DE102020133476A1 - Energy storage module and vehicle with such - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul (1), mit einer Vielzahl an elektrochemischen Speicherzellen (2), die mechanisch zu einer zusammenhängenden Einheit verbunden sind; ein Plus- und ein Minuspol (+,-), über welche eine Gesamtspannung aller Speicherzellen (2) des Energiespeichermoduls abgreifbar ist; wobei die Speicherzellen (2) in zumindest eine erste Gruppe (5) und eine zweite Gruppe (6) unterteilt sind und jede Gruppe (5, 6) zumindest zwei Speicherzellen (2) aufweist, die elektrisch mittels eines Zellverbinders (8) verbunden sind; wobei die zumindest zwei Gruppen (5, 6) miteinander mittels eines Trenn-Verbinders (9) elektrisch verbindbar und trennbar sind; wobei der Trenn-Verbinder (9) einen ersten Verbindungsstreifen (10) hat, der mit einem Pol (12) einer Speicherzelle (2) der ersten Gruppe (5) elektrisch verbunden ist, und einen davon separaten zweiten Verbindungsstreifen (11) aufweist, der mit einem Pol (13) einer Speicherzelle (2) der zweiten Gruppe (6) elektrisch verbunden ist, wobei der erste Verbindungsstreifen (10) und der zweite Verbindungssteifen (11) mittels einer Schraubverbindung (9) miteinander kontaktierbar sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Energiespeichermodul (1).The invention relates to an energy storage module (1) with a large number of electrochemical storage cells (2) which are mechanically connected to form a coherent unit; a plus and a minus pole (+,-), via which a total voltage of all storage cells (2) of the energy storage module can be tapped; the memory cells (2) being divided into at least a first group (5) and a second group (6), each group (5, 6) having at least two memory cells (2) electrically connected by means of a cell connector (8); wherein the at least two groups (5, 6) can be electrically connected and disconnected to one another by means of a disconnect connector (9); the isolation connector (9) having a first connection strip (10) electrically connected to one pole (12) of a memory cell (2) of the first group (5) and a second connection strip (11) separate therefrom, which is electrically connected to one pole (13) of a storage cell (2) of the second group (6), the first connecting strip (10) and the second connecting strip (11) being able to be contacted with one another by means of a screw connection (9). The invention also relates to a motor vehicle with such an energy storage module (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul mit mehreren Speicherzellen, deren elektrische Verschaltung für Transportzwecke vorübergehend unterbrochen werden kann.The invention relates to an energy storage module with a plurality of storage cells whose electrical connection can be temporarily interrupted for transport purposes.
Es sind Energiespeicher auf elektrochemischer Basis bekannt, welche elektrische Energie zum Antrieb elektrifizierter Kraftfahrzeuge bereitstellen. Diese Energiespeicher weisen mehrere elektrisch seriell und/oder parallel verbundene Energiespeichermodule auf. Die Energiespeichermodule weisen wiederum eine Vielzahl von elektrisch seriell und/oder parallel verbundenen Speicherzellen auf. Bei diesen Speicherzellen kann es sich beispielsweise um quaderförmige Energiespeicherzellen handeln. Mit zunehmender Größe und Energiedichte der Energiespeichermodule können sich Nachteile beim Transport ergeben, weil höhere Energiedichten höhere Sicherheitsvorkehrungen erfordern. Ein Transport von vollständig entladenen Energiespeichermodulen ist nicht möglich, weil dies zu Schädigungen der Speicherzellen führen könnte.Electrochemical-based energy stores are known which provide electrical energy for driving electrified motor vehicles. These energy storage devices have a plurality of energy storage modules electrically connected in series and/or in parallel. The energy storage modules in turn have a multiplicity of storage cells electrically connected in series and/or in parallel. These storage cells can be cuboid energy storage cells, for example. With increasing size and energy density of the energy storage modules, disadvantages can arise during transport because higher energy densities require greater safety precautions. Transporting completely discharged energy storage modules is not possible because this could damage the storage cells.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeichermodul gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages mentioned above. This object is achieved by an energy storage module according to
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Energiespeichermodul bereitgestellt, mit einer Vielzahl an elektrochemischen Speicherzellen, die mechanisch zu einer zusammenhängenden Einheit verbunden sind; ein Plus- und ein Minuspol, über welche eine Gesamtspannung aller Speicherzellen des Energiespeichermoduls abgreifbar ist; wobei die Speicherzellen in zumindest eine erste Gruppe und eine zweite Gruppe unterteilt sind und jede Gruppe zumindest zwei Speicherzellen aufweist, die elektrisch mittels zumindest eines Zellverbinders verbunden sind (z.B. können zwei seriell miteinander verbundene Speicherzellen mittels eines einzigen Zellverbinders miteinander verbunden werden und es können zwei parallel miteinander verbundene Speicherzellen mittels zwei Zellverbindern miteinander verbunden werden); wobei die zumindest zwei Gruppen miteinander mittels zumindest eines Trenn-Verbinders elektrisch verbindbar und trennbar sind (z.B. können zwei seriell miteinander verbundene Gruppen mittels eines einzigen Trenn-Verbinders miteinander verbunden werden und es können zwei parallel miteinander verbundene Gruppen mittels zwei Trenn-Verbindern miteinander verbunden werden); wobei der Trenn-Verbinder einen ersten Verbindungsstreifen hat, der mit einem Pol einer Speicherzelle der ersten Gruppe elektrisch verbunden ist, und einen davon separaten zweiten Verbindungsstreifen aufweist, der mit einem Pol einer Speicherzelle der zweiten Gruppe elektrisch verbunden ist, wobei der erste Verbindungsstreifen und der zweite Verbindungssteifen mittels einer Schraubverbindung miteinander kontaktierbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Speicherzellen eines Energiespeichermoduls für Transportzwecke elektrisch voneinander getrennt werden können, so dass sich mehrere Gruppen an Speicherzellen ergeben, innerhalb derer die Speicherzellen elektrisch verbunden bleiben, die einzelnen Gruppen jedoch elektrisch voneinander getrennt sind. Somit ist es aus Sicherheitsperspektive so, als würden anstatt eines großen Energiespeichermoduls (bei dem alle Speicherzellen während des Transports elektrisch verbunden sind), mehrere kleinere Gruppen an elektrisch miteinander verbundenen Speicherzellen transportiert werden. According to one embodiment of the invention, there is provided an energy storage module comprising a plurality of electrochemical storage cells mechanically connected to form a coherent unit; a plus and a minus pole via which a total voltage of all storage cells of the energy storage module can be tapped; wherein the memory cells are divided into at least a first group and a second group and each group has at least two memory cells which are electrically connected by means of at least one cell connector (e.g. two memory cells connected in series can be connected to each other by means of a single cell connector and two memory cells connected to one another are connected to one another by means of two cell connectors); wherein the at least two groups can be electrically connected and disconnected to one another by means of at least one disconnect connector (e.g. two groups connected to one another in series can be connected to one another by means of a single disconnect connector and two groups connected to one another in parallel can be connected to one another by means of two disconnect connectors ); wherein the isolation connector has a first connection strip electrically connected to a pole of a memory cell of the first group and a second connection strip separate therefrom and electrically connected to a pole of a memory cell of the second group, the first connection strip and the second connecting stiffeners can be contacted with one another by means of a screw connection. This has the advantage that the storage cells of an energy storage module can be electrically separated from one another for transport purposes, resulting in several groups of storage cells within which the storage cells remain electrically connected, but the individual groups are electrically separated from one another. Thus, from a safety perspective, instead of one large energy storage module (where all storage cells are electrically connected during transport), it is as if several smaller groups of storage cells electrically connected to each other were being transported.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Speicherzellen jeder Gruppe mittels Zellverbinder nicht zerstörungsfrei lösbar verbunden.According to a further exemplary embodiment of the invention, the storage cells of each group are connected by means of cell connectors which cannot be detached in a non-destructive manner.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Energiespeichermodul ferner versehen mit einer rinnenartigen Gehäuseschale, welche unterhalb des ersten Verbindungsstreifens angeordnet ist. Durch diese Gehäuseschale ist der erste Verbindungsstreifen positioniert, fixiert und ermöglicht eine verliersichere Anordnung der Schraube oder Mutter, die darin aufgenommen ist.According to a further exemplary embodiment of the invention, the energy storage module is also provided with a channel-like housing shell which is arranged underneath the first connecting strip. The first connection strip is positioned and fixed by this housing shell and enables a captive arrangement of the screw or nut that is accommodated therein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Seitenkanten des ersten Verbindungsstreifens in Nuten geführt, welche in Seitenwänden der Gehäuseschale ausgebildet sind. Dies verbessert eine Positionierung und Fixierung des ersten Verbindungsstreifens weiter.According to a further exemplary embodiment of the invention, side edges of the first connecting strip are guided in grooves which are formed in side walls of the housing shell. This further improves positioning and fixing of the first connection strip.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein tellerartiger Abschnitt einer Schraube oder Mutter der Schraubverbindung zwischen dem ersten Verbindungsstreifen und der Gehäuseschale gehalten und erstreckt sich ein schaftartiger Abschnitt der Schraube oder Mutter durch eine Öffnung des ersten Verbindungsstreifens hindurch. Dadurch ist diese Schraube oder Mutter verliersicher zwischen der Gehäuseschale und dem ersten Verbindungsstreifen aufgenommen, d.h. bei geöffneter bzw. gelöster Schraubverbindung kann die Schraube oder Mutter, insbesondere während eines Transports, nicht verloren gehen, weil sie sicher zwischen der Gehäuseschale und dem ersten Verbindungsstreifen gehalten wird.According to a further exemplary embodiment of the invention, a plate-like section of a screw or nut of the screw connection is held between the first connecting strip and the housing shell and a shank-like section of the screw or nut extends through an opening in the first connecting strip. As a result, this screw or nut is captively accommodated between the housing shell and the first connecting strip, i.e. when the screw connection is open or loosened, the screw or nut cannot be lost, especially during transport, because it is held securely between the housing shell and the first connecting strip .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Verbindungsstreifen mit einer Öffnung versehen, an der eine Schraube oder Mutter der Schraubverbindung vorgesehen ist.According to a further embodiment of the invention, the second connecting strip with provided with an opening on which a screw or nut of the screw connection is provided.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an der Öffnung des zweiten Verbindungsstreifens eine zweiteilige Mutter vorgesehen, die innen einen elektrisch isolierenden Abschnitt aufweist, der von einem metallischen Abschnitt umgeben wird, wobei beide Abschnitte nicht-zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Dadurch ist die am zweiten Verbindungsstreifen befestigte Mutter verliersicher angebracht und kann auch im geöffneten Zustand der Schraubverbindung, insbesondere während eines Transports, nicht verloren gehen.According to a further exemplary embodiment of the invention, a two-part nut is provided at the opening of the second connecting strip, which nut has an electrically insulating section on the inside which is surrounded by a metallic section, both sections being non-destructively releasably connected to one another. As a result, the nut fastened to the second connecting strip is captively attached and cannot be lost even when the screw connection is in the open state, in particular during transport.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der erste Verbindungsstreifen auf einem Boden der Gehäuseschale auf und der tellerartige Abschnitt wird in einer gegenüber dem Boden versenkten Führungsmulde geführt. Wie bereits erwähnt erhöht dies die Verliersicherheit der Teile der Schraubverbindung.According to a further exemplary embodiment of the invention, the first connecting strip rests on a floor of the housing shell and the plate-like section is guided in a guide trough that is countersunk in relation to the floor. As already mentioned, this increases the security against loss of the parts of the screw connection.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einem Energiespeichermodul bereit.In addition, the present invention provides a motor vehicle with such an energy storage module.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
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1 zeigt ein Energiespeichermodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 zeigt einen Trenn-Verbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
3a zeigt einen ersten Verbindungsstreifen des Trenn-Verbinders aus2 ; -
3b zeigt einen zweiten Verbindungsstreifen des Trenn-Verbinders aus2 ; -
3c zeigt einen Isolator des Trenn-Verbinders aus2 ; -
3d zeigt eine Schraube des Trenn-Verbinders aus2 ; -
3e zeigt eine Gehäuseschale des Trenn-Verbinders aus2 , und -
4 zeigt eine entlang der Längsrichtung des Trenn-Verbinders geschnittene Schnittdarstellung des Trenn-Verbinder aus2 .
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1 shows an energy storage module according to an embodiment of the invention; -
2 Fig. 12 shows a disconnect connector according to an embodiment of the invention; -
3a Figure 12 shows a first connection strip of thedisconnect connector 2 ; -
3b Figure 12 shows a second connection strip of thedisconnect connector 2 ; -
3c shows an insulator of thedisconnect connector 2 ; -
3d shows a screw of thedisconnect connector 2 ; -
3e Figure 12 shows a housing shell of thedisconnect connector 2 , and -
4 Fig. 12 is a sectional view of the disconnect connector cut along the longitudinal direction of thedisconnect connector 2 .
Die Speicherzellen 2 des Energiespeichermoduls 1 sind mechanisch zu einer zusammenhängenden Einheit verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies beispielsweise durch einen, alle Speicherzellen 2 umgebenden, Rahmen aus zwei Zugankern 3 und zwei Druckplatten 4. Dazu sind die Speicherzellen 2 zwischen den beiden Zugankern 3 aneinander gestapelt. Eine Druckplatte 4 verbindet zwei Längsenden der Zuganker 3 fest miteinander, während die andere Druckplatte 4 die beiden anderen Längsenden der Zuganker 3 fest miteinander verbindet, beispielsweise durch Schweißen, so dass ein rechteckiger Rahmen ausgebildet wird. Die Speicherzellen 2 können aber auch auf eine andere Art und Weise mechanisch zu einer zusammenhängenden Einheit verbunden sein, beispielsweise können alle Speicherzellen 2 des Energiespeichermoduls 1 auf einer Platte oder einer Kühlplatte befestigt sein oder die Speicherzellen 2 können in einem Gehäuse oder einer Wanne angeordnet sein.The
Im Kraftfahrzeug sind mehrere solcher Energiespeichermodule 1 elektrisch seriell und/oder parallel verbunden, um einen Energiespeicher auszubilden. Beispielsweise können alle Energiespeichermodule 1 elektrisch seriell oder elektrisch parallel verbunden sein. Ferner können mehrere Gruppen an Energiespeichermodulen 1 ausgebildet werden, wobei die Energiespeichermodule 1 innerhalb einer Gruppe elektrisch seriell verbunden sind und die Gruppen wiederum elektrisch parallel verbunden sind.In the motor vehicle, several such
Innerhalb eines Energiespeichermoduls 1 sind die Speicherzellen 2 in Gruppen eingeteilt, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Speicherzellen 2 in eine erste Gruppe 5, eine zweite Gruppe 6 und eine dritte Gruppe 7 unterteilt. Innerhalb jeder der Gruppen 5, 6, 7 sind alle Speicherzellen 2 mittels Zellverbinder 8 elektrisch seriell und/oder parallel verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine serielle Verbindung. Die Zellverbinder 8 verbinden beispielsweise einen Pol einer Speicherzelle 2 mit dem in der Reihenschaltung nachfolgenden Pol einer benachbarten Speicherzelle 2. Die Zellverbinder 8 sind insbesondere nicht-zerstörungsfrei lösbar mit den Polen der Speicherzellen 2 verbunden, beispielsweise aufgeschweißt, insbesondere mittels Laserschweißen.Within an
Die einzelnen so ausgebildeten Gruppen 5, 6, 7 können jeweils mittels eines Trenn-Verbinders 9 elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verbunden sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gruppen 5, 6, 7 auch seriell miteinander über die Trenn-Verbinder 9 verbunden. Mittels der Trennverbinder 9 lässt sich die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Gruppen 5, 6, 7 innerhalb eines Energiespeichermoduls 1 unterbrechen und wieder herstellen. Somit können während eines Transports des Energiespeichermoduls 1 die Trenn-Verbinder 9 geöffnet werden und bleiben, so dass die elektrische Verbindung zwischen den Gruppen 5, 6, 7 unterbrochen wird/bleibt. Dadurch kann erreicht werden, dass anstatt aller Speicherzellen 2 des gesamten Energiespeichermoduls 1, die insgesamt eine hohe Energiedichte aufweisen würden, nur die Speicherzellen 2 innerhalb einer Gruppen 5, 6, 7 elektrisch verbunden sind und somit entsprechend drei Gruppen mit jeweils entsprechend kleinerer Energiedichte ausgebildet werden. Dies erhöht eine Transportsicherheit der Energiespeichermodule 1.The
Nachfolgend wird anhand der
Der erste und zweite Verbindungsstreifen 10, 11 sind beispielsweise jeweils ein flacher, rechteckiger, elektrisch leitfähiger Metallstreifen. An den freien Enden sind die Verbindungsstreifen 10, 11 jeweils mit einer Öffnung 14, 15 in Form einer Durchgangsöffnung versehen, durch die eine Schraubverbindung 16 hindurchführbar ist, um den ersten und zweiten Verbindungsstreifen 10, 11 aneinander zu schrauben, so dass diese aufeinandergedrückt und kontaktiert werden.The first and second connection strips 10, 11 are, for example, each a flat, rectangular, electrically conductive metal strip. At the free ends, the connecting
Im nicht aneinander geschraubten Zustand kann der zweite Verbindungsstreifen 11 derart vorgespannt sein, dass er vom ersten Verbindungsstreifen 10 absteht und nicht mit diesem in Kontakt kommt. Sollte der Verbindungsstreifen 11 nicht vorgespannt sein, so kann er auch per Hand nach dem Lösen der Schraubverbindung 16 nach oben, d.h. weg vom ersten Verbindungsstreifen 11, gebogen und somit vom ersten Verbindungsstreifen 10 beabstandet werden.In the unscrewed state, the second connecting
Darüber hinaus weist der Trenn-Verbinder 9 eine rinnenartige Gehäuseschale 17 auf mit einem Boden 18, von dem sich zwei Seitenwände 19 erheben. In den Seitenwänden 19 sind Nuten vorgesehen, in denen Seitenkanten des ersten Verbindungsstreifens 10 geführt und/oder gehalten werden. Diese Nuten verlaufen entlang einer Längsrichtung der Gehäuseschale. Die Bodenfläche der Gehäuseschale 17 ist die Fläche, auf der der erste Verbindungsstreifen 10 aufliegt. Die Gehäuseschale 17 weist eine Führungsmulde 20 auf, die gegenüber der Bodenfläche abgesenkt ist, d.h. einen größeren Abstand zum ersten Verbindungsstreifen 10 aufweist wie die Bodenfläche.In addition, the isolating
Die Schraubverbindung 16 weist eine Schraube 21, einen Isolator 22 bzw. einen elektrisch isolierenden Abschnitt und einen Ring 23 bzw. einen metallischen Abschnitt auf. Der Isolator 22 ist ringförmig ausgebildet und mit einem Innengewinde versehen. Darüber hinaus ist der Isolator 22 im Ring 23 angeordnet und mit diesem fest, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar, verbunden. Zusammen bilden der Isolator 22 und der Ring 23 eine Mutter, in welche die Schraube 21 passend schraubbar ist. Der Isolator 22 ist aus einem elektrisch isolierenden Material. Der Ring 23 ist aus einem Metall. Die Schraube 21 weist einen tellerartigen oder tellerförmigen Abschnitt 24 sowie einen mit einem Außengewinde versehenen Schaft 25 auf. Der tellerartige Abschnitt 24 wird in der Führungsmulde 20 geführt.The
Der metallische Ring 23 ist die Öffnung 15 umgebend an den zweiten Verbindungsstreifen 11 angebracht, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbar, insbesondere geschweißt oder geklebt. Somit sind der Isolator 22 und der Ring 23 fest mit dem zweiten Verbindungsstreifen 11 verbunden und damit verliersicher.The
Zum Verbinden der Schraubverbindung 16 ist in dem Schaft 25 ist eine Imbus-, Kreuzschlitz oder Schlitzöffnung vorgesehen, um mit einem passenden Werkzeug nach dem Aufsetzen der Mutter auf die Schraube 21, die Schraube 21 entsprechend in die Mutter einzudrehen. Ebenso wäre es möglich, einen Außenantrieb an der Schraube 21 anzubringen, beispielsweise am Außenumfang des Schafts 25, oberhalb des Außengewindes, eine Sechskant-Außenkontur oder dergleichen.To connect the
Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Schaft 25 mit einem Außengewinde und der Isolator 22 mit einem Innengewinde versehen. Es sind jedoch auch Ausführungen denkbar bei denen dies umgekehrt ist.In the embodiment described above, the
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, it is intended that this illustration and description be considered as illustrative rather than restrictive, and the invention is not intended to be limited to the precise form disclosed. The mere fact that certain features are recited in different dependent claims is not intended to imply that a combination of these features could not also be used to advantage.
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