DE102018207939A1

DE102018207939A1 - Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung

Info

Publication number: DE102018207939A1
Application number: DE102018207939.0A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Flahaut; André Heckert; Andreas Klaffki; Matthias Wagner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung (2) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Aufnahmeraum (5) aufweisenden Gehäuse (4), welches auf wenigstens einer Seite (9) eine Öffnung (10) aufweist, mit einem die Öffnung (10) zumindest teilweise verschließenden und zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (4) verbundenen Deckel (11), mit einer Mehrzahl von entlang einer Richtung (7) aufeinanderfolgend angeordneten, zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildeten und in dem Aufnahmeraum (5) angeordneten Speicherzellen (12), welche über die Öffnung (10) in den Aufnahmeraum (5) hineinbewegbar sind, wobei die Speicherzellen (12) an dem Deckel (11) befestigt sind, wodurch der Deckel (11) und die Speicherzellen (12) ein unabhängig von dem Gehäuse (4) vormontierbares Modul (17) bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer solchen Speichereinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
Speichereinrichtungen zum Speichern von elektrischer Energie für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sowie Verfahren zum Herstellen von solchen Speichereinrichtungen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Die Speichereinrichtung umfasst dabei ein Gehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist. Dies bedeutet, dass der Aufnahmeraum durch das Gehäuse gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Der Aufnahmeraum weist auf wenigstens oder genau einer Seite eine Öffnung auf. Außerdem umfasst die Speichereinrichtung einen die Öffnung zumindest teilweise verschließenden und zumindest mittelbar mit dem Gehäuse verbundenen Deckel, welcher beispielsweise separat von dem Gehäuse ausgebildet und mit dem Gehäuse zumindest mittelbar, insbesondere direkt, verbunden ist. Die Speichereinrichtung umfasst darüber hinaus mehrere, entlang einer beispielsweise als Stapelrichtung bezeichneten Richtung aufeinanderfolgend angeordnete und zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildete Speicherzellen, welchen in dem Aufnahmeraum angeordnet und somit in dem Aufnahmeraum entlang der Richtung hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Speicherzellen sind über die Öffnung in den Aufnahmeraum hinein bewegbar beziehungsweise hineinbewegt. Mit anderen Worten ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass das Gehäuse bereitgestellt und somit mittelbar mit dem Deckel verbunden wird, wodurch mittels des Deckels die Öffnung verschlossen wird. Ferner werden bei dem Verfahren die mehreren Speicherzellen in dem Aufnahmeraum derart angeordnet, dass die Speicherzellen über die Öffnung in den Aufnahmeraum hinein bewegt und in dem Aufnahmeraum entlang der Richtung aufeinanderfolgend angeordnet werden.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2014 222 838 A1 eine galvanische Zelle. Der DE 2 259 510 A1 ist eine Batterie als bekannt zu entnehmen, mit einem Behälter und mit einem in dem Behälter angeordneten Zellelement.
Außerdem offenbart die DE 1 671 674 A1 eine Vorrichtung an einem Vielzellen-Akkumulator zum Füllen einer Mehrzahl von Zellen mit Flüssigkeit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung, einen Energiespeicher, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch eine Speichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Die Speichereinrichtung ist beispielsweise als ein Speichermodul eines mehrere solcher Speichermodule umfassenden Energiespeichers ausgebildet, oder die Speichereinrichtung ist ein Energiespeicher, welcher mehrere, elektrisch miteinander verbundene Speichermodule aufweist. Insbesondere kann die Speichereinrichtung beziehungsweise der Energiespeicher als Hochvolt-Komponente, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet sein, sodass die Speichereinrichtung beziehungsweise der Energiespeicher eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt, welche größer als 50 Volt ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. In vollständig hergestelltem Zustand umfasst das Kraftfahrzeug die Speichereinrichtung beziehungsweise den Energiespeicher und wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs wird die elektrische Maschine mit in der Speichereinrichtung beziehungsweise in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt, sodass die Speichereinrichtung beziehungsweise der Energiespeicher auch als Traktionsspeicher, insbesondere als Traktionsbatterie, bezeichnet wird.
Die Speichereinrichtung umfasst ein Gehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist. Dies bedeutet, dass der Aufnahmeraum durch das Gehäuse gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Das Gehäuse weist auf wenigstens oder genau einer Seite eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung auf. Die Speichereinrichtung umfasst darüber hinaus einen auch als Gehäusedeckel bezeichneten Deckel, welcher zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäuse verbunden ist. Dabei ist die Öffnung mittels des Deckels zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, abgedeckt und somit verschlossen. Außerdem umfasst die Speichereinrichtung mehrere Speicherzellen zum Speichern der elektrischen Energie. Die jeweilige Speicherzelle ist beispielsweise als eine Batteriezelle ausgebildet, sodass die Speichereinrichtung beziehungsweise der Energiespeicher als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet sein kann. Die Speicherzellen sind in dem Aufnahmeraum angeordnet. Dabei sind die in dem Aufnahmeraum angeordneten Speicherzellen entlang einer beispielsweise auch als Stapelrichtung bezeichneten Richtung hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet. Somit bilden beispielsweise die einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen beispielsweise einen Stapel, welcher auch als Zellstapel bezeichnet wird. Die Speicherzellen sind dabei über die Öffnung in den Aufnahmeraum hinein bewegbar. Mit anderen Worten können die Speicherzellen im Rahmen einer Herstellung der Speichereinrichtung durch die Öffnung hindurch und dadurch in den Aufnahmeraum hinein bewegt werden, wodurch die Zellen in dem Aufnahmeraum angeordnet werden können.
Um nun den Bauraumbedarf der Speichereinrichtung und somit des Energiespeichers insgesamt in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die die Speicherzellen, insbesondere zumindest mittelbar oder direkt, an dem Deckel befestigt und somit an dem Deckel gehalten sind. Hierdurch bilden der Deckel und die insbesondere direkt an dem Deckel gehaltenen Speicherzellen ein unabhängig von dem Gehäuse vormontierbares beziehungsweise vormontiertes Modul. Unter dem Merkmal, dass das Modul unabhängig von dem Gehäuse vormontierbar beziehungsweise vormontiert ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Modul an sich eine eigenständig beziehungsweise für sich betrachtet zusammengebaute und somit zusammenhängende Baueinheit ist, welche als eine Einheit gehandhabt und dabei beispielsweise in einem Zustand, in welchem die Einheit noch nicht mit dem Gehäuse verbunden ist, relativ zu dem Gehäuse bewegt werden kann. Mit anderen Worten, im Rahmen der Herstellung der Speichereinrichtung ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Speicherzellen unabhängig von dem Gehäuse an dem Deckel befestigt werden, bevor die Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet werden. Durch dieses, unabhängig von dem Gehäuse erfolgende Befestigen der Speicherzellen an dem Deckel wird das zuvor beschriebene Modul unabhängig von dem Gehäuse und dabei in einem Zustand vormontiert, in welchem die Speicherzellen noch außerhalb des Aufnahmeraums angeordnet sind und der Deckel noch von dem Gehäuse gelöst beziehungsweise getrennt ist, das heißt noch nicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Nach dem Vormontieren des Moduls, das heißt nach dem unabhängig von dem Gehäuse erfolgenden Befestigen der Speicherzellen an dem Deckel wird das Modul zumindest über den Deckel mit dem Gehäuse verbunden. Hierzu wird beispielsweise das vormontierte Modul relativ zu dem Gehäuse bewegt, insbesondere derart, dass die Speicherzellen durch die Öffnung hindurch in den Aufnahmeraum hinein bewegt werden. Dies bedeutet, dass die Speicherzellen in ihrem an dem Deckel befestigten Zustand über die Öffnung in den Aufnahmeraum hinein bewegt werden, in dem das Modul und somit der Deckel und die darin befestigten Speicherzellen gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig relativ zu dem Gehäuse bewegt werden. Hierbei wird beispielsweise der Deckel auf das Gehäuse aufgesetzt, woraufhin der Deckel mit dem Gehäuse verbunden werden kann. Die Speicherzellen werden dabei derart an dem Deckel unabhängig von dem Gehäuse befestigt, dass die Speicherzellen hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind, sodass die Speicherzellen dann, wenn sie in dem Aufnahmeraum angeordnet sind und wenn der Deckel mit dem Gehäuse verbunden ist, entlang der Richtung hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung geht dabei von der herkömmlichen Lösung aus, dass zunächst die Speicherzellen unabhängig von dem Deckel, das heißt in einem von dem Deckel gelösten beziehungsweise getrennten Zustand, zunächst in dem Gehäuse angeordnet beziehungsweise verbaut werden, während der Deckel von den Speicherzellen und von dem Gehäuse gelöst ist. Daran anschließend wird der Deckel verbaut, in dem er mit dem Gehäuse verbunden wird. Hierdurch wird die Öffnung mittels des Deckels verschlossen. Bei der herkömmlichen Lösung ergibt sich entlang einer senkrecht zur Richtung verlaufenden zweiten Richtung zwischen den Speicherzellen und dem Deckel ein Luftspalt, welcher auch als Montageluft oder Montageumluft bezeichnet wird. Üblicherweise ergibt sich auch auf einer dem Deckel entlang der zweiten Richtung gegenüberliegenden Seite zwischen den Speicherzellen und einem dem Deckel gegenüberliegenden Boden des Gehäuses ein weiterer Luftspalt, sodass beispielsweise die Luftspalte eine auch als Montageumluft bezeichnete Montageluft bilden. Die Montageumluft wird herkömmlicherweise vorgesehen, damit sich Komponenten der Speichereinrichtung nicht gegenseitig berühren und sodass unerwünschte Geräusche, insbesondere Klappergeräusche, vermieden werden können. Die zuvor genannte, senkrecht zur Richtung verlaufende zweite Richtung fällt üblicher Weise in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs mit der auch als z-Richtung bezeichneten Fahrzeughochrichtung zusammen. Die Montageumluft führt daher üblicherweise zu einem hohen Bauraumbedarf der Speichereinrichtung entlang der zweiten Richtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung, sodass herkömmliche Speichereinrichtungen beziehungsweise Energiespeicher üblicherweise ein sehr großes Z-Maß, das heißt einen sehr hohen Bauraumbedarf in Fahrzeughochrichtung aufweisen. Dies führt zur Reduzierung des volumetrischen und gravimetrischen Energiegehalts des Speichers.
Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun mittels der erfindungsgemäßen Speichereinrichtung vermieden werden, da insbesondere entlang der zweiten Richtung ein besonders kompakter Aufbau der Speichereinrichtung und somit des Energiespeichers insgesamt realisiert werden kann. Hierdurch kann ein besonders großer volumetrischer und gravimetrischer Energieinhalt der Speichereinrichtung beziehungsweise des Energiespeichers geschaffen werden. Ferner können Bauraumanforderungen im Kraftfahrzeug einfach und kostengünstig erfüllt werden. Da die erfindungsgemäße Speichereinrichtung besonders kompakt ausgestaltet werden kann, ist es möglich, besonders große Energieinhalte in gegebenen Fahrzeugbauräumen zu realisieren, sodass besonders große Reichweiten dargestellt werden können, über welche Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, rein elektrisch angetrieben werden können.
Da der Deckel und die daran befestigten Speicherzellen das Modul bilden, welches als die zuvor beschriebene Baueinheit gehandhabt und somit relativ zu dem Gehäuse bewegt werden kann, geht eine Montage beziehungsweise eine Befestigung des Deckels an dem Gehäuse mit einer Montage der Speicherzellen einher, da die Speicherzellen zumindest unter Vermittlung des Deckels mit dem Gehäuse verbunden beziehungsweise an dem Gehäuse gehalten werden. Ebenso geht eine Demontage des Deckels, das heißt ein Lösen beziehungsweise Trennen des Deckels von dem Gehäuse mit einer Demontage der Speicherzellen einher. Wird der Deckel von dem Gehäuse gelöst und entfernt, so werden dadurch die Speicherzellen mit dem Deckel mit bewegt und dabei aus dem Aufnahmeraum heraus bewegt beziehungsweise entnommen. Hierdurch kann die Speichereinrichtung besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig gewartet werden. Insbesondere können Einzelmodule der Speichereinrichtung beziehungsweise des Energiespeichers besonders einfach gewartet werden, ohne den kompletten Energiespeicher öffnen zu müssen.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Speicherzellen direkt an dem Deckel abgestützt, sodass beispielsweise die Speicherzellen den Deckel, insbesondere entlang der beschriebenen zweiten Richtung, direkt berühren beziehungsweise kontaktieren. Dadurch kann der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Speichereinrichtung frei von einem entlang der senkrecht zur Richtung verlaufenden zweiten Richtung zwischen den Speicherzellen und dem Deckel angeordneten Luftspalt ist. Hierdurch wird die zuvor beschriebene, bei herkömmlichen Speichereinrichtungen vorgesehene Montageluft zwischen den Speicherzellen und dem Deckel vermieden, sodass der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung besonders gering gehalten werden kann. Gleichzeitig können unerwünschte Geräusche und unerwünschte Berührungen von Komponenten der Speichereinrichtung vermieden werden, da die Speicherzellen sicher und definiert an dem Deckel befestigt und an dem Deckel gehalten und relativ zu dem Deckel fixiert sind. Dadurch sind die Speicherzellen auch vorzugsweise relativ zu dem Gehäuse sicher und definiert fixiert.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Speichereinrichtung eine wenigstens zwei auch als Endplatten oder Druckplatten bezeichnete Spannplatten und wenigstens ein mit den Spannplatten verbundenes und auch als Zuganker bezeichnetes Zugelement aufweisende Verspanneinrichtung umfasst, mittels welcher die entlang der Richtung zwischen den Spannplatten angeordneten Speicherzellen entlang der Richtung miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten sind. hierzu ist beispielsweise das Zugelement entlang der auch als Stapelrichtung bezeichneten Richtung gespannt beziehungsweise verspannt, sodass über das Zugelement eine Zugkraft von einer der Spannplatten auf die jeweils andere Spannplatte beziehungsweise umgekehrt übertragen wird. Die Zugkraft ist eine entlang der Stapelrichtung wirkende Verspannkraft, mittels welcher die beispielsweise als Druckplatten fungierenden Spannplatten in Richtung der beziehungsweise gegen die Speicherzellen gezogen und somit gespannt werden. Hierdurch werden die entlang der Stapelrichtung zwischen den Spannplatten angeordneten Speicherzellen zusammengedrückt und somit entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt. Das Zugelement wird beziehungsweise ist dabei auf Zug belastet. Auf diese Weise können die Speicherzellen besonders gewichts- und bauraumgünstig aneinander gehalten werden. Vorzugsweise ist wenigstens eine der Spannplatten separat von dem Zugelement ausgebildet, sodass das Zugelement und wenigstens eine Spannplatte als separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauelemente ausgebildet sein können. Ferner ist es denkbar, dass beide Spannplatten separat voneinander und separat von dem Zugelement ausgebildet sind, sodass das Zugelement und die jeweiligen Spannplatten als jeweils separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauelemente ausgebildet sein können.
Um dabei die Speichereinrichtung besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Zugelement sowie vorzugsweise die Spannplatten ein Bestandteil beziehungsweise Bestandteile des Moduls ist beziehungsweise sind. Somit ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Verspanneinrichtung an den Speicherzellen montiert beziehungsweise in Zusammenwirken mit den Speicherzellen gebracht wird, bevor oder nachdem die Speicherzellen an dem Deckel befestigt werden beziehungsweise wurden, wobei vorzugsweise die Verspanneinrichtung an den Speicherzellen montiert, das heißt in Zusammenwirken mit den Speicherzellen gebracht wird, bevor die Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet sind beziehungsweise werden. Um somit beispielsweise das Modul unabhängig von dem Gehäuse vorzumontieren, bevor die Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet sind beziehungsweise werden, werden die Speicherzellen unabhängig von dem Gehäuse an dem Deckel befestigt, und die Verspanneinrichtung wird an den Speicherzellen montiert, bevor die Speicherzellen in dem Aufnahmeraum angeordnet werden. Nachdem die Speicherzellen an dem Deckel befestigt wurden und nachdem die Verspanneinrichtung an den Speicherzellen montiert wurde, wird das den Deckel, die an dem Deckel befestigten Speicherzellen und die an den Speicherzellen montierte Verspanneinrichtung umfassende Modul gehandhabt und insbesondere relativ zu dem Gehäuse bewegt und hierdurch über den Deckel mit dem Gehäuse verbunden, indem beziehungsweise wodurch die bereits mit der Verspanneinrichtung versehenen Speicherzellen im Aufnahmeraum angeordnet werden.
Um die Speicherzellen besonders vorteilhaft, sowie auf bauraum- und kostengünstige Weise miteinander verspannen zu können, ist es in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Zugelement ein separat von dem Deckel ausgebildetes Bauelement, insbesondere ein separat von dem Deckel ausgebildetes Zugband, ist. Ist das Zugelement beispielsweise separat von dem Deckel und dabei als Zugband ausgebildet, so wird beispielsweise das Modul mit dem Zugband fest über den Deckel mit dem Gehäuse verbunden und dabei als Einheit ohne zusätzlichen Luftspalt zwischen dem Deckel und den Speicherzellen verbaut.
Um jedoch die Teileanzahl und somit die Kosten und den Bauraumbedarf der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Deckel als das Zugelement ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Zugelement einstückig mit dem Deckel ausgebildet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt bildet der Deckel das Zugelement beziehungsweise der Deckel wird als das Zugelement verwendet. Hierdurch können die Teileanzahl und somit die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung besonders gering gehalten werden, da dem Deckel zumindest eine Doppelfunktion zukommt. Zum einen wird der Deckel genutzt, um die Öffnung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, zu verschließen. Zum anderen wird der Deckel als Zugelement genutzt, um die Spannplatten unter Vermittlung der Speicherzellen gegeneinander zu spannen und somit die Speicherzellen miteinander zu verspannen und in der Folge aneinander zu halten beziehungsweise zu fixieren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Speicherzellen mit dem Deckel verklebt und/oder verschraubt. Hierdurch können die Speicherzellen besonders fest sowie bauraum- und kostengünstig mit dem Deckel verbunden werden.
Um beispielsweise auf bauraum- und kostengünstige Weise unerwünschte Leckagen zu vermeiden, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die jeweilige Speicherzelle mittels wenigstens eines separat von der jeweiligen Speicherzelle und separat von dem Deckel ausgebildeten Dichtungselements gegen den Deckel abgedichtet ist.
Um dabei die Kosten und das Gewicht sowie den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Dichtungselement einerseits direkt an der jeweiligen Speicherzelle und andererseits direkt an dem Deckel abgestützt ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Deckel wenigstens einen Befestigungsbereich auf, mittels welchem die Speichereinrichtung über den Deckel an einem Gehäuseelement des Energiespeichers befestigbar ist, wobei die Speichereinrichtung zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem Gehäuseelement des Energiespeichers anordenbar, beziehungsweise in vollständig hergestelltem Zustand des Energiespeichers angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Deckel auch dazu genutzt, um das Modul beziehungsweise die Speichereinrichtung insgesamt in dem Energiespeicher zu befestigen, wodurch zusätzliche Montageschritte und Befestigungselemente entfallen können.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Deckel in dem Befestigungsbereich wenigstens eine Versteifungsmaßnahme wie beispielsweise eine lokale Materialaufdickung und/oder eine Verprägung und/oder wenigstens ein Versteifungselement aufweist. Das Versteifungselement ist beispielsweise ein Halteblech. Hierdurch kann auf bauraum- und gewichtsgünstige Weise eine feste Halterung der Speichereinrichtung in dem Energiespeicher beziehungsweise an dem Gehäuseelement gewährleistet werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, wobei der Energiespeicher wenigstens eine Speichereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung weist wenigstens eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder wenigstens einen erfindungsgemäßen Energiespeicher gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung und des zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung eine erfindungsgemäße Speichereinrichtung hergestellt werden. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird ein einen Aufnahmeraum aufweisendes Gehäuse bereitgestellt, welches auf wenigstens oder genau einer Seite eine Öffnung aufweist. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird ein Deckel zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäuse verbunden, sodass mittels des Deckels die Öffnung zumindest teilweise überdeckt und somit verschlossen wird. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens werden mehrere, zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildete Speicherzellen in dem Aufnahmeraum derart angeordnet, dass die in dem Aufnahmeraum angeordneten Speicherzellen entlang einer auch als Stapelrichtung bezeichneten Richtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind. Hierzu werden die Speicherzellen über die Öffnung in den Aufnahmeraum hineinbewegt. Mit anderen Worten werden die Speicherzellen durch die Öffnung hindurch bewegt und dadurch in den Aufnahmeraum hinein bewegt.
Um nun den Bauraumbedarf der Speichereinrichtung in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass - bevor die Speicherzellen in den Aufnahmeraum hineinbewegt und somit in dem Aufnahmeraum angeordnet werden - die Speicherzellen unabhängig von dem Gehäuse an dem Deckel befestigt werden, wodurch unabhängig von dem Gehäuse ein zumindest den Deckel und die an dem Deckel befestigten Speicherzellen umfassendes Modul vormontiert wird. Das Modul wird in seinem vormontierten Zustand, das heißt in einem Zustand, in welchem die Speicherzellen unabhängig von dem Gehäuse an dem Deckel befestigt sind, zumindest über den Deckel mit dem Gehäuse verbunden, indem die an dem Deckel befestigten Speicherzellen in vormontiertem Zustand des Moduls durch die Öffnung hindurch in den Aufnahmeraum hineinbewegt werden. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass die Speicherzellen in vormontiertem Zustand des Moduls durch die Öffnung hindurch bewegt und hierdurch in den Aufnahmeraum hinein bewegt werden, um dadurch das Modul über den Deckel mit dem Gehäuse zu verbinden.
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung, des zweiten Aspekts der Erfindung und dritten des Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung.
Dabei zeigt die einzige Fig. ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug.
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen Energiespeichers 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildet Kraftwagen. Mittels des Energiespeichers 1 kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden. Das Kraftfahrzeug umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand somit den Energiespeicher 1 und wenigstens eine in der Fig. nicht erkennbare elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Daher wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher 1 gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Dadurch wird der Energiespeicher 1 auch als Traktionsspeicher bezeichnet. Der Energiespeicher 1 ist beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet, sodass der Energiespeicher 1 beispielsweise eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt, die größer als 50 Volt ist und vorzugsweise mehrere 100 Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Der Energiespeicher 1 weist beispielsweise wenigstens eine Speichereinrichtung 2 auf, mittels welcher die elektrische Energie beziehungsweise zumindest ein Teil der elektrischen Energie gespeichert werden kann. Dabei weist beispielsweise der Energiespeicher 1 ein in der Fig. nur sehr schematisch dargestelltes Gehäuseelement 3 auf, in welchem die Speichereinrichtung 2 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, anordenbar beziehungsweise angeordnet ist. Die Speichereinrichtung 2 wiederum umfasst ein in der Fig. ausschnittsweise erkennbares Gehäuse 4, welches einen Aufnahmeraum 5 aufweist. Dies bedeutet, dass der Aufnahmeraum 5 durch das Gehäuse 4 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Das Gehäuse 4 weist beispielsweise Wandungen 6 auf, welchen den Aufnahmeraum 5 teilweise begrenzen. Dabei begrenzen die Wandungen 6 den Aufnahmeraum 5 jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, entlang einer in der Fig. durch einen Doppelpfeil 7 veranschaulichten und auch als Stapelrichtung bezeichneten ersten Richtung.
Wie aus der Fig. erkennbar ist, verlaufen in den Wandungen 6 beispielsweise Kühlkanäle 8, welche von einem Kühlfluid zum Kühlen des Energiespeichers 1 durchströmt werden können. Das Kühlfluid ist beispielsweise eine Kühlflüssigkeit und kann zumindest Wasser aufweisen.
Das Gehäuse 4 weist auf wenigstens oder genau einer Seite 9 eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Öffnung 10 auf. Dabei umfasst die Speichereinrichtung 2 einen separat von dem Gehäuse 4 ausgebildeten Deckel 11, welcher zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. Mittels des zumindest teilweise auf der Seite 9 angeordneten Deckels 11 ist die Öffnung 10 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckt und somit verschlossen.
Darüber hinaus umfasst die Speichereinrichtung 2 eine Mehrzahl von, das heißt mehrere Speicherzellen 12, welche in dem Aufnahmeraum 5 angeordnet sind. Dabei sind die Speicherzellen 12 entlang der durch den Doppelpfeil 7 veranschaulichten und auch als Stapelrichtung bezeichneten Richtung miteinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet, sodass die Speicherzellen 12 beispielsweise einen einfach auch als Stapel bezeichneten Zellstapel 13 bilden. Mittels der Speicherzellen 12 kann die elektrische Energie gespeichert werden, die mittels der Speichereinrichtung 2 gespeichert werden kann. Dabei sind die Speicherzellen 12, insbesondere gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig, über die Öffnung 10 in den Aufnahmeraum 5 hinein bewegbar. Mit anderen Worten ist die Öffnung 10 an sich so groß dimensioniert, dass die Speicherzellen 12 durch die Öffnung 10 hindurchbewegt und dadurch in den Aufnahmeraum 5 hinein bewegt werden können, insbesondere in einem Zustand, in welchem die Speicherzellen 12 bereits entlang der Stapelrichtung miteinander angeordnet sind.
Das Gehäuse 4 weist darüber hinaus einen Boden 14 auf, welcher auf einer der Seite 9 entlang einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden und in der Fig. durch einen Doppelpfeil 15 veranschaulichten zweiten Richtung abgewandten Seite 16 angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt der Boden 14 dem Deckel 11 entlang der zweiten Richtung gegenüber, sodass der Boden 14 auf einer dem Deckel 11 entlang der zweiten Richtung abgewandten Seite der Speicherzellen 12 angeordnet ist. In eine senkrecht zur Stapelrichtung verlaufende und mit der zweiten Richtung zusammenfallende dritte Richtung ist der Aufnahmeraum 5 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Deckel 11 begrenzt. In eine der dritten Richtung entgegengesetzte und mit der zweiten Richtung zusammenfallende vierte Richtung ist der Aufnahmeraum 5 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Boden 14 begrenzt.
In Einbaulage des Energiespeichers 1 und somit der Speichereinrichtung 2 fällt die durch den Doppelpfeil 15 veranschaulichte zweite Richtung mit der Fahrzeughochrichtung zusammen, welche auch als z-Richtung bezeichnet wird. Dabei nehmen der Energiespeicher 1 und die Speichereinrichtung 2 ihre Einbaulage in vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ein.
Um nun den Bauraumbedarf der Speichereinrichtung 2 und somit des Energiespeichers 1 insgesamt besonders gering halten zu können, sind die Speicherzellen 12 an dem Deckel 11 befestigt, wodurch der Deckel 11 und die Speicherzellen 12 ein unabhängig von dem Gehäuse 4 vormontierbares beziehungsweise vormontiertes Modul 17 bilden. Das den Deckel 11 und die daran befestigten Speicherzellen 12 umfassende Modul 17 wird unabhängig von dem Gehäuse 4 in einem Zustand, in welchem die Speicherzellen 12 außerhalb des Aufnahmeraums 5 angeordnet und der Deckel 11 noch von dem Gehäuse 4 gelöst ist, derart vormontiert, dass die Speicherzellen 12 außerhalb des Aufnahmeraums 5 unabhängig von dem Gehäuse 4 an dem Deckel 11 befestigt werden, bevor die Speicherzellen 12 in den Aufnahmeraum 5 hineinbewegt werden. Daran anschließend wird das vormontierte Modul 17 relativ zu dem Gehäuse 4 bewegt. Hierdurch wird das Modul 17 über den Deckel 11 mit dem Gehäuse 4 verbunden, indem der Deckel 11, zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäuse 4 verbunden wird. Im Rahmen des Verbindens des Deckels 11 mit dem Gehäuse 4 werden die bereits an dem Deckel 11 befestigten Speicherzellen 12, insbesondere entlang der zweiten Richtung oder entlang einer schräg zur zweiten Richtung verlaufenden fünften Richtung, durch die Öffnung 10 hindurch bewegt und in den Aufnahmeraum 5 hinein bewegt. Danach sind die Speicherzellen 12 im Aufnahmeraum 5 angeordnet und dabei entlang der Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet.
Insgesamt ist aus der Fig. erkennbar, dass die Speicherzellen 12, insbesondere entlang der zweiten Richtung und dabei in die dritte Richtung, direkt an dem Deckel 11 abgestützt sind. Außerdem ist die Speichereinrichtung 2 frei von einem entlang der zweiten Richtung zwischen den Speicherzellen 12 und dem Deckel 11 angeordneten Luftspalt, sodass zwischen den Speicherzellen 12 und dem Deckel 11 keine Montageumluft vorgesehen ist. Jedoch ist zwischen den Speicherzellen 12 und dem auch als Gehäuseboden bezeichneten Boden 14 ein Luftspalt L vorgesehen, welcher auch als Montageumluft oder Montageluft bezeichnet wird. Der Luftspalt L ermöglicht die Realisierung von Bodenschutzmaßnahmen. Da jedoch zwischen den Speicherzellen 12 und dem Deckel 11 keine Montageumluft vorgesehen ist, kann der Bauraumbedarf der Speichereinrichtung 2 insbesondere entlang der zweiten Richtung besonders gering gehalten werden.
Die Speichereinrichtung 2 umfasst darüber hinaus eine Verspanneinrichtung 18, welches wenigstens zwei Spannplatten 19 und 20 sowie wenigstens ein separat von den Spannplatten 20 ausgebildetes und mit den Spannplatten 20 verbundenes Zugelement 21 umfasst. Mittels der Verspanneinrichtung 18 sind die entlang der Stapelrichtung zwischen den Spannplatten 19 und 20 angeordneten Speicherzellen 12 entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten.
Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Zugelement 21 Bestandteil des Moduls 17. Dabei ist der Deckel 11 als das Zugelement 21 ausgebildet. Mit anderen Worten wird der Deckel 11 als das Zugelement 21 verwendet, sodass die Teileanzahl und somit das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Speicherzellen 12, insbesondere direkt, mit dem Deckel 11 verklebt und/oder verschraubt sind.
Entlang der Stapelrichtung ist zwischen den Speicherzellen 12 wenigstens ein Wandungselement 22 angeordnet, an welchem die Speicherzellen 12 entlang der Stapelrichtung zumindest mittelbar, insbesondere direkt, abgestützt sind. Somit werden die Speicherzellen 12 mittels der Verspanneinrichtung 18 aufeinander zu gespannt und dadurch gegen das Wandungselement 22 gespannt, sodass beispielsweise die Speicherzellen 12 mittels der Verspanneinrichtung 18 unter Vermittlung des Wandungselements 22 entlang der Stapelrichtung miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Wandungselement 22 einstückig mit dem Deckel 11 ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich verlaufen innerhalb des Wandungselements 22 Kühlkanäle 23, welche von einem beziehungsweise dem zuvor beschriebenen Kühlfluid durchströmt werden können. Dadurch können die Speicherzellen 12 und somit die Speichereinrichtung 2 insgesamt besonders effektiv gekühlt werden.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeicher
2: Speichereinrichtung
3: Gehäuseelement
4: Gehäuse
5: Aufnahmeraum
6: Wandung
7: Doppelpfeil
8: Kühlkanäle
9: Seite
10: Öffnung
11: Deckel
12: Speicherzelle
13: Zellstapel
14: Boden
15: Doppelpfeil
16: Seite
17: Modul
18: Verspanneinrichtung
19: Spannplatte
20: Spannplatte
21: Zugelement
22: Wandungselement
23: Kühlkanäle
L: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014222838 A1 [0003]
DE 2259510 A1 [0003]
DE 1671674 A1 [0004]

Claims

Speichereinrichtung (2) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Aufnahmeraum (5) aufweisenden Gehäuse (4), welches auf wenigstens einer Seite (9) eine Öffnung (10) aufweist, mit einem die Öffnung (10) zumindest teilweise verschließenden und zumindest mittelbar mit dem Gehäuse (4) verbundenen Deckel (11), mit einer Mehrzahl von entlang einer Richtung (7) aufeinanderfolgend angeordneten, zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildeten und in dem Aufnahmeraum (5) angeordneten Speicherzellen (12), welche über die Öffnung (10) in den Aufnahmeraum (5) hineinbewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (12) an dem Deckel (11) befestigt sind, wodurch der Deckel (11) und die Speicherzellen (12) ein unabhängig von dem Gehäuse (4) vormontierbares Modul (17) bilden.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (12) direkt an dem Deckel (11) abgestützt sind.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (2) frei von einem entlang einer senkrecht zur Richtung (7) verlaufenden zweiten Richtung (15) zwischen den Speicherzellen (12) und dem Deckel (11) angeordneten Luftspalt ist.
Speichereinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine wenigstens zwei Spannplatten (19, 20) und wenigstens ein mit den Spannplatten (19, 20) verbundenes Zugelement (21) aufweisende Verspanneinrichtung (18), mittels welcher die entlang der Richtung (7) zwischen den Spannplatten (19, 20) angeordneten Speicherzellen (12) entlang der Richtung (7) miteinander verspannt und dadurch aneinander gehalten sind.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (21) ein Bestandteil des Moduls (17) ist.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) als das Zugelement (21) ausgebildet ist.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (21) ein separat von dem Deckel (11) ausgebildetes Bauelement, insbesondere ein separat von dem Deckel (11) ausgebildetes Zugband, ist.
Speichereinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (12) mit dem Deckel (11) verklebt und/oder verschraubt sind.
Speichereinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Speicherzelle (12) mittels wenigstens eines separat von der jeweiligen Speicherzelle (12) und separat von dem Deckel (11) ausgebildeten Dichtungselements gegen den Deckel (11) abgedichtet ist.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement einerseits direkt an der jeweiligen Speicherzelle (12) und andererseits direkt an dem Deckel (11) abgestützt ist.
Speichereinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) wenigstens einen Befestigungsbereich aufweist, mittels welchem die Speichereinrichtung (2) an einem Gehäuseelement (3), in welchem die Speichereinrichtung (2) zumindest teilweise anordenbar ist, befestigbar ist.
Speichereinrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (11) in dem Befestigungsbereich wenigstens eine Versteifungsmaßnahme, insbesondere eine lokale Materialaufdickung und/oder eine Verprägung und/oder wenigstens ein Versteifungselement, aufweist.
Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und/oder mit wenigstens einem Energiespeicher (1) nach Anspruch 13.
Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung (2) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: - Bereitstellen eines einen Aufnahmeraum (5) aufweisenden Gehäuses (4), welches auf wenigstens einer Seite (9) eine Öffnung (10) aufweist; - zumindest mittelbares Verbinden eines Deckels (11) mit dem Gehäuse (4), wobei mittels des Deckels (4) die Öffnung (10) zumindest teilweise verschlossen wird; - Anordnen einer Mehrzahl von zum Speichern der elektrischen Energie ausgebildeten Speicherzellen (12) in dem Aufnahmeraum (5) derart, dass die in dem Aufnahmeraum (5) angeordneten Speicherzellen (12) entlang einer Richtung (7) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Speicherzellen (12) über die Öffnung (10) in den Aufnahmeraum (5) hineinbewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bevor die Speicherzellen (12) in den Aufnahmeraum (5) hineinbewegt werden, die Speicherzellen (12) unabhängig von dem Gehäuse (4) an dem Deckel (11) befestigt werden, wodurch unabhängig von dem Gehäuse (4) ein zumindest den Deckel (11) und die an dem Deckel (11) befestigten Speicherzellen (12) umfassendes Modul (17) vormontiert wird, welches in vormontiertem Zustand zumindest über den Deckel (11) mit dem Gehäuse (4) verbunden wird, indem die an dem Deckel (4) befestigten Speicherzellen (12) in vormontiertem Zustand des Moduls (17) durch die Öffnung (10) hindurch in den Aufnahmeraum (5) hineinbewegt werden.