DE102020101736A1

DE102020101736A1 - Elektrischer Energiespeicher und Kraftfahrzeug mit einem solchen

Info

Publication number: DE102020101736A1
Application number: DE102020101736.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wolf; Victor Schob; Azad Darbandi; Tobias Schmieg
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-01-24
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (1), mit einem Energiespeichergehäuse (3) aufweisend einen Gehäuseboden (4), und mehreren Energiespeichermodulen (2), die im Energiespeichergehäuse (3) angeordnet sind und jeweils ein Modulgehäuse (5) aufweisen, welches eine Vielzahl aneinander gestapelter und elektrisch seriell oder parallel verbundener Speicherzellen einhaust, wobei jedes Energiespeichermodul (2) zumindest zwei Trägerschienen (6) aufweist, die zwischen dem Modulgehäuse (5) und dem Gehäuseboden (4) angeordnet sind, wobei die Trägerschienen (6) auf den Gehäuseboden (4) geklebt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Energiespeicher (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit an den Gehäuseboden geklebten Energiespeichermodulen sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Energiespeicher.
Es sind elektrische Energiespeicher auf elektrochemischer Basis bekannt, welche die elektrische Energie zum Antrieb von elektrifizierten Fahrzeugen speichern und bereitstellen. Dabei gibt es Energiespeicher, die in sog. Speichermodule mit eigenem Modulgehäuse gruppiert sind, von denen jedes eine Vielzahl an Speicherzellen aufweist. Üblicherweise sind diese Speichermodule mittels Verschraubung im Energiespeicher befestigt oder werden durch Druckplatten darin fixiert. Wünschenswert wäre jedoch eine Befestigungsmöglichkeit, die weniger Bauraum beansprucht und weniger Montageaufwand verursacht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch einen Energiespeicher gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein elektrischer Energiespeicher bereitgestellt, mit einem Energiespeichergehäuse aufweisend einen Gehäuseboden, und mehreren Energiespeichermodulen, die im Energiespeichergehäuse angeordnet sind und jeweils ein Modulgehäuse aufweisen, welches eine Vielzahl aneinander gestapelter und elektrisch seriell oder parallel verbundener Speicherzellen einhaust, wobei jedes Energiespeichermodul zumindest zwei Trägerschienen aufweist, die zwischen dem Modulgehäuse und dem Gehäuseboden angeordnet sind, wobei die Trägerschienen auf den Gehäuseboden geklebt sind. Durch Einkleben der Energiespeichermodule ist es nicht erforderlich, einen Bauraum neben den Energiespeichermodulen zur Anbringung von Verschraubungen oder dergleichen bereitzuhalten. Dadurch kann Bauraum eingespart werden. Darüber hinaus kann ein Einkleben während der Montage schneller durchgeführt werden und ist leichter automatisierbar, wodurch Montagekosten eingespart werden können. Außerdem ist eine Klebeverbindung vorteilhaft, da diese im Vergleich zu Verschraubungen nicht als Verblockung in die Deformationswege des Fahrzeugs eingeht und sich dementsprechend positiv auf das Crashverhalten im Gesamtfahrzeug auswirkt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Energiespeicher ferner zumindest ein Positionierungselement sowie zumindest ein Stift auf, welcher in das Positionierungselement einführbar ist, wobei sich das Positionierungselement entlang einer Einführrichtung verjüngt, und wobei das Positionierungselement an einer der Trägerschienen und der Stift am Gehäuseboden vorgesehen ist oder umgekehrt. Dies erleichtert den Montageprozess zusätzlich, da die Energiespeichermodule während des Einsetzens an fest definierten Positionen zentriert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beabstanden die Trägerschienen das Modulgehäuse vom Gehäuseboden, so dass zwischen den zumindest zwei Trägerschienen ein Hohlraum ausgebildet wird. Dieser Hohlraum bildet eine Knautschzone und schützt somit die Speicherzellen vor Beschädigungen durch Deformationseinwirkung von unten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Energiespeicher jeweils eine Klebeschicht auf, mittels der die Trägerschienen auf den Gehäuseboden geklebt sind, wobei zwischen der Klebeschicht und der Trägerschiene, an der die Klebeschicht angebracht ist, ein Servicedraht zum Lösen der Klebeschicht eingebracht ist. Mit einem solchen Servicedraht kann die Klebeschicht leicht abgelöst werden, da die Verklebung ansonsten schwierig zugänglich wäre.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich der Servicedraht hin zu einer dem Gehäuseboden abgewandten Seite des Energiespeichermoduls. Dadurch ist der Servicedraht besonders leicht zugänglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Servicedraht elektrisch beheizbar. Durch Erwärmung des Servicedrahts kann dieser die Verklebung noch leichter lösen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die zumindest zwei Trägerschienen separat von dem Modulgehäuse ausgebildet und fixieren das Modulgehäuse im eingebauten Zustand des Energiespeichermoduls.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Trägerschienen Ausnehmungen auf, in welche das Modulgehäuse passend einsetzbar ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Trägerschienen und das Modulgehäuse einstückig ausgebildet.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Energiespeicher bereit.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

1 zeigt schematisch einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
2 zeigt einen Teil eines Energiespeichermoduls des Energiespeichers aus 1.

1 zeigt schematisch einen elektrischen Energiespeicher 1 mit mehreren Energiespeichermodulen 2, die in einem Speichergehäuse 3 eingehaust sind. Das Speichergehäuse 3 ist ein geschlossenes Gehäuse, beispielsweise quaderförmig. Die Energiespeichermodule 2 sind zumindest an einem Gehäuseboden 4 des Speichergehäuses 3 befestigt. Der elektrische Energiespeicher 1 ist ein wieder aufladbarer elektrischer Energiespeicher auf elektrochemischer Basis in dem auf elektrochemischer Basis elektrische Energie gespeichert und zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Dabei ist die elektrische Energie des Energiespeichers 1 zumindest einem Elektromotor zum Forttrieb des Kraftfahrzeugs zuführbar. Das Kraftfahrzeug ist ein elektrifiziertes Fahrzeug, d.h. das Kraftfahrzeug wird zumindest temporär ausschließlich mittels des Elektromotors angetrieben. Es handelt sich dabei beispielsweise um ein Hybridfahrzeug oder ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Insbesondere handelt es sich um einen Personenkraftwagen.
Die Energiespeichermodule 2 sind miteinander elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet. Jedes der Energiespeichermodule 2 umfasst wiederum eine Vielzahl an Speicherzellen, die jeweils als elektrochemische Zellen ausgebildet sind. Es handelt sich dabei beispielsweise um sog. Rundzellen, prismatische Zellen oder Pouch-Zellen. Diese Speicherzellen sind elektrisch miteinander in Reihe oder parallel geschaltet. Die Speicherzellen eines Energiespeichermoduls 2 sind aneinander gestapelt und werden von einem Modulgehäuse 5 eingehaust. Die Modulgehäuse 5 sind geschlossene Gehäuse, insbesondere aus Aluminium, Stahl, Kunststoff, Kohlefaser oder dergleichen. Beispielsweise sind die Modulgehäuse 5 quaderförmig.
2 zeigt eine Hälfte eines Energiespeichermoduls 2, wobei die andere Hälfte spiegelsymmetrisch aufgebaut ist. Das Energiespeichermodul 2 weist zwei Trägerschienen 6 auf, wobei es auch denkbar ist, dass mehr als zwei vorgesehen sind. Die Trägerschienen 6 sind zwischen dem Modulgehäuse 5 und dem Gehäuseboden 4 angeordnet und dienen einerseits der Befestigung des Modulgehäuses 5 mit dem Gehäuseboden 4 und andererseits der Beabstandung des Modulgehäuses 5 vom Gehäuseboden 4, so dass ein Hohlraum zwischen Modulgehäuse 5 und Gehäuseboden 4 ausgebildet wird. Dieser Hohlraum wird begrenzt von einem Modulgehäuseboden 7 (d.h. einer dem Gehäuseboden 4 zugewandten Seite des Modulgehäuses 5), dem Gehäuseboden 4 und den beiden Trägerschienen 6. Der Abstand zwischen dem Modulgehäuseboden 7 und dem Gehäuseboden 4 beträgt beispielsweise mehr als 0,5 cm und insbesondere mehr als 1cm. Dadurch wird ein gewisser Schutz vor Beschädigungen der Speicherzellen durch Krafteinwirkungen von unten (z.B. einem Fahrzeugunterboden) erreicht. Anders ausgedrückt wird dadurch eine gewisse Knautschzone unterhalb der Speicherzellen bereitgestellt.
Die Trägerschienen 6 erstrecken sich über die gesamte Länge des Modulgehäuses 5 und verlaufen beispielsweise entlang der Seitenkanten des Modulgehäusebodens 7. Die Trägerschienen 6 können einstückig mit dem Modulgehäuse 5 ausgebildet sein, beispielsweise monolithisch ausgebildet oder nicht-zerstörungsfrei-lösbar miteinander verbunden sein. Die Trägerschienen 6 können aber auch als vom Modulgehäuse 5 separate Bauteile bereitgestellt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Trägerschiene 6 einen Trägerschienengrundträger 8 auf, der sich geradlinig zwischen dem Modulgehäuse 5 und dem Gehäuseboden 4 erstreckt. Ferner weist die Trägerschiene 6 einen einstückig, insbesondere monolithisch, mit dem Trägerschienengrundträger 8 ausgebildeten, bandförmigen Haltesteg 9 auf. Dieser Haltesteg 9 umschlingt drei Seiten des Modulgehäuses 5 derart, dass er zusammen mit dem Trägerschienengrundträger 8 eine Öffnung ausbildet, die im Wesentlichen der Außenquerschnittsfläche des Modulgehäuses 5 entspricht, so dass das Modulgehäuse 5 in diese Öffnung eingesetzt werden kann. Insbesondere kann das Modulgehäuse 5 in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Modulgehäuses 5 und parallel zum Modulgehäuseboden 7 in diese Öffnung eingeführt werden. Das Modulgehäuse 5 kann an die Trägerschienen 6 geklebt, geschweißt oder geschraubt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung als eine Durchgangsöffnung ausgebildet, es ist jedoch auch denkbar, dass die Öffnung auf einer nach Außen weisenden Seite geschlossen ist. Die Trägerschienen 6 sind insbesondere aus Kunststoff, könnten aber auch aus einem anderen Material wie beispielsweise Aluminium, Stahl oder Kohlefaser sein.
Zur Befestigung des Energiespeichermoduls 2 mit dem Gehäuseboden 4 werden die Trägerschienen 6 an den Gehäuseboden 4 geklebt. Hierzu ist eine Klebeschicht 10 vorgesehen, mittels der eine dem Gehäuseboden 4 zugewandte Seite der Trägerschiene 6 auf den Gehäuseboden 4 geklebt wird. Die Klebeschicht 10 kann beispielsweise ein Klebstoff, ein doppelseitiges Klebeband oder dergleichen sein. Insbesondere ist die Klebeschicht 10 bei der Montage zunächst auf der Trägerschiene 6 und/oder dem Gehäuseboden 4 vorgesehen.
Zur besseren Positionierung beim Einsetzen und Verkleben der Energiespeichermodule 2 sind Positionierungselemente 11 an den Trägerschienen 6 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel trichterförmig sind und in welche am Gehäuseboden 4 angebrachte Stifte einführbar sind. Die Positionierungselemente 11 verjüngen sich dabei entlang einer Einfügerichtung der Stifte, so dass die Energiespeichermodule 2 während des Einsetzens zentriert werden. Alternativ können auch die Stifte an den Trägerschienen 6 und die Positionierungselemente 11 am Gehäuseboden 4 vorgesehen sein. Insbesondere sind pro Energiespeichermodul vier Positionierungselemente 11 und vier zugeordnete Stifte vorgesehen, es können aber auch beispielsweise nur jeweils zwei oder eine andere Anzahl vorgesehen sein. Die Stifte sind beispielsweise zylinderförmig.
Zum Ausbau der Energiespeichermodule 2, d.h. zum Ablösen der Klebeverbindung zwischen den Trägerschienen 6 und dem Gehäuseboden 4 ist es denkbar ein Schwingmesser oder dergleichen zu verwenden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein hierfür ein Servicedraht 12 vorgesehen. Dieser weißt zwei Enden auf, die von einer dem Modulgehäuseboden 7 abgewandten Seite zugänglich und greifbar sind. Der Servicedraht 12 ist ein durchgängiger Draht, der jeweils zwischen der Trägerschiene 6 und der ihr zugeordneten Klebeschicht 10 verläuft und zwar in einer Richtung, welche die Längsrichtung der Trägerschiene 6 durchkreuzt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Trägerschiene 6 und parallel zum Modulgehäuseboden 7. Zum Lösen der Verklebung kann der Servicedraht 12 an den beiden Enden gegriffen werden und entlang einer Längsrichtung des Energiespeichermoduls 2 gezogen werden, so dass Abschnitte des Servicedrahts 12, welche zwischen Trägerschiene 6 und Klebeschicht 10 verlaufen, die Klebeschicht 10 von der Trägerschiene 6 ablösen.
Zur noch besseren Lösung der Verklebung kann der Servicedraht 12 auch so ausgeführt sein, dass er elektrisch erwärmbar ist. Beispielweise ist der Servicedraht 12 mit einer niedrigen Spannung beaufschlagt und aus einem Widerstandsmaterial ausgebildet, so dass sich der Servicedraht 12 bedarfsweise entsprechend erwärmt.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.

Claims

Elektrischer Energiespeicher (1), mit einem Energiespeichergehäuse (3) aufweisend einen Gehäuseboden (4), und mehreren Energiespeichermodulen (2), die im Energiespeichergehäuse (3) angeordnet sind und jeweils ein Modulgehäuse (5) aufweisen, welches eine Vielzahl aneinander gestapelter und elektrisch seriell oder parallel verbundener Speicherzellen einhaust, wobei jedes Energiespeichermodul (2) zumindest zwei Trägerschienen (6) aufweist, die zwischen dem Modulgehäuse (5) und dem Gehäuseboden (4) angeordnet sind, wobei die Trägerschienen (6) auf den Gehäuseboden (4) geklebt sind.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend zumindest ein Positionierungselement (11) sowie zumindest ein Stift, welcher in das Positionierungselement (11) einführbar ist, wobei sich das Positionierungselement (11) entlang einer Einführrichtung verjüngt, und wobei das Positionierungselement (11) an einer der Trägerschienen (6) und der Stift am Gehäuseboden (4) vorgesehen ist oder umgekehrt.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschienen (6) das Modulgehäuse (5) vom Gehäuseboden (4) beabstanden, so dass zwischen den zumindest zwei Trägerschienen (6) ein Hohlraum ausgebildet wird.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, jeweils aufweisend eine Klebeschicht (10), mittels der die Trägerschienen (6) auf den Gehäuseboden (4) geklebt sind, wobei zwischen der Klebeschicht (10) und der Trägerschiene (6), an der die Klebeschicht (10) angebracht ist, ein Servicedraht (12) zum Lösen der Klebeschicht (10) eingebracht ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß Anspruch 4, wobei sich der Servicedraht (12) hin zu einer dem Gehäuseboden (4) abgewandten Seite des Energiespeichermoduls (2) erstreckt.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Servicedraht (12) elektrisch beheizbar ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest zwei Trägerschienen (6) separat von dem Modulgehäuse (5) ausgebildet sind das Modulgehäuse (5) im eingebauten Zustand des Energiespeichermoduls (2) fixieren.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerschienen (6) Ausnehmungen aufweisen, in welche das Modulgehäuse (5) passend einsetzbar ist.
Elektrischer Energiespeicher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Trägerschienen (6) und das Modulgehäuse (5) einstückig ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.