DE102018210307A1

DE102018210307A1 - Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018210307A1
Application number: DE102018210307.0A
Authority: DE
Inventors: Sonia Dandl; Michael Huber; Christoph Riether; Sebastian Scharner; Florian Schöwel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2020-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (2), welche zumindest ein Gehäuse (8), in dem Gehäuse (8) angeordnete Speichermittel (9) zum Speichern von elektrischer Energie und wenigstens eine Entlüftungseinheit (13) aufweist, mittels welcher zum Entlüften des Gehäuses (8) ein Fluid (15) aus dem Gehäuse (8) abführbar ist, wobei der Energiespeicher (1) eine Tragstruktur (16) aufweist, über welche der Energiespeicher (1) zumindest mittelbar an einem Aufbau (17) des Kraftfahrzeugs befestigbar ist, wobei die Tragstruktur (16) wenigstens eine Strebe (18) umfasst, welche zumindest in einem Teilbereich (T) einen Hohlquerschnitt (19) und mindestens eine Überströmöffnung (21) aufweist, über welche das über die Entlüftungseinheit (13) aus dem Gehäuse (8) abgeführte Fluid (15) in den Hohlquerschnitt (19) der Strebe (18) einleitbar ist, mittels welcher unter Führen des Fluids (15) in dem Hohlquerschnitt (19) das Fluid (15) zu kühlen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, mit einem solchen Energiespeicher.
Derartige Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Der jeweilige Energiespeicher weist wenigstens eine Speichereinrichtung auf, welche zumindest ein Gehäuse, in dem Gehäuse angeordnete Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie und wenigstens eine Entlüftungseinheit aufweist. Mittels der Entlüftungseinheit ist zum Entlüften des Gehäuses ein Fluid aus dem Gehäuse abführbar. Die Speichermittel umfassen beispielsweise wenigstens oder genau zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen insbesondere flüssigen Elektrolyten, in welchem die Elektroden jeweils zumindest teilweise aufgenommen sind. Kommt es zum Beispiel, insbesondere unfallbedingt, zu einem Kurzschluss der Speichereinrichtung, so kann es zu einem so genannten thermischen Ereignis in der Speichereinrichtung kommen.
Das thermische Ereignis wird auch als thermisches Event bezeichnet und kann dazu führen, dass aus dem Elektrolyten das genannte, beispielsweise gasförmige Fluid entsteht. Mit anderen Worten umfasst das Fluid beispielsweise zumindest ein Gas. Um beispielsweise einen übermäßigen Druck in der Speichereinrichtung und somit beispielsweise ein unkontrolliertes Explodieren der Speichereinrichtung zu vermeiden, kann das Fluid über die Entlüftungseinheit definiert und gezielt aus dem Gehäuse abgeführt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Energiespeicher ein Hochvolt-Speicher (HVS) oder Bestandteil eines solchen Hochvolt-Speichers ist, wobei der Hochvolt-Speicher eine besonders hohe elektrische Spannung, insbesondere eine besonders hohe elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt. Hierdurch können beispielsweise besonders hohe elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des jeweiligen Kraftfahrzeugs realisiert werden, sodass der Hochvolt-Speicher beziehungsweise der Energiespeicher beispielsweise als Traktionsspeicher, insbesondere als Traktionsbatterie, ausgebildet ist.
Außerdem offenbart die DE 10 2013 226 813 A1 eine Kühlvorrichtung für einen Hochvoltspeicher, mit einem Kühlkörper, der von einem Kältemittel durchströmbar ist. Der Kühlkörper ist dabei dazu ausgebildet, Wärme von dem Hochvoltspeicher aufzunehmen und an das durchströmende Kältemittel abzugeben. Ferner ist es vorgesehen, dass in dem Kühlkörper das Kältemittel mit einem maximalen Druck von 250 bar führbar ist. Außerdem offenbart die DE 10 2014 216 021 A1 ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Der Energiespeicher umfasst wenigstens eine Speichereinrichtung, welche zumindest ein Gehäuse, in dem Gehäuse angeordnete Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom und wenigstens eine Entlüftungseinheit aufweist. Mittels der Entlüftungseinheit ist zum Entlüften des Gehäuses ein Fluid aus dem Gehäuse abführbar beziehungsweise ausleitbar. Die Speichermittel umfassen beispielsweise wenigstens oder genau zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität und einen, insbesondere flüssigen, Elektrolyten, in welchem die Elektroden zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufgenommen sind. Insbesondere ist es denkbar, dass die Speichereinrichtung genau eine einfach auch als Zelle bezeichnete Speicherzelle umfasst, welche die Speichermittel aufweist, oder die Speichereinrichtung umfasst mehrere, auch als Einzelzellen oder Zellen bezeichnete Speicherzellen, welche jeweils Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie umfassen. Das Gehäuse ist somit beispielsweise ein Zellgehäuse der jeweiligen Speicherzelle, wobei der Elektrolyt beispielsweise direkt in dem Gehäuse aufgenommen sein kann. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass der direkt in dem Gehäuse aufgenommene Elektrolyt das Gehäuse beziehungsweise jeweilige Wände des Gehäuses, insbesondere eine innenumfangsseitige Oberfläche des Gehäuses, direkt berührt. Ferner ist es denkbar, dass das Gehäuse ein Speichergehäuse ist, in welchem die Speicherzellen angeordnet sind. Ferner ist es denkbar, dass in dem Speichergehäuse wenigstens ein oder mehrere Module aufgenommen sind, wobei das jeweilige Modul auch als Speichermodul bezeichnet wird. Das jeweilige Modul umfasst beispielsweise mehrere Speicherzellen, welche beispielsweise elektrisch miteinander verbunden sein können.
Kommt es beispielsweise, insbesondere unfallbedingt, zu einem Kurzschluss der Speichereinrichtung, insbesondere zumindest einer der Speicherzellen, so kann daraus ein so genanntes thermisches Ereignis resultieren. Das thermische Ereignis wird auch als thermisches Event bezeichnet. Das thermische Ereignis kann dazu führen, dass aus dem Elektrolyten das zuvor genannte Fluid entsteht. Das Fluid ist beispielsweise gasförmig oder umfasst zumindest ein Gas. Um einen übermäßigen, aus der Entstehung des Fluids resultierenden Druck in dem Gehäuse zu vermeiden, kann das Gehäuse mittels der Entlüftungseinheit gezielt und definiert entlüftet werden. Hierzu wird das Fluid gezielt und definiert mittels der beziehungsweise über die Entlüftungseinheit aus dem Gehäuse abgeführt, das heißt ausgeleitet. Hierzu kann die Entlüftungseinheit eine Soll-Versagensstelle, insbesondere eine Soll-Bruchstelle, aufweisen, an welcher die Entlüftungseinheit beziehungsweise das Gehäuse gezielt versagt, wenn ein in dem Gehäuse herrschender und beispielsweise durch das Fluid bewirkter Druck einen Schwellenwert überschreitet. Die Soll-Versagensstelle umfasst beispielsweise eine Berstmembran, welche dann, wenn der in dem Gehäuse herrschende Druck den Schwellenwert überschreitet, gezielt beziehungsweise gewünscht birst. Hierdurch wird das Gehäuse an wenigstens einer Stelle freigegeben, sodass an der Stelle das Fluid zumindest teilweise aus dem Gehäuse ausströmen kann. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Speichereinrichtung beziehungsweise die Speicherzelle unkontrolliert platzt.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher ein Hochvolt-Speicher oder Bestandteil eines solchen Hochvolt-Speichers, wobei der Hochvolt-Speicher (HVS) eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist beziehungsweise bereitstellt, welche größer als 50 Volt ist. Insbesondere beträgt die elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, mehrere hundert Volt. Insbesondere kann der Energiespeicher eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), sein oder der Energiespeicher ist Bestandteil einer solchen Hochvolt-Batterie.
Beispielsweise ist es denkbar, dass der Hochvolt-Speicher eine Hochvolt-Batterie ist. Vorzugsweise ist der Hochvolt-Speicher ein Traktionsspeicher, insbesondere eine Traktionsbatterie. Das beispielsweise als Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildete Kraftfahrzeug umfasst in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher beziehungsweise den Hochvolt-Speicher und wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Da das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben werden kann, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Ist dabei der Energiespeicher als Hochvolt-Speicher ausgebildet oder Teil eines solchen Hochvolt-Speichers, so können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
Um nun einen besonders sicheren Betrieb des Energiespeichers und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Energiespeicher eine beispielsweise als Rahmen oder Rahmenstruktur ausgebildete Tragstruktur aufweist, über welche der Energiespeicher zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an einem beispielsweise als selbsttragende Karossiere ausgebildeten Aufbau des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Dabei ist beispielsweise das Gehäuse zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an der Tragstruktur befestigt, oder das Gehäuse ist Bestandteil der Tragstruktur. Die vorzugsweise eigensteife, das heißt formstabile Tragstruktur ermöglicht somit eine definierte und sichere Anbindung des Energiespeichers an den Aufbau. Die Tragstruktur umfasst dabei wenigstens eine Strebe, welche vorzugsweise eine Längserstreckung beziehungsweise Längserstreckungsrichtung aufweist. In Einbaulage des Energiespeichers fällt die Längserstreckungsrichtung beispielsweise mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen, sodass die Strebe beispielsweise als Querstrebe ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst die Tragstruktur wenigstens zwei weitere Streben, insbesondere Längsstreben, die entlang der Längserstreckungsrichtung der ersten Strebe voneinander beabstandet und über die erste Strebe miteinander verbunden sind. Jeweilige Längserstreckungsrichtungen der weiteren Streben fallen dabei beispielsweise in der Einbaulage des Energiespeichers mit der Fahrzeuglängsrichtung zusammen. Dabei nimmt der Energiespeicher seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein. In dem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ist der Energiespeicher über die Tragstruktur zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an dem Aufbau befestigt. Ferner ist es denkbar, dass die Tragstruktur wenigstens eine weitere Querstrebe aufweist, wobei die Querstreben beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet und mit den Längsstreben verbunden sind.
Die wenigstens eine Strebe weist zumindest in einem Teilbereich der wenigstens einen Strebe einen Hohlquerschnitt auf, welcher vorzugsweise als geschlossener Hohlquerschnitt ausgebildet ist. Außerdem weist die wenigstens eine Strebe mindestens eine Überströmöffnung auf, über welche das über die Entlüftungseinheit aus dem Gehäuse abgeführte Fluid in den Hohlquerschnitt der wenigstens einen Strebe einleitbar ist, sodass mittels der wenigstens einen Strebe unter Führen des Fluids in dem Hohlquerschnitt das Fluid zu kühlen ist. Dies bedeutet, dass das über die beziehungsweise mittels der Entlüftungseinheit aus dem Gehäuse abgeführte beziehungsweise ausgeleitete Fluid die Überströmöffnung durchströmen und somit über die Überströmöffnung in den Hohlquerschnitt einströmen kann. In dem Hohlquerschnitt wird das Fluid mittels des Hohlquerschnitts beziehungsweise mittels der wenigstens einen Strebe geführt, sodass das Fluid entlang des Hohlquerschnitts und somit entlang der wenigstens einen Strebe strömt. Hierbei kann ein Wärmeübergang von dem sich in dem Hohlquerschnitt befindenden Fluid an die wenigstens eine Strebe erfolgen, wodurch das Fluid effektiv und effizient gekühlt wird, insbesondere auf seinem Weg durch die beziehungsweise entlang der wenigstens einen Strebe.
Das Fluid kann beispielsweise über wenigstens eine Abführöffnung aus der wenigstens einen Strebe ausströmen und beispielsweise zumindest mittelbar oder direkt an eine Umgebung der wenigstens einen Strebe, insbesondere des Kraftfahrzeugs, strömen. Bevor das Fluid jedoch an die Umgebung strömt und somit an die Umgebung entlassen wird, wird das Fluid mittels der wenigstens einen Strebe definiert geführt und gekühlt, sodass beispielsweise unerwünschte, durch das Fluid bewirkbare beziehungsweise aus dem zuvor beschriebenen thermischen Ereignis resultierende Effekte vermieden werden können.
Der Erfindung liegt insbesondere die folgend Erkenntnis zugrunde: Bei Energiespeichern für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge kann es zu thermischen Ereignissen bei zellinternen Kurzschlüssen kommen, insbesondere dann, wenn die jeweilige Speicherzelle als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet ist. Bei einem solchen thermischen Ereignis handelt es sich um einen sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden beziehungsweise abgebenden Prozess. Eine Zelle, die sich in einem solchen Zustand befindet, gibt ihren Zellinhalt gasförmig unter hohen Temperaturen über die Entlüftungseinheit und dabei beispielsweise über die Berstmembran nach außen ab. Hierbei strömt beispielsweise das Fluid aus dem Zellgehäuse aus und in ein das Zellgehäuse umgebendes Gehäuseelement ein. Aufgrund stetig wachsender Energiedichten von Energiespeichern durch höhere Packungsdichten der Zellen kann es dazu kommen, das weitere Zellen, die zu der einen Zelle, bei der es zu einem thermischen Ereignis aufgrund eines Kurzschlusses der einen Zelle gekommen ist, benachbart sind, aufgrund der hohen Wärmeentwicklung beim Kurzschluss ebenfalls durchgehen, obwohl es bei den weiteren Zellen selbst nicht zu einem Kurzschluss gekommen ist. Somit kommt es aufgrund der hohen Wärmeentwicklung auch bei den weiteren Zellen zu einem jeweiligen thermischen Ereignis, obwohl es in den weiteren Zellen nicht zu einem Kurzschluss gekommen ist. Hieraus kann ein Domino-Effekt resultieren, welcher zu einer Zerstörung des gesamten Energiespeichers führen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.
Das zuvor genannte Gehäuseelement weist beispielsweise seinerseits eine Entlüftungseinheit mit einer Membran auf, die für einen atmosphärischen Druckausgleich zuständig ist. Strömt das Fluid aus dem Zellgehäuse in das Gehäuseelement, so wird die Membran des Gehäuseelements beziehungsweise der Entlüftungseinheit zerstört, um einen Materialaustritt an eine Umgebung des Gehäuseelements beziehungsweise in die Umwelt freizugeben. Somit kann das Fluid schließlich auch aus dem Gehäuseelement über die Entlüftungseinheit an die Umgebung des Gehäuseelements strömen. In der Folge kann Sauerstoff aus der Umgebung des Gehäuseelements in das Gehäuseelement beziehungsweise in den Energiespeicher eindringen und mit Lithium exotherm reagieren, wodurch Knallgas mit starker Rauch- und Hitzeentwicklung entstehen kann, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Umlaufkühlungen, insbesondere Flüssigkeitsumlaufkühlungen, mittels welchen solche Energiespeicher gekühlt werden können, können thermische Ereignisse und somit den zuvor beschriebenen Domino-Effekt hemmen, gegebenenfalls jedoch nicht vollständig unterbinden.
Die Idee der Erfindung ist es nun, der Tragstruktur zumindest eine Doppelfunktion zukommen zu lassen, um dadurch das Fluid vor dessen Austritt an die Umgebung beziehungsweise Umwelt auf besonders einfache, kosten-, gewichts- und bauraumgünstige Weise zu kühlen. Hierdurch können unerwünschte, aus internen Kurzschlüssen resultierende Effekte effektiv und effizient vermieden werden. Im Rahmen der Doppelfunktion wird die Tragstruktur zum einen genutzt, um Energiespeicher sicher und definiert zumindest mittelbar an den Aufbau anzubinden. Zum anderen wird die Tragstruktur genutzt, um das Fluid zu kühlen. Das Fluid ist ein aus der Speichereinrichtung sowie schließlich beispielsweise aus dem Energiespeicher insgesamt austretendes Material, wobei dadurch, dass das austretende Material mittels der Strebe gekühlt wird, bevor das Material schließlich aus dem Energiespeicher insgesamt austritt, unerwünschte Effekte und von dem austretenden Material ausgehende Gefahren vermieden oder zumindest gering gehalten werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher ist es möglich, dass Fluid mittels der wenigstens einen Strebe insbesondere auch dann zu kühlen, wenn eine beispielsweise als Flüssigkeitsumlaufkühlung ausgebildete Umlaufkühlung, mittels welcher der Energiespeicher in funktionstüchtigem Zustand gekühlt wird beziehungsweise gekühlt werden kann, aufgrund eines thermischen Ereignisses ausfällt und somit nicht mehr funktionstüchtig ist.
Hierzu erfolgt die auch als Entgasung bezeichnete Entlüftung des Gehäuses und somit der Speichereinrichtung in die beispielsweise als Querstrebe ausgebildete, wenigstens eine Strebe der Tragstruktur, sodass bereits innerhalb des Energiespeichers das potentiell austretende Material effektiv und effizient gekühlt wird. Dadurch können übermäßige Gefahren für Insassen des Kraftfahrzeugs sowie für sich in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltende Personen vermieden werden. Durch die zuvor beschriebene Doppelfunktion können die Teileanzahl und somit das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf des Energiespeichers besonders gering gehalten werden. Außerdem werden für die Kühlung des austretenden Materials keine zusätzlichen Bauteile benötigt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Strebe aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem sich in dem Hohlquerschnitt befindenden Fluid an die wenigstens eine Strebe erfolgen, wodurch das Fluid mittels der wenigstens einen Strebe besonders vorteilhaft gekühlt werden kann. Vorzugsweise berührt sich das in dem Hohlquerschnitt befindende Fluid die wenigstens eine Strebe beziehungsweise den metallischen Werkstoff direkt, sodass ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang gewährleistet werden kann.
Um das Fluid in und mittels der wenigstens einen Strebe besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Hohlquerschnitt wenigstens eine von dem Fluid umströmbare Rippe angeordnet ist, welche auch als Finne bezeichnet wird. Insbesondere sind in dem Hohlquerschnitt vorzugsweise mehrere Rippen vorgesehen. Die jeweilige Rippe ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet. Die Rippe und die wenigstens eine Strebe können als separat voneinander ausgebildete und beispielsweise miteinander verbundene Bauteile ausgebildet sein, oder die Rippe ist einstückig mit der wenigstens einen Strebe ausgebildet. Beispielsweise ragt die Rippe von einer den Hohlquerschnitt, insbesondere direkt, begrenzenden Wandung der wenigstens einen Strebe in den Hohlquerschnitt, sodass die Rippe von der Wandung nach innen hin absteht. Durch die Rippe kann eine besonders große, innenumfangsseitige und von dem Fluid an- und umströmbare Oberfläche realisiert werden, über welche ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Fluid an die Oberfläche und somit an die wenigstens eine Strebe erfolgen kann. Dadurch kann das Fluid auf seinem Weg durch die wenigstens eine Strebe besonders gut gekühlt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Hohlquerschnitt ein von dem Fluid umströmbarer und/oder durchströmbarer Metallschaum angeordnet ist. Der Metallschaum ist beispielsweise porös, sodass der Metallschaum eine Vielzahl von Poren aufweist. Das Fluid kann durch die Poren hindurchströmen. Dadurch weist der Metallschaum eine besonders große Oberfläche auf, die von dem durch den Hohlquerschnitt strömenden Fluid direkt an- und umströmt werden kann. Dadurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Fluid an den Metallschaum erfolgen. Der Metallschaum ist beispielsweise an wenigstens einer Stelle wärmeübertragend mit der wenigstens einen Strebe gekoppelt, sodass ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Metallschaum an die wenigstens eine Strebe erfolgen kann. In der Folge kann das Fluid auf seinem Weg durch die wenigstens eine Strebe besonders gut gekühlt werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Hohlquerschnitt Alumosilikat aufgenommen. Beispielsweise ist die wenigstens eine Strebe, insbesondere ihre dem Hohlquerschnitt zugewandte innenumfangsseitige Mantelfläche, mit Alumosilikat versehen beziehungsweise ausgekleidet. Ein Alumosilikat ist ein Mineral beziehungsweise eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Silikate, die sich aus den Grundbausteinen SiO₄-Tetraeder und AlO₄-Tetraeder aufbaut. Derartige Alumosilikate sind beispielsweise in der DE 42 27 594 A1 ausführlich beschrieben, deren Inhalt und Offenbarung vollumfänglich als Teil dieser vorliegenden Offenbarung anzusehen ist. Es wurde gefunden, dass sich Alumosilikat besonders vorteilhaft eignet, um das Fluid auf seinem Weg durch die wenigstens eine Strebe besonders gut kühlen zu können. Insbesondere kann durch das Alumosilikat das Wärmeverhalten der beispielsweise als Rohr beziehungsweise Profil ausgebildeten, wenigstens einen Strebe verbessert werden.
Um das Fluid besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Energiespeicher, insbesondere die Tragstruktur, einen Boden aufweist. Durch den Boden ist beispielsweise in eine Richtung ein Aufnahmebereich begrenzt, in welchem beispielsweise die Speichereinrichtung beziehungsweise die Speichermittel aufgenommen ist beziehungsweise sind. In Einbaulage des Energiespeichers fällt die eine Richtung beispielsweise mit der Fahrzeughochrichtung zusammen, wobei in der Einbaulage die eine Richtung in Fahrzeughochrichtung von oben nach unten verläuft. Der Boden weist dabei wenigstens zwei Bodenelemente auf, die in zumindest teilweiser gegenseitiger Überlappung und dabei voneinander beabstandet angeordnet sind. Hierdurch bilden beziehungsweise begrenzen die Bodenelemente einen insbesondere entlang der Richtung zwischen den Bodenelementen angeordneten Zwischenraum, welcher fluidisch mit dem Hohlquerschnitt verbunden ist. Dadurch kann das Fluid von dem Hohlquerschnitt in den Zwischenraum strömen und den Zwischenraum durchströmen, sodass der Zwischenraum von dem Fluid aus dem Hohlquerschnitt durchströmbar ist. Dadurch kann auch ein vorteilhafter Wärmeübergang von dem Fluid an den Boden erfolgen, sodass das Fluid besonders gut gekühlt werden kann, insbesondere bevor es an die Umwelt entlassen wird.
Da der Boden die voneinander beabstandeten Bodenelemente aufweist, weist der Boden beispielsweise eine Sandwichstruktur auf. Mit anderen Worten ist der Boden beispielsweise als Sandwichboden des Energiespeichers ausgebildet. Dabei ist es denkbar, dass zwischen den Bodenelementen ein Kern der Sandwichstruktur angeordnet ist, wobei beispielsweise die Bodenelemente über den Kern voneinander beabstandet beziehungsweise auf einem Abstand zueinander gehalten sind.
Um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang von dem Fluid an den Boden zu realisieren, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eines der Bodenelemente oder beide Bodenelemente aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet ist beziehungsweise sind.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Zwischenraum ein von dem Fluid umströmbarer und/oder durchströmbarer Metallschaum angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass in dem Zwischenraum Alumosilikat aufgenommen ist. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zu dem gegebenenfalls in dem Hohlquerschnitt angeordneten Metallschaum sowie die vorherigen und folgenden Ausführungen zu dem gegebenenfalls in dem Hohlquerschnitt angeordneten Alumosilikat sind ohne weiteres auch auf den gegebenenfalls in dem Zwischenraum angeordneten Metallschaum beziehungsweise auf das gegebenenfalls im Zwischenraum angeordnete Alumosilikat übertragbar und umgekehrt.
Um eine besonders vorteilhafte Entlüftung der Speichereinrichtung sowie eine besonders vorteilhafte Führung des Fluids, insbesondere in den Hohlquerschnitt, realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Speichereinrichtung wenigstens zwei auf einer ersten Seite, insbesondere des Gehäuses, angeordnete Anschlusselemente aufweist. Die Anschlusselemente werden auch als Terminals bezeichnet und bilden beispielsweise jeweilige Pole unterschiedlicher Polarität der Speichereinrichtung. Somit bildet beispielsweise ein erstes der Anschlusselemente einen elektrischen Pluspol, während beispielsweise das zweite Anschlusselement einen elektrischen Minuspol bildet. Über die Anschlusselemente ist die mittels der Speichermittel und somit in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie von den Speichermitteln bereitstellbar. Dies bedeutet, dass über die Anschlusselemente die gespeicherte Energie aus der Speichereinrichtung beziehungsweise aus der jeweiligen Zelle abgeführt werden kann. Dabei ist die Entlüftungseinheit auf einer von der ersten Seite unterschiedlichen zweiten Seite, insbesondere des Gehäuses, angeordnet. Bezogen auf die Einbaulage weist beispielsweise die erste Seite in Fahrzeughochrichtung nach oben oder nach unten. Ferner weist beispielsweise bezogen auf die Einbaulage die zweite Seite in Fahrzeugquerrichtung nach außen oder in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne oder hinten. Da die Entlüftungseinheit und die Anschlusselemente nicht auf derselben Seite angeordnet sind, kann einerseits die in der Speichereinrichtung gespeicherte elektrische Energie besonders vorteilhaft aus der Speichereinrichtung abgeführt werden. Andererseits kann das Fluid besonders vorteilhaft geführt und insbesondere besonders vorteilhaft in den Hohlquerschnitt eingeleitet werden.
Um den zuvor beschriebenen Domino-Effekt besonders vorteilhaft vermeiden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Speichereinrichtung wenigstens eine erste Speicherzelle aufweist. Die erste Speicherzelle weist das zumindest eine Gehäuse als erstes Zellgehäuse, die darin angeordneten Speichermittel als erste Speichermittel und die wenigstens eine Entlüftungseinheit als erste Entlüftungseinheit auf. Ferner weist die Speichereinrichtung wenigstens eine benachbart zu der ersten Speicherzelle angeordnete zweite Speicherzelle auf, welche ein zweites Zellgehäuse, darin angeordnete zweite Speichermittel zum Speichern von elektrischer Energie und eine zweite Entlüftungseinheit umfasst. Mittels der zweiten Entlüftungseinheit ist zum Entlüften des zweiten Zellgehäuses ein weiteres Fluid aus dem zweiten Zellgehäuse abführbar. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zur ersten Entlüftungseinheit können ohne weiteres auch auf die zweite Entlüftungseinheit übertragen werden und umgekehrt. Die Speicherzellen werden auch als Zellen oder Einzelzellen bezeichnet. Die jeweilige Speicherzelle ist beispielsweise eine Batteriezelle. Insbesondere ist es denkbar, dass die jeweilige Speicherzelle eine Lithium-Ionen-Zelle ist.
Die wenigstens eine Strebe weist dabei wenigstens eine zweite Überströmöffnung auf, über welche das über die zweite Entlüftungseinheit aus dem zweiten Zellgehäuse abgeführte weitere Fluid in den Hohlquerschnitt der wenigstens einen Strebe einleitbar ist. Dadurch ist mittels der wenigstens einen Strebe unter Führen des weiteren Fluids in dem Hohlquerschnitt das weitere Fluid zu kühlen. Die jeweilige Überströmöffnung ist beispielsweise eine Durchgangsöffnung beziehungsweise ein Durchbruch der wenigstens einen Strebe.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass die Entlüftungseinheiten an einander zugewandten Seiten der Speicherzellen angeordnet sind. Dabei sind wenigstens zwei zwischen den einander zugewandten Seiten der Speicherzellen und voneinander beabstandet angeordnete Abschirmeinheiten vorgesehen, wobei die jeweilige Abschirmeinheit eine Abschirmwand aufweist. Die jeweilige Abschirmwand ist als jeweilige Wandung der wenigstens einen Strebe ausgebildet. Ferner weist die jeweilige Abschirmeinheit, die jeweilige, in der jeweiligen Wandung ausgebildete Überströmöffnung und wenigstens ein der jeweiligen Überströmöffnung zugeordnetes Schließelement auf. Die Überströmöffnung der Wandung ist fluchtend zu der Entlüftungseinheit beziehungsweise zu der Überströmöffnung der jeweilig nächstliegend zu dieser Wandung angeordneten Speicherzelle angeordnet. Dabei ist das Schließelement in einer Schließstellung, in der das Schließelement die jeweilige korrespondierende Überströmöffnung verschließt und somit fluidisch versperrt, vollständig an der jeweiligen Abschirmwand angeordnet. In einer Freigabestellung, in der das Schließelement die jeweils korrespondierende Überströmöffnung zumindest teilweise freigibt, ist das jeweilige Schließelement zumindest teilweise von der Abschirmwand gelöst. Des Weiteren ist das jeweilige Schließelement durch eine durch das jeweilige Fluid bewirkbare Beaufschlagung mit einer in Richtung der jeweils anderen Abschirmeinheit gerichteten Kraft von der Schließstellung in die Freigabestellung überführbar.
Kommt es somit beispielsweise in einer der Speicherzellen zu einem internen Kurzschluss, so kann die eine Speicherzelle thermisch durchgehend beziehungsweise thermisch irreversibel eskalieren. Dies wird auch als Thermal Runaway bezeichnet. Hierdurch wird in der einen Speicherzelle das Fluid insbesondere als heißes Gas erzeugt. Ab Erreichen eines bestimmten, in dem Zellgehäuse herrschenden Innendrucks öffnet sich schlagartig die Entlüftungseinheit der einen Speicherzelle. Das aus dem Zellgehäuse der einen Speicherzelle über die Entlüftungseinheit der einen Speicherzelle austretende heiße Gas trifft schlagartig auf das nächstliegend zu der geöffneten Entlüftungseinheit angeordnete Schließelement der nächstliegend zu der einen Speicherzelle angeordneten Abschirmeinheit auf. Hierdurch wird das Schließelement mit einer in Richtung der jeweils anderen Abschirmeinheit gerichteten Kraft beaufschlagt und dadurch von seiner Schließstellung in seine Freigabestellung überführt. Somit kann das aus der einen Speicherzelle austretende heiße Gas durch die nächstliegend zu der einen Speicherzelle angeordnete Abschirmeinheit abgeführt werden, ohne dass weitere Speicherzellen, die mit dieser einen Speicherzelle beispielsweise in einer Zellreihe angeordnet und beispielsweise in Reihe zu der einen Speicherzelle geschaltet sind, mit dem heißen Gas beaufschlagt werden. Dies verhindert ein thermisches Eskalieren der weiteren Speicherzellen dieser Zellreihe.
Das heiße Gas kann andere Schließelemente von anderen Speicherzellen zugeordneten Abschirmeinheiten gegebenenfalls nur derart anströmen, dass auf die anderen Schließelemente jeweils eine Kraft in eine solche zweite Richtung wirkt, die der Richtung, in die eine Kraft zum Öffnen des jeweiligen anderen Schließelements wirken müsste, entgegengesetzt ist. Dadurch kann das Fluid aus der Speicherzelle, in der es zu einem Kurzschluss gekommen ist, nicht die anderen Schließelemente öffnen und somit nicht zu den anderen Speicherzellen vordringen, sodass eine thermische Eskalation in dem Energiespeicher vermieden werden kann.
Das Schließelement ist beispielsweise zumindest teilweise durch eine Glimmerplatte gebildet. Alternativ oder zusätzlich ist das Schließelement beispielsweise als Klappe ausgebildet. Eine solche Glimmerplatte ist nicht entflammbar und hitzebeständig und weist ein sehr geringes spezifisches Gewicht auf, sodass die Verwendung einer Glimmerplatte für die Abschirmwand die Sicherheit weiter erhöht, ohne das Gewicht des Energiespeichers wesentlich zu erhöhen. Ferner ist es denkbar, dass die Abschirmwand zumindest teilweise durch eine Glimmerplatte gebildet ist.
Ist das Schließelement beispielsweise als Klappe ausgebildet, so ist das Schließelement beispielsweise gelenkig mit der jeweiligen Abschirmwand verbunden. Dadurch kann das Schließelement von seiner Schließstellung in seine Freigabestellung und umgekehrt einfach geschwenkt werden. Hierdurch ist beispielsweise die jeweilige Abschirmwand nach einem Öffnen der Überströmöffnung wiederverwendbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Schließelement in seiner Schließstellung über wenigstens einen Klemmmechanismus mit der jeweiligen Abschirmwand verbunden und/oder dass das Schließelement ist in seiner Schließstellung mit der jeweiligen Abschirmwand verklebt. Mittels des Klemmmechanismus kann das Schließelement sicher in der Schließstellung gesichert werden, um ein unbeabsichtigtes Öffnen des Schließelements beziehungsweise der zugehörigen Überströmöffnung zu verhindern. Der Klemmmechanismus kann beispielsweise als Rastmechanismus, Steckmechanismus oder dergleichen oder aber als Verpressung ausgebildet sein. Durch das Verkleben kann ein unbeabsichtigtes Öffnen der Überströmöffnung besonders sicher vermieden werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Schließelement über wenigstens ein Scharnier, insbesondere über wenigstens ein Filmscharnier oder über wenigstens ein durch ein Klebeband gebildetes Scharnier, mit der jeweiligen Abschirmwand, insbesondere gelenkig, verbunden ist. Hierdurch kann das Schließelement als Klappe ausgebildet sein, die mittels des Scharniers schwenkbar an der jeweiligen Abschirmwand gelagert ist. Dadurch kann das Schließelement besonders vorteilhaft bewegt, insbesondere verschwenkt, werden. Die Ausgestaltung des Scharniers durch ein Klebeband ermöglicht die Realisierung einer einfachen, kostengünstigen und gewichtssparenden Lösung.
Ferner ist es denkbar, dass die Entlüftungseinheit wenigstens eine Berstmembran aufweist. Die Berstmembran ist oder umfasst vorzugsweise wenigstens eine definierte Soll-Bruchstelle oder Soll-Bruchlinie, an welcher die Berstmembran bei Überschreitung eines mechanischen Belastungswerts gezielt beziehungsweise definiert aufbricht. Hierdurch birst die Berstmembran. Durch Verwendung einer solchen Berstmembran kann die Entlüftungseinheit kostengünstig und gewichtssparend realisiert werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug, welche wenigstens einen erfindungsgemäßen Energiespeicher 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.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den dazugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Energiespeichers; und
3 eine schematische Seitenansicht einer Speicherzelle des En erg iespeich ers.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform eines Energiespeichers 1 zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher 1 und wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit in dem Energiespeicher 1 gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Der Energiespeicher 1 ist somit ein Traktionsspeicher oder Bestandteil eines Traktionsspeichers, mittels welchem Energie zum Betreiben der elektrischen Maschine als Elektromotor gespeichert werden kann. Insbesondere ist der Energiespeicher 1 als Hochvolt-Speicher ausgebildet, wobei der Energiespeicher 1 vorzugsweise als Lithium-Ionen-Batterie und somit als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein kann.
Der Energiespeicher 1 umfasst wenigstens eine Speichereinrichtung 2, welche eine Mehrzahl von Speicherzellen 3 aufweist. Erste der Speicherzellen 3 bilden beispielsweise eine erste Zellreihe 4, wobei zweite der Speicherzellen 3 eine zweite Zellreihe 5 bilden.
Die jeweiligen Speicherzellen 3 der jeweiligen Zellreihe 4 beziehungsweise 5 sind entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 6 veranschaulichten ersten Richtung aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet. Entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 7 veranschaulichten und senkrecht zur ersten verlaufenden zweiten Richtung sind die Zellreihen 4 und 5 einander gegenüberliegend und dabei voneinander beabstandet angeordnet. in Einbaulage des Energiespeichers 1 fällt beispielsweise die durch den Doppelpfeil 6 veranschaulichte erste Richtung mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen, wobei die durch den Doppelpfeil 7 veranschaulichte zweite Richtung beispielsweise in der Einbaulage mit der Fahrzeuglängsrichtung zusammen fällt. Dabei nimmt der Energiespeicher 1 seine Einbaulage in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs ein.
Die jeweilige Speicherzelle 3 weist ein Gehäuse in Form eines Zellgehäuses 8 auf, welches einen jeweiligen Aufnahmeraum der jeweiligen Speicherzelle 3 bildet beziehungsweise begrenzt. Außerdem umfasst die jeweilige Speicherzelle 3 Speichermittel 9, die in dem jeweiligen Aufnahmeraum und somit in dem jeweiligen Zellgehäuse 8 aufgenommen sind. Die Speichermittel 9 umfassen jeweils wenigstens oder genau zwei Elektroden 10 und 11 unterschiedlicher Polarität und einen insbesondere flüssigen Elektrolyten 12, welcher direkt in dem jeweiligen Zellgehäuse 8 aufgenommen ist. Somit berührt der Elektrolyt 12 das jeweilige Zellgehäuse 8 innenumfangsseitig direkt. Die Elektroden 10 und 11 sind dabei jeweils zumindest teilweise in dem Elektrolyten 12 aufgenommen. Mittels der jeweiligen Speichermittel 9 kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden.
Die jeweilige Speicherzelle 3 weist eine jeweilige Entlüftungseinheit 13 auf. Somit umfasst die Speichereinrichtung 2 mehrere Entlüftungseinheiten 13. Mittels der jeweiligen Entlüftungseinheit 13 ist zum Entlüften des jeweiligen Zellgehäuses 8 ein beispielsweise gasförmiges Fluid aus dem jeweiligen Zellgehäuse 8 abführbar. Kommt es beispielsweise in wenigstens einer der Speicherzellen 3 zu einem in 1 besonders schematisch dargestellten Kurzschluss 14, so kann daraus ein thermisches Ereignis in der wenigstens einen Speicherzelle 3 resultieren. Der Kurzschluss und das thermische Ereignis sind beispielsweise unfallbedingt. Das thermische Ereignis kann dazu führen, dass aus dem Elektrolyten 12 das zuvor genannte Fluid entsteht, welches in 1 mit 15 bezeichnet ist. Das Fluid bewirkt in dem Zellgehäuse 8 einen in dem Zellgehäuse 8 herrschenden Innendruck. Überschreitet der Innendruck einen Schwellenwert, so öffnet die Entlüftungseinheit 13, sodass die Entlüftungseinheit 13 das Zellgehäuse 8 definiert und gezielt an wenigstens einer Stelle freigibt. An dieser Stelle kann das Fluid 15 als austretendes Material aus dem Zellgehäuse 8 ausströmen beziehungsweise austreten. Das Fluid 15 ist beispielsweise ein heißes Gas. Dadurch, dass die Entlüftungseinheit 13 das Zellgehäuse 8 definiert und gezielt freigibt, kann ein unerwünschtes Explodieren des Zellgehäuses 8 vermieden werden.
Um nun einen besonders sicheren Betrieb des Energiespeichers 1 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt gewährleisten zu können, weist der Energiespeicher 1 eine in 1 ausschnittsweise und schematisch dargestellte Tragstruktur 16 auf. Die Tragstruktur 16 ist beispielsweise ein eigensteifer Rahmen, über den der Energiespeicher 1 sicher und definiert, zumindest mittelbar, insbesondere direkt, an einem beispielsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten und in 1 besonders schematisch dargestellten Aufbau 17 des Kraftfahrzeugs befestigbar oder befestigt ist. Die Tragstruktur 16 weist dabei wenigstens eine Strebe 18 auf, welche als ein eigensteifes Profil ausgebildet ist. Die Strebe 18 weist eine Längserstreckungsrichtung auf, welche mit der durch den Doppelpfeil 6 veranschaulichten ersten Richtung und somit in der Einbaulage des Energiespeichers 1 mit der Fahrzeugquerrichtung zusammen fällt. Die wenigstens eine Strebe 18 ist somit als Querstrebe ausgebildet.
Die Strebe 18 weist zumindest in einem Teilbereich T der Strebe 18 oder aber über ihre komplette Erstreckung einen vorzugsweise geschlossenen Hohlquerschnitt 19 auf, welcher jeweils teilweise durch jeweilige Wandungen 20 der Strebe 18 begrenzt ist. Außerdem weist die Strebe 18, insbesondere die Entlüftungseinheit 13, eine Überströmöffnung 21 auf, über welche das über die jeweilige Entlüftungseinheit 13 aus dem jeweiligen Zellgehäuse 8 abgeführte Fluid 15 in den Hohlquerschnitt 19 der Strebe 18 einleitbar ist. In der Folge ist mittels der Strebe 18 unter Führen des Fluids 15 in dem Hohlquerschnitt 19 das Fluid 15 zu kühlen. Mit anderen Worten kann das Fluid 15 auf seinem Weg durch den Hohlquerschnitt 19 und somit durch die Strebe 18 Wärme an die Strebe 18 abgeben, wodurch das Fluid effektiv und effizient gekühlt wird, bevor das Fluid an eine Umgebung 22 der Strebe 18, insbesondere des Energiespeichers 1, entlassen wird. Dadurch weist das Fluid 15, wenn es an die Umgebung 22 strömt, eine hinreichend geringe Temperatur auf, sodass unerwünschte Effekte vermieden werden können. Um einen besonders vorteilhaften Wärmeübergang zu realisieren, ist die Strebe 18 vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet.
Um eine besonders große Oberfläche in dem Hohlquerschnitt 19 zu realisieren, ist beispielsweise in dem Hohlquerschnitt 19 wenigstens eine von dem Fluid 15 an- und umströmbare Rippe 23 vorgesehen, welche auch als Finne bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Hohlquerschnitt 19 ein von dem Fluid 15 umströmbarer und/oder durchströmbarer sowie vorzugsweise poröser Metallschaum 24 angeordnet sein. Dadurch kann das Fluid 15 effektiv und effizient gekühlt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass in dem Hohlquerschnitt 19 Alumosilikat 25 aufgenommen ist. Beispielsweise sind die Wandungen 20 innenumfangsseitig zumindest teilweise mit dem Alumosilikat 25 versehen. Hierdurch kann eine besonders große Kühlleistung realisiert werden.
Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Energiespeicher 1, insbesondere die Tragstruktur 16, einen vorzugsweise als Sandwichboden ausgebildeten Boden 26 aufweist. Durch den Boden ist beispielsweise zumindest teilweise ein Aufnahmebereich 27 begrenzt, in welchem die Speichereinrichtung 2 aufgenommen sein kann. Insbesondere begrenzt der Boden 26 den Aufnahmebereich 27 in eine senkrecht zur ersten Richtung und senkrecht zur zweiten Richtung verlaufende und in 1 durch einen Pfeil 28 veranschaulichte dritte Richtung. Bezogen auf die Einbaulage fällt die dritte Richtung beispielsweise mit der Fahrzeughochrichtung zusammen, wobei in der Einbaulage die dritte Richtung beispielsweise in Fahrzeughochrichtung von oben nach unten verläuft.
Der Boden 26 weist dadurch, dass der Boden 26 als Sandwichboden ausgebildet ist, wenigstens zwei Bodenelemente 29 auf, die in zumindest teilweise gegenseitiger Überlappung und dabei voneinander beabstandet angeordnet sind. Dadurch bilden oder begrenzen die Bodenelemente 29 einen zwischen den Bodenelementen 29 angeordneten Zwischenraum 30, welcher fluidisch mit dem Hohlquerschnitt 19 verbunden und dadurch von dem Fluid 15 auf dem Hohlquerschnitt 19 durchströmbar ist. Dadurch kann auch ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von dem Fluid 15 an den Boden 26 erfolgen, bevor das Fluid 15 an die Umgebung 22 entlassen wird. Somit sind der Boden 26 und der Zwischenraum 30 in Strömungsrichtung des Fluids 15 stromab des Hohlquerschnitts 19 und stromauf der Umgebung 22 angeordnet. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn zumindest eines der Bodenelemente 29 oder beide Bodenelemente 29 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Zwischenraum 30 eine von dem Fluid 15 an- und umströmbare Rippe 23 und/oder ein von dem Fluid 15 umströmbarer und/oder durchströmbarer Metallschaum 24 und/oder Alumosilikat 25 aufgenommen sein.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Energiespeichers 1. Wie aus 2 erkennbar ist, kann die jeweilige Entlüftungseinheit 13 eine Berstmembran 31 aufweisen. Die Berstmembran 31 birst gezielt und definiert, wenn der Innendruck einen Schwellenwert überschreitet. Hierdurch wird das jeweilige Zellgehäuse 8 definiert und gezielt freigegeben.
Außerdem weist die jeweilige Speicherzelle 3 wenigstens oder genau zwei Anschlusselemente 32 und 33 unterschiedlicher Polarität auf. Das Anschlusselement 32 bildet beispielsweise einen elektrischen Pluspol, während das Anschlusselement 33 beispielsweise einen elektrischen Minuspol der jeweiligen Speicherzelle 3 bildet. Aus 2 ist erkennbar, dass die Speicherzellen 3 über ihre Anschlusselemente 32 und 33 elektrisch miteinander verbunden und dabei beispielsweise in Reihe zueinander geschaltet sind. Bei der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform sind die Anschlusselemente 32 und 33 und die jeweilige Entlüftungseinheit 13 der jeweiligen Speicherzelle 3 auf derselben Seite 34 angeordnet. In der Einbaulage weist beispielsweise die Seite 34 in Fahrzeughochrichtung nach oben.
Besonders gut aus 1 ist erkennbar, dass jeweils eine der Speicherzellen 3 der Zellreihe 4 benachbart zu einer jeweiligen Speicherzelle 3 der Zellreihe 5 angeordnet ist. Dabei sind die Entlüftungseinheiten 13 der benachbart zueinander angeordneten Speicherzellen 3 auf einander zugewandten Seite S1 und S2 angeordnet, wobei die Seiten S1 und S2 entlang der zweiten Richtung einander zugewandt sind. Die jeweilige Seite S1 beziehungsweise S2 ist eine von der Seite 34 unterschiedliche Seite und weist beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne beziehungsweise nach hinten. Dabei sind zwei zwischen den einander zugwandten Seiten S1 und S2 der Speicherzellen 3 und dabei voneinander beabstandet angeordnete Abschirmeinheiten 35 und 36 vorgesehen. Die jeweilige Abschirmeinheit 35 beziehungsweise 36 umfasst eine jeweilige Abschirmwand 40, die als die jeweilige Wandung 20 der wenigstens einen Strebe 18 ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst die jeweilige Abschirmeinheit 35 beziehungsweise 36 die jeweilige, in der jeweiligen Wandung 20 ausgebildete Überströmöffnung 21. Dabei ist die jeweilige Überströmöffnung 21 der jeweiligen Wandung 20 fluchtend zu der Entlüftungseinheit 13 der jeweilig nächstliegend zu dieser Wandung 20 angeordneten Speicherzelle 3 angeordnet.
Außerdem umfasst die jeweilige Abschirmeinheit 35 beziehungsweise 36 ein jeweiliges, der jeweiligen Überströmöffnung 21 zugeordnetes Schließelement 37. Das Schließelement 37 ist in einer jeweiligen Schließstellung S, in der das Schließelement 37 die jeweils korrespondierende Überströmöffnung 21 verschießt, vollständig an der Abschirmwand 40 angeordnet. In einer jeweiligen Freigabestellung F, in der das Schließelement 37 die jeweils korrespondierende Überströmöffnung 21 zumindest teilweise freigibt, ist das Schließelement 37 zumindest teilweise von der Abschirmwand 40 gelöst. Das jeweilige Schließelement 37 ist dabei durch eine durch das ausströmende Fluid 15 bewirkbare Beaufschlagung mit einer in Richtung der jeweils anderen Abschirmeinheit 35 beziehungsweise 36 gerichteten Kraft K von der Schließstellung S in die Freigabestellung F überführbar. Durch eine der Kraft K entgegengesetzte Kraft kann das jeweilige Schließelement 37 nicht aus der Schließstellung S in die Freigabestellung F bewegt werden, sondern vielmehr wird das jeweilige Schließelement 37 durch eine der Kraft K entgegengesetzte Kraft in der Schließstellung S gehalten. Dadurch kann beispielsweise das ausströmende und in den Hohlquerschnitt 19 strömende Fluid 15 dessen Strömung in 1 durch Pfeile 38 veranschaulicht ist, das Schließelement 37 öffnen, das der Speicherzelle 3 zugeordnet ist, in der der Kurzschluss 14 auftritt. Jedoch kann das Fluid 15 die anderen Schließelemente 37 nicht öffnen, da das Fluid 15 die anderen Schließelemente 37 nur derart anströmen kann, dass auf die anderen Schließelemente 37 eine solche Kraft wirkt, die der zum Öffnen des jeweiligen Schließelements 37 erforderlichen Kraft K entgegengesetzt ist. Dadurch kann eine thermische Eskalation beziehungsweise ein Domino-Effekt in dem Energiespeicher 1 vermieden werden.
Schließlich zeigt 3 eine der Speicherzellen 3 gemäß einer dritten Ausführungsform des Energiespeichers 1. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten und zweiten Ausführungsform, dass die Anschlusselemente 32 und 33 auf der Seite 34 angeordnet sind. Die Entlüftungseinheit 13 beziehungsweise die Berstmembran 31 jedoch ist auf einer von der Seite 34 unterschiedlichen Seite 39 angeordnet, wobei die Seite 39 beispielsweise die Seite S1 beziehungsweise S2 ist. Während die Seite 34 in der Einbaulage des Energiespeichers 1 beispielsweise in Fahrzeughochrichtung nach oben gerichtet ist, ist die Seite 39 beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung nach außen oder in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne oder in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten gerichtet. Hierdurch kann das aus dem Zellgehäuse 8 ausströmende Fluid 15 besonders vorteilhaft in den Hohlquerschnitt 19 geleitet werden, ohne dass das Fluid 15 zu einer übermäßigen Erwärmung der anderen Speicherzellen führt, in denen es nicht zu einem Kurzschluss gekommen ist.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeicher
2: Speichereinrichtung
3: Speicherzelle
4: Zellreihe
5: Zellreihe
6: Doppelpfeil
7: Doppelpfeil
8: Zellgehäuse
9: Speichermittel
10: Elektrode
11: Elektrode
12: Elektrolyt
13: Entlüftungseinheit
14: Kurzschluss
15: Fluid
16: Tragstruktur
17: Aufbau
18: Strebe
19: Hohlquerschnitt
20: Wandung
21: Überströmöffnung
22: Umgebung
23: Rippe
24: Metallschaum
25: Alumosilikat
26: Boden
27: Aufnahmebereich
28: Pfeil
29: Bodenelemente
30: Zwischenraum
31: Berstmembran
32: Anschlusselement
33: Anschlusselement
34: Seite
35: Abschirmeinheit
36: Abschirmeinheit
37: Schließelement
38: Pfeil
39: Seite
40: Abschirmwand
F: Freigabestellung
K: Kraft
S: Schließstellung
S1: Seite
S2: Seite
T: Teilbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013226813 A1 [0004]
DE 102014216021 A1 [0004]
DE 4227594 A1 [0021]

Claims

Energiespeicher (1) zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Speichereinrichtung (2), welche zumindest ein Gehäuse (8), in dem Gehäuse (8) angeordnete Speichermittel (9) zum Speichern von elektrischer Energie und wenigstens eine Entlüftungseinheit (13) aufweist, mittels welcher zum Entlüften des Gehäuses (8) ein Fluid (15) aus dem Gehäuse (8) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1) eine Tragstruktur (16) aufweist, über welche der Energiespeicher (1) zumindest mittelbar an einem Aufbau (17) des Kraftfahrzeugs befestigbar ist, wobei die Tragstruktur (16) wenigstens eine Strebe (18) umfasst, welche zumindest in einem Teilbereich (T) einen Hohlquerschnitt (19) und mindestens eine Überströmöffnung (21) aufweist, über welche das über die Entlüftungseinheit (13) aus dem Gehäuse (8) abgeführte Fluid (15) in den Hohlquerschnitt (19) der Strebe (18) einleitbar ist, mittels welcher unter Führen des Fluids (15) in dem Hohlquerschnitt (19) das Fluid (15) zu kühlen ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (18) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, gebildet ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlquerschnitt (19) wenigstens eine von dem Fluid umströmbare Rippe (23), insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, angeordnet ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlquerschnitt (19) ein von dem Fluid (15) umströmbarer und/oder durchströmbarer Metallschaum (24) angeordnet ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlquerschnitt (19) Alumosilikat (25) aufgenommen ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (1), insbesondere die Tragstruktur (16), einen Boden (26) aufweist, welcher wenigstens zwei Bodenelemente (29) aufweist, die in zumindest teilweiser gegenseitiger Überlappung und voneinander beabstandet angeordnet sind, wodurch die Bodenelemente (29) einen zwischen den Bodenelementen (29) angeordneten Zwischenraum (30) begrenzen, welcher fluidisch mit dem Hohlquerschnitt (19) verbunden und dadurch von dem Fluid (15) aus dem Hohlquerschnitt (19) durchströmbar ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Bodenelemente (29) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (30) ein von dem Fluid (15) umströmbarer und/oder durchströmbarer Metallschaum (24) angeordnet ist.
Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zwischenraum (30) Alumosilikat (25) aufgenommen ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (2) wenigstens zwei auf einer ersten Seite (S1, S2) angeordnete Anschlusselemente (32, 33) aufweist, über welche die mittels der Speichermittel (9) gespeicherte elektrische Energie von den Speichermitteln (9) bereitstellbar ist, wobei die Entlüftungseinheit (13) auf einer von der ersten Seite (S1, S2) unterschiedlichen zweiten Seite (39) angeordnet ist.
Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (1) wenigstens eine erste Speicherzelle (3) aufweist, welche das zumindest eine Gehäuse (8) als erstes Zellgehäuse (8), die darin angeordneten Speichermittel (9) als erste Speichermittel und die wenigstens eine Entlüftungseinheit (13) als erste Entlüftungseinheit (13) umfasst, wobei die Speichereinrichtung (2) wenigstens eine benachbart zu der ersten Speicherzelle (3) angeordnete zweite Speicherzelle (3) aufweist, welche ein zweites Zellgehäuse (8), darin angeordnete zweite Speichermittel (9) zum Speichern von elektrischer Energie und eine zweite Entlüftungseinheit (13) umfasst, mittels welcher zum Entlüften des zweiten Zellgehäuses (8) ein weiteres Fluid (15) aus dem zweiten Zellgehäuse (8) abführbar ist, wobei die Strebe (18) wenigstens eine zweite Überströmöffnung (21) aufweist, über welche das über die zweite Entlüftungseinheit (13) aus dem zweiten Zellgehäuse (8) abgeführte weitere Fluid (15) in den Hohlquerschnitt (19) der Strebe (18) einleitbar ist, mittels welcher unter Führen des weiteren Fluids (15) in dem Hohlquerschnitt (19) das weitere Fluid (!5) zu kühlen ist, wobei die Entlüftungseinheiten (13) an einander zugewandten Seiten (S1, S2) der Speicherzellen (3) angeordnet sind, wobei wenigstens zwei zwischen den einander zugewandten Seiten (S1, S2) der Speicherzellen (3) und voneinander beabstandet angeordnete Abschirmeinheiten (35, 36) vorgesehen sind, wobei die jeweilige Abschirmeinheit (35, 36) eine Abschirmwand (40), die als jeweilige Wandung (20) der Strebe (18) ausgebildet ist, die jeweilige, in der jeweiligen Wandung (20) ausgebildete Überströmöffnung (21) und wenigstens ein Schließelement (37) aufweist, wobei die Überströmöffnung (21) der Wandung (20) fluchtend zu der Entlüftungseinheit (13) der jeweilig nächstliegend zu dieser Wandung (20) angeordneten Speicherzelle (3) angeordnet ist, wobei das Schließelement (37) in einer Schließstellung (S), in der das Schließelement (37) die Überströmöffnung (21) verschließt, vollständig an der Abschirmwand (20) angeordnet ist und in einer Freigabestellung (F), in der das Schließelement (37) die Überströmöffnung (21) zumindest teilweise freigibt, zumindest teilweise von der Abschirmwand (40) gelöst ist, und wobei das Schließelement (37) durch eine durch das jeweilige Fluid (15) bewirkbare Beaufschlagung mit einer in Richtung der jeweils anderen Abschirmeinheit (35, 36) gerichteten Kraft (K) von der Schließstellung (S) in die Freigabestellung (F) überführbar ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (37) zumindest teilweise durch eine Glimmerplatte gebildet ist und/oder dass das Schließelement (37) als Klappe ausgebildet ist.
Energiespeicher (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (37) in seiner Schließstellung (S) über wenigstens einen Klemmmechanismus mit der jeweiligen Abschirmwand (40) verbunden ist und/oder dass das Schließelement (37) in seiner Schließstellung (S) mit der jeweiligen Abschirmwand (40) verklebt ist.
Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (37) über wenigstens ein Scharnier, insbesondere über wenigstens ein Filmscharnier oder über wenigstens ein durch ein Klebeband gebildetes Scharnier, mit der jeweiligen Abschirmwand (40) verbunden ist.
Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.