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Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der
DE 20 2018 106 375 U1 als bekannt zu entnehmen. Die Speicherzelle weist ein Zellgehäuse auf, welches wenigstens an einem seiner Enden stirnseitig durch eine Kappe verschlossen ist. Die Kappe bildet einen ersten elektrischen Pol der Speicherzelle. Die Speicherzelle weist außerdem ein zumindest elektrisch mit dem ersten elektrischen Pol verbundenes Federelement auf, welches mehrere, in Umfangsrichtung der Speicherzelle voneinander beabstandete Federarme umfasst. Die Federarme begrenzen eine Aufnahme, in welche zum elektrischen Verbinden des ersten elektrischen Pols mit einem zweiten elektrischen Pol einer zweiten Speicherzelle der zweite elektrische Pol einsteckbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speicherzelle der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein die Speicherzelle umfassender Energiespeicher besonders einfach hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Speicherzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Um eine Speicherzelle der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein die Speicherzelle umfassender Energiespeicher besonders einfach und somit und zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kappe sowohl das Federelement und eine, insbesondere Längserstreckungsrichtung der Speicherzelle beziehungsweise des Zellgehäuses, zwischen dem Zellgehäuse und dem Federelement angeordnete Verbindungseinrichtung aufweist. Da die Kappe sowohl das Federelement als auch die Verbindungseinrichtung aufweist, sind das Federelement und die Verbindungseinrichtung in die Kappe integriert. Die Verbindungseinrichtung umfasst dabei mehrere, in Umfangsrichtung der Speicherzelle voneinander beabstandete Verbindungsarme, die das Federelement, insbesondere in radialer Richtung des Zellgehäuses, nach außen hin überragen. Beispielsweise ist das Zellgehäuse außenumfangsseitig zylindrisch ausgebildet. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Zellgehäuse außenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Über die Verbindungsarme kann der erste elektrische Pol mit weiteren elektrischen Polen weiterer Speicherzellen elektrisch verbunden werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Das Zellgehäuse und die Kappe können separat voneinander ausgebildete Bauteile sein, welche miteinander verbunden werden. Dabei ist es denkbar, dass die Verbindungseinrichtung und das Federelement separat voneinander und separat von der Kappe ausgebildete Komponenten sind, wobei die jeweilige Komponente beispielsweise mit der jeweils anderen Komponente beziehungsweise mit der Kappe verbunden wird, nachdem die Kappe mit dem Zellgehäuse verbunden wurde. Die jeweilige Komponente wird beispielsweise mit der jeweilig anderen Komponente beziehungsweise mit dem Zellgehäuse durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, verbunden, insbesondere nachdem die Kappe mit dem Zellgehäuse verbunden wurde. In der Folge kann es zu einem aus dem Schweißen resultierenden, sehr hohen Wärmeeintrag in die Speicherzelle beziehungsweise in das Zellgehäuse kommen. Außerdem sind mehrere, beispielsweise als Schweißen ausgebildete Verbindungsschritte erforderlich, um die Komponenten miteinander beziehungsweise mit der Kappe zu verbinden.
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Da es nun jedoch erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass sowohl das Federelement als auch die Verbindungseinrichtung in die Kappe integriert sind, geht beispielsweise das zuvor beschriebene Verbinden der Kappe mit dem Zellgehäuse mit einem Verbinden der Verbindungseinrichtung und des Federelements mit dem Zellgehäuse einher, so dass die Anzahl an Verbindungs- beziehungsweise Fügeoperationen besonders gering gehalten werden kann. In der Folge können die Speicherzelle und der Energiespeicher insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass die Kappe das Federelement und die Verbindungseinrichtung aufweist, zu verstehen, dass die Kappe die Verbindungseinrichtung und das Federelement bereits dann aufweist, wenn die Kappe mit dem Zellgehäuse verbunden wird. Beispielsweise wird die Kappe mit der Verbindungseinrichtung und dem Federelement verbunden und danach mit dem Zellgehäuse verbunden oder die Kappe ist einstückig mit dem Federelement und/oder der Verbindungseinrichtung ausgebildet, so dass die Kappe, die Verbindungseinrichtung und das Federelement gleichzeitig beziehungsweise gemeinsam mit dem Gehäuse verbunden werden können. Insbesondere kann durch die Erfindung die Anzahl an Schweißverbindungen besonders gering gehalten werden, so dass die Speicherzelle und somit der Energiespeicher insgesamt besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann können.
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Der durch die Kappe gebildete, erste elektrische Pol ist beispielsweise ein elektrischer Pluspol der Speicherzelle. Das Federelement und somit beispielsweise die Federarme und die Aufnahme werden beispielsweise genutzt, um die Speicherzelle seriell mit der zweiten Speicherzelle zu verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweilige Verbindungsarm beispielsweise genutzt werden, um die Speicherzelle parallel mit der jeweiligen weiteren Speicherzelle zu verbinden. Die erfindungsgemäße Speicherzelle ermöglicht es somit, die erfindungsgemäße Speicherzelle auf besonders einfache und somit zeit- und kostengünstige Weise sowie besonders bedarfsgerecht mit der zweiten beziehungsweise mit der jeweiligen weiteren Speicherzelle zu verbinden. Dadurch, dass die Anzahl an Schweißverbindungen besonders gering gehalten werden kann, kann im Hinblick auf einen elektrischen Widerstand eine besonders vorteilhafte, elektrische und beispielsweise serielle und/oder parallele Verbindung der Speicherzelle mit der zweiten beziehungsweise weiteren Speicherzelle gewährleistet werden.
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Insgesamt ist erkennbar, dass die Idee der Erfindung insbesondere darin liegt, die auch als Zellkerbe bezeichnete Zellkappe nicht erst in einem Zusammenbau und insbesondere nicht erst nach dem Verbinden der Kappe mit dem Zellgehäuse durch weitere Komponente in Form des auch als Polkontaktfeder bezeichneten Federelements und der auch als Parallelverbinder bezeichneten Verbindungseinrichtung dazu zu befähigen, eine elektrische Verbindung beziehungsweise eine elektrische Verschaltung mit der zweiten Speicherzelle und mit den weiteren Speicherzellen darzustellen, sondern die Kappe hat durch ihre Gestaltung bereits vor ihrer Verbindung mit dem Zellgehäuse die Möglichkeit, die Speicherzelle mit der zweiten Speicherzelle und mit der weiteren Speicherzelle elektrisch zu verbinden, da die Kappe das Federelement und die Verbindungseinrichtung insbesondere bereits dann aufweist, bevor beziehungsweise während die Kappe mit dem Zellgehäuse verbunden wird.
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Da die Kappe sowohl die Verbindungseinrichtung als auch das Federelement aufweist, kann die Speicherzelle beispielsweise von einem Lieferanten in einem solchen Zustand angeliefert werden, in welchem die Speicherzelle über die Kappe, mithin über die Verbindungseinrichtung und das Federelement bereits bedarfsgerecht mit der zweiten Speicherzelle beziehungsweise mit der jeweiligen weiteren Speicherzelle elektrisch verbunden werden kann. Weitere Bearbeitungen der von dem Lieferanten gelieferten Speicherzelle, um die Speicherzelle mit der zweiten Speicherzelle beziehungsweise mit der jeweiligen weiteren Speicherzelle elektrisch verbinden zu können, sind nicht erforderlich, so dass der Energiespeicher besonders zeit- und kostengünstig montiert beziehungsweise hergestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine schematische Perspektivansicht einer auch als Zellkappe bezeichneten Kappe der Speicherzelle;
- 3 eine schematische Seitenansicht der Kappe; und
- 4 eine schematische Draufsicht der Kappe.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Speicherzelle 10 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Das Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand einen Energiespeicher, in beziehungsweise mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden kann. Um das Kraftfahrzeug elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Hierdurch wird die elektrische Maschine mit der elektrischen Energie versorgt, die in dem Energiespeicher gespeichert ist. Der Energiespeicher weist beispielsweise mehrere Speicherzellen auf, wobei eine der mehreren Speicherzellen des Energiespeichers die Speicherzelle 10 ist. In vollständig hergestelltem Zustand des Energiespeichers ist die Speicherzelle 10 beispielsweise mit wenigstens einer zweiten der Speicherzellen elektrisch und dabei vorzugsweise seriell verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise in dem vollständig hergestellten Zustand des Energiespeichers die Speicherzelle mit mehreren, weiteren der Speicherzellen elektrisch und dabei vorzugsweise parallel verbunden. Hierdurch kann eine besonders hohe elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, des Energiespeichers realisiert werden. Beispielsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische Betriebs- oder Nennspannung, des Energiespeichers mehr als 50 Volt, insbesondere mehrere hundert Volt. Hierdurch können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Das Kraftfahrzeug kann dabei als Hybrid- oder aber als Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug, ausgebildet sein. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Speicherzelle können auch ohne weiteres auf die anderen Speicherzellen und somit insbesondere auf die zweite Speicherzelle und auf die weiteren Speicherzellen des Energiespeichers übertragen werden und umgekehrt.
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Die Speicherzelle 10 weist ein Zellgehäuse 12 auf, welches außenumfangsseitig zylindrisch ausgebildet ist und somit außenumfangsseitig die Form eines geraden Kreiszylinders aufweist. Somit ist die Speicherzelle 10 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als Rundzelle ausgebildet. Das Zellgehäuse 12 ist an seinem einen Ende 14 stirnseitig durch eine im Ganzen mit 16 bezeichnete Kappe verschlossen, welche auch als Zellkappe bezeichnet wird. Hierzu umfasst die Kappe 16 beispielsweise eine Basis 18, welche, insbesondere direkt, mit dem Zellgehäuse 12 verbunden und gegen das Zellgehäuse 12 abgedichtet ist. Hierdurch begrenzen das Zellgehäuse 12 und die Basis 18 einen in den Figuren nicht erkennbaren Aufnahmeraum der Speicherzelle 10. In den Aufnahmeraum sind beispielsweise wenigstens eine Elektrode und ein, insbesondere flüssiger, Elektrolyt aufgenommen, in welchen die Elektrode beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, eingetaucht ist. Die Kappe 16 ist beispielsweise elektrisch mit der Elektrode verbunden und bildet einen elektrischen Pol der Speicherzelle 10. Beispielsweise bildet die Kappe 16 einen elektrischen Pluspol der Speicherzelle 10.
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Besonders gut in Zusammenschau mit 2 bis 4 ist erkennbar, dass die Speicherzelle 10 ein zumindest elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch mit dem elektrischen Pol der Speicherzelle 10 verbundenes Federelement 20 aufweist, welches mehrere, in Umfangsrichtung der Speicherzelle 10 voneinander beabstandet und vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Federarme 22 aufweist. Die Umfangsrichtung der Speicherzelle 10 verläuft dabei um die Längserstreckungsrichtung des Zellgehäuses 12. Die Federarme 22 begrenzen eine Aufnahme 24 des Federelements 20. In die Aufnahme 24 kann beispielsweise die zuvor genannte, zweite Speicherzelle entlang ihrer Längserstreckungsrichtung zumindest teilweise eingesteckt werden, insbesondere derart, dass ein zweiter elektrischer Pol der zweiten Speicherzelle, insbesondere entlang der Längserstreckungsrichtung der zweiten Speicherzelle, in die Aufnahme 24 eingesteckt werden kann, wodurch beispielsweise der zweite elektrische Pol mit dem elektrischen Pol der Speicherzelle 10 elektrisch verbunden wird beziehungsweise verbindbar ist, insbesondere seriell. Durch Einstecken der zweiten Speicherzelle beziehungsweise des zweiten elektrischen Pols der zweiten Speicherzelle in die Aufnahme 24 wird beispielsweise die zweite Speicherzelle beziehungsweise der zweite elektrische Pol der zweiten Speicherzelle, insbesondere kraftschlüssig, mit der Speicherzelle 10 verbunden. Außerdem wird hierdurch der zweite elektrische Pol mit dem elektrischen Pol der Speicherzelle 10 verbunden. Der elektrische Pol der Speicherzelle 10 wird auch als erster elektrischer Pol bezeichnet. Durch elektrisches Verbinden der zweiten Speicherzelle und der weiteren Speicherzellen mit der Speicherzelle 10 wird beispielsweise der Energiespeicher aufgebaut, das heißt hergestellt.
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Um nun den Energiespeicher besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig herstellen zu können, weist die Kappe 16, insbesondere bevor sie mit dem Zellgehäuse 12 verbunden wird, sowohl das Federelement 20 als auch eine in Längserstreckungsrichtung des Zellgehäuses 12 zwischen dem Zellgehäuse 12 und dem Federelement 20 angeordnete Verbindungseinrichtung 26 auf. Die Verbindungseinrichtung 26 umfasst mehrere, in um die Längserstreckungsrichtung des Zellgehäuses 12 verlaufender Umfangsrichtung der Speicherzelle 10 voneinander beabstandet und vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Verbindungsarme 28. Die Verbindungsarme 28 überragen das Zellgehäuse 12 und die Federarme 22, insbesondere in radialer Richtung des Zellgehäuses 12, nach außen hin, wodurch beispielsweise der erste elektrische Pol der Speicherzelle 10 auf besonders einfache Weise mit jeweiligen, weiteren elektrischen Polen der weiteren Speicherzellen elektrisch verbunden werden kann, insbesondere parallel.
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Das Federelement 20 ist eine Polkontaktfeder, mittels welcher die Speicherzelle 10 auf besonders einfache Weise mechanisch und vorzugsweise kraftschlüssig mit der zweiten Speicherzelle verbunden werden kann. Außerdem kann der erste elektrische Pol mittels der Polkontaktfeder auf besonders einfache Weise mit dem zweiten elektrischen Pol elektrisch verbunden werden. Die Verbindungseinrichtung 26, insbesondere die Verbindungsarme 28, sind beispielsweise sogenannte Parallelverbinder, über welche der erste elektrische Pol mit dem jeweiligen weiteren elektrischen Pol der jeweiligen weiteren Speicherzelle elektrisch und dabei vorzugsweise parallel verbunden werden kann.
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Da die Kappe 16 das Federelement 20 bereits dann aufweist, bevor beziehungsweise während die Kappe 16 mit dem Zellgehäuse 12 verbunden wird, kann vermieden werden, dass die Polkontaktfeder auf die Basis 18 beispielsweise durch Laserschweißen geschweißt wird, während die Basis 18 bereits mit dem Zellgehäuse 12 verbunden ist. Dadurch können eine übermäßige Erwärmung des Inneren der Speicherzelle 10 sowie eine unerwünschte Beschädigung vermieden werden. Mit anderen Worten weist bereits die in einer Zellproduktion verwendete Kappe 16 die Polkontaktfeder auf.
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Grundsätzlich ist es denkbar, eine beispielsweise aus Kupfer gebildete Platte auf die Kappe 16 beziehungsweise auf die Basis 18, insbesondere durch Laserschweißen, aufzuschweißen, während die Basis 18 bereits mit dem Zellgehäuse 12 verbunden ist. Auch hierdurch kann es zu einem übermäßigen Wärmeeintrag kommen. Hierdurch kann nun vermieden werden, dass die Kappe 16 die Verbindungseinrichtung 26 bereits dann aufweist, bevor die Kappe 16 beziehungsweise während die Kappe 16 mit dem Zellgehäuse 12 verbunden wird. Außerdem ermöglichen es die Verbindungsarme 28, die überragenden beziehungsweise herausragenden Verbindungsarme 28 mittels einer einfachen Schweißverbindung, insbesondere mittels einer einfachen Laserschweißverbindung, mittels einer einfachen Lötverbindung, mittels einer einfachen stoffschlüssigen Verbindung, mittels einer Klemmverbindung und/oder mittels einer sonstigen Verbindung besonders einfach mit den weiteren elektrischen Polen verbinden zu können, um dadurch die Speicherzelle 10 beispielsweise parallel mit den weiteren Speicherzellen zu verbinden. Außerdem können andere Einheiten, wie beispielsweise ein Spannungsmesser und/oder ein Thermoelement, auf besonders einfache Weise mit den Verbindungsarmen 28 und somit mit der Speicherzelle 10 verbunden werden, ohne dass es zu einem übermäßigen Wärmeeintrag in die Speicherzelle 10 kommt.
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Aus 1 bis 4 ist erkennbar, dass die Anzahl der Verbindungsarme 28 mindestens drei, insbesondere mindestens oder genau vier, beträgt. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Federelement 20 einstückig mit der Verbindungseinrichtung 26 und/oder einstückig mit der Basis 18 ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass die Basis 18, das Federelement 20 und die Verbindungseinrichtung 26 separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Komponenten sind, welche jedoch miteinander verbunden werden, bevor die Kappe 16 mit dem Zellgehäuse 12 verbunden wird. Dadurch kann ein übermäßiger Wärmeeintrag in die Speicherzelle 10 vermieden werden, und der Energiespeicher kann besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Speicherzelle
- 12
- Zellgehäuse
- 14
- Ende
- 16
- Kappe
- 18
- Basis
- 20
- Federelement
- 22
- Federarm
- 24
- Aufnahme
- 26
- Verbindungseinrichtung
- 28
- Verbindungsarm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018106375 U1 [0002]