DE102017222934A1

DE102017222934A1 - Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers und Kraftfahrzeug mit elektrischem Energiespeicher

Info

Publication number: DE102017222934A1
Application number: DE102017222934.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Giere; Alexander Marcus Jonathan Hubert Kirscht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Es ist ein elektrischer Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug (2), ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers (10) und ein Kraftfahrzeug (2) mit dem elektrischer Energiespeicher (10) offenbart. Der elektrische Energiespeicher (10) besteht aus einer Vielzahl von Paaren (5) aus einer Montageplatte (30) und einem Energiespeichermodul (20). Jede Montageplatte (30) hat eine erste Montagebohrung (31) und eine zweite Montagebohrung (32) ausgebildet. Die elektrische Verbindung (40) zwischen Energiespeichermodulen (20) umfasst zwei Laschen (41) und eine die Laschen (41) verbindende Brücke (42). Ein Befestigungselement (43) haltert eine Lasche (41) und die Brücke (42) in der zweiten Montagebohrung (32) der Montageplatte (30), wobei die Lasche (41) den zweiten Modulpol (22) des Energiespeichermoduls (20) kontaktiert. Ein weiteres Befestigungselement (43) haltert eine Lasche (41) und die Brücke (42) in der ersten Montagebohrung (31) einer nachfolgenden Montageplatte (30) und die Lasche (41) kontaktiert den ersten Modulpol (21) des nachfolgenden Energiespeichermoduls (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher umfasst eine Vielzahl von Energiespeichermodulen, die jeweils einen ersten Modulpol und einen zweiten Modulpol aufweisen. Eine elektrische Verbindung ist vorgesehen, um den zweiten Modulpol eines Energiespeichermoduls mit dem ersten Modulpol eines nachfolgenden Energiespeichermoduls leitend zu verbinden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 012 452 A1 offenbart ein Verfahren zum Kontaktieren von Batteriezellen und eine nach diesem Verfahren hergestellte Hochvoltbatterie. Die Elektroden der Batteriezellen werden mit wenigstens einer Stromschiene verbunden. Die Stromschiene ist dabei an die Größe und Form der Elektroden angepasst und besitzt hierzu entsprechende Ausnehmungen. Die Elektroden und die Ausnehmungen der Stromschiene bilden eine Presspassung und die Elektroden und/oder die Ausnehmungen werden temperiert und anschließend miteinander verbunden. Die Stromschienen werden vor dem Fügen induktiv erwärmt. Ein Nachteil der Kontaktierung der einzelnen Elektroden der Batteriezellen ist, dass durch die mit der Presspassung angebrachte Stromschiene die freischwingende Masse der Hochvoltbatterie sowie deren thermische Ausdehnung ungedämpft über die Elektroden in die einzelnen Batteriezellen der Hochvoltbatterie geleitet werden.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2015 213 849 A1 offenbart eine Steckverbindung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Steckverbindung. Die Steckverbindung dient zur elektrischen Kontaktierung von zumindest zwei Batteriemodulen. Die Steckverbindung besteht aus zumindest einem mindestens zwei Steckkontakte aufweisenden Stecker und mindestens zwei zur Aufnahme der beiden Steckkontakte vorgesehenen Buchsen. Für die Herstellung der elektrischen Kontaktierung werden die Steckkontakte des Steckers in die Buchsen der Batteriemodule eingesteckt, so dass die Batteriemodule elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auch hier besteht der Nachteil, dass mechanische Schwingungen der Hochvoltbatterie über den Stecker direkt in die Buchsen der einzelnen Batteriemodule geleitet werden.
Die internationale Patentanmeldung WO 2011/154098 A1 offenbart Hochstrom-Steckverbinder, insbesondere für E-Mobility-Zellmodule. Jeder der beiden Modulpole eines austauschbaren Batteriepack-Moduls ist mit einem Steckverbinder-Stift ausgestattet, um ihn über eine biegeelastische Steckverbindung mit zwei, mit Lamellen-Käfigen bestückten, Steckverbinder-Buchsen zu einem benachbarten Modulpol zu kontaktieren. Die Buchsen sind mit Lamellen-Käfigen zur federelastischen Aufnahme der Stifte bestückt. Jeder Stift ist als Hohlkörper ausgebildet und bei seinem Sockel mit einem Kragen als Materialmittler bestückt. Längs eines Innenrandes ist der Sockel mit einem Modulpol verschweißt. Auch bei dieser Ausführungsform des Standes der Technik werden Schwingungen des Batteriepacks zumindest teilweise direkt in den Modulpol geleitet.
Die Veröffentlichung DE 11 2014 002 519 T5 der internationalen Patentanmeldung WO 2014/189023 offenbart einen Batterieverbindungskörper und eine Stromversorgungsvorrichtung. Ein Sammelschienenmodul wird an einer Oberseite einer Batterieanordnung befestigt, um eine Stromversorgungsvorrichtung zu bilden. Das Sammelschienenmodul schaltet eine Vielzahl der Batterien in Reihe. In entsprechender Weise werden die positiven und negativen Elektronen von benachbarten Batterien miteinander verbunden. Die Stromschienen werden mittels Muttern mit den Elektroden der Batterien verbunden. Auch hier werden mechanische Bewegungen bzw. Schwingungen der Batterieanordnung direkt in die Elektroden der einzelnen Batterien geleitet.
Ein Blindniet mit Dämpfungseigenschaften ist in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005 005 536 U1 offenbart. Der Blindniet besteht aus einem elastischen Außenkörper mit einem in ein Befestigungsloch bzw. in eine Bohrung eines Trägerteils einsteckbaren hülsenförmigen Schaft. Eine metallische Buchse ist innerhalb des Außenkörpers angeordnet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 36 406 26 A1 offenbart ein Befestigungselement mit Dichtung. Das Befestigungselement kann auf einen durch eine Wand eines Gehäuses hindurch geführten Körper aufgeschraubt werden. Das Befestigungselement und die Dichtung bestehen aus Werkstoffen unterschiedlicher Elastizität, wobei der Werkstoff der Dichtung eine größere Elastizität aufweist, als der Werkstoff des Befestigungselements. Das Befestigungselement und die Dichtung sind im Spritzgussverfahren hergestellt. Die Dichtung weist Verankerungsvorsprünge auf, die in Ausnehmungen des Befestigungselements gehalten werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 389 783 A1 offenbart ebenfalls ein Befestigungselement mit einer Dichtung.
Die internationale Patentanmeldung WO 2010/139299A1 offenbart eine Befestigungsvorrichtung. Die Befestigungsvorrichtung umfasst mindestens eine Mutter und mindestens eine Auflageeinheit. Ferner umfasst die Befestigungsvorrichtung mindestens ein Federelement, wobei die Mutter, die Auflageeinheit und das Federelement derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass das Federelement eine Kraft zwischen der Mutter und der Auflageeinheit ausübt.
Bei Hochvoltbatterien des Standes der Technik werden die metallischen, eine Hochspannung führenden Leitungsbauteile in Kunststoffteile eingerastet, die keinen festen Fixpunkt am Zellmodul bieten. Mit dieser Art der Kontaktierung resultiert gerade eine lose, spielbehaftete Halterung. Diese Art und Weise der elektrischen Kontaktierung ist nicht zuverlässig und kann aufgrund mechanischer Bewegungen der Hochvoltbatterie teilweise zu einer schlechten Kontaktierung der einzelnen Pole der Module der Hochvoltbatterie führen. Außerdem kamen im bisherigen Stand der Technik Maßnahmen zur Flexibilisierung, wie z. B. Kupfergeflechte statt starrer Verbinder oder Wellenverbinder, zum Einsatz. Diese Art und Weise der Verbindung konnten erst bei einer großen Höhe eine geringe Wirkung erzielen. Alle bisher vorgeschlagenen Lösungen zur Kontaktierung der Pole der Batteriemodule und der damit verbundenen Vermeidung der Einleitung von mechanischen Schwingungen in die Pole der Batteriemodule waren bislang kostenintensiv (wie z. B. Kupfergeflecht) und erforderten ebenfalls einen erheblichen Bauraum (wie z. B. Wellen), so dass die fertigen Hochvoltbatterien unnötig viel Bauraum in Anspruch nahmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem eine sichere Kontaktierung der einzelnen Modulpole der Energiespeichermodule gegeben ist und wobei gleichzeitig die Einleitung von mechanischen Belastungen in die Modulpole der einzelnen Energiespeichermodule vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers zu schaffen, das mit einem Mindestmaß an Verfahrensschritten zur Montage des Energiespeichers auskommt und dabei eine Kontaktierung der einzelnen Modulpole der Energiespeichermodule des elektrischen Energiespeichers bereitstellt, bei der eine Einleitung von Schwingungen oder mechanischen Bewegungen in die einzelnen Modulpole der Energiespeichermodule vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Monate eines elektrischen Energiespeichers gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 8 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher zu schaffen, bei dem eine mechanische Belastung der einzelnen Modulpole der Energiespeichermodule im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs vermieden wird, so dass dadurch keine Belastungen in die einzelnen Modulpole der Energiespeichermodule eingeleitet werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 11 umfasst.
Erfindungsgemäß umfasst ein elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug eine Vielzahl von Energiespeichermodulen, die jeweils einen ersten Modulpol und einen zweiten Modulpol aufweisen. Eine elektrische Verbindung ist dabei zwischen dem zweiten Modulpol eines Energiespeichermoduls und einem ersten Modulpol eines nachfolgenden Energiespeichermoduls vorgesehen. Der Energiespeicher selbst ist aus einer Vielzahl von Paaren aufgebaut, die jeweils aus einem Energiespeichermodul und einer Montageplatte bestehen. Jede Montageplatte hat eine erste Montagebohrung (Sackloch) und eine zweite Montagebohrung (Sackloch) ausgebildet. Die elektrische Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Energiespeichermodulen ist aus zwei Laschen und einer die Laschen verbindenden Brücke ausgebildet. Für die elektrische Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Energiespeichermodulen ist ein Befestigungselement vorgesehen, das eine Lasche und die Brücke in der zweiten Montagebohrung der Modulplatte haltert. Dabei kontaktiert die Lasche den zweiten Modulpol des Energiespeichermoduls. Ein weiteres Befestigungselement haltert eine Lasche und die Brücke an der ersten Montagebohrung einer nachfolgenden Montageplatte. Die Lasche kontaktiert dabei den ersten Modulpol des nachfolgenden Energiespeichermoduls.
Es ist von Vorteil, dass die Befestigungselemente in einer Montageplatte montiert werden, wodurch eine variable Dämpfung der Modulpole erreicht wird, da die Befestigung des Befestigungselements in der Modulplatte erfolgt, die nicht Teil des Energiespeichermoduls ist. Bei dieser Art der Kontaktierung kann auf ein mechanisches Einpressen (Gefahr der Gradbildung, Kriechen des Werkstoffs, starker Einfluss von Bauteiltoleranzen, etc.) verzichtet werden. Zu dem Zeitpunkt, wenn die Befestigungselemente in den dafür vorgesehenen Montagebohrungen montiert sind, wird durch die Laschen und die Brücke die elektrische Kompaktierung der Modulpole zweier aufeinanderfolgender Energiespeichermodule hergestellt. Die Laschen drücken dabei lediglich über einen Kraftschluss auf die Modulpole der einzelnen Energ iespeichermod ule.
Das Befestigungselement selbst besteht aus einer mechanisch stabilen Hülse, die mit einer deformierbaren Ummantelung versehen ist. Die deformierbare Ummantelung ist mit der mechanisch stabilen Hülse mechanisch verbunden. Eine Schraube kann in die mechanisch stabile Hülse eingeschraubt werden, so dass die Lasche und die Brücke an den Montageplatten befestigt werden können und dabei gleichzeitig die Laschen die Modulpole der Energiespeichermodule kontaktieren. Die feste Montage bzw. der sich dabei ausbildende Fixpunkt in den Montageplatten wird erst bei der Verschraubung der elektrischen Verbindung mit den Montageplatten hergestellt. Dadurch kann zumindest der Verfahrensschritt des Verrastens der Modulpole der Energiespeichermodule mit entsprechenden elektrischen Verbindungselementen eingespart werden. Dies führt nicht nur zu einer Zeitersparnis, sondern erspart auch Bauteile bei der Montage von elektrischen Energiespeichern (Hochvoltenergiespeichern). Beim Einschrauben der Schraube in das Befestigungselement hebt sich die mechanisch stabile Hülse in axialer Richtung des Befestigungselements. Dadurch klemmt die deformierbare Ummantelung des Befestigungselements kraftschlüssig in den Montagebohrungen. Durch geeignete Materialauswahl der deformierbaren Ummantelung kann somit die Dämpfung durch Werkstoffauswahl, bzw. durch Geometrie der deformierbaren Ummantelung eingestellt werden. Ferner ist kein zusätzliches Bauteil oder eine Geometrie zur Fixierung der Befestigungselemente in den Montageplatten erforderlich.
Die Ummantelung kann aus einem elastischen Kunststoff bestehen. Der elastische Kunststoff kann bei der Herstellung des Befestigungselements um die mechanisch stabile Hülse umspritzt werden. Bei der in das Befestigungselement eingeschraubten Schraube deformiert sich somit die Ummantelung, so dass diese kraftschlüssig an einer inneren Wand der Montagebohrung anliegt. Die Deformierbarkeit der Ummantelung hat auch den Vorteil, dass beim Lösen der Schraube auch das Befestigungselement wieder aus den Montagebohrungen entfernt werden kann.
Die mechanisch stabile Hülse kann aus einem Metall oder einem keramischen Werkstoff bestehen. Die mechanisch stabile Hülse hat am inneren Umfang ein Gewinde ausgebildet, mit dem die Schraube zusammenwirkt. Die mechanisch stabile Hülse selbst hat an einer Außenwand eine Riffelung ausgebildet, die mit der Ummantelung formschlüssig in Wirkzusammenhang ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die mechanisch stabile Hülse beim Umspritzen mit dem elastischen Kunststoff fest in der Ummantelung verankert ist und dass es beim Einschrauben der Schraube zu einer Deformation der Ummantelung kommt.
Die Montagebohrungen in den Montageplatten können zylinderförmig oder konisch ausgebildet sein. Die konisch ausgebildeten Montagebohrungen haben dabei einen größeren Durchmesser am Boden der Montagebohrungen, als der Durchmesser am freien Ende der Montagebohrung. Durch die konische Ausbildung der Montagebohrungen kann ein Halt der Befestigungselemente in den Montagebohrungen weiter verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers zeichnet sich durch eine Vielzahl von Schritten aus. Zunächst werden je ein Energiespeichermodul und je eine Montageplatte paarweise derart angeordnet, dass ein erster Modulpol des Energiespeichermoduls einer ersten Montagebohrung der Montageplatte und ein zweiter Modulpol des Energiespeichermoduls einer zweiten Montagebohrung der Montageplatte zugeordnet ist. Eine Vielzahl dieser Paare aus Energiespeichermodul und Montageplatte werden für die elektrische Verbindung der einzelnen Paare angeordnet. Je ein Befestigungselement wird in die erste Montagebohrung und in die zweite Montagebohrung einer jeden Montageplatte eingesetzt. Die Paare aus Energiespeichermodul und Montageplatte sind in Reihe angeordnet, wobei ein zweiter Modulpol eines Energiespeichermoduls und eine zweite Montagebohrung einer Montageplatte einem ersten Modulpol eines Energiespeichermoduls und einer ersten Montagebohrung einer nachfolgenden Montageplatte vorgeordnet sind. Eine Lasche und eine Brücke werden mittels einer Schraube mit dem in der zweiten Montagebohrung der Montageplatte sitzenden Befestigungselement montiert. Ebenso werden eine Lasche und die Brücke mittels einer Montageschraube mit dem in der ersten Montagebohrung der folgenden Montageplatte sitzenden Befestigungselement verbunden. Dabei kontaktiert die an der zweiten Montagebohrung befestigte Lasche den zweiten Modulpol des Energiespeichermoduls und die an der ersten Montagebohrung befestigte Lasche kontaktiert den ersten Modulpol des nachfolgenden Energiespeichermoduls. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass auf ein mechanisches Einpressen, was die Gefahr der Gradbildung, Kriechen des Werkstoffs, starken Einfluss von Bauteiltoleranzen, etc. beherbergt, verzichtet werden. Hinzu kommt, dass der Fixpunkt erst im Augenblick der Verschraubung der elektrischen Verbindung erzeugt wird. Somit kann ein Verfahrensschritt zum Verrasten der Bauteile zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung eingespart werden.
Beim Befestigen der Lasche und der Brücke mittels der Schraube am Befestigungselement wird eine Hülse in Richtung einer Achse des Befestigungselements angehoben. Eine die Hülse umgebende Ummantelung wird dabei deformiert, wodurch das Befestigungselement in jeder Montagebohrung spielfrei geklemmt wird. Es ist von Vorteil, wenn die Ummantelung der Hülse aus einem elastischen Kunststoff bzw. elastischen Material besteht. Dadurch ist es möglich, dass durch die Wahl des Werkstoffs oder der Geometrie der Ummantelung das Ausmaß der Dämpfung, die durch das Befestigungselement erzielt werden kann, eingestellt werden kann. Es ist also kein zusätzliches Bauteil oder eine zusätzliche Geometrie zur Fixierung der Verbindungsstelle zwischen Modulpol und Montageplatte erforderlich. Hinzu kommt, dass man durch die Befestigung des Befestigungselements an der Montageplatte eine Bauraumoptimierung erzielt, was eine optimierte Montage ermöglicht und somit zu geringeren Gesamtkosten führt.
Bei dem Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers werden die Paare aus dem Energiespeichermodul und der Montageplatte mittels den Laschen und der Brücke in Reihe miteinander verbunden. Wie bereits vorstehend erwähnt, wird dabei die Dämpfung in der Montageplatte erzielt. Die Laschen liegen dabei lediglich kontaktierend auf den jeweiligen Modulpolen der Energiespeichermodule auf.
Erfindungsgemäß kann ein Kraftfahrzeug mit dem Energiespeicher gemäß der gegenwärtigen Erfindung ausgestattet werden. Der erfindungsgemäße Energiespeicher besteht aus einer Vielzahl von Paaren, die aus einem Energiespeichermodul und einer Montageplatte bestehen. Für die Herstellung des elektrischen Energiespeichers werden immer zwei aufeinanderfolgende Energiespeichermodule der Paare derart miteinander verbunden, dass eine Lasche einen zweiten Modulpol eines Energiespeichermoduls eines Paares kontaktiert. Ebenso ist durch ein Befestigungselement eine Brücke in einer zweiten Montagebohrung der Montageplatte eines Paares klemmend gehaltert. Die Lasche und die Brücke werden durch das Befestigungselement in der ersten Montagebohrung der Montageplatte des nachfolgenden Paares klemmend gehaltert. Durch die beiden Laschen und die Brücke, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wird die elektrische Verbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Energiespeichermodulen hergestellt.
Das Befestigungselement ist in den Montagebohrungen der Montageplatte mittels einer elastischen Ummantelung einer mechanisch stabilen Hülse klemmend und dämpfend gehaltert. Durch diese Art der Montage werden somit Belastungen (Schwingungen) nicht direkt in die Modulpole der Energiespeichermodule geleitet. Durch die Wahl des Materials bzw. die Form der Ummantelung der Hülse kann somit die Dämpfung eingestellt werden.
Die Modulpole der Energiespeichermodule eines elektrischen Energiespeichers werden über eine elektrische Verbindung miteinander verbunden. Hierzu wird ein Befestigungselement an einer Montageplatte befestigt. Das Befestigungselement kann dabei aus mechanischen oder keramischen Elementen bestehen, die ein Gewinde ausgebildet haben. In das Gewinde der metallischen oder keramischen Hülse kann eine Schraube eingedreht werden, so dass das Befestigungselement in der Montageplatte montiert werden kann. Beim Einschraubvorgang der Schraube entsteht eine Hubbewegung, durch die eine Ummantelung der Hülse mechanisch deformiert wird. Bei der Beendigung des Schraubvorgangs bzw. der durch das Einschrauben bewirkten Hubbewegung der Hülse, erreicht man durch die Deformation der Ummantelung eine spielfreie Klemmung des Befestigungselements in der Montageplatte. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die elastische Ummantelung beispielsweise aus einem elastischen Kunststoff bestehen, dessen Materialverhalten (Härte, Dämpfungseigenschaften, Reaktionskraft, etc.) durch eine Auswahl und Zusammensetzung variiert werden kann. Ebenso stellt die Ummantelung eine elektrische Isolation zwischen den metallischen Komponenten (Lasche und Brücke) der elektrischen Verbindung zwischen den einzelnen Modulen der Energiespeichermodule her.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einigen Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher;
2 eine schematische Draufsicht auf ein Energiespeichermodul, das bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicher Verwendung findet;
3 eine schematische Draufsicht auf eine Montageplatte, die zusammen mit dem Energiespeichermodul verwendet wird;
4 eine schematische Ansicht der Anordnung von einer Vielzahl von Paaren aus Energiespeichermodul und Montageplatte zur Ausbildung eines elektrischen Energiespeichers;
5 eine schematische Schnittansicht entlang der in 3 gekennzeichneten Schnittlinie A-A zur Verdeutlichung der Ausgestaltung der Montagebohrungen in der Montageplatte;
6 eine andere Ausführungsform der Montagebohrungen in der Montageplatte;
7 eine schematische Ansicht der Anordnung zweier Paare des elektrischen Energiespeichers, wobei die Paare aus dem Energiespeichermodul und der Montageplatte bestehen;
8 eine vergrößerte Ansicht eines Paares aus Montageplatte und Energiespeichermodul zur Verdeutlichung der elektrischen Kontaktierung der Modulpole des Energiespeichermoduls;
9 eine schematische Darstellung der Befestigung des Befestigungselements in der in
5 dargestellten Montagebohrung; und
10 eine schematische Darstellung der Montage des Befestigungselements in der in
6 dargestellten Montagebohrung.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 2, bei dem der erfindungsgemäße elektrische Energiespeicher 10 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 2 Verwendung findet. Der elektrische Energiespeicher 10 ist im Kraftfahrzeug 2 angeordnet und erfährt während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 2 mechanische Belastungen, die sich auf die Qualität der Energiespeichermodule (siehe 2), bzw. deren Funktionalität auswirken können.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Energiespeichermoduls 20, wie es bei der gegenwärtigen Erfindung Verwendung findet. Das Energiespeichermodul 20 besitzt einen ersten Modulpol 21 und einen zweiten Modulpol 22. Die Modulpole 21, 22 dienen zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeichermodule 20, die in einer entsprechenden Weise im elektrischen Energiespeicher 10 angeordnet und untereinander elektrisch verbunden sind, damit für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs 2 die erforderliche Spannung erzielt werden kann.
3 zeigt eine schematische Ansicht einer Montageplatte 30, die zusammen mit dem Energiespeichermodul 20 Verwendung findet. Die Montageplatte 30 besitzt eine erste Montagebohrung 31 und eine zweite Montagebohrung 32.
Wie in 4 dargestellt ist, bilden das Energiespeichermodul 20 und die Montageplatte 30 ein Paar 5. Die Montageplatte 30 und das Energiespeichermodul 20 werden dabei derart zueinander angeordnet, dass der erste Modulpol 21 des Energiespeichermoduls 20 der ersten Montagebohrung 31 der Montageplatte 30 und der zweite Modulpol 22 der zweiten Montagebohrung 32 der Montageplatte 30 gegenüberliegt. Die einzelnen Paare 5 aus Energiespeichermodul 20 und Montageplatte 30 werden in einer Matrixform angeordnet, um somit den elektrischen Energiespeicher 10 für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug 2 zu bilden.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Ausbildung einer Montagebohrung 31, 32 in der Montageplatte 30. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die Montagebohrung 31, 32 ein Sackloch, das über die gesamte Länge L einen konstanten Durchmesser D besitzt.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Montagebohrung 31, 32 in der Montageplatte 30. Die Montagebohrung 31, 32 ist dabei konisch ausgebildet. Die Montagebohrung 31, 32 besitzt dabei an einer Basis 34 einen größeren Durchmesser D, der größer ist, als der Durchmesser D an der Oberseite 35 der Montageplatte 30.
7 zeigt eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindung 40 zweier Energiespeichermodule 20, zweier Paare 5 aus jeweils einem Energiespeichermodul 20 und jeweils einer Montageplatte 30. Die beiden Paare 5 sind dabei in Reihe geschaltet. Eine Lasche 41 ist in elektrisch leitender Verbindung mit dem zweiten Modulpol 22 des Energiespeichermoduls 20. Eine weitere Lasche 41 ist in elektrisch leitender Verbindung mit dem ersten Modulpol 21 eines nachfolgenden Energiespeichermoduls 20. Die beiden Laschen 41 sind dabei mittels einer Brücke 42 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Laschen 41 kontaktieren die Modulpole 21, 22 lediglich und sind nicht mit diesen fest verbunden. Eine feste und betriebssichere Montage bzw. Kontaktierung der Modulpole 21, 22 wird dadurch erreicht, dass den Energiespeichermodulen 20 jeweils eine Montageplatte 30 zugeordnet ist. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird die Lasche 41, welche den zweiten Modulpol 22 kontaktiert, und die Brücke 42 mittels eines Befestigungselements 43 mit der zweiten Montagebohrung 32 der Montageplatte 30 verbunden. Die Lasche 41 des nachfolgenden Energiespeichermoduls 20 kontaktiert dabei den ersten Modulpol 21. Die Lasche 41 und die Brücke 42 sind dabei mittels eines Befestigungselements 43 mit der ersten Montagebohrung 31 der Montageplatte 30 verbunden. Durch die in 7 dargestellte elektrische Verbindung 40 werden somit die Energiespeichermodule 20 aufeinanderfolgender Paare 5 aus Energiespeichermodul 20 und Montageplatte 30 elektrisch miteinander verbunden, ohne dass dabei eine mechanische Belastung in die Modulpole 21 oder 22 der Energiespeichermodule 20 eingebracht wird.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung der elektrischen Kontaktierung eines Modulpols 21, 22 des Energiespeichermoduls 20. Mit einem Befestigungselement 43 werden die Lasche 41 und die Brücke 42 der elektrischen Verbindung 40 derart an der Montageplatte 30 befestigt, das ein freies Ende 44 der Lasche 41 den Modulpol 21, 22 kontaktiert. In der Montageplatte 30 des Paares 5 aus dem Energiespeichermodul 20 und der Montageplatte 30 ist die elektrische Verbindung 40 fest montiert. Das freie Ende 44 der Lasche 41 kontaktiert die Modulpole 21, 22 lediglich durch die mechanische Auflage der Lasche 41.
Die 9 und 10 zeigen die Befestigung des Befestigungselements 43 in den verschiedenen Ausführungsformen der Montagebohrungen 31, 32 in der Montageplatte 30. Die 9 und 10 zeigen eine Schnittansicht entlang der in 8 gezeigten Schnittlinie B-B.
Die Darstellungen der 9 und 10 unterscheiden sich dadurch, dass die Montagebohrungen 31, 32 bei der in 10 gezeigten Ausführungsform konisch ausgebildet sind. In den Montagebohrungen 31, 32 sind die Befestigungselemente 43 eingesetzt. Das Befestigungselement 43 besteht aus einer Hülse 50, die mit einer Ummantelung 51 umgeben ist. Bevorzugterweise wird die Hülse 50 mit der Ummantelung 51 umspritzt. Die Hülse 50 besitzt mehrere Verankerungselemente 54, mit denen ein sicherer Halt der Ummantelung 51 an der Hülse 50 gewährleistet werden kann. Zur Befestigung der Lasche 41 und der Brücke 42 an der Montageplatte 30 kann eine Schraube 52 in die Hülse 50 des Befestigungselements 43 eingeschraubt werden. Da das Befestigungselement 43 fest in der Montagebohrung 31, 32 der Montageplatte 30 sitzt, wird beim Einschraubvorgang der Schraube 52 die Hülse 50 in Richtung der Achse A der Montagebohrung 31, 32 angehoben. Dadurch wird die Ummantelung 51 deformiert und liegt dabei klemmend an der inneren Wand 37 der Montagebohrung 31, 32 an. Durch die elastische Deformation der Ummantelung 51 erreicht man somit einen sicheren, klemmenden und dämpfenden Sitz des Befestigungselements 43 in den dafür vorgesehenen Montagebohrungen 31, 32. Ebenso erlaubt die elastische Deformation der Ummantelung 51, dass das Befestigungselement 43 bei Bedarf auch wieder von der Montageplatte 30 gelöst werden kann. Hinzu kommt, dass somit die mechanischen Belastungen bei der gebrauchsmäßigen Verwendung des elektrischen Energiespeichers 10 in die Montageplatte 30 geleitet werden und somit Belastungen der Modulpole 21, 22 vermieden sind.
Bei der in 10 dargestellten konischen Ausgestaltung der Montagebohrung 31, 32 in der Montageplatte 30 erreicht man zusätzlich einen weiteren sicheren Sitz des Befestigungselements 43 in der Montagebohrung 31, 32.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
5: Paar
10: elektrischer Energiespeicher
20: Energiespeichermodul
21: erster Modulpol
22: zweiter Modulpol
30: Montageplatte
31: erste Montagebohrung
32: zweite Montagebohrung
34: Basis
35: Oberseite
37: innere Wand
40: elektrische Verbindung
41: Lasche
42: Brücke
43: Befestigungselement
44: freies Ende
50: Hülse
51: Ummantelung
52: Schraube
54: Verankerungselement
A: Achse
B-B: Schnittlinie
D: Durchmesser
L: Länge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013012452 A1 [0004]
DE 102015213849 A1 [0005]
WO 2011/154098 A1 [0006]
DE 112014002519 T5 [0007]
WO 2014/189023 [0007]
DE 202005005536 U1 [0008]
DE 3640626 A1 [0009]
EP 0389783 A1 [0010]
WO 2010/139299 A1 [0011]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug (2), umfassend eine Vielzahl von Energiespeichermodulen (20), die jeweils einen ersten Modulpol (21) und einen zweiten Modulpol (22) aufweisen, wobei eine elektrische Verbindung (40) vorgesehen ist, so dass der zweite Modulpol (22) eines Energiespeichermoduls (20) mit dem ersten Modulpol (21) eines nachfolgenden Energiespeichermoduls (20) leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass • je eine Montageplatte (30), die eine erste Montagebohrung (31) und eine zweite Montagebohrung (32) ausgebildet hat, je einem Energiespeichermodul (20) zugeordnet ist; • die elektrische Verbindung (40) zwei Laschen (41) und eine die Laschen (41) verbindende Brücke (42) umfasst; und • ein Befestigungselement (43) eine Lasche (41) und die Brücke (42) in der zweiten Montagebohrung (32) der Montageplatte (30) haltert und die Lasche (41) den zweiten Modulpol (22) des Energiespeichermoduls (20) kontaktiert und ein Befestigungselement (43) eine Lasche (41) und die Brücke (42) in der ersten Montagebohrung (31) einer nachfolgenden Montageplatte (30) haltert und die Lasche (41) den ersten Modulpol (21) des nachfolgenden Energiespeichermoduls (20) kontaktiert.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement (43) eine mechanisch stabile Hülse (50) mit einer deformierbaren Ummantelung (51) ist, die mit der mechanisch stabilen Hülse (50) mechanisch verbunden ist, eine Schraube (52) in die mechanisch stabile Hülse (50) einschraubbar ist, die die Lasche (41) und die Brücke (42) an den Montageplatten (30) befestigt und dabei die Lasche (41) und die Modulpole (21, 22) der Energiespeichermodule (20) kontaktiert.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 2, wobei beim Einschrauben der Schraube (52) in das Befestigungselement (43) diese die mechanisch stabile Hülse (50) in axialer Richtung (A) des Befestigungselements (43) hebt und das Befestigungselement (43) die deformierbare Ummantelung (51) in den Montagebohrungen (31, 32) kraftschlüssig klemmt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 3, wobei die Ummantelung (51) aus einem elastischen Kunststoff besteht und bei der eingeschraubten Schraube (52) kraftschlüssig an einer inneren Wand (37) der Montagebohrungen (31, 32) anliegt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die mechanisch stabile Hülse (50) aus einem Metall oder einem keramischen Metall besteht und am inneren Umfang ein Gewinde ausgebildet hat, mit den die Schraube (52) zusammenwirkt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die mechanisch stabile Hülse (50) an einer Außenwand eine Riffelung ausgebildet hat, die mit der Ummantelung (51) formschlüssig in Wirkzusammenhang ist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Montagebohrungen (31, 32) in den Montageplatten (30) zylinderförmig oder konisch ausgebildet sind und die konisch ausgebildeten Montagebohrungen (31, 32) einen größeren Durchmesser (D) am Boden der Montagebohrungen (31, 32) besitzen als ein Durchmesser (D) des freien Endes (44) der Montagebohrungen (31, 32).
Verfahren zur Montage eines elektrischen Energiespeichers (10) umfassend die folgenden Schritte: • dass je ein Energiespeichermodul (20) zu je einer Montageplatte (30) derart angeordnet wird, dass ein erster Modulpol (21) des Energiespeichermoduls (20) einer ersten Montagebohrung (31) der Montageplatte (30) und ein zweiter Modulpol (22) des Energiespeichermoduls (20) einer zweiten Montagebohrung (32) der Montageplatte (30) zugeordnet ist; • dass je ein Befesigungselement (43) in die erste Montagebohrung (31) und die zweite Montagebohrung (32) der Montageplatte (30) eingesetzt wird; • dass mehrere Paare (5) aus Energiespeichermodul (20) und Montageplatte (30) in Reihe derart angeordnet werden, dass ein zweiter Modulpol (22) eines Energiespeichermoduls (20) und eine zweite Montagebohrung (32) einer Montageplatte (30) einem ersten Modulpol (21) eines nachfolgenden Energiespeichermoduls (20) und einer ersten Montagebohrung (31) einer nachfolgenden Montageplatte (30) vorgeordnet sind; • dass eine Lasche (41) und eine Brücke (42) mittels einer Schraube (52) mit dem in der zweiten Montagebohrung (32) der Montageplatte (30) sitzenden Befestigungselement (43) und eine Lasche (41) und die Brücke (42) mittels einer Schraube (52) mit dem in der ersten Montagebohrung (31) der folgenden Montageplatte (30) sitzenden Befestigungselement (43) verbunden werden; und • dass durch die an der zweiten Montagebohrung (32) befestigte Lasche (41) der zweite Modulpol (22) des Energiespeichermoduls (20) und durch die an der ersten Montagebohrung (31) befestigte Lasche (41) der erste Modulpol (21) des nachfolgenden Energiespeichermoduls (20) kontaktiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei beim Befestigen der Lasche (41) und der Brücke (42) mittels der Schraube (52) am Befestigungselement (43) eine Hülse (50) in Richtung einer Achse (A) des Befestigungselements (43) angehoben und eine die Hülse (50) umgebende Ummantelung (51) deformiert wird, wodurch das Befestigungselement (43) in jeder Montagebohrung (31, 32) spielfrei geklemmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 8-9, wobei Paare (5) aus dem Energiespeichermodul (20) und der Montageplatte (30) mittels den Laschen (41) und der Brücke (42) in Reihe miteinander verbunden werden.
Kraftfahrzeug (2) mit einem elektrischen Energiespeicher (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) aus einer Vielzahl von Paaren (5) aus einem Energiespeichermodul (20) und einer Montageplatte (30) besteht und zwei aufeinanderfolgende Energiespeichermodule (20) der Paare (5) derart verbunden werden, dass eine Lasche (41) einen zweiten Modulpol (22) eines Energiespeichermoduls (20) eines Paares (5) kontaktiert und zusammen mit einer Brücke (42) durch ein Befestigungselement (43) in einer zweiten Montagebohrung (32) der Montageplatte (30) eines Paares (5) klemmend gehaltert ist und eine Lasche (41) einen ersten Modulpol (21) eines Energiespeichermoduls (20) eines nachfolgenden Paares (5) kontaktiert und zusammen mit einer Brücke (42) durch ein Befestigungselement (43) in einer ersten Montagebohrung (31) der Montageplatte (30) eines nachfolgenden Paares (5) klemmend gehaltert ist.
Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 11, wobei die Befestigungselemente (43) in den Montagebohrungen (31, 32) der Montageplatte (30) mittels einer elastischen Ummantelung (51) klemmend und dämpfend gehaltert sind.