DE102021101234A1 - Energiespeichereinrichtung und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung (10) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend eine oder mehrere Energiespeicherzellen (20), einen oder mehrere Träger (15) und eine oder mehrere Schutzfolien (300), die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen (20) und den einen oder mehreren Trägern (15) angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit der Energiespeichereinrichtung (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichereinrichtung.
  • Energiespeichereinrichtungen weisen typischerweise mehrere Energiespeicherzellen auf, wobei derartige Energiespeicherzellen beispielsweise zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein können.
  • Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie bzw. Erfindung, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, die Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit einer Energiespeichereinrichtung zu erhöhen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgaben werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
  • Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend (i) eine oder mehrere Energiespeicherzellen, (ii) zweckmäßig einen oder mehrere Träger und (iii) zweckmäßig eine oder mehrere Schutzfolien, die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen und den einen oder mehreren Trägern angeordnet sind.
  • Durch die Verwendung solcher Schutzfolien kann für den Fall eines thermischen Ereignisses die Sicherheit erhöht werden. Im Fall eines solchen thermischen Ereignisses kann beispielsweise eine Energiespeicherzelle elektrisch leitfähige Partikel mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur ausstoßen, wodurch beispielsweise ein Kurzschluss zu einem Träger entstehen kann. Durch die Verwendung von einer oder mehreren Schutzfolien an den angegebenen Stellen oder an der angegebenen Stelle kann ein solcher Kurzschluss verhindert werden und die Wirkung eines thermischen Ereignisses somit deutlich verringert werden.
  • Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für eine (Traktions-)Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, verwendet werden. Die Energiespeicherzellen können insbesondere zum elektrochemischen Speichern von Energie ausgebildet sein. Der oder die Träger können insbesondere dazu ausgebildet sein, für Stabilität und Befestigung außerhalb der Energiespeicherzellen zu sorgen. Es handelt sich somit bei den Trägern typischerweise nicht um diejenigen Elemente, welche die Energiespeicherzellen unmittelbar an einer Karosserie oder an einer anderen Struktur befestigen. Die Träger können beispielsweise langgestreckt sein, können beispielsweise ein bestimmtes Querschnittsprofil haben, und/oder sie können beispielsweise aus einem leitfähigen Material wie Stahl oder Aluminium ausgebildet sein.
  • Die Schutzfolien können insbesondere Folien sein, welche flächig ausgebildet sind und insbesondere flexibel ausgebildet sein können. Sie können somit einfach und flexibel angeordnet werden. Sie können insbesondere zur Verhinderung eines elektrischen Kontakts zwischen Energiespeicherzellen und Träger für den Fall eines thermischen Ereignisses sorgen. Auf beispielhafte Ausführungen wird weiter unten näher eingegangen werden.
  • Die Schutzfolien können insbesondere bis mindestens 800 °C, bis mindestens 1.000 °C oder bis mindestens 1.200 °C temperaturbeständig sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass für einen vorbestimmten Zeitraum von beispielsweise 30 s oder 60 s eine solche Temperatur überstanden wird, ohne dass es zu Veränderungen in der mechanischen Beständigkeit oder der chemischen Zusammensetzung einer solchen Schutzfolie kommt.
  • Die Träger können insbesondere eine elektrische Masse der Energiespeichereinrichtung bilden. Dies erlaubt die Verwendung einer verhältnismäßig schweren und/oder massigen Struktur zur Bereitstellung einer elektrischen Masse. Durch die erwähnten Schutzfolien kann insbesondere verhindert werden, dass es in einem Fehlerfall zu einem Kurzschluss aufgrund der Verwendung einer solchen elektrischen Masse kommt.
  • Die Schutzfolie oder die Schutzfolien können insbesondere elektrisch isolierend sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass sie einer Spannung von beispielsweise 3.000 V für einen Zeitraum von beispielsweise 60 s widerstehen können. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt.
  • Insbesondere kann die Schutzfolie oder können die Schutzfolien thermisch isolierend sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass eine Schutzfolie für den Zeitraum von beispielsweise 60 s einer Temperatur von 1.200 °C ausgesetzt werden kann, ohne dabei die elektrische Isoliereigenschaft zu verlieren.
  • Mit den erwähnten Werten kann insbesondere ein besonders zuverlässiger Schutz für typische Anwendungen erreicht werden. Auch andere Werte sind jedoch möglich.
  • Die Schutzfolie oder die Schutzfolien können insbesondere ein Trägermaterial und eine oder zwei auf das Trägermaterial aufgebrachte Schichten umfassen. Derartige Ausführungen haben sich als stabil und für die hier relevante Anwendung besonders geeignet erwiesen.
  • Die Schicht oder die Schichten können insbesondere aus Glimmer, echtem Glimmer oder Mica ausgebildet sein. Derartige Materialien haben eine besonders hohe elektrische und thermische Isolationseigenschaft, welche auch unter Einwirkung von heißen, schnellen Partikeln, wie hier relevant, nicht verloren geht. Unter echtem Glimmer kann beispielsweise gewöhnlicher Kaliumglimmer, ungewöhnlicher Kaliumglimmer oder Nicht-Kaliumglimmer verstanden werden. Derartige Materialien können insbesondere verwendet werden.
  • Das Trägermaterial kann insbesondere aus Polyethylen ausgebildet sein. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da es besonders reißfest und temperaturbeständig ist.
  • Auch andere Materialien als die genannten können jedoch verwendet werden, insbesondere wenn sie geeignete Schutzeigenschaften haben.
  • Die eine oder mehreren Schutzfolien können insbesondere eine Dicke von mindestens 0,05 mm oder mindestens 0,1 mm haben. Eine derartige Untergrenze hat sich bezüglich der hier relevanten Eigenschaften als vorteilhaft herausgestellt.
  • Die eine oder mehreren Schutzfolien können insbesondere eine Dicke von höchstens 0,1 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,3 mm haben. Für typische Anwendungen ist keine größere Dicke erforderlich, um die hier relevanten Eigenschaften zu erreichen, so dass auf eine größere Dicke verzichtet werden kann und somit Bauraum eingespart werden kann.
  • Die eine, einige oder alle Schutzfolien können insbesondere auf mindestens einem der Träger aufgebracht sein. Somit wird der Träger unmittelbar geschützt und kann zudem zur Befestigung der Schutzfolien verwendet werden. Die Schutzfolie kann beispielsweise auf dem Träger aufgeklebt sein. Der oder die Träger können auch ganz oder teilweise mit der Schutzfolie oder einigen oder allen der Schutzfolien überzogen sein. Dies kann beispielsweise durch geeignete Beschichtungsverfahren erfolgen. Insbesondere kann eine den Energiespeicherzellen zugewandte Oberfläche eines Trägers mit einer Schutzfolie ganz oder teilweise überdeckt sein.
  • Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Schutzfolien mit Abstand zu den Trägern angeordnet. Dadurch kann eine Schutzwirkung schon vor dem jeweiligen Träger erreicht werden, wodurch beispielsweise noch weitere Elemente geschützt werden können.
  • Gemäß einer Ausführung kann die Energiespeichereinrichtung eines oder mehrere Gehäuse aufweisen, in denen eine oder mehrere Kammern ausgebildet sind, in die sich die Energiespeicherzellen insbesondere partiell erstrecken. Diesbezüglich kann auf die in dieser Anmeldung gegebene Beschreibung zu Gehäusen und die anwendbaren Ausführungen verwiesen werden. Die offenbarten Varianten können auch hier entsprechend angewandt werden. Ein solches Gehäuse kann insbesondere zur unmittelbaren Halterung der Energiespeicherzellen dienen und kann überdies die Kammern ausbilden, welche insbesondere gegen Eindringen von Wasser abgedichtet werden können, wie bereits an anderer Stelle erwähnt.
  • Gemäß einer Ausführung können eine, einige oder alle Schutzfolien auf einem oder mehreren der Gehäuse aufgebracht sein. Dadurch kann unmittelbar nahe an den Energiespeicherzellen eine Schutzwirkung erreicht werden.
  • Die erwähnten Anordnungen von Schutzfolien, also insbesondere das unmittelbare Aufbringen auf einen Träger, die Anordnung beabstandet zum Träger und das Aufbringen auf ein Gehäuse, können in einer Ausführung insbesondere auch miteinander kombiniert werden.
  • Insbesondere können eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung aufweisen, die durch ein Abdeckelement ganz oder teilweise wasserdicht abgedichtet ist. Diesbezüglich sei auf die an anderer Stelle gegebene Beschreibung verwiesen. Eines, einige oder alle Abdeckelemente können insbesondere durch eine jeweilige Schutzfolie gebildet werden. Mit anderen Worten kann die Schutzfolie unmittelbar als Abdeckelement verwendet werden, d.h. sie erfüllt nicht nur die bereits beschriebene Schutzfunktion bei einem thermischen Ereignis, sondern dichtet auch die Kammer ab, insbesondere gegen das Eindringen von Wasser. Auf die an anderer Stelle gegebenen Ausführungen zum Abdeckelement sei verwiesen.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass eine, einige oder alle Schutzfolien auf jeweils mindestens einem Abdeckelement aufgebracht sind. Typischerweise kann dabei das Abdeckelement eine Abdichtung gegen Eindringen von Wasser bewirken, und die Schutzfolie erreicht die bereits weiter oben erwähnte Schutzfunktion bei thermischen Ereignissen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Falle eines solchen thermischen Ereignisses das Abdeckelement zwar beschädigt wird, die Schutzfolie jedoch ausströmende heiße Partikel zurückhält, so dass ein Kurzschluss gegenüber umliegenden Trägern verhindert wird.
  • Gemäß einer Ausführung können eine, einige oder alle Energiespeicherzellen mindestens eine Überdruck-Austrittsöffnung aufweisen, wobei zwischen einer, einigen oder allen Überdruck-Austrittsöffnungen und mindestens einem Träger eine Schutzfolie angeordnet ist. Dadurch kann die jeweilige Schutzfolie besonders vorteilhaft platziert werden, wobei sie insbesondere zwischen einer Überdruck-Austrittsöffnung und einem Träger eine besonders vorteilhafte Schutzwirkung erreichen kann. Insbesondere kann sie einen vollständigen Querschnitt zwischen der Überdruck-Austrittsöffnung und einem Träger, beispielsweise einem Träger des Querschnitts, abdecken. Sie kann damit insbesondere verhindern, dass aus der Überdruck-Austrittsöffnung ausgestoßene Partikel den Träger erreichen. Unter einer Überdruck-Austrittsöffnung kann insbesondere eine Öffnung oder zumindest ein schwächer und/oder mit Sollbruchstelle ausgeführter Abschnitt einer Seitenwand einer Energiespeicherzelle verstanden werden, wobei eine solche Überdruck-Austrittsöffnung typischerweise im Fall eines thermischen Ereignisses dazu dient, ausströmende Partikel in eine bestimmte Richtung ausströmen zu lassen. Diese Richtung kann bei der Anordnung von Schutzfolien wie erwähnt berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführung können eine, einige oder alle Schutzfolien einen Querschnitt zwischen einem Träger und einer oder mehreren Energiespeicherzellen vollständig abdecken. Sie können auch darüber vorstehen. Dabei kann insbesondere eine gedachte dreidimensionale Struktur betrachtet werden, welche durch äußere Ränder von Träger einerseits und Energiespeicherzelle(n) andererseits definiert wird. Quer zu einer gedachten Längserstreckung einer solchen dreidimensionalen Struktur und/oder parallel zu einer auf die Energiespeicherzellen zuweisenden Oberfläche des Trägers und/oder parallel zu einer Stirnseite der Energiespeicherzelle kann dann der Querschnitt an einer Stelle entlang der Längserstreckung betrachtet werden, welcher durch die gedachte dreidimensionale Struktur definiert wird.
  • Die Energiespeicherzellen können insbesondere als Rundzellen ausgeführt sein und/oder Längsachsen der Energiespeicherzellen können insbesondere parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, wobei auf die an anderer Stelle gegebene Beschreibung verwiesen sei. Auch andere Ausführungen von Energiespeicherzellen und deren Anordnung können jedoch verwendet werden. Insbesondere können auch Pouch-Zellen oder prismatische Zellen verwendet werden.
  • Die Energiespeicherzellen können somit beispielsweise auch als prismatische Zellen ausgeführt sein.
  • Die Träger können insbesondere die Energiespeichereinrichtung mechanisch stabilisieren. Hierzu können sie beispielsweise aus Metall wie beispielsweise Aluminium ausgebildet sein. Außerdem können sie beispielsweise ein geeignetes Querschnittsprofil, beispielsweise ein Rechteckprofil, aufweisen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben aufweist. Damit können die bereits erwähnten Vorteile erreicht werden. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere in einem Bodenbereich und/oder unter einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
  • Mit anderen Worten wurde erkannt, dass Zellterminals, also beispielsweise Plus- und Minus-Pole einer Zelle, bzw. strom- und spannungsführende Zellverbinder örtlich sehr nahe zu einem mechanischen Strukturbauteil aus Aluminium (elektrische Masse) sein können und es somit zu sehr geringen Abständen der spannungsführenden Bauteile und der elektrischen Masse kommen kann. Beispielsweise bei einem 800 V-Speichersystem können die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken-Abständen wichtig sein, um Isolationsfehler, Kurzschlüsse oder andere Fehler zu vermeiden.
  • Seitliche Terminals können beispielsweise zur Folge haben, dass auch Zellvents bzw. Überdruck-Austrittsöffnungen auf der Seite der Zelle positioniert sein können. Diese fungieren als Überdruckventil der Zelle und im Fall eines Thermal Runaways einer Zelle können eine relativ große Menge (> 200 g) elektrisch leitender Partikel mit sehr großem Druck (> 7 bar), hoher Geschwindigkeit (ungefähr 300 m/s) und hoher Temperatur (> 1.000 °C) aus der Zelle ausgestoßen werden. Der Partikelstrom bei diesem Typ Zellmodul kann dann in dem geringen Abstand zwischen der Aluminiumquerstrebe und den vielen Terminals und Zellverbindern fließen.
  • Es wird beispielsweise vorgeschlagen, eine Barriere in Form eines Bauteils, das sowohl elektrisch als auch hochtemperaturbeständig thermisch isolierend wirkt, auf die Seite des Zellmoduls aufzubringen und damit zwischen der Querstrebe und den Terminals zu verorten. Eine besonders kostengünstige und platzsparende Ausführung kann beispielsweise durch ein Mica-Klebeband (beispielsweise dünner als 0,1/0,2 mm), das sehr temperaturbeständig (> 1.000 °C) ist, erfolgen. Alle anderen Materialien mit ähnlichen Eigenschafen kommen ebenfalls infrage.
  • Ein thermischer Fehlerfall ist regelmäßig ein Fehlerfall, bei dem eine exotherme chemische Reaktion auftritt. Ein solcher Fehlerfall kann auch ein thermisches Ereignis (englisch „Thermal Runaway“) sein. Der Fehlerfall kann insbesondere ein Ereignis sein, das eine nicht betriebsgemäße und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in den Einzelzellen bewirkt. Es könnte dabei unter Umständen eine Propagation einsetzen. Ein solcher Fehlerfall kann beispielsweise durch einen internen Kurzschluss in einer Einzelzelle oder durch eine Überhitzung verursacht werden.
  • Die elektrische Energiespeichereinrichtung ist insbesondere eine Einrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie, insbesondere um mindestens eine elektrische (Traktions-) Antriebsmaschine anzutreiben. Die Energiespeichereinrichtung umfasst typischerweise mehrere Energiespeicherzellen, welche jeweils als Einzelzellen ausgebildet sind, und typischerweise eine Vielzahl solcher Einzelzellen, die die elektrochemischen Energiespeicherzellen ausbilden. In der Regel sind eine Vielzahl an Einzelzellen vorgesehen. Beispielsweise kann die Energiespeichereinrichtung ein Hochvoltspeicher bzw. eine Hochvolt-Batterie sein.
  • Typischerweise umfasst die Energiespeichereinrichtung mindestens ein Speichergehäuse. Das Speichergehäuse ist zweckmäßig eine Einhausung, die zumindest die Hochvoltkomponenten der Energiespeichereinrichtung umgibt. Zweckmäßig ist das Speichergehäuse gasdicht ausgebildet, so dass eventuell aus den Speicherzellen austretende Gase abgefangen werden. Vorteilhaft kann das Gehäuse zum Schutz vor Überhitzung, Kontaktschutz, Intrusionsschutz und/oder zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub dienen.
  • Das Speichergehäuse kann zumindest teilweise aus einem Metall hergestellt sein. Insbesondere kann es aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung ausgebildet sein. In dem mindestens einen Speichergehäuse der Energiespeichereinrichtung können mindestens eines oder mehrere der folgenden Bauteile aufgenommen sein: Energiespeicherzellen, Bauelemente der Leistungselektronik, Schütz(e) zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Kraftfahrzeug, Kühlelemente, elektrische Leiter, Steuergerät(e). Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere zu kühlende Elemente aufweisen, insbesondere Energiespeicherzellen und/oder Bauelemente der Leistungselektronik der Energiespeichereinrichtung. Zweckmäßig werden die Bauteile vor der Montage der Baugruppe in das Kraftfahrzeug vormontiert.
  • Die Energiespeicherzellen können insbesondere als Rundzellen zur elektrochemischen Speicherung von Energie ausgebildet sein. Eine Rundzelle ist in der Regel in einem zylinderförmigen Zellengehäuse (englisch „cell can“) aufgenommen. Kommt es zur betriebsbedingten Ausdehnung der Aktivmaterialien der Rundzelle, so wird das Gehäuse im Umgebungsbereich auf Zug beansprucht. Vorteilhaft können somit vergleichsweise dünne Gehäusequerschnitte die aus dem Aufschwellen resultierenden Kräfte kompensieren. Bevorzugt ist das Zellengehäuse aus Stahl bzw. einer Stahllegierung hergestellt.
  • Typischerweise können in den Energiespeicherzellen Entgasungsöffnungen dazu vorgesehen sein, entstehende Gase aus dem Zellengehäuse entweichen zu lassen. Es kann aber auch nur eine Entgasungsöffnung pro Speicherzelle bzw. Rundzelle vorgesehen sein. Vorteilhaft ist jeweils mindestens eine Entgasungsöffnung pro Rundzelle in der Einbaulage zum äußeren Schweller hin entgasend angeordnet. Die Entgasungsöffnung kann auch als Überdruck-Austrittsöffnung bezeichnet werden.
  • Bevorzugt weist das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen einen Wert zwischen 5 und 30, bevorzugt zwischen 7 und 15, und besonders bevorzugt zwischen 9 und 11 auf. Das Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis ist der Quotient aus der Länge des Zellengehäuses der Rundzelle im Zähler und dem Durchmesser des Zellengehäuses der Rundzelle im Nenner. In einer bevorzugten Ausgestaltung können die Rundzellen beispielsweise einen (Außen-)Durchmesser von ca. 45 mm bis 55 mm aufweisen. Ferner vorteilhaft können die Rundzellen eine Länge von 360 mm bis 1.100 mm, bevorzugt von ca. 450 mm bis 600 mm, und besonders bevorzugt von ca. 520 mm bis 570 mm aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung verlaufen die Energiespeicherzellen bzw. Rundzellen in ihrer Einbaulage im Wesentlichen parallel (d.h. parallel, eventuell mit Abweichungen, die für die Funktion unerheblich sind) zur Fahrzeugquerachse Y. Die Fahrzeugquerachse ist diejenige Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und horizontal verläuft. Die Energiespeicherzellen können jedoch auch parallel zur Fahrzeuglängsachse X verlaufen. Sie können auch andersartig angeordnet sein.
  • Die Energiespeicherzellen sind typischerweise innerhalb des Speichergehäuses in Richtung der Fahrzeughochachse Z in mehreren Lagen angeordnet. Die Fahrzeughochachse ist dabei die Achse, die in der Normallage des Kraftfahrzeugs senkrecht zur Fahrzeuglängsachse X und vertikal verläuft. Eine Lage von Energiespeicherzellen ist dabei insbesondere eine Vielzahl an Energiespeicherzellen, die in einer gleichen Ebene im Speichergehäuse verbaut sind und im Wesentlichen denselben Abstand zum Boden des Speichergehäuses aufweisen. Vorteilhaft variiert die Anzahl an Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse X. Gemäß einer Ausführung kann das Speichergehäuse eine Oberseite aufweisen, die in ihrer äußeren Gehäusekontur an die untere Innenkontur einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs angepasst ist, wobei in der Einbaulage die Gesamthöhe der mehreren Lagen zur Anpassung an die Gehäusekontur in Richtung der Fahrzeuglängsachse dadurch variiert wird, dass in einem ersten Bereich einer Lage unmittelbar benachbarte Rundzellen der Lage in der Einbaulage in Richtung der Fahrzeuglängsachse weiter voneinander beabstandet sind als unmittelbar benachbarte Rundzellen in einem zweiten Bereich derselben Lage, so dass vorteilhaft im ersten Bereich eine weitere Rundzelle einer anderen Lage weiter in einem von den im ersten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten ersten Zwischenbereich eindringt als eine identisch ausgebildete weitere Rundzelle der anderen Lage, die in einem von im zweiten Bereich unmittelbar benachbarten Rundzellen ausgebildeten zweiten Zwischenbereich eindringt. Die Gesamthöhe der mehreren Lagen bemisst sich vom Boden des Speichergehäuses bis zum oberen Ende der obersten Lage an der jeweiligen Stelle im Speichergehäuse. Die Innenkontur der Fahrgastzelle ist die Kontur, die den einem Fahrzeugnutzer zugänglichen Innenraum der Fahrgastzelle begrenzt. Insbesondere kann die Gehäusekontur derart an die Innenkontur angepasst sein, dass zwischen der Oberseite des Speichergehäuses und der Innenkontur der Fahrgastzelle ein zweckmäßig gleichbleibender Spalt vorgesehen ist, der bevorzugt weniger als 15 cm oder weniger als 10 cm oder weniger als 5 cm beträgt.
  • Gemäß einer Ausführung kann sich mindestens eine in der Einbaulage der Energiespeichereinrichtung unterste Lage der mehreren Lagen in Richtung der Fahrzeuglängsachse von einem in der Einbaulage am vorderen Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden vorderen Fußbereich des Speichergehäuses bis zu einem Sitzbereich des Speichergehäuses erstrecken, wobei der Sitzbereich an die Rücksitzbank des Kraftfahrzeugs angrenzt.
  • Gemäß einer Ausführung können in zumindest einem der am vorderen oder hinteren Fußraum des Kraftfahrzeugs angrenzenden Fußbereiche des Speichergehäuses weniger Lagen angeordnet sein als in einem Sitzbereich des Speichergehäuses, wobei der Sitzbereich an den Vordersitzen und/oder den Rücksitzen (zum Beispiel Einzelsitze oder Rücksitzbank) des Kraftfahrzeugs angrenzt. Vorteilhaft kann also vorgesehen sein, dass beispielsweise im vorderen und/oder hinteren Fußbereich lediglich eine unterste Lage an Energiespeicherzellen im Speichergehäuse vorgesehen ist, wohingegen im vorderen und/oder hinteren Sitzbereich mehrere Lagen übereinandergestapelt vorgesehen sind. Das hat den Vorteil, dass insbesondere der Bauraum unterhalb der Vordersitze bzw. unterhalb der Rücksitze effizienter genutzt werden kann, um somit die elektrische Speicherkapazität des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
  • In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Energiespeicherzellen einer Lage durch einen über die Mehrzahl an Energiespeicherzellen derselben Lage aufgebrachten Klebstoff miteinander verbunden sind. Zweckmäßig kann der Klebstoff erst aufgebracht werden, nachdem die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage zueinander positioniert worden sind, beispielsweise nach dem Anordnen der Energiespeicherzellen in das Speichergehäuse. Vorteilhaft können somit die einzelnen Energiespeicherzellen einer Lage kostengünstig und platzsparend relativ zueinander fixiert werden. Als Klebstoff kann beispielsweise Polyurethan, Polyamid oder Polyethylen eingesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführung können zwischen zumindest zwei Lagen der Energiespeicherzellen Kühlelemente zur Kühlung der Energiespeicherzellen vorgesehen sein, die bevorzugt zumindest teilweise wellenförmig im Querschnitt senkrecht zur Fahrzeugquerachse Y ausgebildet sein können. In einer Ausgestaltung können die Kühlelemente an einem Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein.
  • Im Folgenden werden weitere technische Aspekte und Ausgestaltungen beschrieben, die unabhängig sind von anderen hierin beschriebenen Erfindungsaspekten, insbesondere betreffend die Verwendung von Schutzfolien. Sie können jedoch damit kombiniert werden.
  • Diese technischen Aspekte betreffen eine Energiespeichereinrichtung, umfassend (i) mehrere Energiespeicherzellen und (ii) zweckmäßig eine oder mehrere Kammern, in die sich die Energiespeicherzellen partiell erstrecken. Eines, einige oder alle Zellterminals der Energiespeicherzellen sind zweckmäßig in den einen oder mehreren Kammern angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Kammern an den sich hinein erstreckenden Energiespeicherzellen mittels einer oder mehrerer Dichtungen gegen Eindringen von Wasser abgedichtet.
  • Gemäß einer Ausführung weisen eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung auf, die von einem Abdeckelement gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen ist.
  • Mittels einer solchen Ausführung können die Zellterminals zumindest partiell gegen Wasser geschützt werden. Wasser kann beispielsweise zu einer Energiespeichereinrichtung gelangen, wenn es von außen eindringt oder wenn ein Kühlsystem ein Leck aufweist. Durch die hier offenbarte Ausführung kann ein Kontakt des Wassers mit den Zellterminals der Energiespeicherzellen verhindert werden, so dass unerwünschte Effekte wie beispielsweise Kurzschlüsse oder die Bildung von Wasserstoff verhindert werden.
  • Unter einer Abdichtung einer Kammer oder eines anderen Elements gegen Eindringen von Wasser kann beispielsweise eine wasserdichte Ausführung verstanden werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass bis zu einem vorgegebenen Druck von beispielsweise 1, 5 oder 10 bar kein Wasser in die Kammer oder an einer bestimmten Stelle eindringen kann. Unter einer Abdichtung gegen Eindringen von Wasser kann jedoch beispielsweise alternativ auch ein Schutz gegen Spritzwasser verstanden werden, so dass beispielsweise zumindest bei einem Anspritzen mit Spritzwasser bis zu einem gewissen Druck kein Wasser in die Kammer eindringt. Die jeweilige Ausführung kann insbesondere abhängig davon gewählt werden, mit welcher Wasserbelastung realistischerweise zu rechnen ist. Wird die Energiespeichereinrichtung beispielsweise an einem Ort eingebaut, an welchem regelmäßig umgebendes Wasser zu erwarten ist, beispielsweise weil die Energiespeichereinrichtung ohne weitere Umhüllung unterhalb der Wattiefe eines Kraftfahrzeugs liegt oder es sich um ein schwimmfähiges Fahrzeug handelt, so kann beispielsweise eine wasserdichte Ausführung gewählt werden. Soll die Abdichtung insbesondere für den Fall vorgesehen sein, dass ein Kühlsystem leckt, kann die zu erwartende Wassermenge abgeschätzt werden und abhängig davon die Abdichtung ausgeführt werden.
  • Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere elektrische Energie zum Betrieb einer (Traktions-)Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs speichern. Auch für andere Zwecke kann sie jedoch verwendet werden. Jede Energiespeicherzelle weist typischerweise eine jeweilige Umhüllung oder sonstige Eingrenzung auf, wobei die Energiespeicherzellen zumindest vor dem Zusammenbau der Energiespeichereinrichtung typischerweise separat handhabbar sein können. Insbesondere kann jede Energiespeicherzelle zwei Zellterminals aufweisen, wovon eines den Plus-Pol und eines den Minus-Pol darstellt. Die Zellterminals sind typischerweise mit nach außen hin freiliegenden elektrischen Leitern ausgeführt, so dass beim Kontakt dieser Leiter mit Wasser grundsätzlich ein Stromfluss möglich ist.
  • Die Kammern können beispielsweise in einem Gehäuse ausgebildet sein, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird. Die Kammern können auch Bestandteil eines anderen Elements sein, welches insbesondere auch weitere Funktionen haben kann, wie beispielsweise Versteifungs- oder Tragefunktionen. Typischerweise erstreckt sich ein Ende einer jeweiligen Energiespeicherzelle in eine der Kammern, wobei die Kammer typischerweise dadurch an der entsprechenden Stelle verschlossen wird. Eine Kammer weist typischerweise für jede aufzunehmende Energiespeicherzelle eine offene Aufnahme auf, in welche eine Energiespeicherzelle aufgenommen werden kann.
  • Darunter, dass sich eine Energiespeicherzelle partiell in eine Kammer erstreckt, kann insbesondere verstanden werden, dass ein Teil der Energiespeicherzelle, insbesondere ein an ein Längsende angrenzender Teil, in der Kammer oder einer daran angrenzenden Aufnahme enthalten ist und der Rest der Energiespeicherzelle daraus hervorsteht.
  • Grundsätzlich kann jeder Raum, welcher ganz oder zumindest teilweise umschlossen ist und in welchen sich mindestens eine Energiespeicherzelle hineinerstrecken kann, als Kammer verstanden werden. Bei der hier offenbarten Ausführung kann eine solche Kammer insbesondere gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise abgedichtet sein, wie an anderer Stelle erwähnt.
  • Es können alle Zellterminals in einer der Kammern aufgenommen sein, oder es können auch einige Zellterminals nicht in Kammern aufgenommen sein. Dies hängt davon ab, ob alle Zellterminals geschützt werden sollen oder ob nur ein Teil der Zellterminals geschützt werden soll.
  • Gemäß einer Ausführung weist die Energiespeichereinrichtung ein erstes Gehäuse auf, in dem eine, einige oder alle Kammern ausgebildet sind. Ein solches Gehäuse kann beispielsweise ein Gehäuse sein, welches spezifisch innerhalb der Energiespeichereinrichtung zur Aufnahme und/oder Halterung der Energiespeicherzellen und/oder zur Ausbildung der Kammern verwendet wird. Es kann sich jedoch auch um ein Gehäuse mit weiteren Aufgaben wie beispielsweise der Herstellung von Stabilität oder Sicherheit, beispielsweise gegenüber Seitenaufprallereignissen oder sonstigen Unfallereignissen, handeln. Die Kammern können insbesondere als Hohlräume in dem Gehäuse ausgebildet werden, wobei dies beispielsweise durch Verwendung eines entsprechenden Werkzeugs, beispielsweise beim Spritzgießen, oder durch Zerspanen erfolgen kann.
  • In das erste Gehäuse können sich insbesondere erste Längsenden der Energiespeicherzellen erstrecken. Beispielsweise kann jede Energiespeicherzelle ein jeweiliges erstes Längsende und ein gegenüberliegendes jeweiliges zweites Längsende aufweisen. Die ersten Längsenden können beispielsweise nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise wenn sich die Energiespeicherzellen parallel zueinander erstrecken. Beispielsweise kann an jedem Längsende jeweils genau ein Zellterminal angeordnet sein, oder es können auch zwei Zellterminals an einem Längsende angeordnet sein.
  • Bei dem Gehäuse kann es sich beispielsweise um einen Modulrahmen handeln. Ein solcher Modulrahmen kann beispielsweise auch zur Befestigung der Energiespeicherzellen dienen. Er kann beispielsweise entlang benachbart zueinander angeordneter Längsenden der Energiespeicherzellen verlaufen bzw. sich erstrecken.
  • Gemäß einer Ausführung weist die Energiespeichereinrichtung ein zweites Gehäuse auf, in dem eine oder einige der Kammern ausgebildet sind. Die Erläuterungen zum ersten Gehäuse gelten für das zweite Gehäuse entsprechend. Insbesondere können sich in Kammern des zweiten Gehäuses zwei der Längsenden der Energiespeicherzellen erstrecken, die ersten Längsenden gegenüberliegen. Somit kann das zweite Gehäuse eine entsprechende Funktion wie das erste Gehäuse haben, welche beispielhaft bereits beschrieben wurde. Insbesondere können die beiden Gehäuse die Energiespeicherzellen, welche beispielsweise parallel zueinander angeordnet sein können, jeweils beidseitig halten und/oder für die Energiespeicherzellen jeweilige Kammern ausbilden, welche gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sind.
  • Insbesondere können eines der Gehäuse oder beide Gehäuse als Halterung der Energiespeicherzellen ausgeführt sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Gehäuse oder die Gehäuse die Energiespeicherzellen so befestigen, dass sie relativ zum Gehäuse bzw. zu einer das oder die Gehäuse umgebenden Struktur wie beispielsweise einer Karosserie in Position halten. Dies kann insbesondere durch eine mechanische Befestigung erfolgen, wobei beispielhafte Ausführungen weiter unten gegeben werden.
  • Gemäß einer Ausführung sind die Energiespeicherzellen als Rundzellen ausgeführt. Hierfür hat sich die hierin beschriebene Ausführung besonders bewährt, da Rundzellen einfach eingeführt werden können und in einfacher Weise vor Wasser geschützt werden können. Grundsätzlich können jedoch auch andere Ausführungen von Zellen verwendet werden.
  • Die Energiespeicherzellen können insbesondere jeweils ein erstes Zellterminal und ein zweites Zellterminal aufweisen. Das erste Zellterminal und das zweite Zellterminal können insbesondere an entgegengesetzten Längsenden der Energiespeicherzellen angeordnet sein. Dies entspricht einer Ausführung von Energiespeicherzellen, beispielsweise als Rundzellen, bei welcher die Zellterminals nicht benachbart zueinander sind, sondern bei welcher sich beispielsweise ein Plus-Pol an einem Längsende befindet und sich ein Minus-Pol am gegenüberliegenden Längsende befindet. Dies erlaubt beispielsweise einfache Verschaltungen mittels Zellverbindern, wobei solche Zellverbinder in einfacher Weise sowohl eine Parallelschaltung wie auch eine Serienschaltung oder Kombinationen davon realisieren können.
  • Insbesondere können Längsachsen der Energiespeicherzellen parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies erlaubt eine einfache und besonders platzsparende Anordnung. Ebenso ist es möglich, bei einer solchen Anordnung in einfacher Weise auf bauliche Gegebenheiten Rücksicht zu nehmen, so dass Bauräume bestmöglich ausgenutzt werden können. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Bauraum unterhalb einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs handeln. Dieser hat typischerweise eine Höhe, welche sich entlang einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verändert. Durch eine Variation der Anzahl von Lagen von Energiespeicherzellen kann somit die Energiespeichereinrichtung bestmöglich an den vorhandenen Bauraum angepasst werden. Eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ist dabei typischerweise diejenige Richtung, in welche ein Kraftfahrzeug bei gerade stehenden gelenkten Rädern fährt.
  • Die Energiespeichereinrichtung kann gemäß einer Ausführung einen oder mehrere Zellverbinder aufweisen, wobei Zellterminals der Energiespeicherzellen mit den Zellverbindern in den Kammern elektrisch miteinander verbunden sein können. Derartige Zellverbinder können insbesondere gewünschte Parallel- oder Reihenschaltungen oder Kombinationen davon realisieren, so dass Laden und Entnahme von elektrischer Energie aus der Energiespeichereinrichtung in gewünschter Weise ermöglicht werden. Derartige Zellverbinder können sich insbesondere ebenfalls in den Kammern befinden, so dass sie gegen umgebendes Wasser ganz oder zumindest teilweise geschützt werden können. Es ist jedoch auch möglich, zumindest einen Teil der Zellverbinder außerhalb der Kammern zu platzieren, wenn ein entsprechender Schutz nicht notwendig ist.
  • Gemäß einer Ausführung befindet sich in einer, einigen oder allen Kammern jeweils genau ein Zellverbinder. Ein solcher Zellverbinder kann insbesondere Zellterminals von mindestens zwei Energiespeicherzellen verbinden. Er kann beispielsweise Zellterminals von zwei, drei oder vier Energiespeicherzellen miteinander verbinden, so dass gewünschte Serien- oder Parallelschaltungen oder Kombinationen davon realisiert werden können. Bei einer Ausführung, in welcher sich in einer Kammer genau ein Zellverbinder befindet, schützt die Kammer typischerweise den Zellverbinder und die daran angeschlossenen Zellterminals, so dass für andere Zellverbinder und daran angeschlossene Zellterminals eigene Kammern gebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführung befindet sich in einer, einigen oder allen Kammern jeweils mehr als ein Zellverbinder. Dadurch können ausgedehntere Kammern verwendet werden, welche mehrere Zellverbinder und die daran angeschlossenen Zellterminals schützen.
  • Gemäß einer Ausführung kontaktieren die Kammern Energiespeicherzellen, die sich in die jeweilige Kammer erstrecken, mit Kontaktbereichen mechanisch, wobei die Kontaktbereiche insbesondere komplementär zur Energiespeicherzelle ausgeführt sind. Dadurch kann eine einfache Abdichtung und zusätzlich auch eine mechanische Befestigung erreicht werden. Unter einer mechanischen Kontaktierung kann beispielsweise verstanden werden, dass die Kammer bzw. eine die Kammer bildende Struktur, beispielsweise ein weiter oben bereits erwähntes Gehäuse, unmittelbar an der sich hereinerstreckenden Energiespeicherzelle anliegt.
  • Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Kammern an den sich hineinerstreckenden Energiespeicherzellen mittels einer oder mehrerer Dichtungen gegen Eindringen von Wasser abgedichtet. Eine solche Dichtung kann insbesondere zusätzlich zu einer umgebenden Struktur wie beispielsweise einem Gehäuse verwendet werden, um eine besonders wirkungsvolle Dichtwirkung zu erzielen. Mögliche Ausführungen sind nachfolgend angegeben.
  • Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise als jeweils um eine Energiespeicherzelle umlaufende Dichtung ausgebildet sein. Dies erlaubt eine umlaufende Dichtwirkung. Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise als O-Ringe ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Ausführung. Eine, einige oder alle Dichtungen können beispielsweise aus einem Elastomermaterial ausgebildet sein. Sie können auch durch Zweikomponenten-Spritzguss am Gehäuse ausgeführt sein. Derartige Ausführungen haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
  • Unter Zweikomponenten-Spritzguss kann insbesondere ein Verfahren verstanden werden, um ein Bauteil aus zwei Kunststoffen zu fertigen. Dies erlaubt beispielsweise die Herstellung eines festeren und steiferen Kunststoffs für die Haltefunktion und eines weicheren Kunststoffs für die Dichtfunktion. Eine Dichtungskomponente kann beispielsweise aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Energiespeicherzellen mit Klebstoff mechanisch befestigt, wobei der Klebstoff bevorzugt eine, einige oder alle Dichtungen bildet. Die Befestigung kann dabei insbesondere an einem Gehäuse oder an einer anderen umgebenden Struktur, insbesondere an einer Struktur, in welcher die Kammern ausgebildet sind, erfolgen. Beispielsweise kann als Klebstoff ein 2K-Polyurethan-Klebstoff, ein Zweikomponenten-Klebstoff auf Acrylatbasis, ein PUR-Klebstoff oder ein Epoxidharz verwendet werden. Auch andere Klebstoffe sind hier jedoch möglich.
  • Gemäß einer Ausführung sind eine, einige oder alle Dichtungen in Nuten angeordnet, die insbesondere kammerseitig ausgebildet sind. Dies bedeutet insbesondere, dass in einem Gehäuse oder in einer anderen Struktur, in welcher die Kammer ausgebildet ist, eine Nut ausgebildet ist, wobei die jeweilige Dichtung zumindest teilweise in diese Nut eingreift. Die Dichtung kann insbesondere von der Nut in Position gehalten werden, insbesondere derart, dass sie ihre Dichtwirkung gegenüber der Energiespeicherzelle erfüllt.
  • Gemäß einer Ausführung sind einige oder alle Dichtungen als mindestens ein Formteil ausgeführt, welches mehrere Energiespeicherzellen kontaktiert. Dies kann eine besonders einfache Ausführung ermöglichen, da ein Formteil für die Ausbildung mehrerer Dichtungen gleichzeitig verwendet werden kann. Ein solches Formteil kann insbesondere ein Elastomer-Formteil sein. Beispielsweise kann für das Formteil ein Silikon, EPDM und/oder PUR-Schaum verwendet werden. Das Formteil kann insbesondere separat zu einem Gehäuse gefertigt werden und kann auf das Gehäuse aufgebracht bzw. zumindest partiell in das Gehäuse eingesteckt werden, und anschließend können die Energiespeicherzellen eingebracht werden, um durch das Formteil, welches sich partiell zwischen den Energiespeicherzellen und dem Gehäuse befindet, abgedichtet zu werden.
  • Ein Formteil kann insbesondere ein Element sein, welches in seinem Ruhezustand eine bestimmte Form hat, beispielsweise die nachfolgend beschriebene mit Matte und ringförmigen Abschnitten. Dies schließt nicht aus, dass das Formteil elastisch und/oder flexibel ist.
  • Das mindestens eine Formteil kann insbesondere zumindest zwischen den Energiespeicherzellen als Matte ausgeführt sein. Unter einer Matte kann insbesondere ein flächiger Abschnitt des Formteils mit vollständig oder zumindest im Wesentlichen gleicher Dicke verstanden werden. Die Matte kann insbesondere flächig ausgeführt sein. Dies erlaubt eine einfache Herstellung und eine platzsparende Verwendung des Formteils.
  • Das mindestens eine Formteil kann insbesondere mehrere band- oder ringförmige Bereiche haben, wobei jeder band- oder ringförmige Bereich eine Energiespeicherzelle umgibt und an der Energiespeicherzelle dichtend anliegt. Ein ringförmiger Bereich kann insbesondere im Querschnitt eine Kreisform haben. Ein bandförmiger Bereich ist die Verallgemeinerung hiervon, so dass beispielsweise eine Anpassung an Energiespeicherzellen mit nicht rundem Querschnitt erfolgen kann. Die band- oder ringförmigen Bereiche können insbesondere eine Dichtwirkung entfalten, so dass zwischen ringförmigem Bereich und Energiespeicherzelle eine gewünschte Dichtwirkung gegen das Eindringen von Wasser erzielt wird. Nach außen hin können die band- oder ringförmigen Bereiche insbesondere mit einem als Matte ausgeführten Bereich unmittelbar verbunden sein, so dass auch dort aufgrund der Ausgestaltung des Formteils kein Eindringen von Wasser möglich ist.
  • Das Formteil kann insbesondere aus einem wasserdichten Material ausgeführt sein.
  • Die Dichtungen können insbesondere an den Kontaktbereichen angeordnet sein und/oder die Kontaktbereiche bilden. Die Dichtungen können damit auch die Funktion einer Kontaktierung erfüllen und beispielsweise die Energiespeicherzellen halten. Gleiches gilt für den Fall, dass nur eine Dichtung oder nur ein Kontaktbereich vorhanden ist.
  • Die Kammern können insbesondere entlang einer Hochrichtung mindestens bis zu einem vorgegebenen Wasserstand gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sein. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass bis zu einem bestimmten Wasserstand kein Wasser in die Kammern einläuft, bei darüber stehendem Wasserstand jedoch Wasser in die Kammern einlaufen kann, wobei es beispielsweise über eine Abdichtung wie beispielsweise das weiter unten beschriebene Abdeckelement laufen kann. Eine solche Ausführung kann beispielsweise gewählt werden, wenn die wesentliche Quelle von umgebenden Wasser ein Kühlwasserkreislauf ist, welcher eine Leckage aufweisen kann, und bei welchem ein maximal zu erwartender Wasserstand aufgrund der bekannten Menge des maximal auslaufenden Kühlwassers berechnet werden kann. Auf eine vollständige Abdichtung der Kammern kann dann beispielsweise verzichtet werden, was eine einfachere Ausführung und eine bessere Wartungsfreundlichkeit ermöglicht. Dies gilt auch bei Verwendung von nur einer Kammer.
  • Die Kammer bzw. die Kammern können jedoch auch vollständig gegen Eindringen von Wasser abgedichtet sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass selbst bei vollständigem Eintauchen der Kammer bzw. eines die Kammer bildenden Elements in Wasser kein Wasser in die Kammer eindringt. Ebenso kann dies einen allseitigen Schutz gegen Spritzwasser bedeuten.
  • Gemäß einer Ausführung weisen eine, einige oder alle Kammern eine Öffnung auf, die von einem Abdeckelement gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen ist. Mittels einer solchen Öffnung kann beispielsweise die Herstellung vereinfacht werden, da sie beispielsweise dazu verwendet werden kann, Zellverbinder anzubringen, nachdem die Energiespeicherzellen insbesondere von der anderen Seite aus in eine die Kammern ausbildende Struktur gesteckt wurden. Die Öffnung kann anschließend mittels des Abdeckelements gegen Eindringen von Wasser ganz oder teilweise verschlossen werden, wobei bezüglich möglicher Ausgestaltungen auf die an anderer Stelle gegebenen Ausführungen verwiesen sei. Die Öffnung kann somit insbesondere eine leichte Zugänglichkeit der Kammer herbeiführen. Sie kann insbesondere so angeordnet sein, dass keine Energiespeicherzellen durch die Öffnung hindurchgehen.
  • Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente als Folie ausgebildet sein. Dies hat sich als einfache und günstige Ausführung erwiesen. Eine Folie kann insbesondere ein flächiges Element, beispielsweise aus einem Kunststoff, sein. Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente als Deckel ausgebildet sein. Hierdurch kann eine einfache Abdeckung der Öffnung erreicht werden. Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente aus Kunststoff ausgebildet sein. Beispielsweise kann dafür Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS) oder expandiertes Polystyrol (EPS) verwendet werden. Derartige Ausführungen haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
  • Gemäß einer Ausführung sind eines, einige oder alle Kammern an den Abdeckelementen mit dichtendem Klebstoff abgedichtet. Hierdurch kann die gewünschte Dichtwirkung erreicht werden. Beispielsweise können hierfür Haftklebstoffe, Silikone, PUR-Klebstoffe oder Epoxidharze verwendet werden. Auch andere mögliche Ausführungen sind jedoch denkbar.
  • Gemäß einer möglichen Ausführung sind eines, einige oder alle Abdeckelemente eingerastet. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Abdeckelement und Gehäuse oder anderer Struktur ausgebildet wird. Insbesondere kann bei mindestens einem an einem Gehäuse eingerasteten Abdeckelement am Abdeckelement und/oder am Gehäuse eine Einrastgeometrie ausgebildet sein. Eine solche Einrastgeometrie kann beispielsweise durch eine Vorformung der Abdeckung und/oder durch Ausnehmungen am Gehäuse ausgebildet sein, so dass die bereits erwähnte formschlüssige Verbindung ausgebildet wird, wenn das Abdeckelement in geeigneter Weise aufgeschoben wird.
  • Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente mit einer Einrastgeometrie eingerastet sein, die gegen Eindringen von Wasser abdichtet. Somit kann die Einrastgeometrie die gewünschte Dichtwirkung erzielen, beispielsweise durch mehrfache Umlenkung eines eingreifenden Abdeckelements in einer hierfür vorgesehenen Ausnehmung.
  • Insbesondere können eines, einige oder alle Abdeckelemente an einem Gehäuse eingerastet sein. Insbesondere können in dem Gehäuse die Kammern ausgebildet sein, und Öffnungen der Kammern können mittels eines Abdeckelements oder mehrerer Abdeckelemente verschlossen werden. Beispielsweise kann ein Abdeckelement für alle Kammern eines Gehäuses verwendet werden, wobei sich ein solches Gehäuse beispielsweise entlang einer vollständigen Seite einer Energiespeichereinrichtung erstrecken kann, welche beispielsweise durch nebeneinander liegende Längsenden der Energiespeicherzellen definiert werden kann. Auch andere Ausführungen können jedoch verwendet werden. Alternativ und/oder zusätzlich dazu können eines, einige oder alle Abdeckelemente mittels Kunststoffschweißens an ein Gehäuse gefügt und/oder gedichtet sein. Dies kann zusätzlich zum Einrasten verwendet werden, oder auch als Alternative dazu. Typischerweise kann durch Kunststoffschweißen gleichzeitig eine Befestigungswirkung wie auch eine Dichtwirkung erreicht werden. Dabei können beispielsweise Schweißwülste ausgebildet werden. Auch hierbei kann eine als Zweikomponenten-Spritzguss gefertigte Dichtung verwendet werden. Dies kann insbesondere eine günstige Lösung sein, wenn für die Dichtung zu Energiespeicherzellen ohnehin ein Zweikomponenten-Spritzguss verwendet wird.
  • Die Öffnung einer, einiger oder aller Kammern kann insbesondere gegenüberliegend zu Kontaktbereichen der Kammer zu sich hineinerstreckenden Energiespeicherzellen angeordnet sein. Dadurch wird eine Zugänglichkeit von Zellterminals der Energiespeicherzellen durch die Öffnung in besonders einfacher Weise ermöglicht, was beispielsweise zum Anbringen von Zellverbindern verwendet werden kann.
  • Das Abdeckelement kann sich insbesondere entlang einer Hochrichtung mindestens bis zu einem vorgegebenen Wasserstand gegen Eindringen von Wasser abdichtend erstrecken. Dadurch kann eine Abdichtung bis zu einem solchen Wasserstand erreicht werden. Auf die diesbezüglich an anderer Stelle gegebenen Ausführungen sei verwiesen. Eine solche Ausführung kann nur für ein Abdeckelement, für mehrere Abdeckelemente oder auch für alle Abdeckelemente verwendet werden.
  • Das Abdeckelement kann auch die Öffnung, einige Öffnungen oder alle Öffnungen vollständig abdichten. Dadurch kann eine noch bessere Schutzwirkung erreicht werden. Eine solche Ausführung kann nur für ein Abdeckelement, für mehrere Abdeckelemente oder auch für alle Abdeckelemente verwendet werden.
  • Die Energiespeicherzellen können insbesondere in einer oder mehreren Lagen angeordnet sein. Diese Anordnung kann insbesondere vorteilhaft sein, um Bauräume mit veränderlicher Höhe bestmöglich auszunutzen, wodurch die mitführbare Speicherkapazität erhöht werden kann. Die Anzahl der Lagen kann sich somit beispielsweise entlang einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs oder auch entlang einer anderen Richtung verändern.
  • Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Kühlelemente aufweisen, die zwischen Energiespeicherzellen angeordnet sind. Durch die Kühlelemente kann insbesondere Kühlflüssigkeit leitbar sein. Bei einer Kühlflüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser, insbesondere mit Zusätzen, oder um ein Kältemittel handeln. Bei einem Kältemittel wird typischerweise der Phasenübergang flüssig-gasförmig ausgenutzt. Für die Kühlflüssigkeit können beispielsweise geeignete Kanäle in den Kühlelementen ausgebildet sein. Es hat sich gezeigt, dass die hier offenbarte Ausführung eine besonders gute Sicherheit gegen eventuelle Lecks der Kühlelemente oder eines umgebenden Kühlsystems bietet, da die Zellterminals und Zellverbinder in vorteilhafter Weise gegen eventuell austretende Kühlflüssigkeit geschützt werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung wie hierin beschrieben aufweist. Bezüglich der Energiespeichereinrichtung können alle hierin beschriebenen Ausführungen verwendet werden. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere in einem Bodenbereich und/oder unter einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
  • Mit anderen Worten wurde erkannt, dass bei aus dem Stand der Technik bekannten Zellmodulen bzw. Energiespeicherzellen Zellterminals der Zellen (beispielsweise Plus/Minus-Pole) grundsätzlich zur Umgebung hin exponiert sind. Das Zellkontaktiersystem wird typischerweise bei der Montage aufgeschweißt. Es kann ein komplexes geometrisches System darstellen, welches schwer abzudichten ist. Da Zellterminals zueinander grundsätzlich verschiedene elektrische Spannungslagen aufweisen, kann es bei der Benetzung von mehreren Terminals gleichzeitig mit leitender Flüssigkeit zu Ausgleichsströmen kommen. Dies kann zu Korrosion oder anderen unerwünschten Vorgängen führen.
  • Durch eine einfache, flächige Plastikfolie oder einen Plastikdeckel, welche(r) beispielsweise bei einem Modulkonzept mit großen, liegenden zylindrischen Zellen besonders einfach aufzubringen ist, kann eine flächige Dichtung eines Modulrahmens von außen erreicht werden. Der Modulrahmen wird dazu beispielsweise so gestaltet, dass sich die Zellterminals innerhalb des Rahmens befinden. Um die umlaufenden Kanten abzudichten, kann beispielsweise zusätzlich ein dichtender Klebstoff (zum Beispiel Ein- oder Zweikomponenten-Klebstoff) aufgebracht werden. Es ist außerdem möglich, den Plastikdeckel so zu gestalten, dass sich eine Einrastgeometrie an den Kanten bildet, über welche ebenfalls eine Abdichtung erreicht wird.
  • Des Weiteren kann durch eine einfache, umlaufende Dichtung aufseiten einer Zell-Can, welche beispielsweise bei einem Modulkonzept mit großen, liegenden zylindrischen Zellen besonders einfach aufzubringen ist, eine umlaufende Dichtung der Zell-Can zur Aufnahme in einem Kunststoffrahmen erzielt werden. Hierzu gibt es verschiedene Verfahren und/oder Bauteile, mit denen die Dichtwirkung möglichst einfach und vor allem auch produktions- und montagefreundlich ausgestaltet werden kann.
  • Erfindungsaspekte und Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigen:
    • 1: eine Energiespeichereinrichtung,
    • 2: eine Ausführung einer Abdichtung,
    • 3: eine weitere Ausführung einer Abdichtung,
    • 4: die Abdichtung von 3 in einer anderen Ansicht,
    • 5: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit verschlossener Öffnung,
    • 6: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit verschlossener Öffnung gemäß einer alternativen Ausführung,
    • 7: einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
    • 8: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
    • 9: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
    • 10: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie,
    • 11: einen Ausschnitt aus einer weiteren Energiespeichereinrichtung mit Schutzfolie, und
    • 12: eine weitere Energiespeichereinrichtung.
  • 1 zeigt rein schematisch in Explosionsansicht eine Energiespeichereinrichtung 10 in einer allgemeinem Form, wobei anhand dieser Energiespeichereinrichtung 10 nachfolgend Ausführungsbeispiele erläutert werden.
  • Die Energiespeichereinrichtung 10 weist zwei Träger 15 auf, welche schematisch seitlich dargestellt sind und für mechanische Stabilität sorgen. Beispielsweise können sie Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Gehäuses sein. Sie können insbesondere aus Aluminium ausgebildet sein und können eine Masse der Energiespeichereinrichtung 10 bilden.
  • Die Energiespeichereinrichtung weist mehrere Energiespeicherzellen 20 auf. Diese sind vorliegend als Rundzellen ausgebildet und weisen eine jeweilige Längsrichtung auf, welche sich vorliegend quer zu den Längserstreckungen der Träger 15 erstreckt. Die Energiespeicherzellen 20 sind so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander liegen. Die Energiespeicherzellen 20 sind vorliegend in zwei Lagen angeordnet, wobei die obere Lage mittig einmal unterbrochen ist, da sich an dieser Stelle ein Steuerungselement 60 befindet. Das Steuerungselement 60 kann Aufgaben wie beispielsweise Temperaturüberwachung oder Steuerung von Auflade- und Entnahmefunktionalität ausführen. Auf dieses wird hier nicht näher eingegangen.
  • Jede Energiespeicherzelle 20 weist ein erstes Längsende 21 und ein zweites Längsende 22 auf. Die Längsenden 21, 22 liegen entlang der jeweiligen Längsachse der Energiespeicherzelle 20 gesehen entgegengesetzt zueinander. An den ersten Längsenden 21, welche wie in 1 zu sehen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, sind jeweilige erste Zellterminals 25 angeordnet. Diese können einen Plus- oder Minus-Pol der jeweiligen Energiespeicherzelle 20 bilden und stellen einen Anschluss der Energiespeicherzelle 20 dar. Sie weisen typischerweise nach außen freiliegende elektrische Leiter auf, an welchen beispielsweise Drähte oder Zellverbinder angeschlossen werden können. An dem zweiten Längsende 22 sind entsprechende zweite Zellterminals 26 angeordnet, welche jedoch in 1 verdeckt und somit nicht zu sehen sind.
  • An dem ersten Längsende sind vorliegend stirnseitig jeweilige Überdruck-Austrittsöffnungen 28 an den Energiespeicherzellen 20 ausgebildet. Diese stellen Bereiche mit geringer Wandstärke dar, so dass im Fall eines thermischen Ereignisses heiße Partikel gezielt an der Überdruck-Austrittsöffnung ausgeblasen werden.
  • Zwischen den beiden Lagen der Energiespeicherzellen 20 verläuft ein Kühlelement 30, welches zum Durchführen von Kühlflüssigkeit ausgebildet ist. Mittels einer solchen Kühlflüssigkeit kann die Energiespeichereinrichtung 10 somit gekühlt werden, wobei beispielsweise beim Laden oder bei Entnahme von Strom entstehende Wärme abgeführt werden kann.
  • Oberhalb und unterhalb der Energiespeicherzellen 20 sind Isolationselemente 40 angeordnet, welche die Energiespeicherzellen 20 partiell umschließen und vorliegend aus einem thermisch isolierenden Schaum ausgebildet sind. Dies erlaubt eine thermische Isolation der Energiespeichereinrichtung 10.
  • Seitlich zu den Energiespeicherzellen 20, d.h. angrenzend an die Längsenden 21, 22, sind vorliegend ein erstes Gehäuse 100 und ein zweites Gehäuse 200 angeordnet. In dem ersten Gehäuse 100 sind Aufnahmen 110 ausgebildet, in welche die ersten Längsenden 21 der Energiespeicherzellen 20 eingesteckt werden können. Dadurch werden die Energiespeicherzellen 20 an dieser Stelle gehalten. Ebenso sind in dem zweiten Gehäuse 200 Aufnahmen 210 ausgebildet, in welche die zweiten Längsenden 22 der Energiespeicherzellen 20 eingeführt werden können. Auch darin werden die Energiespeicherzellen 20 gehalten.
  • In dem ersten Gehäuse 100 ist an der in 1 dem Betrachter zugewandten Seite eine Kammer 120 angeordnet. In diese münden im zusammengebauten Zustand die Aufnahmen 110 unmittelbar, und die Kammer 120 ist in der gezeigten Ausführung nach außen, also gegenüberliegend zu den Energiespeicherzellen 20, offen. Die Kammer 120 erstreckt sich dabei vorliegend über alle Aufnahmen 110, d.h. vorliegend entlang der gesamten Längserstreckung des Gehäuses 100.
  • Zum Verbinden der ersten Zellterminals 25 sind mehrere Zellverbinder 50 vorgesehen, welche im zusammengebauten Zustand in der Kammer 120 angeordnet sind. Dadurch werden die Energiespeicherzellen 20 in gewünschter Weise verschaltet, wobei Parallel- und/oder Serienschaltungen in einfacher Weise realisiert werden können.
  • Wie gezeigt sind die Kammern 120 nach außen offen, so dass beispielsweise für den Fall einer Leckage in dem Kühlelement 30 auslaufende Kühlflüssigkeit die Zellverbinder 50 erreichen kann. Dies kann beispielsweise zu Korrosion oder zu einer Zersetzung der Kühlflüssigkeit führen. Um dies zu vermeiden, können die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen vorgesehen sein. Bezüglich der in den nachfolgend beschriebenen Figuren zu sehenden Elemente, welche auch in 1 zu sehen sind, sei auf die Beschreibung von 1 verwiesen, sofern nachfolgend nichts näher spezifiziert ist.
  • 2 zeigt eine mögliche Abdichtung einer Kammer 120. Dabei ist in 2a die grundsätzliche Einbausituation der Energiespeicherzellen 20 in das erste Gehäuse 100 zu sehen, wobei ein umrandeter Bereich in 2b vergrößert dargestellt ist. Dabei ist zu erkennen, dass innerhalb des Gehäuses 100 und insbesondere innerhalb einer Aufnahme 110 eine Dichtung 140 vorgesehen ist. Diese Dichtung 140 ist vorliegend als O-Ring ausgeführt. Sie ist in einer Nut 145 angeordnet, welche kammerseitig in der Aufnahme 110 ausgebildet ist und die Position der Dichtung 140 definiert. Wird die Energiespeicherzelle 20 ausgehend vom in 2b dargestellten Zustand weiter nach links geschoben, so greift sie in die Kammer 120 ein und kommt außenseitig mit der Dichtung 140 in Kontakt. Dadurch wird die Kammer 120 an ihrem Kontaktbereich zur Energiespeicherzelle 20 gegen eindringendes Wasser abgedichtet. Je nach gewünschter Ausführung kann hierbei eine wasserdichte Ausführung, beispielsweise bis zu einem bestimmten statischen Druck, oder auch eine Abdichtung gegen eventuell vorhandenes Spritzwasser erreicht werden.
  • Die Dichtung 140 kann insbesondere aus einem Elastomer ausgeführt sein. Sie kann auch als aufgespritztes Zweikomponenten-Dichtelement ausgeführt sein, beispielsweise derart, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde.
  • 3 zeigt eine alternative Ausführung der Dichtung 140. Die Dichtung 140 ist dabei als Formteil 150 ausgeführt, welches aus einem Elastomermaterial besteht. Das Formteil 150 ist zu einem Teil als Matte 152 gebildet, welche einen flächigen Bereich mit dünner, konstanter Ausdehnung entlang der Längsachsen der Energiespeicherzellen 20 darstellt. Des Weiteren sind in dem Formteil 150 mehrere ringförmige Bereiche 154 ausgebildet, welche wie gezeigt in Richtung auf das erste Gehäuse 100 zu weisen. Die ringförmigen Bereiche 154 sind so ausgeführt, dass die Energiespeicherzellen 20 hindurchgesteckt werden können und zusammen mit den ringförmigen Bereichen 154 derart in die Aufnahmen 110 eingeführt werden können, dass der jeweilige ringförmige Bereich 154 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 liegt. Typischerweise kann dabei durch geeignete Wahl der geometrischen Verhältnisse eine Pressung erreicht werden, so dass der jeweilige ringförmige Bereich 154 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 eingepresst ist. Dadurch kann eine gewünschte Abdichtung an dieser Stelle erreicht werden. Zwischen den Aufnahmen 110 sorgt die Matte 152, welche typischerweise einstückig mit den ringförmigen Bereichen 154 ausgebildet ist, für eine Abdichtung.
  • Durch die Verwendung des Formteils 150 kann eine besonders einfache Herstellung erreicht werden, da das Formteil 150 als solches handhabbar ist und die Dichtwirkung für alle umfassten Energiespeicherzellen 20 gleichzeitig bewirken kann.
  • 4 zeigt die Ausführung von 3, d.h. mit Formteil 150, in einem zusammengebauten Zustand. Dabei ist zu sehen, dass die ringförmigen Bereiche 154 des Formteils 150 wie bereits erwähnt zwischen Energiespeicherzelle 20 und Aufnahme 110 bzw. dem die Aufnahme 110 ausbildenden Abschnitt des Gehäuses 100 angeordnet sind und an dieser Stelle eingepresst sind. Linksseitig ist ein Zellverbinder 50 zu sehen, welcher in der Kammer 120 angeordnet ist und für das Verbinden von vorliegend zwei Energiespeicherzellen 20 sorgt. Eine Öffnung 130 der Kammer 120 ist vorliegend offen, kann jedoch wie weiter unten näher beschrieben verschlossen und abgedichtet werden.
  • 5 zeigt eine Ausführung ähnlich zu derjenigen von 2b, wobei vorliegend zwei Energiespeicherzellen 20 in jeweiligen Aufnahmen 110 angeordnet sind. Diese sind mit jeweils einer als O-Ring ausgeführten Dichtung 140 in der jeweiligen Aufnahme 110 abgedichtet. Die ersten Zellterminals 25 erstrecken sich dabei in die Kammer 120, wobei sie durch jeweilige Durchgänge 115 hindurchgehen. Die Durchgänge 115 sind in dem ersten Gehäuse 100 ausgebildet. In der Kammer 120 ist ein Zellverbinder 50 angeordnet. Die Kammer 120 weist wie bereits erwähnt eine Öffnung 130 auf, welche in der in 5 dargestellten Ausführung mittels eines Abdeckelements 160 verschlossen ist. Das Abdeckelement 160 ist entsprechend auf das erste Gehäuse 100 aufgesetzt und angebracht.
  • Zur Befestigung des Abdeckelements 160 an dem ersten Gehäuse 100 wurde vorliegend ein Kunststoffschweißverfahren verwendet, so dass sich zwischen erstem Gehäuse 100 und Abdeckelement 160 Schweißwulste 170 ausgebildet haben. Diese Schweißwulste 170 dichten die Verbindung zwischen Abdeckelement 160 und erstem Gehäuse 100 mit der gewünschten Dichtwirkung ab.
  • Durch die Kombination von Dichtung 140 und Abdeckelement 160 kann somit eine insgesamt wirkende Abdichtung der Kammer 120 erreicht werden, d.h. die Kammer 120 ist vollständig zumindest bis zum gewünschten Grad abgedichtet. Beispielsweise kann dies eine vollständige Abdichtung bis zu einem bestimmten statischen Druck oder eine vollständige Abdichtung gegen Spritzwasser bedeuten.
  • Alternativ könnte beispielsweise anstelle der Dichtung 140, wie sie in 5 dargestellt ist, auch das Formteil 150 zur Abdichtung auf der Seite der Energiespeicherzellen 20 verwendet werden.
  • 6 zeigt eine im Vergleich zu 5 alternative Ausführung, wobei das Abdeckelement 160 nicht mittels Kunststoffschweißens, sondern durch Einrasten am ersten Gehäuse 100 befestigt ist. Hierfür weist das Abdeckelement 160 eine Einrastgeometrie 165 auf, und das erste Gehäuse 100 weist eine komplementäre Ausnehmung 180 auf. Einrastgeometrie 165 und Ausnehmung 180 sind dabei so ausgebildet, dass durch die beim Einrasten entstehenden Kräfte die gewünschte Dichtwirkung erzeugt wird. Auch diese Ausführung des Abdeckelements 160 ist mit anderen Ausführungen einer zellseitigen Abdichtung kombinierbar.
  • Die Abdichtkonzepte, welche bislang beschrieben wurden, können entsprechend gegenüber, d.h. am zweiten Gehäuse 200, verwendet werden. Die entsprechenden Ausführungen können beispielsweise spiegelsymmetrisch zu den dargestellten Ausführungen sein.
  • In den nachfolgenden Figuren sind Ausführungen dargestellt, welche die Verwendung einer Schutzfolie betreffen. Eine solche Schutzfolie kann insbesondere zusätzlich zu den mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschriebenen Abdichtmaßnahmen verwendet werden. Sie kann jedoch auch unabhängig davon verwendet werden.
  • 7 zeigt einen Ausschnitt aus einer Energiespeichereinrichtung 10, wobei eine Energiespeicherzelle 20 mit daran angebrachtem Zellverbinder 50 sowie ein benachbarter Träger 15 dargestellt sind. Wie bereits mit Bezug auf 1 erwähnt, weist die Energiespeicherzelle 20 eine Überdruck-Austrittsöffnung 28 auf, welche so ausgerichtet ist, dass im Fall eines thermischen Ereignisses schnelle und heiße Partikel 29 in Richtung auf den Träger 15 zu ausgeschleudert werden. Diese könnten ohne geeigneten Schutz zu einem Kurzschluss gegen den als Masse verwendeten Träger 15 führen.
  • Um dies zu verhindern, ist vorliegend eine Schutzfolie 300 zwischen Energiespeicherzelle 20 und Träger 15 angeordnet, so dass die erwähnten Partikel 29 den Träger 15 nicht erreichen. Die Schutzfolie 300 ist insbesondere aus Polyethylen als Trägermaterial und darauf aufgebrachtem Glimmer ausgebildet, wobei eine solche Schutzfolie 300 besonders vorteilhafte Eigenschaften dahingehend hat, dass sie für einen relevanten Zeitraum von beispielsweise 60 s einem Partikelstrom, welcher beispielsweise eine Temperatur von 1.200 °C hat, standhalten kann. Die mechanische Festigkeit und die elektrische Isolierung gehen dabei typischerweise nicht verloren. Der erwähnte Kurzschluss kann dadurch verhindert werden und weitere Fehlfunktionen aufgrund der thermischen Ereignisse können vermieden werden.
  • Die Schutzfolie erstreckt sich bei 7 und den folgenden Figuren auch quer zur Papierebene.
  • 8 zeigt eine Ausführung ähnlich wie 5, wobei zusätzlich der Träger 15 und eine dazwischen angeordnete Schutzfolie 300 dargestellt sind. Die Schutzfolie 300 ist dabei frei zwischen Träger 15 und Abdeckplatte 160 befestigt, wobei eine entsprechende Befestigung in 8 nicht gezeigt ist.
  • 9 zeigt eine im Vergleich zu 8 alternative Ausführung, wobei die Schutzfolie 300 unmittelbar auf dem Abdeckelement 160 aufgebracht ist. Somit dient das Abdeckelement 160 als Halterung der Schutzfolie 300. Die Schutzfolie 300 kann beispielsweise aufgeklebt oder durch eine Verschraubung befestigt sein. Alternativ zur in 9 dargestellten Ausführung könnte auch nur die Schutzfolie 300 verwendet werden, welche dann insbesondere die Funktion des Abdeckelements 160 mit übernehmen kann.
  • 10 zeigt eine alternative Ausführung, wobei im Gegensatz zu den Ausführungen der 8 und 9 die Schutzfolie 300 unmittelbar am Träger 15 aufgebracht ist. Auch hier kann sie beispielsweise aufgeklebt oder durch eine Verschraubung befestigt sein.
  • 11 zeigt eine im Vergleich zu 10 dahingehend abgewandelte Ausführung, dass anstelle von Rundzellen 20 eine prismatische Zelle 20 verwendet wird. Auch in einem solchen Fall kann die Schutzfolie 300 vorteilhaft zur Eindämmung der Wirkung thermischer Ereignisse verwendet werden, wobei auch die anderen gezeigten oder beschriebenen Ausführungen in diesem Fall möglich sind.
  • 12 zeigt eine Energiespeichereinrichtung 10 gemäß einer alternativen Ausführung. Teilweise stellt diese einen zusammengebauten Zustand der Ausführung von 1 dar. Bezüglich der nachfolgend nicht ausdrücklich beschriebenen Komponenten sei auf die weiter oben bereits gegebene Beschreibung verwiesen.
  • Bei der Ausführung von 12 ist seitlich am ersten Gehäuse 100 ein Abdeckelement 160 angebracht, welches nicht wie bei anderen bislang beschriebenen Ausführungen die Kammer 120 vollständig abdichtet, sondern nach oben hin offen ist. Somit wird keine vollständig wasserdichte Ausführung der Kammer 120 erreicht. Vielmehr wird ein Schutz gegen eindringendes Wasser bis zu einem Füllstand erreicht, welcher durch die Oberkante des Abdeckelements 160 definiert ist. Eine solche Ausführung kann beispielsweise eine bessere Entlüftung der Kammer 120 ermöglichen und gleichzeitig einen Schutz gegen Wasser, welches beispielsweise aus einem Kühlsystem austreten kann, bis zu einem erwarteten Füllstand bieten.
  • Durch die beschriebenen Ausführungen zur Abdichtung von Kammern und/oder Verwendung von Schutzfolien kann insgesamt die Sicherheit von elektrischen Energiespeichereinrichtungen erhöht werden, und es kann insbesondere die Resistenz gegenüber auslaufender Kühlflüssigkeit und/oder thermischen Ereignissen verbessert werden.
  • Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. die/eine Energiespeicherzelle, die/eine Dichtung, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. die mindestens eine Energiespeicherzelle, die mindestens eine Dichtung, etc.).
  • Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Energiespeichereinrichtung
    15
    Träger
    20
    Energiespeicherzelle
    21
    erstes Längsende
    22
    zweites Längsende
    25
    erstes Zellterminal
    26
    zweites Zellterminal
    28
    Überdruck-Austrittsöffnung
    29
    Partikel
    30
    Kühlelement
    40
    Isolationselemente
    50
    Zellverbinder
    60
    Steuerungselement
    100
    erstes Gehäuse
    110
    Aufnahme
    115
    Durchgang
    120
    Kammer
    130
    Öffnung
    140
    Dichtung
    145
    Nut
    150
    Formteil
    152
    Matte
    154
    ringförmiger Bereich
    160
    Abdeckelement
    165
    Einrastgeometrie
    170
    Schweißwulst
    180
    Ausnehmung
    200
    zweites Gehäuse
    210
    Aufnahme
    300
    Schutzfolie

Claims (24)

  1. Energiespeichereinrichtung (10) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend - eine oder mehrere Energiespeicherzellen (20), - einen oder mehrere Träger (15), und - eine oder mehrere Schutzfolien (300), die zwischen den einen oder mehreren Energiespeicherzellen (20) und den einen oder mehreren Trägern (15) angeordnet sind.
  2. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Schutzfolien (300) bis mindestens 800° C, bis mindestens 1.000° C oder bis mindestens 1.200° C temperaturbeständig sind.
  3. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Träger (15) eine elektrische Masse der Energiespeichereinrichtung (10) bilden.
  4. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) elektrisch isolierend sind.
  5. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) thermisch isolierend sind.
  6. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzfolie (300) oder die Schutzfolien (300) ein Trägermaterial und eine oder zwei auf das Trägermaterial aufgebrachte Schichten umfassen.
  7. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Schicht oder die Schichten aus Glimmer, echtem Glimmer oder Mica ausgebildet sind.
  8. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Trägermaterial aus Polyethylen ausgebildet ist.
  9. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehrere Schutzfolien (300) eine Dicke von mindestens 0,05 mm oder mindestens 0,1 mm haben.
  10. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder mehrere Schutzfolien (300) eine Dicke von höchstens 0,1 mm oder höchstens 0,2 mm oder höchstens 0,3 mm haben.
  11. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf mindestens einem der Träger (15) aufgebracht sind.
  12. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der oder die Träger (15) ganz oder teilweise mit der Schutzfolie (300) oder einigen oder allen Schutzfolien (300) überzogen sind.
  13. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) mit Abstand zu den Trägern (15) angeordnet sind.
  14. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichereinrichtung (10) eines oder mehrere Gehäuse (100, 200) aufweist, in denen eine oder mehrere Kammern (120) ausgebildet sind, in die sich die Energiespeicherzellen (20) partiell erstrecken.
  15. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 14, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf einem oder mehreren der Gehäuse (100, 200) aufgebracht sind.
  16. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine, einige oder alle Kammern (120) eine Öffnung (130) aufweisen, die durch ein Abdeckelement (160) wasserdicht abgedichtet ist.
  17. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 16, wobei ein, einige oder alle Abdeckelemente (160) durch eine jeweilige Schutzfolie (300) gebildet werden.
  18. Energiespeichereinrichtung (10) nach Anspruch 16 oder 17, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) auf jeweils mindestens einem Abdeckelement (160) aufgebracht sind.
  19. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Energiespeicherzellen (20) mindestens eine Überdruck-Austrittsöffnung (28) aufweisen, und wobei zwischen einer, einigen oder allen Überdruck-Austrittsöffnungen (28) und mindestens einem Träger (15) eine Schutzfolie (300) angeordnet ist.
  20. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine, einige oder alle Schutzfolien (300) einen Querschnitt zwischen einem Träger (15) und einer oder mehreren Energiespeicherzellen (20) vollständig abdecken.
  21. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeicherzellen (20) als Rundzellen ausgeführt sind und/oder wobei Längsachsen der Energiespeicherzellen (20) parallel zueinander ausgerichtet sind.
  22. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Energiespeicherzellen (20) als prismatische Zellen ausgeführt sind.
  23. Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger (15) die Energiespeichereinrichtung (10) mechanisch stabilisieren.
  24. Kraftfahrzeug, das eine Energiespeichereinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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