispielsweise die erste Seite 17 in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise vertikaler Richtung nach oben, während die zweite Seite 18 in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach unten weist und dabei dem Speicherboden 14 zugewandt ist. Dabei ist insbesondere der Elementboden 5 beziehungsweise die Entgasungseinheit 8 in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung nach unten durch den Speicherboden 14 überdeckt.
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Die Speichereinrichtung 1, insbesondere das genannte Modul, weist wenigstens ein zweites Speicherelement 19 auf, dessen zweites Elementgehäuse 20 wenigstens einen zweiten Aufnahmeraum 21 und wenigstens einen den zweiten Aufnahmeraum 21 in Einbaulage der Speichereinrichtung 1, insbesondere in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzenden zweiten Elementboden 22 aufweist. Dabei weist die Speichereinrichtung 1, insbesondere das Speicherelement 19, wenigstens ein in dem zweiten Aufnahmeraum 21 aufgenommenes zweites Speichermittel 23 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom auf. Außerdem weist die Speichereinrichtung 1, insbesondere das Speicherelement 19, wenigstens eine zweite Entgasungseinheit 24 auf, mittels welcher ein in dem zweiten Aufnahmeraum 21 freigesetztes beziehungsweise entstehendes Fluid aus dem zweiten Aufnahmeraum 21, insbesondere an die Umgebung des Speicherelements 19 beziehungsweise des Elementgehäuses 20, abgeführt werden kann.
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Ferner weist das Speicherelement 19 zweite Anschlüsse 25 auf, über welche die in dem Speicherelement 19 gespeicherte elektrische Energie von dem Speicherelement 19 abgeführt werden kann beziehungsweise über die das Speicherelement 19 die in dem Speichermittel 23 gespeicherte elektrische Energie bereitstellen kann. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Entgasungseinheiten 8 und 24 voneinander unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen und dadurch dazu ausgebildet sind, die jeweiligen Fluide in voneinander unterschiedliche Richtungen aus den jeweiligen Aufnahmeräumen 4 und 21 abzuführen.
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Somit ist die Entgasungseinheit 24 beispielsweise dazu ausgebildet, den Aufnahmeraum 21 in eine von der ersten Richtung unterschiedliche und in der Fig. durch einen Pfeil 26 veranschaulichte zweite Richtung zu entgasen, sodass das Fluid aus dem Aufnahmeraum 21 in die zweite Richtung über die Entgasungseinheit 24 ausströmen kann. Dabei verlaufen beispielsweise die erste Richtung und die zweite Richtung senkrecht oder windschief zueinander. Beispielsweise verläuft die erste Richtung senkrecht zu einer ersten Ebene, wobei die zweite Ebene senkrecht zu einer zweiten Ebene verläuft. Dabei verlaufen die Ebenen beispielsweise schräg oder senkrecht zueinander. Mittels der Entgasungseinheit 24 wird der Aufnahmeraum 21 beispielsweise in vertikaler Richtung beziehungsweise in Fahrzeugquerrichtung und somit seitlich entgast, wobei der Aufnahmeraum 4 mittels der Entgasungseinheit 8 nach unten entgast wird. Durch diese wechselnden Ausrichtungen der Entgasungseinheiten 8 und 24 kann eine durch die Fluide bewirkte thermische Belastung der Speichereinrichtung 1, insbesondere in dem Aufnahmebereich 13, auf unterschiedliche Ebenen beziehungsweise in unterschiedliche Teilbereiche verteilt werden, sodass eine lokal besonders hohe thermische Belastung des Speichergehäuses 12 vermieden werden kann. Dadurch kann beispielsweise über eine besonders lange Zeitdauer vermieden werden, dass Feuer beziehungsweise Flammen aus dem Speichergehäuse 12 an dessen Umgebung 27 austritt beziehungsweise austreten. In der Folge ist ein besonders sicherer Betrieb realisierbar.
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Zur Realisierung der unterschiedlichen Ausrichtungen der Entgasungseinheiten 8 und 24 sind diese beispielsweise auf unterschiedlichen Seiten der Speicherelemente 2 und 19 angeordnet. Während die Entgasungseinheit 8 auf der als Unterseite ausgebildeten Seite 18 der Speicherelemente 2 und 19 angeordnet ist, ist die Entgasungseinheit 24 seitlich beziehungsweise auf einer von der Seite 18 unterschiedlichen weiteren Seite der Speicherelemente 2 und 19 angeordnet, wobei beispielsweise der Aufnahmebereich 13 auf der genannten weiteren Seite in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise in horizontaler Richtung durch eine Seitenwand 28 des Speichergehäuses 12 begrenzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Speichereinrichtung
- 2
- Speicherelement
- 3
- Elementgehäuse
- 4
- Aufnahmeraum
- 5
- Elementboden
- 6
- Speichermittel
- 7
- Doppelpfeil
- 8
- Entgasungseinheit
- 9
- Pfeil
- 10
- Kühlleitung
- 11
- Teilbereich
- 12
- Speichergehäuse
- 13
- Aufnahmebereich
- 14
- Speicherboden
- 15
- Speicherdeckel
- 16
- Anschluss
- 17
- Seite
- 18
- Seite
- 19
- zweites Speicherelement
- 20
- zweites Elementgehäuse
- 21
- zweiter Aufnahmeraum
- 22
- zweiter Elementboden
- 23
- zweites Speichermittel
- 24
- zweite Entgasungseinheit
- 25
- Anschluss
- 26
- Pfeil
- 27
- Umgebung
- 28
- Seitenwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013223361 A1 [0003]
- DE 102014200193 A1 [0005]
- DE 102014200194 A1 [0006]