DE102019216256A1 - Electro-mechanical connection of battery modules in motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug (1), mit:• einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Module (12), die jeweils ein Modulgehäuse (14) und wenigstens eine darin aufgenommene Batteriezelle (13) umfassen und die jeweils mit Strukturbauteilen (7) des Kraftfahrzeugs (1) verbindbar sind; und• wenigstens einem Verbindungselement (16), das zwei benachbarte der Module (12) lösbar miteinander verbindet; wobei das Verbindungselement (16) elastisch deformierbar ist und dazu eingerichtet ist, in Folge einer elastischen Deformation eine die verbundenen Module (12) zueinander drängende Verbindungskraft (F) zu erzeugen. Das Verbindungselement (16) verbindet die Module (12) dabei auch elektrisch leitend miteinander.Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Energiespeicher (10), ein Verbindungselement (16) und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers (10) für ein Kraftfahrzeug (1).The invention relates to an electrical energy store (10) for a motor vehicle (1), having: • a plurality of modules (12) arranged next to one another, each comprising a module housing (14) and at least one battery cell (13) accommodated therein and each with structural components (7) of the motor vehicle (1) can be connected; and • at least one connecting element (16) which releasably connects two adjacent modules (12) to one another; wherein the connecting element (16) is elastically deformable and is set up to generate a connecting force (F) which urges the connected modules (12) towards one another as a result of an elastic deformation. The connecting element (16) also connects the modules (12) to one another in an electrically conductive manner. The invention also relates to a motor vehicle (1) having an electrical energy store (10), a connecting element (16) and a method for producing an electrical energy store (10). for a motor vehicle (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (d.h. einen Speicher für elektrische Energie, z.B. eine Batterie und insbesondere eine Traktionsbatterie). Der Energiespeicher ist für Kraftfahrzeuge vorgesehen und weist wenigstens ein Verbindungselement für Module des Energiespeichers auf. Ebenso betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen sein. Allgemein kann das Kraftfahrzeug zumindest teilweise oder auch vollständig mittels elektrischer Energie angetrieben werden, d. h. die Traktionsenergie kann durch Umwandeln elektrischer Energie erzeugt werden, zum Beispiel mittels wenigstens einem elektrischen Traktionsmotor.The invention relates to an electrical energy storage device (i.e. an electrical energy storage device, e.g. a battery and in particular a traction battery). The energy store is intended for motor vehicles and has at least one connecting element for modules of the energy store. The invention also relates to a motor vehicle and a method for producing an electrical energy store for a motor vehicle. The motor vehicle can be, for example, a passenger car or a truck. In general, the motor vehicle can be driven at least partially or completely by means of electrical energy, i. H. the traction energy can be generated by converting electrical energy, for example by means of at least one electric traction motor.
Für Kraftfahrzeuge und insbesondere elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge ist das Verwenden von modular aufgebauten elektrischen Energiespeichern bekannt. Beispielsweise können die Module des Energiespeichers jeweils mehrere Batteriezellen umfassen. Um defekte oder nicht ausreichend leistungsfähige Batteriezellen austauschen zu können, aufgrund von Produktionsanforderungen oder auch aus Kostengründen werden dabei mehrere im Vergleich zum gesamten Energiespeicher kleine Module bereitgestellt, die jeweils Batteriezellen sowie ein die Batteriezellen umgebendes Modulgehäuse umfassen. Die Module werden aneinander und/oder innerhalb des Energiespeichers an Tragestrukturen befestigt.The use of modular electrical energy storage devices is known for motor vehicles and in particular electrically driven motor vehicles. For example, the modules of the energy store can each include a plurality of battery cells. In order to be able to replace defective or insufficiently powerful battery cells, due to production requirements or also for cost reasons, several modules, which are small compared to the entire energy storage device, are provided, each of which includes battery cells and a module housing surrounding the battery cells. The modules are attached to one another and / or to support structures within the energy store.
Hierfür ist es zum Beispiel aus der
Eine Erkenntnis der Erfinder liegt darin, dass die bekannten Lösungen nicht immer eine hohe Batteriezellendichte und somit Energiedichte des Energiespeichers ermöglichen, da z.B. Verbindungs- oder Tragestrukturen unerwünscht viel Platz einnehmen. Auch können die bisherigen Lösungen nicht immer eine aufwandsarme Montage und auch Demontage (z.B. zu Reparaturzwecken) der Batteriezellen bzw. Module ermöglichen. Weiter können sich die bisherigen Lösungen durch ein ungenügendes Kollisionsverhalten auszeichnen, z.B. da Verbindungsstrukturen der Module oder Batteriezellen im Kollisionsfall in diese eingedrückt werden können.One of the findings of the inventors is that the known solutions do not always allow a high battery cell density and thus energy density of the energy storage device, since e.g. connection or support structures take up an undesirably large amount of space. In addition, the previous solutions cannot always enable low-cost assembly and disassembly (e.g. for repair purposes) of the battery cells or modules. Furthermore, the previous solutions can be characterized by insufficient collision behavior, e.g. because the connection structures of the modules or battery cells can be pressed into them in the event of a collision.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt folglich darin, elektrische Energiespeicher für Kraftfahrzeuge zum Vermeiden von zumindest einigen dieser Nachteile zu verbessernOne object of the invention is therefore to improve electrical energy storage devices for motor vehicles in order to avoid at least some of these disadvantages
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen angegeben. Es versteht sich, dass, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich, sämtliche vorstehenden Bemerkungen und Merkmale auch auf die vorliegende Lösung zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein können.This object is achieved by the subject matter of the attached independent claims. Advantageous further developments are given in the attached dependent claims. It goes without saying that, unless otherwise stated or evident, all of the above remarks and features also apply to the present solution or can be provided for it.
Die Erfindung schlägt allgemein vor, einzelne Module eines elektrischen Energiespeichers mit Verbindungselementen (und zwar wenigstens einem) aneinander zu befestigen. Hierbei kann es sich um die einzigen Verbindungselemente handeln, mit denen die Module direkt aneinander befestigt sind. Weiter sind diese Verbindungselemente bevorzugt elastisch deformierbar und können bei einer elastischen Deformation die Module aneinanderdrängen bzw. eine Rückstellkraft erzeugen, welche die Module aufeinander zu drängt und somit aneinanderhält.The invention generally proposes that individual modules of an electrical energy store be fastened to one another with connecting elements (and at least one to be precise). These can be the only connecting elements with which the modules are directly attached to one another. Furthermore, these connecting elements are preferably elastically deformable and, in the event of elastic deformation, can press the modules against one another or generate a restoring force which presses the modules towards one another and thus holds them together.
Wie nachstehend noch näher erläutert, sind diese Verbindungselemente auch elektrisch leitend. Sie ermöglichen eine elektrisch leitende Verbindung der hierüber aneinander befestigten Module. Zum Beispiel können (Hochvolt-) Anschlüsse der benachbarten Module über das Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden werden.As will be explained in more detail below, these connecting elements are also electrically conductive. They enable an electrically conductive connection between the modules attached to one another. For example, (high-voltage) connections of the neighboring modules can be electrically connected to one another via the connecting element.
Die elektrische Verbindung ermöglicht eine Funktionsintegration. Genauer gesagt kann das Verbindungselement neben der mechanischen Verbindung auch die Funktion einer elektrischen Verbindung bereitstellen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, zusätzliche elektrische Verbindungen zwischen benachbarten wegzulassen oder zumindest zu vereinfachen. Dies kann mit einer Kostenersparnis, vor allem aber auch einer Platzersparnis einhergehen. Der freiwerdende Platz, den vormals eine Hochvoltverbindung zwischen benachbarten Modulen eingenommen hat, kann dann mit Batteriezellen gefüllt werden. Neben einer reduzierten Teileanzahl ergibt sich somit auch die Möglichkeit, die Energiedichte des Energiespeichers zu erhöhen, da erfindungsgemäß weniger und/oder kleiner bauende Bauteile zum elektrischmechanischen Verbinden der Module zum Einsatz kommen.The electrical connection enables functional integration. More precisely, the connection element can also provide the function of an electrical connection in addition to the mechanical connection. This creates the possibility of omitting or at least simplifying additional electrical connections between adjacent ones. This can be accompanied by a cost saving, but above all also a saving of space. The space that is freed up, previously occupied by a high-voltage connection between neighboring modules, can then be filled with battery cells. In addition to a reduced number of parts, there is also the possibility of increasing the energy density of the energy store, since according to the invention fewer and / or smaller components are used for the electrical-mechanical connection of the modules.
Da bisherige Hochvoltverbindung oftmals an einer dem Fahrzeugunterboden zugewandten Oberseite der Energiespeicher positioniert sind, verringert sich auch die vertikale Bauhöhe des Energiespeichers entsprechend (d. h. die sogenannte Z-Maßkette, wobei die Z-Achse der Fahrzeughöhenachse und/oder allgemein einer vertikalen Raumachse entspricht).Since previous high-voltage connections are often positioned on an upper side of the energy storage device facing the underbody of the vehicle, the vertical height of the energy storage device is also reduced accordingly (ie the so-called Z dimensional chain, with the Z axis being the vehicle height axis and / or generally corresponds to a vertical spatial axis).
Auch ermöglicht die elektrisch-mechanische Funktionsintegration mittels der offenbarten Verbindungselemente den leichteren Ausbau einzelner Module zum Beispiel zu Reparaturzwecken. Erfindungsgemäß muss lediglich ein Bauteil (Verbindungselement) gelöst werden und nicht noch zusätzlich eine separat bereitgestellte elektrische Verbindung.The electrical-mechanical functional integration by means of the disclosed connecting elements also enables individual modules to be removed more easily, for example for repair purposes. According to the invention, only one component (connecting element) has to be released and not a separately provided electrical connection.
Allgemein ermöglicht die elektrische Verbindung der Module ein elektrisches Zusammenschalten hiervon nach im Stand der Technik bereits bekannten Prinzipien. Im Gegensatz zu bisherigen Lösung wird diese elektrische Verbindung aber über auch mechanisch verbindende und bevorzugt signifikant belastbare Verbindungselemente bereitgestellt.In general, the electrical connection of the modules enables them to be electrically interconnected according to principles already known in the prior art. In contrast to the previous solution, however, this electrical connection is provided via mechanically connecting and preferably significantly resilient connecting elements.
Die elastische Deformation kann bei einem Einbau der Verbindungselemente erzeugt und während der Betriebsdauer des Energiespeichers im Wesentlichen dauerhaft aufrechterhalten werden (zum Beispiel wenn keine unerwarteten externen Kräfte auf die Module einwirken, welche diese aneinanderdrängen und/oder die elastischen Deformation der Verbindungselemente zumindest teilweise aufheben). Hierdurch kann eine vorzugsweise permanent anliegende Verbindungskraft erzeugt werden, die z.B. nach Maßgabe von Relativbewegungen der Module aber auch variieren kann. Alternativ können die Verbindungselemente zum Beispiel in einem Normalbetrieb, bei dem keine signifikanten und auf die Module einwirkenden externen Kräfte vorliegen, im Wesentlichen elastisch undeformiert sein. Die elastische Deformation, welche die gewünschten Kräfte der Verbindungselemente auf die Module hervorruft, kann zum Beispiel erst dann entstehen, wenn die Module aufgrund externer Belastungen voneinander wegbewegt werden. Auch in diesem Fall können die Verbindungselemente nach Maßgabe dieser Relativbewegung elastisch deformiert werden und entsprechende Gegenkräfte erzeugen.The elastic deformation can be generated when the connecting elements are installed and essentially permanently maintained during the operating life of the energy storage device (for example if no unexpected external forces act on the modules, which press them together and / or at least partially cancel the elastic deformation of the connecting elements). In this way, a connection force that is preferably permanently applied can be generated which, for example, can also vary depending on the relative movements of the modules. Alternatively, the connecting elements can, for example, be essentially elastically undeformed in normal operation in which there are no significant external forces acting on the modules. The elastic deformation, which causes the desired forces of the connecting elements on the modules, can only occur, for example, when the modules are moved away from one another due to external loads. In this case too, the connecting elements can be elastically deformed in accordance with this relative movement and generate corresponding counterforces.
Wie nachstehend noch näher erläutert, sind die Verbindungselemente bevorzugt klammerfömig bzw. klammerartig ausgebildet, beispielsweise da sie zwei sich bevorzugt parallel erstreckende und/oder gegenüberliegend zueinander positionierte Klammerabschnitte umfassen. Die Verbindungselemente und insbesondere deren etwaige Klammerabschnitte können beispielsweise während der Montage bzw. während dem Einsetzen in den elektrischen Energiespeicher zumindest temporär elastisch deformiert werden und, wie vorstehend erläutert, diese Deformation dann dauerhaft aufrechterhalten (bzw. nach Maßgabe von Relativbewegung der verbundenen Module zusätzlich deformiert werden). Alternativ oder zusätzlich, können sie nach erfolgter Montage zunächst undeformiert sein und erst infolge von Relativbewegungen der Module elastisch deformiert werden.As will be explained in more detail below, the connecting elements are preferably designed in the form of a clip or clip, for example because they comprise two clip sections that preferably extend in parallel and / or are positioned opposite one another. The connecting elements and in particular their possible clip sections can, for example, be elastically deformed at least temporarily during assembly or during insertion into the electrical energy store and, as explained above, this deformation can then be permanently maintained (or additionally deformed in accordance with the relative movement of the connected modules ). Alternatively or additionally, they can initially be undeformed after assembly and only be elastically deformed as a result of relative movements of the modules.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement eine verlagerbare Komponente zum Erzeugen von Verbindungskräften umfasst. In diesem Fall kann das Verbindungselement ebenfalls elastisch deformierbar sein, was aber nicht zwingend ist. Stattdessen kann die verlagerbare Komponente bevorzugt nach dem Einsetzen in eine Aussparung verlagert (zum Beispiel rotiert oder verschoben) werden. Hierdurch kann im bevorzugt bereits angebrachten bzw. eingesetzten Zustand des Verbindungselements die gewünschte Verbindungskraft zum Beispiel durch Verklemmen der Module mittels der verlagerbaren Komponente erzeugt werden.According to a further aspect of the invention, it is proposed that the connecting element comprises a displaceable component for generating connecting forces. In this case, the connecting element can also be elastically deformable, but this is not mandatory. Instead, the displaceable component can preferably be displaced (for example rotated or displaced) into a recess after it has been inserted. In this way, when the connection element is preferably already attached or inserted, the desired connection force can be generated, for example, by clamping the modules by means of the displaceable component.
Im Detail schlägt die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug vor, mit:
- • einer Mehrzahl (bevorzugt parallel) nebeneinander angeordneter Module, die jeweils ein Modulgehäuse und wenigstens eine darin aufgenommene Batteriezelle umfassen und die jeweils mit Strukturbauteilen des Kraftfahrzeugs verbindbar sind; und
- • wenigstens einem Verbindungselement, das zwei (unmittelbar bzw. direkt) benachbarte der Module lösbar miteinander verbindet;
und wobei das Verbildungselement ferner dazu eingerichtet ist, die Module elektrisch leitend miteinander zu verbinden.In detail, the invention proposes an electrical energy store for a motor vehicle, with:
- A plurality of modules arranged next to one another (preferably in parallel), each of which comprises a module housing and at least one battery cell accommodated therein and which can each be connected to structural components of the motor vehicle; and
- • at least one connecting element that releasably connects two (directly or directly) adjacent modules to one another;
and wherein the adjustment element is further configured to connect the modules to one another in an electrically conductive manner.
Die elektrisch leitende Verbindung kann zum Beispiel dadurch bereitgestellt werden, dass das Verbindungselement einen elektrisch leitenden Verbindungspfad zwischen den Modulen bereitstellt oder ausbildet, insbesondere durch Bereitstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen jeweils in Kontakt mit den Modulen bringbaren Abschnitten (Kontaktabschnitten) des Verbindungselements.The electrically conductive connection can be provided, for example, in that the connection element provides or forms an electrically conductive connection path between the modules, in particular by providing an electrically conductive connection between sections (contact sections) of the connection element that can be brought into contact with the modules.
Das Verbindungselement kann also zumindest abschnittsweise elektrisch leitend sein. Wie nachstehend ausgeführt, ist es aber bevorzugt gegenüber der Umgebung und/oder den Modulgehäusen elektrisch isoliert. Stattdessen kann es in die Module und genauer gesagt die Modulgehäuse hineinragen und dort Kontaktstellen der Module elektrisch leitend kontaktieren (zum Beispiel mittels nachstehend erläuterter Kontaktabschnitte des Verbindungselements).The connecting element can therefore be electrically conductive at least in sections. As explained below, however, it is preferably electrically isolated from the environment and / or the module housings. Instead, it can protrude into the modules and, more precisely, into the module housing and there contact points of the modules electrically conductively contact (for example by means of contact sections of the connecting element explained below).
Gemäß einer Ausführungsform bildet das Verbindungselement eine elektrisch leitende Steckverbindung mit Kontaktstellen im Innern der Module bzw. Modulgehäuse aus.According to one embodiment, the connecting element forms an electrically conductive plug connection with contact points in the interior of the modules or module housings.
Andererseits ist das Verbindungselement bevorzugt dazu eingerichtet, infolge der elastischen Deformation eine Rückstellkraft zu erzeugen, die entgegen einer Relativbewegung der Module wirkt, bei der eine Distanz zwischen den Modulen vergrößert werden würde. Das Verbindungselement ist also allgemein dazu eingerichtet, die Module aneinander zu halten und/oder Abstandsvergrößerung zwischen diesen zu begrenzen.On the other hand, the connecting element is preferably set up to generate a restoring force as a result of the elastic deformation, which acts against a relative movement of the modules in which a distance between the modules would be increased. The connecting element is therefore generally set up to hold the modules together and / or to limit the increase in the distance between them.
Die elastische Deformierbarkeit kann in an sich bekannter Weise über eine geeignete Materialwahl (insbesondere ein geeignetes metallisches Material) und/oder über eine geeignete Struktur bzw. Form des Verbindungselements erreicht werden. Mittels dieser Parameter kann zum Beispiel eine gewünschte Federkonstante des Verbindungselements oder allgemein ein gewünschtes elastisches Deformationsverhalten eingestellt werden.The elastic deformability can be achieved in a manner known per se via a suitable choice of material (in particular a suitable metallic material) and / or via a suitable structure or shape of the connecting element. By means of these parameters, for example, a desired spring constant of the connecting element or, in general, a desired elastic deformation behavior can be set.
Das Verbindungselement kann zwei unmittelbar benachbarte Module miteinander verbinden (d. h. zwei Module, zwischen denen sich kein weiteres Modul befindet). Das Verbindungselement kann allgemein eine lösbare Verbindung der Module bereitstellen. Es kann werkzeuglos anbringbar und/oder entfernbar sein. Gemäß einer Ausführungsform weist es jedoch eine Aufnahmestruktur oder auch Eingriffsstruktur (zum Beispiel eine Gewindebohrung) für ein Werkzeug auf (zum Beispiel eine Gewindestange), um insbesondere ein Entfernen zu erleichtern.The connecting element can interconnect two immediately adjacent modules (i.e. two modules with no other module between them). The connecting element can generally provide a releasable connection of the modules. It can be attached and / or removed without tools. According to one embodiment, however, it has a receiving structure or also an engagement structure (for example a threaded hole) for a tool (for example a threaded rod), in particular to facilitate removal.
Die Module können separat voneinander jeweils beidenends an einer Karosseriestruktur lösbar befestigt sein. Beispielsweise können sie an rahmenartigen Bereichen der Karosseriestruktur befestigt sein und/oder gegenüberliegende Bereiche einer Karosseriestruktur miteinander verbinden. Für das Befestigen können zum Beispiel Verschraubungen vorgesehen sein. Strukturbauteile können Bauteile sein, welche Bestandteil der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs sind. Sie können somit zur Aufnahme von Lasten und/oder zum Tragen weiterer Komponenten eingerichtet sein. Beispielsweise kann es sich um (Bestandteile) rahmenartiger Bauteile handeln oder allgemein um Träger.The modules can be releasably attached to a body structure separately from one another at both ends. For example, they can be attached to frame-like areas of the body structure and / or connect opposite areas of a body structure to one another. Screw connections, for example, can be provided for fastening. Structural components can be components that are part of the body structure of the motor vehicle. They can thus be set up to accommodate loads and / or to carry additional components. For example, it can be (components) of frame-like components or, in general, supports.
Bevorzugt ist jedes der Module an seinem unmittelbar benachbarten Modul über wenigstens ein Verbindungselement der hierin geschilderten Art verbunden. Allgemein können auch verschiedenartige Verbindungselemente vorgesehen sein, nämlich elektrisch leitfähige aber auch nicht elektrisch leitfähige, die bevorzugt allerdings die hierin offenbarte elastische Deformierbarkeit besitzen. Unmittelbar benachbarte Module können über wenigstens ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement aber auch wenigstens ein elektrisch-nicht leitfähiges (aber bevorzugt elastisch deformierbares) Verbindungselement verbunden sein.Each of the modules is preferably connected to its directly adjacent module via at least one connecting element of the type described herein. In general, different types of connection elements can also be provided, namely electrically conductive but also non-electrically conductive ones, which, however, preferably have the elastic deformability disclosed herein. Immediately adjacent modules can be connected via at least one electrically conductive connecting element, but also at least one electrically non-conductive (but preferably elastically deformable) connecting element.
Das wenigstens eine elektrisch leitfähige Verbindungselement ist bevorzugt mittig und bspw. nahe zu oder direkt im Bereich einer Fahrzeuglängsachse positioniert, welche durch eine Mittenebene des Fahrzeugs sowie in dessen Längsrichtung (d. h. vom Heck zur Front) verläuft. Bevorzugt werden sie jedenfalls dort angebracht, wo sich im Innern der Module Anschlussbereiche, Kontaktstellen und insbesondere sogenannte mittlere Anschlussblöcke befinden. Die elektrisch nicht-leitfähigen Verbindungselemente können hingegen außerhalb der Mitte positioniert sein und/oder näher zu äußeren Enden der Module. Insbesondere können zwei elektrisch nicht-leitfähige Verbindungselemente ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement zwischen sich aufnehmen oder einschließen (zum Beispiel in Fahrzeugquerrichtung betrachtet).The at least one electrically conductive connecting element is preferably positioned centrally and, for example, close to or directly in the area of a vehicle longitudinal axis which runs through a central plane of the vehicle and in its longitudinal direction (i.e. from the rear to the front). In any case, they are preferably attached where connection areas, contact points and, in particular, so-called middle connection blocks are located inside the modules. In contrast, the electrically non-conductive connection elements can be positioned outside the center and / or closer to the outer ends of the modules. In particular, two electrically non-conductive connecting elements can accommodate or enclose an electrically conductive connecting element between them (for example viewed in the transverse direction of the vehicle).
Allgemein ausgedrückt können Verbindungselemente jeglicher Art in einem Bereich zwischen den Modulenden und insbesondere deren Gehäuseenden positioniert sein. Wenigstens eines der Verbindungselemente (dann bevorzugt ein elektrisch leitfähiges) kann im Wesentlichen mittig zwischen den genannten Enden positioniert sein.In general terms, connecting elements of any kind can be positioned in an area between the module ends and, in particular, their housing ends. At least one of the connecting elements (then preferably an electrically conductive one) can be positioned essentially centrally between the named ends.
Die Module können (bei einem Einbau des elektrischen Energiespeichers in ein Fahrzeug) quer zu einer Fahrzeuglängsachse und/oder in einer horizontalen Ebene verlaufen. Das Verbindungselement kann hingegen im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein und/oder zum Anbringen vertikal in zum Beispiel Aufnahmestrukturen oder Aussparungen der Module eingeführt werden. Insbesondere können sich diese Aussparungen überwiegend (d. h. mit einer größten Abmessung) vertikal erstrecken.The modules can (when the electrical energy store is installed in a vehicle) run transversely to a vehicle longitudinal axis and / or in a horizontal plane. In contrast, the connecting element can be oriented essentially vertically and / or inserted vertically into, for example, receiving structures or recesses in the modules for attachment. In particular, these recesses can extend predominantly (i.e. with a largest dimension) vertically.
Allgemein ist das Verbindungselement (und sind bevorzugt sämtliche etwaigen Verbindungselemente) bevorzugt an einer vom Fahrzeug abgewandten bzw. der Straßenoberfläche zugewandten Unterseite der Energiespeicher eingesetzt. Dabei können sie jedoch vertikal nach oben verlaufen und in die Module bzw. Modulgehäuse hineinragen bzw. dort eingesteckt werden.In general, the connecting element (and all possible connecting elements are preferably used) is preferably used on an underside of the energy storage device facing away from the vehicle or facing the road surface. In doing so, however, they can run vertically upwards and protrude into the modules or module housings or be inserted there.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verbindungselement wenigstens zwei elektrische Kontaktabschnitte, die mit jeweils einem der Module elektrisch leitend in Kontakt bringbar sind. Insbesondere kann ein erster Kontaktabschnitt mit einem ersten der Module und ein zweiter Kontaktabschnitt mit einem zweiten der Module elektrisch leitend in Kontakt bringbar sein (d. h. die Kontaktabschnitte sind mit unterschiedlichen der bevorzugt unmittelbar benachbarten Module kontaktierbar). Die Kontaktabschnitte können auch als Kontaktfinger bezeichnet werden. Es kann sich um längliche und/oder zylindrische Abschnitte handeln. Diese können von einem Grundkörper das Verbindungselement und insbesondere nachstehend erläuterter etwaiger Klammerabschnitte hiervon hervorstehen. In einem in den Energiespeicher eingesetzten Zustand verlaufen die Kontaktabschnitte bevorzugt in vertikaler Richtung (d. h. stehen vertikal nach oben von zum Beispiel den Klammerabschnitten ab). Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht das einfache Herstellen einer Steckverbindung sowie eine einfache manuelle Montage der Verbindungselemente.According to a preferred embodiment, the connecting element comprises at least two electrical contact sections which can each be brought into electrically conductive contact with one of the modules. In particular, a first contact section can be brought into electrically conductive contact with a first one of the modules and a second contact section can be brought into contact with a second one of the modules (ie the contact sections can be contacted with different ones of the preferably immediately adjacent modules). The contact sections can also be referred to as contact fingers. It can be elongated and / or cylindrical sections. These can protrude from a base body, the connecting element and in particular any clip sections explained below therefrom. In a state inserted into the energy store, the contact sections preferably run in the vertical direction (that is, they protrude vertically upwards from, for example, the clip sections). Such a configuration enables the simple production of a plug connection and simple manual assembly of the connecting elements.
Die Kontaktstellen und/oder Anschlussbereiche der Module (vorzugsweise im Modulgehäuse), mit denen die Kontaktabschnitte der Verbindungselemente in Kontakt bringen sind, können Hochvoltanschlüsse sein. Sie können Ausnehmungen, Öffnungen, Bohrungen oder allgemeine Aufnahmestrukturen umfassen, in die jeweils ein Kontaktabschnitt einführbar und/oder aufnehmbar ist. Es kann also ein Formschluss zwischen den Kontaktstellen/Anschlussbereichen und den darin eingeführten Kontaktabschnitten der Verbindungselemente bevorzugt innerhalb der Module hergestellt werden. Hierdurch kann eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung durch einfaches (bevorzugt manuelles) Hineinstecken hergestellt werden.The contact points and / or connection areas of the modules (preferably in the module housing), with which the contact sections of the connecting elements are brought into contact, can be high-voltage connections. They can comprise recesses, openings, bores or general receiving structures into each of which a contact section can be inserted and / or received. A form fit can therefore be established between the contact points / connection areas and the contact sections of the connecting elements introduced therein, preferably within the modules. In this way, a reliable electrically conductive connection can be established by simply (preferably manual) plugging in.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Verbindungselement klammerfömig ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Klammerabschnitt umfasst, wobei bevorzugt wird, dass dessen Ausrichtung bei einer elastischen Deformation des Verbindungselements variierbar ist. Bevorzugt ist dabei an jedem der Klammerabschnitte einer der Kontaktabschnitte angeordnet und, genauer gesagt, erstreckt sich ausgehend von einem Klammerabschnitt. Insbesondere können zwei Klammerabschnitte vorgesehen sein, deren Ausrichtung relativ zueinander im Rahmen der elastischen Deformation variierbar ist. Folglich könnte das Verbindungselement auch als Verbindungsklammer bezeichnet werden. Vorteilhafterweise ermöglicht diese eine möglichst steife Verbindung benachbarter Modul, um Relativbewegungen zu minimieren.A further development provides that the connecting element is designed in the form of a clamp and / or comprises at least one clamp section, it being preferred that its orientation can be varied in the event of an elastic deformation of the connecting element. One of the contact sections is preferably arranged on each of the clip sections and, more precisely, extends from a clip section. In particular, two clip sections can be provided, the alignment of which can be varied relative to one another within the scope of the elastic deformation. Consequently, the connecting element could also be referred to as a connecting clip. This advantageously enables the stiffest possible connection between adjacent modules in order to minimize relative movements.
Insbesondere kann das Verbindungselement wenigstens zwei Schenkel oder, mit anderen Worten, Klammerabschnitte umfassen, die sich zumindest im undeformierten Zustand bevorzugt parallel zueinander erstrecken. Infolge einer elastischen Deformation kann ein Abstand und insbesondere ein Winkel zwischen diesen Schenkeln/Klammerabschnitten vergrößert werden. Das Verbindungselement kann also allgemein infolge der elastischen Deformation aufgeweitet werden, insbesondere wenn es klammerförmig ausgebildet ist.In particular, the connecting element can comprise at least two legs or, in other words, clip sections which, at least in the undeformed state, preferably extend parallel to one another. As a result of an elastic deformation, a distance and in particular an angle between these legs / clip sections can be increased. The connecting element can therefore generally be expanded as a result of the elastic deformation, in particular if it is designed in the form of a clamp.
Die Schenkel/Klammerabschnitte können über einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sein. Dieser erstreckt sich im angebrachten Zustand der Verbindungselemente bevorzugt in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene. Die Schenkel/Klammerabschnitte und auch die elektrischen Kontaktabschnitte können hingegen im Wesentlichen vertikal verlaufen. Jeder der Schenkel/Klammerabschnitte kann mit einem der Module und insbesondere einem Modulgehäuse in Kontakt bringbar sein. Insbesondere kann er hiermit einen Formschluss ausbilden und/oder das Modul bzw. Modulgehäuse zumindest teilweise umgreifen. Die Klammerabschnitte können Hinterschneidungen aufweisen, mit der sie Randbereiche hierin geschilderter Aussparungen oder aber anderweitige Konturen der Modulgehäuse umgreifen können.The legs / clamp sections can be connected to one another via a connecting section. This extends in the attached state of the connecting elements preferably in a substantially horizontal plane. The legs / clamp sections and also the electrical contact sections, on the other hand, can run essentially vertically. Each of the legs / clamp sections can be brought into contact with one of the modules and in particular with a module housing. In particular, it can hereby form a form fit and / or at least partially encompass the module or module housing. The clip sections can have undercuts with which they can encompass edge areas of the recesses described herein or other contours of the module housing.
Es ist prinzipiell aber auch möglich, einen Schenkel/Abschnitt im Wesentlichen elastisch undeformierbar auszubilden oder aber zumindest geringer elastisch deformierbar auszubilden als einen weiteren Schenkel/Abschnitt. Dieser weitere Abschnitt, der dann den eigentlichen Klammerabschnitt bilden kann, kann infolge der elastischen Deformation von dem erstgenannten Abschnitt weggedrängt werden.In principle, however, it is also possible to make one leg / section essentially elastically undeformable or at least to make it less elastically deformable than another leg / section. This further section, which can then form the actual clamp section, can be forced away from the first-mentioned section as a result of the elastic deformation.
Die Schenkel/Klammerabschnitte sowie die bevorzugt daran angeordneten Kontaktabschnitte können die im Folgenden erläuterten eingesetzten Abschnitte der Verbindungselemente bilden, ohne dass dies in jedem der nachstehenden Fälle gesondert wiederholt wird.The legs / clamp sections and the contact sections preferably arranged thereon can form the inserted sections of the connecting elements explained below, without this being repeated separately in each of the following cases.
Vorteilhafterweise sind die Kontaktabschnitte gegenüber den Modulgehäusen elektrisch isoliert. Beispielsweise können sie mit den Modulgehäusen nicht elektrisch leitend in Verbindung stehen. Stattdessen können sie von elektrisch nicht leitfähigen Bereichen der Verbindungselemente hervorstehen, wobei diese elektrisch nicht leitfähigen Bereiche mit den Modulgehäusen in Kontakt stehen oder sich zumindest daran abstützen können. Insbesondere können sich die Kontaktabschnitte von den Klammerabschnitten erst in einem Bereich innerhalb der Modulgehäuse erstrecken, sodass Kontakte mit den Modulgehäusen (zumindest deren Außenseite) zuverlässig vermeidbar sind.The contact sections are advantageously electrically isolated from the module housings. For example, they cannot be connected to the module housings in an electrically conductive manner. Instead, they can protrude from electrically non-conductive areas of the connecting elements, these electrically non-conductive areas being in contact with the module housings or at least being able to be supported thereon. In particular, the contact sections can only extend from the clamp sections in an area within the module housing, so that contacts with the module housings (at least their outside) can be reliably avoided.
Gemäß einer Variante ist eine Dichtung vorgesehen, die zum Beispiel als ein separat handhabbares Bauteil (zum Beispiel Gummidichtung) oder als eine dichtende Schicht (zum Beispiel Kunststoffschicht) auf dem Modulgehäuse und/oder Verbindungselement angebracht sein. Alternativ oder zusätzlich ist die Dichtung an einer Zwischenwand angebracht oder anbringbar, welche nachstehend geschilderter etwaige Hohlräume der Module voneinander trennt, insbesondere um ein Eindringen von Feuchtigkeit in einen Batteriezellen aufnehmenden Hohlraum zu vermeiden.According to a variant, a seal is provided, for example as a separately manageable component (for example rubber seal) or as a sealing layer (for example plastic layer) on the module housing and / or Be attached connecting element. Alternatively or additionally, the seal is attached or attachable to an intermediate wall which separates any cavities in the modules from one another as described below, in particular in order to prevent moisture from penetrating into a cavity that accommodates battery cells.
Die Dichtung kann das Innere des Modulgehäuses und insbesondere die dort bevorzugt positionierten Kontaktabschnitte vor Feuchtigkeit schützen. Optional kann die Dichtung auch elektrisch isolierend sein. Gemäß einer Variante ist also eine elektrische Isolations- und Dichtungsschicht vorgesehen, die sich zumindest abschnittsweise zwischen dem Verbindungselement und einem angrenzenden Modul, Modul-Hohlraum und/oder Modulgehäuse erstreckt. Hierdurch kann eine unerwünschte Stromübertragung von dem Verbindungselement bzw. dessen Kontaktabschnitte auf die Modulgehäuse vermieden werden.The seal can protect the interior of the module housing and in particular the contact sections preferably positioned there from moisture. Optionally, the seal can also be electrically insulating. According to one variant, an electrical insulation and sealing layer is provided which extends at least in sections between the connecting element and an adjoining module, module cavity and / or module housing. In this way, undesired current transmission from the connecting element or its contact sections to the module housing can be avoided.
Alternativ oder zusätzlich können die Kontaktabschnitte durch einen elektrisch leitenden Leiterabschnitt miteinander verbunden sein, wobei der Leiterabschnitt von der Umgebung zumindest abschnittsweise elektrisch isoliert in dem Verbindungselement aufgenommen ist. Insbesondere kann der Leiterabschnitt einen elektrischen Leiter und ferner insbesondere einen Draht oder ein Kabel umfassen. Es kann sich aber auch um einen flächigen und/oder unflexiblen handeln, also nicht zwingend um eine kabelförmige Leitung. Der Leiterabschnitt kann in einen nicht-leitfähigen Grundkörper und/oder Verbindungsabschnitt des Verbindungselements eingebunden und/oder darin aufgenommen sein..Alternatively or additionally, the contact sections can be connected to one another by an electrically conductive conductor section, the conductor section being received in the connecting element, at least in sections, electrically insulated from the surroundings. In particular, the conductor section can comprise an electrical conductor and, furthermore, in particular a wire or a cable. However, it can also be a flat and / or inflexible line, that is to say not necessarily a cable-shaped line. The conductor section can be integrated into a non-conductive base body and / or connection section of the connecting element and / or received therein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mit Ausnahme der Kontaktabschnitte und des Leiterabschnittes nicht elektrisch leitfähig ist und zum Beispiel aus einem Kunststoff hergestellt ist. Dies betrifft auch die Klammerabschnitte, die aber nach wie vor vorzugsweise elastisch deformierbar sein können. Zumindest können diejenigen Bereiche des Verbindungselements, die mit den Kontaktabschnitten und/oder dem Leiterabschnitt in Kontakt stehen, nicht elektrisch leitfähig und bevorzugt aus einem Kunststoff hergestellt sein. In particular, it can be provided that the connecting element, with the exception of the contact sections and the conductor section, is not electrically conductive and is made of a plastic, for example. This also applies to the clip sections, which, however, can still preferably be elastically deformable. At least those areas of the connecting element which are in contact with the contact sections and / or the conductor section can be non-electrically conductive and preferably made from a plastic.
Insgesamt werden hierdurch unerwünschte Stromübertragungen von den Kontaktabschnitten auf das Verbindungselement vermieden, insbesondere auf von außen zugängliche Bereiche des Verbindungselements. Allgemein wird nämlich bevorzugt, dass zumindest in einem eingesetzten Zustand der Verbindungselemente die Kontaktabschnitte und/oder ein etwaiger Leiterabschnitt (oder allgemein sämtliche stromführenden Abschnitte) nicht von außen zugänglich sind bzw. durch elektrisch nicht leitfähige Bereiche des Verbindungselements abgeschirmt sind. Dies erhöht die Sicherheit und vermeidet unerwünschte Stromabflüsse in die Umgebung.Overall, this avoids undesirable current transmissions from the contact sections to the connecting element, in particular to areas of the connecting element that are accessible from the outside. It is generally preferred that at least in an inserted state of the connecting elements the contact sections and / or any conductor section (or generally all current-carrying sections) are not accessible from the outside or are shielded by electrically non-conductive areas of the connecting element. This increases safety and avoids undesired current drainage into the environment.
Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Kontaktabschnitte lösbar in dem Verbindungselement aufgenommen ist und/oder lösbar hiermit verbunden ist. Insbesondere können diese erst nachträglich in das die Module bereits verbindende Verbindungselement eingesetzt werden. Beispielsweise können die Kontaktabschnitte in Bohrungen innerhalb des Verbindungselemente eingeschoben werden bzw. einschiebbar sein. Allgemein kann das Verbindungselement einen vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen Grundkörper aufweisen, der zum Beispiel die Klammerabschnitte und/oder einen die Klammerabschnitte verbindenden Verbindungsabschnitt umfassen kann. Die Kontaktabschnitte können lösbar mit dem Grundkörper verbunden sein.According to a further aspect, the contact sections are detachably received in the connecting element and / or are detachably connected to it. In particular, these can only be inserted subsequently into the connecting element that already connects the modules. For example, the contact sections can be pushed or pushed into bores within the connecting element. In general, the connecting element can have a preferably electrically non-conductive base body which, for example, can comprise the clip sections and / or a connection section connecting the clip sections. The contact sections can be detachably connected to the base body.
Durch die lösbare Verbindung kann der Montageprozess vereinfacht werden, da nicht gleichzeitig eine Aufnahme der Kontaktabschnitte in Anschlüssen innerhalb der Module wie auch das Herstellen der mechanischen Verbindung über die Verbindungselemente bewerkstelligt werden muss. Stattdessen können die Montageaufgaben sozusagen aufeinanderfolgend bewältigt werden.The releasable connection can simplify the assembly process, since it is not necessary to simultaneously accommodate the contact sections in connections within the modules and to establish the mechanical connection via the connection elements. Instead, the assembly tasks can be completed one after the other, so to speak.
Insbesondere kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Kontaktabschnitte an (oder als) in das Verbindungselement einsetzbaren Schrauben ausgebildet sind. Die Kontaktabschnitte können zum Beispiel spitze bzw. freie Enden dieser Schrauben bilden, die durch das Verbindungselement und/oder den vorstehenden Grundkörper hiervon hindurch (z.B. durch elektrisch leitende und elektrisch miteinander verbunden Bohrungen) in die Module und insbesondere Modulgehäuse hineinschiebbar sind. Dort können sie dann in Gewindebohrungen aufnehmbar sein, wobei diese Gewindebohrungen elektrisch leitend sind und Anschlussbereiche im Sinne dieser Offenbarung bilden. Hierdurch kann eine zuverlässige und mechanisch belastbare elektrische Verbindung hergestellt werden.In particular, it can be provided in this context that the contact sections are formed on (or as) screws that can be inserted into the connecting element. The contact sections can, for example, form pointed or free ends of these screws, which can be pushed through the connecting element and / or the protruding base body thereof (e.g. through electrically conductive and electrically interconnected bores) into the modules and, in particular, module housings. There they can then be received in threaded bores, these threaded bores being electrically conductive and forming connection areas in the sense of this disclosure. This enables a reliable and mechanically resilient electrical connection to be established.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Verbindungselement (und insbesondere ein etwaiger Grundkörper hiervon) einen Randbereich aufweist, der über die Kontaktabschnitte hinaus seitlich hervorsteht. Insbesondere kann dieser in Anlage mit wenigstens einem der Modulgehäuse bringbar sein und/oder sich daran zumindest abstützen. Er kann eine Stoppfunktion bereitstellen und/oder einer Zentrierfunktion. Insbesondere kann er das Risiko reduzieren, dass sie Kontaktabschnitte bei einer Montage oder Demontage versehentlich in Kontakt mit dem Modulgehäuse gebracht werden bzw. daran anstoßen.A further development provides that the connecting element (and in particular any base body thereof) has an edge region which protrudes laterally beyond the contact sections. In particular, it can be brought into contact with at least one of the module housings and / or can at least be supported on it. It can provide a stop function and / or a centering function. In particular, it can reduce the risk that the contact sections will inadvertently come into contact with the module housing during assembly or disassembly or that they will hit it.
Der Randbereich kann eine Grundfläche oder einen Außenumriss des Verbindungselements bilden und/oder hiervon umfasst sein. Der Randbereich kann in einer horizontalen Raumebene und/oder in einer orthogonal zur Längsrichtung der Kontaktabschnitte verlaufenden Ebene seitlich hervorstehen. Insbesondere kann der Randbereich die größte Abmessung des Verbindungselements und/oder dessen Umriss innerhalb einer solchen Ebene definieren. Anders ausgedrückt können also die Kontaktabschnitte gegenüber dem Randbereich nach innen versetzt sein bzw. näher zu einer geometrischen Mitte des Verbindungselements positioniert sein.The edge area can form a base area or an outer contour of the connecting element and / or be included therein. The edge region can protrude laterally in a horizontal spatial plane and / or in a plane running orthogonally to the longitudinal direction of the contact sections. In particular, the edge region can define the largest dimension of the connecting element and / or its outline within such a plane. In other words, the contact sections can be offset inwardly with respect to the edge region or can be positioned closer to a geometric center of the connecting element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Modulgehäuse der verbundenen Module jeweils (wenigstens) eine Aussparung, in die jeweils wenigstens ein Abschnitt (zum Beispiel Schenkel/Klammerabschnitt samt daran angeordnetem Kontaktabschnitt) des Verbindungselements einsetzbar ist. Wie erwähnt, kann hierdurch insbesondere ein vertikales Einsetzen bzw. Einschieben der Abschnitte ermöglicht werden. Die Aussparungen benachbarter Module können gleichartig dimensioniert und/oder positioniert sein (zum Beispiel auf gleicher Höhe). Sie können an einander gegenüberliegenden Randbereichen und/oder allgemein zumindest teilweise an Unterseiten der jeweiligen Modulgehäuse ausgebildet sein. Sie können sich zu einem gemeinsamen und entsprechend größer dimensionierten Freiraum bzw. Aufnahmeraum für die Verbindungselemente zusammensetzen.According to a further embodiment, the module housings of the connected modules each comprise (at least) one recess into which at least one section (for example leg / clamp section including the contact section arranged thereon) of the connecting element can be inserted. As mentioned, this enables in particular a vertical insertion or pushing in of the sections. The recesses of adjacent modules can be dimensioned and / or positioned in the same way (for example at the same height). They can be formed on mutually opposite edge areas and / or generally at least partially on the undersides of the respective module housings. They can be put together to form a common and correspondingly larger-sized free space or receiving space for the connecting elements.
Weiter kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die eingesetzten Abschnitte mit Ausnahme der Kontaktabschnitte des Verbindungselements an einer Innenseite eines jeweiligen Modulgehäuses anliegen. Die Modulgehäuse können hierfür zum Beispiel einen inneren Hohlraum bereitstellen und/oder die eingesetzten Abschnitte können in einen inneren Hohlraum der Modulgehäuse von außen eingeschoben werden. Die Kontaktabschnitte können hingegen innerhalb der Modulgehäuse zu dortigen Anschlussbereichen verlaufen und zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung bevorzugt darin eingeschoben werden.It can further be provided in this context that the inserted sections, with the exception of the contact sections of the connecting element, rest against an inside of a respective module housing. For this purpose, the module housings can, for example, provide an inner cavity and / or the inserted sections can be pushed into an inner cavity of the module housing from the outside. In contrast, the contact sections can run within the module housing to the connection areas there and are preferably pushed into them in order to establish an electrically conductive connection.
Gemäß einer Variante weisen die Modulgehäuse wenigstens zwei bevorzugt langgestreckte Hohlräume oder, mit anderen Worten, Kammern auf. Ein erster, im Vergleich bevorzugt größer dimensionierter Hohlraum dient dabei der Aufnahme von Batteriezellen. Ein zweiter, im Vergleich bevorzugt kleiner dimensionierter Hohlraum ist bevorzugt weitestgehend oder vollständig leer und dient als eine Deformationszone für den Kollisionsfall (zum Beispiel beim Auffahren auf eine Bodenhöhe, wie einen Poller). Die Hohlräume können aneinander angrenzen bzw. über eine gemeinsame Zwischenwand voneinander getrennt sein. Beim Einbau des Energiespeichers in ein Kraftfahrzeug weist der zweite Hohlraum bevorzugt nach unten bzw. bildet eine Unterseite des Energiespeichers und bevorzugt auch des gesamten Kraftfahrzeugs (d. h. ist der Straßenoberfläche zugewandt).According to one variant, the module housings have at least two preferably elongated cavities or, in other words, chambers. A first cavity, preferably larger in comparison, serves to accommodate battery cells. A second, in comparison preferably smaller, cavity is preferably largely or completely empty and serves as a deformation zone in the event of a collision (for example when driving up to ground level, such as a bollard). The cavities can adjoin one another or be separated from one another by a common partition. When installing the energy store in a motor vehicle, the second cavity preferably points downwards or forms an underside of the energy store and preferably also of the entire motor vehicle (i.e. faces the road surface).
Die Aussparungen der Modulgehäuse können in diesem Zusammenhang derart positioniert sein, dass sich diese sich in den zweiten Hohlraum erstrecken, in dem bevorzugt die Klammerabschnitte aufnehmbar sind. Die Aussparungen können sich aber auch bis in den ersten Hohlraum hinein erstrecken. Dort können dann die Kontaktabschnitte positioniert und in elektrisch leitend Kontakt mit Anschlussbereichen gebracht werden. Insbesondere können die Klammerabschnitte eines Verbindungselements allenfalls in den zweiten Hohlraum eingesetzt werden und dort zum Beispiel an einer Innenseite hiervon anliegen, nicht aber in den ersten Hohlraum. Dies bietet Vorteile hinsichtlich der erzielbaren Energiedichte, da der erste Hohlraum zum Beispiel größtmöglichst mit Batteriezellen befüllt werden kann und/oder die Verbindungselemente (zumindest deren Klammerabschnitte) dort keine Störkonturen bilden. Weiter werden die Batteriezellen vor Beschädigungen durch die Verbindungselemente (oder zumindest deren Klammerabschnitte) geschützt, falls diese sich im Kollisionsfall verlagern bzw. verschoben werden.In this context, the recesses in the module housing can be positioned in such a way that they extend into the second cavity, in which the clip sections can preferably be received. However, the recesses can also extend into the first cavity. The contact sections can then be positioned there and brought into electrically conductive contact with connection areas. In particular, the clip sections of a connecting element can at most be inserted into the second cavity and there, for example, rest against an inside thereof, but not in the first cavity. This offers advantages with regard to the energy density that can be achieved, since the first cavity can, for example, be filled with battery cells as large as possible and / or the connecting elements (at least their clip sections) do not form any interfering contours there. Furthermore, the battery cells are protected from damage by the connecting elements (or at least their clip sections) if they are displaced or displaced in the event of a collision.
Zusammengefasst sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Modulgehäuse wenigstens zwei voneinander (zum Beispiel durch eine im Wesentlichen geschlossene oder lediglich lokal durchbrochene Zwischenwand) getrennte Hohlräume (gemäß jeglicher der vorstehenden Varianten) umfasst, wobei einer der Hohlräume die wenigstens eine Batteriezelle aufnimmt. Die Klammerabschnitte des Verbindungselements können nahe dem weiteren Hohlraum (oder, mit anderen Worten, näher zu dem weiteren Hohlraum, als zu dem die Batteriezell(en) aufnehmenden Hohlraum) positioniert sein und/oder in diesen zumindest teilweise hineinragen (zum Beispiel über die geschilderten Aussparungen). Sie können hingegen nicht in den die Batteriezellen aufnehmenden ersten Hohlraum hineinragen, was bevorzugt allenfalls den elektrischen Kontaktabschnitten vorbehalten ist. Die Hohlräume können benachbart und/oder aneinandergereiht sein, insbesondere entlang einer Höhenachse des Fahrzeugs (also entlang einer vertikalen Raumachse). Dabei ist der weitere Hohlraum bevorzugt weiter unten bzw. unterhalb des erstgenannten Hohlraums positioniert.In summary, a development of the invention provides that the module housing comprises at least two cavities (according to any of the above variants) separated from one another (for example by an essentially closed or only locally perforated partition), one of the cavities accommodating the at least one battery cell. The clip sections of the connecting element can be positioned near the further cavity (or, in other words, closer to the further cavity than to the cavity receiving the battery cell (s)) and / or at least partially protrude into it (for example via the recesses described) ). On the other hand, they cannot protrude into the first cavity receiving the battery cells, which is preferably reserved for the electrical contact sections at most. The cavities can be adjacent and / or strung together, in particular along a height axis of the vehicle (that is, along a vertical spatial axis). The further cavity is preferably positioned further down or below the first-mentioned cavity.
Die Hohlräume sind zumindest abschnittsweise bevorzugt mit einem größtenteils oder aber vollständig geschlossenen Querschnittsprofil ausgebildet, können aber auch einzelne Ausnehmungen, wie zum Beispiel Bohrungen, oder zumindest abschnittsweise zum Beispiel einseitig geöffnete Bereiche aufweisen. Eine Trennung der Hohlräume kann über eine (gemeinsame) Zwischenwand des Modulgehäuses erfolgen, die bevorzugt beide der Hohlräume zumindest anteilig begrenzt.The cavities are preferably formed at least in sections with a largely or completely closed cross-sectional profile, but can also have individual recesses, such as for example bores, or at least in sections, for example, areas that are open on one side. A separation of the cavities can take place via a (common) partition of the module housing, which preferably at least partially delimits both of the cavities.
Weiter kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer der eingesetzten Abschnitte (des Verbindungselements) dazu eingerichtet ist, mit dem Modulgehäuse, in dessen Aussparung dieser Abschnitt eingesetzt ist, einen Formschluss und/oder einen Reibschluss auszubilden. Dies kann insbesondere für Klammerabschnitte des Verbindungselements gelten. Die Kontaktabschnitte stehen hingegen bevorzugt nicht in Kontakt mit dem Modulgehäuse, sondern allenfalls mit (Hochvolt-) Anschlussbereichen innerhalb des Modulgehäuses.It can further be provided that at least one of the inserted sections (of the connecting element) is set up to form a form fit and / or a frictional fit with the module housing, in the recess of which this section is inserted. This can apply in particular to clip sections of the connecting element. In contrast, the contact sections are preferably not in contact with the module housing, but at most with (high-voltage) connection areas within the module housing.
Insbesondere können an der Innenseite des Moduls bzw. Modulgehäuses Strukturen wie Vorsprünge, Ausnehmungen oder allgemeine Eingriffsstrukturen vorgesehen sein, in denen der eingesetzte Abschnitt (zum Beispiel Klammerabschnitt) zwecks Ausbildung des Formschlusses eingreifen kann. Für das Herstellen eines Reibschusses kann hingegen eine Anlage an zum Beispiel der Innenseite genügen. Der Abschnitt kann dabei im Kontaktbereich zur Innenwand geeignet profiliert sein (zum Beispiel Zacken, Zähne oder Spitzen aufweisen).In particular, structures such as projections, recesses or general engagement structures can be provided on the inside of the module or module housing, in which the inserted section (for example clamp section) can engage in order to form the form fit. For the production of a friction shot, on the other hand, a system on, for example, the inside can be sufficient. The section can be suitably profiled in the contact area with the inner wall (for example, have prongs, teeth or points).
Durch diese Varianten wird jeweils der Halt der Verbindungselemente verbessert und somit die Zuverlässigkeit der hergestellten Verbindung erhöht. Insbesondere kann durch den Formschluss und/oder den Reibschluss ein unerwünschtes Lösen bzw. Herausbewegen der Verbindungselemente aus den Aussparungen vermieden werden.These variants improve the hold of the connecting elements and thus increase the reliability of the connection made. In particular, an undesired loosening or moving out of the connecting elements from the recesses can be avoided by the form fit and / or the frictional connection.
Weiter ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass ein die eingesetzten Abschnitte verbindender Abschnitt (Verbindungsabschnitts) des Verbindungselements von außen (d. h. von außerhalb des Energiespeichers und bevorzugt ohne Demontage des Energiespeichers) zugänglich ist und insbesondere an einer Außenseite von wenigstens einem der Modulgehäuse anliegt und/oder sich zumindest abschnittsweise parallel hierzu erstreckt. Dies ermöglicht eine leichte Entfernbarkeit der Verbindungselemente, um zum Beispiel nach Einbau des Energiespeichers in ein Fahrzeug einzelne Module zwecks Reparatur herauszulösen. Es ist daher auch bevorzugt, dass die Verbindungselemente im eingebauten Zustand des Energiespeichers an einer Unterseite des Energiespeichers und/oder Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Nicht ausgeschlossen ist aber, dass das Kraftfahrzeug Verkleidungen (zum Beispiel eine Unterbodenverkleidung) aufweist, die zunächst entfernt werden müssen.Furthermore, according to one embodiment it is provided that a section (connecting section) of the connecting element connecting the inserted sections is accessible from the outside (ie from outside the energy store and preferably without dismantling the energy store) and in particular rests and / or on an outside of at least one of the module housings extends parallel to this at least in sections. This enables the connecting elements to be easily removed, for example to detach individual modules for the purpose of repairs after the energy storage device has been installed in a vehicle. It is therefore also preferred that, when the energy store is installed, the connecting elements are arranged on an underside of the energy store and / or motor vehicle. However, it cannot be ruled out that the motor vehicle has panels (for example an underbody panel) that must first be removed.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Verbindungselement eine Ausnehmung umfasst, insbesondere eine Gewindebohrung, zur Aufnahme eines eine Entfernungskraft aufbringenden Werkzeugs (zum Beispiel einer Gewindestange). Die Ausnehmung kann wiederum von außen zugänglich sein und insbesondere an einer Außenseite des Verbindungselements ausgebildet sein. Hierbei kann es sich um eine Außenseite eines Verbindungsabschnitts des Verbindungselements handeln. Insgesamt ermöglicht dies eine erleichterte Entfernung der Verbindungselemente, zum Beispiel falls die Module zwecks Reparatur aus dem Energiespeicher gelöst werden sollen.A further development provides that the connecting element comprises a recess, in particular a threaded hole, for receiving a tool (for example a threaded rod) that applies a removal force. The recess can in turn be accessible from the outside and in particular be formed on an outside of the connecting element. This can be an outside of a connecting section of the connecting element. Overall, this makes it easier to remove the connecting elements, for example if the modules are to be removed from the energy store for repair.
Die Erfindung betrifft auch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit:
- • einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Module, die jeweils ein Modulgehäuse und wenigstens eine darin aufgenommene Batteriezelle umfassen und die jeweils mit Strukturbauteilen des Kraftfahrzeugs verbindbar sind; und
- • wenigstens einem Verbindungselement, das zwei benachbarte der Module miteinander verbindet;
- A plurality of modules arranged next to one another, each of which comprises a module housing and at least one battery cell accommodated therein and which can each be connected to structural components of the motor vehicle; and
- • at least one connecting element that connects two adjacent modules to one another;
Sämtliche der vorstehenden Erläuterungen und Weiterbildungen zu gleichlautenden Merkmalen der Variante mit deformierbaren Verbindungselementen treffen dabei auch auf die vorliegende (verlagerbare) Variante zu. Auch im vorliegenden Fall kann das Verbindungselement also elastisch deformierbar sein, was aber nicht zwingend ist.All of the above explanations and developments relating to identical features of the variant with deformable connecting elements also apply to the present (displaceable) variant. In the present case, too, the connecting element can therefore be elastically deformable, but this is not mandatory.
Die verlagerbare Komponente kann zum Beispiel rotierbar und/oder verschiebbar sein. Hierfür kann sie an dem Verbindungselement geeignet befestigt sein, zum Beispiel mittels eines Rotationsgelenks (Zapfen). Insbesondere kann die verlagerbare Komponente infolge einer Verlagerung einen Klemmkontakt herstellen bzw. ein Verklemmen des Verbindungselements an den benachbarten Modulen hervorrufen.The displaceable component can be rotatable and / or displaceable, for example. For this purpose, it can be fastened to the connecting element in a suitable manner, for example by means of a rotary joint (pin). In particular, as a result of a displacement, the displaceable component can produce a clamping contact or cause the connecting element to jam on the adjacent modules.
Die verlagerbare Komponente kann hierfür zum Beispiel infolge einer Verlagerung in Kontakt mit bevorzugt einer Innenwand von einem der Modulgehäuse gebracht werden und bei einer weiteren Verlagerung dann eine Klemmkraft auf dieses aufbringen.For this purpose, the displaceable component can be brought into contact, for example, as a result of a displacement, preferably with an inner wall of one of the module housings and then apply a clamping force to this during a further displacement.
Gegenüberliegend zu der verlagerbaren Komponente befindet sich bevorzugt ein feststehender (bzw. starrer und/oder nicht verlagerbarer) Abschnitt des Verbindungselements, der als eine Art Gegenlager dienen kann. Dieser kann an bevorzugt der Innenwand des entsprechend anderen Moduls anliegen (d. h. an dem weiteren der benachbarten Module, an dem sich die verlagebare Komponente nicht unmittelbar abstützt oder dieses kontaktiert). Infolge einer Verlagerung kann ein Abstand bzw. ein Zwischenraum zwischen diesen feststehenden Bereich und der verlagerbaren Komponente reduziert werden. In diesem Zwischenraum können die benachbarten Module und insbesondere Seitenwände hiervon zumindest teilweise aufgenommen sein. Folglich kann also die verlagerbare Komponente infolge ihrer Verlagerung die Module zunehmend aneinanderdrängen und somit gegeneinander verklemmen.Opposite the displaceable component there is preferably a fixed (or rigid and / or non-displaceable) section of the connecting element which can serve as a type of counter bearing. This can preferably be on the inner wall of the corresponding other module rest (ie on the other of the adjacent modules on which the displaceable component is not directly supported or contacted). As a result of a displacement, a distance or an intermediate space between this fixed area and the displaceable component can be reduced. The adjacent modules and, in particular, side walls thereof can be at least partially accommodated in this intermediate space. Consequently, as a result of its displacement, the displaceable component can increasingly press the modules against one another and thus jam against one another.
Die verlagerbare Komponente kann nockenförmig ausgebildet und/oder eine exzentrisch gelagerte drehbare Komponente sein. Sie kann rotierbar sein und zum Beispiel aufgrund der exzentrischen Lagerung infolge der Rotation dann die geschilderte Abstandsverringerung bzw. Verkleinerung des Zwischenraums bewirken.The displaceable component can be cam-shaped and / or an eccentrically mounted rotatable component. It can be rotatable and, for example, due to the eccentric mounting as a result of the rotation, then bring about the described reduction in distance or reduction in the space.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Module in einem Aufnahmeschacht einer Karosseriestruktur des Fahrzeugs parallel nebeneinander angeordnet sind und die Modulgehäuse separat voneinander beidenends an der Karosseriestruktur lösbar befestigt und mittels dem wenigstens einen Verbindungselement in einem Bereich zwischen deren Gehäuseenden untereinander lösbar verbunden sind.The invention also relates to a motor vehicle with an electrical energy store according to one of the preceding aspects, the modules being arranged parallel to one another in a receiving slot of a body structure of the vehicle and the module housings being releasably fastened to the body structure separately at both ends and in one area by means of the at least one connecting element are releasably connected between the ends of the housing.
Weiter betrifft die Erfindung auch ein Verbindungselement zum elektrisch leitenden Verbinden von Modulen eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verbindungselement elastisch deformierbar ist und zwei Klammerabschnitte umfasst, deren Ausrichtung zueinander im Rahmen der elastischen Deformation veränderbar ist, und wobei das Verbindungselement wenigstens zwei elektrische Kontaktabschnitte umfasst, die mit jeweils einem der zu verbindenden Module unter Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Modulen in Kontakt bringbar sind. Allgemein kann das Verbindungselement jegliches weitere hierin im Zusammenhang mit Verbindungselementen geschilderte Merkmal umfassen.The invention also relates to a connecting element for the electrically conductive connection of modules of an electrical energy store, wherein the connecting element is elastically deformable and comprises two clip sections, the alignment of which can be changed within the scope of the elastic deformation, and wherein the connecting element comprises at least two electrical contact sections which can be brought into contact with one of the modules to be connected while establishing an electrical connection between the modules. In general, the connecting element can comprise any further feature described herein in connection with connecting elements.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei der elektrische Energiespeicher eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Module umfasst, die jeweils ein Modulgehäuse und wenigstens eine darin aufgenommene Batteriezelle umfassen und die jeweils mit Strukturbauteilen des Kraftfahrzeugs verbindbar sind; und wobei das Verfahren umfasst:
- • lösbares Verbinden von zwei benachbarten der Module mit wenigstens einem Verbindungselement;
- • releasable connection of two adjacent modules with at least one connecting element;
Das Verbinden kann durch Einsetzen des Verbindungselements in vorstehend geschilderte Aussparungen erfolgen. Allgemein können sämtliche der vorstehenden und nachstehenden Varianten, Weiterbildungen und Erläuterungen insbesondere zu gleichlautenden Vorrichtungsmerkmalen auch auf das Verfahren und dessen Merkmale zutreffen bzw. bei diesen vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Verfahren das Herstellen eines elektrischen Energiespeichers gemäß jeglicher hierin geschilderten Ausführungsform ermöglichen. Hierfür können sämtliche weiteren Verfahrensschritte vorgesehen sein, die erforderlich sind, um jeglichen hierin geschilderten Energiespeicher herzustellen und/oder allgemein jeglichen hierin geschilderten Betriebszustand oder Effekt bereitzustellen. Auch kann das Verfahren den Schritt des elastischen Deformierens des Verbindungselement im Rahmen des lösbaren Verbindens umfassen.The connection can be made by inserting the connecting element into the recesses described above. In general, all of the above and below variants, developments and explanations, in particular with regard to identical device features, can also apply to the method and its features or be provided for them. For example, the method can enable the production of an electrical energy store in accordance with any embodiment described herein. For this purpose, all further method steps can be provided that are required to produce any energy storage device described herein and / or generally provide any operating state or effect described herein. The method can also include the step of elastically deforming the connecting element as part of the releasable connection.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Merkmale können dabei figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
-
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem elektrischen Energiespeicher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 -5 zeigen Teilansichten des Energiespeichers aus1 mit einem Verbindungselement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und inFi.g 3 das Verbindungselement als solches; -
6 -7 zeigen Teilansichten eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit Verbindungselementen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen; -
8 -9 zeigen Teilansichten eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit Verbindungselementen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
1 shows a schematic view of a motor vehicle according to an embodiment of the invention with an electrical energy store according to a first embodiment of the invention; -
2 -5 show partial views of theenergy storage system 1 with a connecting element according to the first embodiment and inFi.g 3 the connecting element as such; -
6th -7th show partial views of an energy store according to the invention with connecting elements according to further exemplary embodiments; -
8th -9 show partial views of an energy store according to the invention with connecting elements according to a further exemplary embodiment.
In
Der Energiespeicher
Das Kraftfahrzeug
Die Energiespeicher
Die Module
Die Module
Man erkennt, dass eines der Verbindungselemente
Erfindungsgemäß und nicht auf die weiteren Details der Ausführungsbeispiele beschränkt, kann auch nur ein Verbindungselement
Hervorzuheben ist, dass die Verbindungselemente
In
In
Der untere Hohlraum
Der obere Hohlraum
In
Das Verbindungselement
Ausgehend von den Klammerabschnitt
Der Verbindungsabschnitt
Nicht gesondert gezeigt, dass die Kontaktabschnitte
Alternativ sind die Kontaktabschnitte
Verschiedene elektrisch isolierende Dichtungen bzw. Dichtungsschichten
In
Insbesondere wirken die Rückstellkräfte
Wie einleitend erläutert, können signifikante Rückstell- bzw. Verbindungskräfte
In
In
Erkennbar ist ferner eine optionale Eingriffsstruktur
In den nachstehenden
In den
Im Fall von
In dem gezeigten Beispiel umfasst das Verbindungselement
Analog zur Diskussion von
In
Es ist auch möglich, die Varianten der
Weiter ist es auch im Fall der
In
Das Verbindungselement
Eine Rotationsachse
Bevorzugt wird, dass die verlagerbare Komponente
Aufgrund der Form der verlagerbaren Komponente
Dabei ist dieser Abstand A bevorzugt zunächst vergleichsweise groß, um das Verbindungselement
Auch mittels dieser Variante können die vorstehend erläuterten Vorteile hinsichtlich Bauraumersparnis und maximaler Energiedichte sowie einem bevorzugten Deformationsverhalten im Kollisionsfall erreicht werden.This variant can also be used to achieve the advantages explained above in terms of space savings and maximum energy density, as well as preferred deformation behavior in the event of a collision.
Ein weiterer allgemeiner Vorteil der Erfindung und insbesondere sämtlicher erläuterte Ausführungsbeispiele liegt ferner in der aufwandsarmen Montage aber auch Demontage der Verbindungselemente
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 22
- vordere Achsefront axle
- 33
- hintere Achserear axle
- 44th
- FahrzeugradVehicle wheel
- 55
- KarosseriestrukturBody structure
- 66th
- rahmenartiger Bereichframe-like area
- 77th
- Träger / StrukturbauteilBeam / structural component
- 1010
- EnergiespeicherEnergy storage
- 1111
- BefestigungselementFastener
- 1212th
- ModuleModules
- 1313th
- BatteriezellenBattery cells
- 1414th
- ModulgehäuseModule housing
- 1616
- VerbindungselementConnecting element
- 1717th
- AufnahmeschachtReceiving slot
- 2424
- AussparungRecess
- 2626th
- oberer Hohlraumupper cavity
- 2828
- unterer Hohlraumlower cavity
- 3030th
- KlammerabschnittBracket section
- 3232
- VerbindungsabschnittConnection section
- 3434
- EingriffsstrukturIntervention structure
- 5050
- AusnehmungRecess
- 5252
- Vorsprunghead Start
- 6060
- zackenförmige Strukturserrated structure
- 7070
- feststehender Abschnittfixed section
- 7171
- GrundkörperBase body
- 7272
- verlagerbare Komponenterelocatable component
- 7474
- ZapfenCones
- 100100
- AnschlussbereichConnection area
- 102102
- KontaktabschnittContact section
- 104104
- ZwischenwandPartition
- 106106
- DurchbrechungBreakthrough
- 108108
- LeiterabschnittLadder section
- 110110
- GrundkörperBase body
- 112112
- Dichtungpoetry
- 114114
- Randbereich Edge area
- RR.
- RotationsachseAxis of rotation
- LL.
- FahrzeuglängsachseVehicle longitudinal axis
- FF.
- VerbindungskraftConnecting force
- XX
- Kontaktabschnitt-LängsachseContact section longitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- DE 102016209853 A1 [0003]DE 102016209853 A1 [0003]
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