DE102020125657A1 - Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Hohlprofil (2a), in welchem wenigstens ein als Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie oder als Brennstoffzelle ausgebildetes Bauelement angeordnet ist, und mit wenigstens einem in dem Hohlprofil (2a) verlaufenden Kühlmittelkanal (19), welcher von einem Kühlmittel zum Kühlen des Bauelements durchströmbar ist, wobei zumindest ein Teil des Kühlmittelkanals (19) durch das Bauelement und durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
  • Die DE 10 2016 217 935 A1 offenbart eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit elektrischem Fahrantrieb, umfassend ein Batteriegehäuse und mehrere darin aufgenommene Batteriemodule, wobei das Batteriegehäuse ein aus Faserkunststoffverbund gebildetes Mehrkammerprofil aufweist und die Batteriemodule in Hohlkammern dieses Mehrkammerprofils eingeschoben sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, so dass der Energiespeicher besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Hohlprofil, in welchem wenigstens ein als Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom oder als Brennstoffzelle ausgebildetes Bauelement angeordnet ist.
  • Das Kraftfahrzeug kann vorzugsweise als ein Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgebildet sein. Das Speicherelement ist beispielsweise als Speicherzelle, insbesondere als Batteriezelle, ausgebildet, wodurch der Energiespeicher beispielsweise als Batterie, insbesondere als eine Hochvolt-Batterie, ausgebildet sein kann. Vorzugsweise weist das Speicherelement nach außen hin kein elektrisches Potential auf. Ferner ist es denkbar, dass das Speicherelement ein Speichermodul ist, welches mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene, Speicherzellen aufweist und insbesondere als Teilmodul bezeichnet werden kann.
  • Das Speicherelement, insbesondere die Speicherzellen, kann beispielsweise ein nach innen isoliertes Rechteckprofil aufweisen, in welches ein Akkumulator, der insbesondere zylindrisch oder rechteckig ausgeführt sein kann und als „jelly roll“ bezeichnet werden kann, angeordnet sein kann. Das Rechteckprofil kann vorzugsweise umbördelt sein. Das Speicherelement kann wenigstens einen innenisolierten Kondensator, vorzugsweise zwei innenisolierte Kondensatoren, aufweisen. Vorzugsweise ist ein erster der Kondensatoren an einer ersten Außenfläche des Rechteckprofils angeordnet und ein zweiter der Kondensatoren ist an einer von der ersten Außenfläche verschiedenen, zweiten Außenfläche des Rechteckprofils angeordnet, wobei die Kondensatoren derart mit dem Rechteckprofil verbunden sind, dass ein Polkontakt zwischen den Kondensatoren und dem Akkumulator vorliegt.
  • Mittels des Energiespeichers kann beispielsweise eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit mittels des Energiespeichers beziehungsweise in dem Energiespeicher gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden. Dadurch kann die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden, wodurch das Kraftfahrzeug elektrisch, insbesondere rein elektrisch, angetrieben werden kann. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder um ein Hybridfahrzeug (PHEV) oder um ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV) handeln. Das Hybridfahrzeug kann elektromotorisch und/oder verbrennungsmotorisch mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden. Um eine besonders hohe elektrische Leistung zum elektrischen, insbesondere rein elektrischen, Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, kann der Energiespeicher eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- oder Nennspannung, aufweisen, welche vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere über 60 Volt, ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Demnach ist der Energiespeicher vorzugsweise als eine Hochvoltkomponente ausgebildet.
  • Das Hohlprofil kann aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium oder Stahl, oder aus einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt sein. Vorzugsweise ist das Hohlprofil einstückig ausgeführt. Das Hohlprofil kann mittels Strangpressen gefertigt sein, weswegen das Hohlprofil insbesondere als Strangpressprofil bezeichnet werden kann. Alternativ kann das Hohlprofil mittels Rollformen gefertigt sein, wobei das Hohlprofil mehrere insbesondere als Profilbauteile bezeichnete Profilteile aufweisen kann, welche insbesondere mittels Fügen miteinander verbunden sein können. Das Hohlprofil kann als tragende Struktur des Energiespeichers ausgebildet sein und kann insbesondere als Grundaufbau des Energiespeichers oder als Bank bezeichnet werden. Das Hohlprofil weist wenigstens eine Hohlkammer auf, wobei die Hohlkammer von Wandungen des Hohlprofils zumindest teilweise begrenzt wird. Ein Volumen der Hohlkammer entspricht zumindest annähernd, insbesondere vollständig, einem Volumen des Hohlprofils. Das Bauelement ist in der Hohlkammer des Hohlprofils angeordnet.
  • Der Energiespeicher umfasst wenigstens einen in dem Hohlprofil verlaufenden Kühlmittelkanal, welcher von einem insbesondere als Kühlmedium bezeichneten Kühlmittel zum Kühlen des Bauelements durchströmbar ist. Das Bauelement kann von dem Kühlmittel umströmt, insbesondere direkt umströmt, werden und somit gekühlt werden.
  • Um nun den Energiespeicher besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Kühlmittelkanals durch das Bauelement und durch das Hohlprofil jeweils direkt begrenzt ist und dadurch in dem Hohlprofil verläuft, wodurch das Bauelement außenumfangsseitig zumindest teilweise direkt von dem Kühlmittel umströmbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, verläuft der Teil des Kühlmittelkanals in der Hohlkammer und wird zumindest teilweise von wenigstens einer innenliegenden, inneren Mantelfläche des Hohlprofils und dem Bauelement gebildet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, strömt das Kühlmittel in dem Teil zumindest teilweise zwischen der inneren Mantelfläche und dem Bauelement. Mittels des Teils des Kühlmittelkanals, kann das Bauelement mit dem Kühlmittel versorgt werden und somit kann Wärme des Bauelements von dem Bauelement abgeführt werden, wodurch das Bauelement besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Teil des Kühlmittelkanals ein Kanalbereich des Kühlmittelkanals, wobei der Kanalbereich in Umfangsrichtung des Kanalbereiches vollständig umlaufend durch das Bauelement und durch das Hohlprofil jeweils direkt begrenzt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der Kanalbereich in der Umfangsrichtung vollständig umlaufend von der inneren Mantelfläche des Hohlprofils und dem Bauelement gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich der Kanalbereich zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils. Eine erste Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kanalbereich des Kühlmittelkanals entspricht vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, der Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils. Mittels des Kanalbereichs können die Bauelemente besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in dem Hohlprofil wenigstens ein als zweites Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom oder als zweite Brennstoffzelle ausgebildetes, zweites Bauelement angeordnet, wobei die benachbarten Bauelemente beziehungsweise die benachbarten Speicherzellen in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils insbesondere mittels des Hohlprofils in einem in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise benachbarten Speicherzellen angeordneten Abstand zueinander gehalten sind, durch welchen ein teilweise durch die Bauelemente und teilweise durch das Hohlprofil jeweils direkt begrenzter und in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise benachbarten Speicherzellen angeordneter zweiter Kanalbereich des Kühlmittelkanals gebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt verbleibt in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise den benachbarten Speicherzellen der Abstand, wobei in dem Abstand der zweite Kanalbereich gebildet ist, der zumindest teilweise von dem Hohlprofil und den Bauelementen begrenzt wird. Der zweite Kanalbereich des Kühlmittelkanals ist schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils von dem Kühlmittel durchströmbar und über den Kanalbereich mit zumindest einem Teil des den Kanalbereich durchströmenden Kühlmittels versorgbar und zumindest von dem Teil des Kühlmittels durchströmbar ist. Die Bauelemente sind in dem zweiten Kanalbereich zumindest teilweise von dem Kühlmittel umströmbar, insbesondere direkt umströmbar. Das Kühlmittel durchströmt den zweiten Kanalbereich in einer zweiten Strömungsrichtung, welche vorzugsweise schräg oder senkrecht zur ersten Strömungsrichtung ist. Mittels des von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Kanalbereichs können die Bauelemente besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kanalbereich vollständig durch die Bauelemente und durch das Hohlprofil jeweils direkt begrenzt. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der zweite Kanalbereich in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend von den die Bauelemente und dem Hohlprofil gebildet.
  • In weiterer Ausgestaltung ist in dem Hohlprofil wenigstens das als das zweite Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom oder als die zweite Brennstoffzelle ausgebildete, zweite Bauelement angeordnet, wobei die benachbarten Bauelemente beziehungsweise die benachbarten Speicherzellen in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils insbesondere mittels des Hohlprofils in dem in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise benachbarten Speicherzellen angeordneten Abstand zueinander gehalten sind, durch welchen ein teilweise durch die Bauelemente und teilweise durch das Hohlprofil jeweils direkt begrenzter und in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise benachbarten Speicherzellen angeordneter Kanalbereich als der Teil des Kühlmittelkanals gebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt verbleibt in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils zwischen den benachbarten Bauelementen beziehungsweise den benachbarten Speicherzellen der Abstand, wobei in dem Abstand der Kanalbereich gebildet ist, der zumindest teilweise von dem Hohlprofil und den Bauelementen begrenzt wird. Der Kanalbereich des Kühlmittelkanals ist schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils von dem Kühlmittel durchströmbar. Die Bauelemente sind in dem Kanalbereich zumindest teilweise von dem Kühlmittel umströmbar, insbesondere direkt umströmbar. Mittels des von dem Kühlmittel durchströmbaren Kanalbereichs können die Bauelemente besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Energiespeicher wenigstens ein in dem Abstand zwischen den Bauelementen beziehungsweise den Speicherzellen angeordnetes und die Bauelemente beziehungsweise die Speicherzellen in dem Abstand zueinander haltendes Abstandshalteelement, welches ein Material aufweist, das einen von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals direkt begrenzt. Das Abstandshalteelement kann insbesondere als Abstandshalter oder als Spacer bezeichnet werden und ist vorzugsweise als eine Drossel ausgebildet, wodurch ein als Kühlmittelstrom bezeichneter Volumenstrom des Kühlmittels die Drossel durchströmen kann, wobei der erste Strömungsquerschnitt kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt zwischen den Bauelementen beziehungsweise den Speicherzellen, unmittelbar stromauf des Abstandshalteelements. Das Abstandshalteelement kann aus einer Komponente oder aus mehreren separat voneinander ausgebildeten Komponenten gebildet sein. Das Abstandshalteelement kann mit einem der Bauelemente beziehungsweise einer der Speicherzellen oder mit beiden der benachbarten Bauelemente beziehungsweise benachbarten Speicherzellen verbunden sein, insbesondere formschlüssig und/oder reibschlüssig und/oder kraftschlüssig. Der erste Strömungsquerschnitt wird von dem Abstandshalteelement gebildet, wobei das Kühlmittel in dem Abstand und somit in dem Kühlmittelkanal zwischen den Bauelementen in dem ersten Strömungsquerschnitt durch das Abstandshalteelement hindurchströmen kann.
  • Das Material ist dazu ausgebildet, bei einer durch zumindest eine der Bauelemente bewirkten Erwärmung des Materials zu schmelzen und dadurch einen von dem Kühlmittel durchströmbaren und gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt größeren, zweiten Strömungsquerschnitt des Kühlmittelkanals freizugeben. Das Material kann insbesondere als Füllmaterial des Abstandshalteelements bezeichnet werden und kann dabei insbesondere aus einem Fett, einem Wachs oder einem Kunststoff gebildet sein. Eine Schmelztemperatur des Materials kann dabei zwischen 40 Grad Celsius und 500 Grad Celsius liegen, vorzugsweise zwischen 60 Grad Celsius und 100 Grad Celsius. Bei einem Überschreiten der Schmelztemperatur des Materials schmilzt dieses, wodurch eine Drosselwirkung des Abstandshalteelements auf den Kühlmittelstrom zumindest teilweise, insbesondere nahezu oder vollständig, aufgehoben wird. Dadurch kann nach einem Schmelzen des Materials ein erhöhter, insbesondere deutlich erhöhter, Volumenstrom des Kühlmittels das Abstandshalteelement durchströmen, wodurch der Kühlmittelstrom zwischen den Bauelementen beziehungsweise den Speicherzellen erhöht werden kann, sodass eine Kühlleistung für die Bauelemente gesteigert werden kann, da die Bauelemente mit einem besonders hohen Kühlmittelstrom umströmt beziehungsweise versorgt werden können. Das Material ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Schmelztemperatur von dem Material insbesondere dann erreicht wird, wenn in wenigstens einem der Bauelemente eine als kritischer Grenzwert bezeichnete Grenztemperatur vorliegt, bei welcher das Bauelement besonders intensiv gekühlt werden soll, damit eine Temperatur des Bauelements vermindert werden kann.
  • Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: In einem Energiespeicher beziehungsweise einer Batterie kann eine thermische Propagation auftreten, bei welcher ein thermisches Ereignis von einem der Speicherelemente zu wenigstens einem weiteren der Speicherelemente, insbesondere einem benachbarten Speicherelement, übertragen werden kann. Unter der Propagation kann dabei insbesondere eine Kettenreaktion oder eine Kettenfortpflanzung verstanden werden. Bei dem thermischen Ereignis kann es sich insbesondere um eine gegenüber einer Normaltemperatur beziehungsweise Betriebstemperatur des Speicherelements erhöhte Temperatur oder um ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) handeln. Das thermische Durchgehen ist insbesondere eine Überhitzung einer exothermen chemischen Reaktion oder einer Komponente aufgrund eines sich selbst verstärkenden wärmeproduzierenden Prozesses. Aufgrund der Propagation kann eine Beschädigung oder eine Zerstörung des Energiespeichers, insbesondere der Speicherelemente, erfolgen. Es kann insbesondere ein Brand des Energiespeichers auftreten. Für gewöhnlich kann bei der Propagation eines der Speicherelemente ein Auslöser der Propagation sein, wobei meist weitere benachbarte Speicherelemente von der Propagation angesteckt und somit erfasst werden. In dem erfindungsgemäßen Energiespeicher kann eines der Speicherelemente, welches insbesondere als propagierendes Speicherelement oder als kritisches Speicherelement oder als kritische Zelle bezeichnet werden kann, mit einer gegenüber der Normaltemperatur der Speicherelemente erhöhten Temperatur, mittels des schmelzenden Materials des Abstandshalteelements mittels eines besonders hohen Kühlmittelstroms thermisch kontrolliert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die kritische Zelle aufgrund des gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt größeren zweiten Strömungsquerschnitts besonders ausgeprägt gekühlt werden, wodurch die Temperatur der kritischen Zelle vermindert werden kann. Eine Wärmemenge beziehungsweise eine thermische Energie der kritischen Zelle kann somit zumindest teilweise von dem Kühlmittel von der kritischen Zelle abgeführt werden. Dadurch kann die Propagation vermindert beziehungsweise unterbunden werden, wodurch weitere Speicherelemente nicht von der Propagation erfasst werden können. Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, dass lediglich zur Propagation neigende beziehungsweise propagierende Speicherelemente besonders intensiv gekühlt werden können, wobei weitere Speicherelemente, welche die Normaltemperatur aufweisen können, einen geringeren Kühlmittelstrom und somit eine geringere Kühlung erfahren können. Aufgrund des schmelzenden Materials kann die Kühlung mit einem besonders geringen Steuerungsaufwand auf das kritische Speicherelement fokussiert werden.
  • In weiterer Ausgestaltung ist ein erstes der Bauelemente von einer ersten Seite des Hohlprofils und ein zweites der Bauelemente von einer der ersten Seite in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils gegenüberliegenden, zweiten Seite des Hohlprofils in das Hohlprofil eingeschoben. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird das erste Bauelement von der ersten Seite des Hohlprofils und das zweite Bauelement von der zweiten Seite des Hohlprofils in das Hohlprofil beziehungsweise in die Hohlkammer eingebracht. Montagerichtungen, die insbesondere als Einschubrichtungen bezeichnet werden können, der Bauelemente entsprechen somit der Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils, wobei eine erste der Montagerichtungen des ersten Bauelements entgegengesetzt zu einer zweiten der Montagerichtungen des zweiten Bauelements verläuft. Der Energiespeicher weist besonders wenig Komponenten und/oder eine besonders hohe ableitbare Varianz auf, wobei die Komponenten aufgrund ihrer besonders geringen Größe besonders gut transportierbar sein können. Der Energiespeicher kann demnach mit einem besonders geringen Aufwand hergestellt werden und somit besonders vorteilhaft hergestellt werden, wodurch die Kosten des Energiespeichers besonders gering gehalten werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Hohlprofil wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, welche auf einer von den Seiten unterschiedlichen, dritten Seite des Hohlprofils angeordnet ist. Mittels der Durchgangsöffnung kann eine Öffnung beziehungsweise eine Verbindung zwischen der Hohlkammer in dem Hohlprofil und einer Umgebung außerhalb des Hohlprofils hergestellt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Durchgangsöffnung eine durchgehende, die dritte Seite durchdringende Aussparung des Hohlprofils. Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung als ein Langloch oder als ein Rechteck ausgebildet.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die dritte Seite in Einbaulage des Energiespeichers eine in Fahrzeughochrichtung nach oben weisende Oberseite des Hohlprofils, wobei der Energiespeicher in seinem vollständig hergestellten Zustand in der Einbaulage in dem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Der Energiespeicher nimmt die Einbaulage in einem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs ein. Die Fahrzeughochrichtung ist senkrecht zu einer Fahrbahn des Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise ist die dritte Seite senkrecht zu der ersten Seite und/oder senkrecht zu der zweiten Seite. Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils in dessen Mitte angeordnet.
  • In weiterer Ausgestaltung ist das Kühlmittel über die Durchgangsöffnung dem Kühlmittelkanal zuführbar und/oder von dem Kühlmittelkanal über die Durchgangsöffnung abführbar. Beispielsweise kann der Kühlmittelkanal mit einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Leitungselement verbunden sein, wobei das Leitungselement an wenigstens einer Verbindungsstelle mit dem Kühlmittelkanal verbunden sein kann. Die Verbindungsstelle kann in der Durchgangsöffnung angeordnet sein oder die Verbindungsstelle kann in dem Hohlprofil, insbesondere in der Hohlkammer, angeordnet sein, wodurch das Leitungselement durch die Durchgangsöffnung hindurchgeführt sein kann. Das Leitungselement kann insbesondere als Schlauch ausgebildet sein. Über die Durchgangsöffnung kann der Kühlmittelkanal besonders vorteilhaft mit dem Kühlmittel versorgt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist durch die Durchgangsöffnung wenigstens eine Leitung geführt, über welche elektrische Energie zu zumindest einem der Bauelemente zuführbar und/oder von zumindest einem der Bauelemente abführbar ist. Die Leitung kann insbesondere als elektrische Leitung oder als Stromversorgung bezeichnet werden und beispielsweise als ein Kabel ausgeführt sein. Die Leitung wird vorzugsweise von wenigstens einem Metall gebildet. Über die Durchgangsöffnung können die Bauelemente besonders vorteilhaft mit der elektrischen Energie versorgt werden.
  • Vorzugsweise weist der Energiespeicher wenigstens eine elektronische Recheneinrichtung auf, die insbesondere als Batteriemanagementeinrichtung oder Batteriemanagementsystem bezeichnet werden kann, zur Überwachung und/oder zur Regelung der Speicherelemente auf, wobei die elektronische Recheneinrichtung über die Aussparung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils in das Hohlprofil beziehungsweise die Hohlkammer eingeschoben ist. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung kann insbesondere ein Ladungszustand der Speicherelemente ermittelt werden.
  • Vorzugsweise ist in dem vollständig hergestellten Zustand des Energiespeichers in Einbaulage des Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug die Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils von der Fahrzeughochrichtung verschieden. Die Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils kann einer Fahrzeugquerrichtung oder einer Fahrzeuglängsrichtung entsprechen. Die Fahrzeuglängsrichtung ist senkrecht zur Fahrzeughochrichtung und entspricht einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer Geradeausfahrt. Die Fahrzeugquerrichtung ist senkrecht zur Fahrzeughochrichtung und senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung. Wenn die Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile der Fahrzeugquerrichtung entspricht, können die Bauelemente somit, bezogen auf das Kraftfahrzeug, seitlich nach innen in das Hohlprofil beziehungsweise die Hohlkammer eingeschoben werden. Dadurch kann der Energiespeicher besonders vorteilhaft hergestellt werden. Zudem weist der Energiespeicher beziehungsweise das Kraftfahrzeug eine besonders hohe Crashsicherheit auf. Die Crashsicherheit kann insbesondere als passive Sicherheit bezeichnet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Abstandshalteelement dazu ausgebildet, sich bei einer durch das zumindest eine Bauelement bewirkte und mit der Erwärmung des Materials einhergehenden Erwärmung des Abstandshalteelements zu verformen und dadurch den Abstand zwischen den Bauelementen beziehungsweise Speicherzellen zu verändern. Mit anderen Worten ausgedrückt verändert sich bei einer Temperaturänderung des Abstandshalteelements eine Größe beziehungsweise eine Abmessung, insbesondere eine Länge, des Abstandshalteelements, wodurch der Abstand zwischen den Bauelementen beziehungsweise Speicherzellen verändert wird. Mittels einer sich daraus ergebenden Veränderung der Größe des ersten Strömungsquerschnitts und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts kann sich der Kühlmittelstrom verändern, wodurch eine Steuerung beziehungsweise eine Regelung, die insbesondere als Selbstregelung bezeichnet werden kann, der Kühlleistung für die Bauelemente besonders vorteilhaft erfolgen kann.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Abstandshalteelement dazu ausgebildet, sich bei der durch das zumindest eine Bauelement bewirkte und mit der Erwärmung des Materials einhergehenden Erwärmung des Abstandshalteelements zu verformen und dadurch den Abstand zwischen den Bauelementen beziehungsweise Speicherzellen zu vergrößern. Der vergrößerte Abstand zwischen den Bauelementen beziehungsweise Speicherzellen bewirkt eine Erhöhung des ersten Strömungsquerschnitts und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts, wodurch die Kühlleistung für die Bauelemente erhöht wird, da der die Bauelemente umströmende Kühlmittelstrom vergrößert wird. Dadurch kann die Steuerung beziehungsweise die Regelung, insbesondere die Selbstregelung, der Kühlung der Bauelemente besonders vorteilhaft erfolgen. Mittels des vergrößerten Abstands der Bauelemente beziehungsweise der Bauelemente kann die Kühlung der Bauelemente bereits vor dem Überschreiten der Schmelztemperatur des Materials besonders erhöht werden und/oder ab dem Überschreiten der Schmelztemperatur besonders erhöht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Abstandshalteelement wenigstens ein aus einem ersten, einen ersten Wärmedehnungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff gebildetes, erstes Abstandshalteteil und wenigstens ein aus einem zweiten, einen von dem ersten Wärmedehnungskoeffizienten unterschiedlichen, zweiten Wärmedehnungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff gebildetes und mit dem ersten Abstandshalteteil verbundenes, zweites Abstandshalteteil auf. Als Wärmedehnungskoeffizient, Ausdehnungskoeffizient oder Wärmeausdehnungskoeffizient wird insbesondere ein Kennwert bezeichnet, der das Verhalten eines Stoffes bezüglich Veränderungen seiner Abmessung bei Temperaturveränderungen beschreibt. Da die beiden Abstandshalteteile voneinander verschiedene Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, erfahren die beiden Abstandshalteteile bei Temperaturveränderungen verschiedene Ausdehnungen beziehungsweise Längungen. Dadurch kann eine Geometrie beziehungsweise eine Form des Abstandshalteelements derart verändert werden, dass bei Temperaturveränderungen des Abstandshalteelements der erste Strömungsquerschnitt vergrößert oder verkleinert werden kann. Dadurch kann bei der durch das zumindest eine Bauelement bewirkte und mit der Erwärmung des Materials einhergehenden Erwärmung des Abstandshalteelements der erste Strömungsquerschnitt und/oder der zweite Strömungsquerschnitt vergrößert werden, wodurch die Kühlleistung für die Bauelemente erhöht werden kann. Dadurch kann die Regelung, insbesondere die Selbstregelung, beziehungsweise die Steuerung der Kühlung der Bauelemente besonders vorteilhaft erfolgen. Vorzugsweise ist das Abstandshalteelement als ein Bimetall ausgebildet. Dabei ist das erste Abstandshalteteil aus einem ersten Metall und das zweite Abstandshalteteil aus einem von dem ersten Metall verschiedenen, zweiten Metall gebildet, wobei die beiden Metalle voneinander verschiedene Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher wenigstens einen Drucksensor auf, mittels welchem ein Druck des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal erfassbar ist. Der Drucksensor kann beispielsweise als ein piezoresistiver Drucksensor oder als ein piezoelektrischer Drucksensor ausgebildet sein. Der Drucksensor ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des den Abstand durchströmenden Kühlmittels stromauf des Abstandshalteelements in dem Abstand angeordnet.
  • Mittels des Drucksensors können Veränderungen der Strömungsbedingungen des Kühlmittels, insbesondere zwischen den Bauelementen beziehungsweise den Speicherzellen, detektiert werden. Die Veränderungen der Strömungsbedingungen können beispielsweise auf die Veränderung der Größe des ersten Strömungsquerschnitts und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts oder auf das Schmelzen des Materials des Abstandshalteelements zurückzuführen sein. Insbesondere bei einer Vergrößerung des ersten Strömungsquerschnitts und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts oder beim Schmelzen des Materials des Abstandshalteelements liegt in dem Kühlmittelkanal, insbesondere in dem Abstand, ein besonders hoher Kühlmittelstrom vor. Dadurch können Druckverhältnisse beziehungsweise der Druck in dem Kühlmittelkanal, insbesondere stromauf des Abstandshalteelements, sich verändern. Dies kann mittels des Drucksensors erfasst werden, wodurch Änderungen des Kühlmittelstroms besonders vorteilhaft detektiert werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Energiespeicher eine Pumpe auf, mittels welcher das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal zu fördern ist. Die Pumpe kann insbesondere als Kühlmittelpumpe oder Kühlmittelverdichter bezeichnet werden und kann insbesondere als Axialpumpe, Diagonalpumpe oder Radialpumpe ausgebildet sein. Das Kühlmittel kann beispielsweise mittels der Pumpe in den Kühlmittelkanal geführt werden und insbesondere über den Abstand zu den Bauelementen geführt werden. Mittels der Pumpe können die Bauelemente besonders vorteilhaft mit dem Kühlmittel versorgt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Drucksensor dazu ausgebildet, wenigstens ein den mittels des Drucksensors erfassten Druck charakterisierendes Signal bereitzustellen, wobei eine zweite elektronische Recheneinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, das Signal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe anzusteuern und dadurch den Volumenstrom des Kühlmittels einzustellen. Die zweite elektronische Recheneinrichtung kann insbesondere als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Eine Übertragung des Signals von dem Drucksensor zu der zweiten elektronischen Recheneinrichtung und/oder eine Ansteuerung der Pumpe von der zweiten elektronischen Recheneinrichtung kann insbesondere leitungslos und somit drahtlos erfolgen. Mittels des Drucksensors können, insbesondere stromauf des Abstandshalteelements, Änderungen, insbesondere Erhöhungen, des Volumenstroms des Kühlmittels detektiert werden, welche beispielweise auf die Veränderung der Größe des ersten Strömungsquerschnitts und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts oder auf das Schmelzen des Materials des Abstandshalteelements zurückzuführen sein können, wodurch eine besonders hohe Temperatur in wenigstens einem der Bauelemente beziehungsweise das zur Propagation neigende kritische Speicherelement beziehungsweise das propagierende Speicherelement erfassbar ist. Mittels der zweiten elektronischen Recheneinrichtung kann die Pumpe derart angesteuert beziehungsweise betrieben werden, dass der Kühlmittelstrom angepasst werden kann. Der Volumenstrom des Kühlmittels kann dabei insbesondere besonders erhöht werden, sodass die Kühlung der Bauelemente, insbesondere des zur Propagation neigenden Speicherelements beziehungsweise des propagierenden Speicherelements, besonders intensiviert werden kann und die Propagation unterbunden werden kann.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches einen erfindungsgemäßen Energiespeicher gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; und
    • 2 eine schematische seitliche Schnittansicht eines Hohlprofils; und
    • 3 eine schematische seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Energiespeichers.
    • 4 eine schematische Perspektivansicht einer Vorderansicht und einer Rückansicht einer Speicherzelle; und
    • 5 eine schematische Draufsicht zweier Speicherelemente; und
    • 6 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; und
    • 7 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers zur Veranschaulichung einer Montage eines Speicherelements; und
    • 8 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; und
    • 9 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; und
    • 10 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers
    • 11 eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit verschlossenen Hohlprofilen; und
    • 12 eine schematische Draufsicht mit Fokus auf einen zweiten Kanalbereich zwischen Speicherzellen eines erfindungsgemäßen Energiespeichers; und
    • 13 eine schematische Schnittansicht zwischen zwei Speicherzellen eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit Fokus auf ein Abstandshalteelement; und
    • 14 eine schematische Schnittansicht zwischen zwei Speicherzellen eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit Fokus auf ein Abstandshalteelement bei einsetzender Propagation.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht einen Energiespeicher 1 für ein Kraftfahrzeug, das bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, Nutzkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder als Motorrad ausgestaltet sein kann.
  • Der Energiespeicher 1 kann beispielsweise dazu vorgesehen sein, eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit mittels des Energiespeichers 1 beziehungsweise in dem Energiespeicher 1 gespeicherter elektrischer Energie zu versorgen und somit die elektrische Maschine zu betreiben. Dadurch kann das Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch, insbesondere rein elektrisch, von der elektrischen Maschine angetrieben werden. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein insbesondere als Elektrofahrzeug bezeichnetes batterieelektrisches Fahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug oder um ein Brennstoffzellenfahrzeug handeln. Um besonders hohe elektrische Leistung zum elektrischen, insbesondere rein elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisieren zu können, kann der Energiespeicher 1 eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebs- oder Nennspannung, aufweisen, welche vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere über 60 Volt, ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Demnach ist der Energiespeicher 1 vorzugsweise als eine Hochvoltkomponente ausgebildet.
  • Der Energiespeicher 1 weist wenigstens ein Hohlprofil 2a auf, das insbesondere als erstes Hohlprofil 2a bezeichnet werden kann, wobei der Energiespeicher 1 in dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vier in Reihe angeordnete und miteinander verbundene Hohlprofile 2 aufweist. Die Hohlprofile 2 können aus einem Metall, insbesondere Aluminium oder Stahl, oder aus einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Die Hohlprofile 2 können mittels Strangpressen und/oder mittels Rollformen gefertigt sein. Die Hohlprofile 2 sind vorzugsweise jeweils einstückig ausgebildet und stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Hohlprofile 2 mittels Schweißen, insbesondere Rührreibschweißen, oder mittels Nieten miteinander verbunden. Die Hohlprofile 2 sind vorzugsweise mit einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) beschichtet und an Schweißpunkten und/oder Nietpunkten abgedichtet. In den Hohlprofilen 2 sind Hohlkammern 3 angeordnet, wobei in den Hohlprofilen 2 jeweils wenigstens eine der Hohlkammern 3 angeordnet ist und die Hohlkammern 3 zumindest teilweise von Wandungen 4 eines der Hohlprofile 2 begrenzt ist.
  • In den Hohlprofilen 2 ist jeweils wenigstens ein als Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildetes Bauelement angeordnet und somit in den jeweiligen Hohlkammern 3 angeordnet. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in den Hohlprofilen 2 jeweils mehrere als Speicherelemente 5 zum Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom ausgebildete Bauelemente in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 angeordnet. Anstelle des Speicherelements beziehungsweise der Speicherelemente 5 kann das Bauelement beziehungsweise die Bauelemente alternativ insbesondere als Brennstoffzelle ausgebildet sein.
  • 2 zeigt eine schematische vordere Schnittansicht des ersten Hohlprofils 2a und 3 zeigt eine schematische seitliche Schnittansicht eines ersten Schnitts F-F durch den Energiespeicher 1, wobei der erste Schnitt F-F in der 1 mittels ersten Schnittbezugspunkten F skizziert ist. Der Energiespeicher 1 weist wenigstens einen in wenigstens einem der Hohlprofile 2 verlaufenden Kühlmittelkanal 19 auf, welcher von einem insbesondere als Kühlmedium bezeichneten Kühlmittel zum Kühlen der Speicherelemente 5 durchströmbar ist. Die Speicherelemente 5 können von dem Kühlmittel umströmt, insbesondere direkt umströmt, werden und somit gekühlt werden.
  • Die Speicherelemente 5 können miteinander insbesondere elektrisch verbunden beziehungsweise verschaltet sein und sind in dem in den 1-3 gezeigten Ausführungsbeispiel als Speicherzellen 7, insbesondere als Batteriezellen, ausgebildet, wodurch der Energiespeicher beispielsweise als Batterie, insbesondere als eine Hochvolt-Batterie, ausgebildet sein kann. Alternativ können die Speicherelemente 5 als Speichermodule ausgebildet sein, welche jeweils mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene, Speicherzellen 7 aufweisen und insbesondere als Teilmodule bezeichnet werden können. Vorzugsweise weisen die Speicherelemente 5 nach außen hin kein elektrisches Potential auf.
  • 4 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Rückansicht A und eine Vorderansicht B einer der Speicherzellen 7. Die Speicherzellen 7 weisen ein innen isoliertes Rechteckprofil 8 auf, in welches ein zylindrischer oder rechteckiger Akkumulator, der beispielsweise als „Jelly Roll“ ausgebildet sein kann, eingeschoben ist. Die Speicherzellen 7 umfassen zwei innen isolierte Kondensatoren 9a, b, wobei ein erster der Kondensatoren 9a auf einer ersten Außenfläche 10a des Rechteckprofils 8 angeordnet ist und ein zweiter der Kondensatoren 9b auf einer zu der ersten Außenfläche 10a verschiedenen, zweiten Außenfläche 10b angeordnet ist. Die erste Außenfläche 10a entspricht einem Pluspol, und die zweite Außenfläche 10b entspricht einem Minuspol. Vorzugsweise weisen die Speicherzellen 7 nach außen hin kein elektrisches Potential auf. Das Rechteckprofil 8 ist vorzugsweise umbördelt.
  • Um nun den Energiespeicher 1 besonders vorteilhaft kühlen zu können, ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Kühlmittelkanals 19 durch wenigstens eines der Speicherelemente 5 und durch wenigstens eines der Hohlprofile 2 jeweils direkt begrenzt ist und dadurch in den Hohlprofilen 2 verläuft, wodurch die Speicherelemente 5 außenumfangsseitig zumindest teilweise direkt von dem Kühlmittel umströmbar sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, verläuft der Teil des Kühlmittelkanals 19 in den Hohlkammern 3 und wird zumindest teilweise von innenliegenden, inneren Mantelflächen 21 der Hohlprofile 2 und wenigstens einem der Speicherelemente 5 gebildet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt, strömt das Kühlmittel in dem Teil zumindest teilweise zwischen der inneren Mantelfläche 21 und wenigstens einem der Speicherelemente 5.
  • Mittels des Teils des Kühlmittelkanals 19 können die Speicherelemente 5 mit dem Kühlmittel versorgt werden und somit kann Wärme des Bauelements von den Speicherelementen 5 abgeführt werden, wodurch die Speicherelemente 5 besonders vorteilhaft gekühlt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Teil des Kühlmittelkanals 19 ein Kanalbereich 20 des Kühlmittelkanals 19, wobei der Kanalbereich 20 in Umfangsrichtung des Kanalbereiches 20 vollständig umlaufend durch wenigstens eines der Speicherelemente 5 und durch wenigstens eines der Hohlprofile 2 jeweils direkt begrenzt ist. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der Kanalbereich 20 in der Umfangsrichtung vollständig umlaufend von den Wandungen 4, insbesondere den inneren Mantelflächen 21 der Hohlprofile 2 und wenigstens einem der Speicherelemente 5 gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich der Kanalbereich 20 zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2. Eine erste Strömungsrichtung des Kühlmittels in dem Kanalbereich 20 des Kühlmittelkanals 19entspricht vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, der Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2. Mittels des Kanalbereichs 20 können die Speicherelemente 5 besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die benachbarten Speicherelemente 5 beziehungsweise die benachbarten Speicherzellen 7 in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 insbesondere mittels wenigstens einem der Hohlprofile 2 in einem in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den benachbarten Speicherelementen 5 beziehungsweise Speicherzellen 7 angeordneten Abstand 22 zueinander gehalten, durch welchen ein teilweise durch die Speicherelemente 5 beziehungsweise die Speicherzellen 7 und teilweise durch die Hohlprofile 2 jeweils direkt begrenzter und in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den benachbarten Speicherelementen 5 beziehungsweise Speicherzellen 7 angeordneter zweiter Kanalbereich 23 des Kühlmittelkanals 19 gebildet ist, welcher schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt verbleibt in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den Speicherelementen 5 beziehungsweise den Speicherzellen 7 der Abstand 22, durch welchen der zweite Kanalbereich 23 gebildet wird, welcher zumindest teilweise von den Speicherelementen 5 beziehungsweise den Speicherzellen 7 begrenzt wird und von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Der zweite Kanalbereich 23 ist über den Kanalbereich 20 mit zumindest einem Teil des den Kanalbereich 20 durchströmenden Kühlmittels versorgbar und zumindest von dem Teil des Kühlmittels durchströmbar. Die Speicherelemente 5 können durch das Kühlmittel in dem zweiten Kanalbereich 23 zumindest teilweise umströmt werden und somit gekühlt werden. Das Kühlmittel durchströmt den zweiten Kanalbereich 23 in einer zweiten Strömungsrichtung, wobei die zweite Strömungsrichtung verschieden zu der ersten Strömungsrichtung ist und vorzugsweise schräg oder senkrecht zu der ersten Strömungsrichtung ist. Mittels ersten Richtungspfeilen 24 sind die erste und die zweite Strömungsrichtung des Kühlmittels veranschaulicht. Mittels des von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Kanalbereichs 23 können die Speicherelemente 5 besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Kanalbereich 23 vollständig durch die Speicherelemente 5 und durch wenigstens eines der Hohlprofile 2 jeweils direkt begrenzt.
  • Mit anderen Worten ausgedrückt wird der zweite Kanalbereich 23 in seiner Umfangsrichtung vollständig umlaufend von den Speicherelementen 5 und wenigstens einem der Hohlprofile 2 gebildet.
  • In einer weiteren nicht in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind die benachbarten Speicherelemente 5 beziehungsweise die benachbarten Speicherzellen 7 in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 insbesondere mittels wenigstens einem der Hohlprofile 2 in dem in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den benachbarten Speicherelementen 5 beziehungsweise Speicherzellen 7 angeordneten Abstand 22 zueinander gehalten, durch welchen ein teilweise durch die Speicherelemente 5 beziehungsweise die Speicherzellen 7 und teilweise durch die Hohlprofile 2 jeweils direkt begrenzter und in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den benachbarten Speicherelementen 5 beziehungsweise Speicherzellen 7 angeordneter Kanalbereich als der Teil des Kühlmittelkanals 19 gebildet ist, welcher schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Mit anderen Worten ausgedrückt verbleibt in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 zwischen den Speicherelementen 5 beziehungsweise den Speicherzellen 7 der Abstand 22, durch welchen der Kanalbereich gebildet wird, welcher zumindest teilweise von den Speicherelementen 5 beziehungsweise den Speicherzellen 7 begrenzt wird und von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Die Speicherelemente 5 können durch das Kühlmittel in dem Kanalbereich zumindest teilweise umströmt werden und somit gekühlt werden. Mittels des von dem Kühlmittel durchströmbaren Kanalbereichs können die Speicherelemente 5 besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In der in der 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist der Energiespeicher 1 zwei den Hohlprofilen 2 gemeinsame, separat von den Hohlprofilen 2 ausgebildete und von dem Kühlmittel durchströmbare Profile 43, 44 auf, über welche die Kanalbereiche 20, 23 mit dem Kühlmittel versorgbar sind. Die Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 verläuft senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung der Profile 43, 44. Die Profile 43, 44 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet und sind mit den Hohlprofilen 2 verbunden, vorzugsweise mittels Schweißen, insbesondere Rührreibschweißen, wodurch die Hohlprofile 2 zumindest teilweise verschlossen sind. Die Profile 43, 44 können insbesondere als Querschweller bezeichnet werden. Wenigstens eines der Profile 43, 44 kann als Seitenschweller des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, wobei die Längserstreckungsrichtung der Profile 43, 44 in einem vollständig hergestellten Zustand des Energiespeichers 1 in einer Einbaulage des Energiespeichers 1 einer Fahrzeuglängsrichtung entspricht, wobei der Energiespeicher die Einbaulage in dem Kraftfahrzeug in einem vollständig hergestellten Zustand des Kraftfahrzeugs einnimmt. Alternativ kann wenigstens eines der Profile 43, 44 als Querträger ausgebildet sein, wodurch die Längserstreckungsrichtung der Profile 43, 44 in Einbaulage des Energiespeichers 1 einer Fahrzeugquerrichtung entspricht. Ein erstes der Profile 43 ist als ein Zulauf des Kühlmittels ausgebildet, wodurch die Hohlprofile 2, insbesondere die Kanalbereiche 20, 23, mit dem Kühlmittel versorgbar sind. Ein zweites der Profile 44 ist als ein Ablauf des Kühlmittels ausgebildet, wodurch das Kühlmittel von den Hohlprofilen 2, insbesondere den Kanalbereichen 20, 23, abführbar ist. In dem ersten Profil 43 liegt zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, eine dritte Strömungsrichtung und in dem zweiten Profil 44 liegt zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, eine vierte Strömungsrichtung vor. Die dritte und die vierte Strömungsrichtung entsprechen vorzugsweise der Längserstreckungsrichtung der Profile 43, 44 und sind vorzugsweise parallel zur zweiten Strömungsrichtung und senkrecht zur ersten Strömungsrichtung. Die dritte und die vierte Strömungsrichtung sind mittels der zweiten Richtungspfeile 26 veranschaulicht. Das erste Profil 43 weist eine Zulaufstelle 45 auf, über welche das Kühlmittel dem ersten Profil 43 und somit dem Energiespeicher 1 zuführbar ist. Das zweite Profil 44 weist eine Ablaufstelle 46 auf, über welche das Kühlmittel aus dem zweiten Profil 44 und somit aus dem Energiespeicher 1 abgeführt werden kann.
  • Des Weiteren sind in dem zweiten Profil 44 vier Thermostatventile 47 angeordnet, die jeweils an Schnittstellen 48 zwischen dem zweiten Profil 44 und den jeweiligen Hohlprofilen 2, beziehungsweise dem Kanalbereich 20, angeordnet sind. Mittels der Thermostatventile 47 ist eine Temperatur des Kühlmittels in den jeweiligen Schnittstellen 48 erfassbar und ein Durchfluss des Kühlmittels in den jeweiligen Schnittstellen 48 einstellbar. Dadurch können in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmittels in den jeweiligen Schnittstellen 48 mittels der Thermostatventile 47 der Kühlmittelstrom in den jeweiligen Hohlprofilen 2 eingestellt werden. Hierfür können die Thermostatventile 47 mit einer zweiten elektronischen Recheneinrichtung, die insbesondere als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein kann, verbunden sein. Mittels der Thermostatventile 47 kann eine Kühlleistung auf dasjenige der Hohlprofile 2, beziehungsweise der Speicherelemente 5 fokussiert werden, welche eine besonders hohe Wärmelast aufweist. Dadurch kann der Energiespeicher 1 besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung sind die durch die Wandungen 4 zumindest teilweise begrenzten Hohlkammern 3, in welchen die Speicherelemente 5 angeordnet sind, durch spanendes Bearbeiten, insbesondere durch Fräsen, bearbeitet. Mit anderen Worten ausgedrückt können die Hohlkammern 3 in die Hohlprofile 2 eingefräst sein. Die Hohlprofile 2 weisen vorzugsweise Rippen 58, durch welche die Speicherelemente 5 in einem zweiten Abstand 59 von wenigstens einer Außenwand 60 der Hohlprofile 2 gehalten sind, wodurch der Kanalbereich 20 teilweise durch die Rippen 58 und teilweise durch die Speicherelemente 5 jeweils direkt begrenzt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Speicherelemente 5 jeweils als ein Speichermodul ausgebildet, welches die insbesondere elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen 7 aufweist. Die Speicherzellen 7 können als Batteriezellen ausgebildet sein, wodurch der Energiespeicher 1 beispielsweise als Batterie, insbesondere als eine Hochvoltbatterie, ausgebildet sein kann. 5 zeigt in einer schematischen Draufsicht zwei der Speicherelemente 5. Die Speicherelemente 5 werden von mehreren Speicherzellen 7 gebildet, wobei die Speicherzellen 7 mittels ersten Leitungselementen 11 elektrisch miteinander verbunden beziehungsweise in Reihe verschaltet sind. Die ersten Leitungselemente 11 können insbesondere als standardisierte Zellverbinder bezeichnet werden und können isoliert und/oder abgedichtet sein. Die Speicherelemente 5 sind mittels zweiten Leitungselementen 12 elektrisch miteinander verbunden beziehungsweise verschaltet. Es können beispielsweise alle Speicherelemente 5 und somit der komplette Energiespeicher 1 abgeschaltet werden oder es kann wenigstens ein einzelnes der Speicherelemente 5, das insbesondere als Strang bezeichnet werden kann, abgeschaltet werden. Dadurch kann besonders vorteilhaft auf eine Beschädigung des Energiespeichers 1 oder des einzelnen der Speicherelemente 5 reagiert werden. Zudem liegen Balancer-Möglichkeiten bei beispielsweise unterschiedlicher Alterung und/oder unterschiedlichem Ladungszustand der Speicherzellen 7 vor. Unter den Balancer-Möglichkeiten kann insbesondere verstanden werden, dass sowohl einzelne der Speicherzellen 7 als auch einzelne der Speicherelemente 5 abgeschaltet werden können. In den in 6-14 gezeigten Ausführungsformen sind die Speicherelemente 5 als Speichermodule ausgebildet, wobei die Speicherelemente 5 alternativ als Speicherzellen 7 ausgebildet sein können.
  • Um den Energiespeicher 1 besonders vorteilhaft herstellen zu können, sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform erste der Speicherelemente 5a von einer ersten Seite 13 der Hohlprofile 2 und zweite der Speicherelemente 5b von einer der ersten Seite 13 in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 gegenüberliegenden, zweiten Seite 14 der Hohlprofile 2 in die Hohlprofile 2 beziehungsweise in die Hohlkammern 3 eingeschoben. 6 zeigt den Energiespeicher 1 in einem nicht vollständig hergestellten Zustand, in welchem die Speicherelemente 5a, b noch nicht in die Hohlprofile 2 eingeschoben worden sind. Montagerichtungen 15, 16, die insbesondere als Einschubrichtungen bezeichnet werden können, der Speicherelemente 5a, b entsprechen der Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2, wobei eine erste der Montagerichtungen 15 der ersten Speicherelemente 5a entgegengesetzt zu einer zweiten der Montagerichtungen 16 der zweiten Speicherelemente 5b verläuft. 7 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht den Energiespeicher 1 exemplarisch während einer Montage beziehungsweise eines Einschiebens eines der ersten Speicherelemente 5a in eines von dem ersten Hohlprofil 2a verschiedenes, zweites Hohlprofil 2b. In den Hohlprofilen 2 sind mehrere Zellführungselemente 6 angeordnet, auf denen die Speicherelemente 5a, b aufliegen und die beim Einschieben der Speicherelemente 5a, b in die Hohlprofile 2 beziehungsweise die Hohlkammern 3 eine Führung für die Speicherelemente 5a, b bilden. Die Zellführungselemente 6 sind mit den Wandungen 4 der Hohlprofile 2 verbunden und können insbesondere als Zellführung bezeichnet werden. Die Zellführungselemente 6 können aus einem Kunststoff oder aus einem Metall gebildet sein. 8 zeigt in einer schematischen Seitenansicht exemplarisch das erste Hohlprofil 2a und das zweite Hohlprofil 2b, wobei in dem zweiten Hohlprofil 2b die Speicherelemente 5a, b eingeschoben sind.
  • 9 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Draufsicht des Energiespeichers 1, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 16 Speicherelemente 5a, b mit jeweils vier Speicherzellen 7 angeordnet sind. In der 9 ist in einem vergrößerten ersten Detailausschnitt C der erste Kanalbereich 20 des Kühlmittelkanals 19 skizziert. Mittels des Kühlmittelkanals 19, insbesondere dem ersten Kanalbereich 20, können die Speicherelemente 5a, b beziehungsweise die Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform weisen die Hohlprofile 2 Durchgangsöffnungen 17 auf, welche auf einer von den Seiten 13, 14 unterschiedlichen, dritten Seite 18 der Hohlprofile 2 angeordnet sind. Die Durchgangsöffnungen 17 schaffen eine Öffnung beziehungsweise eine Verbindung der in den Hohlprofilen 2 angeordneten Hohlkammern 3 mit einer Umgebung außerhalb der Hohlprofile 2. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Durchgangsöffnungen 17 jeweils separat voneinander ausgebildet. Alternativ können die Durchgangsöffnungen 17 miteinander verbunden sein, wodurch sich eine gemeinsame Durchgangsöffnung der Hohlprofile 2 ergibt. Vorzugsweise ist die dritte Seite 18 in Einbaulage des Energiespeichers 1 eine in Fahrzeughochrichtung nach oben weisende Oberseite der Hohlprofile 2, wobei die Einbaulage in dem vollständig hergestellten Zustand des Energiespeichers 1 eingenommen wird. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen 17 in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 in deren Mitte angeordnet.
  • In weiterer Ausgestaltung ist das Kühlmittel über die Durchgangsöffnungen 17 dem Kühlmittelkanal 19, insbesondere dem Kanalbereich 20, zuführbar und/oder von dem Kühlmittelkanal 19, insbesondere dem Kanalbereich 20, über die Durchgangsöffnungen 17 abführbar. Beispielsweise kann der Kühlmittelkanal 19 mit einem von dem Kühlmittel durchströmbaren Leitungselement verbunden sein, wobei das Leitungselement an wenigstens einer Verbindungsstelle mit dem Kühlmittelkanal 19 fluidisch verbunden sein kann. Die Verbindungsstelle kann in den Durchgangsöffnungen 17 angeordnet sein oder die Verbindungsstelle kann in wenigstens einem der Hohlprofile 2, insbesondere in den Hohlkammern 3, angeordnet sein, wodurch das Leitungselement durch die Durchgangsöffnungen 17 hindurchgeführt sein kann. Das Leitungselement kann insbesondere als Schlauch ausgebildet sein. Der Kanalbereich 20 ist vorzugsweise über eine zweite Verbindungsstelle 20a, die in 9 gezeigt ist, mit dem Leitungselement fluidisch verbunden. Über die Durchgangsöffnungen 17 kann der Kühlmittelkanal 19, insbesondere der Kanalbereich 20, besonders vorteilhaft mit dem Kühlmittel versorgt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung ist durch die Durchgangsöffnungen 17 wenigstens eine elektrische Leitung geführt, über welche elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom zu zumindest einem der Speicherelemente 5a, b zuführbar und/oder von zumindest einem der Speicherelemente 5a, b abführbar ist. Die Leitung kann insbesondere als ein Kabel ausgebildet sein. Die Leitung verläuft zumindest teilweise außerhalb der Hohlprofile 2 und kann mit dem zweiten Leitungselement 12 elektrisch verbunden sein. Dadurch können die Speicherelemente 5a, b beziehungsweise die Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung umfasst der Energiespeicher 1 einen von dem Kühlmittel zum Kühlen der Speicherelemente 5a, b durchströmbaren dritten Kanalbereich 25 des Kühlmittelkanals 19, welcher durch wenigstens eines der Hohlprofile 2 begrenzt ist und dadurch in einem der Hohlprofile 2 verläuft, wodurch die Speicherelemente 5a, b außenumfangsseitig zumindest teilweise direkt von dem Kühlmittel umströmbar sind. Der dritte Kanalbereich 25 wird zumindest teilweise von den Wandungen 4 eines der Hohlprofile 2, insbesondere den inneren Mantelflächen 21 eines der Hohlprofile 2, und den Speicherelementen 5a, b begrenzt. Der dritte Kanalbereich 25 verläuft zumindest teilweise, insbesondere überwiegend oder vollständig, in Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2. Der dritte Kanalbereich 25 ist über den zweiten Kanalbereich 23 mit zumindest dem Teil des den ersten Kanalbereich 20 durchströmenden Kühlmittels versorgbar und zumindest von dem Teil des Kühlmittels durchströmbar. Das Kühlmittel durchströmt den dritten Kanalbereich 25 in einer fünften Strömungsrichtung, welche vorzugsweise parallel zur ersten Strömungsrichtung verläuft. Die fünfte Strömungsrichtung kann entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verlaufen, vorzugsweise entspricht die fünfte Strömungsrichtung der ersten Strömungsrichtung. Mittels dritter Richtungspfeile 40 ist die fünfte Strömungsrichtung veranschaulicht. Mittels des dritten Kanalbereichs 25 des Kühlmittelkanals 19 können die Speicherelemente 5a, b beziehungsweise die Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft gekühlt werden. Der dritte Kanalbereich 25 ist über eine dritte Verbindungsstelle 25a mit Leitungselement fluidisch verbunden.
  • Vorzugsweise weist der Energiespeicher 1 wenigstens eine elektronische Recheneinrichtung 27 auf, welche insbesondere als Batteriemanagementeinrichtung oder als Batteriemanagementsystem bezeichnet werden kann, zur Überwachung und/oder zur Regelung der Speicherelemente 5a, b beziehungsweise der Speicherzellen 7, wobei die elektronische Recheneinrichtung 27 über die Durchgangsöffnungen 17 senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 in wenigstens einem der Hohlprofile 2 eingeschoben ist. Eine Montage beziehungsweise ein Einschieben der elektronischen Recheneinrichtung 27 erfolgt in einer dritten Montagerichtung 28, welche vorzugsweise senkrecht zur ersten Montagerichtung 15 und zur zweiten Montagerichtung 16 ist. Die elektronische Recheneinrichtung 27 ist in wenigstens einer der Hohlkammern 3 der Hohlprofile 2 angeordnet und/oder kann sich über alle Hohlprofile 2 erstrecken. Vorzugsweise ist die elektronische Recheneinrichtung 27 zwischen den ersten Speicherelementen 5a und den zweiten Speicherelementen 5b angeordnet.
  • Vorzugsweise ist in der Einbaulage des Energiespeichers 1 in dem Kraftfahrzeug die Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 von der Fahrzeughochrichtung verschieden, wobei die Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2 der Fahrzeugquerrichtung oder der Fahrzeuglängsrichtung entsprechen kann. Dadurch kann der Energiespeicher 1 besonders vorteilhaft hergestellt werden und besonders Crashsicher ausgelegt werden.
  • Des Weiteren weisen die Hohlprofile 2 wenigstens einen außerhalb der Hohlprofile 2 in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufenden Kabelführungskanal 29 auf, wobei der Kabelführungskanal 29 zumindest teilweise von wenigstens einem der Hohlprofile 2 begrenzt wird. Vorzugsweise ist eine Grundfläche 30 des Kabelführungskanals 29 in der Einbaulage des Energiespeichers 1 eine in der Fahrzeughochrichtung nach oben weisende zweite Oberseite eines der Hohlprofile 2, wobei die zweite Oberseite verschieden zu der ersten Oberseite sein kann oder mit der ersten Oberseite zusammenfallen kann. Vorzugsweise ist die elektrische Leitung, über welche die Speicherelemente 5a, b mit elektrischer Energie versorgt werden können, in dem Kabelführungskanal 29 angeordnet. Dadurch können die Speicherelemente 5a, b beziehungsweise die Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft mit der elektrischen Energie versorgt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung bildet wenigstens eines der Hohlprofile 2 wenigstens einen außerhalb der Hohlprofile 2 in ihrer Längserstreckungsrichtung verlaufenden, von dem Kühlmittel durchströmbaren zweiten Kühlmittelkanal 31 zur Kühlung der Speicherelemente 5a, b, wobei der zweite Kühlmittelkanal 31 zumindest teilweise von wenigstens einem der Hohlprofile 2 begrenzt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt wird der zweite Kühlmittelkanal 31 zumindest teilweise von den Wandungen 4 beziehungsweise von nach außen gerichteten, äußeren Mantelflächen 32 der Hohlprofile 2 begrenzt. Beispielsweise kann der zweite Kühlmittelkanal 31 von zwei der Hohlprofile 2 gebildet sein und/oder der zweite Kühlmittelkanal 31 kann von einem der Hohlprofile 2 gebildet sein. Der zweite Kühlmittelkanal ist zumindest teilweise von einer separat von den Hohlprofilen 2 ausgebildeten und mit wenigstens einem der Hohlprofile 2 verbundenen Kanalwand 31a begrenzt. Die Kanalwand 31a kann beispielsweise als eine ebene Platte oder als ein winkelförmiges Profil, welches vorzugsweise einen rechten Winkel aufweist, ausgebildet sein. Der zweite Kühlmittelkanal 31 kann mit dem Kanalbereich 20 und/oder mit dem zweiten Kanalbereich 23 und/oder mit dem dritten Kanalbereich 25 des Kühlmittelkanals 19 fluidisch verbunden sein. Das Kühlmittel durchströmt den zweiten Kühlmittelkanal 31 vorzugsweise in einer sechsten Strömungsrichtung, welche parallel zur ersten Strömungsrichtung ist, wobei die sechste Strömungsrichtung der ersten Strömungsrichtung entsprechen kann oder entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verlaufen kann. Die Kanalwand 31a ist mit wenigstens einem der Hohlprofile 2 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden. Mittels des zweiten Kühlmittelkanals 31 können die Speicherelemente 5a, b besonders vorteilhaft gekühlt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Hohlprofile 2 mehrstückig ausgeführt sein. Die Hohlprofile 2 werden in dem in 10 in einer Seitenansicht gezeigten Ausführungsbeispiel des Energiespeichers 1 jeweils von wenigstens zwei separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Profilteilen 49, 50 gebildet, die insbesondere als erstes Profilteil 49 und als zweites Profilteil 50 bezeichnet werden können. Die Profilteile 49, 50 weisen Flanschstellen 51 auf, an welchen die Profile 49, 50 miteinander stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Nieten, verbunden sein können. Die Flanschstellen 51 können insbesondere als Fügeflansche bezeichnet werden. Der Energiespeicher 1 weist ein Grundprofil 52 auf, welches separat von den Hohlprofilen 2 ausgebildet und mit den Hohlprofilen 2 verbunden ist. Das Grundprofil 52 kann insbesondere schalenförmig ausgebildet sein. Die Hohlprofile 2 und das Grundprofil 52 können miteinander stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Nieten, verbunden sein, insbesondere an vierten Verbindungsstellen 53, welche in der 10 exemplarisch für das erste Hohlprofil 2a skizziert sind. Die Hohlprofile 2 sind mit einer separat von den Hohlprofilen 2 ausgeführten Profilplatte 54 verbunden. Die Hohlprofile 2 und die Profilplatte 54 können miteinander stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Nieten, verbunden sein, insbesondere an fünften Verbindungsstellen 55, welche in der 10 exemplarisch für das erste Hohlprofil 2a skizziert sind. Die Hohlprofile 2 können an fünften Verbindungsstellen 56 miteinander verbunden sein, welche exemplarisch für das erste Hohlprofil 2a und das zweite Hohlprofil 2b skizziert sind. Vorzugsweise sind die Hohlprofile 2 miteinander stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Nieten, verbunden. Der Kabelführungskanal 29 wird zumindest teilweise von den Hohlprofilen 2 und der Profilplatte 54 begrenzt. Der zweite Kühlmittelkanal 31 wird zumindest teilweise durch wenigstens eines der Hohlprofile 2 und das Grundprofil 52 begrenzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann in wenigstens einem der Hohlprofile 2 beziehungsweise in einer der Hohlkammern 3 wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbarer Hohlzylinder zur Kühlung der Speicherelemente 5a, b angeordnet sein. Eine Längserstreckungsrichtung des Hohlzylinders ist vorzugsweise senkrecht zur dritten Seite 18 und kann in der Einbaulage des Energiespeichers 1 der Fahrzeughochrichtung entsprechen. Der Hohlzylinder kann die dritte Seite 18 durchdringen und über einer auf der dritten Seite 18 angeordnete Öffnung des Hohlzylinders beispielsweise mit Kühlmittelkanal 19, insbesondere dem Kanalbereich 20 und/oder dem zweiten Kanalbereich 23 fluidisch verbunden sein, wodurch der Hohlzylinder mit dem Kühlmittel versorgt werden kann. Der Hohlzylinder kann mit einem der Hohlprofile 2 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden sein.
  • In weiterer Ausgestaltung sind die Hohlprofile 2 an der ersten Seite 13 mittels wenigstens eines ersten Deckels 33 und/oder an der zweiten Seite 14 mittels wenigstens eines zweiten Deckels 34 zumindest teilweise verschlossen. Dies ist in 11 in einer schematischen Perspektivansicht des Energiespeichers 1 dargestellt. Der erste Deckel 33 und/oder der zweite Deckel 34 ist mit den Hohlprofilen 2 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Schrauben, verbunden. Eine Längserstreckungsrichtung der Deckel 33, 34 verläuft senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Hohlprofile 2. Wenigstens einer der Deckel 33, 34 und die Hohlprofile 2 sind mittels wenigstens einer Dichtung gegenüber der Umgebung der Hohlprofile 2 abgedichtet, wobei die Dichtung vorzugsweise an einer siebten Verbindungsstelle zwischen dem ersten Deckel 33 und den Hohlprofilen 2 und/oder an einer achten Verbindungsstelle zwischen dem zweiten Deckel 34 und den Hohlprofilen 2 angeordnet ist. Wenigstens einer der Deckel 33, 34 kann als ein insbesondere als Seitenschweller bezeichneter Türschweller des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise ist die Durchgangsöffnung 17 mit wenigstens einem separat von den Hohlprofilen 2 ausgebildeten und mit den Hohlprofilen 2 verbundenen dritten Deckel 35 zumindest teilweise verschlossen. Der dritte Deckel 35 ist mit den Hohlprofilen 2 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig, insbesondere mittels Schrauben, verbunden. Eine Längserstreckungsrichtung des dritten Deckels 35 entspricht der Längserstreckungsrichtung des ersten Deckels 33 und/oder des zweiten Deckels 34. Vorzugsweise ist der dritte Deckel 35 mittels wenigstens einer zweiten Dichtung gegenüber der Umgebung der Hohlprofile 2 abgedichtet, wobei die zweite Dichtung an einer neunten Verbindungsstelle zwischen dem dritten Deckel 35 und den Hohlprofilen 2 angeordnet sein kann. Der Kabelführungskanal 29 ist vorzugsweise mittels eines vierten Deckels 36 zumindest teilweise verschlossen. Der vierte Deckel 36 ist mit den Hohlprofilen 2 stoffschlüssig, insbesondere mittels Schweißen, vorzugsweise mittels Rührreibschweißen, und/oder formschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden. Der dritte Deckel 35 und/oder der vierte Deckel 36 können als Platte ausgeführt sein. Mittels des ersten Deckels 33 und/oder des zweiten Deckels 34 und/oder des dritten Deckels 35 und/oder des vierten Deckels 36 ist der Energiespeicher 1 beziehungsweise die Hohlprofile 2 besonders vorteilhaft abgedichtet.
  • 12 zeigt in einer schematischen Draufsicht mit Fokus auf den zweiten Kanalbereich 23 eine weitere Ausführungsform in welcher der Energiespeicher 1 wenigstens ein in dem zweiten Kanalbereich 23 zwischen den Speicherzellen 7 angeordnetes und die Speicherzellen 7 in dem Abstand 22 zueinander haltendes Abstandshalteelement 37 umfasst, welches ein Material 38 aufweist, das einen von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Strömungsquerschnitt 39 des zweiten Kanalbereichs 23 und somit des Kühlmittelkanals 19 direkt begrenzt.
  • 13 zeigt in einer auf das Abstandshalteelement 37 fokussierten Detailansicht einen zweiten Schnitt D-D, welcher, wie in 12 sichtbar, zwischen zweiten Schnittbezugspunkten D zwischen zwei Speicherzellen 7 verläuft. Der erste Strömungsquerschnitt 39 wird durch das Abstandshalteelement 37 begrenzt, wobei das Kühlmittel zwischen den Speicherzellen 7 das Abstandshalteelement 37 in dem ersten Strömungsquerschnitt 39 durchströmen kann. Da der erste Strömungsquerschnitt 39 kleiner ist als ein Strömungsquerschnitt zwischen den benachbarten Speicherzellen 7 stromauf des Abstandshalteelements 37, wirkt dieses auf eine Strömung des Kühlmittels wie eine Drossel. Mittels vierten Richtungspfeilen 42 ist dabei eine beispielhafte siebte Strömungsrichtung des Kühlmittels skizziert, welche durch das Abstandshalteelement 37 erzwungen wird.
  • Das Material 38 des Abstandshalteelements 37 ist dazu ausgebildet, bei einer durch zumindest eine der Speicherzellen 7 bewirkten Erwärmung des Materials 38 zu schmelzen und dadurch einen von dem Kühlmittel durchströmbaren und gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt 39 größeren, zweiten Strömungsquerschnitt 41 des zweiten Kanalbereichs 23 und somit des Kühlmittelkanals 19 freizugeben. Das Material 38 kann beispielsweise aus einem Fett, Wachs oder einem Kunststoff gebildet sein. Ein Schmelzpunkt, bei welchem das Material 38 schmilzt, kann beispielsweise zwischen 40 Grad Celsius und 500 Grad Celsius liegen, vorzugsweise zwischen 60 Grad Celsius und 100 Grad Celsius.
  • 14 zeigt in einer auf das Abstandshalteelement 37 fokussierten Detailansicht den zweiten Schnitt D-D, wobei das Material 38 geschmolzen ist. Dadurch wird der zweite Strömungsquerschnitt 41 von dem Material 38 freigegeben, wodurch das Abstandshalteelement 37 in dem zweiten Strömungsquerschnitt 41 von dem Kühlmittel durchströmbar ist, was in einem vergrößerten zweiten Detailausschnitt E der 14 dargestellt ist. Dadurch wird eine Drosselwirkung des Abstandshalteelements 37 auf den Kühlmittelstrom zumindest teilweise, insbesondere nahezu oder vollständig, aufgehoben. Mittels fünften Richtungspfeilen 57 ist dabei eine beispielhafte achte Strömungsrichtung des Kühlmittels skizziert, welche von der siebten Strömungsrichtung verschieden sein kann und der zweiten Strömungsrichtung entsprechen kann. Da der zweite Strömungsquerschnitt 41 größer ist als der erste Strömungsquerschnitt 39, kann ein Durchsatz beziehungsweise ein als Kühlmittelstrom bezeichneter Volumenstrom des Kühlmittels besonders erhöht werden, wodurch eine Kühlleistung für die Speicherzellen 7 besonders erhöht werden kann, sodass besonders viel Wärme von den Speicherzellen 7 abgeführt werden kann. Dadurch kann eine Propagation besonders vermindert beziehungsweise unterbunden werden. Der beginnenden Propagation kann dabei bereits bei ihrer Entstehung entgegengewirkt werden, da das Material 38 vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass das Material 38 seine Schmelztemperatur erreicht, wenn in wenigstens einem der Speicherzellen 7 eine kritische Grenztemperatur vorliegt, bei der die Propagation beginnen kann, wodurch eine Kühlung der Speicherzellen 7 besonders erhöht werden kann.
  • Wie in der 4 gezeigt kann das Abstandshalteelement 37 beispielweise derart an den Speicherzellen 7 angeordnet sein, dass es mit wenigstens einer in einer fünften Längserstreckungsrichtung des Rechteckprofils 8 verlaufenden Profilkante 8a des Rechteckprofils 8 der Speicherzellen 7 bündig abschließt. Das Abstandshalteelement 37 kann versetzt zum Minuspol oder zum Pluspol an dem Rechteckprofil 8 angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Abstandshalteelement 37 dazu ausgebildet, sich bei einer durch die zumindest eine der Speicherzellen 7 bewirkte und mit der Erwärmung des Materials 38 einhergehenden Erwärmung des Abstandshalteelements 37 zu verformen und dadurch den Abstand 22 zwischen den Speicherzellen 7 zu verändern, insbesondere zu vergrößern. Dadurch kann insbesondere bei der Erwärmung des Abstandshalteelements 37 der Abstand 22 zwischen den Speicherzellen 7 vergrößert werden, wodurch der erste Strömungsquerschnitt 39 und/oder der zweite Strömungsquerschnitt 41 vergrößert werden kann. Dadurch kann der Kühlmittelstrom zwischen den Speicherzellen 7 vergrößert werden, wodurch die Kühlung der Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft erhöht werden kann und eine Steuerung beziehungsweise eine Regelung, insbesondere eine Selbstregelung, der Kühlung der Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft erfolgen kann.
  • In weiterer Ausgestaltung weist das Abstandshalteelement 37 wenigstens ein aus einem ersten, einen ersten Wärmedehnungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff gebildetes, erstes Abstandshalteteil und wenigstens ein aus einem zweiten, einen von dem ersten Wärmedehnungskoeffizienten unterschiedlichen, zweiten Wärmedehnungskoeffizienten aufweisenden Werkstoff gebildetes und mit dem ersten Abstandshalteteil verbundenes, zweites Abstandshalteteil auf. Die beiden Abstandshalteteile können dabei vorzugsweise als ein Bimetall ausgebildet sein. Da die beiden Abstandshalteteile voneinander verschiedene Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen, erfahren die beiden Abstandshalteteile bei Temperaturveränderungen verschiedene Ausdehnungen beziehungsweise Längungen. Dadurch kann eine Geometrie beziehungsweise eine Form des Abstandshalteelements 37 derart verändert werden, dass bei Temperaturveränderungen des Abstandshalteelements 37 der erste Strömungsquerschnitt 39 und/oder der zweite Strömungsquerschnitt 41 vergrößert oder verkleinert werden kann. Dadurch kann bei der durch die zumindest eine der Speicherzellen 7 bewirkte und mit der Erwärmung des Materials 38 einhergehenden Erwärmung des Abstandshalteelements 37 der erste Strömungsquerschnitt 39 und/oder der zweite Strömungsquerschnitt 41 vergrößert werden, wodurch der Kühlmittelstrom beziehungsweise die Kühlleistung für die Speicherzellen 7 erhöht werden kann. Dadurch kann die Regelung, insbesondere die Selbstregelung, beziehungsweise die Steuerung der Kühlung der Speicherzellen 7 besonders vorteilhaft erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Energiespeicher 1 wenigstens einen Drucksensor auf, mittels welchem ein Druck des Kühlmittels in dem Kühlmittelkanal 19 erfassbar ist. Der Drucksensor ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des den zweiten Kanalbereich 23 durchströmenden Kühlmittels stromauf des Abstandshalteelements 37 in dem Kühlmittelkanal 19, insbesondere in zweiten Kanalbereich 23 angeordnet. Mittels des Drucksensors können Veränderungen der Strömungsbedingungen des Kühlmittels, insbesondere zwischen den Speicherzellen 7, detektiert werden. Die Veränderungen der Strömungsbedingungen können beispielsweise auf eine Veränderung des Abstands 22, insbesondere der Größe des ersten Strömungsquerschnitts 39 und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts 41, oder auf ein Schmelzen des Materials 38 des Abstandshalteelements 37 zurückzuführen sein. Insbesondere bei einer Vergrößerung des Abstands 22 oder bei dem Schmelzen des Materials 38 des Abstandshalteelements 37 liegt in dem Kühlmittelkanal 19, insbesondere in dem zweiten Kanalbereich 23, ein besonders hoher Kühlmittelstrom vor. Dadurch können Druckverhältnisse beziehungsweise der Druck in dem Kühlmittelkanal 19, insbesondere stromauf des Abstandshalteelements 37, sich verändern. Dies kann mittels des Drucksensors erfasst werden, wodurch Änderungen des Kühlmittelstroms besonders vorteilhaft detektiert werden können.
  • Vorzugsweise weist der Energiespeicher 1 eine Pumpe auf, mittels welcher das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal 19 gefördert werden kann. Das Kühlmittel kann beispielsweise mittels der Pumpe in den Kühlmittelkanal 19 geführt werden und über den Kanalbereich 20 durch den zweiten Kanalbereich 23 zu den Speicherelementen 5a, b geführt werden. Mittels der Pumpe können die Speicherelemente 5a, b besonders vorteilhaft mit dem Kühlmittel versorgt werden.
  • Der Drucksensor ist vorzugsweise dazu ausgebildet, wenigstens ein den mittels des Drucksensors erfassten Druck charakterisierendes Signal bereitzustellen, wofür die zweite elektronische Recheneinrichtung vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, das Signal zu empfangen und in Abhängigkeit von dem Signal die Pumpe anzusteuern und dadurch einen Volumenstrom des Kühlmittels einzustellen. Mittels des Drucksensors können, insbesondere stromauf des Abstandshalteelements 37, Änderungen, insbesondere Erhöhungen, des Volumenstroms des Kühlmittels detektiert werden, welche beispielweise auf die Veränderung des Abstands 22, insbesondere der Größe des ersten Strömungsquerschnitts 39 und/oder des zweiten Strömungsquerschnitts 41, oder auf das Schmelzen des Materials 38 des Abstandshalteelements 37 zurückzuführen sein können, wodurch eine besonders hohe Temperatur in wenigstens einem der Speicherzellen 7 beziehungsweise eine Neigung zur Propagation beziehungsweise die Propagation erfassbar ist. Mittels der zweiten elektronischen Recheneinrichtung kann die Pumpe derart angesteuert beziehungsweise betrieben werden, dass der Kühlmittelstrom angepasst werden kann. Der Volumenstrom des Kühlmittels kann dabei insbesondere besonders erhöht werden, sodass die Kühlung der Speicherelemente 5a, b besonders intensiviert werden kann und die Propagation unterbunden werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Energiespeicher
    2
    Hohlprofile
    2a
    erstes Hohlprofil
    2b
    zweites Hohlprofil
    3
    Hohlkammern
    4
    Wandungen
    5
    Speicherelemente
    5a
    erste Speicherelemente
    5b
    zweite Speicherelemente
    6
    Zellführungselemente
    7
    Speicherzellen
    8
    Rechteckprofil
    8a
    Profilkante
    9a
    erster Kondensator
    9b
    zweier Kondensator
    10a
    erste Außenfläche
    10b
    zweite Außenfläche
    11
    erstes Leitungselement
    12
    zweites Leitungselement
    13
    erste Seite
    14
    zweite Seite
    15
    erste Montagerichtung
    16
    zweite Montagerichtung
    17
    Durchgangsöffnungen
    18
    dritte Seite
    19
    Kühlmittelkanal
    20
    Kanalbereich
    20a
    zweite Verbindungsstelle
    21
    innere Mantelflächen
    22
    Abstand
    23
    zweiter Kanalbereich
    24
    erste Richtungspfeile
    25
    dritter Kanalbereich
    25a
    dritte Verbindungsstelle
    26
    zweite Richtungspfeile
    27
    elektronische Recheneinrichtung
    28
    dritte Montagerichtung
    29
    Kabelführungskanal
    30
    Grundfläche
    31
    zweiter Kühlmittelkanal
    31a
    Kanalwand
    32
    äußere Mantelfläche
    33
    erster Deckel
    34
    zweiter Deckel
    35
    dritter Deckel
    36
    vierter Deckel
    37
    Abstandshalteelement
    38
    Material
    39
    erster Strömungsquerschnitt
    40
    dritte Richtungspfeile
    41
    zweiter Strömungsquerschnitt
    42
    vierte Richtungspfeile
    43
    erstes Profil
    44
    zweites Profil
    45
    Zulaufstelle
    46
    Ablaufstelle
    47
    Thermostatventile
    48
    Schnittstellen
    49
    erstes Profilteil
    50
    zweites Profilteil
    51
    Flanschstellen
    52
    Grundprofil
    53
    vierte Verbindungsstellen
    54
    Profilplatte
    55
    fünfte Verbindungsstelle
    56
    sechste Verbindungsstelle
    57
    vierte Richtungspfeile
    58
    Rippen
    59
    zweiter Abstand
    60
    Außenwand
    A
    Rückansicht
    B
    Vorderansicht
    C
    erster Detailausschnitt
    D
    zweite Schnittbezugspunkte
    D-D
    zweiter Schnitt
    E
    zweiter Detailausschnitt
    F
    erste Schnittbezugspunkte
    F-F
    erster Schnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016217935 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Energiespeicher (1) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Hohlprofil (2a), in welchem wenigstens ein als Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie oder als Brennstoffzelle ausgebildetes Bauelement angeordnet ist, und mit wenigstens einem in dem Hohlprofil (2a) verlaufenden Kühlmittelkanal (19), welcher von einem Kühlmittel zum Kühlen des Bauelements durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Kühlmittelkanals (19) durch das Bauelement und durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzt ist.
  2. Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des Kühlmittelkanals (19) ein Kanalbereich (20) des Kühlmittelkanals (19) ist, wobei der Kanalbereich (20) in Umfangsrichtung des Kanalbereiches (20) vollständig umlaufend durch das Bauelement und durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzt ist.
  3. Energiespeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlprofil (2a) wenigstens ein als zweites Speicherelement zum Speichern von elektrischer Energie oder als zweite Brennstoffzelle ausgebildetes, zweites Bauelement angeordnet ist, wobei die benachbarten Bauelemente in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) in einem Abstand (22) zueinander gehalten sind, durch welchen ein teilweise durch die Bauelemente und teilweise durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzter, schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) von dem Kühlmittel durchströmbarer, zweiter Kanalbereich (23) des Kühlmittelkanals (19) gebildet ist, welcher über den Kanalbereich (20) mit zumindest einem Teil des den Kanalbereich (20) durchströmenden Kühlmittels versorgbar und zumindest von dem Teil des Kühlmittels durchströmbar ist.
  4. Energiespeicher (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kanalbereich (23) vollständig durch die Bauelemente und durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzt ist.
  5. Energiespeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlprofil (2a) wenigstens ein als zweites Speicherelement (5a) zum Speichern von elektrischer Energie oder als zweite Brennstoffzelle ausgebildetes, zweites Bauelement angeordnet ist, wobei die benachbarten Bauelemente in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) in einem Abstand (22) zueinander gehalten sind, durch welchen ein teilweise durch die Bauelemente und teilweise durch das Hohlprofil (2a) jeweils direkt begrenzter, schräg oder senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) von dem Kühlmittel durchströmbarer Kanalbereich (20) als der Teil des Kühlmittelkanals (19) gebildet ist.
  6. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet, durch wenigstens ein in dem Abstand (22) zwischen den Bauelementen angeordnetes und die Bauelementen in dem Abstand (22) zueinander haltendes Abstandshalteelement (37), welches ein Material (38) aufweist, das einen von dem Kühlmittel durchströmbaren ersten Strömungsquerschnitt (39) des Kühlmittelkanals (19) direkt begrenzt und dazu ausgebildet ist, bei einer durch zumindest eines der Bauelemente bewirkten Erwärmung des Materials (38) zu schmelzen und dadurch einen von dem Kühlmittel durchströmbaren und gegenüber dem ersten Strömungsquerschnitt (39) größeren, zweiten Strömungsquerschnitt (41) des Kühlmittelkanals (19) freizugeben.
  7. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes der Bauelemente von einer ersten Seite (13) des Hohlprofils (2a) und ein zweites der Bauelemente von einer der ersten Seite (13) in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) gegenüberliegenden, zweiten Seite (14) des Hohlprofils (2a) in das Hohlprofil (2a) eingeschoben ist.
  8. Energiespeicher (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (2a) wenigstens eine Durchgangsöffnung (17) aufweist, welche auf einer von den Seiten (13, 14) unterschiedlichen, dritten Seite (18) des Hohlprofils (2a) angeordnet ist.
  9. Energiespeicher (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Seite (18) in Einbaulage des Energiespeichers (1) eine in Fahrzeughochrichtung nach oben weisende Oberseite des Hohlprofils (2a) ist.
  10. Energiespeicher (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (17) in Längserstreckungsrichtung des Hohlprofils (2a) in dessen Mitte angeordnet ist.
  11. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel über die Durchgangsöffnung (17) dem Kühlmittelkanal (19) zuführbar ist und/oder von dem Kühlmittelkanal (19) abführbar ist.
  12. Energiespeicher (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Durchgangsöffnung (17) wenigstens eine Leitung geführt ist, über welche elektrische Energie zu zumindest einem der Bauelemente zuführbar und/oder von zumindest einem der Bauelemente abführbar ist.
  13. Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Energiespeicher (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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