DE102022106052A1

DE102022106052A1 - Elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022106052A1
Application number: DE102022106052.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Hirschmann
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2023-09-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (12) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (10), aufweisend ein Batteriemodul (16), eine Tragstruktur (18), die neben dem Batteriemodul (16) angeordnet ist, und eine Platte (20), die zwischen der Tragstruktur (18) und dem Batteriemodul (16) angeordnet ist und einen Endbereich (24) aufweist, der über das Batteriemodul (16) und die Tragstruktur (18) übersteht. Der Endbereich (24) weist mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt (28) auf, der hin zu der Tragstruktur (18) angewinkelt und an der Tragstruktur (18) befestigt ist. Der Endbereich (24) weist mindestens einen Spannlaschenabschnitt (30) auf, der hin zu dem Batteriemodul (16) angewinkelt ist und gegen das Batteriemodul (16) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher.
Hybrid-, Plug-In-Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeuge verfügen über Traktionsenergiespeicher, welche zur Aufnahme von elektrischer Rekuperationsenergie und Bereitstellung von elektrischer Antriebsenergie dienen können. Traktionsenergiespeicher können auf Basis von Akkumulatoren, z. B. Li-lonen-Batterien, gebildet sein. Derartige Traktionsenergiespeicher können beispielsweise modular aufgebaut sein, wobei einzelne Batteriezellen stapelartig angeordnet und elektrisch zu einzelnen Batteriemodulen zusammengefasst sind, die wiederum innerhalb eines Gehäuses in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Um die Batteriezellen bzw. die Batteriemodule gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, zu schützen, werden die vorgenannten Komponenten zumeist mit einem geschlossenen Gehäuse umhaust. Neben dem Schutz vor Umwelteinflüssen besteht dabei jedoch auch ein Bedarf an einer möglichst robusten Lagerung, welche die in den Batteriemodulen enthaltenen Batteriezellen sicher vor Beschädigungen, z. B. in einem Crashlastfall, schützen. Dies ist bei der Verwendung von Lithium-Ionen- Batteriezellen besonders relevant, da diese zumeist entflammbare Elektrolyten enthalten, die bei einem Fahrzeugcrash freigesetzt und durch Funken oder Lichtbögen entzündet werden können. Bekannte Techniken zum Fixieren eines Batteriemoduls im Gehäuse umfassen häufig vergleichsweise viele Teile, die zu ungewünscht großen Toleranzen führen und eine arbeits- und kostenintensiven Herstellung und Montage verlangen.
DE 10 2018 209 104 A1 betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung aus einem Batteriegehäuse als erste Batteriekomponente, mindestens einem Batteriemodul als zweite Batteriekomponente, Füllmaterial und mindestens einem Toleranzausgleichssystem. Auf einem Boden des Batteriegehäuses wird Füllmaterial angeordnet. Das mindestens eine Toleranzausgleichssystem wird an mindestens einer der Batteriekomponenten befestigt. Das mindestens eine Batteriemodul wird in einer Einführrichtung in das Batteriegehäuse eingeführt und auf dem Boden des Batteriegehäuses angeordnet. Das mindestens eine Batteriemodul wird mit dem mindestens einen Toleranzausgleichssystem in Einführrichtung auf den Boden des Batteriegehäuses gedrückt, wobei das Füllmaterial zwischen dem mindestens einen Batteriemodul und dem Boden des Batteriegehäuses gepresst wird.
DE 10 2015 011 281 A1 betrifft einen Zellblock für eine elektrische Batterie mit einer Mehrzahl elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen, welche jeweils in einem schalen- oder rahmenförmigen, aus Kunststoff gebildeten Halteelement gehalten sind, und zumindest einem Spannelement, mittels welchem die Einzelzellen miteinander verspannt sind. Zwischen den Einzelzellen ist jeweils zumindest ein zur Kopplung mit einer Temperiervorrichtung vorgesehenes Wärmeleitblech angeordnet, und die Halteelemente sind über die Wärmeleitbleche mit dem zumindest einen Spannelement mechanisch verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Technik zum Montieren eines Batteriemoduls eines elektrischen Energiespeichers zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (z. B. Traktionsbatterie) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Der elektrische Energiespeicher weist ein Batteriemodul, vorzugsweise Batteriezellstapelmodul, auf. Der elektrische Energiespeicher weist eine Tragstruktur, die neben dem Batteriemodul angeordnet ist, auf. Der elektrische Energiespeicher weist eine (z. B. Montage-) Platte (z. B. eine Blechplatte) auf, die zwischen der Tragstruktur und dem Batteriemodul angeordnet ist und einen Endbereich aufweist, der über das Batteriemodul und die Tragstruktur übersteht (z. B. in einer Vertikalrichtung oder einer Horizontalrichtung). Der Endbereich weist mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt auf, der hin zu der Tragstruktur angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der Tragstruktur befestigt, vorzugsweise verschraubt, ist. Der Endbereich weist mindestens einen Spannlaschenabschnitt auf, der hin zu dem Batteriemodul angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, ist und gegen das Batteriemodul drückt.
Vorteilhaft ermöglicht der elektrische Energiespeicher eine besonders einfache, bauraumsparende und zugleich nur mit geringem Aufwand herzustellende Fixierung des Batteriemoduls mittels der Platte. Die Montage mittels der Platte kann die Teileanzahl deutlich verringern, wodurch die Montage vereinfacht wird und nur geringe Toleranzen auftreten. Die Platte kann die Batteriemodulmontage somit unter Berücksichtigung der auftretenden Kräfte/Beschleunigungen während des Fahrbetriebs und im Falle eines Crashs auf besonders einfache Weise optimieren. Die Platte kann zudem sehr bauraumsparend eingesetzt werden, sodass auch der Bauraumbedarf für die Montage optimiert werden kann. Mittels der Platte kann das Batteriemodul bevorzugt auf konstruktiv sehr einfache und dennoch wirksame und haltbare Weise niedergehalten werden, z. B. gegen eine Kühlplatte.
In einem Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Spannlaschenabschnitt als eine Abkantung der, vorzugsweise als Blechplatte ausgeführten, Platte ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt als eine Abkantung der, vorzugsweise als Blechplatte ausgeführten, Platte ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Platte (z. B. nur) durch Blechbearbeitung und Blechumformung hergestellt sein, z. B. aus einem ebenen Blech. Vorteilhaft kann die Platte und insbesondere die Laschenabschnitte somit besonders einfach und günstig hergestellt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel drückt der mindestens eine Spannlaschenabschnitt von oben gegen das Batteriemodul und/oder gegen eine Oberseite des Batteriemoduls.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt von oben und/oder aufliegend auf einer Oberseite der Tragstruktur befestigt (z. B. mittels mindestens einer Schraube).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der elektrische Energiespeicher ferner eine, vorzugsweise bodenseitige und/oder plattenförmige, Kühlvorrichtung (z. B. mit durchströmbaren Kühlkanälen, wie Kühlwendeln) auf. Optional drückt der mindestens eine Spannlaschenabschnitt das Batteriemodul in Richtung zu der Kühlvorrichtung (z. B. zum Zusammenpressen eines wärmeleitenden, vorzugsweise elastischen oder fließfähigen, Gap-Fillers zwischen der Kühlvorrichtung und dem Batteriemodul). Alternativ oder zusätzlich kann das Batteriemodul zwischen dem mindestens einen Spannlaschenabschnitt und der Kühlvorrichtung eingespannt sein. Vorteilhaft kann damit auf einfache Weise eine über die Lebensdauer des Energiespeichers haltbare Kühlung des Batteriemoduls ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform ist die Platte ein Seitenteil eines, vorzugsweise rechteckförmigen, Rahmens, vorzugsweise Spannrahmens, wobei der Rahmen das Batteriemodul umgibt und vorzugsweise verspannt (z. B. Batteriezellen eines Batteriezellstapels des Batteriemoduls miteinander verspannt). Vorteilhaft kann die Platte somit funktionsintegriert nicht nur zum Niederhalten des Batteriemoduls und optional zum Entkoppeln im Crashfall verwendet werden, sondern auch zum Umrahmen des Batteriemoduls, besonders bevorzugt zum Verspannen der Batteriezellen des Batteriemoduls.
In einer weiteren Ausführungsform weist der elektrische Energiespeicher ferner eine weitere Tragstruktur auf, die vorzugsweise auf einer der Tragstruktur entgegengensetzten Seite des Batteriemoduls angeordnet ist. Der elektrische Energiespeicher weist ferner eine weitere (z. B. Montage-) Platte auf, die zwischen der weiteren Tragstruktur und dem Batteriemodul angeordnet ist und einen weiteren Endbereich aufweist, der über das Batteriemodul und die weitere Tragstruktur übersteht (z. B. in einer Vertikalrichtung oder einer Horizontalrichtung). Der weitere Endbereich kann mindestens einen weiteren Befestigungslaschenabschnitt aufweisen, der hin zu der weiteren Tragstruktur angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der weiteren Tragstruktur befestigt, vorzugsweise verschraubt, ist. Der weitere Endbereich kann mindestens einen weiteren Spannlaschenabschnitt aufweisen, der hin zu dem Batteriemodul angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, ist und gegen das Batteriemodul drückt (z. B. von oben und/oder auf einer Oberseite des Batteriemoduls). Vorteilhaft können damit mehrere Seiten des Batteriemoduls mit der durch die Platte und die weitere Platte bereitgestellten Technik im elektrischen Energiespeicher auf einfache und kostengünstige Weise fixiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die weitere Platte ein weiteres Seitenteil des Rahmens und liegt vorzugsweise dem Seitenteil gegenüber. Vorteilhaft kann somit ein Rahmen, besonders bevorzugt ein Spannrahmen, auf einfache Weise mit der Platte und der weiteren Platte aufgebaut werden.
Optional kann der Rahmen zusätzliche Seitenteile aufweisen, die das Seitenteil bzw. die Platte und das weitere Seitenteil bzw. die weitere Platte miteinander verbinden.
In einer Ausführungsvariante weist der elektrische Energiespeicher ferner eine elektrische Isolierung auf, die die Platte und/oder die Tragstruktur elektrisch von dem Batteriemodul isoliert. Vorteilhaft kann die Platte damit eine weitere Funktion aufweisen, nämlich die elektrische Isolierung. Vorteilhaft kann dies zudem ermöglichen, dass als Werkstoff für die Herstellung der Platte auch ein elektrisch leitender (z. B. Blech-) Werkstoff verwendet werden kann, der besonders kostengünstig und geeignet für die Herstellung der Platte durch Umformung und Bearbeitung sein kann.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die elektrische Isolierung zwischen dem mindestens einen Spannlaschenabschnitt und dem Batteriemodul angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die elektrische Isolierung, vorzugsweise flächig, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollflächig, zwischen der Platte und dem Batteriemodul angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist die Platte und/oder der mindestens eine Spannlaschenabschnitt zumindest teilweise mit der elektrischen Isolierung foliert und/oder umwickelt. Vorteilhaft kann damit auf besonders einfache und haltbare Weise die elektrische Isolierung vorgesehen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der mindestens eine Spannlaschenabschnitt mehrere Spannlaschenabschnitte auf. Alternativ oder zusätzlich weist der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt mehrere Befestigungslaschenabschnitte auf.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die mehreren Spannlaschenabschnitte und die mehreren Befestigungslaschenabschnitte entlang (z. B. einer Länge oder Breite oder Höhe) der Platte abwechselnd angeordnet, vorzugsweise direkt aneinander angrenzend. Vorteilhaft kann somit die Herstellung der Platte vereinfacht werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind Lücken zwischen den mehreren Spannlaschenabschnitten durch Ausbildung (z. B. Abkanten, Anwinkeln oder Umbiegen) der mehreren Befestigungslaschenabschnitte bewirkt und/oder Lücken zwischen den mehreren Spannlaschenabschnitten sind durch Ausbildung (z. B. Abkanten, Anwinkeln oder Umbiegen) der mehreren Befestigungslaschenabschnitte bewirkt. Vorteilhaft kann somit die Herstellung der Platte vereinfacht werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Batteriemodul als ein Batteriezellstapelmodul mit mehreren Batteriezellen ausgeführt. Optional kann der mindestens eine Spannlaschenabschnitt jeweils gegen mindestens zwei nebeneinander angeordnete Batteriezellen der mehreren Batteriezellen drücken. Vorteilhaft kann die Platte somit auch ein Verspannen des Verbunds der mehreren Batteriezellen unterstützen.
In einer Ausführungsform erstrecken sich der mindestens eine Spannlaschenabschnitt und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt in einander entgegengesetzte Richtungen.
In einer weiteren Ausführungsform liegen der mindestens eine Spannlaschenabschnitt und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt in einer gemeinsamen Ebene.
In einer weiteren Ausführungsform ist der (z. B. horizontal oder vertikal ausgerichtete) mindestens eine Spannlaschenabschnitt zu einem (z. B. vertikal oder horizontal ausgerichteten) Plattenbereich der Platte angewinkelt, vorzugsweise um im Wesentlichen 90°. Alternativ oder zusätzlich kann der (z. B. horizontal oder vertikal ausgerichtete) mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt zu einem (z. B. vertikal oder horizontal ausgerichteten) Plattenbereich der Platte angewinkelt sein, vorzugsweise um im Wesentlichen 90°.
Vorzugsweise kann der Plattenbereich ein Hauptplattenbereich der Platte sein und/oder einen Hauptteil der Platte bilden.
In einer Ausführungsvariante trennt die Platte das Batteriemodul und die Tragstruktur voneinander.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Platte nur über den mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt mit der Tragstruktur verbunden und/oder an der Tragstruktur befestigt. Vorteilhaft kann die Platte damit eine Entkopplung des Batteriemoduls in bestimmten Crashfällen ermöglichen, da dann die durch die Tragstruktur geleiteten Crashlasten vorteilhaft nicht in das Batteriemodul geleitet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Platte im Wesentlichen eine gesamte Außenseite des Batteriemoduls abdecken. Alternativ oder zusätzlich kann die Tragstruktur als ein Träger, eine Tragwand oder eine Crashstruktur (z. B. Crashstrebe) ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der elektrische Energiespeicher ein Gehäuse aufweisen und die Tragstruktur ist innerhalb des Gehäuses angeordnet oder als ein Teil (z. B. Innenwand oder Außenwand) des Gehäuses ausgeführt.
Vorzugsweise kann der elektrische Energiespeicher ein anderes Batteriemodul (z. B. Batteriezellstapelmodul), aufweisen, das auf einer dem Batteriemodul entgegengesetzten Seite der Tragstruktur angeordnet ist. Der elektrische Energiespeicher kann ferner eine andere (z. B. Montage-) Platte, die zwischen der Tragstruktur und dem anderen Batteriemodul angeordnet ist und einen anderen Endbereich aufweist, der über das andere Batteriemodul und die Tragstruktur übersteht (z. B. in einer Vertikalrichtung oder einer Horizontalrichtung), aufweisen. Der andere Endbereich kann bevorzugt mindestens einen anderen Befestigungslaschenabschnitt aufweisen, der hin zu der Tragstruktur angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der Tragstruktur befestigt, vorzugsweise verschraubt, ist. Der andere Endbereich kann optional mindestens einen anderen Spannlaschenabschnitt aufweisen, der hin zu dem anderen Batteriemodul angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, ist und gegen das andere Batteriemodul drückt (z. B. von oben). Vorteilhaft kann damit die der Platte zugeordnete Technik mehrfach im elektrischen Energiespeicher mit mehreren Batteriemodulen angewendet werden.
Vorzugsweise kann die Platte einteilig ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich sind der mindestens eine Spannlaschenabschnitt und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitte 28 integral-einstückig miteinander und optional mit einem Plattenbereich der Platte ausgebildet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug (z. B. Lastkraftwagen oder Omnibus), aufweisend einen elektrischen Energiespeicher wie hierin offenbart. Optional kann das Kraftfahrzeug ferner einen Fahrzeugrahmen, vorzugsweise Leiterrahmen, aufweisen, an dem der elektrische Energiespeicher angebracht ist.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3 eine perspektivische Ansicht einer Platte für einen elektrischen Energiespeicher gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 eine Seitenansicht der Platte von 3;
5 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist vorzugsweise als ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus, ausgeführt. Beispielsweise kann der Lastkraftwagen einen (z. B. Lade-) Aufbau aufweisen oder als ein Sattelzugfahrzeug, wie in 1 dargestellt ist, ausgeführt sein.
Das Kraftfahrzeug 10 weist mindestens einen elektrischen Energiespeicher 12 auf. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug 10 elektrisch angetrieben. Der Energiespeicher 12 kann als eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug 10 mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Der Energiespeicher 12 kann beispielsweise extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs 10 angeschlossenes elektrisches Ladekabel und/oder mittels Rekuperation geladen werden.
Bevorzugt kann der Energiespeicher 12 an einem Fahrzeugrahmen 14 des Kraftfahrzeugs 10 angebracht sein. Der Fahrzeugrahmen 14 kann beispielsweise als Gitterrahmen oder bevorzugt als Leiterrahmen ausgeführt sein. Der Energiespeicher 12 kann vorzugsweise außen an einem Hauptlängsträger des Leiterrahmens oder zwischen den beiden Hauptlängsträgern des Leiterrahmens angeordnet sein.
Der Energiespeicher 12 weist mindestens ein Batteriemodul 16 auf. Vorzugsweise weist der Energiespeicher 12 jedoch mehrere Batteriemodule 16 auf. Eine Anzahl an Batteriemodulen 16 kann frei wählbar an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Die Batteriemodule 16 können über Leitungen (nicht dargestellt) elektrisch miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Batteriemodule 16 parallel geschaltet sein.
Die 2 zeigt einen Abschnitt des Energiespeichers 12 mit einem Batteriemodul 16, einer Tragstruktur 18 und einer Platte 20. Die 3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten der Platte 20. Die Platte 20 kann auch als Montage-, Spann- oder Fixierplatte bezeichnet werden.
Das Batteriemodul 16 ist bevorzugt aus mehreren Batteriezellen 22 (nur eine in 2 sichtbar) gebildet. Die Batteriezellen 22 können identisch ausgebildet sein. Die Batteriezellen 22 können aneinandergereiht sein. Die Batteriezellen 22 können bevorzugt zu einem Batteriezellstapelmodul gestapelt sein. Die Stapelrichtung der Batteriezellen 22 kann frei wählbar sein, z. B. vertikal oder horizontal. In 2 ist die Stapelrichtung beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene. Die Batteriezellen 22 sind bevorzugt miteinander verpresst bzw. verspannt.
Eine Anzahl der Batteriezellen 22 kann frei wählbar an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Beispielsweise können fünfzehn oder sechzehn Batteriezellen 22 je Batteriemodul 16 umfasst sein. Ein Volumen der jeweiligen Batteriezellen 22 kann betriebsbedingt, z. B. lade- und/oder entladebedingt, veränderbar sein. Die Batteriezellen 22 des gleichen Batteriemoduls 16 sind vorzugsweise miteinander elektrisch verbunden, z. B. in Reihe miteinander geschaltet. Beispielsweise können die Batteriezellen 22 prismatische Batteriezellen und/oder Pouch-Batteriezellen sein. Die Batteriezellen 22 können beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen sein.
Die Tragstruktur 18 ist neben dem Batteriemodul 16 angeordnet. Bevorzugt verläuft eine Längsachse der Tragstruktur 18 parallel zu einer Längs-, Quer- oder Höhenerstreckungsrichtung des Batteriemoduls 16. Vorzugsweise verläuft eine Längsachse der Tragstruktur 18 parallel zu einer Stapelrichtung der Batteriezellen 22.
Die Tragstruktur 18 kann beispielsweise als ein Träger (z. B. Lagerbock), eine Tragwand oder eine Crashstruktur (z. B. Crashstrebe) ausgeführt. Es ist möglich, dass die Tragstruktur 18 innerhalb eines Gehäuses 44 (nicht in 2 dargestellt; siehe z. B. 6) des Energiespeichers 12 angeordnet und optional an dem Gehäuse 44 befestigt sein. Die Tragstruktur 18 kann alternativ ein Teil eines Gehäuses 44 (nicht in 2 dargestellt; siehe z. B. 6) des Energiespeichers 12 sein, z. B. eine Innenwand oder eine Außenwand.
Bevorzugt ist eine Außenseite, vorzugsweise eine Oberseite, der Tragstruktur 18 bündig mit einer Außenseite, vorzugsweise Oberseite, des Batteriemoduls 16.
Die Platte 20 ist zwischen dem Batteriemodul 16 und der Tragstruktur 18 angeordnet. Die Plate 20 kann das Batteriemodul 16 und die Tragstruktur 18 voneinander trennen bzw. separieren. Bevorzugt kann die Platte 20 eine der Tragstruktur 18 zugewandte Außenseite des Batteriemoduls 16 flächig abdecken, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig. Vorzugsweise kann die Platte 20 eine dem Batteriemodul 16 zugewandte Außenseite der Tragstruktur 18 flächig abdecken, bevorzugt im Wesentlichen vollständig. Die Platte 20 kann beispielsweise in einer Horizontalebene oder - wie in 2 dargestellt ist - in einer Vertikalebene liegen. Bevorzugt ist die Platte 20 als eine Blechplatte ausgeführt.
Die Platte 20 weist einen Endbereich 24 auf. Der Endbereich 24 steht über die Tragstruktur 18 und das Batteriemodul 16 über bzw. ragt über die Tragstruktur 18 und das Batteriemodul 16 hinaus, z. B. in einer Horizontalrichtung oder - wie in 2 dargestellt ist - in einer Vertikalrichtung. Besonders bevorzugt steht der Endbereich 24 über eine Oberseite des Batteriemoduls 16 und über eine Oberseite der Tragstruktur 18 über bzw. hinaus. Der Endbereich 24 erstreckt sich bevorzugt über eine gesamte Länge bzw. Breite der Platte 20.
Der an den Endbereich 24 angrenzende, nicht überstehende Bereich der Platte 20 kann bevorzugt als ein Plattenbereich 26 ausgeführt sein. Der Plattenbereich 26 ist bevorzugt vollständig zwischen dem Batteriemodul 16 und der Tragstruktur 18 angeordnet. Der Plattenbereich 26 ist vorzugsweise ein Hauptplattenbereich der Platte 20 bzw. der Plattenbereich 26 bildet einen Hauptteil der Platte 20. Der Plattenbereich 26 ist bevorzugt eben.
Der Endbereich 24 weist mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt 28 und mindestens einen Spannlaschenabschnitt 30 auf. Bevorzugt sind jeweils mehrere Befestigungslaschenabschnitte 28 und/oder mehrere Spannlaschenabschnitte 30 umfasst. Zur Verbesserung der Lesbarkeit wird nachfolgend auf die Befestigungslaschenabschnitte 28 und die Spannlaschenabschnitte 30 im Plural Bezug genommen. Es versteht sich, dass die erläuterten Merkmale jedoch auch in Ausführungsformen umfasst sein können, in denen nur ein Befestigungslaschenabschnitt 28 und/oder nur ein Spannlaschenabschnitt 30 umfasst ist.
Die Befestigungslaschenabschnitte 28 sind hin zu der Tragstruktur 18 angewinkelt und an der Tragstruktur 18 befestigt. Bevorzugt sind die Befestigungslaschenabschnitte 28 von oben und/oder aufliegend auf einer Oberseite der Tragstruktur 18 befestigt.
Beispielsweise können die Befestigungslaschenabschnitte 28 mittels Verschrauben an der Tragstruktur 18 befestigt sein. Schrauben 32 können die Befestigungslaschenabschnitte 28 und damit die Platte 20 an der Tragstruktur 18 befestigen. Die Schrauben 32 können sich durch Durchgangslöcher in den Befestigungslaschenabschnitten 28 erstrecken.
Die Spannlaschenabschnitte 30 sind hin zu dem Batteriemodul 16 angewinkelt und drücken gegen das Batteriemodul 16. Bevorzugt drücken die Spannlaschenabschnitte 30 von einer Seite, bevorzugt von oben, gegen das Batteriemodul 16, vorzugsweise auf eine Oberseite davon. Besonders bevorzugt drückt jeder Spannlaschenabschnitt 30 gegen mehrere, z. B. zwei oder drei, nebeneinander angeordnete Batteriezellen 22 (siehe z. B. auch 5).
Die Spannlaschenabschnitte 30 können das Batteriemodul 16 beispielsweise gegen einen Boden oder eine Seitenwand des Energiespeichers 12 drücken. Bevorzugt drücken die Spannlaschenabschnitte 30 das Batteriemodul 16 jedoch in Richtung zu einer Kühlvorrichtung 34 des Energiespeichers. Die Kühlvorrichtung 34 kann beispielsweise unterhalb bzw. bodenseitig von dem Batteriemodul 16 angeordnet sein. Allgemein kann die Kühlvorrichtung 34 auf einer den Spannlaschenabschnitten 30 entgegengesetzten Seite des Batteriemoduls 16 angeordnet sein.
Vorzugsweise kann das Batteriemodul 16 mittels des Spannlaschenabschnitte 30 in Richtung zu der Kühlvorrichtung 34 niedergehalten werden. Allgemein kann das Batteriemodul 16 zwischen den Spannlaschenabschnitten 30 und der Kühlvorrichtung 34 eingespannt sein.
Bevorzugt weist die Kühlvorrichtung 34 eine Kühlplatte auf. Vorzugsweise ist die Kühlvorrichtung 34 mit einem Kühlmedium durchströmbar. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 34 Kühlkanäle, wie z. B. Kühlwendel, aufweisen, die von dem Kühlmedium durchströmbar sind.
Optional kann zwischen der Kühlvorrichtung 34 und dem Batteriemodul 16 ein Lückenfüller bzw. ein sogenannter Gap-Filler 36 angeordnet sein. Der Gap-Filler 36 kann sowohl die Kühlvorrichtung 34 als auch das Batteriemodul 16 kontaktieren. Der Gap-Filler 36 kann das Batteriemodul 16 wärmeleitend mit der Kühlvorrichtung 34 verbinden. Beispielsweise kann der Gap-Filler 36 Wärmeleitpaste und/oder mindestens ein (z. B. elastisches) Wärmeleitpad aufweisen.
Die Befestigungslaschenabschnitte 28 und/oder die Spannlaschenabschnitte 30 können als Abkantungen der Platte 20 ausgeführt sein. Die Befestigungslaschenabschnitte 28 können in einem, vorzugsweise rechten, Winkel weg von dem Plattenbereich 26 bzw. hin zu der Tragstruktur 18 abgekantet bzw. umgebogen sein. Die Spannlaschenabschnitte 30 können in einem, vorzugsweise rechten, Winkel weg von dem Plattenbereich 26 bzw. hin zu dem Batteriemodul 16 abgekantet sein. Die Befestigungslaschenabschnitte 28 und/oder die Spannlaschenabschnitte 30 können bogenförmig in den Plattenbereich 26 übergehen. Die Befestigungslaschenabschnitte 28 und/oder die Spannlaschenabschnitte 30 sind bevorzugt jeweils selbst rechteck-plattenförmig.
Die Spannlaschenabschnitte 30 und die Befestigungslaschenabschnitte 28 sind bevorzugt entlang einer Länge oder Breite der Platte 20 abwechselnd angeordnet sind, vorzugsweise direkt aneinander angrenzend. Lücken zwischen den Spannlaschenabschnitten 30 können sich durch Ausbildung, z. B. Abkantung, der Befestigungslaschenabschnitte 28 ergeben. Andererseits können sich Lücken zwischen den mehreren Spannlaschenabschnitten 30 durch Ausbildung, z. B. Abkantung, der Befestigungslaschenabschnitte 28 ergeben.
Eine Längserstreckung der Befestigungslaschenabschnitte 28 und/oder der Spannlaschenabschnitte 30 verläuft bevorzugt parallel zu einer Stapelrichtung der Batteriezellen 22 und/oder parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Tragstruktur 18. Die Befestigungslaschenabschnitte 28 und die Spannlaschenabschnitte 30 liegen bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene. Die Spannlaschenabschnitte 30 und die Befestigungslaschenabschnitte 28 erstrecken sich bevorzugt in einander entgegengesetzte Richtungen weg von dem Plattenbereich 26.
Die Platte 20 ist bevorzugt einteilig ausgeführt. Der Endbereich 24 und der Plattenbereich 26 sind bevorzugt integral-einstückig miteinander ausgebildet. Die Spannlaschenabschnitte 30 und die Befestigungslaschenabschnitte 28 sind bevorzugt integral-einstückig mit dem Plattenbereich 26 ausgebildet.
Optional kann der Energiespeicher 12 eine elektrische Isolierung 38, 40 aufweisen. Die elektrische Isolierung 38, 40 kann die Platte 20 und/oder die Tragstruktur 18 elektrisch von dem Batteriemodul 16 isolieren. Bevorzugt kann die elektrische Isolierung 38 zumindest teilweise zwischen den Spannlaschenabschnitten 30 und dem Batteriemodul 16 (z. B. einer Oberseite davon) angeordnet sein. Die elektrische Isolierung 40 kann zumindest teilweise zwischen der Platte 20 und dem Batteriemodul 16 angeordnet sein, vorzugsweise flächig, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollflächig.
Die elektrische Isolierung 38, 40 kann beispielsweise als eine Folie ausgeführt sein. Besonders bevorzugt ist die Platte 20, z. B. der Plattenbereich 26 und/oder die Spannlaschenabschnitte 30, zumindest teilweise mit der elektrischen Isolierung 38, 40 foliert und/oder umwickelt.
Die 5 zeigt eine erweiterte Ausführungsform, bei der der Energiespeicher 12 einen Rahmen 42 für das Batteriemodul 16 aufweisen kann.
Der Rahmen 42 ist bevorzugt als ein Spannrahmen für das Batteriemodul 16 ausgebildet. Der Spannrahmen kann die Batteriezellen 22 des Batteriemoduls 16 miteinander verspannen. Der Rahmen 42 kann das Batteriemodul 16 umgeben, bevorzugt rahmenförmig, besonders bevorzugt rechteck-rahmenförmig.
Die Platte 20 ist bevorzugt ein Seitenteil des Rahmens 42. Vorzugsweise ist die Platte 20 jenes Seitenteil des Rahmens 42, das der Tragstruktur 18 zugewandt ist. Es ist möglich, dass mindestens ein weiteres Seitenteil des Rahmens 42 wie die Platte 20 ausgeführt ist. Beispielsweise kann das der Platte 20 gegenüberliegende Seitenteil des Rahmens 42 wie die Platte 20 ausgeführt sein (gekennzeichnet in 5 mit dem Bezugszeichen 20`), allerdings sind auch beispielsweise direkt an die Platte 20 angrenzende Seitenteile des Rahmens 42 hierfür denkbar. Die weitere Platte 20` kann entsprechend weitere Spannlaschenabschnitte 30' und weitere Befestigungslaschenabschnitte 28' in einem weiteren Endbereich 24` der weiteren Platte 20' aufweisen, analog zu der Platte 20.
Im Einzelnen kann die weitere Platte 20' zwischen einer weiteren Tragstruktur 18' und dem Batteriemodul 16 angeordnet sein. Die weitere Tragstruktur 18' kann auf einer der Tragstruktur 18 entgegengensetzten Seite des Batteriemoduls 16 angeordnet sein oder beispielsweise an einer anderen Seite des Batteriemoduls 16. Der weitere Endbereich 24` kann über das Batteriemodul 16 und die weitere Tragstruktur 18' überstehen. Die weiteren Befestigungslaschenabschnitte 28 können hin zu der weiteren Tragstruktur 18' angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der weiteren Tragstruktur 18' befestigt, vorzugsweise verschraubt, sein. Die weiteren Spannlaschenabschnitte 30 können hin zu dem Batteriemodul 16 angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, sein und gegen das Batteriemodul 16 drücken, bevorzugt von oben.
Es versteht sich, dass die weitere Platte 20' und deren Abschnitte und Bereiche prinzipiell wie die entsprechenden Abschnitte und Bereiche der Platte 20 ausgeführt sein können. Ebenso kann die weitere Platte 20' die gleichen Funktionen wie die Platte 20 erfüllen.
Die 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Energiespeicher 12 mehrere (z. B. drei) Batteriemodule 16 aus jeweils mehreren Batteriezellen 22 aufweist. Jedes Batteriemodul 16 ist mittels eines jeweiligen Rahmens 42 verspannt. Jeweils mindestens ein Seitenteil der Rahmen 42 ist als die Platte 20 ausgeführt.
In 6 ist zusätzlich gezeigt, dass der Energiespeicher 12 ein Gehäuse 44 aufweisen kann. die beiden äußeren Tragstrukturen 18 können beispielsweise Außenwände des Gehäuses 44 sein. Die innere Tragstruktur 18 kann beispielsweise eine Innenwand des Gehäuses 44 sein oder innerhalb des Gehäuses 44 angeordnet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich eines Vorhandenseins und/oder einer Konfiguration des Batteriemoduls, der Tragstruktur, der Platte, des Endbereichs, des mindestens einen Spannlaschenabschnitts und/oder des mindestens einen Befestigungslaschenabschnitts des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Elektrischer Energiespeicher
14: Fahrzeugrahmen
16: Batteriemodul
18: Tragstruktur
20: Platte
22: Batteriezelle
24: Endbereich
26: Plattenbereich
28: Befestigungslaschenabschnitt
30: Spannlaschenabschnitt
32: Schraube
34: Kühlvorrichtung
36: Gap-Filler
38: Elektrische Isolierung
40: elektrische Isolierung
42: Rahmen
44: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018209104 A1 [0004]
DE 102015011281 A1 [0005]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (12) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (10), aufweisend: ein Batteriemodul (16), vorzugsweise Batteriezellstapelmodul; eine Tragstruktur (18), die neben dem Batteriemodul (16) angeordnet ist; und eine Platte (20), die zwischen der Tragstruktur (18) und dem Batteriemodul (16) angeordnet ist und einen Endbereich (24) aufweist, der über das Batteriemodul (16) und die Tragstruktur (18) übersteht, wobei: der Endbereich (24) mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt (28) aufweist, der hin zu der Tragstruktur (18) angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der Tragstruktur (18) befestigt, vorzugsweise verschraubt, ist; und der Endbereich (24) mindestens einen Spannlaschenabschnitt (30) aufweist, der hin zu dem Batteriemodul (16) angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, ist und gegen das Batteriemodul (16) drückt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 1, wobei: der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) als eine Abkantung der, vorzugsweise als Blechplatte ausgeführten, Platte (20), ausgeführt ist; und/oder der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) als eine Abkantung der, vorzugsweise als Blechplatte ausgeführten, Platte (20) ausgeführt ist; und/oder die Platte (20) durch Blechbearbeitung und Blechumformung aus einem ebenen Blech hergestellt ist.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) von oben gegen das Batteriemodul (16) drückt und/oder gegen eine Oberseite des Batteriemoduls (16) drückt; und/oder der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) von oben und/oder aufliegend auf einer Oberseite der Tragstruktur (18) befestigt ist.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine, vorzugsweise bodenseitige und/oder plattenförmige, Kühlvorrichtung (34), wobei: der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) das Batteriemodul (16) in Richtung zu der Kühlvorrichtung (34) drückt; und/oder das Batteriemodul (16) zwischen dem mindestens einen Spannlaschenabschnitt (30) und der Kühlvorrichtung (34) eingespannt ist.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Platte (20) ein Seitenteil eines, vorzugsweise rechteckförmigen, Rahmens (42), vorzugsweise Spannrahmens, ist, der das Batteriemodul (16) umgibt und vorzugsweise verspannt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine weitere Tragstruktur (18'), die vorzugsweise auf einer der Tragstruktur (18) entgegengensetzten Seite des Batteriemoduls (16) angeordnet ist; und eine weitere Platte (20`), die zwischen der weiteren Tragstruktur (18`) und dem Batteriemodul (16) angeordnet ist und einen weiteren Endbereich (24`) aufweist, der über das Batteriemodul (16) und die weitere Tragstruktur (18') übersteht, wobei: der weitere Endbereich (24) mindestens einen weiteren Befestigungslaschenabschnitt (28`) aufweist, der hin zu der weiteren Tragstruktur (18`) angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, und an der weiteren Tragstruktur (18') befestigt, vorzugsweise verschraubt, ist; und der weitere Endbereich (24) mindestens einen weiteren Spannlaschenabschnitt (30`) aufweist, der hin zu dem Batteriemodul (16) angewinkelt, vorzugsweise umgebogen, ist und gegen das Batteriemodul (16) drückt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 5 und Anspruch 6, wobei: die weitere Platte (20`) ein weiteres Seitenteil des Rahmens (42) ist und vorzugsweise dem Seitenteil gegenüberliegt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine elektrische Isolierung (38, 40), die die Platte (20) und/oder die Tragstruktur (18) elektrisch von dem Batteriemodul (16) isoliert.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 8, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: die elektrische Isolierung (38, 40) ist zwischen dem mindestens einen Spannlaschenabschnitt (30) und dem Batteriemodul (16) angeordnet; die elektrische Isolierung (38, 40) ist, vorzugsweise flächig, besonders bevorzugt im Wesentlichen vollflächig, zwischen der Platte (20) und dem Batteriemodul (16) angeordnet; und die Platte (20) und/oder der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) ist zumindest teilweise mit der elektrischen Isolierung (38, 40) foliert und/oder umwickelt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) mehrere Spannlaschenabschnitte (30) aufweist; und/oder der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) mehrere Befestigungslaschenabschnitte (28) aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach Anspruch 10, wobei: die mehreren Spannlaschenabschnitte (30) und die mehreren Befestigungslaschenabschnitte (28) entlang der Platte (20) abwechselnd angeordnet sind, vorzugsweise direkt aneinander angrenzend; und/oder Lücken zwischen den mehreren Spannlaschenabschnitten (30) durch Ausbildung der mehreren Befestigungslaschenabschnitte (28) bewirkt sind und Lücken zwischen den mehreren Spannlaschenabschnitten (30) durch Ausbildung der mehreren Befestigungslaschenabschnitte (28) bewirkt sind.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Batteriemodul (16) als ein Batteriezellstapelmodul mit mehreren Batteriezellen (22) ausgeführt ist; und der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) jeweils gegen mindestens zwei nebeneinander angeordnete Batteriezellen (22) der mehreren Batteriezellen (22) drückt.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) erstrecken sich in einander entgegengesetzte Richtungen; der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) liegen in einer gemeinsamen Ebene; der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) ist zu einem Plattenbereich (26) der Platte (20) angewinkelt, vorzugsweise um im Wesentlichen 90°; und der mindestens eine Befestigungslaschenabschnitt (28) ist zu einem Plattenbereich (26) der Platte (20) angewinkelt, vorzugsweise um im Wesentlichen 90°.
Elektrischer Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: die Platte (20) trennt das Batteriemodul (16) und die Tragstruktur (18) voneinander; die Platte (20) ist nur über den mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt (28) mit der Tragstruktur (18) verbunden und/oder nur über den mindestens einen Befestigungslaschenabschnitt (28) an der Tragstruktur (18) befestigt; der mindestens eine Spannlaschenabschnitt (30) ist nur kraftschlüssig mit dem Batteriemodul (16) verbunden; die Platte (20) deckt im Wesentlichen eine gesamte Außenseite des Batteriemoduls (16) ab; die Tragstruktur (18) ist als ein Träger, eine Tragwand oder eine Crashstruktur ausgeführt; und der elektrische Energiespeicher (12) weist ein Gehäuse (44) auf und die Tragstruktur (18) ist innerhalb des Gehäuses (44) angeordnet oder als ein Teil des Gehäuses (44) ausgeführt.
Kraftfahrzeug (10), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: einen elektrischen Energiespeicher (12) nach einem der vorherigen Ansprüche; und optional einen Fahrzeugrahmen (14), vorzugsweise Leiterrahmen, an dem der elektrische Energiespeicher (12) angebracht ist.