DE102022118984A1

DE102022118984A1 - Elektrischer Energiespeicher mit durch eine Abdeckfolie geschützten Batteriezellen

Info

Publication number: DE102022118984A1
Application number: DE102022118984.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Wichtrei; Markus LAMPALZER; Sebastian Kratzer; Michael Klauke; Mathias Wacker; Franco Zemczak
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-08
Also published as: WO2024023070A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere Batteriezellen (12), die jeweils ein Entgasungselement (12a) zur Zellentgasung aufweisen. Der elektrische Energiespeicher (10) weist ferner eine Abdeckfolie (14) auf, welche die mehreren Batteriezellen (12) überdeckt und bevorzugt zum Schutz der mehreren Batteriezellen (12) vor bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffen dient.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug mit einem ebensolchen Energiespeicher.
Elektrische Energiespeicher (z. B. Hochvoltbatterien) für Kraftfahrzeuge bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl elektrisch miteinander verschalteter bzw. verschaltbarer Batteriezellen. Insbesondere bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batteriezellen können dabei äußere Einflüsse oder ein Fehler in einer der Batteriezellen (z. B. ein innerer Kurzschluss) zum thermischen Durchgehen führen. Dabei werden durch interne exotherme Reaktionen große Energiemengen freigesetzt, wobei zumindest ein Teil des Elektrolyten der Zelle in einen gasförmigen Zustand übergeht. Die Temperatur des Gases kann hierbei Spitzenwerte von mehreren hundert °C und auch über 1000 °C erreichen. Weiterhin kann der Gasstrom auch leitfähige Partikel enthalten, welche unter Umständen zu einem Kurzschluss an spannungsführenden Bauteilen führen können. Im Energiespeicher kann dies zu Kettenreaktionen (thermische Propagation) führen, wodurch letztlich der gesamte Energiespeicher zerstört werden kann.
Um in einem Fehlerfall den Gasstrom möglichst kontrolliert aus Batteriezellen abzuleiten, ist daher im Stand der Technik das Vorsehen entsprechender Überdruck- bzw. Sicherheitsventile, sog. „safety vents“, an den Batteriezellen bekannt. Beispielhaft sei hier auf die US 2006/0292437A1 verwiesen. Zur Vermeidung einer Schädigung weiterer Batteriekomponenten sollte der entsprechende Gasstrom möglichst abgetrennt von den restlichen Batteriekomponenten aus dem elektrischen Energiespeicher geführt werden, was z. B. über entsprechende Kanalsysteme erfolgen kann.
Nachteilig an den bekannten Lösungen zur Gasausleitung ist oftmals deren hohes Gewicht, z. B. aufgrund entsprechend dicker Wandungen zur Gewährleistung einer ausreichenden Temperaturbeständigkeit im Fehlerfall.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Energiespeicherung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Bevorzugt ist es hierbei eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache und leichte Lösung bereitzustellen, mittels derer ein möglichst hoher Schutz gegenüber einer thermischen Propagation erreicht werden kann.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Ein erster unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug. Bevorzugt ist der elektrische Energiespeicher ein elektrischer Energiespeicher für ein Nutzfahrzeug, z. B. für einen Lastkraftwagen und/oder Omnibus.
Der elektrische Energiespeicher weist mehrere Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen) auf, die vorzugsweise jeweils ein Entgasungselement zur Zellentgasung (z. B. ein Überdruckventil) aufweisen. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen dabei nebeneinander und/oder alle gleich orientiert angeordnet. Beispielsweise können die mehrere Batteriezellen jeweils mit ihrem Entgasungselement nach oben orientiert angeordnet sein.
Weiterhin weist der elektrische Energiespeicher eine, vorzugsweise wärmeisolierende und/oder elektrisch isolierende, Abdeckfolie (z. B. eine Glimmerfolie) auf, welche die mehreren Batteriezellen überdeckt. Beispielsweise kann die, vorzugsweise einstückige, Abdeckfolie die Oberseiten aller Batteriezellen bedecken. Bevorzugt dient die Abdeckfolie hierbei zum Schutz der mehreren Batteriezellen vor z. B. bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffen (z. B. heiße und/oder leitfähige Partikel). Auf vorteilhafte Weise kann dadurch verhindert werden, dass im Falle eines thermischen Durchgehens einer der Batteriezellen freigesetztes ionisiertes Gas und/oder leitende Partikel die Batteriezellen beschädigen bzw. Kurzschlüsse an spannungsführenden Komponenten im elektrischen Energiespeicher bewirken. Die Verwendung der Abdeckfolie (z. B. Glimmerfolie) bietet hierbei insbesondere den Vorteil, dass eine dünne und entsprechend leichte schützende Schicht bereitgestellt werden kann, die sich zudem flexibel an die geometrischen Gegebenheiten im Energiespeicher anpassen kann.
Gemäß einem Aspekt kann die Abdeckfolie mehrere Durchgangsöffnungen (z. B. Löcher) aufweisen, wobei die mehreren Durchgangsöffnungen jeweils korrespondierend (z. B. fluchtend) zu den jeweiligen Entgasungselementen angeordnet sein können. Die mehreren Durchgangsöffnungen können dabei jeweils ausgebildet sein, einen (freien bzw. ungehinderten) Durchtritt der bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe (z. B. Gas und/oder Partikel) durch die Abdeckfolie zu ermöglichen. Um in diesem Zusammenhang einerseits einen möglichst zuverlässigen Schutz der Batteriezellen zu ermöglichen und andererseits die Zellentgasung möglichst wenig zu beeinflussen, kann eine Kontur der jeweiligen Durchgangsöffnungen jeweils formkorrespondierend zu einer jeweiligen Außenkontur der zugehörigen Entgasungselemente ausgebildet sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Abdeckfolie mehrere strukturgeschwächte Bereiche aufweisen. Beispielsweise können die strukturgeschwächten Bereiche jeweils eine Schlitzung, Perforierung und/oder Materialausdünnung aufweisen. Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche können jeweils korrespondierend (z. B. fluchtend) zu den jeweiligen Entgasungselementen angeordnet sein. Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche können jeweils ausgebildet sein, bei Druckbeaufschlagung (z. B. durch die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe) nachzugeben, z. B. zu reißen und/oder sich zu verformen. Im Gegensatz zu den vorgenannten Durchgangsöffnungen, welche im Bereich der Durchgangsöffnungen kein Material bzw. keine Abdeckfolie aufweisen, können die strukturgeschwächten Bereiche vorzugsweise zunächst im Wesentlichen geschlossen sein und erst bei Druckbeaufschlagung einen Durchgang durch die Abdeckfolie freigeben bzw. vergrößern. Durch eine entsprechende Abdeckung der Entgasungselemente können auf vorteilhafte Weise im Fall einer Zellentgasung die restlichen (intakten) Batteriezellen besser vor den Ausgasungen der durchgehenden Batteriezelle(n) geschützt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die mehreren strukturgeschwächten Bereiche jeweils eine (z. B. kreuzförmige) Schlitzung, eine (z. B. kreuzförmige) Perforierung und/oder eine Materialausdünnung aufweisen. Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche können somit jeweils eine gezielt vorgesehene Schwach- und/oder Sollbruchstelle aufweisen.
Zudem oder alternativ können die mehreren strukturgeschwächten Bereiche die jeweiligen Entgasungselemente zumindest abschnittsweise überdecken. Bevor eine Zellentgasung auftritt, sollen die mehreren strukturgeschwächten Bereiche dabei bevorzugt im Wesentlichen geschlossen sein.
Zudem oder alternativ können die mehreren strukturgeschwächten Bereiche jeweils ausgebildet sein, bei Druckbeaufschlagung (z. B. durch die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe) einen Durchgang durch die Abdeckfolie freizugeben und/oder zu vergrößern. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise ein möglichst umfassender Schutz der Batteriezellen vor ionisiertem Gas und/oder leitenden Partikeln erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Abdeckfolie Glimmer aufweisen. Beispielsweise kann die Abdeckfolie eine Glimmerfolie aufweisen, welche z. B. mittels Heißpressen von mit einem Bindemittel (z. B. Silikonharz) versetzten Glimmerbruchstücken (z. B. Muskovit) gefertigt sein kann.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie auch einen Hochtemperaturkunststoff (z. B. Polyamidimid) aufweisen. Als Hochtemperaturkunststoff kann in diesem Zusammenhang ein Kunststoff (z. B. ein Thermoplast) mit einer hohen Wärmeformbeständigkeit verstanden werden, welcher z. B. einen Schmelzpunkt höher als 150 °C aufweist. Lediglich beispielhaft kann es sich bei der Abdeckfolie um eine Polyimid-Folie (z. B. Kapton-Folie) handeln. Insgesamt kann dadurch eine möglichst gut wärmeisolierende und möglichst gut elektrisch isolierende Abdeckfolie bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Abdeckfolie eine Dicke von weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0.5 mm, aufweisen.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie flexibel sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie biegsam und/oder rollbar sein und/oder ausgebildet sein, ihre Form einer Unterlage der Abdeckfolie anzupassen.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie wärmeisolierend und/oder elektrisch isolierend ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie dazu aus einem schlechten Wärmeleiter (z. B. Glimmer und/oder Kunststoff) und/oder einem Isolator (z. B. Glimmer und/oder Kunststoff) gefertigt sein. Auf vorteilhafte Weise können dadurch thermische und/oder elektrische Schäden an den Batteriezellen möglichst vermieden werden.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie über eine Klebeverbindung zumindest abschnittsweise mit den mehreren Batteriezellen verbunden sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie zumindest abschnittsweise an die mehreren Batteriezellen angeklebt sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine sichere Fixierung der Abdeckfolie sichergestellt werden.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie als ein einziges (z. B. rechteckiges) Bauteil ausgebildet sein. Auf vorteilhafte Weise wird dadurch eine möglichst einfache Montage der Abdeckfolie erreicht.
Zudem oder alternativ kann die Abdeckfolie jeweils eine Seitenfläche (z. B. jeweils eine Oberseitenfläche) jeder der mehreren Batteriezellen zumindest abschnittsweise bedecken. Die Abdeckfolie kann sich somit zumindest abschnittsweise über alle der mehreren Batteriezellen erstrecken. Dies soll dabei bevorzugt nicht ausschließen, dass, wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, unter Umständen abschnittsweise auch weitere Komponenten (z. B. Sensoren und/oder Kontaktierelemente) zwischen der Abdeckfolie und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein können. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst umfassender Schutz der Batteriezellen (und ggf. der weiteren Komponenten) sichergestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher ein (z. B. rahmenförmiges) Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann bspw. gegossen sein, z. B. aus einer Metalllegierung. Innerhalb des Gehäuses können die mehreren Batteriezellen und/oder die Abdeckfolie angeordnet sein. Entsprechend können die mehreren Batteriezellen und/oder die Abdeckfolie in dem Gehäuse aufgenommen sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein zuverlässiger Schutz der entsprechenden Komponenten vor Umwelteinflüssen sichergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher eine Stützplatte (z. B. eine Stahlplatte) aufweisen. Die Stützplatte kann bspw. das Gehäuse versteifen. Die Stützplatte kann von der Abdeckfolie beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann die Stützplatte, z. B. in einem vorbestimmten Abstand, oberhalb der Abdeckfolie angeordnet sein. Die Stützplatte kann zusammen mit der Abdeckfolie einen, vorzugsweise in zwei Dimensionen (z. B. einer Horizontalebene) ausgedehnten, Aufnahmeraum begrenzen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Aufnahmeraum dabei um einen Aufnahmeraum für aus den jeweiligen Entgasungselementen austretende Stoffe (z. B. Gase und/oder Partikel). Durch die Abdeckfolie und die Stützplatte kann somit auf vorteilhafte Weise ein möglichst ausgedehnter Raum zur Entspannung der bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Gase bereitgestellt werden. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise ein möglichst großflächiges Verteilen und damit schnelles Abbauen des Überdrucks bzw. eine schnelle Wärmeableitung.
Nach einem weiteren Aspekt kann der Aufnahmeraum seitlich durch das Gehäuse begrenzt sein. Bevorzugt kann das Gehäuse dabei den Aufnahmeraum vollständig umlaufen bzw. einen geschlossenen, mehrseitigen (z. B. vierseitigen) Rahmen für den Aufnahmeraum bilden. Entsprechend kann der Aufnahmeraum oben durch die Stützplatte, unten durch die Abdeckfolie und seitlich durch das Gehäuse begrenzt sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst großflächiger Aufnahmeraum bereitgestellt werden.
Zudem oder alternativ kann sich der Aufnahmeraum über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Länge des Gehäuses erstrecken.
Zudem oder alternativ kann sich der Aufnahmeraum über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Breite des Gehäuses erstrecken.
Zudem oder alternativ kann der elektrische Energiespeicher ein Auslassventil (z. B. ein Überdruckventil) aufweisen. Das Auslassventil kann dabei am Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse einen Durchlass aufweisen, in dem das Auslassventil angeordnet ist. Bevorzugt dient das Auslassventil zum Abführen der aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe aus dem Gehäuse. Über das Auslassventil kann somit eine Verbindung zur Umgebung bzw. zum Außenraum des elektrischen Energiespeichers freigebbar sein. Hierbei kann der Aufnahmeraum (z. B. über eine Auslassleitung) in Fluidverbindung mit dem Auslassventil stehen. Auf vorteilhafte Weise können dadurch die bei einer Zellentgasung freigesetzten Stoffe aus dem elektrischen Energiespeicher abgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Aufnahmeraum die mehreren Batteriezellen überspannen. Beispielsweise kann sich der Aufnahmeraum über alle Batteriezellen spannen, d. h. in zwei Dimensionen jeweils bis zu den äußersten Batteriezellen reichen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst großer Aufnahmeraum bereitgestellt werden.
Zudem oder alternativ kann der Aufnahmeraum nicht rohrförmig und/oder nicht kanalförmig ausgebildet sein. Der Aufnahmeraum soll somit vorzugsweise nicht von einem Rohr oder Kanal begrenzt sein, sondern (z. B. in zwei Dimensionen) eine ausgedehnte Form aufweisen.
Zudem oder alternativ kann der Aufnahmeraum oberhalb der mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Die mehreren Batteriezellen können somit bezüglich einer Hochachse des elektrischen Energiespeichers unterhalb des Aufnahmeraums angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann der Aufnahmeraum zum flächigen Verteilen der aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe dienen. Bevorzugt ist der Aufnahmeraum somit ausgebildet, die aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe zumindest entlang von zwei Dimensionen (großflächig) zu verteilen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine schnelle Entspannung und ein schnelles Abkühlen der aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffe realisiert werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Stützplatte eine den Entgasungselementen zugewandte (z. B. untere) Seitenfläche umfassen. Diese kann hierbei auch als erste Seitenfläche bezeichnet werden. Die erste Seitenfläche kann ein hitzebeständiges Material (z. B. Stahl und/oder Glimmer) aufweisen. Beispielsweise kann die Stützplatte als Stahlplatte ausgebildet sein. Alternativ kann die Stützplatte auch aus Aluminium ausgebildet sein und auf der ersten Seitenfläche eine Beschichtung mit Glimmer (z. B. Kunstglimmer) aufweisen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst widerstandsfähige Auftrefffläche für die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden (heißen) Stoffe bereitgestellt werden. Zudem kann dort auf vorteilhafte Weise eine Wärmeabgabe und Verteilung der Stoffe erfolgen, sodass diese anschließend abgekühlt bzw. weniger konzentriert mit der Abdeckfolie in Berührung kommen können. Entsprechend kann die Abdeckfolie aus einem Material gefertigt sein, welches eine geringere Temperaturbeständigkeit als die Stützplatte bzw. das hitzebeständige Material aufweist.
Zudem oder alternativ kann die Stützplatte eine den Entgasungselementen abgewandte (z. B. obere) Seitenfläche umfassen. Diese kann hierbei auch als zweite Seitenfläche bezeichnet werden. Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher eine Temperierplatte aufweisen. Diese kann an der zweiten Seitenfläche angeordnet sein. Beispielsweise können die Temperierplatte und die Stützplatte bzw. deren zweite Seitenfläche in unmittelbaren Kontakt miteinander stehen, z. B. aneinander anliegen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine Temperierung, insbesondere Kühlung, der Stützplatte erfolgen. Zudem oder alternativ kann der elektrische Energiespeicher weitere Batteriezellen aufweisen, welche an der zweiten Seitenfläche und/oder an der Temperierplatte angeordnet sein können. Beispielsweise kann es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um einen mehrlagigen Energiespeicher handeln, bei welchem die Batteriezellen und die weiteren Batteriezellen in verschiedenen, z. B. übereinanderliegenden, Ebenen angeordnet sind. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine Doppelnutzung der Stützplatte bzw. Temperierplatte, nämlich sowohl zum Leiten bzw. Kühlen der Gase als auch zum Stützen bzw. Kühlen der weiteren Batteriezellen, erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt können die Stützplatte und die Abdeckfolie einander gegenüberliegend angeordnet sein. Bevorzugt sind die Stützplatte und die Abdeckfolie dabei einander unmittelbar gegenüberliegend angeordnet. Entsprechend sollen vorzugsweise keine weiteren Komponenten zwischen der Stützplatte und die Abdeckfolie angeordnet sein.
Zudem oder alternativ können die Stützplatte und die Abdeckfolie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Die Stützplatte und die Abdeckfolie können somit bevorzugt über ein für die Aufnahme der Gase gezielt freigehaltenes Volumen voneinander beabstandet sein.
Zudem oder alternativ können die Stützplatte und die Abdeckfolie durch den Aufnahmeraum voneinander getrennt sein. Entsprechend können die Stützplatte, die Abdeckfolie und der Aufnahmeraum eine Sandwichstruktur ausbilden, bei der der Aufnahmeraum zwischen der Stützplatte und die Abdeckfolie angeordnet ist.
Zudem oder alternativ können sich die Stützplatte und die Abdeckfolie jeweils im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die Stützplatte und die Abdeckfolie sollen somit bevorzugt jeweils in einer Horizontalebene ausgerichtet sein.
Nach einem weiteren Aspekt können die mehreren Batteriezellen jeweils Kontaktpole (z. B. einen Plus- und einen Minuspol) aufweisen. Bevorzugt sind die Kontaktpole dabei jeweils auf der gleichen Seite der jeweiligen Batteriezelle angeordnet wie die jeweiligen Entgasungselemente. Weiterhin kann die Abdeckfolie zwischen den jeweiligen Kontaktpolen und dem Aufnahmeraum angeordnet sein. Entsprechend kann die Abdeckfolie sowohl die Batteriezellen als auch die Kontaktpole überdecken. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch möglichst vermieden werden, dass bei der Zellentgasung freigesetzte leitende Partikel mit spannungsführenden Komponenten in Verbindung kommen und dadurch ggf. Kurzschlüsse, Funkenschlag etc. auslösen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der elektrische Energiespeicher ein Zellkontaktiersystem aufweisen. Dieses kann bspw. mehrere Kontaktierelemente (z. B. in Form von Metallplättchen) aufweisen, mittels derer die mehreren Batteriezellen jeweils paarweise miteinander elektrisch verbunden sind. Beispielsweise kann mittels eines der Kontaktierelemente jeweils ein Pluspol einer der mehreren Batteriezellen mit einem Minuspol einer weiteren der mehreren Batteriezellen verbunden sein. Ferner kann das Zellkontaktiersystem bevorzugt einen Träger, z. B. aus Kunststoff, aufweisen, in dem die Kontaktierelemente fixiert und/oder gehalten sind. Das Zellkontaktiersystem kann dabei zwischen der Abdeckfolie und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Entsprechend kann die Abdeckfolie auch das Zellkontaktiersystem überdecken. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch wiederum möglichst vermieden werden, dass ionisierte Gase und leitende Partikel in den HV-Pfad des Zellkontaktiersystems gelangen.
Zudem oder alternativ kann der elektrische Energiespeicher eine flexible Leiterplatte (z. B. einen flexible printed circuit - FPC) aufweisen. Die flexible Leiterplatte kann dabei mehrere Niederspannungsleitungen (z. B. Steuer- und/oder Datenleitungen) und/oder Sensoren (z. B. zur Überwachung der mehreren Batteriezellen) aufweisen, die vorzugsweise auf eine flexible Trägerfolie (z. B. eine Polyimidfolie) aufgebracht sind. Die flexible Leiterplatte kann mitunter auch als Leiterfolie bezeichnet werden. Die flexible Leiterplatte kann mit allen der mehreren Batteriezellen, z. B. zum Potentialausgleich und/oder zur Temperaturüberwachung, verbunden sein. Die flexible Leiterplatte kann ferner mit einem Steuergerät verbunden sein. Die flexible Leiterplatte kann zwischen der Abdeckfolie und den mehreren Batteriezellen angeordnet sein. Entsprechend kann die Abdeckfolie auch die flexible Leiterplatte überdecken. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch wiederum ein möglichst guter Schutz der flexiblen Leiterplatte vor möglichen Schäden durch bei einer Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen austretenden Stoffen erreicht werden.
Weiterhin betrifft die Offenbarung ein Kraftfahrzeug (z. B. einen LKW oder einen Omnibus), wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher, wie in diesem Dokument offenbart ist, aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Nutzfahrzeug, d. h. ein Kraftfahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zum Transport von Gütern und/oder zum Ziehen eines oder mehrerer (z. B. landwirtschaftlicher) Anhängerfahrzeuge ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper, ein Baustellenfahrzeug und/oder eine landwirtschaftliche Maschine (z. B. ein Traktor) sein.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform;
1B eine schematische Darstellung einer Abdeckfolie gemäß einer Ausführungsform;
2A eine schematische Darstellung einer Abdeckfolie gemäß einer weiteren Ausführungsform;
2B eine schematische Schnitt-Darstellung eines Ausschnitts eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform; und
3 eine schematische Schnitt-Darstellung eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, sodass 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. Weiterhin wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit mehrfach vorkommende Komponenten nicht jeweils separat referenziert.
Die 1A, 2B und 3 zeigen (ausschnittsweise) Ausführungsformen eines elektrischen Energiespeichers 10 für ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Der elektrische Energiespeicher 10 kann hierbei elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Der elektrische Energiespeicher 10 kann als ein Hochvolt-Energiespeicher ausgeführt sein. Der Hochvolt-Energiespeicher kann z. B. mit einer Gleichspannung zwischen 60 V und 1,5 kV, besonders bevorzugt zwischen 400 V und 850 V, betrieben werden bzw. betreibbar sein. Der elektrische Energiespeicher 10 kann extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel aufladbar sein.
Der elektrische Energiespeicher 10 weist mehrere (z. B. achtundvierzig) Batteriezellen 12 auf. Die mehreren Batteriezellen 12 können z. B. Lithium-lonen-Batteriezellen sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils gleich ausgebildet sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils einen Elektrolyten und einen Elektrodenstapel und/oder Elektrodenwickel aufweisen. Die mehreren Batteriezellen 12 können weiterhin jeweils ein Zellgehäuse aufweisen. In den jeweiligen Zellgehäusen kann dabei jeweils ein Elektrolyt und ein Elektrodenstapel bzw. Elektrodenwickel aufgenommen sein. Das Zellgehäuse kann dabei eine Deckfläche, eine Bodenfläche und eine, die Deck- und Bodenfläche miteinander verbindende Mantelfläche aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform können die mehreren Batteriezellen 12 jeweils prismatische Batteriezellen sein. Die mehreren Batteriezellen 12 können jedoch auch als Beutelzellen oder als Rundzellen ausgeführt sein.
Die mehreren Batteriezellen 12 können in einer Lage angeordnet sein. Bevorzugt sind die mehreren Batteriezellen 12 dabei alle gleich orientiert (vgl. 1A). Beispielsweise können die Deckflächen der mehreren Batteriezellen 12 jeweils nach oben ausgerichtet sein. Innerhalb der Lage können die mehreren Batteriezellen 12 in Form eines oder mehrerer Batteriezellenstapel angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Batteriezellen 12 in Form von drei, vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneter, Batteriezellenstapeln angeordnet sein. Die Batteriezellenstapel können dabei jeweils gleich ausgebildet sein bzw. jeweils dieselbe Anzahl an Batteriezellen 12 (z. B. sechzehn Batteriezellen 12) aufweisen. Innerhalb eines Batteriezellenstapels können die Batteriezellen 12 entlang einer Stapelrichtung nebeneinander bzw. hintereinander gestapelt angeordnet sein. Die Stapelrichtung kann bspw. horizontal orientiert sein. Es ist möglich, dass zum Überbrücken einer Lücke zwischen den Batteriezellen 12 eines Batteriezellenstapels jeweils ein Lückenfüller (z. B. ein Gappad) zwischen zwei der Batteriezellen 12 eines Batteriezellenstapels angeordnet ist.
Die mehreren Batteriezellen 12 können jeweils Kontaktpole 12b (z. B. einen Pluspol und einen Minuspol) aufweisen. Die jeweiligen Kontaktpole können z. B. an den jeweiligen Deckflächen der Batteriezellen 12 angeordnet sein. Die Kontaktpole 12b der mehreren Batteriezellen 12 können miteinander (z. B. in Reihe) verbunden sein. Hierzu kann der elektrische Energiespeicher 10 ein Zellkontaktiersystem 18 aufweisen. Das Zellkontaktiersystem 18 kann dabei z. B. mehrere, vorzugsweise plattenförmige, Kontaktierelemente 18a (z. B. Kontaktbrücken) umfassen, welche bevorzugt jeweils Kontaktpole 12b zweier benachbarter Batteriezellen 12 verbinden können (vgl. 2B). Mittels des Zellkontaktiersystems 18 bzw. der Kontaktierelemente 18a können die mehreren Batteriezellen 12 somit jeweils paarweise miteinander elektrisch verbunden sein. Das Zellkontaktiersystem 18 kann ferner einen Träger 18b, z. B. aus Kunststoff, aufweisen. Mittels des Träger 18b können die jeweiligen Kontaktierelemente 18a jeweils in einer vorbestimmten Position gehalten sein. Der Träger 18b kann dazu mehrere Aufnahmen aufweisen, in welchen die Kontaktierelemente 18a aufgenommen bzw. gehalten sind. Lediglich beispielhaft kann der Träger 18b dabei mehrere Vorsprünge und/oder Formschlusselemente aufweisen, mittels derer die Kontaktierelemente 18a am Träger 18b fixiert sind.
Bevorzugt weisen die mehreren Batteriezellen 12 ferner jeweils ein Entgasungselement 12a zur Zellentgasung auf. Beispielsweise können die jeweiligen Entgasungselemente 12a jeweils in Form eines Überdruckventils und/oder einer in Form einer Materialschwächung bzw. Sollbruchstelle (z. B. in Form einer Berstscheibe) ausgebildet sein. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes im Inneren der jeweiligen Batteriezellen 12 bzw. innerhalb des Zellgehäuses öffnen. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können somit zum Schutz der jeweiligen Batteriezellen 12 vor einem schädigenden Überdruck dienen. Entsprechend können die jeweiligen Entgasungselemente 12a dazu ausgebildet sein, einen Gasstrom aus einem jeweiligen Innenraum des Zellgehäuses, z. B. entlang eines vorbestimmten Entgasungspfades, in eine Umgebung der jeweiligen Batteriezelle 12 entweichen zu lassen. Die jeweiligen Entgasungselemente 12a können jeweils auf einer gleichen Seitenfläche der jeweiligen Batteriezellen 12 wie die Kontaktpole 12b angeordnet sein. Beispielsweise können die jeweiligen Entgasungselemente 12a an den jeweiligen Deckflächen der Batteriezellen 12 (z. B. zwischen den Kontaktpolen) angeordnet sein. Entsprechend können die Entgasungselemente 12a der mehreren Batteriezellen 12 des elektrischen Energiespeichers 10 alle nach oben orientiert sein.
Der elektrische Energiespeicher 10 kann ferner ein Gehäuse 16 aufweisen. Das Gehäuse 16 kann z. B. aus einer Metalllegierung oder Kunststoff sein. In dem Gehäuse 16 können die mehreren Batteriezellen 12 aufgenommen sein. Das Gehäuse 16 kann somit dazu dienen, die mehreren Batteriezellen 12 gegen äußere Einflüsse, insbesondere Schmutz und/oder Feuchtigkeit, zu schützen. Das Gehäuse 16 kann dabei rahmenförmig, vorzugsweise mehreckrahmenförmig (z. B. rechteckrahmenförmig), sein. Bevorzugt ist das Gehäuse 16 vollständig umlaufend bzw. bildet einen geschlossenen, mehrseitigen (z. B. vierseitigen) Rahmen (vgl. z. B. 1A).
Das Gehäuse 16 kann eine Länge aufweisen. Diese kann dabei bspw. eine räumliche Ausdehnung entlang einer Längsachse L des Gehäuses 16 bzw. des Energiespeichers 10 bezeichnen. Die Längsachse L kann bspw. in Richtung der längsten Ausdehnung des Gehäuses 16 bzw. des Energiespeichers 10 verlaufen. Das Gehäuse 16 kann ferner eine Breite aufweisen. Diese kann dabei bspw. eine räumliche Ausdehnung entlang einer Querachse Q des Gehäuses 16 bzw. des Energiespeichers 10 bezeichnen. Die Querachse Q kann dabei bspw. in eine weitere Richtung senkrecht zur Längsachse L orientiert sein. Beispielsweise können die Längsachse L und Querachse Q jeweils horizontal orientiert sein.
Weiterhin kann das Gehäuse 16 bzw. der Energiespeicher 10 eine Hochachse H aufweisen. Diese kann bevorzugt senkrecht auf der Längsachse L und Querachse Q stehen. Beispielsweise kann die Hochachse H vertikal bzw. parallel zur Schwerkraftrichtung orientiert sein.
Der Energiespeicher 10 kann weiterhin einen, vorzugsweise plattenförmigen, Boden aufweisen (nicht dargestellt). Der Boden kann das Gehäuse 16 von unten abdecken.
Der Energiespeicher 10 kann ferner einen, vorzugsweise plattenförmigen, Deckel aufweisen (vgl. 3). Der Deckel kann das Gehäuse 16 von oben abdecken.
Der elektrische Energiespeicher 10 weist ferner eine (z. B. wärmeisolierende und/oder elektrisch isolierende) Abdeckfolie 14 auf (vgl. 1B, 2A und 2B). Die Abdeckfolie 14 kann dabei im Gehäuse 16 angeordnet sein bzw. im Gehäuse 16 aufgenommen sein. Unter dem Ausdruck Folie bzw. Abdeckfolie 14 kann bspw. ein dünnes, flexibles Flächengebilde verstanden werden. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen. Es ist vorgesehen, dass die Abdeckfolie 14 die mehreren Batteriezellen 12 überdeckt. Bevorzugt überdeckt die Abdeckfolie 14 die jeweiligen Deckflächen der Batteriezellen 12. Entsprechend können insbesondere die Kontaktpole 12b der jeweiligen Batteriezellen 12 von der Abdeckfolie 14 bedeckt sein. Ferner kann auch das Zellkontaktiersystem 18 von der Abdeckfolie 14 bedeckt sein.
Die Abdeckfolie 14 kann im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die Abdeckfolie 14 kann flächig (z. B. rechteckig) ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 entlang von zwei Dimensionen (z. B. entlang der Längsachse L und der Querachse Q) wesentlich größer, insbesondere um ein Vielfaches größer, dimensioniert sein als entlang einer dritten Dimension, welche sich vorzugsweise entlang der Orientierung der Entgasungselemente (z. B. entlang der Hochachse H) erstreckt. Lediglich beispielhaft kann sich die Abdeckfolie 14 über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, der Länge des Gehäuses 16 erstrecken. Zudem oder alternativ kann sich die Abdeckfolie 14 über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Breite des Gehäuses 16 erstrecken. Die Abdeckfolie 14 kann somit die mehreren Batteriezellen 12 (z. B. deren Deckflächen) überspannen.
Die Abdeckfolie 14 kann zumindest abschnittsweise mit den mehreren Batteriezellen 12 verbunden sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 mittels einer Klebeverbindung zumindest abschnittsweise mit den mehreren Batteriezellen 12 verbunden sein. Wie in 2B exemplarisch dargestellt ist, kann zwischen der Abdeckfolie 14 (z. B. deren Unterseite) und den mehreren Batteriezellen 12 bzw. dem Zellkontaktiersystem 18 z. B. eine Klebeschicht 15 angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abdeckfolie 14 anderweitig an den Batteriezellen 12 bzw. im Gehäuse 16 fixiert ist. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 mittels einer Klemmverbindung (z. B. mittels Clips) an den Batteriezellen 12 fixiert sein.
Die Abdeckfolie 14 kann ferner einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 als ein einziges Bauteil ausgebildet sein. Alternativ kann die Abdeckfolie 14 auch mehrere aneinander gefügte (z. B. geklebte) Abdeckfoliensegmente aufweisen (nicht dargestellt), die nicht mehr voneinander gelöst werden können, ohne dabei zerstört zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckfolie 14 wärmeisolierend und/oder elektrisch isolierend ausgebildet. Hierzu kann die Abdeckfolie 14 aus einem schlechten Wärmeleiter und/oder einem Isolator gefertigt sein. Beispielsweise kann die Abdeckfolie 14 einen Hochtemperaturkunststoff und/oder Glimmer oder ein anderes, vorzugsweise mineralisches, Silikat aufweisen. Lediglich beispielhaft kann die Abdeckfolie 14 zumindest abschnittsweise eine Polyimid-Folie und/oder eine Glimmerfolie aufweisen.
Wie in 1B exemplarisch dargestellt ist, kann die Abdeckfolie 14 mehrere Durchgangsöffnungen 14a aufweisen. Die mehreren Durchgangsöffnungen 14a können jeweils z. B. in Form von Aussparungen und/oder Löchern ausgebildet sein. Die mehreren Durchgangsöffnungen 14a können dabei jeweils korrespondierend (z. B. fluchtend) zu den jeweiligen Entgasungselementen 12a angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils eine der mehreren Durchgangsöffnungen 14a jeweils über einem der mehreren Entgasungselemente 12a angeordnet sein. Die mehreren Durchgangsöffnungen 14a können in einem Raster und/oder einem Muster angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren Durchgangsöffnungen 14a in mehreren (z. B. drei), vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, Reihen angeordnet sein. Bevorzugt korrespondiert das Raster und/oder das Muster der mehreren Durchgangsöffnungen 14a mit einem Raster und/oder Muster, in dem die mehreren Batteriezellen 12 bzw. deren Entgasungselemente 12a angeordnet sind.
Die mehrere Durchgangsöffnungen 14a können ferner jeweils eine Kontur aufweisen, die formangepasst zu einer Außenkontur der jeweiligen Entgasungselemente 12a ist. Lediglich beispielhaft können die mehreren Durchgangsöffnungen 14a jeweils eine im Wesentlichen ovale Form aufweisen. Die mehreren Durchgangsöffnungen 14a können ferner jeweils ausgebildet sein, einen, vorzugsweise ungehinderten, Durchtritt der bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe durch die Abdeckfolie 14 zu ermöglichen.
In einer alternativen Variante, welche exemplarisch in 2A dargestellt ist, kann die Abdeckfolie 14 auch mehrere strukturgeschwächte Bereiche 14b aufweisen. Beispielsweise können die strukturgeschwächten Bereiche 14b jeweils eine von der restlichen Abdeckfolie 14 unterschiedliche Struktur aufweisen, die jeweils weniger stabil ausgebildet sind als der übrige Bereich der Abdeckfolie 14. Beispielsweise können die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b jeweils eine gezielt vorgesehene Schwach- und/oder Sollbruchstelle aufweisen. So ist es z. B. möglich, dass die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b jeweils eine Schlitzung, Materialausdünnung und/oder (z. B. kreuzförmige) Perforierung aufweisen. Als Perforierung kann dabei bspw. eine Gruppe von, in der Regel kleinen und/oder regelmäßig angeordneten, Löchern verstanden werden. Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b können jeweils korrespondierend (z. B. fluchtend) zu den jeweiligen Entgasungselementen 12a angeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils einer der mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b über jeweils eines der mehreren Entgasungselemente 12a angeordnet sein. Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b können in einem Raster und/oder einem Muster angeordnet sein. Beispielsweise können die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b in mehreren (z. B. drei), vorzugsweise parallel nebeneinander angeordneten, Reihen angeordnet sein. Bevorzugt korrespondiert das Raster und/oder das Muster der mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b mit einem Raster und/oder Muster, in dem die mehreren Batteriezellen 12 bzw. deren Entgasungselemente 12a angeordnet sind.
Die mehreren strukturgeschwächten Bereiche 14b können ferner jeweils ausgebildet sein, bei Druckbeaufschlagung (z. B. durch die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe) nachzugeben, z. B. zu reißen und/oder sich zu verformen (z. B. aufzuklappen oder aufzubiegen). Dies kann dabei reversibel oder irreversibel erfolgen. Lediglich beispielhaft kann im Fall, dass einer der strukturgeschwächten Bereiche 14b eine Materialausdünnung aufweist, d. h. der jeweilige Bereich eine geringere Dicke als die restliche Abdeckfolie 14 aufweist, dieser strukturgeschwächte Bereich 14b bei einem thermischen Durchgehen des entsprechenden Entgasungselements 12a irreversibel aufreißen, schmelzen und/oder aufplatzen. Demgegenüber kann im Fall, dass der strukturgeschwächte Bereich 14b eine Schlitzung (z. B. Kreuzschlitzung) aufweist, der strukturgeschwächte Bereich 14b bei einem thermischen Durchgehen des entsprechenden Entgasungselements 12a reversibel aufgebogen und/oder aufgedrückt werden und bei einem Wegfall der Druckbelastung in die Ausgangslage zurückkehren.
Der elektrische Energiespeicher 10 kann ferner eine Stützplatte 17 (z. B. eine Stahlplatte) aufweisen (vgl. 3). Die Stützplatte 17 kann z. B. eine flache und/oder flächige Form aufweisen. Beispielsweise kann die Stützplatte 17 im Wesentlichen quaderförmig sein. Die Stützplatte 17 kann am Gehäuse 16 angebracht, z. B. angeschraubt und/oder angeschweißt, sein. Die Stützplatte 17 kann das Gehäuse 16 versteifen. Die Stützplatte 17 kann im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die Stützplatte 17 kann von der Abdeckfolie 14 beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann die Stützplatte 17 oberhalb der Abdeckfolie 14 angeordnet sein.
Die Stützplatte 17 kann eine den Entgasungselementen 12a zugewandte (z. B. untere) Seitenfläche umfassen, welche auch als erste Seitenfläche 17a bezeichnet werden kann. Die erste Seitenfläche 17a kann ein hitzebeständiges Material (z. B. Stahl und/oder Glimmer) aufweisen. Beispielsweise kann die Stützplatte 17 auf der ersten Seitenfläche 17a mit dem hitzebeständigen Material beschichtet sein. Alternativ kann auch die gesamte Stützplatte 17 und damit die erste Seitenfläche 17a aus dem hitzebeständigen Material (z. B. Stahl) gefertigt sein. Bevorzugt weist das hitzebeständige Material bzw. die Stützplatte 17 eine Schmelztemperatur von mindestens 800 °C, vorzugsweise von mindestens 1000 °C, auf.
Weiterhin kann die Stützplatte 17 eine den Entgasungselementen 12a abgewandte (z. B. obere) Seitenfläche umfassen, welche auch als zweite Seitenfläche 17b bezeichnet werden kann. Die zweite Seitenfläche 17b kann eine im Wesentlichen freie Seitenfläche sein. An der zweiten Seitenfläche 17b können jedoch auch weitere Komponenten des elektrischen Energiespeichers 10 angeordnet sein.
Beispielsweise kann der elektrische Energiespeicher 10 eine Temperierplatte 11 aufweisen, die an der zweiten Seitenfläche 17b angeordnet sein kann (vgl. 3). Die Temperierplatte 11 kann dabei von einem, vorzugsweise flüssigen, Temperiermedium (z. B. Kühlwasser) durchströmbar sein. Hierzu kann die Temperierplatte 11 eine, z. B. mäanderförmige, Kanalstruktur zur Führung des Temperiermediums aufweisen. Die Temperierplatte 11 kann im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein. Die Temperierplatte 11 und Stützplatte 17 können miteinander in direkter thermischer Verbindung stehen. Entsprechend kann die Stützplatte 17 mittels der Temperierplatte 11 temperierbar (z. B. kühlbar) sein. Beispielsweise kann die Temperierplatte 11 dazu unmittelbar an der Stützplatte 17 anliegen. Alternativ kann die Temperierplatte 11 auch über ein, vorzugsweise wärmeübertragendes, Füllmaterial mit der Stützplatte 17 verbunden sein.
Die vorgenannte Stützplatte 17 kann zusammen mit der Abdeckfolie 14 einen Aufnahmeraum 20 für aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretende Stoffe begrenzen. Hierzu kann die Stützplatte 17 und die Abdeckfolie 14 einander gegenüberliegend angeordnet sein. Bevorzugt sind die Stützplatte 17 und die Abdeckfolie 14 einander unmittelbar gegenüberliegend angeordnet. Entsprechend sollen bevorzugt zumindest abschnittsweise keine weiteren Komponenten zwischen der Stützplatte 17 und die Abdeckfolie 14 angeordnet sein. Die Stützplatte 17 kann somit derart angeordnet sein, dass die bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretende Stoffe mitunter unmittelbar bzw. direkt auf die Stützplatte 17 auftreffen können. Die Stützplatte 17 und die Abdeckfolie 14 können über den Aufnahmeraum 20 voneinander getrennt sein. Entsprechend können die Stützplatte 17, die Abdeckfolie 14 und der Aufnahmeraum 20 eine Sandwichstruktur ausbilden, bei der der Aufnahmeraum 20 zwischen der Stützplatte 17 und der Abdeckfolie 14 angeordnet ist. Weiterhin kann der Aufnahmeraum 20 seitlich, z. B. bezüglich der Längsachse L und der Querachse Q, durch das Gehäuse 16 begrenzt sein.
Der Aufnahmeraum 20 dient bevorzugt zum Verteilen der aus den jeweiligen Entgasungselementen 12a austretenden Stoffe in mindestens zwei Dimensionen, z. B. entlang der Längsachse L und der Querachse Q. Entsprechend kann der Aufnahmeraum 20 entlang der Längsachse L und der Querachse Q ausgedehnt sein. Entsprechend soll der Aufnahmeraum 20 bevorzugt nicht rohrförmig und/oder nicht kanalförmig ausgebildet sein. Der Aufnahmeraum 20 kann entlang von zwei Dimensionen (z. B. entlang der Längsachse L und der Querachse Q) wesentlich größer, insbesondere um ein Vielfaches größer, dimensioniert sein als entlang einer dritten Dimension, welche sich vorzugsweise entlang der Orientierung der Entgasungselemente (z. B. entlang der Hochachse H) erstreckt. Beispielsweise kann sich der Aufnahmeraum 20 über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Länge des Gehäuses 16 erstrecken. Weiterhin kann sich der Aufnahmeraum 20 über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Breite des Gehäuses 16 erstrecken. Der Aufnahmeraum 20 kann somit die mehreren Batteriezellen 12 überspannen. Beispielsweise kann der Aufnahmeraum 20 oberhalb der mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein.
Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 ein Auslassventil 13 aufweisen, das am Gehäuse 16 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Auslassventil 13 in Form eines Überdruckventils und/oder einer in Form einer Materialschwächung bzw. Sollbruchstelle (z. B. in Form einer Berstscheibe) im Gehäuse 16 ausgebildet sein. Das Auslassventil 13 kann selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes im Inneren des Gehäuses 16 öffnen. Das Auslassventil 13 kann dazu ausgebildet sein, einen Gasstrom aus einem Innenraum des Gehäuses 16 in eine Umgebung des Gehäuses 16 entweichen zu lassen. Das Auslassventil 13 kann dabei an einer Seitenfläche des Gehäuses 16 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Auslassventil 13 auf Höhe der Batteriezellen 12 am Gehäuse 16 angeordnet sein. Das Auslassventil 13 kann dabei in Fluidverbindung mit dem Aufnahmeraum 20 stehen. Beispielsweise kann das Auslassventil 13 über eine Auslassleitung mit dem Aufnahmeraum 20 verbunden sein. Die Auslassleitung kann im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein. Die Auslassleitung kann zumindest abschnittsweise durch das Gehäuse 16 begrenzt sein. Wie durch den gestrichelten Pfeil verdeutlicht wird, können somit im Falle eine Zellentgasung aus einem der Entgasungselemente 12a austretende Stoffe zunächst im Aufnahmeraum 20 verteilt und ggf. abgekühlt werden, bevor sie über die Auslassleitung zum Auslassventil 13 und hierüber in den Außenraum abgeführt werden. Wie vorstehend erwähnt, kann dabei durch die Abdeckfolie 14 ein Schutz der mehreren Batteriezellen 12, der Kontakte 12b sowie des Zellkontaktiersystems 18 erreicht werden.
Optional kann der elektrische Energiespeicher 10 auch eine flexible Leiterplatte 19 (z. B. einen flexible printed circuit - FPC) aufweisen. Die flexible Leiterplatte 19 kann dabei eine flexible Trägerfolie (z. B. eine Polyimidfolie) mit mehreren Niederspannungsleitungen (z. B. Steuer- und/oder Datenleitungen) und/oder Sensoren (z. B. zur Überwachung der mehreren Batteriezellen 12) aufweisen. Auch diese flexible Leiterplatte 19 kann von der Abdeckfolie 14 überdeckt sein. Beispielsweise kann die flexible Leiterplatte 19 dazu zwischen der Abdeckfolie 14 und den mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein (vgl. 2B). Insbesondere kann die flexible Leiterplatte 19 zwischen der Abdeckfolie 14 und einer Klebeschicht 15, welche die Abdeckfolie 14 bzw. die flexible Leiterplatte 19 mit den mehreren Batteriezellen 12 bzw. dem Zellkontaktiersystem 18 verbindet, angeordnet sein.
Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 jeweils weitere der vorgenannten Komponenten aufweisen. Diese können dabei wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein. Die mehreren der vorgenannten Komponenten können dabei zueinander versetzt bzw. sich wiederholend in verschiedenen Lagen angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der elektrische Energiespeicher 10 bspw. ein mehrlagiger Energiespeicher sein (vgl. 3).
So kann der elektrische Energiespeicher 10 bspw. weitere Batteriezellen 12' aufweisen, die im Vergleich zu den vorgenannten mehreren Batteriezellen 12 in einer weiteren bzw. versetzten Lage bzw. Ebene angeordnet sind. Beispielsweise können die mehreren weiteren Batteriezellen 12' parallelversetzt (z. B. oberhalb oder unterhalb) zu den mehreren Batteriezellen 12 angeordnet sein. Die mehrere weitere Batteriezellen 12' können dabei z. B. an bzw. auf der vorgenannten Temperierplatte 11 angeordnet sein. Auch die mehreren weiteren Batteriezellen 12' können jeweils ein weiteres Entgasungselement 12a' aufweisen (nicht dargestellt). Weiterhin kann der elektrische Energiespeicher 10 eine weitere Abdeckfolie 14' aufweisen, welche die mehreren weiteren Batteriezellen 12' überdeckt und ggf. mehrere weitere Durchgangsöffnungen 14a' bzw. weitere strukturgeschwächte Bereiche 14b' aufweisen kann.
Der elektrische Energiespeicher 10 kann ferner eine weitere Stützplatte 17' aufweisen, die von der weiteren Abdeckfolie 14' beabstandet angeordnet sein kann und zusammen mit der weiteren Abdeckfolie 14' einen weiteren Aufnahmeraum 20' begrenzen kann. Beispielsweise kann der weitere Aufnahmeraum 20' oberhalb oder unterhalb des vorgenannten Aufnahmeraums 20 angeordnet sein. Der weitere Aufnahmeraum 20' kann fluidisch mit einem weiteren Auslassventil 13' verbunden sein, welches am Gehäuse 16 angeordnet ist. Bevorzugt ist das Gehäuse 16 hierbei mehrteilig bzw. modular ausgeführt. Beispielsweise kann das Gehäuse 16 einen, vorzugsweise rahmenförmigen, ersten Gehäuseabschnitt und einen, vorzugsweise rahmenförmigen, zweiten Gehäuseabschnitt aufweisen, wobei der erste und zweite Gehäuseabschnitt, vorzugsweise aufeinander, gestapelt sind. Die vorgenannte Stützplatte 17 kann dabei zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseabschnitt angeordnet sein bzw. den ersten und zweiten Gehäuseabschnitt voneinander trennen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

10: Elektrischer Energiespeicher
11: Temperierplatte
12: Batteriezelle
12`: Weitere Batteriezelle
12a: Entgasungselement
12a': Weiteres Entgasungselement
12b: Kontaktpol
13: Auslassventil
13`: Weiteres Auslassventil
14: Abdeckfolie
14': Weitere Abdeckfolie
14a: Öffnung
14a': Weitere Öffnung
14b: Strukturgeschwächter Bereich
14b': Weitere Perforierung
15: Klebeschicht
16: Gehäuse
17: Stützplatte
17': Weitere Stützplatte
17a: Erste Seitenfläche
17a`: Weitere erste Seitenfläche
17b: Zweite Seitenfläche
17b`: Weitere zweite Seitenfläche
18: Zellkontaktiersystem
18a: Kontaktierelement
18b: Träger
19: Flexible Leiterplatte
20: Aufnahmeraum
20': Weiterer Aufnahmeraum
H: Hochachse
L: Längsachse
Q: Querachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0292437 A1 [0003]

Claims

Elektrischer Energiespeicher (10) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: mehrere Batteriezellen (12), die jeweils ein Entgasungselement (12a) zur Zellentgasung aufweisen; eine, vorzugsweise elektrisch isolierende, Abdeckfolie (14), welche die mehreren Batteriezellen (12) überdeckt, vorzugsweise zum Schutz der mehreren Batteriezellen (12) vor bei der Zellentgasung aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffen.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, wobei: die Abdeckfolie (14) mehrere Durchgangsöffnungen (14a) aufweist, die jeweils korrespondierend, vorzugsweise fluchtend, zu den jeweiligen Entgasungselementen (12a) angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, wobei: die Abdeckfolie (14) mehrere strukturgeschwächte Bereiche (14b) aufweist, die jeweils korrespondierend, vorzugsweise fluchtend, zu den jeweiligen Entgasungselementen (12a) angeordnet sind und jeweils ausgebildet sind, bei Druckbeaufschlagung nachzugeben, vorzugsweise zu reißen und/oder sich zu verformen.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 3, wobei die mehreren strukturgeschwächten Bereiche (14b): a) jeweils eine, vorzugsweise kreuzförmige, Schlitzung, eine, vorzugsweise kreuzförmige, Perforierung und/oder eine Materialausdünnung aufweisen; und/oder b) die jeweiligen Entgasungselemente (12a) überdecken; und/oder c) jeweils ausgebildet sind, bei Druckbeaufschlagung einen Durchgang durch die Abdeckfolie (14) freizugeben und/oder zu vergrößern.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Abdeckfolie (14) Glimmer und/oder einen Hochtemperaturkunststoff aufweist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abdeckfolie (14): a) eine Dicke von weniger als 1 mm aufweist; und/oder b) flexibel ist; und/oder c) wärmeisolierend und/oder elektrisch isolierend ausgebildet ist; und/oder d) über eine Klebeverbindung mit den mehreren Batteriezellen (12) verbunden ist; und/oder e) einstückig ausgebildet ist; und/oder f) jeweils eine Seitenfläche, vorzugsweise jeweils eine Oberseitenfläche, jeder der mehreren Batteriezellen (12) bedeckt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: ein, vorzugsweise rahmenförmiges, Gehäuse (16), wobei die mehreren Batteriezellen (12) und die Abdeckfolie (14) innerhalb des Gehäuses (16) angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine Stützplatte (17), vorzuweise Stahlplatte, wobei die Stützplatte (17) von der Abdeckfolie (14) beabstandet angeordnet ist und zusammen mit der Abdeckfolie (14) einen, vorzugsweise in zwei Dimensionen ausgedehnten, Aufnahmeraum (20) für aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretende Stoffe begrenzt.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 7 und 8, wobei: a) der Aufnahmeraum (20) seitlich durch das Gehäuse (16) begrenzt ist; und/oder b) sich der Aufnahmeraum (20) über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Länge des Gehäuses (16) erstreckt und/oder c) sich der Aufnahmeraum (20) über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %, einer Breite des Gehäuses (16) erstreckt; und/oder d) der elektrische Energiespeicher (10) ein Auslassventil (13) aufweist, das am Gehäuse (16) angeordnet ist und vorzugsweise zum Abführen der aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffen aus dem Gehäuse (16) dient, wobei der Aufnahmeraum (20) in Fluidverbindung mit dem Auslassventil (13) steht.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Aufnahmeraum (20): a) die mehreren Batteriezellen (12) überspannt; und/oder b) nicht rohrförmig und/oder nicht kanalförmig ausgebildet ist; und/oder c) oberhalb der mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist, und/oder d) zum flächigen Verteilen der aus den jeweiligen Entgasungselementen (12a) austretenden Stoffe dient.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Stützplatte (17): eine den Entgasungselementen (12a) zugewandte Seitenfläche umfasst, die ein hitzebeständiges Material, vorzugsweise Stahl und/oder Glimmer, aufweist; und/oder eine den Entgasungselementen (12a) abgewandte Seitenfläche umfasst, an der eine Temperierplatte und/oder weitere Batteriezellen angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Stützplatte (17) und die Abdeckfolie (14): a) einander, vorzugsweise unmittelbar, gegenüberliegend angeordnet sind; und/oder b) nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; und/oder c) durch den Aufnahmeraum (20) voneinander getrennt sind; und/oder d) jeweils im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei: die mehreren Batteriezellen (12) jeweils Kontaktpole (12b) aufweisen und die Abdeckfolie (14) zwischen den jeweiligen Kontaktpolen (12b) und dem Aufnahmeraum (20) angeordnet ist.
Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: a) ein Zellkontaktiersystem (18), vorzugsweise aufweisend mehrere Kontaktierelemente (18a), mittels derer die mehreren Batteriezellen (12) jeweils paarweise miteinander elektrisch verbunden sind, wobei das Zellkontaktiersystem (18) zwischen der Abdeckfolie (14) und den mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist, und/oder b) eine flexible Leiterplatte (19), vorzugsweise aufweisend mehrere Niederspannungsleitungen und/oder Sensoren zur Überwachung der mehreren Batteriezellen (12), wobei die flexible Leiterplatte (19) zwischen der Abdeckfolie (14) und den mehreren Batteriezellen (12) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.