DE102020110012A1 - Electric energy storage device and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine elektrische Energiespeichereinrichtung 5 mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen 10, wobei die Energiespeicherzellen 10 entlang von Systemstrompfaden S verschaltet sind und zwischen den Systemstrompfaden S ausschließlich Parallelstrompfade P ausgebildet sind, die eine niedrigere Stromtragfähigkeit haben als die Systemstrompfade S.The technology disclosed here relates to an electrical energy storage device 5 with a plurality of energy storage cells 10, the energy storage cells 10 being interconnected along system current paths S and exclusively parallel current paths P, which have a lower current carrying capacity than the system current paths S, are formed between the system current paths S.
Description
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine elektrische Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichereinrichtung.The technology disclosed here relates to an electrical energy storage device and a motor vehicle with such an energy storage device.
Energiespeichereinrichtungen können eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen aufweisen, welche jeweils zur Speicherung von elektrischer Energie ausgebildet sind. Als Alternative zu großen Energiespeicherzellen, welche alleine oder zumindest in einer Gruppe von nur wenigen Energiespeicherzellen die Energieversorgung eines Kraftfahrzeugs übernehmen können, kann es häufig sinnvoll sein, zahlreiche Energiespeicherzellen zu verwenden, welche im Vergleich dazu kleiner sein können und somit eine bessere Ausnutzung von Bauräumen ermöglichen. Typischerweise werden dabei Parallel- und Serienschaltungen verwendet, um die Speicherkapazität zu erhöhen und/oder die Ausgangsspannung zu erhöhen. Bei bekannten Ausführungen teilen sich Systemstrom und Parallelstrom typischerweise den gleichen elektrischen Pfad. Parallelströme entstehen dabei insbesondere durch leicht unterschiedliche elektrische Innenwiderstände von parallel geschalteten Energiespeicherzellen. Parallelströme gleichen dies in vorteilhafter Weise aus. Systemströme sind typischerweise diejenigen Ströme, welche nach außen geführt werden und dort durch einen Verbraucher fliesen.Energy storage devices can have a plurality of energy storage cells, each of which is designed to store electrical energy. As an alternative to large energy storage cells, which can take over the energy supply of a motor vehicle alone or at least in a group of only a few energy storage cells, it can often be useful to use numerous energy storage cells, which can be smaller in comparison and thus enable better utilization of installation space . Typically, parallel and series connections are used in order to increase the storage capacity and / or to increase the output voltage. In known designs, system power and parallel power typically share the same electrical path. Parallel currents arise in particular due to slightly different electrical internal resistances of energy storage cells connected in parallel. Parallel currents compensate for this in an advantageous manner. System currents are typically those currents that are led to the outside and flow there through a consumer.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, eine elektrische Energiespeichereinrichtung mit erhöhter Resistenz gegen Fehlfunktionen vorzusehen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed here to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed here to provide an electrical energy storage device with increased resistance to malfunctions. Further preferred objects can result from the advantageous effects of the technology disclosed here. The objects are achieved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims represent preferred configurations.
Die hier offenbarte Technologie betrifft eine elektrische Energiespeichereinrichtung, die mehrere Energiespeicherzellen aufweist. Einige der Energiespeicherzellen sind entlang einem ersten Systemstrompfad elektrisch in Reihe verbunden und einige der Energiespeicherzellen sind entlang einem zweiten Systemstrompfad elektrisch in Reihe verbunden. Jeder Systemstrompfad weist eine Stromtragfähigkeit auf. Jeder Systemstrompfad ist mittels mehrerer Verbindungsstellen ausgebildet, wobei jede Verbindungsstelle einen Pol einer Energiespeicherzelle mit einem Pol einer weiteren Energiespeicherzelle im Systemstrompfad verbindet. Zwischen den Systemstrompfaden sind ausschließlich einer oder mehrere Parallelstrompfade ausgebildet. Jeder Parallelstrompfad verläuft zwischen einer Verbindungsstelle eines Systemstrompfads und einer Verbindungsstelle eines anderen Systemstrompfads. Jeder Parallelstrompfad hat zweckmäßig eine niedrigere Stromtragfähigkeit als jeder Systemstrompfad.The technology disclosed here relates to an electrical energy storage device which has a plurality of energy storage cells. Some of the energy storage cells are electrically connected in series along a first system current path and some of the energy storage cells are electrically connected in series along a second system current path. Each system current path has a current carrying capacity. Each system current path is formed by means of a plurality of connection points, each connection point connecting a pole of an energy storage cell to a pole of a further energy storage cell in the system current path. Only one or more parallel current paths are formed between the system current paths. Each parallel current path runs between a connection point of a system flow path and a connection point of another system flow path. Each parallel current path expediently has a lower current carrying capacity than every system current path.
Mittels einer solchen elektrischen Energiespeichereinrichtung kann dafür gesorgt werden, dass Fehlfunktionen in einzelnen Energiespeicherzellen, welche bei bekannten Ausführungen zu besonders hohen Parallelströmen führen können, nicht Energiespeicherzellen anderer Systemstrompfade beschädigen. Eine Fehlfunktion, beispielsweise in Form eines Kurzschlusses in einer Energiespeicherzelle, bleibt somit auf diese Energiespeicherzelle beschränkt.Such an electrical energy storage device can ensure that malfunctions in individual energy storage cells, which in known designs can lead to particularly high parallel currents, do not damage energy storage cells in other system current paths. A malfunction, for example in the form of a short circuit in an energy storage cell, therefore remains limited to this energy storage cell.
Grundsätzlich kann in einer Abwandlung auch nur ein Parallelstrompfad eine niedrigere Stromtragfähigkeit haben als ein, einige oder alle Systemstrompfad(e), oder es können einige Parallelstrompfade eine niedrigere Stromtragfähigkeit haben als ein, einige oder alle System strom pfad(e).In principle, in a modification, only one parallel current path can have a lower current carrying capacity than one, some or all of the system current path (s), or some parallel current paths can have a lower current carrying capacity than one, some or all of the system current path (s).
In Systemstrompfaden fließen typischerweise diejenigen Ströme, welche nach außerhalb der Energiespeichereinrichtung geführt werden und dort durch Verbraucher fließen, beispielsweise durch einen Elektromotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Parallelstrompfade sind Strompfade, in welchen typischerweise Ströme aufgrund leicht unterschiedlicher Innenwiderstände zwischen Energiespeicherzellen bzw. zwischen Systemstrompfaden fließen, wobei derartige Parallelströme typischerweise relativ gering sind. Sollte jedoch eine Energiespeicherzelle kurzgeschlossen sein oder einen thermischen Fehlerfall aufweisen, so können derartige Parallelströme sehr große Werte annehmen und deshalb gefährlich werden. Genau dies wird durch die hier offenbarte Technologie verhindert, und zwar aufgrund der geringeren Stromtragfähigkeit.In system current paths, those currents typically flow which are routed to the outside of the energy storage device and flow there through loads, for example through an electric motor for driving a motor vehicle. Parallel current paths are current paths in which currents typically flow due to slightly different internal resistances between energy storage cells or between system current paths, such parallel currents typically being relatively low. However, should an energy storage cell be short-circuited or have a thermal fault, such parallel currents can assume very large values and therefore become dangerous. This is precisely what is prevented by the technology disclosed here, namely due to the lower current carrying capacity.
Ein thermischer Fehlerfall ist regelmäßig ein Fehlerfall, bei dem eine exotherme chemische Reaktion auftritt. Ein solcher Fehlerfall kann auch ein thermisches Ereignis (englisch „Thermal Runaway“) sein. Der Fehlerfall kann insbesondere ein Ereignis sein, das eine nicht betriebsgemäße und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in den Einzelzellen bewirkt. Es könnte dabei unter Umständen eine Propagation einsetzen. Ein solcher Fehlerfall kann beispielsweise durch einen internen Kurzschluss in einer Einzelzelle oder durch einen Brandherd verursacht werden.A thermal failure is usually a failure in which an exothermic chemical reaction occurs. Such an error can also be a thermal event ("Thermal Runaway"). The fault can in particular be an event that causes a non-operational and self-reinforcing heat production in the individual cells. Under certain circumstances, it could use propagation. Such a fault can be caused, for example, by an internal short circuit in a single cell or by a source of fire.
Systemstrompfade sind, abgesehen von den Parallelstrompfaden, getrennt voneinander. Eine Ausnahme hiervon können gemeinsame Verbindungselemente an Enden der Systemstrompfade darstellen. Diese werden dann nicht als Teil der Systemstrompfade betrachtet, sie verbinden typischerweise Anschlüsse von Energiespeicherzellen gleicher Polarität. Typischerweise verbindet jeder Systemstrompfad ausschließlich Energiespeicherzellen, die von keinem anderen Systemstrompfad verbunden werden bzw. zu keinem anderen Systemstrompfad gehören. Insbesondere kann entlang eines Systemstrompfads jeweils ein Pluspol einer Energiespeicherzelle mit einem Minuspol der im Systemstrompfad nächsten Energiespeicherzelle verbunden sein, oder umgekehrt. Dies entspricht einer Reihenschaltung der Energiespeicherzellen. Entlang des Systemstrompfads addieren sich somit typischerweise die Spannungen der Energiespeicherzellen, so dass eine höhere Ausgangsspannung erreicht wird.With the exception of the parallel current paths, system current paths are separate from one another. An exception to this can be common connection elements at the ends of the system current paths. These are then not considered part of the Considered system current paths, they typically connect connections of energy storage cells of the same polarity. Typically, each system current path only connects energy storage cells that are not connected by any other system current path or that do not belong to any other system current path. In particular, a positive pole of an energy storage cell can be connected to a negative pole of the next energy storage cell in the system current path, or vice versa, along a system current path. This corresponds to a series connection of the energy storage cells. The voltages of the energy storage cells thus typically add up along the system current path, so that a higher output voltage is achieved.
Unter einer Verbindung ist hier insbesondere eine elektrische Verbindung zu verstehen.A connection is to be understood here in particular as an electrical connection.
Die Parallelstrompfade können insbesondere Verbindungsstellen miteinander verbinden, die an der gleichen Seite bzw. an nebeneinander liegenden Längsenden von Energiespeicherzellen angeordnet sind. Typischerweise verbindet eine Verbindungsstelle genau einen Pol einer Energiespeicherzelle mit genau einem Pol einer weiteren Energiespeicherzelle.The parallel current paths can, in particular, connect to one another connection points which are arranged on the same side or on longitudinal ends of energy storage cells lying next to one another. Typically, a connection point connects exactly one pole of an energy storage cell with exactly one pole of a further energy storage cell.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle Systemstrompfade die gleiche Stromtragfähigkeit haben. Es kann auch vorgesehen sein, dass alle Parallelstrompfade die gleiche Stromtragfähigkeit haben. Insbesondere bei den Parallelstrompfaden können auch Abweichungen vorhanden sein, beispielsweise an oder benachbart zu Unterbrechungen.In particular, it can be provided that all system current paths have the same current carrying capacity. It can also be provided that all parallel current paths have the same current carrying capacity. In particular in the case of the parallel current paths, there may also be deviations, for example on or adjacent to interruptions.
Die Verbindungsstellen können durch geeignete Verbindungsmittel wie beispielsweise Platten, Drähte oder sonstige elektrische Leiter ausgebildet sein. Ihre Ausgestaltung definiert typischerweise die Stromtragfähigkeit der Systemstrompfade. Jede Verbindungsstelle verbindet typischerweise zwei Pole von Energiespeicherzellen, welche entlang des jeweiligen Systemstrompfads hintereinander verschaltet sind, insbesondere Pole unterschiedlicher Polarität.The connection points can be formed by suitable connection means such as plates, wires or other electrical conductors. Their design typically defines the current carrying capacity of the system current paths. Each connection point typically connects two poles of energy storage cells which are connected in series along the respective system current path, in particular poles of different polarity.
Eine Stromtragfähigkeit ist typischerweise der maximale Strom, welcher entlang eines Strompfads fließen kann, insbesondere ohne dass es zu einer Unterbrechung des Stromflusses kommt. Die Stromtragfähigkeit eines Systemstrompfads kann insbesondere durch die Verbindungsstellen bzw. deren Ausgestaltung definiert werden. Die Verbindungsstellen eines Verbindungspfads können insbesondere eine identische Stromtragfähigkeit haben, welche dann die Stromtragfähigkeit des Systemstrompfads darstellt. Die Verbindungsstellen können jedoch auch unterschiedliche Stromtragfähigkeiten haben, wobei in diesem Fall beispielsweise die niedrigste Stromtragfähigkeit unter den Verbindungsmitteln die Stromtragfähigkeit des Systemstrompfads definieren kann.A current carrying capacity is typically the maximum current that can flow along a current path, in particular without the current flow being interrupted. The current-carrying capacity of a system current path can in particular be defined by the connection points or their design. The connection points of a connection path can in particular have an identical current-carrying capacity, which then represents the current-carrying capacity of the system current path. The connection points can, however, also have different current-carrying capacities, in which case, for example, the lowest current-carrying capacity among the connecting means can define the current-carrying capacity of the system current path.
Die elektrische Energiespeichereinrichtung ist insbesondere eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere um mindestens eine elektrische (Traktions-) Antriebsmaschine anzutreiben. Die Energiespeichereinrichtung umfasst mehrere Energiespeicherzellen, welche jeweils als Einzelzellen ausgebildet sind, und typischerweise eine Vielzahl solcher Einzelzellen, die die elektrochemischen Energiespeicherzellen ausbilden. In der Regel sind eine Vielzahl an Einzelzellen vorgesehen. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Hochvoltspeicher bzw. eine Hochvolt-Batterie sein.The electrical energy storage device is in particular a device for storing electrical energy, in particular in order to drive at least one electrical (traction) drive machine. The energy storage device comprises a plurality of energy storage cells, which are each designed as individual cells, and typically a plurality of such individual cells, which form the electrochemical energy storage cells. As a rule, a large number of individual cells are provided. For example, the energy storage device can be a high-voltage storage device or a high-voltage battery.
Typischerweise umfasst die Energiespeichereinrichtung mindestens ein Speichergehäuse. Das Speichergehäuse ist zweckmäßig eine Einhausung, die zumindest die Hochvoltkomponenten der Energiespeichereinrichtung umgibt. Zweckmäßig ist das Speichergehäuse gasdicht ausgebildet, so dass eventuell aus den Speicherzellen austretende Gase abgefangen werden. Vorteilhaft kann das Gehäuse zum Brandschutz, Kontaktschutz, Intrusionsschutz und/oder zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub dienen.The energy storage device typically comprises at least one storage housing. The storage housing is expediently an enclosure that surrounds at least the high-voltage components of the energy storage device. The storage housing is expediently designed to be gas-tight, so that any gases that may escape from the storage cells are intercepted. The housing can advantageously be used for fire protection, contact protection, intrusion protection and / or for protection against moisture and dust.
Das Speichergehäuse kann zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt sein. Insbesondere kann es aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung ausgebildet sein. In dem mindestens einen Speichergehäuse der Energiespeichereinrichtung können mindestens eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufgenommen sein: Energiespeicherzellen, Bauelemente der Leistungselektronik, Schütz(e) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Kraftfahrzeug, Kühlelemente, elektrische Leiter, Steuergerät(e). Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zu kühlende Elemente aufweisen, insbesondere Energiespeicherzellen und/oder Bauelemente der Leistungselektronik der Energiespeichereinrichtung. Zweckmäßig werden die Bauteile vor der Montage der Baugruppe in das Kraftfahrzeug vormontiert.The storage housing can be made at least partially from a metal. In particular, it can be made of aluminum, an aluminum alloy, steel or a steel alloy. At least one or more of the following components can be accommodated in the at least one storage housing of the energy storage device: energy storage cells, components of the power electronics, contactor (s) for interrupting the power supply to the motor vehicle, cooling elements, electrical conductors, control unit (s). The energy storage device can in particular have elements to be cooled, in particular energy storage cells and / or components of the power electronics of the energy storage device. The components are expediently preassembled in the motor vehicle before the assembly is installed.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere als Rundzellen zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein. Eine Rundzelle ist in der Regel in einem zylinderförmigen Zellengehäuse (englisch „cell can“) aufgenommen. Kommt es zur betriebsbedingten Ausdehnung der Aktivmaterialien der Rundzelle, so wird das Gehäuse im Umgebungsbereich auf Zug beansprucht. Vorteilhaft können somit vergleichsweise dünne Gehäusequerschnitte die aus dem Aufschwellen resultierenden Kräfte kompensieren. Bevorzugt ist das Zellengehäuse aus Stahl bzw. einer Stahllegierung hergestellt.The energy storage cells can in particular be designed as round cells for the electrochemical storage of energy. A round cell is usually accommodated in a cylindrical cell housing (English "cell can"). If the active materials of the round cell expand for operational reasons, the housing is subjected to tensile stress in the surrounding area. In this way, comparatively thin housing cross-sections can advantageously compensate for the forces resulting from the swelling. The cell housing is preferably made of steel or a steel alloy.
Typischerweise können in den Energiespeicherzellen Entgasungsöffnungen dazu vorgesehen sein, entstehende Gase aus dem Zellengehäuse entweichen zu lassen. Es kann aber auch nur eine Entgasungsöffnung pro Speicherzelle bzw. Rundzelle vorgesehen sein. Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine Entgasungsöffnung pro Rundzelle in der Einbaulage zum äußeren Schweller hin entgasend angeordnet.Typically, degassing openings can be provided in the energy storage cells in order to allow gases produced to escape from the cell housing. However, only one degassing opening can be provided per storage cell or round cell. Advantageously, at least one degassing opening per round cell is arranged so as to degas towards the outer rocker in the installation position.
Bevorzugt weist das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen einen Wert zwischen 5 und 30, bevorzugt zwischen 7 und 15, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 11 auf. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Zellengehäuses der Rundzelle im Zähler und dem Durchmesser des Zellengehäuses der Rundzelle im Nenner. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Rundzellen beispielsweise einen (Außen-)Durchmesser von ca. 45 mm bis 55 mm aufweisen. Ferner vorteilhaft können die Rundzellen eine Länge von 360 mm bis 1.100 mm, bevorzugt von ca. 450 mm bis 600 mm, und besonders bevorzugt von ca. 520 mm bis 570 mm aufweisen.The length-to-diameter ratio of the energy storage cells or round cells preferably has a value between 5 and 30, preferably between 7 and 15, and particularly preferably between 9 and 11. The length-to-diameter ratio is the quotient of the length of the cell housing of the round cell in the numerator and the diameter of the cell housing of the round cell in the denominator. In a preferred embodiment, the round cells can, for example, have an (external) diameter of approximately 45 mm to 55 mm. Furthermore, the round cells can advantageously have a length of 360 mm to 1,100 mm, preferably from approx. 450 mm to 600 mm, and particularly preferably from approx. 520 mm to 570 mm.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass die Rundzellen aus beschichteten Elektrodenhalbzeugen hergestellt sind. Zweckmäßig ist das Kathodenmaterial bzw. das Anodenmaterial jeweils auf Trägerschichten bzw. Trägerschichtbahnen des jeweiligen Elektrodenhalbzeugs aufgebracht. Beispielsweise kann das Kathodenmaterial auf eine Kathodenträgerschicht (zum Beispiel Aluminium) und das Anodenmaterial auf eine Anodenträgerschicht (zum Beispiel Kupfer) durch Beschichten aufgebracht werden.According to the technology disclosed here, it can be provided that the round cells are made from coated semi-finished electrode products. The cathode material or the anode material is expediently applied to carrier layers or carrier layer webs of the respective semifinished electrode. For example, the cathode material can be applied to a cathode carrier layer (for example aluminum) and the anode material can be applied to an anode carrier layer (for example copper) by coating.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass die Rundzellen mindestens ein beschichtetes Elektrodenhalbzeug umfassen, das keine mechanische Trennkante senkrecht und/oder parallel zur Längsachse der Rundzellen aufweist, die nach der Beschichtung der Elektrodenhalbzeuge durch einen Trennverfahrensschritt erzeugt wurde.According to the technology disclosed here, it can be provided that the round cells comprise at least one coated electrode semifinished product that has no mechanical separating edge perpendicular and / or parallel to the longitudinal axis of the round cells, which was produced by a separating process step after the electrode semifinished products were coated.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann vorgesehen sein, dass die Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen jeweils mindestens ein beschichtetes Elektrodenhalbzeug mit rechteckförmigem Querschnitt umfassen, wobei die Länge der längeren Seite des Elektrodenhalbzeugs im Wesentlichen einer Gesamtbreite einer Trägerschichtbahn entspricht oder übertrifft, die zur Ausbildung des Elektrodenhalbzeugs mit Anodenmaterial oder Kathodenmaterial beschichtet wurde, so dass das Elektrodenhalbzeug nach der Beschichtung ohne weiteren Trennverfahrensschritt in Längsrichtung der Trägerschichtbahn wickelbar ist bzw. war.According to the technology disclosed here, it can be provided that the energy storage cells or round cells each comprise at least one coated electrode semifinished product with a rectangular cross-section, the length of the longer side of the electrode semifinished product essentially corresponding to or exceeding the total width of a carrier layer web that is used to form the electrode semifinished product with anode material or cathode material has been coated, so that the electrode semifinished product can or could be wound in the longitudinal direction of the carrier layer web after the coating without a further separation process step.
Gemäß der hier offenbarten Technologie verlaufen die Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen bevorzugt in ihrer Einbaulage im Wesentlichen parallel (d.h. parallel, eventuell mit Abweichungen, die für die Funktion unerheblich sind) zur Fahrzeugquerachse Y. Die Fahrzeugquerachse ist diejenige Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und horizontal verläuft. Die Energiespeicherzellen können jedoch auch parallel zur Fahrzeuglängsachse X verlaufen. Sie können auch andersartig angeordnet sein.According to the technology disclosed here, the energy storage cells or round cells preferably run essentially parallel in their installation position (i.e. parallel, possibly with deviations that are irrelevant for the function) to the vehicle transverse axis Y. The vehicle transverse axis is the axis that is perpendicular in the normal position of the motor vehicle to the vehicle's longitudinal axis X and runs horizontally. However, the energy storage cells can also run parallel to the longitudinal axis X of the vehicle. They can also be arranged differently.
Die Energiespeicherzellen sind typischerweise innerhalb des Speichergehäuses in Richtung der Fahrzeughochachse Z in mehreren Lagen angeordnet. Die Fahrzeughochachse ist dabei die Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und vertikal verläuft. Eine Lage von Energiespeicherzellen ist dabei insbesondere eine Vielzahl an Energiespeicherzellen, die in einer gleichen Ebene im Speichergehäuse verbaut sind und im Wesentlichen denselben Abstand zum Boden des Speichergehäuses aufweisen. Vorteilhaft variiert die Anzahl an Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse X. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann das Speichergehäuse eine Oberseite aufweisen, die in ihrer äußeren Gehäusekontur an die untere Innenkontur einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angepasst ist, wobei in der Einbaulage die Gesamthöhe der mehreren Lagen zur Anpassung an die Gehäusekontur in Richtung der Fahrzeuglängsachse dadurch variiert wird, dass in einem ersten Bereich einer Lage unmittelbar benachbarte Rundzellen der Lage in der Einbaulage in Richtung der Fahrzeuglängsachse weiter voneinander beabstandet sind als unmittelbar benachbarte Rundzellen in einem zweiten Bereich derselben Lage, so dass vorteilhaft im ersten Bereich eine weitere Rundzelle einer anderen Lage weiter in einem von den im ersten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten ersten Zwischenbereich eindringt als eine identisch ausgebildete weitere Rundzelle der anderen Lage, die in einem von im zweiten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten zweiten Zwischenbereich eindringt. Die Gesamthöhe der mehreren Lagen bemisst sich vom Boden des Speichergehäuses bis zum oberen Ende der obersten Lage an der jeweiligen Stelle im Speichergehäuse. Die Innenkontur der Fahrgastzelle ist die Kontur, die den einem Fahrzeugnutzer zugänglichen Innenraum der Fahrgastzelle begrenzt. Insbesondere kann die Gehäusekontur derart an die Innenkontur angepasst sein, dass zwischen der Oberseite des Speichergehäuses und der Innenkontur der Fahrgastzelle ein zweckmäßig gleichbleibender Spalt vorgesehen ist, der bevorzugt weniger als 15 cm oder weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm beträgt.The energy storage cells are typically arranged in several layers within the storage housing in the direction of the vertical axis Z of the vehicle. The vertical axis of the vehicle is the axis which, in the normal position of the motor vehicle, runs perpendicular to the vehicle longitudinal axis X and vertically. A layer of energy storage cells is in particular a multiplicity of energy storage cells which are installed in the same plane in the storage housing and are essentially at the same distance from the bottom of the storage housing. The number of layers advantageously varies in the direction of the vehicle's longitudinal axis X. According to the technology disclosed here, the storage housing can have a top side whose outer housing contour is adapted to the lower inner contour of a passenger compartment of the motor vehicle, with the total height of the multiple layers in the installed position Adaptation to the housing contour in the direction of the vehicle longitudinal axis is varied in that in a first area of a position immediately adjacent round cells of the position in the installation position are further spaced apart in the direction of the vehicle longitudinal axis than immediately adjacent round cells in a second area of the same position, so that advantageously in In the first area, a further round cell of another layer further in one of the first intermediate area formed in the first area directly adjacent round cells penetrates than an identically formed further round cell of the other layer, which is in one of the second area unm penetrates the second intermediate area formed in the middle of adjacent round cells. The total height of the multiple layers is measured from the bottom of the storage housing to the upper end of the top layer at the respective point in the storage housing. The inner contour of the passenger cell is the contour that delimits the interior space of the passenger cell that is accessible to a vehicle user. In particular, the housing contour can be adapted to the inner contour in such a way that an expediently constant gap is provided between the top of the storage housing and the inner contour of the passenger compartment, which is preferably less than 15 cm or less than 10 cm or less than 5 cm.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann sich mindestens eine in der Einbaulage der Energiespeichereinrichtung unterste Lage der mehreren Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse von einem in der Einbaulage am vorderen Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden vorderen Fußbereich des Speichergehäuses bis zu einem Sitzbereich des Speichergehäuses erstrecken, wobei der Sitzbereich an die Rücksitzbank des Kraftfahrzeugs angrenzt.According to the technology disclosed here, at least one can be in the installation position of the Energy storage device lowest position of the plurality of layers in the direction of the vehicle longitudinal axis from a front foot area of the storage housing that is adjacent in the installation position to the front footwell of the motor vehicle to a seat area of the storage housing, the seat area adjoining the rear seat bench of the motor vehicle.
Gemäß der hier offenbarten Technologie können in zumindest einem der am vorderen oder hinteren Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden Fußbereiche des Speichergehäuses weniger Lagen angeordnet sein als in einem Sitzbereich des Speichergehäuses, wobei der Sitzbereich an den Vordersitzen und/oder den Rücksitzen (zum Beispiel Einzelsitze oder Rücksitzbank) des Kraftfahrzeugs angrenzt. Vorteilhaft kann also vorgesehen sein, dass beispielsweise im vorderen und/oder hinteren Fußbereich lediglich eine unterste Lage an Energiespeicherzellen im Speichergehäuse vorgesehen ist, wohingegen im vorderen und/oder hinteren Sitzbereich mehrere Lagen übereinandergestapelt vorgesehen sind. Das hat den Vorteil, dass insbesondere der Bauraum unterhalb der Vordersitze bzw. unterhalb der Rücksitze effizienter genutzt werden kann, um somit die elektrische Speicherkapazität des Kraftfahrzeugs zu verbessern.According to the technology disclosed here, fewer layers can be arranged in at least one of the foot areas of the storage housing adjoining the front or rear footwell of the motor vehicle than in a seat area of the storage housing, with the seat area on the front seats and / or the rear seats (for example individual seats or rear bench) of the motor vehicle is adjacent. It can therefore advantageously be provided that, for example, only a lowermost layer of energy storage cells is provided in the storage housing in the front and / or rear foot area, whereas several layers are stacked one on top of the other in the front and / or rear seat area. This has the advantage that, in particular, the installation space below the front seats or below the rear seats can be used more efficiently in order to improve the electrical storage capacity of the motor vehicle.
In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Energiespeicherzellen einer Lage durch einen über die Mehrzahl an Energiespeicherzellen derselben Lage aufgebrachten Klebstoff miteinander verbunden sind. Zweckmäßig kann der Klebstoff erst aufgebracht werden, nachdem die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage zueinander positioniert worden sind, beispielsweise nach dem Anordnen der Energiespeicherzellen in das Speichergehäuse. Vorteilhaft können somit die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage kostengünstig und platzsparend relativ zueinander fixiert werden. Als Klebstoff kann beispielsweise Polyurethan, Polyamid oder Polyethylen eingesetzt werden.In one embodiment, it can be provided that the plurality of energy storage cells in one layer are connected to one another by an adhesive applied over the plurality of energy storage cells in the same layer. The adhesive can expediently only be applied after the individual energy storage cells of a layer have been positioned with respect to one another, for example after the energy storage cells have been arranged in the storage housing. The individual energy storage cells of a layer can thus advantageously be fixed relative to one another in a cost-effective and space-saving manner. Polyurethane, polyamide or polyethylene, for example, can be used as the adhesive.
Gemäß der hier offenbarten Technologie können zwischen zumindest zwei Lagen der Energiespeicherzellen Kühlelemente zur Kühlung der Energiespeicherzellen vorgesehen sein, die bevorzugt zumindest teilweise wellenförmig im Querschnitt senkrecht zur Fahrzeugquerachse Y ausgebildet sein können. In einer Ausgestaltung können die Kühlelemente an einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.According to the technology disclosed here, cooling elements for cooling the energy storage cells can be provided between at least two layers of the energy storage cells, which can preferably be at least partially wave-shaped in cross section perpendicular to the vehicle transverse axis Y. In one embodiment, the cooling elements can be connected to a cooling circuit of the motor vehicle.
Die hier beschriebenen Strompfade sind insbesondere durch geeignete Verbindungen der Energiespeicherzellen realisiert. Dies kann insbesondere bedeuten, dass entlang eines Strompfads geeignete leitfähige Materialien verwendet werden, um Pole der Energiespeicherzellen miteinander zu verbinden. Entlang eines Systemstrompfads sind dabei typischerweise jeweils ein Plus- und ein Minuspol von im Systemstrompfad hintereinander geschalteten Energiespeicherzellen verbunden. Entlang eines Parallelstrompfads sind typischerweise Pole gleicher Polarität miteinander verbunden. Es können insbesondere auch Verbindungen zwischen Polen unterschiedlicher Polarität miteinander verbunden sein, d.h. jede Verbindung bzw. Verbindungsstelle verbindet einen Pluspol mit einem Minuspol entlang des Systemstrompfads und ein Parallelstrompfad verbindet zumindest zwei solcher Verbindungsstellen. Typischerweise ist also ein Parallelstrompfad zwischen zwei Verbindungen bzw. Verbindungsstellen ausgebildet, wobei jede der Verbindungen bzw. Verbindungsstellen entlang eines jeweiligen Systemstrompfads entgegengesetzte Pole von Energiespeicherzellen miteinander verbindet.The current paths described here are implemented in particular by means of suitable connections between the energy storage cells. This can mean in particular that suitable conductive materials are used along a current path in order to connect poles of the energy storage cells to one another. A plus and a minus pole of energy storage cells connected in series in the system current path are typically connected along a system current path. Poles of the same polarity are typically connected to one another along a parallel current path. In particular, connections between poles of different polarity can also be connected to one another, i.e. each connection or connection point connects a positive pole with a negative pole along the system current path and a parallel current path connects at least two such connection points. A parallel current path is thus typically formed between two connections or connection points, each of the connections or connection points connecting opposite poles of energy storage cells to one another along a respective system current path.
Die Strompfade bzw. deren Verbindungsstellen sind insbesondere durch Verbindungen, Verbindungselemente bzw. Verbindungsplatten realisiert, die außerhalb der Energiespeicherzellen angeordnet sind. Sie können auch integral mit den Energiespeicherzellen ausgeführt sein.The current paths or their connection points are implemented in particular by connections, connection elements or connection plates which are arranged outside the energy storage cells. They can also be designed integrally with the energy storage cells.
Die Parallelstrompfade können insbesondere beidseitig bzw. an beiden Längsenden und/oder gegenüberliegenden Polen der Energiespeicherzellen vorgesehen sein. Sie können insbesondere zwischen jeweils äquivalenten Stellen bzw. Spannungen in den Systemstrompfaden vorgesehen sein. Somit können Parallelströme nicht nur zwischen Verbindungsstellen, sondern auch durch Energiespeicherzellen und dabei beispielsweise auch durch insgesamt zwei Parallelstrompfade fließen.The parallel current paths can in particular be provided on both sides or at both longitudinal ends and / or opposite poles of the energy storage cells. In particular, they can be provided between equivalent points or voltages in the system current paths. Thus, parallel currents can flow not only between connection points, but also through energy storage cells and, for example, also through a total of two parallel current paths.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung hat jeder Parallelstrompfad eine Stromtragfähigkeit von höchstens 20 A. Die Parallelstrompfade können auch eine Stromtragfähigkeit von höchstens 15 A oder höchstens 25 A haben. Es kann auch eine Stromtragfähigkeit zwischen 15 A und 25 A vorgesehen sein. Dies gilt für jeden Parallelstrompfad separat. Die Stromtragfähigkeit eines Parallelstrompfads ist typischerweise derjenige Wert, bis zu welchem ein Strom entlang eines jeweiligen Parallelstrompfads fließen kann. Wird dieser Strom überschritten, so wird aufgrund der Ausbildung des Parallelstrompfads bzw. der hierfür verwendeten Materialien typischerweise dafür gesorgt, dass ein weiterer Stromfluss oder zumindest eine weitere Erhöhung des Stroms nicht mehr möglich ist.According to a preferred embodiment, each parallel current path has a current carrying capacity of at most 20 A. The parallel current paths can also have a current carrying capacity of at most 15 A or at most 25 A. A current carrying capacity between 15 A and 25 A can also be provided. This applies separately to each parallel current path. The current carrying capacity of a parallel current path is typically that value up to which a current can flow along a respective parallel current path. If this current is exceeded, then due to the formation of the parallel current path or the materials used for this, it is typically ensured that a further current flow or at least a further increase in the current is no longer possible.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass jeder Parallelstrompfad eine Stromtragfähigkeit von höchsten 5 % der Stromtragfähigkeit von jedem Systemstrompfad hat. Dies kann insbesondere bedeuten, dass bei Vergleich von jedem Parallelstrompfad mit jedem Systemstrompfad die Stromtragfähigkeit des jeweiligen Parallelstrompfads höchsten 5 % der Stromtragfähigkeit des jeweiligen Systemstrompfads aufweist. Auch andere Werte als 5 % können hier verwendet werden, beispielweise höchsten 3 % oder höchsten 7 %. Derartige Werte haben sich für typische Anwendungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, als vorteilhaft erwiesen.In particular, it can also be provided that each parallel current path has a current-carrying capacity of at most 5% of the current-carrying capacity of each system current path. This can mean in particular that when comparing each parallel current path with each system current path, the current carrying capacity of the respective parallel current path is at most 5% the current carrying capacity of the respective system current path. Values other than 5% can also be used here, for example a maximum of 3% or a maximum of 7%. Such values have proven to be advantageous for typical applications, in particular in motor vehicles.
Insbesondere können die Parallelstrompfade als Schmelzsicherungen ausgeführt sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass der jeweilige Parallelstrompfad bzw. der den Parallelstrompfad ausbildende elektrische Leiter so ausgeführt ist, dass bei einer Überschreitung der Stromtragfähigkeit kurzfristig eine Erwärmung erfolgt, welche den Parallelstrompfad unterbricht bzw. das den Parallelstrompfad ausbildende Material zumindest entlang eines gewissen Abschnitts zerstört. Ein weiterer Stromfluss entlang des Parallelstrompfads ist dann nicht mehr möglich.In particular, the parallel current paths can be designed as fuses. This can mean in particular that the respective parallel current path or the electrical conductor forming the parallel current path is designed in such a way that if the current-carrying capacity is exceeded, heating takes place briefly, which interrupts the parallel current path or destroys the material forming the parallel current path at least along a certain section. A further flow of current along the parallel current path is then no longer possible.
Allgemeiner ausgedrückt können die Parallelstrompfade insbesondere dazu ausgebildet sein, sich bei Überschreitung der Stromtragfähigkeit zu unterbrechen. Dies bedeutet, dass wenn ein Strom fließt, welcher die Stromtragfähigkeit überschreitet, so unterbricht sich der entsprechende Parallelstrompfad aufgrund seiner Ausbildung von selbst und unterbindet den weiteren Stromfluss. Insbesondere können entsprechende Materialien, welche die Parallelstrompfade ausbilden, entsprechend ausgebildet sein.In more general terms, the parallel current paths can in particular be designed to be interrupted when the current-carrying capacity is exceeded. This means that if a current flows which exceeds the current-carrying capacity, the corresponding parallel current path interrupts itself due to its formation and prevents further current flow. In particular, corresponding materials that form the parallel current paths can be designed accordingly.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere entlang der Systemstrompfade und entlang der Parallelstrompfade durch elektrisch leitende Verbindungsplatten elektrisch verbunden sein. Insbesondere können die Verbindungsstellen und die Parallelstrompfade durch elektrisch leitende Verbindungsplatten ausgebildet sein. Typischerweise bildet dabei eine Verbindungsplatte zwei oder mehr Verbindungsstellen und dazwischenliegende Parallelstrompfade aus. Jede Verbindungsstelle verbindet dabei wie erwähnt zwei Pole. Eine Verbindungsplatte kann dabei mit einem möglichst großen Querschnitt entlang einer Verbindungsstelle für gute Stromtragfähigkeit ausgebildet sein. Eine Stromtragfähigkeit entlang eines Systemstrompfads bzw. einer Verbindungsstelle kann dabei insbesondere einen Wert von mindestens 500 A oder 1.000 A oder von höchsten 1.500 A aufweisen. Auch andere Werte sind hier jedoch je nach Anwendung möglich. Für eine schlechtere Stromtragfähigkeit, beispielsweise zur Ausbildung eines Parallelstrompfads, kann insbesondere ein kleinerer Querschnitt verwendet werden. Eine Verbindungsplatte verbindet dabei typischerweise jeweils zwei Energiespeicherzellen entlang jedes Systemstrompfads und verbindet die Systemstrompfade entlang einem oder mehreren Parallelstrompfaden.The energy storage cells can in particular be electrically connected along the system current paths and along the parallel current paths by electrically conductive connection plates. In particular, the connection points and the parallel current paths can be formed by electrically conductive connection plates. Typically, a connection plate forms two or more connection points and parallel current paths in between. As mentioned, each connection point connects two poles. A connection plate can be designed with the largest possible cross-section along a connection point for good current-carrying capacity. A current carrying capacity along a system current path or a connection point can in particular have a value of at least 500 A or 1,000 A or a maximum of 1,500 A. However, other values are also possible here, depending on the application. For a poorer current-carrying capacity, for example to form a parallel current path, in particular a smaller cross section can be used. A connection plate typically connects two energy storage cells along each system current path and connects the system current paths along one or more parallel current paths.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere entlang der Parallelstrompfade durch elektrisch leitende Stege verbunden sein. Insbesondere können die Parallelstrompfade durch elektrisch leitende Stege, insbesondere der Verbindungsplatten, ausgebildet sein. Diese elektrisch leitenden Stege können insbesondere einen kleineren und insbesondere deutlich kleineren Querschnitt als die Verbindungen entlang der Systemstrompfade haben. Beispielsweise können sie einen Querschnitt haben, der höchstens 10 %, höchstens 7 %, höchstens 5 % oder höchstens 3 % der Querschnitte der Verbindungsstellen bzw. entlang der Systemstrompfade beträgt. Die Stege können insbesondere als Bestandteil der bereits erwähnten Verbindungsplatten ausgebildet sein. Dadurch kann in einfacher Weise erreicht werden, dass die Parallelstrompfade eine kleinere Stromtragfähigkeit haben.The energy storage cells can in particular be connected by electrically conductive webs along the parallel current paths. In particular, the parallel current paths can be formed by electrically conductive webs, in particular the connecting plates. These electrically conductive webs can in particular have a smaller and, in particular, significantly smaller cross section than the connections along the system current paths. For example, they can have a cross section which is at most 10%, at most 7%, at most 5% or at most 3% of the cross sections of the connection points or along the system current paths. The webs can in particular be designed as part of the connecting plates already mentioned. In this way, it can be achieved in a simple manner that the parallel current paths have a lower current carrying capacity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind entlang jedes Systemstrompfads Verbindungsstellen zwischen Anschlüssen von Energiespeicherzellen, bevorzugt jeweils zwei Energiespeicherzellen, mit unterschiedlicher Polarität ausgebildet, wobei ferner die Parallelstrompfade zwischen jeweils mindestens zwei Verbindungsstellen ausgebildet sind. Dadurch kann ein hoher Strom entlang der Systemstrompfade fließen, wohingegen entlang der Parallelstrompfade lediglich ein begrenzter Strom fließen kann. Die Verbindungsstellen können beispielsweise mit den bereits weiter oben genannten Verbindungsplatten ausgebildet bzw. realisiert sein. Mittels entsprechender Verbindungsplatten kann insbesondere vorgegebenen Kombinationen aus Systemstrompfaden und Parallelstrompfaden, insbesondere der gewünschten Anzahl von Systemstrompfaden, Rechnung getragen werden. So können beispielsweise unterschiedliche Verbindungsplatten verwendet werden, je nachdem, ob zwei, drei oder mehr Lagen von Energiespeicherzellen verwendet werden, und je nachdem, wie viele Systemstrompfade innerhalb dieser Energiespeicherzellen ausgebildet werden sollen.According to a preferred embodiment, connection points between connections of energy storage cells, preferably two energy storage cells, with different polarity are formed along each system current path, the parallel current paths also being formed between each at least two connection points. As a result, a high current can flow along the system current paths, whereas only a limited current can flow along the parallel current paths. The connection points can be designed or implemented, for example, with the connection plates already mentioned above. By means of corresponding connection plates, in particular, predetermined combinations of system current paths and parallel current paths, in particular the desired number of system current paths, can be taken into account. For example, different connection plates can be used, depending on whether two, three or more layers of energy storage cells are used, and depending on how many system current paths are to be formed within these energy storage cells.
Längsachsen der Energiespeicherzellen können insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies ermöglicht eine kompakte Anordnung, welche vorhandene Bauräume in vorteilhafter Weise ausnutzen kann.Longitudinal axes of the energy storage cells can in particular be aligned parallel to one another. This enables a compact arrangement which can advantageously utilize existing installation space.
Verbindungen bzw. Verbindungsstellen entlang eines Systemstrompfads wechseln sich typischerweise bezüglich jeweiliger Längsenden der Energiespeicherzellen ab. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass Verbindungsstellen eines Systemstrompfads abwechselnd an einer linken Seite und einer rechten Seite des Kraftfahrzeugs (bei Einbau der Energiespeicherzellen quer zur Fahrzeuglängsachse X) oder abwechselnd vorne und hinten (bei Einbau der Energiespeicherzellen parallel zur Fahrzeuglängsachse X) verlaufen.Connections or connection points along a system current path typically alternate with respect to the respective longitudinal ends of the energy storage cells. This can mean, for example, that connection points of a system current path alternately run on a left side and a right side of the motor vehicle (when installing the energy storage cells transversely to the vehicle longitudinal axis X) or alternately at the front and rear (when installing the energy storage cells parallel to the vehicle longitudinal axis X).
Die Energiespeicherzellen können insbesondere in einer, zwei, drei oder mehr Lagen angeordnet sein. Gemäß einer möglichen Ausführung verläuft jeder Systemstrompfad entlang einer der Lagen. Dies ermöglicht eine einfache Ausführung und die Verwendung identischer Verbindungselemente bzw. Verbindungsplatten, zumindest außerhalb von Unterbrechungen, wie sie beispielsweise weiter unten noch näher beschrieben werden.The energy storage cells can in particular be in one, two, three or more layers be arranged. According to one possible embodiment, each system current path runs along one of the layers. This enables a simple design and the use of identical connecting elements or connecting plates, at least outside of interruptions, as will be described in more detail below, for example.
Gemäß einer Ausführung sind die Energiespeicherzellen in einer ersten Lage und einer zweiten Lage angeordnet. Ein erster Systemstrompfad, ein zweiter Systemstrompfad und ein dritter Systemstrompfad können dabei vorgesehen sein. Jeder Systemstrompfad kann dabei entlang drei unmittelbar benachbarten Energiespeicherzellen einer Lage und dann weiter entlang drei unmittelbar benachbarten Energiespeicherzellen der anderen Lage, welche um eine Energiespeicherzelle oder um eineinhalb Energiespeicherzellen beabstandet sind, verlaufen. Die Beabstandung ist dabei insbesondere entlang einer Richtung zu sehen, entlang welcher die Energiespeicherzellen einer jeweiligen Lage nebeneinander angeordnet sind, beispielsweise entlang einer Fahrzeuglängsachse X oder einer Fahrzeugquerachse Y bzw. in einer Horizontalen, wenn das Kraftfahrzeug auf einem ebenen Untergrund steht. Die Beabstandung kann insbesondere auch entlang einer durch die Systemstrompfade vorgegebenen Richtung definiert sein. Eine solche Ausführung hat sich als besonders vorteilhaft dahingehend erwiesen, wenn drei Systemstrompfade bei einer Anordnung mit zwei Lagen von Energiespeicherzellen vorgesehen werden sollen. Dabei können standardisierte und beliebig oft wiederverwendbare Verbindungselemente bzw. Verbindungsplatten verwendet werden.According to one embodiment, the energy storage cells are arranged in a first layer and a second layer. A first system flow path, a second system flow path and a third system flow path can be provided. Each system current path can run along three immediately adjacent energy storage cells in one layer and then further along three immediately adjacent energy storage cells in the other layer, which are spaced apart by one energy storage cell or one and a half energy storage cells. The spacing can be seen in particular along a direction along which the energy storage cells of a respective layer are arranged next to one another, for example along a vehicle longitudinal axis X or a vehicle transverse axis Y or in a horizontal plane when the motor vehicle is on a level surface. The spacing can in particular also be defined along a direction predetermined by the system current paths. Such an embodiment has proven to be particularly advantageous to the extent that three system current paths are to be provided in an arrangement with two layers of energy storage cells. Standardized connecting elements or connecting plates that can be reused as often as required can be used.
Ein Verlauf eines Systemstrompfads entlang mehreren Energiespeicherzellen einer Lage bedeutet typischerweise, dass der Systemstrompfad entlang unmittelbar benachbarten Zellen dieser Lage verläuft. Die Zellen sind entsprechend miteinander verbunden.A course of a system current path along a plurality of energy storage cells in a layer typically means that the system current path extends along immediately adjacent cells in this layer. The cells are connected to one another accordingly.
Zu den hierin beschriebenen Verläufen von Systemstrompfaden sei angemerkt, dass diese grundsätzlich nach dem jeweils angegebenen Verlauf entsprechend fortgeführt werden können, wobei dann typischerweise der Verlauf wieder wie beschrieben verläuft. Die beschriebenen Verläufe können somit grundsätzlich beliebig oft hintereinander verwendet werden.With regard to the courses of system flow paths described here, it should be noted that these can in principle be continued according to the respectively specified course, the course then typically running again as described. The curves described can therefore basically be used as often as required.
Eine Beabstandung um eine ganze Energiespeicherzelle oder mehrere ganze Energiespeicherzellen kann dabei insbesondere vorkommen, wenn Energiespeicherzellen unterschiedlicher Lagen unmittelbar übereinander angeordnet sind, ohne dass deren Mittelpunkte zueinander versetzt sind. Sind die Zellen unmittelbar benachbarter Lagen um eine halbe Energiespeicherzelle zueinander versetzt, so dass beispielsweise im Querschnitt gesehen ein Mittelpunkt einer Energiespeicherzelle einer Lage unter oder über einer Mitte zwischen zwei Mittelpunkten von Energiespeicherzellen einer unmittelbar darüber oder darunter angeordneten Lage liegt, so können insbesondere auch Beabstandungen von einer halben Energiespeicherzelle, eineinhalb Energiespeicherzellen, etc. vorkommen.A spacing by an entire energy storage cell or a plurality of entire energy storage cells can occur in particular when energy storage cells of different layers are arranged directly one above the other without their center points being offset from one another. If the cells of directly adjacent layers are offset from one another by half an energy storage cell, so that, for example, when viewed in cross section, a center point of an energy storage cell in one layer is below or above a center between two centers of energy storage cells in a layer immediately above or below, then in particular distances of half an energy storage cell, one and a half energy storage cells, etc. occur.
Zur möglichen Ausführung der Verbindungen zwischen den Energiespeicherzellen sei auf die beiliegende Zeichnung sowie die weiter unten gegebene Beschreibung verwiesen, wo entsprechende Ausführungen beschrieben sind, welche insbesondere auch als Bestandteil der Offenbarung anzusehen sind.For possible implementation of the connections between the energy storage cells, reference is made to the accompanying drawing and the description given below, where corresponding designs are described, which in particular are also to be regarded as part of the disclosure.
Gemäß einer Ausführung können die Energiespeicherzellen in einer ersten Lage, einer zweiten Lage und einer dritten Lage angeordnet sein. Der erste Systemstrompfad kann dabei abwechselnd zwischen zwei unmittelbar benachbarten Energiespeicherzellen der ersten Lage und einer Energiespeicherzelle der zweiten Lage verlaufen, und der zweite Systemstrompfad kann abwechselnd zwischen zwei unmittelbar benachbarten Energiespeicherzellen der dritten Lage und einer Energiespeicherzelle der zweiten Lage verlaufen. Die jeweilige Energiespeicherzelle der zweiten Lage kann dabei entlang der Erstreckung der Lagen gesehen, beispielsweise horizontal gesehen, weiter einer Richtung folgend angeordnet sein. Dadurch kann eine vorteilhafte Konfiguration mit drei Lagen und trotzdem nur zwei Systemstrompfaden erreicht werden, wobei auch in diesem Fall eine sehr begrenzte Anzahl von typischerweise zu verwendenden Verbindungselementen bzw. Verbindungsplatten zwischen den Energiespeicherzellen benötigt wird. Die zweite Lage kann insbesondere zwischen der ersten Lage und der dritten Lage angeordnet sein.According to one embodiment, the energy storage cells can be arranged in a first layer, a second layer and a third layer. The first system current path can alternately run between two directly adjacent energy storage cells of the first layer and one energy storage cell of the second layer, and the second system current path can alternate between two immediately adjacent energy storage cells of the third layer and an energy storage cell of the second layer. The respective energy storage cell of the second layer can in this case, viewed along the extent of the layers, for example viewed horizontally, be arranged further following one direction. As a result, an advantageous configuration with three layers and still only two system current paths can be achieved, with a very limited number of connecting elements or connecting plates typically to be used between the energy storage cells being required in this case as well. The second layer can in particular be arranged between the first layer and the third layer.
Gemäß einer Ausführung sind in einer oder mehreren Lagen eine oder mehrere Unterbrechungen ausgebildet. In einer Unterbrechung sind keine Energiespeicherzellen vorhanden. Anders ausgedrückt kann ein Abstand zwischen Energiespeicherzellen einer Lage in einer Unterbrechung größer sein als sonst. Die Systemstrompfade können die Unterbrechung überbrücken. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass mindestes einer oder einige der Systemstrompfade seitlich zur Unterbrechung verlaufen. Damit können beispielsweise Energiespeicherzellen miteinander verbunden werden, welche unmittelbar an die Unterbrechung angrenzen. Angrenzend an jede Unterbrechung kann der Verlauf der Systemstrompfade abweichen. Auch hierfür können geeignete Verbindungselemente bzw. Verbindungsplatten vorgesehen sein, welche je nach Anzahl der Lagen, Anzahl der Systemstrompfade und Größe der Unterbrechung verwendet werden können. Bei einer Unterbrechung können sich Systemstrompfade, welche ansonsten entlang einer Lage verlaufen, beispielsweise überkreuzen. Insbesondere können Verbindungen, Verbindungsstellen, Verbindungselemente bzw. Verbindungsplatten dazu ausgebildet sein, seitlich einer Unterbrechung zu verlaufen, also insbesondere an jeweiligen Längsenden der Energiespeicherzellen.According to one embodiment, one or more interruptions are formed in one or more layers. No energy storage cells are present in an interruption. In other words, a distance between energy storage cells of a layer in an interruption can be greater than usual. The system current paths can bridge the interruption. This can mean, for example, that at least one or some of the system current paths run to the side of the interruption. In this way, for example, energy storage cells that directly adjoin the interruption can be connected to one another. The course of the system flow paths can deviate adjacent to each interruption. Suitable connecting elements or connecting plates can also be provided for this, which can be used depending on the number of layers, the number of system current paths and the size of the interruption. In the event of an interruption, system flow paths, which otherwise run along a layer, for example cross over. In particular, connections, connection points, connection elements or connection plates can be designed to run to the side of an interruption, that is to say in particular at the respective longitudinal ends of the energy storage cells.
Die Energiespeicherzellen können insbesondere mittels eines Typs oder mehrerer unterschiedlicher Typen von Verbindungsplatten an ihren Längsenden miteinander verbunden sein. Insbesondere genügen für die meisten Ausführungen eine, zwei oder drei unterschiedliche Typen von Verbindungsplatten, wie weiter unten mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert wird. Derartige Verbindungsplatten können insbesondere für eine entsprechende Konfiguration von Lagen und Systemstrompfaden sowie für eventuelle Unterbrechungen ausgebildet werden. Dies erlaubt es, über eine beliebige Ausdehnung mit einer sehr begrenzten Anzahl von Verbindungsplatten geeignete elektrische Verbindungen herzustellen. Wie weiter unten mit Bezug auf die Zeichnung noch genauer beschrieben wird genügt bei einfachen Ausführungen ein Typ von Verbindungsplatten. Bei komplexeren Ausführungen und/oder Unterbrechungen können beispielsweise zwei, drei oder vier unterschiedliche Typen von Verbindungsplatten verwendet werden. Allgemeiner kann bei den Verbindungsplatten auch von Zellverbindern gesprochen werden.The energy storage cells can in particular be connected to one another at their longitudinal ends by means of one type or several different types of connecting plates. In particular, one, two or three different types of connecting plates are sufficient for most designs, as will be explained in more detail below with reference to the drawings. Such connecting plates can be designed in particular for a corresponding configuration of layers and system flow paths as well as for possible interruptions. This allows suitable electrical connections to be made over any expansion with a very limited number of connection plates. As will be described in more detail below with reference to the drawing, one type of connecting plate is sufficient for simple designs. In the case of more complex designs and / or interruptions, two, three or four different types of connecting plates can be used, for example. In more general terms, the connection plates can also be referred to as cell connectors.
Die Verbindungsplatten können eben ausgeführt sein, sie können jedoch auch gebogen oder mit einem andersartigen Verlauf ausgeführt sein. Sie können eine konstante Dicke, jedoch auch eine nicht konstante Dicke aufweisen.The connecting plates can be made flat, but they can also be curved or designed with a different course. They can have a constant thickness, but also a non-constant thickness.
Gemäß einer möglichen Ausführung sind die Energiespeicherzellen als prismatische Zellen ausgebildet. Auch in diesem Fall kann das hier beschriebene Konzept verwendet werden, Parallelstrompfade mit deutlich geringerer Stromtragfähigkeit im Vergleich zu den Systemstrompfaden zu verwenden.According to one possible embodiment, the energy storage cells are designed as prismatic cells. In this case, too, the concept described here can be used to use parallel current paths with a significantly lower current carrying capacity compared to the system current paths.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben. Bezüglich der Energiespeichereinrichtung können alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten verwendet werden.The technology disclosed here also relates to a motor vehicle with an energy storage device as described herein. With regard to the energy storage device, all of the embodiments and variants described herein can be used.
Mit anderen Worten gibt es in einem elektrischen Speichersystem typischerweise mehrere Parallel- und Serienschaltungen, wodurch Systemstrom und Parallelstrom bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik sich typischerweise den gleichen elektrischen Pfad teilen. Parallelströme entstehen typischerweise durch leicht unterschiedliche elektrische Innenwiderstände von parallel geschalteten Energiespeicherzellen .In other words, there are typically several parallel and series connections in an electrical storage system, as a result of which system current and parallel current in embodiments according to the prior art typically share the same electrical path. Parallel currents typically arise from slightly different electrical internal resistances of energy storage cells connected in parallel.
Bei einem thermischen Ereignis in einer Energiespeicherzelle bzw. Batteriezelle kann die jeweilige Zelle niederohmig werden bzw. wird intern kurzgeschlossen. In einer solchen Situation kann es passieren, dass alle parallel geschalteten Zellen ebenfalls durch die niederohmige Zelle kurzgeschlossen werden. Ein solches Kurzschlussereignis (in parallel geschalteten Zellen) kann diese Zellen thermisch zusätzlich belasten, womit die Zellentemperatur ansteigt. Damit erhöht sich das Risiko eines weiteren thermischen Ereignisses in der bereits kurzgeschlossenen Zelle.In the event of a thermal event in an energy storage cell or battery cell, the respective cell can become low-resistance or is short-circuited internally. In such a situation it can happen that all cells connected in parallel are also short-circuited by the low-resistance cell. Such a short-circuit event (in cells connected in parallel) can put additional thermal stress on these cells, causing the cell temperature to rise. This increases the risk of a further thermal event in the cell that has already been short-circuited.
Es werden deshalb hierin Zellverbindungskonzepte vorgeschlagen, die es ermöglichen, den Parallelstrompfad aus dem Systemstrompfad zu trennen. Der Parallelstrompfad wird insbesondere mit erheblich kleinerer Stromtragfähigkeit dargestellt, so dass bei einem Kurzschlussstrom zwischen parallel geschalteten Zellen dieser Parallelstrompfad als Schmelzsicherung dient und somit eine anhaltende Kurzschlusssituation unterbunden bzw. verhindert wird.Cell connection concepts are therefore proposed herein which make it possible to separate the parallel current path from the system current path. The parallel current path is shown in particular with a significantly lower current carrying capacity, so that in the event of a short-circuit current between cells connected in parallel, this parallel current path serves as a fuse and thus a prolonged short-circuit situation is prevented or prevented.
Die hier offenbarte Technologie wird nun mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : eine Energiespeichereinrichtung gemäß dem Stand der Technik, -
2 : eine Illustration von System- und Parallelstrompfaden in einer bestimmten Ausführung, -
3 : eine Illustration von System- und Parallelstrompfaden in einer weiteren Ausführung, -
4a ,4b bis9a ,9b : Energiespeichereinrichtungen in jeweiligen Ausführungen, -
10 : unterschiedliche Arten von Verbindungsplatten, -
11 : eine Energiespeichereinrichtung mit prismatischen Zellen, und -
12 : eine weitere Energiespeichereinrichtung mit prismatischen Zellen.
-
1 : an energy storage device according to the state of the art, -
2 : an illustration of system and parallel flow paths in a specific design, -
3 : an illustration of system and parallel flow paths in a further version, -
4a ,4b until9a ,9b : Energy storage devices in respective designs, -
10 : different types of connecting plates, -
11 : an energy storage device with prismatic cells, and -
12th : another energy storage device with prismatic cells.
Wie gezeigt sind die Energiespeicherzellen
Durch die gezeigte Ausführung der Verbindungsplatte
Beispielhaft sei nun der Fall betrachtet, dass in der Energiespeicherzelle Z1 ein Kurzschluss auftritt. Dies kann zu einer deutlichen Erwärmung der Energiespeicherzelle Z1 führen, was auch als thermisches Ereignis bezeichnet wird. Wie gezeigt ist zwischen den jeweiligen Energiespeicherzellen
Deshalb ist vorliegend der Parallelstrompfad
Die
Wie gezeigt sind in der Ausführung gemäß den
Die Lagen bzw. die Energiespeicherzellen unterschiedlicher Lagen sind in horizontaler Richtung um eine halbe Zelle zueinander versetzt. Somit kann eine Rundung einer Zelle partiell in einen Raum zwischen zwei anderen Zellen eingreifen. Dazwischen können beispielsweise Kühlelemente angeordnet sein, welche hier jedoch nicht dargestellt sind.The layers or the energy storage cells of different layers are offset from one another by half a cell in the horizontal direction. Thus, a rounding of a cell can partially intervene in a space between two other cells. In between, for example, cooling elements can be arranged, which, however, are not shown here.
Des Weiteren ist zu sehen, dass beiderseits spezifische Verbindungsplatten
Die dazwischen angeordneten Verbindungsplatten
Die
Die
Die
Die
Die
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Die Verbindungsplatte
Wie gezeigt sind die Verbindungsstellen
Grundsätzlich sind zur Ausbildung von Verbindungsstellen bzw. Parallelstrompfaden jedoch auch andere Verbindungsmittel verwendbar, beispielsweise elektrische Drähte oder Litzen,In principle, however, other connecting means can also be used to form connection points or parallel current paths, for example electrical wires or strands,
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Energiespeicherzelle, das/ein Verbindungselement, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die mindestens eine Energiespeicherzelle, das mindestens eine Verbindungselement, etc.).For reasons of legibility, the expression “at least one” has been partially omitted for the sake of simplicity. If a feature of the technology disclosed here is described in the singular or indefinitely (e.g. the / an energy storage cell, the / a connecting element, etc.), the plurality of these should also be disclosed at the same time (e.g. the at least one energy storage cell, the at least one connecting element , Etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The preceding description of the present invention is for illustrative purposes only and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 55
- EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
- 1010
- EnergiespeicherzelleEnergy storage cell
- 2020th
- KühlplatteCooling plate
- 3030th
- thermisch isolierendes Materialthermally insulating material
- 3535
- VerbindungsplatteConnecting plate
- 3636
- VerbindungsplatteConnecting plate
- 3737
- VerbindungsplatteConnecting plate
- 40 - 40g40 - 40g
- VerbindungsplatteConnecting plate
- 4141
- VerbindungsplatteConnecting plate
- 4545
- Stegweb
- SS.
- System strom pfadeSystem electricity paths
- PP.
- ParallelstrompfadeParallel current paths
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