-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher, sowie ein Kraftfahrzeug.
-
Energiespeicher der in Rede stehenden Art werden beispielsweise als Antriebsbatterien in teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet. Derartige Energiespeicher bestehen in der Regel aus einer Vielzahl von Batteriemodulen, wobei die Batteriemodule wiederum aus einzelnen Batteriezellen bestehen. Die Verschaltung der Batteriezellen erfolgt über sogenannte Zellverbinder, wobei es sich hierbei beispielsweise um verlötete Metallplättchen handelt. Die Module selbst wiederum werden über beispielsweise entsprechende Leistungskabel miteinander verschaltet. Es hat sich herausgestellt, dass gerade die Verbindung der verschiedenen Batteriemodule in der Praxis nicht unproblematisch ist, da beispielsweise zum Verbinden der Batteriemodule Leistungskabel einer gewissen Länge verwendet werden müssen, was aufgrund der im Kraftfahrzeug herrschenden Vibrationen, Stöße etc. nicht unproblematisch ist. Die
DE 10 2016 204 681 A1 schlägt in diesem Zusammenhang eine Batterie mit zumindest zwei Batteriemodulen vor, wobei diese jeweils ein Modulverbindungselement aufweisen. Das Modulverbindungselement eines ersten Batteriemoduls und das Modulverbindungselement eines zweiten Batteriemoduls sind elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die elektrisch leitende Verbindung der Modulverbindungselemente als Steckverbindung ausgebildet ist. Ein derartiger Ansatz erscheint aber eher unflexibel, wenn sich beispielsweise die Speichergröße oder die Größe der Batteriezellen ändert. Zudem beanspruchen die Modulverbindungselemente zusätzlich Bauraum.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, wobei die vorgenannten Probleme beseitigt und insbesondere ein Energiespeicher angegeben werden soll, welcher sich durch hohe Betriebssicherheit bei gleichzeitig günstigen Kosten auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Energiespeicher gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
-
Erfindungsgemäß umfasst ein Energiespeicher, insbesondere ein Hochvoltspeicher, zumindest zwei Batteriemodule, welche über ein Leiterelement elektrisch leitend verbunden sind, wobei ein erstes Ende des Leiterelements an einer Kontaktstelle eines ersten Batteriemoduls befestigt ist, und wobei ein zweites Ende des Leiterelements an einer Kontaktstelle eines zweiten Batteriemoduls befestigt ist, und wobei ein Halteelement vorgesehen ist, welches einen Befestigungsabschnitt und einen Halteabschnitt aufweist, wobei in oder an dem Halteabschnitt das Leiterelement gehalten oder geführt ist, und wobei das Halteelement über den Befestigungsabschnitt lösbar an dem ersten Batteriemodul angeordnet oder befestigt ist, und wobei der Halteabschnitt über einen Stegabschnitt versetzt zum Befestigungsabschnitt angeordnet ist. Jedes Batteriemodul umfasst gemäß einer Ausführungsform eine Vielzahl von Batteriezellen, welche parallel und/oder seriell miteinander einem Batteriemodul verschaltet sind zu. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen insbesondere Lithiumionenzellen, beispielsweise aufweisend ein prismatisches Batteriegehäuse. Es kann sich aber auch um Rundzellen handeln bzw. auch um andere Zellgehäuseformen, insbesondere auch um Zellen mit weichen oder flexiblen Zellgehäusen. Zudem ist die vorliegende Idee nicht auf den Lithiumionen-Zelltyp beschränkt. Das oder die Leiterelemente, auch Modulverbinder genannt, dienen zum Verschalten der Batteriemodule untereinander, sodass aus einer Vielzahl von Batteriemodulen, wobei in der Realität bevorzugt mehr als zwei vorgesehen sind, ein Energiespeicher, insbesondere ein Hochvoltspeicher, wobei es sich hierbei bevorzugt um einen elektrischen Energiespeicher als Antriebsbatterie für ein teil- oder vollelektrifiziertes Fahrzeug handelt, gebildet wird. Das Leiterelement ist vorliegend bevorzugt als zumindest teilweise flexibles Kabel ausgebildet, insbesondere bevorzugt als Kupferkabel. Dieses ist mit Vorteil flexibel anordenbar und gut an vorherrschende Platzverhältnisse anpassbar. Um dieses zumindest bereichs- oder abschnittsweise abzustützen bzw. zu halten ist mit Vorteil das Halteelement vorgesehen, wobei das Halteelement vorliegend mit Vorteil lösbar in einem der Batteriemodule angeordnet, insbesondere eingesteckt, ist. Dabei bedeutet der Ausdruck „lösbar“, dass das Halteelement bei Bedarf, beispielsweise im Servicefall, auch wieder entfernt werden kann, was die Wartung eines derartigen Energiespeichers deutlich erleichtert. Der Versatz des Halteabschnitts relativ zum Befestigungsabschnitt verhindert unter anderem ein Scheuern des Leiterelements an umliegenden Teilen. In der Praxis weisen bevorzugt verwendete Leiterelemente in der Regel starre oder feste endseitig angeordnete oder ausgebildete Laschen auf, über welche mit Vorteil die Verbindung mit den Batteriemodulen erfolgt. Der Mittelteil der Leiterelemente ist beispielsweise aus einem klassischen (Kupfer-)Draht gebildet. Die bevorzugt verwendeten starren Laschen weisen bevorzugt einen Versatz auf, wobei sich die Größe des Stegabschnitts des Halteelements mit Vorteil an der Größe dieses Versatzes orientiert. Dadurch sind die Leiterelemente sozusagen in ihrer natürlichen Form gehalten. Insbesondere kann das Halteelement verhindern, dass die Verbindung, insbesondere ein Lotverbindung zwischen dem Drahtteil und den starren endseitig angeordneten Laschen, dauerhaft hält.
-
Die Verbindung der Leiterelemente mit den Batteriemodulen erfolgt zweckmäßigerweise form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig. Insbesondere können Schraub- und/oder Nietverbindungen bzw. auch Schweiß- oder Lötverbindungen vorgesehen sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist der Befestigungsabschnitt zumindest zwei Befestigungselemente auf, welche zueinander beweglich ausgebildet sind. Die Flexibilität der Befestigungselemente ermöglicht ein sicheres Anordnen des Befestigungsabschnitts im jeweiligen Batteriemodul. Die Befestigungselemente sind zweckmäßigerweise als längliche Stege oder Laschen ausgebildet, welche sich entlang einer Längsachse erstrecken. Die Beweglichkeit bzw. Flexibilität ermöglicht auch die Anpassung der Befestigungselemente an unterschiedliche Konturen bzw. eine Kompensation etwaiger Fertigungstoleranzen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die zumindest zwei Befestigungselemente endseitig Rastflächen auf, welche sich quer zu den Befestigungselementen und von diesen weg erstrecken. Insbesondere sind die Rastflächen endseitig ausgebildet. Sie ermöglichen mit Vorteil ein Verrasten des Halteelements in einer entsprechend ausgebildeten Ausnehmung und/oder Öffnung und verhindern somit ein ungewolltes Lösen der Halteelemente.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Befestigungsabschnitt drehfest in einer Ausnehmung eines Rahmenelements des ersten Batteriemoduls befestigt. Mit Vorteil weisen die Befestigungselemente umfänglich Kontaktflächen auf, welche sich innen an der Ausnehmung abstützen, beispielsweise indem sie dort anliegen. Bevorzugt ist auch das Leiterelement in dem Halteelement bzw. insbesondere in dessen Halteabschnitt verdrehsicher gehalten bzw. geführt. Mit Vorteil wird auf diese Weise das Leiterelement abgestützt und befestigt. Das Drehmoment bzw. die Kraft des im Betrieb schwingenden Leiterelements kann mit Vorteil über das Halteelement in das Rahmenelement des beispielsweise ersten Batteriemoduls eingeleitet werden. In der Folge ist das Leiterelement sicher gehalten und deutlich geringeren Belastungen ausgesetzt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ausnehmung in einer Druckplatte des Rahmens ausgebildet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Batteriemodul den Rahmen, wobei der Rahmen durch zwei über Zuganker verbundene Druckplatten gebildet wird. Die Druckplatten sind endseitig am Batteriemodul angeordnet und die dazwischen angeordneten Batteriezellen werden über die Zuganker verspannt. Mit Vorteil sind keine gesonderten Bauteile oder dergleichen vorgesehen, sondern es wird der ohnehin vorhandene Rahmen zur Anordnung des Halteelements verwendet. Hierzu wird mit Vorteil bereits eine Öffnung oder Ausnehmung verwendet, welche im Rahmen, vorliegend insbesondere in der Druckplatte, ohnehin vorhanden ist. Mit Vorteil werden also keine weiteren Bearbeitungsschritte oder Bauteile etc. nötig, um das Halteelement anzuordnen bzw. zu befestigen. Über die Geometrie der Befestigungselemente bzw. des Befestigungsabschnitts, welcher mit Vorteil ausgelegt ist, eine Steckverbindung zu realisieren, kann eine Anordnung an unterschiedlichsten Öffnungen oder Ausnehmungen erfolgen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckplatte als Strangpressprofil ausgebildet. Ein derartiges Strangpressprofil umfasst ohnehin eine Vielzahl von Öffnungen oder Ausnehmungen, welche das Profil ganz oder zumindest teilweise durchziehen. Mit Vorteil wird eine dieser ohnehin vorhandenen Öffnungen oder Ausnehmungen zur Anordnung des Halteelements genutzt.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorliegend eine abgesetzte Ausnehmung benutzt. Die abgesetzte Ausnehmung dient auch zur Handhabung des Batteriemoduls, insbesondere beispielsweise zum Ansetzen eines Greifelements. Dabei bedeutete der Ausdruck „abgesetzt“, dass die Ausnehmung einen Absatz oder eine Fläche aufweist, welche sich quer zur einer Anordnungsrichtung des Halteelements erstreckt. Mit diesem Absatz können beispielsweise die Rastflächen zusammenwirken.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leiterelement form- und/oder kraftschlüssig, insbesondere wie bereits erwähnt drehfest, im Halteabschnitt angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform formt der Halteabschnitt eine Öffnung, in welcher das Leiterelement angeordnet werden kann. Ein Querschnitt der Öffnung ist dabei zweckmäßigerweise an einen Querschnitt des Leiterelements angepasst, wodurch eine formschlüssige und drehfeste Anordnung erreicht werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein derartiger Halteabschnitt derart ausgebildet, dass er geöffnet werden kann. Dadurch kann das Leiterelement bequem eingelegt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein derartiger Halteabschnitt beispielsweise ein Filmscharnier. Alternativ kann eine form- und/oder kraftschlüssige Anordnung bzw. Befestigung auch durch die Verwendung von Zusatzelementen, wie beispielsweise eines Kabelbinders oder einer Schelle, erfolgen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement aus Kunststoff, insbesondere im Spritzguss, erzeugt. Ein derartiges Herstellungsverfahren zeichnet sich insbesondere durch seine gute Beherrschbarkeit und die geringen Kosten aus. Zudem ist ein auf diese Weise hergestelltes Halteelement sehr leicht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Leiterelement endseitig starre Laschen auf, zwischen welchen sich ein flexibler Leiter- oder Drahtabschnitt erstreckt, und wobei das Leiterelement mit dem flexiblen Teil durch den Halteabschnitt geführt ist. Mit Vorteil sind die endseitigen, starren Laschen beispielsweise S-förmig ausgebildet, weisen also einen Versatz auf. An diesem Versatz orientiert sich mit Vorteil eine Geometrie bzw. Größe des Stegabschnitts.
-
Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Energiespeicher. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, wie ein Kraftrad, ein Nutzfahrzeug oder insbesondere einen Personenkraftwagen. Ein Energiespeicher der in Rede stehenden Art wird insbesondere in teil- oder vollelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen verwendet. Mittels des Halteelements, der vorliegend beispielsweise in die Strangpress-Druckplatte des Batteriemoduls eingeclipst wird, kann das sich bewegende, verdrehende Kabel bzw. Leiterelement, das zum Verbinden der Module verwendet wird, abgestützt und befestigt werden. Die Druckplatte benötigt für die Clips-Befestigung keine weiteren Veränderungen oder Bearbeitungen. Die Konstruktion bzw. Ausgestaltung des Halteelements kann an vielen Geometrien eingesetzt werden. Die Montage und im Servicefall die Demontage kann werkzeuglos erfolgen. Ein derartiges Halteelement ist mit Vorteil wiederverwendbar.
-
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Energiespeichers bzw. eines Halteelements mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
-
Es zeigen:
- 1: eine Draufsicht auf zwei Batteriemodule in einer schematischen Ansicht;
- 2: einen Schnitt entlang einer Druckplatte eines Batteriemoduls, wie in der 1 skizziert;
- 3: zwei Ausführungsformen eines Halteelements in verschiedenen Ansichten.
-
1 zeigt ein erstes Batteriemodul 1 und ein zweites Batteriemodul 2. Deren Aufbau ist gleich, sodass nur das linke Batteriemodul 1 mit Bezugszeichen versehen ist. Zu erkennen ist eine Vielzahl von Batteriezellen 4, wobei es sich vorliegend um schematisch dargestellte prismatische Batteriezellen handelt, beispielsweise um Lithiumionenzellen. Diese weisen jeweils Pole bzw. Spannungsabgriffe 6 auf, welche seriell über Zellverbinder 5 verschaltet sind. Vorliegend weisen die Batteriemodule 1 und 2 einen umlaufenden Rahmen auf, welcher jeweils durch zwei Druckplatten 14 gebildet ist, welche über Zuganker 12 verbunden sind. Darüber werden die dazwischen angeordneten Batteriezellen 4 vorgespannt. Schematisch dargestellt ist, dass die Druckplatten 14 vorliegend als Strangpressprofile ausgebildet sind, vgl. die Vielzahl von Öffnungen bzw. Ausnehmungen 16, die dabei bzw. dadurch ausgeformt sind. Vorliegend geht es insbesondere um die Kontaktierung der zwei Batteriemodule 1 und 2, wobei dies vorliegend über die gestrichelte Linie, welche mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist, dargestellt ist. Über die Verbindung sollen die beiden ersten Kontaktstellen 11 der Batteriemodule 1 und 2 elektrisch leitend verbunden werden. Die rechte Druckplatte 14 des ersten Batteriemoduls 1 ist in der 2 gestrichelt dargestellt.
-
2 zeigt den Schnitt, wie er in der 1 skizziert ist. Zu erkennen ist ein Schnitt durch das erste Batteriemodul 1 bzw. durch dessen rechte Druckplatte 14. Skizziert sind mehrere Öffnungen 16, welche die Druckplatte 14 in der Höhe vollständig durchdringen. Eine mittlere Öffnung 16 ist abgesetzt ausgeführt und umfasst zwei Durchmesserbereiche. In der abgesetzten Ausnehmung 16 ist vorliegend ein Halteelement 40 angeordnet, welches einen Halteabschnitt 70, einen Stegabschnitt 60 sowie einen Befestigungsabschnitt 50 aufweist. Der Befestigungsabschnitt 50 umfasst in der hier gezeigten Ausführungsform zwei Befestigungselemente 52, welche als länglich ausgebildete Laschen ausgebildet sind, welche sich entlang einer Längsrichtung L erstrecken. Diese weisen endseitig sich von den Befestigungselementen 52 weg erstreckende Rastflächen 54 auf. Diese dienen dazu, sich an der abgesetzten Öffnung 16 abzustützen bzw. mit dieser zu verrasten. Ein derartiges Verrasten wäre auch an den durchgehenden Öffnungen 16 möglich, wenn die Befestigungselemente 52 entsprechend lang ausgebildet sind. Vorliegend ist ein Leiterelement 30 zu erkennen, wobei dieses nicht vollständig dargestellt ist, da der linke Teil abgeschnitten ist. Zu erkennen ist, dass das Leiterelement 30 ein erstes Ende 31 aufweist, über welches es am ersten Batteriemodul 1 angeordnet ist. Insbesondere ist das erste Ende 31 als starre Lasche ausgebildet. Die starre Lasche 34 ist mit einem flexiblen Mittelteil, welcher durch einen Draht gebildet ist, verbunden. Zu erkennen ist, dass der Stegabschnitt 60 an den Versatz, welcher durch die starre Lasche 34 gebildet wird, angepasst ist, sodass das Leiterelement 30 über den Halteabschnitt 70 bevorzugt spannungsfrei gehalten ist. Insbesondere wird so die Verbindung zwischen dem flexiblen Teil 36 und der starren Lasche 34, wobei vorliegend beispielsweise eine Lötverbindung gewählt ist, geschützt.
-
3 zeigt in seiner linken Ansicht eine Ausführungsform eines Halteelements 40, wie aus der 2 bekannt. Dieses erstreckt sich entlang einer Längsachse L und weist einen Befestigungsabschnitt 50, umfassend zwei Befestigungselemente 52, auf, welche sich entlang der Längsachse L erstrecken. Endseitig weisen die Befestigungselemente Rastflächen 54 auf. Umfänglich weisen die Befestigungselemente 52 Kontaktflächen 56 auf, welche insbesondere zur Anlage an einer Innenwandung der Öffnungen oder Ausnehmungen, in welchen derartige Halteelemente angeordnet sind, vorgesehen sind. Ein Halteabschnitt 70 ist über einen Stegabschnitt 60 zum Befestigungsabschnitt 50 versetzt. Die mittlere und die rechte Bildhälfte zeigen nun Schnitte entlang der Längsachse L. Die Ausführungsform in der Mitte zeigt einen Halteabschnitt70 , welcher zum Öffnen ausgebildet ist, beispielsweise indem er ein Filmscharnier aufweist. Der Halteabschnitt 70 ist im Querschnitt eckig ausgebildet und ermöglicht eine in etwa formschlüssige und drehfeste Anordnung eines Leiterelements 30, welches vorliegend ebenfalls im Schnitt dargestellt ist. In der rechten Bildhälfte ist der Halteabschnitt 70 lediglich als Auflagefläche ausgebildet, auf welcher ein hier nicht dargestelltes Leiterelement angeordnet werden kann. Die tatsächliche Befestigung erfolgt beispielsweise über einen Kabelbinder 80.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erstes Batteriemodul
- 2
- zweites Batteriemodul
- 3
- Verbindung
- 4
- Batteriezelle
- 5
- Zellverbinder
- 6
- Pol, Spannungsabgriff
- 11
- Kontaktstelle
- 12
- Zuganker
- 14
- Druckplatte
- 16
- Öffnung, Ausnehmung
- 30
- Leiterelement, Modulverbinder
- 31
- erstes Ende
- 34
- starre Lasche
- 36
- flexibler Teil
- 40
- Halteelement
- 50
- Befestigungsabschnitt
- 52
- Befestigungselement
- 54
- Rastfläche
- 56
- Kontaktfläche
- 60
- Stegabschnitt
- 70
- Halteabschnitt
- 80
- Kabelbinder
- L
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016204681 A1 [0002]
