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Die Erfindung betrifft ein Speichermodul für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Speichermodule für elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Personenkraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Das jeweilige Speichermodul weist ein Gehäuse auf, welches einen auch als Aufnahmeraum bezeichneten Aufnahmebereich begrenzt. Das Gehäuse weist wenigstens eine Seitenwand auf, welche den Aufnahmebereich auf einer ersten Seite des Speichermoduls begrenzt. Das Speichermodul umfasst außerdem einfach auch als Zellen bezeichnete Speicherzellen, die in dem Aufnahmebereich angeordnet sind. Mittels der Zellen kann elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden. Des Weiteren umfasst das Speichermodul einen separat von dem Gehäuse ausgebildeten und an dem Gehäuse gehaltenen Deckel, welcher den Aufnahmebereich auf einer zweiten Seite des Speichermoduls begrenzt.
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Des Weiteren ist der
DE 10 2007 010 271 A1 ein Glimmer-Verbundmaterial mit Glimmer-Partikeln als bekannt zu entnehmen. Des Weiteren offenbart die
DE 41 32 390 A1 ein flammwidriges elektrisches Kabel.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Speichermodul der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Sicherheit realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Speichermodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Speichermodul der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders hohe Sicherheit realisierbar ist, ist erfindungsgemäß ein separat von dem Gehäuse und separat von dem Deckel ausgebildetes Klebeelement vorgesehen, welches eine glasfaserverstärkte Glimmerschicht aufweist. Die Glimmerschicht ist eine Schicht, welche aus glasfaserverstärktem Glimmer gebildet ist. Glimmer ist ein Material, welches auch als Glimmergruppe oder Mica bezeichnet wird. Wie hinlänglich bekannt ist, ist unter Glimmer, Glimmergruppe oder Mica eine Gruppe von Mineralien aus der Abteilung der Schichtsilikate mit gleichem atomarem Aufbau zu verstehen. Das Klebeelement ist teilweise auf eine von dem Aufnahmebereich abgewandte Oberseite des Deckels und teilweise auf eine von dem Aufnahmebereich abgewandte Außenseite der Seitenwand, insbesondere direkt, aufgeklebt und dadurch, insbesondere direkt, mit der Oberseite und der Außenseite verklebt. Hierdurch ist das Klebeelement, insbesondere direkt, mit der Außenseite und der Oberseite verbunden. Das Klebeelement erstreckt sich zumindest in einem Teilbereich des Klebeelements durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei, von der Oberseite auf die Außenseite beziehungsweise umgekehrt. Mittels des Klebeelements ist der Deckel an der Seitenwand und somit an dem Gehäuse gehalten beziehungsweise befestigt. Beispielsweise weist das Klebeelement die glasfaserverstärkte Glimmerschicht als erste Schicht auf. Als zweite Schicht kann das Klebeelement beispielsweise eine Klebeschicht aufweisen, welche durch einen Klebstoff gebildet ist. Die Schichten des Klebeelements sind vorzugsweise aufeinander und dabei in gegenseitiger Überlappung beziehungsweise Überdeckung angeordnet. Mittels der Klebeschicht ist das Klebeelement auf die Oberseite und die Außenseite aufgeklebt. Vorzugsweise ist das Klebeelement separat von dem Gehäuse und separat von dem Deckel ausgebildet. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einem Verfahren zum Herstellen des Speichermoduls das Gehäuse und somit die Seitenwand, der Deckel und das Klebeelement in einem jeweiligen, bereits hergestellten Zustand bereitgestellt werden, woraufhin das bereits fertig hergestellte Klebeelement auf die Oberseite und die Außenseite aufgeklebt wird.
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Das Speichermodul an sich ist beispielsweise eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Energiespeicher, welcher auch als Batterie oder Sekundärbatterie bezeichnet wird oder ausgebildet ist, eine Hochvolt-Komponente sein, deren elektrische Spannung, insbesondere Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise ist die jeweilige Speicherzelle als eine Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher in seinem fertig hergestellten Zustand mehrere, insbesondere elektrisch miteinander verbundene, Speichermodule aufweisen, von denen zumindest eines als erfindungsgemäßes Speichermodul ausgebildet ist. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde:
- Ein auch als thermisches Durchgehen bezeichnetes Thermal Runaway einer insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildeten Speicherzelle eines elektrischen Energiespeichers kann zu einem als Thermal Propagation oder thermisches Fortpflanzen bezeichneten Ereignis führen, wobei das thermische Fortpflanzen auch als TP bezeichnet wird. Das thermische Durchgehen ist ein thermisches Ereignis, welches beispielsweise aus einem Kurzschluss der Zelle resultiert. Während des thermischen Fortpflanzens stößt eine oder mehrere Speicherzellen heiße Gase mit bis zu 900 Grad Celsius, Aktivmaterial und weitere Bestandteile von Zellableitern, welche beispielsweise Kupfer und/oder Aluminium umfassen, mit hohem Druck aus. Diese Bestandteile der Zelle sind in hohem Maße leitfähig und beeinflussen Eigenschaften von verbauten Isolationsstoffen innerhalb des Energiespeichers in negativer Weise. Durch eine weiträumige Verteilung der Bestandteile der Zelle kann es zur Ausbildung von Kriechstrecken zwischen Bereichen des Energiespeichers mit unterschiedlicher Potentialdifferenz kommen. Einer dieser Bereiche kann in dem auch als Zellmodul bezeichneten Speichermodul selbst liegen. Die Erfindung ermöglicht es nun, das Speichermodul gegenüber einer Ausbildung von Kurzschlüssen zu schützen. Hierdurch kann ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden.
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Beispielsweise weist das Klebeelement eine selbstklebende Unterlage auf, mit welcher die glasfaserverstärkte Glimmerschicht verbunden ist. Insbesondere kann es sich bei der selbstklebenden Unterlage um die zuvor genannte Klebeschicht handeln. Beispielsweise ist durch die selbstklebende Unterlage beziehungsweise durch den Klebstoff ein Klebestreifen gebildet. Mittels des Klebestreifens sind das Klebeelement und somit die Glimmerschicht mit der Oberseite und der Außenseite verklebt und dadurch verbunden. Der Klebestreifen fixiert den auch als Modulabdeckung bezeichneten Deckel sowie die sich bereits auf dem Klebestreifen befindende Glimmerschicht, welche beispielsweise einen Glimmerstreifen bildet oder ein Glimmerstreifen ist, sodass sich die Modulabdeckung nicht durch thermische Verformung hoch-, das heißt übermäßig von der Seitenwand wegwölben kann. Eine Kriechstrecke zwischen der auch als Modulseitenwand bezeichneten Seitenwand und einem Zellverbinder, mittels welchem beispielsweise die Speicherzellen des Speichermoduls elektrisch miteinander verbunden sind, bleibt somit unterbrochen, sodass sich ein Kurzschluss nicht ausbilden kann. Insbesondere ermöglicht die Erfindung die Realisierung zumindest der folgenden Vorteile:
- - Vermeidung eines modulinternen Kurzschlusses
- - das Gewicht des Klebeelements kann gering gehalten werden, sodass ein Speichermodul zumindest nahezu gewichtsneutral um das Klebeelement ergänzt werden kann, auch in Bezug auf Vibration.
- - Das Klebeelement ist besonders bauraumgünstig und somit besonders vorteilhaft verstau- beziehungsweise verbaubar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Speichermoduls für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht des Speichermoduls.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht ein Speichermodul 10 für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens und ganz insbesondere eines Personenkraftwagens. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann das Speichermodul 10 elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, speichern. Hierfür weist das Speichermodul 10 - wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist - ein Gehäuse 12 auf, welches einen auch als Aufnahmeraum bezeichneten Aufnahmebereich 14 begrenzt, bildet oder aufweist. Das Gehäuse 12 weist wenigstens eine den Aufnahmebereich 14 auf einer ersten Seite S1 des Speichermoduls 10 und somit in eine erste Richtung begrenzende Seitenwand 16 auf, welche als ein Festkörper und vorzugsweise eigensteif, das heißt formstabil, ausgebildet ist. In 1 und 2 ist die erste Richtung durch einen Pfeil 18 veranschaulicht. In dem Aufnahmebereich 14 sind einfach auch als Zellen bezeichnete Speicherzellen angeordnet, mittels welchen die elektrische Energie, insbesondere elektrochemisch, gespeichert werden kann. Von den Speicherzellen ist in 2 eine, mit 20 bezeichnete Speicherzelle, erkennbar. Die Speicherzellen des Speichermoduls 10 sind elektrisch miteinander verbunden. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Speicherzellen mittels eines Zellverbinders 22 elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise ist auch der Zellverbinder 22 in dem Aufnahmebereich 14 angeordnet. In 2 ist eine Kriechstrecke beispielhaft gezeigt und mit 24 bezeichnet.
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Das Speichermodul 10 weist ferner einen auch als Modulabdeckung bezeichneten Deckel 26 auf, welcher separat von dem Gehäuse 12 und somit der Seitenwand 16 ausgebildet und an dem Gehäuse 12 gehalten ist. Durch den Deckel 26 ist der Aufnahmebereich 14 auf einer zweiten Seite S2 des Speichermoduls 10 und dabei in eine zweite Richtung begrenzt, wobei die zweite Richtung durch einen Pfeil 28 veranschaulicht ist und senkrecht zur ersten Richtung verläuft. Dabei ist die zweite Seite S2 eine von der ersten Seite S1 wegweisende oder abgewandte Seite des Speichermoduls 10. Das Gehäuse 12 weist eine durch die Seitenwand 16 teilweise begrenzte Öffnung auf, welche in den Aufnahmebereich 14 mündet. Bei dem Verfahren zum Herstellen des Speichermoduls 10 werden die Speicherzellen 20 über die Öffnung in dem Aufnahmebereich 14 angeordnet, derart, dass die Speicherzellen 20 durch die Öffnung hindurch bewegt und dadurch in den Aufnahmebereich 14 hinein bewegt werden.
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Um nun eine besonders hohe Sicherheit realisieren zu können, weist das Speichermodul 10 ein vorzugsweise separat von dem Gehäuse 12 und separat von dem Deckel 26 ausgebildetes und eine glasfaserverstärkte Glimmerschicht 30 aufweisendes Klebeelement 32 auf, welches, insbesondere mittels eines Klebstoffs, teilweise auf eine von dem Aufnahmebereich 14 abgewandte und in die zweite Richtung weisende Oberseite 34 des Deckels 26 und teilweise auf eine von dem Aufnahmebereich 14 abgewandte und in die erste Richtung weisende Außenseite 36 der Seitenwand 16, insbesondere jeweils direkt, aufgeklebt ist. Dabei erstreckt sich das Klebeelement 32 durchgängig von der Oberseite 34 auf die Außenseite 36 beziehungsweise umgekehrt.
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Aus 1 ist erkennbar, dass von der Seitenwand 16 auf der Außenseite 36 Befestigungselemente 38 abstehen, welche vorliegend als Schraublaschen ausgebildet sind. Das jeweilige Befestigungselement 38 weist eine als Durchgangsöffnung ausgebildete Schrauböffnung 40 auf, sodass mittels der Schrauböffnungen 40 und somit mittels der Befestigungselemente 38 das Speichermodul 10 mit einem weiteren Bauelement des Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden ist. Bei diesem weiteren Bauelement, welches in 2 ausschnittsweise erkennbar und dort mit 42 bezeichnet ist, handelt es sich beispielsweise um ein weiteres Speichermodul des Energiespeichers. Somit ist das Speichermodul 10 mit dem Bauelement 42 mittels der Befestigungselemente 38 mechanisch verbunden.
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Die Befestigungselemente 38 sind entlang einer parallel zu der ersten Richtung verlaufenden, auch als Beabstandungsrichtung bezeichneten und in 1 durch einen Doppelpfeil 44 veranschaulichten Richtung voneinander beabstandet und aufeinanderfolgend angeordnet, sodass zwischen den jeweiligen Befestigungselementen 38 ein jeweiliger Zwischenraum 46 angeordnet ist. In dem jeweiligen Zwischenraum 46 ist ein jeweiliger Teilbereich TB der Außenseite 36 der Seitenwand 16 angeordnet. Auf den jeweiligen Teilbereich TB der Außenseite 36 ist, insbesondere direkt, ein jeweiliger, weiterer Teilbereich T des Klebeelements 32 aufgeklebt, sodass sich das Klebeelement 32 von der Oberseite 34 durchgängig in den jeweiligen Zwischenraum 46 und somit auf den jeweiligen Teilbereich TB erstreckt. Die Teilbereiche T des Klebeelements 32 sind entlang der Beabstandungsrichtung voneinander beabstandet und aufeinanderfolgend angeordnet, sodass zwischen den jeweiligen Teilbereichen T des Klebeelements 32 Aussparungen 48 angeordnet sind. In der jeweiligen Aussparung 48 ist das jeweilige Befestigungselement 38 angeordnet. Das auch als Klebestreifen bezeichnete Klebeelement 32 weist somit eine mit einer durch die Befestigungselemente 38 gebildeten Geometrie korrespondierende Geometrie auf, sodass sich das Klebeelement 32 durchgehend oder durchgängig von der Oberseite 34 in die Zwischenräume 46 und somit auf die Teilbereiche TB und somit auf die Außenseite 36 erstreckt. Dabei ist das Klebeelement 32 direkt auf die Oberseite 34 und direkt auf den jeweiligen Teilbereich TB und somit auf die Außenseite 36 aufgeklebt. Einerseits fixiert das auch als Klebestreifen bezeichnete oder einen Klebestreifen bildende Klebeelement 32 den Deckel 26 (Modulabdeckung) an, insbesondere auf, dem Gehäuse 12, insbesondere der Seitenwand 16. Da außerdem das Klebeelement 32 die glasfaserverstärkte Glimmerschicht 30 aufweist, ist auch die Glimmerschicht 30 an dem Gehäuse 12 und der Modulabdeckung fixiert. Hierdurch kann sich beispielsweise bei einem thermischen Ereignis wie beispielsweise einem thermischen Durchgehen in dem Aufnahmebereich 14 die Modulabdeckung nicht übermäßig von dem Gehäuse 12, insbesondere der Seitenwand 16, wegwölben. Somit bleibt die Kriechstrecke 24 zwischen der Seitenwand 16 und dem Zellverbinder 22 unterbrochen, wodurch das Speichermodul 10 vor Kurzschlüssen geschützt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Speichermodul
- 12
- Gehäuse
- 14
- Aufnahmebereich
- 16
- Seitenwand
- 18
- Pfeil
- 20
- Speicherzelle
- 22
- Zellverbinder
- 24
- Kriechstrecke
- 26
- Deckel
- 28
- Pfeil
- 30
- glasfaserverstärkte Glimmerschicht
- 32
- Klebeelement
- 34
- Oberseite
- 36
- Außenseite
- 38
- Befestigungselement
- 40
- Schrauböffnung
- 42
- Bauelement
- 44
- Doppelpfeil
- 46
- Zwischenraum
- 48
- Aussparung
- S1
- erste Seite
- S2
- zweite Seite
- T
- Teilbereich
- TB
- Teilbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007010271 A1 [0003]
- DE 4132390 A1 [0003]
